CN112908819B - 气体分布器及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种蚀刻制程气体分布器及其加工方法。加工方法包括：对蚀刻机台中放置第一晶圆，所述蚀刻机台的等离子发生器的下方设置有气体分布器，所述气体分布器具有多个筛孔；控制所述蚀刻机台运行，使所述等离子发生器对所述气体分布器喷射等离子体氧，以在所述气体分布器的上下表面和筛孔内表面形成氧化层；在所述蚀刻机台中放置表面涂覆有光刻胶的第二晶圆；控制所述蚀刻机台运行，使所述等离子发生器喷射等离子体蚀刻气体蚀刻所述第二晶圆，以在所述气体分布器的氧化层上形成碳化层。本公开实施例可以提高第一次投入使用的气体分布器的蚀刻效果和蚀刻效率。

Description

气体分布器及其加工方法

技术领域

本公开涉及半导体制造技术领域，具体而言，涉及一种具有较高蚀刻效率的气体分布器及其加工方法。

背景技术

在半导体制造过程中，通常使用等离子体来进行干法蚀刻工艺。蚀刻设备如图1A所示，气体分布器的俯视图或仰视图如图1B所示。在图1A中，等离子体发生器11通过带有筛孔的气体分布器12将等离子体均匀地施加在待蚀刻标的上，随着使用次数的增加，气体分布器12上残留的光刻胶聚合物(通过溅射形成)越来越多，难以清除，会导致筛孔堵塞。因此，在相关技术中需要定期更换新的气体分布器。

然而，由于气体分布器往往为铝材质，新气体分布器在使用时会大量捕获蚀刻气体中的等离子体自由基O*，使得蚀刻效率大为下降，蚀刻效果十分不理想。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种蚀刻制程气体分布器及其加工方法，用于至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的更换气体分布器后造成蚀刻效率下降、蚀刻效果不理想的问题。

根据本公开的一个方面，提供一种气体分布器的加工方法，包括：

对蚀刻机台中放置第一晶圆，所述蚀刻机台的等离子发生器的下方设置有气体分布器，所述气体分布器具有多个筛孔；

控制所述蚀刻机台运行，使所述等离子发生器对所述气体分布器喷射等离子体氧，以在所述气体分布器的上下表面和筛孔内表面形成氧化层；

在所述蚀刻机台中放置表面涂覆有光刻胶的第二晶圆；

控制所述蚀刻机台运行，使所述等离子发生器喷射等离子体蚀刻气体蚀刻所述第二晶圆，以在所述气体分布器的氧化层上形成碳化层。

在本公开的一种示例性实施例中，控制所述蚀刻机台运行，使所述等离子发生器对所述气体分布器喷射等离子体氧包括：

在蚀刻机台中通入氧气，同时开启机台射频电流，以电离所述氧气形成等离子体氧，使等离子体氧在所述气体分布器的上表面、下表面和所述多个筛孔的内壁发生氧化反应，其中，所述氧化反应的反应温度为250-300℃，所述射频电流的电流功率为3500-4400W。

在本公开的一种示例性实施例中，所述控制所述蚀刻机台运行，使所述等离子发生器对所述气体分布器喷射等离子体氧包括：

在所述蚀刻机台中运转到所述气体分布器正下方的第一晶圆的数量超过第一预设数量时，执行检测流程；

在所述检测流程的检测结果不满足预设条件时，重新在所述蚀刻机台中放置所述第一晶圆并控制所述蚀刻机台运行，使所述等离子发生器对所述气体分布器喷射等离子体氧；

每隔第二预设数量个第一晶圆执行一次所述检测流程，直至所述检测流程的检测结果满足所述预设条件。

在本公开的一种示例性实施例中，所述控制所述蚀刻机台运行，使所述等离子发生器对所述气体分布器喷射等离子体氧包括：

在所述蚀刻机台中运转到所述气体分布器正下方的第一晶圆的数量超过第三预设数量时，控制所述蚀刻机台停止并放置所述第二晶圆。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第三预设数量大于6000，小于8000。

在本公开的一种示例性实施例中，所述控制所述蚀刻机台运行，使所述等离子发生器喷射等离子体蚀刻气体蚀刻所述第二晶圆包括：

通入所述等离子体蚀刻气体，以使所述第二晶圆的表层的部分光刻胶被蚀刻并飞溅到所述气体分布器的下表面，并通过所述筛孔飞溅到所述气体分布器的上表面，在所述氧化气体分布器的上表面、下表面和所述多个筛孔的内壁的氧化层上形成碳化层。

在本公开的一种示例性实施例中，控制所述蚀刻机台运行，使所述等离子发生器喷射等离子体蚀刻气体蚀刻所述第二晶圆包括：

在所述蚀刻机台中运转到所述气体分布器正下方的第二晶圆的数量超过第四预设数量时，执行检测流程；

在所述检测流程的检测结果不满足预设条件时，重新在所述蚀刻机台中放置所述第二晶圆并控制所述蚀刻机台运行，使所述等离子发生器对所述第二晶圆喷射等离子体蚀刻气体以蚀刻所述第二晶圆；

每隔第五预设数量个第二晶圆执行一次所述检测流程，直至所述检测流程的检测结果满足所述预设条件。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第四预设数量为50，所述第五预设数量为10。

在本公开的一种示例性实施例中，所述控制所述蚀刻机台运行，使所述等离子发生器喷射等离子体蚀刻气体蚀刻所述第二晶圆包括：

在所述蚀刻机台中运转到所述气体分布器正下方的第一晶圆的数量超过第六预设数量时，控制所述蚀刻机台停止。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第六数量大于40，小于80。

在本公开的一种示例性实施例中，所述检测流程包括：

在所述蚀刻机台中放置第三晶圆；

控制所述等离子体发生器喷射等离子体蚀刻气体以蚀刻所述第三晶圆；

测量所述第三晶圆的蚀刻量是否大于阶段目标值；

如果是，判断所述检测流程的检测结果满足所述预设条件，如果否，判断所述检测流程的检测结果不满足所述预设条件。

在本公开的一种示例性实施例中，放置所述第二晶圆之前的阶段目标值为2100，放置所述第二晶圆之后的阶段目标值为2200。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一晶圆为裸晶圆。

根据本公开的一个方面，提供一种气体分布器，包括：

铝主体，包括多个筛孔；

氧化层，覆盖在所述铝主体的上表面、下表面和所述筛孔的内壁；

碳化层，覆盖在所述氧化层上。

在本公开的一种示例性实施例中，所述碳化层由光刻胶聚合物形成。

本公开实施例通过对气体分布器进行先氧化、后碳化的加工，可以在新气体分布器表面形成层叠的氧化层和碳化层，避免新气体分布器捕获蚀刻气体中的氧自由基，同时通过形成光滑的碳化层增强气体分布器表层的平整度，提高蚀刻气体的通过效率，进而极大改善新气体分布器更换后一段时间内的蚀刻效率和蚀刻效果。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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的附图。

图1A是本公开示例性实施例中干法蚀刻设备的结构示意图。

图1B是本公开实施例中气体分布器的上表面或下表面示意图。

图2是本公开示例性实施例中气体分布器的加工方法的流程图。

图3是本公开实施例中步骤S2的一个子流程图。

图4是本公开实施例中步骤S4的一个子流程图。

图5是图3和图4所示实施例中测试流程的流程图。

图6是本公开实施例提供的气体分布器600的示意图。

图7A和图7B是本公开实施例对气体分布器进行加工后的效果示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。12

下面结合附图对本公开示例实施方式进行详细说明。

图2是本公开示例性实施例中气体分布器的加工方法的流程图。

参考图2，气体分布器的加工方法200可以包括：

步骤S1，对蚀刻机台中放置第一晶圆，所述蚀刻机台的等离子发生器的下方设置有气体分布器，所述气体分布器具有多个筛孔；

步骤S2，控制所述蚀刻机台运行，使所述等离子发生器对所述气体分布器喷射等离子体氧，以在所述气体分布器的上下表面和筛孔内表面形成氧化层；

步骤S3，在所述蚀刻机台中放置表面涂覆有光刻胶的第二晶圆；

步骤S4，控制所述蚀刻机台运行，使所述等离子发生器喷射等离子体蚀刻气体蚀刻所述第二晶圆，以在所述气体分布器的氧化层上形成碳化层。

本公开实施例通过对气体分布器进行先氧化、后碳化的加工，可以在新气体分布器表面形成层叠的氧化层和碳化层，避免新气体分布器捕获蚀刻气体中的氧自由基，同时通过形成光滑的碳化层增强气体分布器表层的平整度，提高蚀刻气体的通过效率，进而极大改善新气体分布器更换后一段时间内的蚀刻效率和蚀刻效果。

在图2所示实施例中，第一晶圆例如可以为实验用的裸晶圆，第一晶圆和第二晶圆均为实验用的测试晶圆。第一晶圆和第二晶圆作为测试晶圆，数量有限，被放置在蚀刻机台中的气体分布器的正下方，循环运行以测试生产线的稳定性。

在步骤S2中，若干个第一晶圆循环运行到气体分布器的正下方，以作为气体分布器氧化反应的遮挡板，避免等离子体氧通过气体分布器喷射到蚀刻机台的其他部位。

在本公开实施例中，步骤S2的氧化反应过程例如可以为：在蚀刻机台中通入氧气，同时开启机台射频电流，以电离氧气形成等离子体氧，使等离子体氧在气体分布器的上表面、下表面和多个筛孔的内壁发生氧化反应，其中，氧化反应的反应温度为250-300℃，射频电流的电流功率为3500-4400W。上述参数是本公开申请人经过反复实验得出的能使氧化反应效率最高的数值。

当然，上述参数受工具硬件条件限制，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整。

在本公开实施例中，何时停止步骤S2，进入步骤S3，可以有两种方案。

图3是本公开实施例中步骤S2的一个子流程图。

参考图3，步骤S2的结束过程可以包括：

步骤S21，在所述蚀刻机台中运转到所述气体分布器正下方的第一晶圆的数量超过第一预设数量时，执行检测流程；

步骤S22，在所述检测流程的检测结果不满足预设条件时，重新在所述蚀刻机台中放置所述第一晶圆并控制所述蚀刻机台运行，使所述等离子发生器对所述气体分布器喷射等离子体氧；

步骤S23，每隔第二预设数量个第一晶圆执行一次所述检测流程，直至所述检测流程的检测结果满足所述预设条件。

在图3所示实施例中，第一预设数量例如可以为3000，第二预设数量例如可以为1000，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整。

除了上述检测到气体分布器通过检测流程时停止步骤S2，进入步骤S3，在本公开的其他实施例中，还可以直接设置在蚀刻机台中运转到气体分布器正下方的第一晶圆的数量超过第三预设数量时，控制蚀刻机台停止并放置第二晶圆，该第三预设数量例如可以为6000～8000。本公开申请人通过反复实验确定，第三预设数量为7000时效果较好，可以直接停止步骤S2，进入步骤S3。当然，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整第三预设数量，只要停止步骤S2时，气体分布器的各项参数足以满足检测流程即可，无需另行检测。

通过使用测试晶圆对气体分布器表面进行氧化，可以避免新投入使用的气体分布器在正式使用时捕获蚀刻气体中的氧自由基，降低蚀刻气体通过率和蚀刻效率。

进入步骤S3放置第二晶圆后，在步骤S4中，若干个第二晶圆循环运行到气体分布器的正下方，作为气体分布器碳化层形成的材料源。步骤S4的具体过程例如可以为：通入等离子体蚀刻气体，以使第二晶圆的表层的部分光刻胶被蚀刻并飞溅到气体分布器的下表面，并通过筛孔飞溅到气体分布器的上表面，在氧化气体分布器的上表面、下表面和多个筛孔的内壁的氧化层上形成碳化层。

步骤S4的结束条件，即整个加工过程的结束条件也可以通过两个方案来实施。

图4是本公开实施例中步骤S4的一个子流程图。

参考图4，步骤S4的结束过程可以包括：

步骤S41，在所述蚀刻机台中运转到所述气体分布器正下方的第二晶圆的数量超过第四预设数量时，执行检测流程；

步骤S42，在所述检测流程的检测结果不满足预设条件时，重新在所述蚀刻机台中放置所述第二晶圆并控制所述蚀刻机台运行，使所述等离子发生器对所述第二晶圆喷射等离子体蚀刻气体以蚀刻所述第二晶圆；

步骤S43，每隔第五预设数量个第二晶圆执行一次所述检测流程，直至所述检测流程的检测结果满足所述预设条件。

其中，第四预设数量例如可以为50，第五预设数量例如可以为10，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整。

除了上述检测到气体分布器通过检测流程时停止步骤S4并停止整个加工过程，在本公开的其他实施例中，还可以直接设置在蚀刻机台中运转到气体分布器正下方的第二晶圆的数量超过第六预设数量时，控制蚀刻机台停止，该第六预设数量例如可以为40～80。本公开申请人通过反复实验确定，第六预设数量为50时效果较好，可以直接停止加工过程，获得使用效果最佳的气体分布器。当然，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整第六预设数量，只要停止步骤S4时，气体分布器的各项参数足以满足检测流程即可，无需另行检测。

通过在氧化层上制造碳化层，可以使气体分布器表面更加平整，避免粗糙表面在正式投入使用时降低蚀刻气体的通过效率，影响新气体分布器的使用表现。

图5是图3和图4所示实施例中测试流程的流程图。

参考图5，在本公开的一个实施例中，测试流程500可以包括：

步骤S51，在所述蚀刻机台中放置第三晶圆；

步骤S52，控制所述等离子体发生器喷射等离子体蚀刻气体以蚀刻所述第三晶圆；

步骤S53，测量所述第三晶圆的蚀刻量是否大于阶段目标值；

步骤S54，如果是，所述检测流程的检测结果满足所述预设条件；

步骤S55，如果否，所述检测流程的检测结果不满足所述预设条件。

其中，第三晶圆可以是专门用于测试设备的晶圆。检测第三晶圆蚀刻量的方法例如可以为首先检测第三晶圆在蚀刻之前的第一膜厚，然后进行蚀刻，最后检测第三晶圆在蚀刻之后的第二膜厚，根据第一膜厚与第二膜厚之差确定蚀刻量。此外，还可以通过检测第三晶圆的E/A参数、蚀刻后的表面均匀性等参数确定第三晶圆的蚀刻量，本公开对此不作特殊限制。

在步骤S2，测试流程的阶段目标值例如可以为2100nm，在步骤S4，测试流程的阶段目标值例如可以为2200nm。一般新投入使用的气体分布器在正式投入使用时的一段时间内，蚀刻晶圆的蚀刻量在1900nm左右，本公开实施例通过加工方法100在气体分布器表面制造氧化层和碳化层，可以极大提高气体分布器正式使用过程中的使用效果。

图6是本公开实施例提供的气体分布器600的示意图。

参考图6，气体分布器600可以包括：

铝主体61，包括多个筛孔611；

氧化层62，覆盖在铝主体61的上表面、下表面和筛孔611的内壁；

碳化层63，覆盖在氧化层62上。

在本公开的一种示例性实施例中，碳化层61由光刻胶聚合物形成。

在本公开的一种示例性实施例中，氧化层62和碳化层63可以通过对测试晶圆进行如图2～图5的操作形成。

在其他实施例中，氧化层和碳化层也可以通过专门制程批量对铝主体进行氧化加工和碳化加工形成。

图7A和图7B是本公开实施例对气体分布器进行加工后的效果示意图。可以理解的是，图7A和图7B是气体分布器600实际情况的剖面示意图。

参考图7A，在进行加工之前，新气体分布器凹凸不平的铝材质表面61对等离子体蚀刻气体中的氧自由基具有很强的捕获作用，此外，粗糙的筛孔内壁表面增加了气体分子之间的碰撞；

参考图7B，在进行加工之后，新气体分布器光滑的碳化层63可以让气体分子快速顺利地通过，位于碳化层之下的氧化层62可以有效阻止新气体分布器对蚀刻气体的捕获，极大提高了蚀刻气体的通过率和通过速度。

在多次实验测试中，申请人使用测得新投入使用的气体分布器对第三晶圆进行蚀刻时，蚀刻量在1900nm左右；使用制备好氧化层的气体分布器对第三晶圆进行蚀刻时，蚀刻量提升到2100nm左右；使用制备好碳化层的气体分布器对第三晶圆进行蚀刻时，蚀刻量提升到2200nm左右，较制备氧化层和碳化层之前蚀刻量提升约15.8％。

综上所述，本公开实施例通过对气体分布器制备层叠的氧化层和碳化层，可以提升气体分布器的使用效果，极大地提高新的气体分布器投入使用时的蚀刻效率。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和构思由权利要求指出。

Claims (16)

1.一种气体分布器的加工方法，其特征在于，包括：

对蚀刻机台中放置第一晶圆，所述蚀刻机台的等离子发生器的下方设置有气体分布器，所述气体分布器具有多个筛孔；

控制所述蚀刻机台运行，使所述等离子发生器对所述气体分布器喷射等离子体氧，以在所述气体分布器的上下表面和筛孔内表面形成氧化层；

在所述蚀刻机台中放置表面涂覆有光刻胶的第二晶圆；

控制所述蚀刻机台运行，使所述等离子发生器喷射等离子体蚀刻气体蚀刻所述第二晶圆，以在所述气体分布器的上表面、下表面和所述多个筛孔的内表面的氧化层上形成碳化层。

2.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，控制所述蚀刻机台运行，使所述等离子发生器对所述气体分布器喷射等离子体氧包括：

在蚀刻机台中通入氧气，同时开启机台射频电流，以电离所述氧气形成等离子体氧，使等离子体氧在所述气体分布器的上表面、下表面和所述多个筛孔的内壁发生氧化反应，其中，所述氧化反应的反应温度为250-300℃，所述射频电流的电流功率为3500-4400W。

3.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述控制所述蚀刻机台运行，使所述等离子发生器对所述气体分布器喷射等离子体氧包括：

在所述蚀刻机台中运转到所述气体分布器正下方的第一晶圆的数量超过第一预设数量时，执行检测流程；

在所述检测流程的检测结果不满足预设条件时，重新在所述蚀刻机台中放置所述第一晶圆并控制所述蚀刻机台运行，使所述等离子发生器对所述气体分布器喷射等离子体氧；

每隔第二预设数量个第一晶圆执行一次所述检测流程，直至所述检测流程的检测结果满足所述预设条件。

4.如权利要求3所述的加工方法，所述第一预设数量为3000，所述第二预设数量为1000。

5.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述控制所述蚀刻机台运行，使所述等离子发生器对所述气体分布器喷射等离子体氧包括：

在所述蚀刻机台中运转到所述气体分布器正下方的第一晶圆的数量超过第三预设数量时，控制所述蚀刻机台停止并放置所述第二晶圆。

6.如权利要求5所述的加工方法，其特征在于，所述第三预设数量大于6000，小于8000。

7.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述控制所述蚀刻机台运行，使所述等离子发生器喷射等离子体蚀刻气体蚀刻所述第二晶圆包括：

通入所述等离子体蚀刻气体，以使所述第二晶圆的表层的部分光刻胶被蚀刻并飞溅到所述气体分布器的下表面，并通过所述筛孔飞溅到所述气体分布器的上表面，在所述气体分布器的上表面、下表面和所述多个筛孔的内壁的氧化层上形成碳化层。

8.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述控制所述蚀刻机台运行，使所述等离子发生器喷射等离子体蚀刻气体蚀刻所述第二晶圆包括：

在所述蚀刻机台中运转到所述气体分布器正下方的第二晶圆的数量超过第四预设数量时，执行检测流程；

在所述检测流程的检测结果不满足预设条件时，重新在所述蚀刻机台中放置所述第二晶圆并控制所述蚀刻机台运行，使所述等离子发生器对所述第二晶圆喷射等离子体蚀刻气体以蚀刻所述第二晶圆；

每隔第五预设数量个第二晶圆执行一次所述检测流程，直至所述检测流程的检测结果满足所述预设条件。

9.如权利要求8所述的加工方法，其特征在于，所述第四预设数量为50，所述第五预设数量为10。

10.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述控制所述蚀刻机台运行，使所述等离子发生器喷射等离子体蚀刻气体蚀刻所述第二晶圆包括：

在所述蚀刻机台中运转到所述气体分布器正下方的第一晶圆的数量超过第六预设数量时，控制所述蚀刻机台停止。

11.如权利要求10所述的加工方法，其特征在于，所述第六预设数量大于40，小于80。

12.如权利要求3或8所述的加工方法，其特征在于，所述检测流程包括：

在所述蚀刻机台中放置第三晶圆；

控制所述等离子体发生器喷射等离子体蚀刻气体以蚀刻所述第三晶圆；

测量所述第三晶圆的蚀刻量是否大于阶段目标值；

如果是，判断所述检测流程的检测结果满足所述预设条件，如果否，判断所述检测流程的检测结果不满足所述预设条件。

13.如权利要求12所述的加工方法，其特征在于，放置所述第二晶圆之前的阶段目标值为2100nm，放置所述第二晶圆之后的阶段目标值为2200nm。

14.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述第一晶圆为裸晶圆。

15.一种气体分布器，其特征在于，通过如权利要求1~14任一项所述的加工方法制造，包括：

铝主体，包括多个筛孔；

氧化层，覆盖在所述铝主体的上表面、下表面和所述筛孔的内壁；

碳化层，覆盖在所述氧化层上。

16.如权利要求15所述的气体分布器，其特征在于，所述碳化层由光刻胶聚合物形成。

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