气体扩散装置、工艺腔室及半导体加工设备的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种气体扩散装置、工艺腔室及半导体加工设备，气体扩散装置包括一个接地、另一个与激励电源电连接的第一导电本体和第二导电本体；第一导电本体和第二导电本体中一个上形成有多个通孔，一个包括与多个通孔一一对应的凸部，凸部穿设于通孔内，凸部外周壁和通孔内周壁之间存在间隙；在设有通孔的第一导电本体或第二导电本体上设置有通气孔，和/或，凸部的顶端设置有通气孔，通气孔与工艺气源相连通。本实用新型提供的体扩散装置、工艺腔室及半导体加工设备，可降低腔室的中心区域和边缘区域的等离子体浓度差，使腔室内的等离子体分布趋于均匀，从而提高成膜均一性。
【专利说明】
气体扩散装置、工艺腔室及半导体加工设备
技术领域
[0001]本实用新型属于微电子加工技术领域，具体涉及一种气体扩散装置、工艺腔室及半导体加工设备。
【背景技术】
[0002]化学气相沉积(Chemical Vapor Deposit1n，以下简称CVD)成膜的原理是:向高温且真空的腔室中通入气体，同时加载射频电流让气体电离形成等离子体，借助等离子体发生化学反应沉积成膜。成膜均一性(Film Uniform)是评价成膜质量的关键参数。
[0003]图1为现有的CVD工艺腔室的结构示意图，请参阅图1，该工艺腔室10内设置承载有基板S的基座12，该基座12接地，作为下电极板;在反应腔室10的顶壁上设置有气体扩散器11，该气体扩散器11接射频电源RF，射频电源RF用于在气体扩散器11的中心位置向气体扩散器11提供用于激发气体形成等离子体的射频电流，该气体扩散器11作为上电极板，气体扩散器11上均匀分布有多个通气孔13，工艺气源提供的气体自通气孔13至工艺腔室10内，位于上下电极板之间的气体会被上电极板上加载的射频电流激发形成等离子体121。
[0004]然而，在实际应用中采用上述气体扩散器11发现以下问题:位于工艺腔室10中心区域的等离子体121的密度较大，而位于边缘区域的等离子体121的密度较小，且二者相差较大，如图1中等离子体121的整体形态为椭圆体，这就造成成膜均一性不能满足要求。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种气体扩散装置、工艺腔室及半导体加工设备，可降低腔室的中心区域和边缘区域的等离子体浓度差，使腔室内的等离子体分布趋于均匀，从而提高成膜均一性。
[0006]为解决上述问题之一，本实用新型提供了一种气体扩散装置，包括一个接地、另一个与激励电源电连接的第一导电本体和第二导电本体;所述第一导电本体和第二导电本体中一个上形成有多个通孔，一个上设置有与多个通孔一一对应的凸部，所述凸部穿设于所述通孔内，所述凸部外周壁和所述通孔内周壁之间存在间隙；在设有所述通孔的所述第一导电本体或第二导电本体上设置有通气孔，和/或，所述凸部的顶端设置有通气孔，所述通气孔与工艺气源相连通。
[0007]优选地，在所述通孔和所述凸部之间还设置有采用绝缘材料制成的密封圈。
[0008]优选地，所述凸部的外周壁圆滑，所述通孔的内周壁的形状与所述凸部的形状相匹配。
[0009]优选地，所述凸部为圆锥体。
[0010]优选地，所述多个通孔在所述第一导电本体上均匀设置。
[0011]优选地，所述凸部的顶端与设有所述通孔的第一导电本体或第二导电本体的下表面位于同一平面内。
[0012]优选地，在设有所述通孔的所述第一导电本体或第二导电本体上设置有多个所述通气孔，多个所述通气孔沿所述通孔的周向间隔且均匀设置。
[0013]优选地，所述凸部的顶端设置有多个所述通气孔，多个所述通气孔在所述凸部的顶端均匀设置。
[0014]本实用新型还提供一种工艺腔室，包括气体扩散装置，所述气体扩散装置采用上述提供的气体扩散装置。
[0015]具体地，气体扩散装置设置在反应腔室的顶壁上，在所述气体扩散装置的正下方设置有接地的基座。
[0016]本实用新型还提供一种半导体加工设备，其包括工艺腔室，所述工艺腔室采用上述工艺腔室。
[0017]具体地，所述半导体加工设备为等离子增强化学气体沉积设备。
[0018]本实用新型具有以下有益效果:
[0019]本实用新型提供的气体扩散装置、工艺腔室及半导体加工设备，其设置一个接地、另一个接激励电源的第一导电本体和第二导电本体;第一导电本体和第二导电本体中一个上形成有多个通孔，一个上设置有与多个通孔一一对应的凸部第一导电本体，凸部穿设于通孔内，且二者未接触，因此，针对每对通孔和凸部，凸部的外周壁和通孔的内周壁形成电容器，二者之间产生的电场可将该凸部顶端或通孔所在第一导电本体或第二导电本体输出的工艺气体激发成等离子体，这与现有技术中等离子体由一个平行板电容器产生相比，可看做将现有技术中的一个平行板电容器替换为多个电容器，由于每个电容器产生的等离子体均为中心区域密度高而边缘区域密度低，因此，本实用新型提供的气体扩散装置借助位于腔室边缘区域的多个电容器可相对提高腔室边缘区域的等离子体浓度，以及借助位于腔室中心区域的多个电容器可相对降低腔室中心区域的等离子体浓度，因而可降低腔室的中心区域和边缘区域的等离子体浓度差，使腔室内的等离子体分布趋于均匀，从而提高成膜均一性。
【附图说明】
[0020]图1为现有的CVD工艺腔室的结构示意图；
[0021]图2a为本实用新型一实施例提供的气体扩散装置的结构示意图；
[0022]图2b为图2a中一个通孔和与之对应的凸部的结构示意图；
[0023]图2c为本实用新型另一实施例提供的气体扩散装置的一个通孔和与之对应的凸部的结构示意图；
[0024]图3为本实用新型一实施例提供的工艺腔室的结构示意图。
【具体实施方式】
[0025]为使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图来对本实用新型提供的气体扩散装置、工艺腔室及半导体加工设备进行详细描述。
[0026]实施例1
[0027]图2a为本实用新型一实施例提供的气体扩散装置的结构示意图；
[0028]图2b为图2a中一个通孔和与之对应的凸部的结构示意图。请一并参阅图2a和图2b，本实施例提供的气体扩散装置，包括一个接地的第一导电本体以及一个与激励电源电连接的第二导电本体;其中，第一导电本体上形成有多个通孔201，第二导电本体包括与多个通孔201——对应的凸部211，凸部211穿设于通孔201内，凸部211外周壁和通孔201内周壁之间存在间隙，以避免二者电连接;并且，凸部211的顶端设置有通气孔2111，通气孔2111与工艺气源相连通，这样，将如图2a所示的气体扩散装置安装在腔室的顶壁上，可实现向腔室内输送工艺气体。
[0029]由于第一导电本体接地，第二导电本体接激励电源，且凸部211位于通孔201内，因此，针对每对通孔201和凸部211，凸部211的外周壁和通孔201的内周壁形成电容器，二者之间产生的电场E可将该凸部211顶端输出的工艺气体激发成等离子体，这与现有技术中等离子体由一个平行板电容器产生相比，可看做将现有技术中的一个平行板电容器替换为多个电容器，由于每个电容器产生的等离子体均为中心区域密度高而边缘区域密度低，因此，本实用新型提供的气体扩散装置借助位于腔室边缘区域的多个电容器可相对提高腔室边缘区域的等离子体浓度，以及借助位于腔室中心区域的多个电容器可相对降低腔室中心区域的等离子体浓度，因而可降低腔室的中心区域和边缘区域的等离子体浓度差，使腔室内的等离子体分布趋于均匀，从而提高成膜均一性。
[0030]在本实施例中，优选地，在通孔201和凸部211之间还设置有采用绝缘材料制成的密封圈，这样，在保证二者不电连接的基础上可避免气体扩散装置在实际应用时发生工艺气体泄漏。
[0031]在本实施例中，具体地，凸部211的外周壁圆滑，如图2b所示，通孔201的内周壁的形状与凸部211的形状相匹配，这样便于安装和加工。并且，凸部211为圆锥体。
[0032]还优选地，凸部211的顶端与第二导电本体的下表面位于同一平面内，这样既便于气体的扩散，还有利于等离子体的激发。当然，在实际应用中，由于受到加工条件的限制，不能实现凸部211的顶端与第二导电本体的下表面位于同一平面内，如图2b所示，凸部211的顶端相对第二导电本体的下表面凸出，也可能第二导电本体的下表面相对凸部211的顶端凸出，因此，在实际应用中，应设置凸部211的顶端与通孔201的下表面趋于同一平面内，所谓趋于同一平面是指凸部211的顶端与第二导电本体的下表面尽可能地处于同一平面内，二者之间高度差应尽可能小。
[0033]另外，优选地，多个通孔201在第一导电本体上均匀设置，这样，可以进一步保证气体扩散装置下方的同一平面内的等离子体均匀，从而进一步提高成膜均一性。
[0034]还优选地，凸部211的顶端设置有多个通气孔2111，多个通气孔2111在凸部211的顶端均匀设置，这样，可提高气体的输入的均匀性，从而可进一步保证气体扩散装置下方的同一平面内的等离子体均匀。
[0035]需要说明的是，尽管在本实施例中，第一导电本体接地，第二导电本体接激励电源;但是，本实用新型并不局限于此，在实际应用中，当然也可以第一导电本体接激励电源，第二导电本体接地。
[0036]实施例2
[0037]图2c为本实用新型另一实施例提供的气体扩散装置的一个通孔和与之对应的凸部的结构示意图，请参阅图2c，本实施例提供的气体扩散装置与上述实施例1提供的气体扩散装置相类似，同样包括第一导电本体和第二导电本体，由于第一导电本体和第二导电本体在实施例1中已有了详细的描述，在此不再赘述。
[0038]下面仅对本实施例与上述实施例1的不同点进行详细地描述。具体地，在本实施例中，在设置有通孔201的第二导电本体上设置有通气孔2011，且凸部211的顶端也设置通气孔2111，通气孔2011与工艺气源相连通，这样，同样地，在气体扩散装置安装在腔室的顶壁上时可实现向腔室内输送工艺气体。
[0039]本实施例与实施例1的工作原理相类似，在此不再赘述，因此，可降低腔室的中心区域和边缘区域的等离子体浓度差，使腔室内的等离子体分布趋于均匀，从而提高成膜均一性。
[0040]还优选地，在设置有通孔201的第二导电本体上设置有多个通气孔2011，多个通气孔2011沿通孔201的周向间隔且均匀设置，这样，可提高气体的输入的均匀性，从而可进一步保证气体扩散装置下方的同一平面内的等离子体均匀。
[0041 ]需要说明的是，尽管在本实施例中，在第二导电本体上设置有通气孔2011，又在凸部211的顶端设置通气孔2111;但是，本实用新型并不局限于此，在实际应用中，还可以仅在第二导电本体上设置有通气孔2011。
[0042]实施例3
[0043]图3为本实用新型一实施例提供的工艺腔室的结构示意图，请参阅图3，本实施例提供的工艺腔室30，包括气体扩散装置31，气体扩散装置31采用上述实施例1或实施例2提供的气体扩散装置。
[0044]具体地，气体扩散装置31设置在反应腔室30的顶壁上，在气体扩散装置31的正下方设置有接地的基座32，基座32用于承载基板S。
[0045]本实施例提供的工艺腔室，其采用本实用新型上述实施力I和2提供的气体扩散装置，如图3所示，其产生的等离子体33的整体形态为中心区域和边缘区域的厚度尺寸(沿图中竖直方向的尺寸)趋于一致的长方形，这相对现有技术中产生的等离子体的整体形态为边缘区域的厚度较小的椭圆而言，可提高腔室的边缘区域的等离子体浓度以及降低腔室的中心区域的等离子体浓度，从而可以提高腔室内等离子体的分布趋于均匀性，从而提高成膜均一性。
[0046]实施例4
[0047]本实用新型另一实施例提供一种半导体加工设备，其包括工艺腔室，所述工艺腔室采用上述实施例3提供的工艺腔室。
[0048]具体地，半导体加工设备为等离子增强化学气体沉积设备(简称，PECVD)。
[0049]本实施例提供的半导体加工设备，其通过采用实施例3提供上述工艺腔室，可以提高成膜均一性。
[0050]可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种气体扩散装置;其特征在于，包括一个接地、另一个与激励电源电连接的第一导电本体和第二导电本体； 所述第一导电本体和第二导电本体中一个上形成有多个通孔，一个包括与多个所述通孔——对应的凸部； 所述凸部穿设于所述通孔内，所述凸部外周壁和所述通孔内周壁之间存在间隙； 在设有所述通孔的所述第一导电本体或第二导电本体上设置有通气孔，和/或，所述凸部的顶端设置有通气孔，所述通气孔与工艺气源相连通。2.根据权利要求1所述的气体扩散装置，其特征在于，在所述通孔和所述凸部之间还设置有采用绝缘材料制成的密封圈。3.根据权利要求1所述的气体扩散装置，其特征在于，所述凸部的外周壁圆滑，所述通孔的内周壁的形状与所述凸部的形状相匹配。4.根据权利要求1所述的气体扩散装置，其特征在于，所述凸部为圆锥体。5.根据权利要求1所述的气体扩散装置，其特征在于，所述多个通孔在所述第一导电本体上均匀设置。6.根据权利要求1所述的气体扩散装置，其特征在于，所述凸部的顶端与设有所述通孔的第一导电本体或第二导电本体的下表面位于同一平面内。7.根据权利要求1所述的气体扩散装置，其特征在于，在设有所述通孔的所述第一导电本体或第二导电本体上设置有多个所述通气孔，多个所述通气孔沿所述通孔的周向间隔且均匀设置。8.根据权利要求1所述的气体扩散装置，其特征在于，所述凸部的顶端设置有多个所述通气孔，多个所述通气孔在所述凸部的顶端均匀设置。9.一种工艺腔室，包括气体扩散装置，其特征在于，所述气体扩散装置采用上述权利要求1-8任意一项提供的气体扩散装置。10.根据权利要求9所述的工艺腔室，其特征在于，所述气体扩散装置设置在反应腔室的顶壁上，在所述气体扩散装置的正下方设置有接地的基座。11.一种半导体加工设备，其包括工艺腔室，其特征在于，所述工艺腔室采用权利要求9-10任意一项所述的工艺腔室。12.根据权利要求11所述的半导体加工设备，其特征在于，所述半导体加工设备为等离子增强化学气体沉积设备。
【文档编号】C23C16/455GK205529029SQ201620061565
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月21日
【发明人】黄明, 刘增利, 赵黎渌, 赵晓翔, 曹振, 徐丰
【申请人】合肥鑫晟光电科技有限公司, 京东方科技集团股份有限公司