CN112086336A - 半导体工艺组件及半导体加工设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体工艺组件及半导体加工设备，该半导体工艺组件包括压环，所述压环用于在基座位于工艺位置时压住晶片上表面的边缘区域；还包括：进气结构，其沿所述压环的周向设置在所述压环的下方，在所述基座位于所述工艺位置时，所述进气结构与所述压环之间存在与所述基座的上方空间连通的扩散通道；并且，所述进气结构中设置有多个进气通道，多个所述进气通道的出气端均与所述扩散通道连通，且沿所述压环的周向均匀分布；供气装置，用于向各个所述进气通道中输送工艺气体，所述工艺气体流出所述进气通道后，通过所述扩散通道进入所述基座的上方空间。通过本发明，解决了因达到基片表面的气体路径长短不一出现的等离子体能量不均匀的问题。

Description

半导体工艺组件及半导体加工设备
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种半导体工艺组件及半导体加工设备。
背景技术
目前，集成电路制造过程中，PVD((Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)发挥着无可替代的作用，几乎所有的半导体器件在其制造过程中都要使用PVD用于其后续金属互联。金属互联在芯片中起到为各个器件提供电子信号、微连线等作用。PVD工艺一般是在高真空腔室中进行，腔室中有基座，用于支撑其上的晶圆；晶圆被溅射的材料即靶材固定在腔室的顶部，磁控安装在靶材背面，产生磁场增强束缚电子的能力。在腔室侧壁会通入工艺气体，对靶材施加负电压，使得工艺气体电离产生等离子体，等离子撞击靶材产生靶材材料的原子或离子，而这些原子或离子沉积在晶圆上形成薄膜。
如图1所示现有技术中PVD的腔室结构的示意图，遮挡件1’搭接在内衬2’上，内衬2’搭接在转接件3’上，转接件3’安装在腔室中；基座4’用于承载基片5’，遮挡件1’随着基座4’的运动升高到相应的工艺位置，使遮挡件1’与内衬2’分离，工艺气体从腔室侧壁的进气管6’进入基座4’下方的腔室，进一步，从遮挡件1’和内衬2翻边的间隙进入靶材7’与基座4’之间的腔室，当对靶材7’施加负电压时，工艺气体产生等离子体，等离子体在靶材7’负电压的作用力下，撞击靶材7’产生原子或离子，这些原子或离子最终沉积在基片5’上形成薄膜。
很显然，由于工艺气体是通过腔室侧壁的进气管路进入腔室，使得到达基片5’表面的气体路径长短不一致，很容易导致被激发所产生的等离子体能量不均匀，沉积薄膜易产生偏心等问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种半导体工艺组件及半导体加工设备，以解决因达到基片表面的气体路径长短不一出现的等离子体能量不均匀的问题。
为实现本发明的目的而提供一种半导体工艺组件，包括压环，所述压环用于在基座位于工艺位置时压住晶片上表面的边缘区域；还包括：
进气结构，其沿所述压环的周向设置在所述压环的下方，在所述基座位于所述工艺位置时，所述进气结构与所述压环之间存在与所述基座的上方空间连通的扩散通道；并且，所述进气结构中设置有多个进气通道，多个所述进气通道的出气端均与所述扩散通道连通，且沿所述压环的周向均匀分布；
供气装置，用于向各个所述进气通道中输送工艺气体，所述工艺气体流出所述进气通道后，通过所述扩散通道进入所述基座的上方空间。
优选地，还包括内衬，所述内衬具有自其下端向内侧弯曲，并向上延伸的翻边结构，所述翻边结构用于在所述基座下降时支撑所述压环；
所述进气结构形成在所述翻边结构中，在所述基座位于所述工艺位置时，所述翻边结构与所述压环之间形成所述扩散通道；并且，在所述翻边结构中设置有所述进气通道。
优选地，还包括内衬，所述内衬具有自其下端向内侧弯曲，并向上延伸的翻边结构，所述翻边结构用于在所述基座下降时支撑所述压环；
所述进气结构设置于所述翻边结构的侧壁上，与所述翻边结构的侧壁固定连接。
优选地，还包括内衬，所述内衬具有自其下端向内侧弯曲，并向上延伸的翻边结构，所述翻边结构用于在所述基座下降时支撑所述压环；
所述进气结构与所述压环的下表面固定连接；或者，所述进气结构与所述基座的侧壁固定连接；
所述进气结构、所述翻边结构及所述压环配合形成所述扩散通道。
优选地，所述供气装置包括进气管路，其中，
所述进气管路的出气端与各个所述进气通道的进气端连接；所述进气管路的进气端延伸至反应腔室的外部，并与所述工艺气体的气源连接。
优选地，所述进气管路贯穿所述反应腔室的位于所述基座下方的侧壁，并延伸至所述反应腔室的外部。
优选地，所述供气装置包括进气管路，其中，
所述进气管路的出气端与各个所述进气通道的进气端连接；所述进气管路的进气端延伸至反应腔室的外部，并与所述工艺气体的气源连接；并且，所述进气管路为软质管路，以在所述进气结构升降时与所述进气通道保持连接。
优选地，所述半导体工艺组件还包括匀流结构，所述匀流结构与所述进气结构固定连接，且在所述匀流结构中沿所述压环的周向设置有匀流空间，所述匀流空间与各个所述进气通道连通；所述供气装置通过所述匀流结构的所述匀流空间向各个所述进气通道中输送所述工艺气体。
优选地，所述进气结构包括：第一本体与第二本体，所述第二本体套设在所述第一本体的***，所述第一本体、所述第二本体均与所述匀流结构连接，且所述第一本体与所述第二本体之间的环形空间形成所述进气通道。
优选地，每个所述进气通道为沿所述压环的轴向贯通所述进气结构的直通孔。
一种半导体加工设备，包括反应腔室，所述反应腔室内设置有半导体工艺组件以及用于承载基片的基座，所述半导体工艺组件采用本申请中所述的半导体工艺组件。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的半导体工艺组件及半导体加工设备，包括压环、进气结构以及供气装置，压环用于在基座位于工艺位置时压住晶片上表面的边缘区域；进气结构沿压环的周向设置在压环下方，且在基座位于工艺位置时，进气结构与压环之间存在与基座的上方空间连通的扩散通道；并且，在进气结构中设置有多个进气通道，多个进气通道的出气端均与扩散通道连通，且沿压环的周向均匀分布；供气装置用于向各个进气通道中输送工艺气体，工艺气体流出进气通道后，通过扩散通道进入基座的上方空间。本发明通过设置进气结构可以使工艺气体均匀、快速地通过进气结构、扩散通道进入到基座上方空间，保证了晶片表面进行工艺时等离子体能量的均匀性。同时由于工艺气体一般为室温，可以间接对压环进行冷却，使压环保持温度相对稳定，进而减少其对晶片的热辐射，保持晶片工艺温度相对稳定。
附图说明
图1为现有PVD的腔室结构的示意图；
图2为本发明实施例提供的半导体工艺组件的第一种结构示意图；
图3为本发明实施例中进气结构的一种结构示意图；
图4为本发明实施例提供的半导体工艺组件的第二种结构示意图；
图5为本发明实施例提供的半导体工艺组件的第三种结构示意图；
图6为本发明实施例提供的半导体工艺组件的第四种结构示意图；
图7为本发明实施例提供的半导体加工设备的一种结构示意图；
图8为本发明实施例提供的进气结构的另一种结构示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的半导体工艺组件及半导体加工设备进行详细描述。
如图2所示为本发明实施例提供的半导体工艺组件的一种结构示意图，包括压环1，压环1用于在基座2位于工艺位置时压住晶片3上表面的边缘区域；上述半导体工艺组件还包括进气结构4以及供气装置(图中未示)，进气结构4沿压环的周向设置在压环1下方，且在基座2位于工艺位置时，进气结构4与压环1之间存在与基座2的上方空间连通的扩散通道；并且，如图3所示，在进气结构4中设置有多个进气通道41，多个进气通道41的出气端均与扩散通道连通，且沿压环1的周向均匀分布；供气装置用于向各个进气通道41中输送工艺气体，工艺气体流出进气通道41后，通过扩散通道进入基座2的上方空间。
本发明实施例提供的半导体工艺组件可以使工艺气体均匀、快速地通过进气结构4、扩散通道进入到基座2的上方空间，保证了晶片表面进行工艺时等离子体能量的均匀性。同时由于工艺气体一般为室温，可以间接对压环1进行冷却，使压环1保持温度相对稳定，进而减少其对晶片3的热辐射，保持晶片工艺温度相对稳定。
参见图2，扩散通道为箭头指示的区域，进气通道41的出气端与箭头指示的扩散通道相连通。
可选地，进气通道41可以为沿压环1的轴向贯通进气结构4的直通孔，直通孔的径向截面形状可以是圆形、三角形、正方形等多种形状，参见图3，直通孔的径向截面形状为圆形。圆形直通孔的直径可由工艺不同进行不同设置，一般来讲，每个直通孔直径可以设置成约为2mm。
本发明的一个实施例中，如图4所示，半导体工艺组件还包括内衬5，内衬5具有自其下端向内侧弯曲，并向上延伸的翻边结构51，翻边结构51用于在基座下降时支撑压环1，进气结构4形成在翻边结构51中，在基座2位于工艺位置时，翻边结构51与压环1之间形成扩散通道；并且在翻边结构51中设置有进气通道41。本实施例中，内衬的翻边结构51作为进气结构4的形成基础，直接在翻边结构51内部设置各个进气通道41，结构简单、容易实现，并且达到了提高离子体能量均匀性的目的。
本发明的另一个实施例中，进气结构4也可以设置于翻边结构51的侧壁上，与翻边结构51的侧壁固定连接。本实施例中，进气结构4作为一个独立的部件设置，结构类似于图3所示的结构，将进气结构4设置于翻边结构51的侧壁上，可以避免对翻边结构51进行进一步加工，结构简单、容易实现，维护也更为方便，并且同样可以达到提高等离子体能量均匀性的目的。
本发明的另一个实施例中，如图5所示，进气结构4还可以与压环1的下表面固定连接；或者，如图6所示，进气结构4也可以与基座2的侧壁固定连接。在本实施例中，进气结构4同样作为独立的部件设置，进气结构4、翻边结构51及压环1配合形成扩散通道。本实施例给出了多种进气结构4固定形式，在具体实施例过程中，可根据不同的部件的位置关系、特定部件(例如压环)的形状变化等因素灵活地选用不同的设置方案来设置进气结构4。
基于上述的进气结构4的设置方式，在本发明的一个实施例中，如图7所示，供气装置可以包括进气管路7，其中，进气管路7的出气端与各个进气通道41的进气端连接；进气管路7的进气端延伸至反应腔室6的外部，并与工艺气体的气源连接。
气源用于向进气管路提供工艺气体。需要说明的是，图4中内衬5的翻边结构51作为进气结构4与压环1之间形成扩散通道。
优选地，如图7所示，进气管路7贯穿反应腔室6的位于基座2下方的侧壁，并延伸至反应腔室6的外部。
针对进气结构4与压环1下表面固定连接或者进气结构4与基座2侧壁固定连接的情况，进气管路7需要设置为软质管路，并且在长度上设置一些余量，以在进气结构4升降时与进气通道41保持连接。
本发明的另一个实施例中，如图7所示，半导体工艺组件还可以包括匀流结构8，匀流结构8与进气结构4固定连接，且在匀流结构8中沿压环1的周向环绕设置有匀流空间，匀流空间与各个进气通道连通；供气装置通过匀流结构8的匀流空间向各个进气通道41中输送工艺气体。
基于匀流结构8，如图8所示，进气结构4还可以设置为包括：第一本体42与第二本体43，第二本体43套设在第一本体42的***，第一本体42、第二本体43均与匀流结构8连接，且第一本体42与第二本体43之间的环形空间形成进气通道41。本发明实施例提供的进气结构为中空进气结构，进气通道41为沿压环1的轴向贯通进气结构的中空腔。基于工艺的不同，中空腔的宽度可进行不同的设置，一般来讲，可将中空腔的宽度设置成约为2mm。
针对上述实施例提供的半导体工艺组件，本发明还提供了一种半导体加工设备，如图7所示，该半导体加工设备包括：反应腔室6，反应腔室6内设置有半导体工艺组件以及用于承载基片的基座2，半导体工艺组件可采用本发明上述任意一个实施例提供的半导体工艺组件。
图7提供的半导体加工设备进行工艺时，晶片3和压环1随基座2升高到相应的工艺位置，这样晶片3和压环1与内衬翻边结构51分离，处于悬浮电位，压环1保护晶片3处于安全位置，不会产生较大的位置偏移，同时保护反应腔室6内部不被溅射污染。工艺气体通过进气管路7流入到匀流结构8后，再通过内衬翻边结构51的进气通道41均匀进入到靶材9与晶片3之间，形成均匀等离子体进行薄膜沉积。
一方面，工艺气体通过进气通道至下向上流入到内衬与压环的间的扩散通道后，进入到靶材与晶片之间，被激发为等离子体，这种均匀的进气方式保证了等离子体能量均匀性；另一方面由于反应腔室的腔室壁、内衬和基座等结构均已实现通水设计，保证了其工艺过程中的温度恒定；由于压环的厚度薄、运动频繁等特殊性，其通过水冷控温较为困难，而通过由进气通道进气的进气方式，室温气体接触压环后进行热交换，对压环进行冷却，使压环的温度相对稳定，实现对其控温的目的，进而减少其对晶片的热辐射，避免产生薄膜的应力异常、缺陷等问题。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种半导体工艺组件，包括压环，所述压环用于在基座位于工艺位置时压住晶片上表面的边缘区域，其特征在于，还包括：
进气结构，其沿所述压环的周向设置在所述压环的下方，在所述基座位于所述工艺位置时，所述进气结构与所述压环之间存在与所述基座的上方空间连通的扩散通道；并且，所述进气结构中设置有多个进气通道，多个所述进气通道的出气端均与所述扩散通道连通，且沿所述压环的周向均匀分布；
供气装置，用于向各个所述进气通道中输送工艺气体，所述工艺气体流出所述进气通道后，通过所述扩散通道进入所述基座的上方空间。
2.根据权利要求1所述的半导体工艺组件，其特征在于，还包括内衬，所述内衬具有自其下端向内侧弯曲，并向上延伸的翻边结构，所述翻边结构用于在所述基座下降时支撑所述压环；
所述进气结构形成在所述翻边结构中，在所述基座位于所述工艺位置时，所述翻边结构与所述压环之间形成所述扩散通道；并且，在所述翻边结构中设置有所述进气通道。
3.根据权利要求1所述的半导体工艺组件，其特征在于，还包括内衬，所述内衬具有自其下端向内侧弯曲，并向上延伸的翻边结构，所述翻边结构用于在所述基座下降时支撑所述压环；
所述进气结构设置于所述翻边结构的侧壁上，与所述翻边结构的侧壁固定连接。
4.根据权利要求1所述的半导体工艺组件，其特征在于，还包括内衬，所述内衬具有自其下端向内侧弯曲，并向上延伸的翻边结构，所述翻边结构用于在所述基座下降时支撑所述压环；
所述进气结构与所述压环的下表面固定连接；或者，所述进气结构与所述基座的侧壁固定连接；
所述进气结构、所述翻边结构及所述压环配合形成所述扩散通道。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的半导体工艺组件，其特征在于，所述供气装置包括进气管路，其中，
所述进气管路的出气端与各个所述进气通道的进气端连接；所述进气管路的进气端延伸至反应腔室的外部，并与所述工艺气体的气源连接。
6.根据权利要求5所述的半导体工艺组件，其特征在于，所述进气管路贯穿所述反应腔室的位于所述基座下方的侧壁，并延伸至所述反应腔室的外部。
7.根据权利要求4所述的半导体工艺组件，其特征在于，所述供气装置包括进气管路，其中，
所述进气管路的出气端与各个所述进气通道的进气端连接；所述进气管路的进气端延伸至反应腔室的外部，并与所述工艺气体的气源连接；并且，所述进气管路为软质管路，以在所述进气结构升降时与所述进气通道保持连接。
8.根据权利要求1-4任意一项所述的半导体工艺组件，其特征在于，所述半导体工艺组件还包括匀流结构，所述匀流结构与所述进气结构固定连接，且在所述匀流结构中沿所述压环的周向设置有匀流空间，所述匀流空间与各个所述进气通道连通；所述供气装置通过所述匀流结构的所述匀流空间向各个所述进气通道中输送所述工艺气体。
9.根据权利要求8所述的半导体工艺组件，其特征在于，所述进气结构包括：第一本体与第二本体，所述第二本体套设在所述第一本体的***，所述第一本体、所述第二本体均与所述匀流结构连接，且所述第一本体与所述第二本体之间的环形空间形成所述进气通道。
10.根据权利要求1-4任意一项所述的半导体工艺组件，其特征在于，每个所述进气通道为沿所述压环的轴向贯通所述进气结构的直通孔。
11.一种半导体加工设备，包括反应腔室，所述反应腔室内设置有半导体工艺组件以及用于承载基片的基座，其特征在于，所述半导体工艺组件采用权利要求1-10任一项所述的半导体工艺组件。
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