[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等离子体刻蚀技术。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，半导体刻蚀设备包括反应腔室94，在反应腔室94的上方设置有石英盖92，在石英盖92的大致中心位置处设置有进气喷嘴安装孔91，安装于此的进气喷嘴用于将反应腔室94外部的气体(例如，工艺气体)喷射到位于其下部的气体分配腔室90内。

在反应腔室94内设置有静电卡盘97，在该静电卡盘97上设置有聚焦环98，晶片等半导体器件99就置于该聚焦环98上。其中，静电卡盘97吸附并固定晶片等半导体器件99，聚焦环98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94的内壁设置有反应腔室内衬93，用以防止刻蚀生成物污染反应腔室94。在内衬93的底部设置有许多小孔，以供气体流动。

在反应腔室94一侧的靠下位置处设置有抽气腔室95，用于将上述反应生成物抽出反应腔室94。在该抽气腔室95的下表面设置有抽气腔室出气口96，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，工艺气体由气体分配装置进入反应腔室94，并在此进行反应。反应后的生成物经过分布在内衬93上的小孔向下流动，而后进入抽气腔室95，并从抽气腔室95的出气口96流出。内衬93上的这些小孔均匀地分布在静电卡盘97的周围，形成环形的小孔环带，其限制着气体在反应腔室94内的流动途径。

众所周知，刻蚀均匀性(EU，etch uniformity)是刻蚀工艺中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6245192，发明名称为“Gas distribution apparatusfor semiconductor processing”的美国专利中就公开了这样一种气体分配装置。