本发明专利技术提供一种等离子体产生装置和具有其的半导体设备。该等离子体产生装置包括：等离子体产生腔；套筒，沿所述等离子体产生腔的周向包围所述等离子体产生腔，以在所述等离子体产生腔的外壁与所述套筒之间形成气流通道；盖板，封闭所述气流通道的顶部；气体喷嘴，设置在所述盖板上，用于将冷却气体从所述气流通道的顶部喷射到所述气流通道中；以及出气口，设置在所述气流通道的下部。本发明专利技术通过设置纵向流通的冷却气流路径，可以提高换热效率，保证等离子体产生腔的外壁区域的速度场均匀，引起均匀的对流换热。由于采用利用压力来送风的气体喷嘴，因此避免在射频区域内增加另外的电器元件，使等离子体产生装置具有相对简单的结构。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体设备领域，具体地，涉及一种等离子体产生装置和具有该等离子体产生装置的半导体设备。
技术介绍
等离子体产生装置广泛地应用于集成电路(IC)、功率器件、MEMS(Micro Electro mechanical System)器件等的制造工艺中。其中一个显著的用途就是电感耦合等离子体(ICP)装置。等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，这些活性粒子和半导体衬底相互作用，使半导体衬底上的材料表面发生各种物理和化学反应，从而使材料的表面性能获得变化。在半导体器件制造过程中，可以将多层材料交替的沉积到半导体衬底的表面并对其进行刻蚀以形成期望的图案。在施加功率的射频线圈作用下，在等离子体产生腔(因其材质多是陶瓷，结构呈筒状，故以下简称“陶瓷筒”)的内部产生等离子体。随着高刻蚀速率的需求，等离子体功率密度也增高，因此会产生大量的热。目前，典型地采用立体射频线圈来形成高功率密度的等离子体。申请号为200510126396.5的中国专利技术专利申请公开了立体线圈的示例。采用立体线圈的等离子体产生腔在形成高功率密度的等离子体时温度很高，例如在3400W的情况下可以高达460℃，其产生的热辐射可能导致半导体衬底糊胶。另外，高功率密度下产生的高温很可能会超过密封圈(O-ring)的使用温度，使之失效。因此，需要一种等离子体产生装置和具有该等离子体产生装置的半导体设备，以至少部分地解决现有技术中存在的上述问题。
技术实现思路
为了至少部分地解决现有技术中存在的问题，根据本专利技术的一个方面，提供一种等离子体产生装置，其包括：等离子体产生腔；套筒，沿所
述等离子体产生腔的周向包围所述等离子体产生腔，以在所述等离子体产生腔的外壁与所述套筒之间形成气流通道；盖板，封闭所述气流通道的顶部；气体喷嘴，设置在所述盖板上，用于将冷却气体从所述气流通道的顶部喷射到所述气流通道中；以及出气口，设置在所述气流通道的下部。优选地，所述气体喷嘴的出口位于所述等离子体产生腔的顶面以上，且所述气体喷嘴的出口相对于所述等离子体产生腔的顶面的高度H为：其中，a为所述等离子体产生腔的外壁与所述套筒之间的距离；且θ为所述气体喷嘴的喷射角度。优选地，所述盖板的通过其中心线的纵向截面呈倒置的“凸”字形，所述盖板的凸部的底面与所述等离子体产生腔的顶面形状相对应且相互接触，所述盖板的凹部封闭所述气流通道的顶部，且所述气体喷嘴设置在所述盖板的凹部上。优选地，所述气体喷嘴的喷射轴线平行于所述等离子产生腔的外壁。优选地，所述气体喷嘴的喷射轴线到所述等离子体产生腔的外壁和所述套筒的内壁的距离相等。优选地，所述等离子体产生装置包括多个所述气体喷嘴，多个所述气体喷嘴沿着所述气流通道的周向均匀分布。优选地，所述等离子体产生装置包括多个所述气体喷嘴，相邻的所述气体喷嘴的喷幅区域相互重叠，且重叠面积至少为所述喷幅区域的面积的10％。优选地，所述气体喷嘴的上游设置有匀流腔，所述匀流腔用于使从所述气体喷嘴喷射的冷却气体的压力均匀。优选地，所述匀流腔设置在所述盖板中。优选地，所述等离子体产生装置还包括制冷装置，用于对所述匀流腔中的冷却气体进行制冷。优选地，所述匀流腔呈沿着所述气流通道的周向延伸的环形。优选地，所述气流通道的底部与所述等离子体产生腔的底部齐平或低于其底部。优选地，所述气流通道的底部封闭，所述出气口设置在所述套筒的下
部。优选地，所述等离子体产生装置还包括设置在所述套筒周围的风扇，所述风扇用于将所述气流通道中的冷却气体排出。优选地，所述等离子体产生装置还包括：温度传感器，设置在所述出气口处，用于感测从所述出气口排出的冷却气体的温度；以及控制器，配置为在所述冷却气体的温度高于预定值时启动所述风扇。优选地，所述套筒是由金属材料制成。优选地，所述气体喷嘴的上游设置有流量调节装置。根据本专利技术的另一个方面，还提供一种半导体设备，其包括：反应腔；基座，设置在所述反应腔内，用于承载半导体衬底；以及如上所述的任一种等离子体产生装置，所述等离子体产生装置设置在所述反应腔的上方，且使所述等离子体产生腔与所述基座相对设置。通过设置纵向流通的冷却气流路径，使气流路径的延伸方向与线圈支架的延伸方向相同，一方面，可以避免线圈支架这类阻碍流动的元件存在在冷风流动的方向上，因此可以提高换热效率；另一方面，还可以保证等离子体产生腔的外壁区域的速度场均匀，引起均匀的对流换热，进而避免由于等离子体产生腔的外壁的温差过大导致其热应力超过等离子体产生腔的材料的抗拉强度极限而导致断裂。此外，由于本专利技术采用可以利用压力来实现送风的气体喷嘴，因此无需在射频区域内增加另外的电器元件。由于在射频区域内的电器元件需要额外的屏蔽装置，因此根据本专利技术的等离子体产生装置具有相对简单的结构。进一步地，通过设置匀流腔不但可以使多个气体喷嘴喷射出的冷却气体的流速均匀，而且可以用于将从气体喷嘴喷射的气体压力调节至期望的压力值。更进一步地，环形的匀流腔由于其容积较小而更容易控制内部蓄积的气压，并且受到环形壁的阻挡使冷却气体在其中流动时更易形成对流，进而使冷却气体扩散更加均匀。进一步地，上面提到的气体喷嘴的出口相对于等离子体产生腔的顶面的高度H满足时，使得气体喷射束在到达等离子体产生腔的顶面或顶面以上时，已经形成了在其喷幅面积上分布相对均匀的气体束，
因此可以使流经等离子体产生腔的外壁的气流的大小和方向均相对稳定。在
技术实现思路
中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本
技术实现思路
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。以下结合附图，详细说明本专利技术的优点和特征。附图说明本专利技术的下列附图在此作为本专利技术的一部分用于理解本专利技术。附图中示出了本专利技术的实施方式及其描述，用来解释本专利技术的原理。在附图中，图1为根据本专利技术一个实施例的半导体设备的纵向截面图；图2为图1的半导体设备沿A-A所截的截面图；图3为根据本专利技术另一个实施例的等离子体产生装置的纵向截面图；图4为根据本专利技术再一个实施例的等离子体产生装置的纵向截面图；图5为图4的等离子体产生装置的气体喷嘴的喷射情况的简化图；以及图6为与图3和图4的等离子体产生装置配套的气路图。具体实施方式在下文的描述中，提供了大量的细节以便能够彻底地理解本专利技术。然而，本领域技术人员可以了解，如下描述仅涉及本专利技术的较佳实施例，本专利技术可以无需一个或多个这样的细节而得以实施。此外，为了避免与本专利技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。根据本专利技术的一个方面，提供了一种等离子体产生装置。该等离子体产生装置能够用于例如干刻蚀设备等的半导体设备中。为了容易理解本专利技术提供的等离子体产生装置，现在先对具有该等离子体产生装置的半导体设备的整体结构进行简单介绍。图1和2中示出了根据本专利技术一个实施例的半导体设备。需要说明的是，本文的图示仅为用于示例目的的简图，并非按比例绘制。参照图1和图2，该半导体设备包括反应腔100以及设置在反应腔100上方的等离子体产生装置200。首先，将描述在该半导体设备中与等离子
体产生装置没有直接关系的各个部分的构造。反应腔本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种等离子体产生装置，其特征在于，所述等离子体产生装置包括：等离子体产生腔；套筒，沿所述等离子体产生腔的周向包围所述等离子体产生腔，以在所述等离子体产生腔的外壁与所述套筒之间形成气流通道；盖板，封闭所述气流通道的顶部；气体喷嘴，设置在所述盖板上，用于将冷却气体从所述气流通道的顶部喷射到所述气流通道中；以及出气口，设置在所述气流通道的下部。
【技术特征摘要】
1.一种等离子体产生装置，其特征在于，所述等离子体产生装置包括：等离子体产生腔；套筒，沿所述等离子体产生腔的周向包围所述等离子体产生腔，以在所述等离子体产生腔的外壁与所述套筒之间形成气流通道；盖板，封闭所述气流通道的顶部；气体喷嘴，设置在所述盖板上，用于将冷却气体从所述气流通道的顶部喷射到所述气流通道中；以及出气口，设置在所述气流通道的下部。2.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其特征在于，所述气体喷嘴的出口位于所述等离子体产生腔的顶面以上，且所述气体喷嘴的出口相对于所述等离子体产生腔的顶面的高度H为：其中，a为所述等离子体产生腔的外壁与所述套筒之间的距离；且θ为所述气体喷嘴的喷射角度。3.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其特征在于，所述盖板的通过其中心线的纵向截面呈倒置的“凸”字形，所述盖板的凸部的底面与所述等离子体产生腔的顶面形状相对应且相互接触，所述盖板的凹部封闭所述气流通道的顶部，且所述气体喷嘴设置在所述盖板的凹部上。4.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其特征在于，所述气体喷嘴的喷射轴线平行于所述等离子产生腔的外壁。5.根据权利要求4所述的等离子体产生装置，其特征在于，所述气体喷嘴的喷射轴线到所述等离子体产生腔的外壁和所述套筒的内壁的距离相等。6.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其特征在于，所述等离子体产生装置包括多个所述气体喷嘴，多个所述气体喷嘴沿着所述气流通道的周向均匀分布。7.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其特征在于，所述等离子体产生装置包括多个所述气体喷嘴，相邻的所述气体喷嘴的喷幅区域
\t相互重叠，且重叠面积至少为所述喷幅区域的面积的10％。8.根据权利要求1所述的等离子体产...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵隆超，
申请(专利权)人：北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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