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CN119092436A - 一种半导体工艺设备的进气装置 - Google Patents

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CN119092436A
CN119092436A CN202411194916.5A CN202411194916A CN119092436A CN 119092436 A CN119092436 A CN 119092436A CN 202411194916 A CN202411194916 A CN 202411194916A CN 119092436 A CN119092436 A CN 119092436A
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CN
China
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air
air inlet
nozzles
air intake
gas
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CN202411194916.5A
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王春晓
闫宁
孙鸿智
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Tuojing Chuangyi Shenyang Semiconductor Equipment Co ltd
Original Assignee
Tuojing Chuangyi Shenyang Semiconductor Equipment Co ltd
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Abstract

本发明涉及半导体工艺设备领域，更具体的说，涉及一种半导体工艺设备的进气装置。本发明提供的半导体工艺设备的进气装置，包括进气环：所述进气环，内部设置单层匀气道；所述单层匀气道，外侧设置若干个第一进气孔，用于通入气体；所述单层匀气道，内侧设置若干簇喷嘴，用于将气体喷出；其中，每一个进气孔与一簇喷嘴相对应，每一簇喷嘴的数量相等或不等。本发明提出的半导体工艺设备的进气装置，能够在不开启腔室的条件下，精确且高效地实现对局部反应气体流量的控制与调节，有效地解决了在工艺开发过程中，因频繁调整喷嘴口径而必须不断开关腔室所导致的问题，显著提升了设备的整体稳定性与可靠性。

Description

一种半导体工艺设备的进气装置
技术领域
本发明涉及半导体工艺设备领域，更具体的说，涉及一种半导体工艺设备的进气装置、半导体工艺设备以及半导体工艺设备的进气控制方法。
背景技术
HDP(High-density plasma，高密度等离子体)工艺作为半导体制造领域的关键一环，其核心在于通过高密度等离子体的作用，实现晶圆表面材料的精确刻蚀与沉积。
现有的HDP设备的进气装置导致设备内部的反应气体并不均匀，在HDP工艺过程中，为了确保晶圆厚度形貌(THK profile)的均一性，需频繁进行开腔操作以更换并调整喷嘴口径，进而精确控制局部反应气体流量。
由于HDP设备的特殊结构构造，每次开腔前的准备工作及关腔后的复机流程均显复杂且耗时较长，此状况对工艺研发进度及机台设备的稳定性构成了显著制约。此外，频繁的开关腔操作还易引发一系列潜在问题，诸如颗粒(particle)数量超标、关键部件因频繁暴露于空气中而受损等。
因此，目前亟需一种在不需开腔的条件下，仍能有效控制、调节局部反应气体流量的方法或设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种半导体工艺设备的进气装置，解决现有技术的半导体工艺设备在不开腔的条件下难以有效控制、调节局部反应气体流量的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种半导体工艺设备的进气装置，包括进气环：
所述进气环，内部设置单层匀气道；
所述单层匀气道，外侧设置若干个第一进气孔，用于通入气体；
所述单层匀气道，内侧设置若干簇喷嘴，用于将气体喷出；
其中，每一个进气孔与一簇喷嘴相对应，每一簇喷嘴的数量相等或不等。
在一些实施例中，各簇喷嘴在匀气道内均相互独立分割。
在一些实施例中，所述单层匀气道，设置若干出气孔，用于安装喷嘴。
为了实现上述目的，本发明提供了一种半导体工艺设备的进气装置，包括进气环：
所述进气环，外侧设置若干个第一进气孔，用于通入气体；
所述进气环，内侧设置若干个喷嘴，用于将气体喷出；
其中，每一个进气孔与一个喷嘴相对应。
在一些实施例中，所述进气装置，还包括下腔室：
所述下腔室与进气环相连接，下腔室设置在进气环下侧；
所述下腔室设置若干个第二进气孔，下腔室的第二进气孔的数量、位置与匀气道的第一进气孔相对应。
在一些实施例中，每一个第二进气孔分别与一个流量阀连接：
所述流量阀，用于调节第二进气孔的进气流量，进而调节喷嘴的进气流量。
在一些实施例中，所述流量阀为针阀。
在一些实施例中，所述第一进气孔的数量为6、8、12或24个；
每一簇喷嘴的数量为4、3、2或1个。
为了实现上述目的，本发明提供了一种半导体工艺设备，至少包括如上所述的进气装置。
为了实现上述目的，本发明提供了一种半导体工艺设备的进气控制方法，采用如上述的半导体工艺设备的进气装置实现，包括以下步骤：
步骤S1，测量晶圆厚度形貌；
步骤S2，基于步骤S1获得的测量数据，判断晶圆表面的膜厚均一性是否超出既定的工艺范围需求；
步骤S3，如果晶圆的某一位置的膜厚超出工艺范围需求，则对相应位置的喷嘴所连接的流量阀进行调整，以实现对气体流量的控制，调整完成后重复执行步骤S1，以持续监测晶圆表面的膜厚均一性；
步骤S4，如果晶圆表面的膜厚均一性满足既定的工艺范围需求，则维持当前的气体流量，直至整个工艺结束。
本发明提出的一种半导体工艺设备的进气装置、半导体工艺设备以及半导体工艺设备的进气控制方法，能够在不开启腔室的条件下，精确且高效地实现对局部反应气体流量的控制与调节。
附图说明
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1a揭示了现有技术的进气装置的结构示意图；
图1b揭示了根据本发明第一实施例的进气装置的结构示意图；
图2a揭示了现有技术的进气装置的结构局部示意图；
图2b揭示了根据本发明第一实施例的进气装置的结构局部示意图；
图3揭示了根据本发明第二实施例的进气装置的结构局部示意图；
图4a揭示了根据本发明第一实施例/第二实施例的进气装置的针阀布置示意图；
图4b揭示了根据本发明第一实施例/第二实施例的进气装置的针阀与腔室的连接示意图；
图5揭示了根据本发明一实施例的半导体工艺设备的进气控制方法的流程图。
图中各附图标记的含义如下：
10进气环
11多层匀气道；
12喷嘴；
20进气环
21单层匀气道；
22喷嘴；
23第一进气孔；
24出气孔；
31针阀；
32下腔室；
33第二进气孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释发明，并不用于限定发明。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
需要说明的是，下述实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
图1a揭示了现有技术的进气装置的结构示意图，图2a揭示了现有技术的进气装置的结构局部示意图，如图1a和图2a所示，现有技术进气装置存在的一个显著问题：在进气环(Gas ring)10中，采用了多层匀气道11的布置。然而，这导致了进气环10匀气道匀气过程困难，各喷嘴12的出气不均匀，影响了工艺性能。
图1b揭示了根据本发明第一实施例的进气装置的结构示意图，图2b揭示了根据本发明第一实施例的进气装置的结构局部示意图，如图1b和图2b所示的第一实施例中，本发明提出的一种半导体工艺设备的进气装置，包括进气环20：
所述进气环20，内部设置单层匀气道21；
所述单层匀气道21，外侧设置若干个第一进气孔23，用于通入气体；
所述单层匀气道21，内侧设置若干簇喷嘴22，用于将气体喷出；
其中，每一个第一进气孔23与一簇喷嘴22相对应，每一簇喷嘴22的数量相等或不等。
在本实施例中，每一簇喷嘴22均包含若干个喷嘴，各簇喷嘴22在单层匀气道21内部均采取相互独立且分隔的布局。
具体而言，在本实施例中，采用SiH4气体作为通入气体。为优化气体分布，进气环内部的匀气道设计为单层结构，以实现更好的匀气效果。
根据实际需求，单层匀气道21外侧设置的第一进气孔23，可以进行多样化的进气孔配置，包括6、8、12、24等数量选项。
每个第一进气孔23均明确对应一定数量的喷嘴22，分别可以是4、3、2、1个喷嘴不等，也可以保持相等的喷嘴数量，并确保匀气道内不同喷嘴簇之间保持清晰的分隔状态。这一设计确保了每一进气孔直接对应一个独立的喷嘴簇。例如，在包含24个喷嘴的系统中，若选择设计6个进气孔，则每个进气孔将负责供应至4个喷嘴，4个喷嘴形成一个独立的喷嘴簇。
加工进气环时，特别在匀气道内增设隔断措施，以有效隔离不同喷嘴簇，避免气体相互串流。
此外，单层匀气道21还配置了若干出气孔24，用于喷嘴22的安装。每个出气孔24对应一个喷嘴22，通过螺纹连接确保喷嘴22稳固安装在出气孔24内。
更进一步地，所述进气装置，还包括下腔室32：
所述下腔室32与进气环20相连接，下腔室设置在进气环20下侧；
所述下腔室32设置若干个第二进气孔33，下腔室的第二进气孔33的数量、位置与单层匀气道21的第一进气孔23相对应，确保气体流通路径的顺畅与匹配。
气体首先由下腔室32进入，其中下腔室32的气道与进气环20的第一进气孔23相连通。随后，气体流经下腔室32的气道，最终进入进气环20的匀气道中。
图3揭示了根据本发明第二实施例的进气装置的结构局部示意图，如图3所示的第二实施例中，本发明提出的一种半导体工艺设备的进气装置，包括进气环：
所述进气环，外侧设置若干个第一进气孔23，用于通入气体；
所述进气环，内侧设置若干个喷嘴，用于将气体喷出；
其中，每一个进气孔与一个喷嘴相对应。
在本发明的第二实施例中，对进气环的设计进行了关键性修改，即取消了原有的匀气道。
在进气环配置了若干出气孔24，用于喷嘴22的安装。每个出气孔24对应一个喷嘴22。
第一进气孔23直接与出气孔24连接。每个第一进气孔23均与一个独立的喷嘴一一对应，且不同喷嘴之间互不相通，确保了气流分配的高度专一性。
同时，在本发明的第二实施例中，将第一进气孔23的数量增加至24个，并精确调整了第一进气孔23的位置，以便实现与外接针阀的精准对接。
同时，针对下腔室部分，设置了与进气环的第一进气孔相同数量和位置匹配的第二进气孔，以保证整体气流的均衡流动。
本发明提出的进气装置，通过优化进气环中SiH4匀气道结构以及进气孔位置，使用无独立匀气道(见第二实施例)或单个独立匀气道(见第一实施例)，使得进气环构造更加简单，有效解决现有技术中普遍存在的进气环匀气道匀气困难、各喷嘴出气不均等问题。
图4a揭示了根据本发明第一实施例/第二实施例的进气装置的针阀布置示意图，如图4a所示，在第一实施例以及第二实施例中，每一个第二进气孔33分别与一个流量阀连接：
所述流量阀，用于调节第二进气孔33的进气流量，进而调节喷嘴22的进气流量。
在本实施例中，采用针阀31作为流量阀，与第二进气孔33相连接。通过精确调控对应的针阀31，实现了对各个喷嘴簇进气流量的独立调节，进而达到调整晶圆表面相应位置膜层厚度的目的。
针阀属于流量阀的一种类型，具体为一种手动调节的阀门。当然，也存在其他类型的流量阀，例如气体流量计等。然而，由于针阀相较于其他类型的流量阀成本更低，更为经济，因此在本发明中作为首选的流量控制元件。
图4b揭示了根据本发明第一实施例/第二实施例的进气装置的针阀与腔室的连接示意图，如图4b所示，气体在下腔室32的外侧被有效分配，每一个第二进气孔33均配备有一个独立的外接针阀31。通过精确调整这些针阀31，能够实现对进气环20内各喷嘴簇进气流量的独立调控，从而精确地控制晶圆表面上特定区域的膜厚。
此外，进气环的设计也进行了优化，其第一进气孔数量增加至6至24个，并调整了孔位布局，以更好地适应外接针阀的需求。每个第一进气孔均精准对应四个喷嘴，确保气体分配的均匀性。同时，下腔室也相应地设计了与进气环数量、位置相匹配的第二进气孔，以确保气体流动的顺畅与高效。
本发明在无需打开腔室的情况下，通过机台外部的针阀独立控制每簇或每个喷嘴的进气流量，有效解决了传统方法中需要频繁开关腔室以调整喷嘴，由此带来颗粒数量超标及更换喷嘴耗时长等负面问题，也显著提升了机台的稳定性和运行效率。
本发明进一步提出了一种半导体工艺设备，其构成部分至少涵盖了上述提及的进气装置。值得注意的是，此半导体工艺设备的设计并不限于仅包含该进气装置，还可能涵盖其他多种构成组件，鉴于篇幅所限，此处不再一一列举具体部件。
基于上述半导体工艺设备的进气装置以及半导体工艺设备，本发明提出了一种半导体工艺设备的进气控制方法。
图5揭示了根据本发明一实施例的半导体工艺设备的进气控制方法的流程图，如图5所示，本发明提出的一种半导体工艺设备的进气控制方法，采用如上述的半导体工艺设备的进气装置实现，包括以下步骤：
步骤S1，测量晶圆厚度形貌(THK profile)；
步骤S2，基于步骤S1获得的测量数据，判断晶圆表面的膜厚均一性(Uniformity，简称U％)是否超出既定的工艺范围需求(Specification，简称SPEC)；
步骤S3，如果晶圆的某一位置的膜厚超出工艺范围需求，则对相应位置的喷嘴所连接的流量阀进行调整，以实现对气体流量的控制，调整完成后重复执行步骤S1，以持续监测晶圆表面的膜厚均一性；
步骤S4，如果晶圆表面的膜厚均一性满足既定的工艺范围需求，则维持当前的气体流量，直至整个工艺结束。
需特别指出，“膜厚均一性”指的是晶圆表面各区域膜厚的均匀程度。当某喷嘴覆盖区域膜厚相较于其他区域偏高(超出工艺范围需求)时，需减少该喷嘴的气体流量以降低膜厚，反之，则需增加气体流量以提升膜厚。
此外，“工艺范围需求”定义了工艺参数的可接受范围，任何参数调整均须确保在此范围内进行。
更进一步地，所述步骤S2中，晶圆表面的膜厚均一性是指晶圆外圈表面的膜厚均一性。
尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
本发明提出的一种半导体工艺设备的进气装置、半导体工艺设备以及半导体工艺设备的进气控制方法，能够在不开启腔室的条件下，精确且高效地实现对局部反应气体流量的控制与调节，有效地解决了在工艺开发过程中，因频繁调整喷嘴口径而必须不断开关腔室所导致诸如操作耗时显著增加、颗粒数量超标以及关键部件因频繁暴漏空气而损坏等问题，从而显著提升了设备的整体稳定性与可靠性。同时，还改善了现有进气环匀气道难以实现气体均匀分配的问题，确保了各喷嘴出气的均匀性。
如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连同。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (10)

1.一种半导体工艺设备的进气装置，其特征在于，包括进气环：
所述进气环，内部设置单层匀气道；
所述单层匀气道，外侧设置若干个第一进气孔，用于通入气体；
所述单层匀气道，内侧设置若干簇喷嘴，用于将气体喷出；
其中，每一个进气孔与一簇喷嘴相对应，每一簇喷嘴的数量相等或不等。
2.根据权利要求1所述的半导体工艺设备的进气装置，其特征在于，各簇喷嘴在匀气道内均相互独立分割。
3.根据权利要求1所述的半导体工艺设备的进气装置，其特征在于，所述单层匀气道，设置若干出气孔，用于安装喷嘴。
4.一种半导体工艺设备的进气装置，其特征在于，包括进气环：
所述进气环，外侧设置若干个第一进气孔，用于通入气体；
所述进气环，内侧设置若干个喷嘴，用于将气体喷出；
其中，每一个进气孔与一个喷嘴相对应。
5.根据权利要求1或4所述的半导体工艺设备的进气装置，其特征在于，还包括下腔室：
所述下腔室与进气环相连接，下腔室设置在进气环下侧；
所述下腔室设置若干个第二进气孔，下腔室的第二进气孔的数量、位置与匀气道的第一进气孔相对应。
6.根据权利要求5所述的半导体工艺设备的进气装置，其特征在于，每一个第二进气孔分别与一个流量阀连接：
所述流量阀，用于调节第二进气孔的进气流量，进而调节喷嘴的进气流量。
7.根据权利要求6所述的半导体工艺设备的进气装置，其特征在于，所述流量阀为针阀。
8.根据权利要求1或权利要求4所述的半导体工艺设备的进气装置，其特征在于，所述第一进气孔的数量为6、8、12或24个；
每一簇喷嘴的数量为4、3、2或1个。
9.一种半导体工艺设备，其特征在于，至少包括如权利要求1至8中任一项所述的进气装置。
10.一种半导体工艺设备的进气控制方法，采用如权利要求6或权利要求7中任一项所述的半导体工艺设备的进气装置实现，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，测量晶圆厚度形貌；
步骤S2，基于步骤S1获得的测量数据，判断晶圆表面的膜厚均一性是否超出既定的工艺范围需求；
步骤S3，如果晶圆的某一位置的膜厚超出工艺范围需求，则对相应位置的喷嘴所连接的流量阀进行调整，以实现对气体流量的控制，调整完成后重复执行步骤S1，以持续监测晶圆表面的膜厚均一性；
步骤S4，如果晶圆表面的膜厚均一性满足既定的工艺范围需求，则维持当前的气体流量，直至整个工艺结束。
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