CN112825295A - 一种蚀刻和沉积的制程控制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蚀刻和沉积的先进控制方法和装置，方法包括以下步骤：制备可独立控制气流分布的气流分配板；在所述气流分配板上阵列排布多个独立的微型气流喷嘴，在每个微型气流喷嘴内设置一个独立气道以及控制该气道通断/流量流速的电控开/关，还包括根据制程需要，程序控制各个单个的喷嘴的开/关。本发明通过可编程气流分配，来保证整个区域气流量/流速的均一性，具体实现了可编程气流图案和气流流速的局部区域的控制，相对于现有的固定气孔位置的固定气流图案的气流分布，大幅提高了原子层蚀刻和沉积的制程反应器技术。

Description

一种蚀刻和沉积的制程控制方法和装置
技术领域
本发明涉及半导体技术，具体涉及一种使用微气流喷射阵列进行气流分配控制的蚀刻和沉积(ALE/ALD)的制程控制方法和装置。
背景技术
半导体技术中，制程参数控制使产出均一性质的晶圆表面蚀刻或沉积结果是非常重要且关系着良率的。好的先进的制程面对着制程表现在大面积晶圆表面一致性的挑战，如局部区域CD、蚀刻速率、沉积速率的差异，其差异要求须通常在奈米等级内。以控制开关喷嘴来调节气流模式，用来调控晶圆表面蚀刻或沉积反应的均一性。更为有利且重要的是可用于补偿局部区域差异或前制程的调节。MFC是在远端控制气体流量及多管路组成时控制气体比例。GDP(气体分配板)是挖预制好喷嘴的平板，通常喷嘴的大小多寡及分布图案都是事先固定的，通过GDP的气流分布因此决定。此气流分布是靠近晶圆表面的，对制程结果有重大影响。MFC可比拟成水龙头，GDP比拟成莲蓬头，本发明是可比拟成可变化洒水的莲蓬头。
发明内容
本发明旨在克服现有技术存在的对制程参数控制的均一性差的不足，提供一种蚀刻和沉积的制程控制方法和装置。
本发明上述技术问题这样解决，构造一种蚀刻和沉积的制程控制方法，包括以下步骤：
S1)制备可部分或全部覆盖硅片的气流分配板；
S2)在所述气流分配板上阵列排布多个独立的微型气流喷嘴，在每个喷嘴内设置一个独立气道以及控制该气道通断/流量流速的电控开/关；
S3)根据制程需要，程序控制各个单个的喷嘴开/关。
在按照本发明提供的上述蚀刻和沉积的制程控制方法中，在所述步骤S3)中，所述程序通过占空比的改变逐个控制各个单个喷嘴的开/关，从而调节每个喷嘴输出气体的流量/流速。
在按照本发明提供的上述蚀刻和沉积的制程控制方法中，在所述步骤S3)中，所述程序按区域控制区域内每个喷嘴开/关，所述程序通过控制占空比的改变来调节所控制区域输出气体的流量/流速。
在按照本发明提供的蚀刻和沉积的制程控制装置中，包括可部分或全部覆盖硅片的气流分配板，其特征在于，所述气流分配包括阵列排布的微型气流喷嘴，每个喷嘴包括一个气道以及控制气道通断/流量流速的电控开/关，任何时刻的各个单个的喷嘴开/关頻率可根据制程需要，由程序通过电流或电压进行控制。
在按照本发明提供的上述蚀刻和沉积的制程控制装置中，所述程序根据需要逐个控制各个单个的喷嘴开/关。
在按照本发明提供的上述蚀刻和沉积的制程控制装置中，所述程序根据需要按区域控制区域内每个喷嘴开/关。
实施本发明提供的蚀刻和沉积的制程控制方法和装置，实现了1)气流模式控制、局部区域控制的改变是随时间和进度可编程的；2)任何局部区域的气流速率控制也是可编程的。气流切换开/关能力优于常规的MFC；3)气流模式可任意改变以满足过程需求。例如，中心高，甜甜圈形....边缘高的气流。任何局部区域气流可调节；4)气流分配模式可以通过过程步骤或时间坐标进行快速切换。极大程度地改善了可调节能力；5)对晶片表面气流的开关切换能力比现有技术有效得多，尤其是有益于蚀刻和沉积的需求。本发明通过可编程气流分配，来保证整个区域气流量/流速的均一性，具体实现了可编程气流图案和气流流速的局部区域的控制，相对于现有的固定气孔位置的固定气流图案的气流分布，大幅提高了原子层蚀刻和沉积的制程反应器技术。
附图说明
图1示出了按照本发明可以在气流分配板实现的几种常见的气流图案；
图2是本发明方法和装置的实施示意图；
图3是为说明本发明方法和装置实施例的气流分配板的平面示意图；
图4是按照本发明方法进行气流流量和流速控制的脉冲占空比示意图。
具体实施方式
如图1所示，按照本发明提供的一种原子层蚀刻和沉积的制程控制方法，通过对覆盖晶片设置的由大量微阵列喷嘴形成的气流分配板中，每个喷嘴的可编程控制，可以在气流分配板上实现的气流图案，其中，(a)是甜甜圈图案，其中央和外围没有输出，中央和外围之间的部分有气流输出，用本发明制程控制方法可以按时间顺序，调整不同位置的喷嘴有不同的速度或流量；(b)是边缘输出的图案，中央没有输出，适合中间厚薄与边缘厚薄不同的晶片制程要求；(c)是中央输出的图案，其原理与边缘输出图案相反；(d)是任意图案，可以根据需要形成满足需求的不同图案的要求；(e)是坡度图案，气流输出自内到外渐强或渐弱。按照本发明方法，阵列布置的大量微喷嘴可覆盖晶片蚀刻/沉积区，通过控制其中一部份开，一部分关，就可以编程实现上述各种气流图案，随着制程过程内时间的变化，可以控制气流分配板的图案随时间变化的过程之后完成蚀刻或沉积达到所需要图案。
如图2所示，在实施本发明方法和本发明装置的实施例中，包括质量流量控制器MFC101、制程进行原子层蚀刻和沉积的晶片102以及可覆盖晶片102原子层蚀刻和沉积区域的气流分配板103，其中气流分配板103阵列排布多个独立的微型气流通道104，每个微型气流通道104上都设置有喷嘴(未示出)，喷嘴开的通道会有气流输出，图中以箭头示出，喷嘴关的通道没有气流输出，图中以“X”示出。如图所示，有气流输出的区域空气分子接触晶片表面而有局部反应，没有气流输出的区域很少有分子到达晶片表面而无反应；从而，通过控制喷嘴改变气流图案就可以实现分子到达晶片表面的控制。
如前所述，构成气流分配板103的每个微型气流通道104中的单个喷嘴由于可电控其开或关，因此单个喷嘴开关頻率可用以进行流速控制，也可以同时控制多个喷嘴开关的频率实现一定结构的气流喷嘴图案，可以实现的图案如图1所示，实际上，可以实现的图案完全不受限制，可以根据需要实现任意气流图案。
为进一步了解在本发明实施例中每个微型气流通道104中的喷嘴开/关对气流图案的影响，参考图3，在如图3所示平面的气流分配板103中，大量微阵列喷嘴形成/覆盖整个气流分配板103，形成多个横竖排列的微型气流通道104，在每个微型气流通道104(气体孔洞)上分别装有独立可电控开或关的喷嘴105，由于阵列排布的气体孔洞的微型气流通道的可编程控制，可以实现随程序改变的开或关。
图4示出用来施加于喷嘴用于控制喷嘴105的开和关的脉冲方波的波形，可见占空比可以决定通过喷嘴105的气流流量和气流速度。此处，微型气流通道中的喷嘴的结构可以理解成一种装置，可以让气体进入的孔洞,附加上电控开关其开关速度可用电流或电压调节。电控开关上施加以快速的on/off占空比控制信号d可以用来调节通过微型气流通道的气体流量/流速。
在按照本发明方法的一个实施例中，通过占空比的改变逐个控制各个单个喷嘴的开/关，从而调节每个喷嘴输出气体的流量/流速。即如果有N个微型气流通道，就要有N个信号分别控制各个喷嘴的开/关，这样的控制模式灵活，但数据量大。
在按照本发明方法的另一个实施例中，程序可以按区域控制区域内每个喷嘴开/关，换言之，将全部N个微型气流通道分成M个区域，每个区域里的喷嘴同步开/关，这样，控制程序通过控制M个区域的占空比的改变来调节所控制区域输出气体的流量/流速。可以实现每个区域中气流分配的均一性。
本发明的方法和装置针对ALE或ALD需要快速的切換气流过程以达到制程要求和好的蚀刻和沉积效果，提供了一种快速而精准的方法和装置，对微气流进行分配和控制实现可编程的快速的随制程条件的切换。利用本发明，气流分配模式可以通过编程步骤或时间坐标进行快速切换。极大地改善了可调节能力。
在固定气流图案/模式的现有技术中，如在第一个时间需要中心流量大,第二个时间需边缘流量大的气体需求，现行固定微型气流通道/孔洞的设计是无法满足的。有人使用两个反应腔各放置一类孔洞分布的装置,让wafer传进传出AB反应腔来解决此类问题，但本发明通过编程转换气流图案/模式(flowpattern)的灵活度和局部气流补偿的好处显而易见。

Claims (6)

1.一种蚀刻和沉积的制程控制方法，其特征在于，包括以下步骤：制备可部分或全部覆盖硅片的气流分配板；在所述气流分配板上阵列排布多个独立的微型气流喷嘴，在每个喷嘴内设置一个独立气道以及控制该气道通断/流量流速的电控开/关，还包括根据制程需要程序控制各个单个的喷嘴开/关。
2.根据权利要求1所述制程控制方法中，其特征在于，在所述步骤S3)中，所述程序通过占空比的改变逐个控制各个单个喷嘴的开/关，从而调节每个喷嘴输出气体的流量/流速。
3.根据权利要求1所述制程控制方法，其特征在于在所述步骤S3)中，所述程序按区域控制区域内每个喷嘴开/关，所述程序通过控制占空比的改变来调节所控制区域输出气体的流量/流速。
4.一种蚀刻和沉积的制程控制装置中，包括可部分或全部覆盖硅片的气流分配板，其特征在于，所述气流分配包括阵列排布的微型气流喷嘴，每个喷嘴包括一个气道以及控制气道通断/流量流速的电控开/关，任何时刻的各个单个的喷嘴开/关頻率可根据制程需要，由程序通过电流或电压进行控制。
5.根据权利要求4所述制程控制装置，其特征在于，所述程序根据需要逐个控制各个单个的喷嘴开/关。
6.根据权利要求4所述制程控制装置，其特征在于，所述程序根据需要按区域控制区域内每个喷嘴开/关。
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