CN1850346A - 双区喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体刻蚀工艺中的喷嘴。本发明为双区喷嘴，包括喷嘴主体，其中所述喷嘴主体内设有中心通孔和与该中心通孔同轴布置的环形孔，所述喷嘴主体上设有中心通孔的中心孔入口和环形孔入口。本发明的有益效果是：本发明中，由于具有两个独立的气体通道，气体的流量可以分别控制，即可以通过减小中心通孔内的气体流量，相应增加环形孔内气体流量的办法平衡进入到反应室内中央和外围的气体流量，使反应室内气体更容易实现均匀，从而使得在晶片表面上各点的刻蚀速率更加相近。即使随着晶片尺寸的增大，本发明也能很好地控制从晶片中央到边缘的刻蚀速率和均匀性。

Description

双区喷嘴

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，特别是一种应用于半导体刻蚀工艺中的喷嘴。

背景技术

在低压下，反应气体在射频功率的激发下，产生电离形成等离子体，等离子体是由带电的电子和离子组成，反应腔体中的气体在电子的撞击下，除了转变成离子外，还能吸收能量并形成大量的活性基团。活性反应基团和被刻蚀物质表面形成化学反应并形成挥发性的反应性生生成物。反映生成物脱离被刻蚀物质表面，并被真空系统抽出腔体。

在反应腔室内部的非均匀性气体分布将导致在腔室内部的晶片表面上的刻蚀速率和均匀性有较大的变化。在半导体加工厂，进入反应腔室的工艺气体被激活产成的等离子体刻蚀晶片表面的材质。而且目前晶片的尺寸从100mm增加到300mm。反应腔室的体积也相应的增大，这使得要想提供更加均匀的气体分布更加困难，因此从晶片的中央到周围的刻蚀速率与均匀性有很大的变化原因在于气体分布的非均匀性。

尽管等离子技术为半导体制造业所广泛接受，该技术的应用仍然不断地面临相当数量的挑战。值得指出的是，大量的生产/研发数据表明，在制造工艺过程中，要保证工艺气体在半导体硅片表面实现均匀分布是非常困难的，而硅片表面均匀稳定的气流分布则是实现稳定的气态等离子技术的关键要素。

硅片表面工艺气体气流分布的均匀程度与工艺气体的种类及物理特性、腔室结构设计、喷嘴结构设计、工艺组件设计等因素密切相关。

目前半导体刻蚀设备中大多数采用下端部为喇叭形的喷嘴，在反应腔室内部设有内衬，以防止刻蚀生产物污染反应腔室；静电卡盘吸附晶片，起着固定晶片的作用；圆形的聚焦环保护着这个下电极零部件，防止受到等离子体的轰击。

此反应腔室的结构特点是进气入口和气体出口分别位于反应腔室的两侧。在此系统中分子泵抽出反应腔室的气体使反应腔室形成低压，同时由喇叭形喷嘴喷出的反应气体呈扇状喷出，由于此喷嘴为单一出口，尽管出口为喇叭状，喷嘴射出的气体仍然在腔室中分布极不均匀，加上分子泵的影响，反应气体进入反应腔室后不仅在静电卡盘表面上方的分布不对称，而且在静电卡盘表面上变化较大，致使形成的反应基团与被刻蚀物质表面发生的化学反应速度差异较大，最终导致刻蚀速率不均匀。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种可以在反应室内产生均匀等离子体的双区喷嘴。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明双区喷嘴，包括喷嘴主体，其中所述喷嘴主体内设有中心通孔和与该中心通孔同轴布置的环形孔，所述喷嘴主体上设有中心通孔的中心孔入口和环形孔入口。

其中所述环形孔的出口为喇叭口。

其中所述中心通孔的截面积与环形孔的截面积处于1∶10到10∶1之间。

(三)有益效果

本发明的双区喷嘴的优点和积极效果在于：本发明中，由于具有两个独立的气体通道，气体的流量可以分别控制，即可以通过减小中心通内的气体流量，相应增加环形孔内气体流量的办法平衡进入到反应室内中央和外围的气体流量，使反应室内气体很容易实现均匀，从而使得在晶片表面上各点的刻蚀速率更加相近。既使随着晶片尺寸的增大，本发明也能很好地控制从晶片中央到边缘的刻蚀速率和均匀性。

附图说明

图1是本发明的双区喷嘴的立体图；

图2是本发明的双区喷嘴的主视图；

图3是图2的俯视图；

图4是图2的侧视图；

图5是图2的A-A剖面图；

图6是使用现有的喇叭口形的气体喷嘴时，晶片表面压力场图；

图7是使用本发明的双区喷嘴时，晶片表面压力场图。

图中：1.喷嘴主体；2.中心通孔；3.环形孔；4.中心孔入口；5.环形孔入口；6.喇叭口。

具体实施方式

下面结合附图，进一步详细说明本发明双区喷嘴的具体实施方式，但不用来限制本发明的保护范围。

参见图1至图5。本发明的双区喷嘴，包括喷嘴主体1，所述喷嘴主体1内设有中心通孔2和与该中心通孔2同轴布置的环形孔3，所述喷嘴主体1上设有中心通孔2的中心孔入口4和环形孔入口5，环形孔3的出口为喇叭口6。

反应气体从本发明双区喷嘴的中心孔入口4和环形孔入口5分别进入反应腔室，由于喷嘴分为两个互不相通的区，总量一定的流体可以通过内区、外区进行流量调节，使得从内区喷嘴出口和外区喷嘴出口进入反应腔室的气体可以进行调节，从而可以更容易地使晶片表面的反应气体分布均匀。所以本发明双区喷嘴不仅可以方便的调节总量一定的气体从内、外腔进入反应腔室的流量，而且可以增加反应气体分布的均匀性另外。所述中心通孔2的截面积与环形孔3的截面积处于1∶10到10∶1之间，通过改变喷嘴内外环截面积可以调节一定流量下喷嘴内气体的流速以及压力从而达到更加精细地调节腔室气体分布的目的。

本发明双区喷嘴中，内、外两个区域互不相通，各自独立通气，改变了气体进入反应腔室内部的流动途径，改善了气体在反应腔室内部的分布均匀性，从而使得在晶片表面上各点的刻蚀速率更加相近。既使随着晶片尺寸的增大，本发明也能很好地控制从晶片中央到边缘的刻蚀速率和均匀性。具体效果见根据仿真计算得到的晶片表面1毫米处不同压力场对比图，见图6和图7，从中明显可以看出，采用本发明双区喷嘴在晶片表面的压力场与采用现有的喇叭形喷嘴在晶片表面的压力场相比，不仅对称，而且压差也有明显减小，这表明，采用本发明双区喷嘴后晶片表面流场均匀性有明显改善。

以上为本发明的最佳实施方式，依据本发明公开的内容，本领域的普通技术人员能够显而易见地想到的一些雷同、替代方案，均应落入本发明保护的范围。

Claims (3)

1.双区喷嘴，包括喷嘴主体(1)，其特征在于所述喷嘴主体(1)内设有中心通孔(2)和与该中心通孔(2)同轴布置的环形孔(3)，所述喷嘴主体(1)上设有中心通孔(2)的中心孔入口(4)和环形孔入口(5)。

2.根据权利要求1所述的双区喷嘴，其特征在于所述环形孔(3)的出口为喇叭口(6)。

3.根据权利要求1所述的双区喷嘴，其特征在于所述中心通孔(2)的截面积与环形孔(3)的截面积处于1∶10到10∶1之间。

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