[发明专利]一种气体分配装置及应用该分配装置的半导体处理设备

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，具体而言，涉及一种气体分配装置以及应用该气体分配装置的半导体处理设备。 

背景技术

随着电子技术的高速发展，人们对集成电路的集成度要求越来越高，这就要求生产集成电路的企业不断地提高半导体器件的加工/处理能力。目前，在半导体器件的加工/处理过程中广泛采用诸如等离子体刻蚀技术等的等离子体处理技术。所谓等离子体刻蚀技术指的是，工艺气体在射频功率的激发下产生电离形成含有大量电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子的等离子体，这些活性粒子与被刻蚀物体(例如，晶片)的表面发生各种物理和化学反应并形成挥发性的生成物，从而使得被刻蚀物体表面的性能发生变化。 

等离子体刻蚀技术是依靠半导体刻蚀设备来实现的。通常，工艺气体通过设置在半导体刻蚀设备反应腔室上的气体分配装置而进入到反应腔室，并在此受到射频功率的激发产生电离而形成等离子体。等离子体与被刻蚀物质表面产生物理和化学反应，并形成挥发性的反应生成物。该反应生成物脱离被刻蚀物质表面，并被真空系统抽出反应腔室。 

目前，半导体刻蚀设备的种类较多，根据工作原理不同，主要包括RIE、MERIE、ICP、ECR等刻蚀设备。其中，因RIE或者MERIE模式的平行板等离子体刻蚀设备更为稳定的工作性能，而使其在等离子体刻蚀领域中被广泛采用。例如，图1就示出了目前广泛采用的一种平行板式的半导体刻蚀设备中的部分结构。 

请参阅图1，平行板式半导体刻蚀设备一般包括：反应腔室10、上电极12、下电极15、气体输入系统11和真空获得系统16等。其中， 上电极12和下电极15分别接入一个或多个不同频率的射频源。 

在反应腔室10内设置有下电极15，围绕下电极15设置有聚焦环14，被处理的晶片等半导体器件17就置于聚焦环14和下电极15上。其中，下电极15吸附并固定晶片等半导体器件17，聚焦环14把等离子体聚焦在晶片上方区域，提高等离子体均一性。 

环绕反应腔室10的内壁设置有反应腔室内衬18，用以防止刻蚀生成物污染反应腔室10。在内衬18的底部设置有等离子体屏蔽板13，其上具有许多小孔，以供气体流动。并且，这些小孔均匀地分布在下电极15的周围，形成环形的小孔环带，其限制着气体在反应腔室10内的流动途径。 

在反应腔室10一侧的靠下位置处设置有真空获得系统16，用于将上述反应生成物抽出反应腔室10。 

半导体刻蚀设备的工艺过程一般是：利用真空获得系统16将反应腔室10抽真空；而后，通过气体输入系统11并经由气体分配装置而将工艺所需的刻蚀气体输入到反应腔室10内；然后，向分别连接上电极12和下电极15的射频源输入适当的射频功率，以激活反应气体，点燃和维持等离子，使其与被刻蚀的晶片进行物理/化学反应，以获得所需要的刻蚀图形。同时，反应后的生成物经过分布在等离子体屏蔽板13上的小孔向下流动，而后由真空获得系统16将其抽出反应腔室10。 

在上述半导体刻蚀设备中，气体分配装置的作用是将进入反应腔室的刻蚀气体均匀分配到下电极的晶片表面，从而得到均匀的刻蚀结果。 

众所周知，在半导体器件的加工/处理过程中，加工/处理结果的均匀性是一个重要的指标，例如在刻蚀工艺中，刻蚀均匀性(EU，etch uniformity)就是一个极其重要的指标，其通常也被称为刻蚀负载，主要包括微负载和宏观负载。其中，宏观负载主要是指在整个晶片表面、晶片与晶片之间、批次与批次之间、设备与设备之的刻蚀速率差异；微负载主要是由不同密度图形的刻蚀速率差异引起的。 

在实际应用中，若要获得良好的刻蚀均匀性，则需要先获得较 为均匀的等离子体。然而，等离子体的均匀性与多种因素相关，例如，工艺气体流量、气体分配装置的结构、抽气腔室的结构、晶片表面温度控制、电场控制、电极组件等等。其中，气体分配装置的结构是一个重要的影响因素，其直接影响工艺气体进入反应腔室后的分布状况。如果腔室内的气体分布不均匀，则会导致在腔室内部的晶片等半导体器件表面上的刻蚀速率和刻蚀均匀性有较大的变化，这将影响最终的刻蚀效果。 

为此，人们一直试图寻找到一种能够均匀分配气体的气体分配装置。例如，专利号为6983892，发明名称为“Gas distributionshowerhead for semiconductor processing”的美国专利中就公开了这样一种气体分配装置(以下称为现有技术一)。