[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沉积技术等的等离子体处理技术。所谓等离子体沉积技术指的是，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，这些活性粒子与待沉积的物体(例如，晶片)的表面发生物理和化学反应，从而在待沉积的物体表面获得需要的沉积层。 

等离子体沉积技术需要借助于相应的半导体处理设备来实现。通常，沉积技术所需的工艺气体通过设置在半导体处理设备反应腔室内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。等离子体轰击靶材，以便在待沉积的物体表面获得需要的沉积层。 

在半导体器件的加工/处理过程中，经常采用诸如溅射技术等的等离子体沉积技术，尤其是在集成电路制造中的金属互连层和阻挡层的制备过程中。所述金属互连层的作用是使芯片上各区域的电路电连接，并且金属互连层彼此之间以绝缘介质层相隔，在金属互连层和绝缘介质层之间设置一层阻挡层，该阻挡层用以防止金属互连层中的金属向绝缘介质层扩散，以减小电迁移，进而提高金属互连层与绝缘介质层之间的附着性。 

目前，金属互连层中的金属可以采用铝、铜等。并且，对应于 铝互连层而采用的阻挡层材料为TiN；对应于铜互连层而采用的阻挡层材料为TaN。TiN和TaN通常通过反应溅射制备。 

反应溅射是一种在溅射过程中通入反应性气体来制备金属化合物薄膜的溅射技术。反应溅射所采用的装置与一般溅射装置相同，只是通入的气体除了溅射气体Ar之外还有反应气体，例如，对于氮化物薄膜而言，反应气体为N₂。 

请参阅图1，其中示出了现有的一种反应溅射装置。在该反应溅射装置的腔室中设置有基座1，用以放置硅片等待处理的半导体器件，并且其可上下移动；在基座1的上方环绕有覆盖环2，其既可以限制基座1上的硅片移动，又可以防止等离子体泄露到基座1下面的腔室中；环绕反应腔室而设置有挡板3，用以保护腔室内壁和基座1不受溅射；并且在反应腔室内的上方设置有靶材30，其为所要溅射的金属材料。 

该反应溅射装置的工作原理和过程为：反应溅射工艺时，通入Ar和反应气体，并在靶材30上施加负高压以电离上述气体而产生等离子体。等离子体中的正离子被靶材30上的负高压吸引而加速轰击靶材30，使靶材30的金属原子获得足够的动能脱离靶面束缚而被溅射出来。溅射出来的靶材30的原子与反应气体发生反应，从而在置于基座1上的硅片上沉积金属化合物薄膜。所谓靶面，指的是靶材30上朝向硅片的那一面。 

通常，反应溅射工艺可包括不同的工艺模式，并且不同的工艺模式与所通入的反应气体的不同流量相对应，例如图2所示。图中，横坐标F表示反应气体(例如N₂)的流量；纵坐标V表示靶材上的电压，P表示腔室内的气压。 

如图所示，当N₂流量较小时，也就是N₂流量小于F_T时，靶面附近的N₂较少，这种情况下溅射的都是新鲜的金属靶面，称为金属溅射模式，并以标号70表示。当N₂流量较大时，也就是N₂流量大于F_T时，靶面附近的N₂较多，靶面不断形成氮化物并达到一定厚度时，这种情况下溅射的是氮化物靶面，称为中毒溅射模式，并以标号72表示。也就是说，F_T为金属溅射模式70和中毒溅射模式72之间 的转变点，从图中可以看出，当N₂流量到达F_T时，靶材上的电压V和腔室气压P就会发生突变。