[发明专利]工艺腔室以及半导体加工设备

说明书

技术领域

本发明涉及半导体设备制造领域，具体地，涉及一种工艺腔室

以及半导体加工设备。

背景技术

物理气相沉积(Physical Vapor Deposition,PVD)的基本原理是：在真空条件下，使金属、金属合金或化合物蒸发，并沉积在基体表面上，以形成具有特殊功能的薄膜。物理气相沉积的主要方法有：真空蒸镀、等离子体溅射镀膜、电弧等离子体镀膜、离子镀膜以及分子束外延等。其中，等离子体溅射镀膜是目前最具代表性和应用最广泛的物理气相沉积技术。在利用等离子体溅射技术对半导体晶片进行沉积(镀膜)工艺时，所采用的工艺腔室通常为真空环境，并向工艺腔室内提供工艺气体且激发其形成等离子体，等离子体轰击靶材，溅射出的靶材材料沉积在晶片表面上，从而形成工艺所需的薄膜。

对于半导体晶片薄膜的制备来说，整个晶片表面薄膜的均匀性是工艺一个极其重要的指标，而与该指标密切相关的是半导体晶片上及其附近的电磁场、热场及气流场等的分布。因此，提高电磁场、热场及气流场的分布均匀性是提高工艺均匀性的重要手段之一。

图1为现有的一种工艺腔室的侧面剖视图。图2为图1中I区域的正面放大图。如图1和图2所示，工艺腔室包括腔体106、反应舱118、上电极腔体111、升降机构和顶针机构。其中，反应舱118位于腔体106的顶部，用以对晶片进行工艺；升降机构包括基座110、基座提升轴108和基座驱动源(图中未示出)，其中，基座110用于承载晶片112，其通过基座提升轴108与基座驱动源连接，基座驱动源用于驱动基座提升轴108作升降直线运动，从而带动基座110上升至反应舱118的内部或下降至腔体106的内部。此外，在腔体106顶壁的上表面上，且与反应舱118相对应的位置处设置有贯穿顶壁厚度的通孔，基座110通过该通孔进入反应舱118的内部。

而且，在反应舱118内还设置有衬环组件，该衬环组件包括下衬环116和上衬环117，上衬环117位于下衬环116的内侧，且二者覆盖反应舱118的整个侧壁表面，用以防止该侧壁上附着污染颗粒。而且，在反应舱118内还设置有压环115，用于在基座110上升至反应舱118内的工艺位置时，利用自身重力将晶片112固定在基座110上；并且，在下衬环116的下端设置有弯曲部，该弯曲部自下衬环116的下端向内弯曲，并延伸至压环115的底部，用以在基座110移出反应舱118时，支撑压环115。

在腔体106的侧壁上设置有传片口102，用以供晶片112移入或移出腔体106；顶针机构设置在腔体106内，其包括至少三个顶针105、顶针提升轴107和顶针驱动源(图中未示出)，至少三个顶针105通过顶针提升轴107与顶针驱动源连接；顶针驱动源用于驱动顶针提升轴107作升降直线运动，从而带动至少三个顶针105上升或下降，以配合机械手(用于向腔体106内传输晶片112)将晶片112传递至基座110上，或者自基座110移出腔体106。

上电极腔体111设置在反应舱118的顶部，且在上电极腔体111与反应舱118之间设置有陶瓷环114，用以使二者电绝缘。而且，在上电极腔体111底壁下表面上设置有靶材113，且在上电极腔体111内设置有磁控管104以及用于驱动磁控管104相对于靶材113表面旋转的磁控管驱动机构。此外，在腔体106的侧壁上，且位于传片口102的下方设置有进气口103，用以向腔体106内输送工艺气体。工艺气体的流向如图1和图2中的箭头所示，工艺气体自腔体106的一侧向另一侧扩散，直至充满整个腔体106，在此过程中，一部分工艺气体压环115向上扩散，并经由压环115与下衬环116的弯曲部之间的空隙流入反应舱118的内部，以在工艺过程中被激发形成等离子体。

上述工艺腔室在实际应用中不可避免地存在以下问题：

其一，由于工艺气体是自腔体106的一侧逐渐扩散至反应舱118的内部，这不仅导致工艺气体到达工艺空间的速度较慢，而且由于工艺气体在工艺腔室118内靠近进气口一侧的区域内的分布密度势必大于远离进气口一侧的区域内的分布密度，导致工艺气体在反应舱118的内部分布不均匀，从而给工艺均匀性带来不良影响。

其二，由于进入腔体106内的工艺气体不能全部扩散至反应舱118的内部，并参与工艺过程，这使得很难控制参与工艺过程的工艺气体的流量，从而给工艺结果带来不良影响。

发明内容