CN112863982A - 侧向扰流式感应耦合等离子体蚀刻机的制造方法及其结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种侧向扰流式感应耦合等离子体蚀刻机的制造方法及其结构，其中制造方法包括：提供第一腔体；提供第二腔体，形成于第一腔体的下方且相连通；设置至少一个第一进气口在第一反应腔室的顶面；设置至少一个第二进气口在第一反应腔室的外围且位于第二腔体顶面；以及多个第三进气口，在第二反应腔体的侧壁上且高于晶圆片顶面的位置。借由本发明的实施，可以改善气体分流效果不佳的情况，有效的调整气体分流，达到改变晶圆表面蚀刻率分布及提升外围浓度的功效。
Description
技术领域
本发明涉及侧向扰流式感应耦合等离子体蚀刻机的制造方法及其结构，特别是涉及一种侧向扰流式高均匀度感应耦合等离子体蚀刻机的制造方法及其结构
背景技术
不管是半导体、光电产业、还是功率电子元件，使用等离子体蚀刻制程制作，已经在应用上相当的广泛。因应不同的制程需求，必需提供各种调整均匀性的制程参数。利用上部制程，在进气位置进行气体分流，以达成调整蚀刻率均匀性是一种常见的作法，特别是腔室间隙(chamber gap)小于20毫米(mm)的电容式射频等离子体蚀刻机(CapacitiveCoupled Plasma,CCP)，其功效非常明显。
但是对感应耦合等离子体蚀刻机(Inductive Couple Plasma Etcher,ICP)而言，利用气体分流方式，并无效果。这是因为ICP都使用宽带(wide gap)，间隙大于140毫米(mm)，在气体未到达晶圆片前就会混合在一起，以至于过去在感应耦合等离子体蚀刻机，利用气体分流方式，并无多大效果。
如图1及图2所示，现有的感应耦合等离子体蚀刻机，其使用第一进气口提供等离子体反应的主气体，又使用第二进气口，用以辅助提升等离子体反应区其气体反应物的外围浓度，但这样的设计，往往因为第二进气口送入的气体，很容易被排气口直接抽除，因此无法如预期，达到提升外围气体反应物浓度的功效。
发明内容
本发明为侧向扰流式感应耦合等离子体蚀刻机的制造方法及其结构，其主要解决如何借由气体分流的调整，使蚀刻的均匀性及气体反应物的外围浓度提升，以达到最佳蚀刻效果的问题。
本发明提供一种侧向扰流式感应耦合等离子体蚀刻机的制造方法，其包括：提供第一腔体，其具有第一反应腔室；提供第一线圈，其环绕设置于第一腔体的外围；提供第二腔体，其具有第二反应腔室，第二腔体形成于第一腔体的下方，且第二反应腔室与第一反应腔室相连通；提供第二线圈，其环绕设置于第二腔体的外围；设置至少一个第一进气口，其形成于第一反应腔室的顶面，又第一进气口输入第一气流，在第一反应腔室及第二反应腔室的等离子体反应区形成气体反应物气团，以覆盖晶圆片；设置至少一个第二进气口，其形成于第一反应腔室的外围且位于第二腔体顶面的位置，又第二进气口输入第二气流，用以通过气体反应物气团的边缘区域；设置多个第三进气口，其形成于第二反应腔体的侧壁上且高于晶圆片顶面的位置，又第三进气口输入第三气流，用以使第二气流产生扰流，以增加气体反应物气团的边缘的气体反应物分子浓度；设置至少一个出气口，其与第二反应腔室相连通且形成于晶圆片下方的位置。
在本发明的一实施例中，该多个第三进气口的喷射角度介于0-60度之间。在本发明的一实施例中，侧向扰流式感应耦合等离子体蚀刻机的制造方法还包括：
提供气体流量比例控制器，其用以控制该至少一个第一进气口、该至少一个第二进气口、该多个第三进气口及该出气口间的气体流量的比例及流速。
本发明又提供一种侧向扰流式感应耦合等离子体蚀刻机结构，其包括：第一腔体，其具有第一反应腔室；第一线圈，其环绕设置于第一腔体的外围；第二腔体，其具有第二反应腔室，第二腔体形成于第一腔体的下方，且第二反应腔室与第一反应腔室相连通；第二线圈，其环绕设置于第二腔体的外围；至少一个第一进气口，形成于第一反应腔室的顶面；至少一个第二进气口，形成于第一反应腔室的外围且位于第二腔体顶面的位置；多个第三进气口，形成于第二反应腔体的侧壁上且高于晶圆片顶面的位置；以及至少一个出气口，其与第二反应腔室相连通且形成于晶圆片下方的位置。
在本发明的一实施例中，该多个第三进气口的喷射角度介于0-60度之间。
在本发明的一实施例中，侧向扰流式感应耦合等离子体蚀刻机结构还包括：
气体流量比例控制器，用以控制该至少一个第一进气口、该至少一个第二进气口、该多个第三进气口及该出气口间的气体流量的比例及流速。
借由本发明的实施，至少可以达成下列的进步功效：
(一)可以有效的借由调整气体分流，达到改变晶圆表面蚀刻率的分布；
(二)可以改善过去宽间隙反应腔体，其气体分流效果不佳的情况；
(三)可以有效的提升气体反应物的外围浓度。
为了使任何本技术领域的技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求及附图，任何本技术领域的技术人员可轻易的理解本发明相关的目的及优点，因此将在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点。
附图说明
图1为现有技术一实施例的侧向扰流式高均匀度感应耦合等离子体蚀刻机的第一进气口搭配第二进气口进气的结构示意图；
图2为图1所示的侧向扰流式高均匀度感应耦合等离子体蚀刻机的气流模拟状态图；
图3为本发明一实施例的侧向扰流式高均匀度感应耦合等离子体蚀刻机的制造方的流程示意图；
图4为本发明一实施例的侧向扰流式高均匀度感应耦合等离子体蚀刻机结构的示意图；
图5为本发明一实施例的侧向扰流式高均匀度感应耦合等离子体蚀刻机结构使用三组进气口进气的气流状态示意图；
图6为图5所示的三组进气口进气的气流模拟状态图；
图7为本发明一实施例的侧向扰流式高均匀度感应耦合等离子体蚀刻机结构的三组进气口使用气体流量比例控制器的机构示意图；
图8为本发明一实施例的侧向扰流式高均匀度感应耦合等离子体蚀刻机结构的第一反应腔室进行半边均匀性仿真地特性曲线图；以及
图9为本发明一实施例的侧向扰流式高均匀度感应耦合等离子体蚀刻机结构的第一反应腔室进行半边外缘浓度仿真的特性曲线图。
【符号说明】
S100：侧向扰流式高均匀度感应耦合等离子体蚀刻机的制造方法
S10：提供第一腔体
S20：提供第一线圈
S30：提供第二腔体
S40：提供第二线圈
S50：设置至少一个第一进气口
S60：设置至少一个第二进气口
S70：设置多个第三进气口
S80：设置至少一个出气口
100：侧向扰流式高均匀度感应耦合等离子体蚀刻机结构
10：第一腔体
110：第一反应腔室
20：第一线圈
30：第二腔体
310：第二反应腔室
40：第二线圈
Qin1：第一进气口
Qin2：第二进气口
Qin3：第三进气口
80：出气口
910：晶圆片
920：气体流量比例控制器
PS：等离子体反应区
AR0：气体反应物气团
AF1：第一气流
AF2：第二气流
AF3：第三气流
θ：喷射角度
L1：第一特性曲线
L2：第二特性曲线
L3：第三特性曲线
L4：第四特性曲线
L5：第五特性曲线
具体实施方式
如图3所示，本实施例首先提供一种侧向扰流式高均匀度感应耦合等离子体蚀刻机的制造方法S100，其包括：提供第一腔体S10；提供第一线圈S20；提供第二腔体S30；提供第二线圈S40；设置至少一个第一进气口S50；设置至少一个第二进气口S60；设置多个第三进气口S70；以及设置至少一个出气口S80。
如图4所示，本实施例又提供一种侧向扰流式高均匀度感应耦合等离子体蚀刻机结构100，其包括：第一腔体10；第一线圈20；第二腔体30；第二线圈40；至少一个第一进气口Qin1；至少一个第二进气口Qin2；多个第三进气口Qin3；以及至少一个出气口80。
如图3至图6所示，提供第一腔体S10，第一腔体10其具有第一反应腔室110，第一反应腔室110为可以进行蚀刻反应的腔室。
提供第一线圈S20，第一线圈20其环绕设置于第一腔体10的外围，第一线圈20用以提供第一反应腔室110，其等离子体反应所需的电磁波能量。
提供第二腔体S30，第二腔体30其具有第二反应腔室310，第二腔体30形成于第一腔体10的下方，且第二反应腔室310与第一反应腔室110相连通，同样的，第二反应腔室310也可以为可以进行蚀刻反应的腔室。
提供第二线圈S40，第二线圈40其环绕设置于第二腔体30的外围，同样的，第二线圈40用以提供第二反应腔室310，其等离子体反应所需的电磁波能量。
设置至少一个第一进气口S50，第一进气口S50其形成于第一反应腔室110的顶面，也就是第一进气口S50可以由第一反应腔室110的顶面进行进气。又第一进气口Qin1的第一气流AF1进入第一反应腔室110及第二反应腔室310的等离子体反应区PS，经由第一线圈20及第二线圈40提供能量后，然后形成气体反应物气团AR0也就是等离子体团(等离子体云)，又气体反应物气团AR0用以覆盖于晶圆片910上方，用以对晶圆片910进行蚀刻制程。
设置至少一个第二进气口S60，第二进气口Qin2其形成于第一反应腔室110的外围且位于第二腔体30顶面的位置，又由第二进气口Qin2所进入的第二气流AF2，用以通过气体反应物气团AR0的边缘区域。
设置多个第三进气口S70，第三进气口Qin3其形成于第二反应腔体30的侧壁上且高于晶圆片910顶面的位置，又第三进气口Qin3所进入的第三气流AF3，用以使第二气流AF2产生扰流，以增加第二气流AF2的停滞时间，进而增加气体反应物气团AR0的边缘的气体反应物分子浓度。又为了有效使第二气流AF2产生扰流，因此第三进气口Qin3与水平面的喷射角度θ介于0-60度之间。
由于等离子体反应区PS的等离子体内的气体分子，除了1％被解离成离子及电子外，其他99％都是中性分子，这些中性粒子(radicals)具有激发态及高活性，也会参与蚀刻率的改变，因此借由第三气流AF3使第二气流AF2产生扰流，可以有效的控制这些中性粒子的分布来改变蚀刻率的均匀性。
设置至少一个出气口S80，出气口80与第二反应腔室310相连通且形成于晶圆片910下方的位置。出气口80主要用以对第二反应腔室310反应后的废气进行排除。
如图7所示，为了有效的使第一进气口Qin1、第二进气口Qin2、第三进气口Qin3及出气口80间彼此间的进气，达成最佳的比例及最佳流速，因此可进一步提供或具有气体流量比例控制器920，其用以控制至少一个第一进气口Qin1、至少一个第二进气口Qin2、多个第三进气口Qin3、及出气口80间的气体流量的比例及流速。
如图8所示，其以半径为0.1米(m)的第二反应腔室310(横轴坐标为弧长代表水平距离，其单位为米(m)，又水平坐标的0值为第二反应室310内晶圆片910的中心位置)，进行不同进气口进气的模拟，其中第一特性曲线L1是在第一进气口Qin1的进气量为0单位、第二进气口Qin2的进气量为300单位、第三进气口Qin3的进气量为0单位的条件下的特性曲线；又第二特性曲线L2是在第一进气口Qin1的进气量为0单位、第二进气口Qin2的进气量为0单位、第三进气口Qin3的进气量为300单位的条件下的特性曲线；借由第一特性曲线L1及第二特性曲线L2的对照比较，可以清楚的知道，在分子量分布的浓度上(纵轴表示分子量浓度百分比)，当第三进气口Qin3提供进气时，第二特性曲线L2的均匀性，显然较第一特性曲线L1为佳。
如图9所示，其同样以半径为0.1米(m)的第二反应腔室310(横轴坐标为弧长代表水平距离，其单位为米(m)，又水平坐标的0值为第二反应室310内晶圆片910的中心位置)，进行不同进气口进气的模拟，其中第三特性曲线L3是在第一进气口Qin1的进气量为0单位、第二进气口Qin2的进气量为100单位、第三进气口Qin3的进气量为0单位的条件下的特性曲线；又第二特性曲线L4是在第一进气口Qin1的进气量为0单位、第二进气口Qin2的进气量为200单位、第三进气口Qin3的进气量为0单位的条件下的特性曲线；又第二特性曲线L5是在第一进气口Qin1的进气量为0单位、第二进气口Qin2的进气量为100单位、第三进气口Qin3的进气量为100单位的条件下的特性曲线；借由第三特性曲线L3、第四特性曲线L4及第四特性曲线L5的对照比较，可以清楚的知道，在分子量分布的浓度上(纵轴表示分子量浓度百分比)，当第二进气口Qin2搭配第三进气口Qin3同时提供进气时，在第一反应腔室110外侧边缘的分子量浓度已有显著的提升。
惟上述各实施例是用以说明本发明的特点，其目的在使本技术领域的技术人员能了解本发明的内容并据以实施，而非限定本发明的保护范围，故凡其他未脱离本发明所揭示的精神而完成的等效修饰或修改，仍应包含在权利要求所限定的范围中。
Claims (6)
1.一种侧向扰流式感应耦合等离子体蚀刻机的制造方法，其特征在于，包括：
提供第一腔体，其具有第一反应腔室；
提供第一线圈，其环绕设置于该第一腔体的外围；
提供第二腔体，其具有第二反应腔室，该第二腔体形成于该第一腔体的下方，且该第二反应腔室与该第一反应腔室相连通；
提供第二线圈，其环绕设置于该第二腔体的外围；
设置至少一个第一进气口，其形成于该第一反应腔室的顶面，又该第一进气口输入第一气流，在该第一反应腔室及该第二反应腔室的等离子体反应区形成气体反应物气团，用以覆盖晶圆片；
设置至少一个第二进气口，其形成于该第一反应腔室的外围且位于该第二腔体顶面的位置，又该第二进气口输入第二气流，用以通过该气体反应物气团的边缘区域；
设置多个第三进气口，其形成于该第二反应腔体的侧壁上且高于该晶圆片顶面的位置，又该第三进气口输入第三气流，用以使该第二气流产生扰流，以增加该气体反应物气团的边缘的气体反应物分子浓度；以及
设置至少一个出气口，其与该第二反应腔室相连通且形成于该晶圆片下方的位置。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，该多个第三进气口的喷射角度介于0-60度之间。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，还包括：
提供气体流量比例控制器，其用以控制该至少一个第一进气口、该至少一个第二进气口、该多个第三进气口及该出气口间的气体流量的比例及流速。
4.一种侧向扰流式感应耦合等离子体蚀刻机结构，其特征在于，包括：
第一腔体，其具有第一反应腔室；
第一线圈，其环绕设置于该第一腔体的外围；
第二腔体，其具有第二反应腔室，该第二腔体形成于该第一腔体的下方，且该第二反应腔室与该第一反应腔室相连通；
第二线圈，其环绕设置于该第二腔体的外围；
至少一个第一进气口，形成于该第一反应腔室的顶面；
至少一个第二进气口，形成于该第一反应腔室的外围且位于该第二腔体顶面的位置；
多个第三进气口，形成于该第二反应腔体的侧壁上且高于晶圆片顶面的位置；以及
至少一个出气口，其与该第二反应腔室相连通且形成于该晶圆片下方的位置。
5.根据权利要求4所述的蚀刻机结构，其特征在于，该多个第三进气口的喷射角度介于0-60度之间。
6.根据权利要求4所述的蚀刻机结构，其特征在于，还包括：
气体流量比例控制器，用以控制该至少一个第一进气口、该至少一个第二进气口、该多个第三进气口及该出气口间的气体流量的比例及流速。
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