CN104576279A - 一种气体调节装置及其所处的等离子体反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种气体调节装置及其所在的等离子体反应器,所述气体调节装置包括至少一个气体输入管道,所述气体输入管道后端连接一个气体分配器,所述气体分配器包括两个输出,分别连接所述气体喷淋头的中心区域和边缘区域。根据半导体基片的刻蚀结果,气体调节装置对刻蚀速率较慢的区域进行补充调节反应气体,有针对性的对刻蚀结果进行弥补,同时,由于气体分配器的存在,可以明确的设定注入不同区域气体的流量,从而对不均匀的基片刻蚀结果进行弥补,实现均匀的刻蚀速率。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体反应器,特别涉及等离子体反应器内均匀调节气体分布的技术领域。
背景技术
等离子体反应器或反应腔在现有技术中是公知的,并广泛应用于半导体集成电路、平板显示器,发光二极管(LED),太阳能电池等的制造工业内。在等离子腔中通常会施加一个射频电源以产生并维持等离子于反应腔中。其中,有许多不同的方式施加射频功率,每个不同方式的设计都将导致不同的特性,比如效率、等离子解离、均一性等等。其中,一种设计是电容耦合(CCP)等离子体反应器。
在电容耦合(CCP)等离子体反应器中,反应气体主要通过一气体喷淋头进入等离子体反应腔中,在射频功率源的作用下,反应气体电离产生等离子体。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,上述活性粒子可以和待处理半导体基片的表面发生多种物理和化学反应,使得半导体基片表面的形貌发生改变,即完成刻蚀过程。在半导体基片的刻蚀中,一个很重要的指标是基片加工的均一性。也就是,一个作用于基片中心区域的工艺流程应和作用于基片边缘区域的工艺流程相同或者高度相近。因此,例如,当执行工艺流程时,基片中心区域的刻蚀率应与基片边缘区域的刻蚀率相同。在刻蚀过程中,反应气体在等离子体反应腔内的分布是影响基片刻蚀是否均匀的重要参数,除此之外,反应腔内的射频功率分布、反应腔下方的真空抽气装置等也会影响基片的刻蚀均匀性。
然而在现有技术中,由于受反应腔内多种参数的影响,基片的刻蚀速率很难实现均匀,为此,急需一种均匀刻蚀半导体基片的等离子体反应器。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供一种气体调节装置和其所在的等离子体反应器。本发明所述气体调节装置连接一气体喷淋头,所述气体喷淋头包括中心区域和环绕所述中心区域的边缘区域;所述气体调节装置包括至少一个调节气体输入管道,所述调节气体输入管道后端连接一个气体分配器,所述气体分配器包括两个输出,分别连接所述气体喷淋头的中心区域和边缘区域。
优选的,所述气体喷淋头还包括环绕所述边缘区域的外缘区域;所述气体分配器还包括第三输出,所述第三输出与所述外缘区域连接。
优选的,所述气体调节装置包括至少两个调节气体输入管道,所述两个及以上调节气体输入管道内部的气体混合后进入气体分配器。
优选的,所述气体分配器控制进入所述中心区域、边缘区域和外缘区域的调节气体流量相同或者不同。
优选的,所述气体调节装置包括两个调节气体输入管道,所述调节气体输入管道分别输送O2和CxFy/CHxFy。
优选的,所述气体输入所述气体分配器的气体流量之和等于所述气体分配器进入所述中心区域、边缘区域和外缘区域的反应气体流量之和。
本发明还公开了一种等离子体反应器,包括一真空反应腔,所述真空反应腔下方设置一基座用于支撑待处理基片,所述基座上方对应设置一气体喷淋头,所述气体喷淋头包括中心区域和环绕所述中心区域的边缘区域,所述真空反应腔连接一主气体供应装置,所述主气体供应装置包括向所述中心区域供气的第一供气管路和向边缘区域供气的第二供气管路,所述真空反应腔还连接一气体调节装置,所述气体调节装置包括至少一个调节气体输入管道,所述调节气体输入管道后端连接一个气体分配器,所述气体分配器包括第一输出和第二输出,所述第一输出连接所述气体喷淋头的中心区域,所述第二输出连接所述气体喷淋头的边缘区域。
优选的,所述气体喷淋头还包括环绕所述边缘区域的外缘区域,所述主气体供应装置包括第三供气管路与所述外缘区域连接,所述气体分配器还包括第三输出与所述外缘区域连接。
优选的,所述主气体供应装置的第一供气管路与所述气体调节装置的第一输出连接后与所述真空反应腔连接,所述主气体供应装置的第二供气管路与所述气体调节装置的第二输出连接后与所述真空反应腔连接。
优选的,调节气体输入所述气体分配器的气体流量之和等于所述气体分配器进入所述第一输出和第三输出的调节气体流量之和。
本发明的优点在于:本发明提供一种气体调节装置及其所在的等离子体反应器,所述气体调节装置包括至少一个调节气体输入管道,所述调节气体输入管道后端连接一个气体分配器,所述气体分配器包括两个输出,分别连接所述气体喷淋头的中心区域和边缘区域。根据半导体基片的刻蚀结果,气体调节装置对刻蚀速率较慢的区域进行补充调节反应气体,有针对性的对刻蚀过程进行弥补,同时,由于气体分配器的存在,可以明确的设定注入不同区域气体的流量,从而对不均匀的基片刻蚀结果进行弥补,实现均匀的刻蚀速率。
附图说明
附图作为本发明说明书的一部分,例证了本发明的实施例,并与说明书一起解释和说明本发明的原理。附图用图解的方式来解释举例实施例的主要特征。附图不是用于描述实际实施例所有特征也不用于说明图中元素间的相对尺寸,也不是按比例绘出。
图1示出本发明所述等离子体反应器的结构示意图;
图2示出本发明所述主气体供应装置的结构示意图;
图3示出本发明所述气体调节装置的结构示意图;
图4示出本发明一实施例的刻蚀结果示意图。
具体实施方式
本发明涉及一气体调节装置及其所在的等离子体反应器,为了详细描述本发明技术方案,以下结合附图对本发明技术进行描述。
图1示出本发明所述等离子体反应器的结构示意图,在图1所示的等离子体反应器中,包括真空反应腔100和环绕构成所述真空反应腔的反应腔侧壁101。反应腔下方设置基座130,用于支撑半导体基片135,基座130同时用作等离子体反应器的下电极,其连接一射频功率源140。在下电极130上方对应设置一气体喷淋头120,气体喷淋头120同时作为等离子体反应器的上电极,射频功率源140施加的射频功率在上电极和下电极之间形成电磁场,由气体喷淋头120注入反应腔内的气体在电磁场的作用下电离产生等离子体。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,上述活性粒子可以和半导体基片135的表面发生多种物理和化学反应,使得半导体基片表面的形貌发生改变,完成刻蚀过程。
真空反应腔100连接一主气体供应装置160,图2示出所述主气体供应装置160的结构示意图,主气体供应装置160包括若干气体供应管道(图中未示出),根据不同半导体基片的刻蚀需求可以选择主气体供应装置160的若干路不同气体,如本实施例中的反应气体1和反应气体2,若干路反应气体在进入气体喷淋头前充分混合并注入气体喷淋头120内。为了确保反应气体通过气体喷淋头120均匀的注入反应腔100内,本实施例的气体喷淋头设置为中心区域121和环绕所述中心区域121的边缘区域122,在另外的实施例中还设置环绕边缘区域122的外缘区域123。主气体供应装置160中混合充分的反应气体在进入气体喷淋头120前分为向中心区域121供气的第一供气管路161和向边缘区域122供气的第二供气管路162,在某些实施例中还包括向外缘区域123供气的第三供气管路163。通过对气体喷淋头120进行分区,并分别向各个区域提供反应气体,减小反应气体在气体喷淋头内的扩散时间,保证反应气体能均匀快速的通过气体喷淋头进入反应腔100内,有利于半导体基片的均匀刻蚀。
然而通过反复实验发现,尽管将气体喷淋头进行分区,刻蚀完成后的半导体基片135仍难以实现刻蚀均匀的目的。由于真空反应腔100内的环境较为复杂,影响半导体基片135刻蚀均匀性的参数较多,故很难对刻蚀的均匀性进行调整。考虑到反应腔100内反应气体分布是影响刻蚀均匀性较为重要的参数,本发明设置一气体调节装置150。
图3示出本发明所述气体调节装置150的结构示意图,在本实施例中,气体调节装置150包括反应所需的调节气体1输入管道和调节气体2输入管道,调节气体1和调节气体2混合均匀后进入气体分配器155,气体分配器155将调节气体1和调节气体2的混合气体按照气体喷淋头120不同区域的需求量进行分配并注入到对应的气体喷淋头区域内。气体喷淋头120的不同区域对调节气体的需求量可以根据不添加调节气体之前的实验结果中获知。图4所示一种半导体基片为绝缘材料时的刻蚀结果示意图,由图可知,刻蚀结果是中心区域121和外缘区域123刻蚀速率较低,为了提高这两个区域的刻蚀速率,实现整个半导体基片的刻蚀速率均匀,可以通过气体调节装置150向所述中心区域121和外缘区域123补充调节气体。在本实施例中,半导体基片为绝缘材料,反应气体主要包括O2、CxFy或CHxFy以及其他反应气体,故调节气体1为O2,调节气体2为CxFy或CHxFy,由于调节气体的前端连接不同的调节气体源,在不同的实施例中,可以根据实际需要方便的替换反应气体源,如,以便输入所需的调节气体。调节气体1和调节气体2混合后进入气体分配器155,根据图4所示,中心区域121较外缘区域123刻蚀速率略高,为了平衡三个区域之间的刻蚀速率,可以设置气体分配器向中心区域121的第一输出151占调节气体总输入量的40%,向外缘区域123的第三输出153占调节气体总输入量的60%,由于边缘区域1刻蚀速率最快,故想边缘区域122的第二输出152占调节气体总输入量的0,即不向边缘区域122输入调节气体。
图4仅示意一种半导体基片的刻蚀结果,由于不同等离子体反应器的刻蚀结果不同,同时受不同调节参数和不同目标刻蚀基片影响,半导体基片的刻蚀结果可能千差万别。在不同实施例中,刻蚀速率较低的可能是三个区域中的任何一个区域或者两个区域。本发明所述的气体调节装置目的在于根据上述刻蚀结果,对刻蚀速率较慢的区域进行补充调节反应气体,有针对性的对刻蚀结果进行弥补,同时,由于气体分配器的存在,可以明确的设定注入不同区域气体的流量,从而对不均匀的基片刻蚀结果进行弥补,实现均匀的刻蚀速率。
在另外的实施例中,气体喷淋头可以设置为两个或三个以上的区域,对应的,所述主气体供应装置160设置对应路数的气体供应管路,分别将反应气体注入对应的区域内。同理,气体调节装置也需要设置对应个数的输出,对不同的区域进行反应气体的调节补充。
应该理解,本发明描述了多个特定实施例,这些实施例都在各个方面说明了本发明的内容,其并不是对本发明内容的限制。本领域技术人员应当理解,除了本发明所举例子,还有很多不同的组合可以适用本发明。此外,本领域技术人员通过对本发明说明书的理解和对本发明的实践,能够容易地想到其它实现方式。本文所描述的多个实施例中各个方面和/或部件可以被单独采用或者组合采用。需要强调的是,说明书和实施例仅作为举例,本发明实际的范围和思路通过下面的权利要求来定义。
Claims (10)
1.一种气体调节装置,所述气体调节装置连接一气体喷淋头,所述气体喷淋头包括中心区域和环绕所述中心区域的边缘区域;其特征在于:所述气体调节装置包括至少一个调节气体输入管道,所述调节气体输入管道后端连接一个气体分配器,所述气体分配器包括两个输出,分别连接所述气体喷淋头的中心区域和边缘区域。
2.根据权利要求1所述的气体调节装置,其特征在于:所述气体喷淋头还包括环绕所述边缘区域的外缘区域;所述气体分配器还包括第三输出,所述第三输出与所述外缘区域连接。
3.根据权利要求1所述的气体调节装置,其特征在于:所述气体调节装置包括至少两个调节气体输入管道,所述两个及以上调节气体输入管道内部的调节气体混合后进入气体分配器。
4.根据权利要求1所述的气体调节装置,其特征在于:所述气体分配器控制进入所述中心区域、边缘区域和外缘区域的反应气体流量相同或者不同。
5.根据权利要求1所述的气体调节装置,其特征在于:所述气体调节装置包括两个调节气体输入管道,所述调节气体输入管道分别输送O2和CxFy/CHxFy。
6.根据权利要求2所述的气体调节装置,其特征在于:所述调节气体输入所述气体分配器的气体流量之和等于所述气体分配器进入所述中心区域、边缘区域和外缘区域的调节气体流量之和。
7.一种等离子体反应器,包括一真空反应腔,所述真空反应腔下方设置一基座用于支撑待处理基片,所述基座上方对应设置一气体喷淋头,所述气体喷淋头包括中心区域和环绕所述中心区域的边缘区域,所述真空反应腔连接一主气体供应装置,所述主气体供应装置包括向所述中心区域供气的第一供气管路和向边缘区域供气的第二供气管路,其特征在于:所述真空反应腔还连接一气体调节装置,所述气体调节装置包括至少一个调节气体输入管道,所述调节气体输入管道后端连接一个气体分配器,所述气体分配器包括第一输出和第二输出,所述第一输出连接所述气体喷淋头的中心区域,所述第二输出连接所述气体喷淋头的边缘区域。
8.根据权利要求7所述的等离子体反应器,其特征在于:所述气体喷淋头还包括环绕所述边缘区域的外缘区域,所述主气体供应装置包括第三供气管路与所述外缘区域连接,所述气体分配器还包括第三输出与所述外缘区域连接。
9.根据权利要求7所述的等离子体反应器,其特征在于:所述主气体供应装置的第一供气管路与所述气体调节装置的第一输出连接后与所述真空反应腔连接,所述主气体供应装置的第二供气管路与所述气体调节装置的第二输出连接后与所述真空反应腔连接。
10.根据权利要求7所述的等离子体反应器,其特征在于:调节气体输入所述气体分配器的气体流量之和等于所述气体分配器进入所述第一输出和第三输出的调节气体流量之和。
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CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
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