用于PECVD薄膜沉积的气体反应装置和方法

摘要

一种用于PECVD薄膜沉积的气体反应装置，包括：进气管、气体混合器、两个以上的出气管及流量控制器；所述气体混合器的一端与所述进气管连接，所述气体混合器的另一端与所述出气管连接，所述气体混合器与所述进气管、所述出气管之间气体流通；所述流量控制器用于控制所述出气管内的气体流量；所述出气管还用于与喷淋头连接，所述出气管用于将所述气体混合器内混合后的反应气体通过所述喷淋头喷洒到晶圆表面。从而能够对PECVD薄膜各个区域所需的反应气体量进行控制，进而能够调节PECVD薄膜局部沉积速率以提升PECVD薄膜的均匀性。此外，还提供一种调节简单、效率高的用于PECVD薄膜沉积的气体反应方法。

说明书

技术领域

本发明涉及PECVD生产工艺，特别是涉及一种用于PECVD薄膜沉积的气 体反应装置和方法。

背景技术

随着等离子体增强化学气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)沉积PECVD薄膜的问世并用于生产线，使得集成电路的电 解质性能有了显著提高。但如果PECVD薄膜的均匀性太差可能会导致光刻聚焦 失败，集成电路的同层错位，电路结构倒塌等问题。一般地，PECVD薄膜的均 匀性主要受到晶片在反应室内的位置、加热板温度分布、反应气体流速、等离 子体分布及反应室环境等因素的影响。因而，一般会调整晶片距离喷淋头的位 置、盲调晶片在反应室内的位置及整理反应室环境来提高PECVD薄膜的均匀 性。但是上述措施风险较高、耗时长、效果差。

发明内容

基于此，有必要提供一种调节简单、效率高的用于PECVD薄膜沉积的气体 反应装置。

一种用于PECVD薄膜沉积的气体反应装置，包括：

进气管、气体混合器、两个以上的出气管及流量控制器；

所述气体混合器的一端与所述进气管连接，所述气体混合器的另一端与所 述出气管连接，所述气体混合器与所述进气管、所述出气管之间气体流通；

所述流量控制器用于控制所述出气管内的气体流量；

所述出气管还用于与喷淋头连接，所述出气管用于将所述气体混合器内混 合后的反应气体通过所述喷淋头喷洒到晶圆表面。

在其中一个实施例中，所述出气管均匀分布于所述气体混合器的出口处。

在其中一个实施例中，所述流量控制器的数量与所述出气管的数量一一对 应，所述流量控制器对应控制每个出气管内的反应气体流量。

在其中一个实施例中，所述出气管输出的反应气体经由所述喷淋头的固定 区域喷洒到晶圆表面。

在其中一个实施例中，所述流量控制器为可调节阀门。

上述用于PECVD薄膜沉积的气体反应装置通过在喷淋头和气体混合器之 间增设多个出气管，并对出气管内的气体流量进行控制，使得从出气管到喷淋 头的反应气体能够受控制的喷淋到PECVD薄膜上，从而能够对PECVD薄膜各 个区域所需的反应气体量进行控制，进而能够调节PECVD薄膜局部沉积速率以 提升PECVD薄膜的均匀性。

此外，还有必要提供一种调节简单、效率高的用于PECVD薄膜沉积的气体 反应方法。

一种用于PECVD薄膜沉积的气体反应方法，包括以下步骤：

反应气体通过进气管进入气体混合器；

所述反应气体在所述气体混合器内混合后，通过与所述气体混合器连接的 出气管进入喷淋头；

流量控制器对所述出气孔内的气体流量进行控制，其中，所述气体混合器 与所述喷淋头之间至少设置两个以上出气管。

在其中一个实施例中，所述反应气体分为若干股，经由所述出气管进入所 述喷淋头。

在其中一个实施例中，所述流量控制器一一对应控制所述出气管内的反应 气体流量。

在其中一个实施例中，所述出气管输出的反应气体经由所述喷淋头的固定 区域喷洒到晶圆表面。

上述用于PECVD薄膜沉积的气体反应方法通过在喷淋头和气体混合器之 间增设多个出气管的步骤，并通过流量控制器对出气管内的气体流量进行控制， 使得从出气管到喷淋头的反应气体能够受控制的喷淋到PECVD薄膜上，从而能 够对PECVD薄膜各个区域所需的反应气体量进行控制，进而能够调节PECVD 薄膜局部沉积速率以提升PECVD薄膜的均匀性。

附图说明

图1为用于PECVD薄膜沉积的气体反应装置的结构示意图；

图2为用于PECVD薄膜沉积的气体反应方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，为用于PECVD薄膜沉积的气体反应装置的结构示意图。

一种用于PECVD薄膜沉积的气体反应装置，包括：

进气管101、气体混合器103、两个以上的出气管105及流量控制器107。

所述气体混合器103的一端与所述进气管101连接，所述气体混合器103 的另一端与所述出气管105连接，所述气体混合器103与所述进气管101、所述 出气管105之间气体流通。

所述流量控制器107用于控制所述出气管105内的气体流量。

所述出气管105还用于与喷淋头109连接，所述出气管105用于将所述气 体混合器103内混合后的反应气体通过所述喷淋头109传输给所述PECVD薄 膜。

上述实施例的用于PECVD薄膜沉积的气体反应装置用于能够局部调整 PECVD薄膜上的反应气体，从而达到调整PECVD薄膜局部沉积速率以提升薄 膜均匀性的目的。具体地，气体混合器103的顶部与进气管101连接，气体混 合器103的底部与出气管105连接。由于进气管101、气体混合器103及出气管 105之间是气体传输，因而，进气管101、气体混合器103及出气管105之间是 气体连通的。

气体混合器103的顶部设有反应腔盖，气体混合器103的底部设有托盘。 一般地，反应气体通过进气管101进入到气体混合器103时，气体混合器103 底部的托盘截断气体混合器103与出气管105之间的气体连通性，此时，气体 混合器103只与进气管101之间是气体连通的。当气体混合器103中的反应气 体达到气体混合器103的容量阈值时，通过气体混合器103顶部的反应腔盖截 断气体混合器103与进气管101之间的气体连通性。此时，气体混合器103与 进气管101和出气管103之间不是气体连通的。当气体混合器103内的反应气 体得到充分反应后，打开气体混合器103底部的托盘，使气体混合器103与出 气管105之间气体连通，因而得到反应后的反应气体能够通过出气管105进入 到喷淋头109，再由喷淋头109喷淋到PECVD薄膜上。

所述反应气体在所述气体混合器103内混合后分为与所述出气管105数量 相同的若干股流出。

出气管105均匀分布于所述气体混合器103的出口处。将出气管105均匀 的设置在气体混合器103的出口处，即设置于气体混合器103的底部托盘处， 能够使反应气体均匀的通过喷淋头109喷淋到PECVD薄膜上。从而能够保证 PECVD薄膜的左右、上下、中心及边缘区域都能够被喷淋到反应气体，避免出 现同心圆分布或者偏单边分布的PECVD薄膜。

本实施例中，所述流量控制器107的数量与所述出气管105的数量一一对 应，所述流量控制器107对应控制每个出气管105内的反应气体流量。在其他 实施例中，也可以仅对部分出气管105作流量控制。

流量控制器107为可调节阀门。流量控制器107比可调节阀门贵，且使用 流量控制器107时，机台软件需要升级后才可用，而可调节阀门则不需要。因 而，在采用可调节阀门替代流量控制器107会节约工业成本。

由于PECVD薄膜上的各个区域所需的反应气体量不一定相同，且在反应过 程中，气体分布的原因，会导致PECVD薄膜各区域厚度不均的明显差异。因而， 通过流量控制器107对出气管105中的气体流量进行控制后，能够根据PECVD 薄膜各区域所需的气体量调节流量控制器107，进而达到调整各出气管105中的 气体流量，从而达到调节PECVD薄膜局部沉积速率，避免出现PECVD薄膜各 区域厚度不均的形象差异。

出气管105输出的反应气体经由所述喷淋头109的固定区域流向所述 PECVD薄膜。控制反应气体经由喷淋头的固定区域流向PECVD薄膜表面，是 为了能够控制PECVD薄膜局部沉积速率。

由于喷淋头109的喷口形状决定了气体输出的速度、方向、扩张速度以及 是否产生局部涡流等，因而对于喷淋反应气体到PECVD薄膜上的过程影响很 大，所以需要结合气体混合器103的各个尺寸、工作压力、气体流量等通过模 拟及试验找出最佳的设计。

在本实施例中，喷淋头109呈锥斗形，其中，喷淋头109的扩张口用于喷 淋反应气体到PECVD薄膜上，喷淋头109的小口与出气管105连接。

上述用于PECVD薄膜沉积的气体反应装置通过在喷淋头109和气体混合器 103之间增设多个出气管105，并通过流量控制器107对出气管105内的气体流 量进行控制，使得从出气管105到喷淋头109的反应气体能够受控制的喷淋到 PECVD薄膜上，从而能够对PECVD薄膜各个区域所需的反应气体量进行控制， 进而能够调节PECVD薄膜局部沉积速率以提升PECVD薄膜的均匀性。

如图2所示，为用于PECVD薄膜沉积的气体反应方法的流程图。

一种用于PECVD薄膜沉积的气体反应方法，包括以下步骤：

步骤S210，反应气体通过进气管进入气体混合器。

步骤S220，所述反应气体在所述气体混合器内混合后，通过与所述气体混 合器连接的出气管进入喷淋头。

步骤S230，流量控制器对所述出气孔内的气体流量进行控制，其中，所述 气体混合器和所述喷淋头之间至少设置两个以上出气管。

将反应气体通入进气管，反应气体通过进气管进入到与进气管气体连通的 气体混合器内。反应气体在气体混合器内充分混合反应后，进入到出气管内。 流量控制器与出气管连接，用于控制出气管内的反应气体流量。受流量控制器 控制的反应气体通过出气管进入到喷淋头。因而喷淋头的固定区域喷淋出流量 受控制的反应气体，进而能够实现调节PECVD薄膜局部沉积速率，从而实现提 升PECVD薄膜均匀性的目的。

出气管均匀分布于所述气体混合器的出口处。

所述反应气体分为与所述出气管数量相同的若干股流向所述喷淋头。

所述流量控制器一一对应控制所述出气管内的反应气体流量。

所述出气管输出的反应气体经由所述喷淋头的固定区域流向所述PECVD 薄膜。

上述用于PECVD薄膜沉积的气体反应方法通过在喷淋头和气体混合器之 间增设多个出气管的步骤，并通过流量控制器对出气管内的气体流量进行控制， 使得从出气管到喷淋头的反应气体能够受控制的喷淋到PECVD薄膜上，从而能 够对PECVD薄膜各个区域所需的反应气体量进行控制，进而能够调节PECVD 薄膜局部沉积速率以提升PECVD薄膜的均匀性。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和 改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附 权利要求为准。