專利名稱：半導(dǎo)體加工系統(tǒng)反應(yīng)腔室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體加工系統(tǒng)中的反應(yīng)室，特別涉及設(shè)有多層內(nèi)襯的反應(yīng)室。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體加工包括金屬、介電和半導(dǎo)體材料的化學(xué)氣相沉積(CVD)這樣的沉積處理，這些層的蝕刻，光刻膠掩膜層的拋光等等。在刻蝕的情況中，等離子體刻蝕通常用于蝕刻金屬、介電和半導(dǎo)體材料。平行板式的等離子體反應(yīng)器典型的包括含有一塊或多塊擋板的氣室，讓蝕刻氣體通過它的上電極，將硅晶片支撐在下電極的支架上，射頻(RF)電源和用于向氣室提供氣體的氣體噴射源。氣體被電極電離而形成等離子體。等離子體蝕刻支持在上電極下面的晶片。
在等離子體蝕刻過程期間，通過向處于較低壓力的氣體加入大量的能量而使氣體電離以形成等離子體。通過調(diào)節(jié)晶片的電位，等離子體中帶電的樣品可以被導(dǎo)向以便垂直地沖撞到晶片上，使晶片上無掩膜區(qū)域的材料被移走。
半導(dǎo)體加工系統(tǒng)用來加工半導(dǎo)體晶片，從而制造集成電路。特別是在蝕刻、氧化、化學(xué)氣相沉積(CVD)等過程中通常使用基于等離子體的半導(dǎo)體加工。傳統(tǒng)的等離子加工系統(tǒng)通常控制在等離子加工腔內(nèi)的氣流或者等離子體流，以便為加工晶片提供最佳的環(huán)境。
真空室內(nèi)的處理氣體的不均勻分布會(huì)對(duì)等離子體的均勻分布產(chǎn)生不利影響。
常見的反應(yīng)腔室結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括電絕緣材料窗體2，腔室壁3，靜電卡盤(或者機(jī)械卡盤)7組成一個(gè)封閉空間11，排氣口6與真空裝置(干泵等，圖中未示出)連接，使空間11形成真空環(huán)境，工藝氣體由中央進(jìn)氣口4或周邊進(jìn)氣口5，或者二者組合進(jìn)入空間11，窗體2上方的線圈1通以射頻能量，通過窗體2耦合，在空間11中形成等離子體，對(duì)卡盤7上的晶片8進(jìn)行刻蝕。等離子體刻蝕晶片的同時(shí)也會(huì)刻蝕反應(yīng)腔室壁3，這對(duì)刻蝕機(jī)械壽命、晶片刻蝕質(zhì)量等產(chǎn)生不利影響，在空間11內(nèi)往往放置內(nèi)襯以保護(hù)反應(yīng)腔室壁3，而腔室內(nèi)壁的底面也會(huì)有類似的保護(hù)裝置(二者可以制造成一體)。如圖1中的9就是反應(yīng)腔室側(cè)面內(nèi)襯，10是腔室底襯。內(nèi)襯9和底襯10的存在使得反應(yīng)腔室壁3不再直接接觸等離子體，免受等離子體的轟擊，并且使清洗和更換更為方便。排氣口6可以放置在反應(yīng)腔室的正下方或者側(cè)下方等位置。進(jìn)行工藝處理(刻蝕等)時(shí)，腔室進(jìn)氣口提供工藝氣體，同時(shí)啟動(dòng)排氣口6末端的真空泵(圖中未示出)以保持腔室內(nèi)壓力恒定并清除刻蝕顆粒。
為了得到整個(gè)晶片表面上均勻的蝕刻速率，希望在晶片表面上能均勻的分布等離子體。目前較多研究工作都把重點(diǎn)放在如何通過改進(jìn)反應(yīng)腔室的進(jìn)氣方式來提高腔室內(nèi)等離子體的均勻性，例如應(yīng)用各種形狀的氣體分配板、噴嘴等。排氣口與真空泵相連，其位置、孔徑、軸向等也會(huì)對(duì)腔室內(nèi)等離子體的均勻性產(chǎn)生影響。本發(fā)明希望通過一種新型的腔室內(nèi)襯來改進(jìn)腔室內(nèi)氣體的排出方式，從而改善室內(nèi)等離子體的均勻性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種進(jìn)一步提高腔室內(nèi)等離子體均勻性的半導(dǎo)體加工系統(tǒng)反應(yīng)腔室。
本發(fā)明技術(shù)方案如下一種半導(dǎo)體加工系統(tǒng)反應(yīng)腔室，包括由窗體、腔室壁組成的封閉空間，可腔室壁設(shè)側(cè)面進(jìn)氣口，也可在窗體上設(shè)有中央進(jìn)氣口，或同時(shí)設(shè)側(cè)面進(jìn)氣口和中央進(jìn)氣口，腔室壁下部連通有排氣口，腔室壁內(nèi)側(cè)設(shè)有內(nèi)襯，腔室壁內(nèi)底側(cè)設(shè)有底襯，內(nèi)襯內(nèi)側(cè)設(shè)有里層內(nèi)襯，在內(nèi)襯和里層內(nèi)襯之間留有距離，構(gòu)成氣體流動(dòng)空間，里層內(nèi)襯的壁上設(shè)置有若干氣孔，里層內(nèi)襯以內(nèi)的封閉空間與進(jìn)氣口連通，氣體流動(dòng)空間與排氣口連通。
里層內(nèi)襯的底端部設(shè)有里層底襯，該里層底襯與底襯之間留有距離，里層底襯設(shè)有若干氣孔。
里層內(nèi)襯壁上的氣孔不均勻分布，靠近排氣口的部份，氣孔分布較少，遠(yuǎn)離排氣口在部份，氣孔分布較多。由于氣體流動(dòng)時(shí)與兩個(gè)內(nèi)襯壁的摩擦，從離排氣口越遠(yuǎn)的氣孔流出的氣體到排氣口所要克服的摩擦力越大，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)增大了這些區(qū)域的孔面積，使得腔室內(nèi)氣體從四周孔均勻排出，從而保證腔室內(nèi)氣體分布的均勻性，里層內(nèi)襯壁上的氣孔孔徑可以是變化的，靠近排氣口的氣孔16孔徑小于遠(yuǎn)離排氣口的氣孔孔徑，這樣增加了相應(yīng)方向的氣體流通面積，并能減小壓降，保證氣體在各個(gè)方向均勻排出。
里層內(nèi)襯壁厚可以是不均勻的，遠(yuǎn)離排氣孔的部分比靠近排氣孔的部分厚度小。壁厚減小，相當(dāng)于氣體通過的氣孔的長度減小，也能起到降低壓降的目的，這樣，遠(yuǎn)離排氣孔的內(nèi)襯壁部分比靠近排氣孔的部分厚度小，同樣能夠起到氣體均勻排出的作用。
孔的形狀并不局限于直孔，可以為臺(tái)階孔、孔內(nèi)壁成錐角等，并且由于等離子體的存在，孔的邊緣必須圓角處理，在孔兩端面最好有倒角以減小氣體阻力。在內(nèi)襯的軸向上，孔16也可以只在靠近下電極的部分開孔，以更好的導(dǎo)向等離子體垂直轟擊到晶片上。
里層內(nèi)襯上的氣孔不均勻分布、孔徑不同、形狀不同以及內(nèi)襯壁厚不一致可以任意組合以達(dá)到更好的效果。
本發(fā)明具有兩層內(nèi)襯，里層內(nèi)襯用來保證腔室內(nèi)等離子體的均勻性，利用氣體流動(dòng)空間的緩沖，提高了腔室氣體排出的均勻度，可以通過反應(yīng)腔室的進(jìn)、排氣方式來提高腔室內(nèi)等離子體的均勻性。


圖1為常見的反應(yīng)腔室剖面示意圖；圖2為本發(fā)明里層內(nèi)襯壁上氣孔孔徑相同的反應(yīng)腔室結(jié)構(gòu)剖面圖；圖3為本發(fā)明里層內(nèi)襯壁上氣孔孔徑不同的反應(yīng)腔室結(jié)構(gòu)剖面圖；圖4表示改變里層內(nèi)襯的壁厚以及設(shè)置底襯氣孔的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、線圈；2、窗體；3、腔室壁；4、中央進(jìn)氣口；5、周邊進(jìn)氣口；6、排氣口；7、卡盤；8、晶片；9、內(nèi)襯；10、底襯；11、封閉空間；12、里層內(nèi)襯；13、氣體流動(dòng)空間；14、里層內(nèi)襯的內(nèi)表面；15、里層內(nèi)襯的外表面；16、氣孔；17、氣孔；18、里層底襯。
具體實(shí)施例方式
以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由各項(xiàng)權(quán)利要求限定。
實(shí)施例1參考圖2，本發(fā)明的反應(yīng)腔室包括窗體2，腔室壁3，卡盤7，在外層內(nèi)襯9的內(nèi)部，還有里層內(nèi)襯12，兩層內(nèi)襯之間留有適當(dāng)?shù)木嚯x，構(gòu)成氣體流動(dòng)空間13，里層內(nèi)襯12的壁上布滿直徑相同的氣孔16，但孔不均勻分布，靠近排氣口6的部分，孔比較少，遠(yuǎn)離部分則比較多，圖2中的排氣口6在腔室的側(cè)下方，當(dāng)然也可以在正下方。由于氣體流動(dòng)時(shí)與兩個(gè)內(nèi)襯壁的摩擦，從距離排氣口6越遠(yuǎn)的孔16流出的氣體到排氣口6所要克服的摩擦力越大，圖中的結(jié)構(gòu)增加了孔的個(gè)數(shù)，從而增加了這些區(qū)域總體進(jìn)氣的面積，使得腔室內(nèi)氣體從四周孔均勻排出，從而保證腔室內(nèi)氣體分布的均勻性，等離子體的均勻性在很大程度上是受到氣體均勻性的影響的，這樣有利于得到均勻的等離子體。
實(shí)施例2參考圖3，反應(yīng)腔室結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1大部份相同，區(qū)別在于里層內(nèi)襯12的壁上布滿的氣孔16的孔徑是變化的，靠近排氣口6的孔16孔徑小于遠(yuǎn)離排氣口的孔，圖中即左邊的孔徑大于右邊的。這樣增加了相應(yīng)方向的氣體流通面積，并能減小壓降，保證氣體在各個(gè)方向均勻排出。
實(shí)施例3參考圖3及圖4，反應(yīng)腔室結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1大部份相同，區(qū)別在于里層內(nèi)襯12的壁厚可以各向不同，遠(yuǎn)離排氣口6的內(nèi)襯壁部分比靠近排氣孔的部分厚度小，里層內(nèi)襯壁的內(nèi)外表面14、15由兩個(gè)不同心的圓筒構(gòu)成，達(dá)到壁厚漸變的目的。壁厚減小，相當(dāng)于氣體通過的孔16長度減小，也能起到降低壓降的目的，這樣，遠(yuǎn)離排氣口6的內(nèi)襯壁部分比靠近排氣孔的部分厚度小，同樣能夠起到氣體均勻排出的作用。
實(shí)施例4參考圖3及圖4，反應(yīng)腔室結(jié)構(gòu)與實(shí)施例3大部份相同，區(qū)別在于里層內(nèi)襯12的底部設(shè)有里層底襯18，里層底襯18與底襯10之間留有適當(dāng)?shù)木嚯x，里層底襯18設(shè)有若干氣孔17，氣體會(huì)有一部分從底面排出，可以得到更均勻的排氣效果。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體加工系統(tǒng)反應(yīng)腔室，包括由窗體(2)、腔室壁(3)組成的封閉空間(11)，腔室壁和/或窗體上設(shè)有進(jìn)氣口，腔室壁下部連通有排氣口(6)，腔室壁(3)內(nèi)側(cè)設(shè)有內(nèi)襯(9)，腔室壁(3)內(nèi)底側(cè)設(shè)有底襯(10)，其特征在于，在所述內(nèi)襯(9)內(nèi)側(cè)設(shè)有里層內(nèi)襯(12)，在內(nèi)襯(9)和里層內(nèi)襯(12)之間留有距離，構(gòu)成氣體流動(dòng)空間(13)，里層內(nèi)襯(12)的壁上設(shè)置有若干氣孔，里層內(nèi)襯(12)以內(nèi)的封閉空間與進(jìn)氣口連通，氣體流動(dòng)空間(13)與排氣口(6)連通。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體加工系統(tǒng)反應(yīng)腔室，其特征在于，里層內(nèi)襯(12)的底端部設(shè)有里層底襯(18)，該里層底襯(18)與底襯(10)之間留有距離，里層底襯(18)設(shè)有若干氣孔。
3.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體加工系統(tǒng)反應(yīng)腔室，其特征在于，所述里層內(nèi)襯壁上的氣孔孔徑在靠近排氣口(6)的部分分布較少，在遠(yuǎn)離排氣口(6)部分分布較多。
4.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體加工系統(tǒng)反應(yīng)腔室，其特征在于，里層內(nèi)襯壁上的氣孔孔徑在靠近排氣口(6)的部分小于遠(yuǎn)離排氣口(6)的部分。
5.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體加工系統(tǒng)反應(yīng)腔室，其特征在于，所述里層內(nèi)襯壁在遠(yuǎn)離排氣口(6)部分的厚度小于靠近排氣口(6)部分的厚度。
6.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體加工系統(tǒng)反應(yīng)腔室，其特征在于，里層內(nèi)襯壁上的氣孔的形狀為直孔、臺(tái)階孔或錐角形孔，且氣孔的邊緣做圓角處理。
7.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體加工系統(tǒng)反應(yīng)腔室，其特征在于，里層內(nèi)襯壁上的氣孔的兩端面有倒角。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體加工系統(tǒng)反應(yīng)腔室，包括由窗體、腔室壁組成的封閉空間，可腔室壁設(shè)側(cè)面進(jìn)氣口，也可在窗體上設(shè)有中央進(jìn)氣口，或同時(shí)設(shè)側(cè)面進(jìn)氣口和中央進(jìn)氣口，腔室壁下部連通有排氣口，腔室壁內(nèi)側(cè)設(shè)有內(nèi)襯，腔室壁內(nèi)底側(cè)設(shè)有底襯，內(nèi)襯內(nèi)側(cè)設(shè)有里層內(nèi)襯，在內(nèi)襯和里層內(nèi)襯之間留有距離，構(gòu)成氣體流動(dòng)空間，里層內(nèi)襯的壁上設(shè)置有若干氣孔，里層內(nèi)襯以內(nèi)的封閉空間與進(jìn)氣口連通，氣體流動(dòng)空間與排氣口連通。本發(fā)明具有兩層內(nèi)襯，里層內(nèi)襯用來保證腔室內(nèi)等離子體的均勻性，利用氣體流動(dòng)空間的緩沖，提高了腔室氣體排出的均勻度，可以通過反應(yīng)腔室的進(jìn)、排氣方式來提高腔室內(nèi)等離子體的均勻性。
文檔編號(hào)C23C14/22GK1848376SQ20051013073
公開日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2005年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月26日
發(fā)明者張寶峰 申請(qǐng)人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司