[发明专利]一种喷嘴装置及应用该喷嘴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，涉及一种用于喷射流体的喷嘴装置以及应用该喷嘴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等离子体刻蚀技术。所谓等离子体刻蚀技术指的是，反应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，反应气体通过设置在半导体刻蚀设备的反应腔室上的喷嘴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。图1就示出了目前广泛采用的一种半导体刻蚀设备中的部分结构。

请参阅图1，半导体刻蚀设备包括反应腔室14，在反应腔室14的上方设置有石英盖12，在石英盖12的大致中心位置处设置有喷嘴装置安装孔11，安装于此的喷嘴装置用于将反应腔室14外部的反应气体喷射入反应腔室14内。

在反应腔室14内设置有静电卡盘17，在该静电卡盘17上设置有聚焦环18，晶片等半导体器件19就置于该聚焦环18上。其中，静电卡 盘17吸附并固定晶片等半导体器件19，聚焦环18保护着下电极零部件，以防止其受到等离子体的轰击。

环绕反应腔室14的内壁设置有反应腔室内衬13，用以防止刻蚀生成物污染反应腔室14。在内衬13的底部设置有许多小孔，以供气体流动。

在反应腔室14一侧的靠下位置处设置有抽气腔室15，用于将上述反应生成物抽出反应腔室14。在该抽气腔室15的下表面设置有抽气腔室出气口16，上述反应生成物经此而被排出。

气体在半导体刻蚀设备内的流动过程为：首先，反应气体由喷嘴装置进入反应腔室14，并在此进行反应。反应后的生成物经过分布在内衬13上的小孔向下流动，而后进入抽气腔室15，并从抽气腔室15的出气口流出。内衬13上的这些小孔均匀地分布在静电卡盘17的周围，形成环形的小孔环带，其限制着气体在反应腔室14内的流动途径。

众所周知，刻蚀均匀性是刻蚀工艺中一个极其重要的指标。而与该指标密切相关的是反应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。在实际应用中，影响反应气体进入反应腔室后的分布状况的一个重要因素就是安装在喷嘴装置安装孔11内的喷嘴装置的结构。

图2示出了目前常采用的一种气体喷嘴装置。在该喷嘴装置上部的侧面开设有喷嘴进气口，在喷嘴装置的下部设置有喇叭状的喷嘴出气口。在该喷嘴装置的大致中央部位设置有气体通道，该气体通道上接喷嘴进气口，下连喷嘴出气口。通常，气体从位于上部的喷嘴进气口进入，经由喷嘴内部的气体通道向下流动，并到达位于下部的喷嘴出气口，由该喷嘴出气口喷入到反应腔室内。由于图2所示喷嘴出气口的辐射面积较小，所以经其注入到反应腔室内的气体比较集中，大部分喷射在被刻蚀晶片的中央部分，而在被刻蚀晶片的边缘部分则分布得较少，这样使得气体分布很不均匀。

为了获得均匀的气体分布，人们不断地对喷嘴装置进行各种改进。例如，图3和图4就示出了改进的喷嘴装置。这两种喷嘴装置的主 要思想都是通过在喷嘴出气口处设置发散状的辅助喷射孔而使气体更加分散地进入反应腔室，从而改善被刻蚀晶片表面的气体分布，以使其更均匀。

尽管相对于图2所示的结构而言，采用图3和图4所示的喷嘴结构可以使进入反应腔室内的气体相对均匀地分布在被刻蚀晶片表面，但是，由于这些喷嘴出气口部分的直径只有30mm左右，而目前被刻蚀晶片的尺寸通常为200mm，甚至可以达到300mm，这便使得相对于被刻蚀晶片的尺寸而言，喷嘴出气口部分的直径较小，因而单纯依靠前述发散状的辅助喷射孔来使晶片表面的气体均匀分布是非常困难的。特别是，目前随着晶片等半导体器件的尺寸从100mm增加到300mm，反应腔室的体积也相应地增大。这便使得在整个反应腔室内提供更加均匀的气体分布变得更加困难，从而也就影响了刻蚀速率等加工/处理速率的均匀性，进而影响刻蚀等加工/处理结果。