[发明专利]半导体工艺腔室及半导体工艺设备

说明书

本发明提供了一种半导体工艺设备中的工艺腔室及半导体工艺设备，其中，所述工艺腔室包括腔室本体、进气装置、设置于所述腔室本体内部的基座，所述进气装置包括多条进气管路，多条所述进气管路围绕所述基座设置，且均位于所述基座的下方，每条所述进气管路上均设置有流量控制机构。本发明通过设计一种进气装置，使得工艺气体能够更精准地控制和分散于工艺腔室内，工艺区的气体运动更均匀，从而消除冷泵偏置对工艺腔室内气流运动的影响，进而达到改善沉积薄膜均匀性，增强设备工艺能力以及提高产品质量的目的。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种半导体工艺设备中的工艺腔室及半导体工艺设备。

背景技术

在集成电路的研究中，以铜取代铝作为集成电路引线受到业界的广泛关注。而为了避免铜在硅和硅的氧化物中扩散、与硅发生反应，通常在铜和电路之间增加一层防扩散层。金属氮化物（比如：TaN/TiN）具有优异的热稳定性、良好的导电性、高熔点，而且晶格和晶界稳定性较高，因此成为了防扩散层的首选材料。

使用PVD磁控溅射沉积金属氮化物薄膜（比如：TaN/TiN）有着很多优点：工艺简单，重复性好，当基底的温度较低时就可得到结晶率较高的薄膜，而且使用这种方法制备的薄膜通常具有较好的外延薄膜结构，薄膜的厚度可通过溅射参数控制；此外，薄膜的致密性好，纯度高，而且沉积效率高。但是，使用PVD磁控溅射时，金属氮化物薄膜中金属和氮的化学计量比容易受硬件条件影响，比如TaN沉积时容易受到工艺套件（Process Kits）尺寸和冷泵抽速的变化而导致电阻率极不稳定。

现有技术中PVD设备的腔室结构如附图1所示，包括靶材1、腔体2、进气口8、冷泵9和冷泵门阀10，其中，进气口8设置于腔体2底部一侧，冷泵9设置于腔体2底部与进气口8相对的另一侧。腔体2内还设置有基座7、位于基座7上用于承载晶圆5的支撑台6、内衬3和卡环4，其中，内衬3和卡环4用于保护腔体内壁和冷泵不受溅镀污染。溅射工艺开始前基座7通过电机驱动升至工艺位，作为工艺气体的Ar/N从进气口8进入腔室内，配合冷泵9的抽气作用，共同维持腔内所需要的工艺压力。腔内气流从进气口8进入腔体2，通过内衬3与卡环4之间的弯折气流通道进入基座7上方工艺区，基座7靠近进气口8和冷泵9的两侧具有不同的气体流动，导致在基座7上方工艺区内气体运动的方向和速率不均匀，从而影响沉积膜厚的均匀性，且金属氮化物薄膜中金属和氮的化学计量比容易受冷泵抽速变化影响而导致电阻率不稳定。此外，受限于目前的腔室结构和进气方式，大量的Ar/N进入腔体2后被冷泵9直接抽走，仅有少量工艺气体通过内衬3与卡环4之间的弯折气流通道进入基座7上方工艺区，工艺成本较高。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

为至少解决上述技术问题之一，本发明提供了一种半导体工艺设备中的工艺腔室及半导体工艺设备，通过设计一种进气装置，使得工艺气体能够更精准地控制和分散于工艺腔室内，工艺区的气体运动更均匀，从而消除冷泵偏置对工艺腔室内气流运动的影响，避免金属氮化物薄膜中金属和氮的化学计量比因工艺套件尺寸和冷泵抽速变化的影响而导致电阻率不稳定，进而达到改善沉积薄膜均匀性、增强设备工艺能力以及提高产品质量的目的。

为实现上述目的，本发明提供了一种半导体工艺设备中的工艺腔室，包括腔室本体、进气装置、设置于所述腔室本体内部的基座，所述进气装置包括多条进气管路，多条所述进气管路围绕所述基座设置，且均位于所述基座的下方，每条所述进气管路上均设置有流量控制机构，用于控制进入所述进气管路的气体流量。

优选地，所述进气管路竖直地穿设于所述腔室本体的底壁上。

优选地，所述进气装置还包括多个升降机构，多个所述升降机构与多条所述进气管路一一对应地设置，所述升降机构用于驱动所述进气管路作升降运动。通过控制升降机构，对每条进气管路的高度进行调整，即通过调整进气管路伸入腔室本体的高度以调整进气管路端口与基座之间的距离，从而调整工艺气体在工艺腔室内纵向区域的布局。