半导体工艺腔室及半导体工艺设备制造技术

本发明专利技术提供了一种半导体工艺设备中的工艺腔室及半导体工艺设备，其中，所述工艺腔室包括腔室本体、进气装置、设置于所述腔室本体内部的基座，所述进气装置包括多条进气管路，多条所述进气管路围绕所述基座设置，且均位于所述基座的下方，每条所述进气管路上均设置有流量控制机构。本发明专利技术通过设计一种进气装置，使得工艺气体能够更精准地控制和分散于工艺腔室内，工艺区的气体运动更均匀，从而消除冷泵偏置对工艺腔室内气流运动的影响，进而达到改善沉积薄膜均匀性，增强设备工艺能力以及提高产品质量的目的。

【技术实现步骤摘要】
半导体工艺腔室及半导体工艺设备
本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种半导体工艺设备中的工艺腔室及半导体工艺设备。
技术介绍
在集成电路的研究中，以铜取代铝作为集成电路引线受到业界的广泛关注。而为了避免铜在硅和硅的氧化物中扩散、与硅发生反应，通常在铜和电路之间增加一层防扩散层。金属氮化物（比如：TaN/TiN）具有优异的热稳定性、良好的导电性、高熔点，而且晶格和晶界稳定性较高，因此成为了防扩散层的首选材料。使用PVD磁控溅射沉积金属氮化物薄膜（比如：TaN/TiN）有着很多优点：工艺简单，重复性好，当基底的温度较低时就可得到结晶率较高的薄膜，而且使用这种方法制备的薄膜通常具有较好的外延薄膜结构，薄膜的厚度可通过溅射参数控制；此外，薄膜的致密性好，纯度高，而且沉积效率高。但是，使用PVD磁控溅射时，金属氮化物薄膜中金属和氮的化学计量比容易受硬件条件影响，比如TaN沉积时容易受到工艺套件（ProcessKits）尺寸和冷泵抽速的变化而导致电阻率极不稳定。现有技术中PVD设备的腔室结构如附图1所示，包括靶材1、腔体2、进气口8、冷泵9和冷泵门阀10，其中，进气口8设置于腔体2底部一侧，冷泵9设置于腔体2底部与进气口8相对的另一侧。腔体2内还设置有基座7、位于基座7上用于承载晶圆5的支撑台6、内衬3和卡环4，其中，内衬3和卡环4用于保护腔体内壁和冷泵不受溅镀污染。溅射工艺开始前基座7通过电机驱动升至工艺位，作为工艺气体的Ar/N从进气口8进入腔室内，配合冷泵9的抽气作用，共同维持腔内所需要的工艺压力。腔内气流从进气口8进入腔体2，通过内衬3与卡环4之间的弯折气流通道进入基座7上方工艺区，基座7靠近进气口8和冷泵9的两侧具有不同的气体流动，导致在基座7上方工艺区内气体运动的方向和速率不均匀，从而影响沉积膜厚的均匀性，且金属氮化物薄膜中金属和氮的化学计量比容易受冷泵抽速变化影响而导致电阻率不稳定。此外，受限于目前的腔室结构和进气方式，大量的Ar/N进入腔体2后被冷泵9直接抽走，仅有少量工艺气体通过内衬3与卡环4之间的弯折气流通道进入基座7上方工艺区，工艺成本较高。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
为至少解决上述技术问题之一，本专利技术提供了一种半导体工艺设备中的工艺腔室及半导体工艺设备，通过设计一种进气装置，使得工艺气体能够更精准地控制和分散于工艺腔室内，工艺区的气体运动更均匀，从而消除冷泵偏置对工艺腔室内气流运动的影响，避免金属氮化物薄膜中金属和氮的化学计量比因工艺套件尺寸和冷泵抽速变化的影响而导致电阻率不稳定，进而达到改善沉积薄膜均匀性、增强设备工艺能力以及提高产品质量的目的。为实现上述目的，本专利技术提供了一种半导体工艺设备中的工艺腔室，包括腔室本体、进气装置、设置于所述腔室本体内部的基座，所述进气装置包括多条进气管路，多条所述进气管路围绕所述基座设置，且均位于所述基座的下方，每条所述进气管路上均设置有流量控制机构，用于控制进入所述进气管路的气体流量。优选地，所述进气管路竖直地穿设于所述腔室本体的底壁上。优选地，所述进气装置还包括多个升降机构，多个所述升降机构与多条所述进气管路一一对应地设置，所述升降机构用于驱动所述进气管路作升降运动。通过控制升降机构，对每条进气管路的高度进行调整，即通过调整进气管路伸入腔室本体的高度以调整进气管路端口与基座之间的距离，从而调整工艺气体在工艺腔室内纵向区域的布局。优选地，所述升降机构穿设于所述底壁上，且与所述底壁密封连接；所述进气管路穿设于所述升降机构中，且与所述升降机构密封连接。优选地，所述进气管路包括硬管段和软管段，所述硬管段穿设于所述升降机构中，且与所述升降机构密封连接，所述硬管段部分位于所述腔室本体内部，部分位于所述腔室本体外部，所述软管段位于所述腔室本体外部，一端与所述硬管段位于所述腔室本体外部的端连通，另一端与所述流量控制机构连通。软管段的设置，有利于升降机构驱动进气管路作升降运动。优选地，多条所述进气管呈圆环状均匀排布。所述基座包括座体和支撑所述座体的支撑柱，所述座体与所述支撑柱同轴，多条所述进气管路沿所述座体在所述腔室本体底部的投影外沿竖直均匀设置，从而使得工艺气体更容易通过内衬与卡环之间的弯折气流通道进入基座上方工艺区。优选地，所述流量控制机构为质量流量控制器（MFC）。优选地，所述进气装置还包括混合气路、至少两条工艺气路，所述混合气路连通所述进气管路和所述工艺气路。所述工艺气路用于传输不同的工艺气体，所述混合气路用于将不同工艺气路传输的工艺气体进行预混合，并将混合后的混合气体传输至所述进气管路。更优选地，所述混合气路包括主混气管、进气支管、多条出气支管，所述进气支管和多条所述出气支管均与所述主混气管连通；多条所述出气支管与多条所述进气管路一一对应，所述出气支管通过所述流量控制机构与所述进气管路连通，至少两条所述工艺气路均与所述进气支管连通。本专利技术还提供了一种半导体工艺设备，包括上述工艺腔室。相比现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的工艺腔室，通过多条进气管路围绕基座的设置方式，在一定程度上改善了工艺腔室内部气流不均的问题，且可避免大量工艺气体直接被冷泵抽走，有效降低了工艺成本；同时，通过在每条进气管路上设置流量控制机构，可以合理调控每条进气管路的气体流量，从而实现工艺腔室内不同位置的精准供气，进一步改善工艺腔室内部气流的均匀性。进一步的，通过设置升降机构以调节进气管路的高度，可以调整工艺气体在工艺腔室内纵向区域的布局。通过对工艺气体在整个工艺腔室空间3D立体均匀控制，可以消除冷泵偏置对工艺腔室内气流运动的影响，进而改善沉积薄膜均匀性和氮化物电阻率稳定性，增强设备工艺能力，有效提高产品质量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为现有技术中工艺腔室的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种工艺腔室的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种工艺腔室的剖面俯视图；图4（a）为本专利技术实施例提供的TaN薄膜在气流优化前的表面电阻率分布示意图；图4（b）为本专利技术实施例提供的TaN薄膜在气流优化后的表面电阻率分布示意图。主要元件符号说明：101-靶材；102-腔室本体；103-内衬；104-卡环；1041-第一延伸部；1042-第二延伸部；105-晶圆；106-支撑台；107-基座；1071-座体；1072-支撑柱；108-冷泵门阀；109-冷泵；110、111-工艺气路；112-混合气路；1121-主混气管；1122-进气支管；1123-出气支管；113-MFC；114-软管段；115-硬管段；116-升降机构；117-进气管路；203-支撑柱投影外沿；204-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体工艺设备中的工艺腔室，包括腔室本体、进气装置、设置于所述腔室本体内部的基座，其特征在于，所述进气装置包括多条进气管路，多条所述进气管路围绕所述基座设置，且均位于所述基座的下方，每条所述进气管路上均设置有流量控制机构，用于控制进入所述进气管路的气体流量。/n

【技术特征摘要】
1.一种半导体工艺设备中的工艺腔室，包括腔室本体、进气装置、设置于所述腔室本体内部的基座，其特征在于，所述进气装置包括多条进气管路，多条所述进气管路围绕所述基座设置，且均位于所述基座的下方，每条所述进气管路上均设置有流量控制机构，用于控制进入所述进气管路的气体流量。


2.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述进气管路竖直地穿设于所述腔室本体的底壁上。


3.根据权利要求2所述的工艺腔室，其特征在于，所述进气装置还包括多个升降机构，多个所述升降机构与多条所述进气管路一一对应地设置，所述升降机构用于驱动所述进气管路作升降运动。


4.根据权利要求3所述的工艺腔室，其特征在于，所述升降机构穿设于所述底壁上，且与所述底壁密封连接；所述进气管路穿设于所述升降机构中，且与所述升降机构密封连接。


5.根据权利要求4所述的工艺腔室，其特征在于，所述进气管路包括硬管段和软管段，所述硬管段穿设于所述升降机构中，且与所述升降机构密封连接，所述硬管段部分位于所述腔室本体...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄其伟，
申请(专利权)人：北京北方华创微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11