CN114300336B - 一种等离子体反应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种等离子体反应器，包括反应器腔室，所述反应器腔室设有第一抽气环、第二抽气环、喷头面板和加热器；所述喷头面板用于向所述反应器腔室喷洒等离子体；所述第一抽气环与所述第二抽气环互相配合；所述第二抽气环与所述加热器互相配合；所述第二抽气环开设有通孔，所述通孔的数量为若干个，所述通孔贯穿所述第二抽气环；所述加热器用于提供等离子体反应的温度条件。该等离子体反应器用于简化加工过程，消除加工死角，节约加工成本，便于更换工艺工况，提升抽气结构的利用率。

Description

一种等离子体反应器

技术领域

本发明涉及半导体加工领域，尤其涉及一种等离子体反应器。

背景技术

现有技术中等离子体反应器的结构示意图如图1所示，加工气体输入到内腔后，再从抽气环排气孔排出；现有技术中抽气环的结构示意图如图2所示，为一体式结构，然而随着工艺工况的变化，抽气环结构变得较为复杂、加工死角多，因此存在加工成本高、加工周期长的问题，此外，更换工艺工况时，需完全替换抽气环以满足不同的工艺需求，不同的工艺需求使不同的抽气环，导致抽气环的整体利用率较低，空闲的抽气环会占用不必要的维护成本。因此，亟需一种等离子体反应器及其抽气结构以改善上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种等离子体反应器，该等离子体反应器用于简化抽气环的加工过程，消除加工死角，节约加工成本，便于更换工艺工况，提升抽气环的利用率。

本发明提供一种等离子体反应器，包括反应器腔室，所述反应器腔室设有第一抽气环、第二抽气环和喷头面板；所述喷头面板用于向所述反应器腔室喷洒等离子体；所述第一抽气环与所述第二抽气环互相配合。

本发明的有益效果在于，通过第一抽气环与所述第二抽气环互相配合，消除了加工死角，节约了加工成本，该等离子体反应器在更换工艺工况时，只需要取下喷头面板，将第一抽气环与第二抽气环分离，只更换第一抽气环就能够满足不同的工艺生产，提升抽气环的利用率，操作便捷。

可选的，所述第二抽气环开设有通孔，所述通孔的数量为若干个，所述通孔贯穿所述第二抽气环。

可选的，所述通孔的至少一侧设有倒角。其有益效果在于，通过设置倒角便于加工，减少毛刺影响抽气环的抽气效果。

可选的，所述倒角小于25度。其有益效果在于，通过调整所述倒角实现对等离子体的顺畅导流，有利于提高抽气速度。

可选的，所述通孔的直径小于20mm。其有益效果在于，通过调整所述通孔的直径使通孔抽气更均匀。

可选的，所述通孔呈圆形、椭圆形或圆角多边形状设置。其有益效果在于，使得所述通孔内表面圆滑，不存在尖角，便于等离子体气流顺畅通过的同时有助于减少离子体在所述通孔内的沉积。

可选的，所述第一抽气环的一侧呈斜坡状或曲面状设置。其有益效果在于，通过将第一抽气环的一侧呈斜坡状或曲面状能够减少等离子体在所述第一抽气环的沉积成膜，便于清理维护。

可选的，所述喷头面板与所述第一抽气环间存在缝隙，所述缝隙的尺寸为[0.3，5]mm。其有益效果在于，减少所述喷头面板表面的沉积成膜，有利于保持所述反应器腔室清洁。

可选的，所述第一抽气环与所述第二抽气环之间通过凹陷和凸起互相配合。其有益效果在于，通过设置凹陷和凸起使所述第一抽气环与所述第二抽气环配合更紧密，有利于减少等离子体泄露。

可选的，所述第一抽气环和所述第二抽气环均由陶瓷材料制成。其有益效果在于，这种设置有利于延长第一抽气环和所述第二抽气环的使用寿命，能够适应长期生产。

可选的，所述反应器腔室设有加热器，所述加热器用于提供等离子体反应的温度条件；所述第二抽气环与所述加热器互相配合。

可选的，所述第二抽气环与所述加热器互相配合。

可选的，所述反应器腔室设有气体出口；所述加热器的一侧设有气体通路；所述第一抽气环与所述第二抽气环中的气体从所述气体出口和/或所述气体通路排出所述反应器腔室。这种设置有利于第二抽气环中的气体顺畅排出。

附图说明

图1为现有技术中等离子体反应器的结构示意图；

图2为现有技术中抽气环的结构示意图；

图3为本发明提供的一种等离子体反应器的剖视图；

图4为本发明图3中A处结构放大图；

图5中的(a)为本发明一种实施例中第一抽气环的结构示意图；

图5中的(b)为本发明另一种实施例中第一抽气环的结构示意图；

图6中的(a)为本发明中一种抽气环的分离结构示意图；

图6中的(b)为本发明中一种抽气环的卡合结构示意图；

图7中的(a)为本发明中另一种抽气环的分离结构示意图；

图7中的(b)为本发明中另一种抽气环的卡合结构示意图；

图8中的(a)-(f)为本发明在不同实施例中第二抽气环的剖视图。

图中标号：

100、第一抽气环；

101、第一环；

102、第一凸起；

103、斜坡环；

200、第二抽气环；

201、第二环；

202、第二凸起；

203、边缘环；

300、反应器腔室；

400、喷头面板；

500、加热器；

601、通孔；

602、第一凹陷；

603、气体出口；

604、气体入口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

针对现有技术存在的问题，本发明的实施例提供了一种等离子体反应器，用于通入等离子体，并对其中的基片表面做沉积处理，如图3所示，为等离子体反应器的剖视图，包括反应器腔室300，所述反应器腔室300内侧设有第一抽气环100和第二抽气环200，所述反应器腔室300的顶侧可拆卸连接有喷头面板400；本实施例以等离子体增强化学的气相沉积法(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)为该等离子体反应器的应用场景，值得说明的是，通过适应性调整，该等离子体反应器也可以用于对基片表面做蚀刻处理。

下面对等离子体反应器内部结构作详细说明：如图3和图4所示，图3为一种等离子体反应器的剖视图，图4为图3中的A处结构放大示意图。

本发明提供一种等离子体反应器，包括反应器腔室300，所述反应器腔室300设有第一抽气环100、第二抽气环200和喷头面板400；所述喷头面板400用于向所述反应器腔室300喷洒等离子体；所述第一抽气环100与所述第二抽气环200互相配合。

在一些实施例中，所述第二抽气环200与所述加热器500互相配合；所述加热器500用于提供等离子体反应的温度条件。

在一些具体的实施例中，所述喷头面板400的内侧开设有气体入口604，所述反应器腔室300的内侧开设有气体出口603，等离子体经由气体入口604进入第一抽气环100和第二抽气环200内侧，所述第二抽气环200内设有基片，等离子体在基片上沉积。所述加热器500的一侧设有气体通路；当沉积完成后，所述第一抽气环100与所述第二抽气环200中剩余的气体通过所述气体通路排出所述反应器腔室300。

在另一些实施例中，所述第二抽气环200开设有通孔601，所述通孔601的数量为若干个，所述通孔601贯穿所述第二抽气环200。

在一种具体实施例中，当沉积完成后，所述第一抽气环100与所述第二抽气环200剩余的气体依次通过所述第二抽气环200内的通孔601和所述气体出口603排出所述反应器腔室300；实现对等离子体的顺畅导流，有利于稳定保持等离子体在基片表面的扩散速度，确保等离子体在基片表面的沉积效果。

值得说明的是，所述第二抽气环200可以选择开设或不开设通孔601；这种设置不会影响等离子体在基片表面沉积的效果。

在又一些实施例中，所述气体入口604可以开设在所述所述反应器腔室300上，通过更换所述等离子体的原料，也可以对所述基片表面产生刻蚀效果。

在另一些实施例中，所述所述通孔601可以连通所述反应器腔室300内设置的其他腔体，实现排出所述等离子体。

值得说明的是，在一些实施例中，所述喷头面板400与所述第一抽气环100间存在缝隙。示例性的，所述缝隙的尺寸为[0.3，5]mm。

在一些实施例中，所述第一抽气环100和所述第二抽气环200均由陶瓷材料制成。这种设置有利于延长第一抽气环100和所述第二抽气环200的使用寿命，能够适应长期生产。

在一种具体的实施例中，所述第一抽气环100和所述第二抽气环200均由氮化硅陶瓷材料制成。在另一些实施例中，所述第一抽气环100和所述第二抽气环200可以由其他陶瓷材料制成。

在一些实施例中，所述第一抽气环100与所述第二抽气环200之间通过凹陷和凸起互相配合。

在一些实施例中，所述第一抽气环100和所述第二抽气环200之间设有第一凸起102和第一凹陷602。所述第一抽气环100包括第一环101；所述第二抽气环200包括第二环201。

在一些具体实施例中，所述加热器500顶侧设有第二抽气环200，所述第二抽气环200的顶侧设有第一抽气环100；所述第二环201与所述加热器500之间设有第二凸起202和第二凹陷，当所述第二凸起202与所述第二凹陷相卡合时，所述第二环201与所述加热器500相贴合。所述加热器500顶端与第二抽气环200底端可拆卸连接，同时，所述第二抽气环200顶端与第一抽气环100底端可拆卸连接，便于第一抽气环100和第二抽气环200的更换，能够节约更换工艺工况所需的时间。

当更换工艺工况时，首先拆卸喷头面板400，取出反应器腔室300内侧的第一抽气环100，将另一种第一抽气环100置于应器腔室3内，当所述第一凸起102通过第一凹陷602与第二环201的一端相卡合时，所述第一环101与第二环201相贴合，所述第一抽气环100与第二抽气环200相贴合。能够避免第一抽气环100与第二抽气环200之间的等离子体泄露。通过第一抽气环和第二抽气环构成分体式抽气环，消除了加工死角，节约了加工成本，该等离子体反应器在更换工艺工况时，只需要取下喷头面板，将第一抽气环与第二抽气环分离，只更换第一抽气环就能够满足不同的工艺生产，提升抽气环的利用率，操作便捷。

在一些实施例中，所述第一抽气环100的一侧呈斜坡状或曲面状设置。

在一些具体实施例中，所述第一抽气环100包括第一环101和斜坡环103。

在一种具体实施例中，如图5中的(a)所示，为一种第一抽气环的结构示意图，第一环101的内侧无斜坡环103，这种设置便于制造，使用寿命长。

在另一种具体实施例中，如图5中的(b)所示，为另一种第一抽气环的结构示意图，所述第一环101的内侧设有斜坡环103，所述斜坡环103的内壁呈圆锥面状设置，所述喷头面板400的底端外侧位于斜坡环103的内侧，且所述喷头面板400与所述斜坡环103间存在缝隙，这种设置能够减少等离子体在斜坡环103内侧沉积成膜，同时，由于喷头面板400与斜坡环103间存在的缝隙空间狭小，等离子体在该缝隙流动性低，不会大量沉积成膜，同时该缝隙能够避免斜坡环103受压破损。

如图6中的(a)所示，为第一抽气环与第二抽气环的分离结构示意图，其中，所述第二环201的内侧开设有通孔601，所述通孔601的数量为若干个，所述通孔601分布在所述第二环201内侧。

在等离子体反应器工作时，第一抽气环100与第二抽气环200处于卡合状态，如图6中的(b)所示，其中，第一环101的底端面与第二环201的顶端面相贴合，第一凸起102与第一凹陷602相卡合，第一抽气环100与第二抽气环200相贴合。

在另一种实施例中，如图7中的(a)所示，为本发明中另一种抽气环的分离结构示意图，所述第一凸起102可以呈环状设置，所述第一凸起102固定连接在所述第二环201的顶端，所述第一凸起102与所述第二环201共同构成环形阶梯状；相应的，所述第一环101的底端外缘开设有环形槽，使得所述第一环101的底端呈环形阶梯状。如图7中的(b)所示，为本发明中另一种抽气环的分离结构示意图，所述第一凸起102能够与所述环形槽互相咬合，当所述第一凸起102通过所述环形槽与第一环101的底端咬合时，第一环101底端面与所述第二环201的顶端面相贴合，使得第一环101与第二环201之间保持密封。

在又一些实施例中，所述第一抽气环100与第二抽气环200还可以通过螺纹连接或其他可拆卸连接方式连接。

如图8所示，为本发明在不同实施例中第二抽气环的剖视图，在一种实施例中，如图8中的(a)所示，所述通孔601呈单层环状排列在第二环201内侧，另一种实施例中，如图8所示的图(b)所示，所述通孔601呈多层环状排列在第二环201内侧，这种设置有利于第二抽气环200内的等离子体在基片表面均匀扩散，确保沉积的半导体层均匀性。

在一些实施例中，所述倒角小于25度。通过调整所述倒角实现对等离子体的顺畅导流，有利于提高抽气速度。

在一些实施例中，示例性的，所述通孔601的直径小于20mm。通过调整所述通孔601的直径使通孔601抽气更均匀。

在一些实施例中，所述通孔601的至少一侧设有倒角。通过设置倒角便于加工，减少毛刺影响抽气环的抽气效果。

在一种具体实施例中，如图8中的(c)所示，所述通孔601的外侧设有倒角。

在另一种具体实施例中，如图8中的(d)所示，所述通孔601的内侧设有倒角。

在又一种具体实施例中，如图8中的(e)所示，所述通孔601的内外两侧均设有倒角。

值得说明的是，在一种实施例中，可以通过增加或减少第二环201的内侧通孔601的数量，用于控制等离子体的整体流出速度，以适应不同的工艺工况。

示例性的，所述倒角的角度小于25度，这种设置有利于提高抽速，同时，使第二抽气环200内的等离子体在抽气时保持均匀分布在基片表面。

在一些实施例中，所述通孔601呈圆形、椭圆形或圆角多边形状设置。

在一种具体实施例中，如图8中的(a)所示，所述通孔601的形状呈圆形或椭圆形设置，所述通孔601的直径小于20mm；这种设置使通孔601内表面圆滑。

在另一种具体实施例中，如图8中的(f)所示，通孔601呈多边形设置，所述多边形为圆角多边形，不存在尖角，便于等离子体气流顺畅通过的同时有助于减少离子体在通孔601内的沉积，便于清理。

虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

Claims (10)

1.一种等离子体反应器，其特征在于，包括反应器腔室(300)，所述反应器腔室(300)设有第一抽气环(100)、第二抽气环(200)和喷头面板(400)；

所述喷头面板(400)用于向所述反应器腔室(300)喷洒等离子体；

所述反应器腔室(300)设有加热器(500)，所述加热器(500)用于提供等离子体反应的温度条件；

所述第二抽气环(200)设置于所述加热器(500)顶侧，且所述第二抽气环(200)与所述加热器(500)互相配合；

所述第一抽气环(100)设置于所述第二抽气环(200)顶侧，且所述第一抽气环(100)与所述第二抽气环(200)互相配合；

所述喷头面板(400)与所述第一抽气环(100)间存在缝隙，所述缝隙的尺寸为[0.3，5]mm。

2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述第二抽气环(200)开设有通孔(601)，所述通孔(601)的数量为若干个，所述通孔(601)贯穿所述第二抽气环(200)。

3.根据权利要求2所述的反应器，其特征在于，所述通孔(601)的至少一侧设有倒角。

4.根据权利要求3所述的反应器，其特征在于，所述倒角小于25度。

5.根据权利要求2所述的反应器，其特征在于，所述通孔(601)的直径小于20mm。

6.根据权利要求2所述的反应器，其特征在于，所述通孔(601)呈圆形、椭圆形或圆角多边形状设置。

7.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述第一抽气环(100)的一侧呈斜坡状或曲面状设置。

8.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述第一抽气环(100)与所述第二抽气环(200)之间通过凹陷和凸起互相配合。

9.根据权利要求1所述的一种等离子体反应器，其特征在于，所述第一抽气环(100)和所述第二抽气环(200)均由陶瓷材料制成。

10.根据权利要求1所述的一种等离子体反应器，其特征在于，所述反应器腔室(300)设有气体出口(603)；所述加热器(500)的一侧设有气体通路；所述第一抽气环(100)与所述第二抽气环(200)中的气体从所述气体出口(603)和/或所述气体通路排出所述反应器腔室(300)。