CN113293359A - 一种可分区控制进气流量及比例的pecvd匀气装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可分区控制进气流量及比例的PECVD匀气装置，包括上层进气圆盘、中层匀气圆盘、下层匀气圆盘，其中：三个圆盘依次上、中、下相叠，上层进气圆盘与下层匀气圆盘的接触面之间具有凸墙‑凹槽配合连接结构，上层进气圆盘与下层匀气圆盘的接触面之间通过螺丝与螺孔配合固定连接；三个圆盘均分中心环、次内环、外环三圈，三个圆盘上中心环轴向形成的区域为中心匀气，三个圆盘上次内环轴向形成的区域为中间匀气，三个圆盘上外环轴向形成的区域为边缘匀气，中心匀气、中间匀气以及边缘匀气均同轴；本发明将匀气装置分为三个独立进气的区域即中心匀气、中间匀气、边缘匀气，通过调节每个进气区域的进气量以及进气比例来获得更为均匀的薄膜。

Description

一种可分区控制进气流量及比例的PECVD匀气装置

技术领域

本发明属于微纳加工技术领域，具体涉及一种可分区控制进气流量及比例的PECVD匀气装置。

背景技术

目前，传统PECVD的匀气装置分为两层进行匀气，由一个总进气口分散至一级匀气结构，再由一级匀气结构分散至二级匀气结构获得较为均匀的气体分布，理论上，如果匀气装置和热台中间形成较为均匀分布的等子立体便可沉积均匀性较好的薄膜。但是，一般通过上述传统匀气装置沉积较好均匀性的薄膜比较困难。因为传统匀气装置产生的等离子体的分布不均匀，直接影响薄膜的均匀性，如薄膜会现出晶圆中心沉积薄膜厚（或者薄）边缘薄（或者厚）。通过调节腔压、气体流量和或比例、热台与匀气装置的距离、射频功率、热台的温度等工艺参数来沉积均匀性较好的薄膜。调节薄膜均匀性是一个复杂而投入大的菜单开发过程，上述影响薄膜沉积工艺的参数彼此之间相互影响，另外，有些情况工艺窗口受限于薄膜指标。

发明内容

本发明提供一种可分区控制进气流量及比例的PECVD匀气装置，采用铝合金材质。相对于分区陶瓷热台，铝合金匀气装置具有易于加工且良率高，成本低等优点。通过调节各个区域反应气体流量和比例可获得较为均匀的薄膜。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可分区控制进气流量及比例的匀气装置，包括上层进气圆盘、中层匀气圆盘、下层匀气圆盘，其中：

三个所述圆盘依次上、中、下相叠，所述上层进气圆盘与所述下层匀气圆盘的接触面之间具有凸块-凹槽配合连接结构，同时所述上层进气圆盘与所述下层匀气圆盘的接触面之间通过螺丝与螺孔配合固定连接；

三个所述圆盘分中心环、次内环、外环三圈，三个所述圆盘上中心环轴向形成的区域为中心匀气，三个所述圆盘上次内环轴向形成的区域为中间匀气，三个所述圆盘上外环轴向形成的区域为边缘匀气；

还包括若干圆形进气孔柱，若干所述圆形进气孔柱分布在三个所述圆盘上的中心环、次内环、外环区域内；

所述中心匀气、所述中间匀气以及所述边缘匀气均同轴。

优选的，还包括圆环形浅槽a和圆环形浅槽b，所述圆环形浅槽a与所述圆环形浅槽b均设于所述上层进气圆盘靠近所述中层匀气圆盘的一面上；所述上层进气圆盘上的中心环区域与次内环区域以所述圆环形浅槽a为界，次内环区域与外环区域以所述圆环形浅槽b为界。

优选的，所述圆环形浅槽a直径大于所述圆环形浅槽b直径，所述圆环形浅槽a与所述圆环形浅槽b直径范围均为50～300mm。

优选的，所述上层进气圆盘中心环区域圆心处设有一个所述圆形进气孔柱，次内环区域和外环区域分别设有四个所述圆形进气孔柱。

优选的，还包括圆环形隔墙a、圆环形隔墙b以及侧墙a，所述圆环形隔墙a、所述圆环形隔墙b以及所述侧墙a设在所述中层匀气圆盘靠近所述上层进气圆盘的一面上，所述侧墙a垂直设于所述中层匀气圆盘外圆周处；所述圆环形隔墙a和所述圆环形隔墙b分别嵌入所述圆环形浅槽a和所述圆环形浅槽b内。

优选的，还包括圆环形浅槽c和圆环形浅槽d，所述圆环形浅槽c与所述圆环形浅槽d设在所述中层匀气圆盘靠近所述下层匀气圆盘的一面上，所述圆环形隔墙a和所述圆环形隔墙b分别与所述圆环形浅槽c和所述圆环形浅槽d一一对应设置；所述中层匀气圆盘上的中心环区域与次内环区域以所述圆环形隔墙a和所述圆环形浅槽c为界，次内环区域与外环区域以所述圆环形隔墙b和所述圆环形浅槽d为界。

优选的，所述圆环形隔墙a直径小于所述圆环形隔墙b直径，所述侧墙a直径为210～310mm，所述圆环形浅槽c直径小于所述圆环形浅槽d直径；所述圆环形隔墙a、所述圆环形隔墙b、所述圆环形浅槽c以及所述圆环形浅槽d直径范围均为50～300mm，高度范围均为18～24mm。

优选的，还包括圆环形隔墙c、圆环形隔墙d以及侧墙b，所述圆环形隔墙c、所述圆环形隔墙d以及所述侧墙b设在所述下层匀气圆盘靠近所述中层匀气圆盘的一面；所述圆环形隔墙c和所述圆环形隔墙d分别嵌入所述圆环形浅槽c和所述圆环形浅槽d内；所述侧墙b垂直设于所述下层匀气圆盘外圆周处。

优选的，所述圆环形隔墙c与所述圆环形隔墙d直径范围均为50～300mm，高度范围均为18～24mm；所述侧墙b内直径为210.3～310.3mm。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明为获得较为均匀薄膜提供一种可调式方式，通过调节每个环形区域的进气量以及进气比例来获得更为均匀的薄膜。本发明匀气装置改善了原有PECVD匀气结构无法分区控制气体流量和气体比例的弊端，为获得更为均匀的薄膜提供了更加完善的方案。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的上层进气圆盘的结构示意图；

图3是本发明的上层进气圆盘的仰视图；

图4是本发明的中层匀气圆盘的结构示意图；

图5是本发明的中层匀气圆盘的仰视图；

图6是本发明的下层匀气圆盘的结构示意图。

图中：10、上层进气圆盘；11、圆环形浅槽a；12、圆环形浅槽b；20、中层匀气圆盘；21、圆环形隔墙a；22、圆环形隔墙b；23、侧墙a；24、圆环形浅槽c；25、圆环形浅槽d；30、下层匀气圆盘；31、圆环形隔墙c；32、圆环形隔墙d；33、侧墙b；40、圆形进气孔柱。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

本发明属于微纳加工技术领域，涉及到薄膜沉积工艺。薄膜工艺在集成电路制造中起着重要作用，等离子体增强化学气相沉积(PECVD, plasma enhanced chemical vapordeposition)方法是一种关键的薄膜沉积技术，PECVD由匀气装置和热台构成电容的两个基板，匀气装置接射频源，热台与腔体内壁接地，在匀气装置与热台中间形成等离子体场。为获得较为均匀的薄膜可通过调价腔压、气体流量和比例、热台与匀气装置距离、功率、热台温度等工艺参数来获得均匀性好的薄膜，调节均匀性是一个复杂的过程，薄膜参数彼此之间相互影响，另外，可调工艺参数范围有限，为获得较为均匀的薄膜带来了困难。

因此，本发明提出一种可分区控制进气流量及比例的匀气装置，通过调节各个区域反应气体流量和比例可获得较为均匀的薄膜。以下提供本发明最优实施方案，具体如下：

实施例1

如图1所示，本发明由三部分构成，分别是上层进气圆盘10、中层匀气圆盘20以及下层匀气圆盘30，三个所述圆盘依次上、中、下相叠。

三个所述圆盘均分中心环、次内环、外环三圈，三个所述圆盘上中心环轴向形成的区域为中心匀气，三个所述圆盘上次内环轴向形成的区域为中间匀气，三个所述圆盘上外环轴向形成的区域为边缘匀气；所述中心匀气、所述中间匀气以及所述边缘匀气均同轴。本发明将匀气装置分为三个独立进气的区域即中心匀气、中间匀气、边缘匀气，通过调节每个进气区域的进气量以及进气比例来获得更为均匀的薄膜。

如图2和图3所示，图2为上层进气圆盘10的结构示意图，图3为上层进气圆盘10仰视图。图中可得，所述上层进气圆盘10下表面外圆周处为凹槽，即所述上层进气圆盘10下表面除外圆周处凸起，所述凸起外圆周即为所述上层进气圆盘10上外环的边界。

所述上层进气圆盘10下表面设有圆环形浅槽a11和圆环形浅槽b12，所述上层进气圆盘10上的中心环区域与次内环区域之间设有所述圆环形浅槽a11，次内环区域与外环区域之间设有所述圆环形浅槽b12。所述上层进气圆盘10还具有若干圆形进气孔柱40，所述上层进气圆盘10中心环区域圆心处设有一个所述圆形进气孔柱40，次内环区域和外环区域分别设有四个所述圆形进气孔柱40。次内环区域内四个所述圆形进气孔柱40和外环区域内四个所述圆形进气孔柱40均每90°分布。即所述上层进气圆盘10上具有9个所述圆形进气孔柱40，以内环区域圆心处的所述圆形进气孔柱40为交点，其余八个所述圆形进气孔柱40呈十字分布。所述圆环形浅槽a11与所述圆环形浅槽b12的直径分别为100mm、200mm，深度均为3mm，宽度均为2mm。

如图4和图5所示，图4为中层匀气圆盘20的结构示意图，图5为中层匀气圆盘20仰视图。所述中层匀气圆盘20中心环、次内环、外环三圈区域内，均分布若干所述圆形气体分散孔40。所述中层匀气圆盘20上表面开设的若干所述气体分散孔40用于分散从所述上层进气圆盘10上所述圆形进气孔柱40内通入的气体，其中，所述中层匀气圆盘20上所述圆形气体分散孔40的直径为1.8mm，数量为378个。所述中层匀气圆盘20上表面设有圆环形隔墙a21、圆环形隔墙b22以及侧墙a23。所述圆环形隔墙a21与所述上层进气圆盘10下表面所述圆环形浅槽a11对应，且可卡嵌入所述圆环形浅槽a11内；所述圆环形隔墙b22与所述上层进气圆盘10下表面所述圆环形浅槽b12对应，且可卡嵌入所述圆环形浅槽b12内。所述侧墙a23垂直设于所述中层匀气圆盘20外圆周处，所述中层匀气圆盘20直径即所述侧墙a23的直径与所述上层进气圆盘10下表面除外圆周处凸起直径一致。所述圆环形隔墙a21与所述圆环形隔墙b22直径分别为100mm、200mm，高度为21.4mm，厚度为1.97mm；所述侧墙a23直径为310mm，高度为20mm，厚度为2.5mm。所述中层匀气圆盘20下表面与所述圆环形隔墙a21和所述圆环形隔墙b22对应处分别设有圆环形浅槽c24和圆环形浅槽d25，所述圆环形浅槽c24与所述圆环形浅槽d25的直径分别为100mm、200mm，深度均为3mm，宽度均为2mm。

如图6所示，图6为下层匀气圆盘30结构示意图。所述下层匀气圆盘30中心环、次内环、外环三圈区域内，均分布若干所述气体分散孔40。所述下层匀气圆盘30下表面为光滑平板。所述下层匀气圆盘30上表面设有圆环形隔墙c31、圆环形隔墙d32以及侧墙b33。所述圆环形隔墙c31与所述中层匀气圆盘20下表面所述圆环形浅槽c24对应，且可卡嵌入圆环形浅槽c24内；所述圆环形隔墙d32与所述中层匀气圆盘20下表面所述圆环形浅槽d25对应，且可卡嵌入所述圆环形浅槽d25内。所述侧墙b33垂直设于所述下层匀气圆盘30外圆周处，所述下层匀气圆盘30直径与所述上层进气圆盘10直径一致。所述圆环形隔墙c31与所述圆环形隔墙d32直径分别为100mm、200mm，高度为21.4mm，厚度为1.97mm；所述侧墙b33直径为310.3mm，高度为45mm。

如图1所示，所述上层进气圆盘10与所述下层匀气圆盘30的接触面之间具有凸块-凹槽配合连接结构，凸块指所述下层匀气圆盘30上的所述侧墙b33，凹槽指所述上层进气圆盘10下表面外圆周处为凹槽；同时所述上层进气圆盘10与所述下层匀气圆盘30的接触面之间通过螺丝与螺孔配合固定连接。

本发明将匀气装置分为三个独立进气的区域即中心匀气、中间匀气、边缘匀气，通过调节每个进气区域的进气量以及进气比例来获得更为均匀的薄膜。中心匀气为三个所述圆盘上中心环轴向形成的区域，即为所述上层进气圆盘10与所述中层匀气圆盘20之间通过所述圆环形隔墙a21所形成的密闭的圆柱形区域，和所述中层匀气圆盘20与所述下层匀气圆盘30之间通过所述圆环形隔墙c31所形成的密闭的圆柱形区域，两个区域的集合；中间匀气为三个所述圆盘上次内环轴向形成的区域，即为所述上层进气圆盘10与所述中层匀气圆盘20之间通过所述圆环形隔墙a21与所述圆环形隔墙b22所形成的密闭的环形区域，和所述中层匀气圆盘20与所述下层匀气圆盘30之间通过所述圆环形隔墙c31与所述圆环形隔墙d32所形成的密闭的环形区域，两个区域的集合；边缘匀气为三个所述圆盘上外环轴向形成的区域，即为所述上层进气圆盘10与所述中层匀气圆盘20之间通过所述圆环形隔墙b22与所述侧墙a23所形成的密闭的环形区域，和所述中层匀气圆盘20与所述下层匀气圆盘30之间通过所述圆环形隔墙d32与所述侧墙b33所形成的密闭的环形区域，两个区域的集合。

为获得更为均匀的薄膜，本发明提出一种新型可调节气体分布的PECVD匀气装置。此匀气装置分为两层，并将每一层分为中心环、次内环、外环三圈独立进气，三层中心环、次内环、外环形成的进气区域分别为中心匀气、中间匀气、边缘匀气。本发明通过在所述上层进气圆盘10上表面开始通入反应气体，经过所述上层进气圆盘10上中心环、次内环、外环三圈区域内的所述圆形进气孔柱40将反应气体分成中心匀气、中间匀气、边缘匀气；再经过所述中层匀气圆盘20上中心环、次内环、外环三圈区域内的所述气体分散孔40将各区域内的反应气体均匀分布，通过所述下层匀气圆盘30内；接着所述下层匀气圆盘30上中心环、次内环、外环三圈区域内的所述气体分散孔40将反应气体再次均匀分布，即可完成在下方晶圆上形成均匀的薄膜。

本发明可调节每个环形区域的进气量以及进气比例来获得更为均匀的薄膜。本发明匀气装置改善了原有PECVD匀气结构无法分区控制气体流量和气体比例的弊端，为获得更为均匀的薄膜提供了更加完善的方案。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种可分区控制进气流量及比例的PECVD匀气装置，其特征在于：包括上层进气圆盘（10）、中层匀气圆盘（20）、下层匀气圆盘（30），其中：

三个所述圆盘依次上、中、下相叠，所述上层进气圆盘（10）与所述下层匀气圆盘（30）的接触面之间具有凸块-凹槽配合连接结构，同时所述上层进气圆盘（10）与所述下层匀气圆盘（30）的接触面之间通过螺丝与螺孔配合固定连接；

三个所述圆盘分中心环、次内环、外环三圈匀气，三个所述圆盘上中心环轴向形成的区域为中心匀气，三个所述圆盘上次内环轴向形成的区域为中间匀气，三个所述圆盘上外环轴向形成的区域为边缘匀气；

还包括若干圆形进气孔柱（40），若干所述圆形进气孔柱（40）用于给三个所述圆盘的中心环、次内环、外环区域供气；

所述中心匀气、所述中间匀气以及所述边缘匀气均同轴。

2.根据权利要求1所述的一种可分区控制进气流量及比例的PECVD匀气装置，其特征在于：还包括圆环形浅槽a（11）和圆环形浅槽b（12），所述圆环形浅槽a（11）与所述圆环形浅槽b（12）均设于所述上层进气圆盘（10）靠近所述中层匀气圆盘（20）的一面上；所述上层进气圆盘（10）上的中心环区域与次内环区域以所述圆环形浅槽a（11）为界，次内环区域与外环区域以所述圆环形浅槽b（12）为界。

3.根据权利要求2所述的一种可分区控制进气流量及比例的匀气装置，其特征在于：所述圆环形浅槽a（11）直径大于所述圆环形浅槽b（12）直径，所述圆环形浅槽a（11）与所述圆环形浅槽b（12）直径范围均为50～300mm，深度均为3mm，宽度均为2mm。

4.根据权利要求1所述的一种可分区控制进气流量及比例的PECVD匀气装置，其特征在于：所述上层进气圆盘（10）中心环区域圆心处设有一个所述圆形进气孔柱（40），次内环区域和外环区域分别设有四个所述圆形进气孔柱（40）。

5.根据权利要求2所述的一种可分区控制进气流量及比例的PECVD匀气装置，其特征在于：还包括圆环形隔墙a（21）、圆环形隔墙b（22）以及侧墙a（23），所述圆环形隔墙a（21）、所述圆环形隔墙b（22）以及所述侧墙a（23）设在所述中层匀气圆盘（20）靠近所述上层进气圆盘（10）的一面上，所述侧墙a（23）垂直设于所述中层匀气圆盘（20）外圆周处；所述圆环形隔墙a（21）和所述圆环形隔墙b（22）分别嵌入所述圆环形浅槽a（11）和所述圆环形浅槽b（12）内。

6.根据权利要求5所述的一种可分区控制进气流量及比例的PECVD匀气装置，其特征在于：还包括圆环形浅槽c（24）和圆环形浅槽d（25），所述圆环形浅槽c（24）与所述圆环形浅槽d（25）设在所述中层匀气圆盘（20）靠近所述下层匀气圆盘（30）的一面上，所述圆环形隔墙a（21）和所述圆环形隔墙b（22）分别与所述圆环形浅槽c（24）和所述圆环形浅槽d（25）一一对应设置；所述中层匀气圆盘（20）上的中心环区域与次内环区域以所述圆环形隔墙a（21）和所述圆环形浅槽c（24）为界，次内环区域与外环区域以所述圆环形隔墙b（22）和所述圆环形浅槽d（25）为界。

7.根据权利要求6所述的一种可分区控制进气流量及比例的匀气装置，其特征在于：所述圆环形隔墙a（21）直径小于所述圆环形隔墙b（22）直径，所述侧墙a（23）外径为210～310mm，所述圆环形浅槽c（24）直径小于所述圆环形浅槽d（25）直径；所述圆环形隔墙a（21）、所述圆环形隔墙b（22）、所述圆环形浅槽c（24）以及所述圆环形浅槽d（25）直径范围均为50～300mm，高度范围均为18～24mm。

8.根据权利要求6所述的一种可分区控制进气流量及比例的匀气装置，其特征在于：还包括圆环形隔墙c（31）、圆环形隔墙d（32）以及侧墙b（33），所述圆环形隔墙c（31）、所述圆环形隔墙d（32）以及所述侧墙b（33）设在所述下层匀气圆盘（30）靠近所述中层匀气圆盘（20）的一面；所述圆环形隔墙c（31）和所述圆环形隔墙d（32）分别嵌入所述圆环形浅槽c（24）和所述圆环形浅槽d（25）内；所述侧墙b（33）垂直设于所述下层匀气圆盘（30）外圆周处。

9.根据权利要求8所述的一种可分区控制进气流量及比例的匀气装置，其特征在于：所述圆环形隔墙c（31）与所述圆环形隔墙d（32）直径范围均为50～300mm，高度范围均为18～24mm；所述侧墙b（33）内直径为210.3～310.3mm。

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