CN115513101B - 一种等离子蚀刻清洗工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种等离子蚀刻清洗工艺，包括以下步骤：S1、蚀刻前准备；S2、双腔道独立喷气；S3、蚀刻清洗；S4、排气。等离子蚀刻清洗工艺采用的装置包括：蚀刻腔体；基台；喷气机构，由进气管和喷气盘组成，进气管内部具有同轴设置的第一进气腔道和第二进气腔道，喷气盘内部具有匀气腔，匀气腔内部设置有螺旋匀气管，螺旋匀气管底部均匀连接有若干第一喷气管，喷气盘底部连接有与第一喷气管一一对应的第二喷气管；供气系统；排气机构。本发明能够有效增大气体喷射范围，同时不同反应气体之间在不同的喷射点位能够实现同步喷射，有效提高了反应气体分散均匀性，进而保证了激发等离子的均匀分布，提高了蚀刻质量。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种等离子蚀刻清洗工艺。
背景技术
在半导体工艺应用上，经常针对半导体晶圆进行等离子蚀刻的处理。等离子蚀刻，其原理是暴露在电子区域的气体形成等离子体，由此产生的电离气体和释放高能电子组成的气体，从而形成了等离子或离子，电离气体原子通过电场加速时，会释放足够的力量与表面驱逐力紧紧粘合材料或蚀刻表面。某种程度来讲，等离子清洗实质上是等离子体蚀刻的一种较轻微的情况。
现有的等离子蚀刻工艺在喷气过程中，通常是通过具有八字型扩散喷头的喷气装置来喷射加工气体，喷气时将喷头对准基片即可。然而，这种喷气装置在喷气过程中，气体在扩散喷头的边缘是呈一定斜角喷射而出，其喷射范围并不能覆盖加工腔室，同时单点扩散式的喷射方式将会使加工气体集中在中央区域，激发产生的等离子体也将密集分布在中央区域，从而导致等离子体分布不均衡，影响蚀刻质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种等离子蚀刻清洗工艺，旨在解决上述技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种等离子蚀刻清洗工艺，其特征在于，所述等离子蚀刻清洗工艺采用的装置包括：
蚀刻腔体，由圆筒型腔体部、封闭腔体部顶端的顶板以及承托在腔体部底端的底板组成，所述顶板上设置有上电极；
基台，同轴设置在蚀刻腔体内部，用以承置基片，所述基台和上电极分别与交流射频电源相连接；
喷气机构，由贯穿顶板设置的进气管和连接在进气管底部的喷气盘组成，所述进气管内部具有同轴设置的第一进气腔道和第二进气腔道，所述喷气盘内部具有匀气腔，所述匀气腔内部设置有螺旋匀气管，所述螺旋匀气管底部均匀连接有若干第一喷气管，所述喷气盘底部连接有与第一喷气管一一对应的第二喷气管，所述第二喷气管与匀气腔相连通且所述第二喷气管同轴设置在第一喷气管外侧，所述第一喷气管用以喷射第一进气腔道内的反应气体，所述第二喷气管用以喷射第二进气腔道内的反应气体；
供气系统，由第一反应气体供气源和第二反应气体供气源组成，所述第一反应气体供气源通过供气管道与第一进气腔道相连通，所述第二反应气体供气源通过供气管道与第二进气腔道相连通；
排气机构，由上排气板、下排气板、调节挡板以及排气泵组成，用以排出残余物质；
所述等离子蚀刻清洗工艺包括以下步骤：
S1、蚀刻前准备：将基片放置在基台上端，同时将上电极和基台分别与交流射频电源接通；
S2、双腔道独立喷气：第一反应气体供气源通过供气管道向第一进气腔道泵入反应气体，由第一喷气管均匀喷射该反应气体，第二反应气体供气源通过供气管道向第二进气腔道泵入另一反应气体，由第二喷气管均匀喷射该反应气体；
S3、蚀刻清洗：两种反应气体在蚀刻加工区域均匀混合，经耦合辉光放电，产生高密度等离子体并轰击在基片表面，进行蚀刻清洗过程；
S4、排气：蚀刻产生的挥发性物质以及蚀刻气体依次经过上排气板和下排气板，最终由排气泵从蚀刻腔体底部排气口泵出。
作为本发明进一步的方案：所述第二进气腔道底部贯穿喷气盘顶端并伸入到匀气腔内，所述第一进气腔道底部均匀连接有若干通气管，所述通气管贯穿喷气盘顶端并与螺旋匀气管相连通。
作为本发明进一步的方案：所述第二进气腔道沿进气管中轴线方向设置，所述第一进气腔道设置于第二进气腔道外围，所述第一进气腔道和第二进气腔道的上部均设置有进气口。
作为本发明进一步的方案：所述进气管底部设置有台阶部，所述台阶部上安装有密封盖，所述进气管通过密封盖与喷气盘密封连接。
作为本发明进一步的方案：所述匀气腔底部安装有承载座，所述螺旋匀气管卡合安装于承载座上。
作为本发明进一步的方案：所述基台分别与上排气板和下排气板贯穿连接，所述上排气板和下排气板的外圆周与蚀刻腔体的内壁相连接。
作为本发明进一步的方案：所述上排气板上均匀贯穿设置有若干上排气孔，所述下排气板上均匀贯穿设置有若干下排气孔，所述上排气板与下排气板之间留有间隔。
作为本发明进一步的方案：所述调节挡板与基台转动配合，所述调节挡板上贯穿设有与下排气孔一一对应的调节孔，所述调节挡板在下排气板表面滑动旋转用以调节下排气孔的孔径。
作为本发明进一步的方案：所述腔体部的侧壁上设置有用于将基片送进送出的腔体开口。
本发明的有益效果：
（1）本发明利用喷气管和喷气盘的配合结构，利用螺旋匀气管将反应气体均匀分散，保证了每一种反应气体都能实现均匀喷射过程，在喷射过程中，多个第一喷气管与第二喷气管的设置能够有效增大气体喷射范围，同时第一喷气管与第二喷气管一一对应且同轴套设，使得不同反应气体之间在不同的喷射点位能够实现同步喷射，有效提高了反应气体分散均匀性，进而保证了激发等离子的均匀分布，提高了蚀刻质量；
（2）利用上排气板和下排气板之前的间距形成缓冲区域，从而使气体能够均匀排出，均匀喷气过程结合均匀排气过程，使得蚀刻腔体内部始终保持蚀刻气体的均匀分散，进一步提高了等离子体分布均匀性；
（3）本发明的喷气管采用双腔道的结构设计，两腔道相互之间各自独立实现进气喷气过程，从而能够根据实际需要进行单种气体喷气以及混合气体喷气的灵活切换。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中喷气机构的结构示意图；
图3是本发明中喷气盘的底面结构示意图；
图4是本发明中喷气盘的内部结构示意图；
图5是本发明中螺旋匀气管的安装示意图；
图6是本发明中螺旋匀气管的管路连接示意图；
图7是本发明中排气机构的结构示意图。
图中：1、蚀刻腔体；11、腔体部；111、腔体开口；12、顶板；121、上电极；13、底板；2、基台；3、交流射频电源；4、喷气机构；41、进气管；411、第一进气腔道；412、第二进气腔道；413、进气口；414、台阶部；42、喷气盘；421、匀气腔；422、承载座；43、螺旋匀气管；44、第一喷气管；45、第二喷气管；46、通气管；47、密封盖；5、供气系统；51、第一反应气体供气源；52、第二反应气体供气源；6、排气机构；61、上排气板；611、上排气孔；62、下排气板；621、下排气孔；63、调节挡板；631、调节孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本发明为一种等离子蚀刻清洗工艺，等离子蚀刻清洗工艺采用的装置包括蚀刻腔体1、基台2、喷气机构4、供气系统5以及排气机构6。
等离子蚀刻清洗工艺包括以下步骤：
S1、蚀刻前准备：将基片放置在基台2上端，同时将上电极121和基台2分别与交流射频电源3接通；
S2、双腔道独立喷气：第一反应气体供气源51通过供气管道向第一进气腔道411泵入反应气体，由第一喷气管44均匀喷射该反应气体，第二反应气体供气源52通过供气管道向第二进气腔道412泵入另一反应气体，由第二喷气管45均匀喷射该反应气体；
S3、蚀刻清洗：两种反应气体在蚀刻加工区域均匀混合，经耦合辉光放电，产生高密度等离子体并轰击在基片表面，进行蚀刻清洗过程；
S4、排气：蚀刻产生的挥发性物质以及蚀刻气体依次经过上排气板61和下排气板62，最终由排气泵从蚀刻腔体1底部排气口泵出。
如图1所述，蚀刻腔体1由圆筒型腔体部11、封闭腔体部11顶端的顶板12以及承托在腔体部11底端的底板13组成，顶板12上设置有上电极121；基台2同轴设置在蚀刻腔体1内部，用以承置基片，基台2和上电极121分别与交流射频电源3相连接。
具体的，腔体部11的侧壁上设置有用于将基片送进送出的腔体开口111，可以通过打开或关闭腔体开口111来取放基片。
其中，基台2与顶板12之间形成工作区域，同时基台2相当于“下电极”，上电极121和基台2与交流射频电源3接通后，能够激发工作区域内的反应气体以形成等离子体，等离子轰击在基片表面以进行蚀刻清洗。
实际应用过程中，基台2可以包括负压吸盘（图中未画出）以及冷却管道（图中未画出），其中负压吸盘用来稳稳地吸附住基台2上端的基片，冷却管道内循环流通冷却气体或冷却液体，用来对基片进行冷却。
如图2-6所示，喷气机构4，由贯穿顶板12设置的进气管41和连接在进气管41底部的喷气盘42组成，进气管41内部具有同轴设置的第一进气腔道411和第二进气腔道412，喷气盘42内部具有匀气腔421，匀气腔421内部设置有螺旋匀气管43，螺旋匀气管43底部均匀连接有若干第一喷气管44，喷气盘42底部连接有与第一喷气管44一一对应的第二喷气管45，第二喷气管45与匀气腔421相连通且第二喷气管45同轴设置在第一喷气管44外侧，第一喷气管44用以喷射第一进气腔道411内的反应气体，第二喷气管45用以喷射第二进气腔道412内的反应气体。
进一步地，第二进气腔道412底部贯穿喷气盘42顶端并伸入到匀气腔421内，第一进气腔道411底部均匀连接有若干通气管46，通气管46贯穿喷气盘42顶端并与螺旋匀气管43相连通。
其中，第一进气腔道411内的反应气体通过通气管46进入到螺旋匀气管43，通气管46均匀设置且尽可能与螺旋匀气管43的每条螺旋管道相连通，使得反应气体能够在螺旋匀气管43内均匀流通，然后再通过第一喷气管44喷射出；而第二进气腔道412内的另一种反应气体则是进入匀气腔421，螺旋匀气管43能够对进入匀气腔421的反应气体进行打散，使得该反应气体在匀气腔421内均匀分散，然后再通过第二喷气管45喷射出。两种反应气体相互独立进行喷射，且同时利用螺旋匀气管43将反应气体均匀分散，保证了每一种反应气体都能实现均匀喷射过程，在喷射过程中，多个第一喷气管44与第二喷气管45的设置能够有效增大气体喷射范围，同时第一喷气管44与第二喷气管45一一对应且同轴套设，使得不同反应气体之间在不同的喷射点位能够实现同步喷射，有效提高了反应气体分散均匀性，进而保证了激发等离子的均匀分布，提高了蚀刻质量。
更进一步地，进气管41底部设置有台阶部414，台阶部414上安装有密封盖47，进气管41通过密封盖47与喷气盘42密封连接。
其中，喷气盘42上端设置有与密封盖47相适配的安装孔位，密封盖47通过螺栓连接件同时与台阶部414以及喷气盘42连接固定，保证了喷气盘42的连接稳固性，同时进气管41与喷气盘42的连接处利用密封件进行密封处理，避免匀气腔421从缝隙处产生不必要的漏气，密封件可以采用橡胶密封垫或橡胶密封圈。
更进一步地，匀气腔421底部安装有承载座422，螺旋匀气管43卡合安装于承载座422上，承载座422上设置有与螺旋匀气管43的螺旋管道相适配的卡口，且承载座422均匀分布在螺旋匀气管43底部，保证螺旋匀气管43安装稳定牢固。
如图1所示，供气系统5由第一反应气体供气源51和第二反应气体供气源52组成，第一反应气体供气源51通过供气管道与第一进气腔道411相连通，第二反应气体供气源52通过供气管道与第二进气腔道412相连通。
进一步地，第二进气腔道412沿进气管41中轴线方向设置，第一进气腔道411设置于第二进气腔道412外围，第一进气腔道411和第二进气腔道412的上部均设置有进气口413。
其中，第一进气腔道411和第二进气腔道412通过进气口413分别与第一反应气体供气源51和第二反应气体供气源52，从而可以实现两腔道独立进气。实际应用过程中，可以根据实际的蚀刻要求单独运行第一反应气体供气源51或第二反应气体供气源52，此时将只喷射出单种反应气体，也可以同时运行第一反应气体供气源51或第二反应气体供气源52，此时两种反应气体独立喷射后进行均匀地多点分散混合。
如图7所示，排气机构6由上排气板61、下排气板62、调节挡板63以及排气泵组成，用以排出残余物质。
进一步地，台2分别与上排气板61和下排气板62贯穿连接，上排气板61和下排气板62的外圆周与蚀刻腔体1的内壁相连接。
更进一步地，上排气板61上均匀贯穿设置有若干上排气孔611，下排气板62上均匀贯穿设置有若干下排气孔621，上排气板61与下排气板62之间留有间隔。
更进一步地，调节挡板63与基台2转动配合，调节挡板63上贯穿设有与下排气孔621一一对应的调节孔631，调节挡板63在下排气板62表面滑动旋转用以调节下排气孔621的孔径。
其中，蚀刻残余气体经过上排气板61后向下排气板62流通，利用上排气板61和下排气板62之前的间距形成缓冲区域，从而使气体能够均匀排出，均匀喷气过程结合均匀排气过程，使得蚀刻腔体1内部始终保持蚀刻气体的均匀分散，保证了等离子体均匀性。同时，利用调节挡板63在下排气板62表面的滑动旋转过程，能够调整下排气孔621的排气孔径，从而通过控制排气速率来控制蚀刻腔体内的等离子体密度，进而实现蚀刻速率控制。
本发明的工作原理：使用时，打开腔体开口111，在基台2上稳稳地放置好待加工基片，关闭腔体开口111，将上电极121和基台2分别与交流射频电源3接通，同时第一反应气体供气源51通过供气管道向第一进气腔道411泵入反应气体，反应气体在螺旋匀气管43内均匀流通，然后通过第一喷气管44喷射出，第二反应气体供气源52通过供气管道向第二进气腔道412泵入另一反应气体，螺旋匀气管43能够对进入匀气腔421的反应气体进行打散，使得该反应气体在匀气腔421内均匀分散，然后再通过第二喷气管45喷射出，两种反应气体在喷气盘42底部实现多点同时喷射，并在蚀刻加工区域均匀混合，经耦合辉光放电，产生高密度等离子体轰击在基片表面，进行蚀刻清洗过程，蚀刻产生的挥发性物质以及蚀刻气体依次经过上排气板61和下排气板62的缓冲后均匀排出，均匀喷气过程结合均匀排气过程保证了蚀刻腔体1内的等离子体均匀性。
上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (9)
1.一种等离子蚀刻清洗工艺，其特征在于，所述等离子蚀刻清洗工艺采用的装置包括：
蚀刻腔体（1），由圆筒型腔体部（11）、封闭腔体部（11）顶端的顶板（12）以及承托在腔体部（11）底端的底板（13）组成，所述顶板（12）上设置有上电极（121）；
基台（2），同轴设置在蚀刻腔体（1）内部，用以承置基片，所述基台（2）和上电极（121）分别与交流射频电源（3）相连接；
喷气机构（4），由贯穿顶板（12）设置的进气管（41）和连接在进气管（41）底部的喷气盘（42）组成，所述进气管（41）内部具有同轴设置的第一进气腔道（411）和第二进气腔道（412），所述喷气盘（42）内部具有匀气腔（421），所述匀气腔（421）内部设置有螺旋匀气管（43），所述螺旋匀气管（43）底部均匀连接有若干第一喷气管（44），所述喷气盘（42）底部连接有与第一喷气管（44）一一对应的第二喷气管（45），所述第二喷气管（45）与匀气腔（421）相连通且所述第二喷气管（45）同轴设置在第一喷气管（44）外侧，所述第一喷气管（44）用以喷射第一进气腔道（411）内的反应气体，所述第二喷气管（45）用以喷射第二进气腔道（412）内的反应气体；
供气系统（5），由第一反应气体供气源（51）和第二反应气体供气源（52）组成，所述第一反应气体供气源（51）通过供气管道与第一进气腔道（411）相连通，所述第二反应气体供气源（52）通过供气管道与第二进气腔道（412）相连通；
排气机构（6），由上排气板（61）、下排气板（62）、调节挡板（63）以及排气泵组成，用以排出残余物质；
所述等离子蚀刻清洗工艺包括以下步骤：
S1、蚀刻前准备：将基片放置在基台（2）上端，同时将上电极（121）和基台（2）分别与交流射频电源（3）接通；
S2、双腔道独立喷气：第一反应气体供气源（51）通过供气管道向第一进气腔道（411）泵入反应气体，由第一喷气管（44）均匀喷射该反应气体，第二反应气体供气源（52）通过供气管道向第二进气腔道（412）泵入另一反应气体，由第二喷气管（45）均匀喷射该反应气体；
S3、蚀刻清洗：两种反应气体在蚀刻加工区域均匀混合，经耦合辉光放电，产生高密度等离子体并轰击在基片表面，进行蚀刻清洗过程；
S4、排气：蚀刻产生的挥发性物质以及蚀刻气体依次经过上排气板（61）和下排气板（62），最终由排气泵从蚀刻腔体（1）底部排气口泵出。
2.根据权利要求1所述的一种等离子蚀刻清洗工艺，其特征在于，所述第二进气腔道（412）底部贯穿喷气盘（42）顶端并伸入到匀气腔（421）内，所述第一进气腔道（411）底部均匀连接有若干通气管（46），所述通气管（46）贯穿喷气盘（42）顶端并与螺旋匀气管（43）相连通。
3.根据权利要求2所述的一种等离子蚀刻清洗工艺，其特征在于，所述第二进气腔道（412）沿进气管（41）中轴线方向设置，所述第一进气腔道（411）设置于第二进气腔道（412）外围，所述第一进气腔道（411）和第二进气腔道（412）的上部均设置有进气口（413）。
4.根据权利要求3所述的一种等离子蚀刻清洗工艺，其特征在于，所述进气管（41）底部设置有台阶部（414），所述台阶部（414）上安装有密封盖（47），所述进气管（41）通过密封盖（47）与喷气盘（42）密封连接。
5.根据权利要求4所述的一种等离子蚀刻清洗工艺，其特征在于，所述匀气腔（421）底部安装有承载座（422），所述螺旋匀气管（43）卡合安装于承载座（422）上。
6.根据权利要求1所述的一种等离子蚀刻清洗工艺，其特征在于，所述基台（2）分别与上排气板（61）和下排气板（62）贯穿连接，所述上排气板（61）和下排气板（62）的外圆周与蚀刻腔体（1）的内壁相连接。
7.根据权利要求6所述的一种等离子蚀刻清洗工艺，其特征在于，所述上排气板（61）上均匀贯穿设置有若干上排气孔（611），所述下排气板（62）上均匀贯穿设置有若干下排气孔（621），所述上排气板（61）与下排气板（62）之间留有间隔。
8.根据权利要求7所述的一种等离子蚀刻清洗工艺，其特征在于，所述调节挡板（63）与基台（2）转动配合，所述调节挡板（63）上贯穿设有与下排气孔（621）一一对应的调节孔（631），所述调节挡板（63）在下排气板（62）表面滑动旋转用以调节下排气孔（621）的孔径。
9.根据权利要求1所述的一种等离子蚀刻清洗工艺，其特征在于，所述腔体部（11）的侧壁上设置有用于将基片送进送出的腔体开口（111）。
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