气体导流环、气体供应装置及等离子体处理装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体加工设备，特别涉及一种气体导流环及具有该气体导流环的气体供应装置和等离子体处理装置。
【背景技术】
[0002]近年来，随着半导体制造工艺的发展，对元件的集成度和性能要求越来越高，等离子体技术(Plasma Technology)通过使反应气体激发形成的等离子体,被广泛应用在许多半导体工艺，如沉积工艺(如化学气相沉积)、刻蚀工艺(如干法刻蚀)中，其在半导体制造领域中正起着举足轻重的作用。通常来说，在等离子体处理装置中，等离子体一般是由位于反应腔室顶部排出的反应气体经过射频激发形成，然后通过静电夹盘的偏置电压使等离子体轰击位于卡盘上的晶片，从而实现对晶片的刻蚀、沉积等工艺。
[0003]图1示出一种等离子体处理装置的结构示意图。等离子体处理装置包括反应腔体2和位于反应腔体2上方的绝缘盖板I，气体供应装置5水平设置于绝缘盖板I和反应腔体4之间，气体供应装置5连接位于反应腔体2之外的反应气体源4，用于将反应气体源4中的反应气体输入反应腔体2中。所述反应腔体2内设有放置待处理半导体晶片的静电夹盘6，静电夹盘6连接射频偏置功率源9。绝缘盖板I上方设置有连接射频功率源8的电感线圈3，射频功率源8产生的感应磁场会在电感线圈3上轴向感应出射频电场，该电场对反应腔体内的电子进行激发，使它们与反应气体的气体分子碰撞产生反应气体的等离子体，该等离子体与半导体晶片反应，以进行刻蚀或淀积等等离子体工艺。反应腔体2与外置的排气装置7 (例如真空泵)相连接，用以在处理过程中将用过的反应气体及副产品气体抽出反应腔体2。
[0004]图2a和图2b所示为现有技术的一种气体导流环。如图2a所示，气体导流环具有环形主体10，气体通道11以及多个喷气孔12。气体通道11的入口与反应气体源4相连，喷气孔12的进气口与气体通道11的出口连通，出气口设于环形主体10的内侧壁上。反应气体通过气体通道11从反应气体源4输送至每个喷气孔12，从而注入到等离子体反应腔体
2。请参考图2a和图2b，在环形主体10的水平面上，喷气孔12为水平朝向环形主体10的中心设置，因此反应气体直接朝向环形主体10的中心区域排出。
[0005]然而，由于受到反应腔体2内反应气体引入或等离子体分布不均匀的影响，往往会使半导体晶片表面上的不同区域具有不同的处理速率；对于沿晶片径向分布的不同区域，如中心区域和边缘区域，这种不均匀处理尤其明显，进而导致晶片上不同区域形成的半导体器件的性能不同，对半导体器件制造的工艺控制及产品良率都有很大影响。
[0006]因此，需要能够对等离子体均匀性进行调节的装置以改善上述缺陷。
【发明内容】
[0007]本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种有助于使反应气体充分解离，提高等离子体密度的气体供应装置。
[0008]为达成上述目的，本发明提供一种气体导流环，设置于等离子体处理装置的反应腔体的内部上方，所述气体导流环与气体供应源之间设置一气体分流器，所述气体导流环用于将经所述气体分流器分流及进行流量比例调节的多路反应气体输入至所述反应腔体内。所述气体导流环包括:环形主体；嵌设于所述环形主体中、与所述多路反应气体对应的多条环状气体通道，所述多条环状气体通道的输入端与所述气体分流器相连；以及与所述多条环状气体通道对应相连的且彼此互不干涉的多组喷气孔，每一组喷气孔的各喷气孔的进气口与对应的环状气体通道的输出端相连，出气口形成于所述环形主体的内侧壁上，其中，将至少两组的所述喷气孔的气体喷出方向设置为不同。
[0009]优选的，不同组的所述喷气孔的出气口形成于所述环形主体的内侧壁的不同高度处。
[0010]优选的，所述多组喷气孔至少包括第一组和第二组，其中所述第一组的喷气孔的气体喷出方向与所述环形主体的水平面平行，所述第二组的喷气孔的气体喷出方向与所述环形主体的水平面成一锐角。
[0011]优选的，所述第二组的喷气孔的气体喷出方向相对于所述环形主体的水平面倾斜向上或倾斜向下。
[0012]优选的，每一所述喷气孔至少具有与其出气口连通的出气段，至少两组的所述喷气孔的出气段的轴心线与所述环形主体平面所形成的夹角不同。
[0013]优选的，所述多条环状气体通道为沿径向嵌设于所述环形主体中或以上下堆叠的方式嵌设于所述环形主体中。
[0014]优选的，每一所述气体通道为圆环状气体通道，每一组所述喷气孔沿其对应的所述圆环状气体通道的圆周均匀分布。
[0015]优选的,所述喷气孔的横截面为进气口大出气口小的锥形。
[0016]优选的，对于每一所述环状气体通道所对应连接的一组喷气孔，靠近该环状气体通道输入端处的喷气孔的孔径小于远离该输入端的喷气孔的孔径。
[0017]根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种应用于等离子体处理装置的气体供应装置，其包括气体分流器及上述气体导流环，其中该气体分流器设置于所述等离子体处理装置的反应腔体外部，其与反应气体源连接，用于将反应气体分流为多路并对所述多路的反应气体的流量比例进行调节。
[0018]根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种包括反应腔体以及上述气体供应装置的等离子体处理装置。
[0019]本发明的有益效果在于通过气体导流环中气体通道及喷气孔的设置，调节等离子体处理装置反应腔体内不同区域的等离子体分布密度，提高晶片上不同区域所形成的半导体器件的均一性。
【附图说明】
[0020]图1为现有技术中等离子体处理装置的结构示意图；
[0021]图2a为现有技术中气体供应装置的俯视图；
[0022]图2b为现有技术中气体供应装置的剖视图；
[0023]图3为本发明实施例等离子体处理装置的结构示意图；
[0024]图4为本发明一实施例气体导流环的剖视图。
【具体实施方式】
[0025]为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
[0026]图3显示了本发明一种实施方式提供的使用本发明气体导流环的等离子处理装置。应该理解，等离子体处理装置仅仅是示例性的，其可以包括更少或更多的组成元件，或该组成元件的安排可能与图4所示不同。
[0027]等离子体处理装置包括反应腔体12和位于反应腔体12上方的绝缘盖板11。绝缘盖板11通常为陶瓷介电材料。反应腔体12的内部上方、绝缘盖板11下方水平设置有一气体导流环20。气体导流环20与位于反应腔体12外部的气体分流器19相连，两者共同构成等离子体处理装置的气体供应装置。气体分流器10与反应气体源18相连，用于将反应气体源18所供应的反应气体分流为多路，并调节这些流路的气体流量，而气体导流环则将经气体分流器19分流及流量调节的多路反应气体输入到反应腔体12中。绝缘盖板11上方设置有连接射频功率源14的电感线圈13，射频功率源14产生的感应磁场会在电感线圈13上感应出射频电场，该电场对反应腔体12内的电子进行加速，使它们与输入的反应气体的气体分子碰撞，这些碰撞导致反应气体的离子化和等离子体的激发，从而在腔体12内产生等离子体，等离子体与待处理基片，如半导体晶片反应，以进行刻蚀或淀积等等离子体工艺。反应腔体12内部下方设有放置待处理半导体晶片的静电夹盘15，静电夹盘15连接射频偏置功率源16，以便增加等离子体与半导体晶片碰撞的能量。反应腔体12与外置的排气装置17(例如真空泵)相连接，用以在处理过程中将用过的反应气体及副产品气体抽出反应腔体12。
[0028]请继续参考图4，其所示为本发明一实施例的气体导流环的剖视图。气体导流环20包括环形主体21，环形主体21内嵌设有与多路反应气体对应的多条环状的气体通道，这些气体通道的输入端分别通过管线与气体分流器19相连。本实施例中，气体分流器19将来自反应气体源18的反应气体分流为两路，并调节这两路反应气体具有不同的气体流量比例，如其中一路具有90%的气体流量而另一路具有10%的气体流量。气体分流器19可通过流量调节阀的设置完成上述功能。相应的，环形主体21中沿径向嵌设2条环状气体通道，这些环状气体通道的输入端垂直于环形主体21所在平面并分别与经气体分流器19分流和流量调节的两路气体的管线相连。在其他实施例中，多条环状气体通道也可以是以上下堆叠的方式嵌设于