CN201138658Y - 沉积-刻蚀-沉积反应系统 - Google Patents
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Abstract
一种沉积－刻蚀－沉积反应系统，所述反应系统包括第一反应装置，用以执行沉积操作；第二反应装置，与第一反应装置分离，用以执行刻蚀操作；制程控制装置，用以承载及运送所述半导体基底，并完成所述半导体基底在所述第一反应装置和所述第二反应装置间的切换。可减少刻蚀操作对沉积－刻蚀－沉积反应装置(如HDPCVD反应装置)造成的损伤。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种沉积-刻蚀-沉积反应系统。
背景技术
随着器件临界尺寸的逐渐缩小，对具有高深宽比的间隙的填充要求技术程度更高的沉积工艺。高密度等离子体化学气相沉积工艺(HDPCVD)由于具有同步沉积和刻蚀的能力，而被广泛应用于填充具有高深宽比的间隙，所述间隙包含浅沟槽、通孔及器件栅极间的线缝。
HDPCVD设备的结构如图1所示，所述HDPCVD设备包含气体喷头、反应装置及承载台，用以进行沉积或刻蚀反应的气体均经由所述气体喷头被引入所述反应装置，以对置于所述承载台上的半导体基底执行沉积或刻蚀操作。利用所述HDPCVD在半导体基底上形成膜层的步骤包括：沉积部分膜层；刻蚀所述膜层，以去除膜层表层；顺序重复执行部分膜层的沉积及刻蚀操作，以形成膜层。其中，所述沉积及刻蚀操作均在上述反应装置中进行。
实际生产中，对HDPCVD的关注通常集中在对间隙填充的质量上；如2007年9月26日公开的公开号为“CN 101044598A”的中国专利申请中提供的一种HDPCVD多步间隙填充处理方法；通过采用多级沉积-刻蚀相结合的方法填充上述间隙，即，采用沉积-刻蚀-沉积-刻蚀-......-沉积-刻蚀-沉积(deposition-etch-deposition-etch-......-deposition-etch-deposition，DEP)的方法形成无孔洞的间隙填充；又如2006年1月18日公开的公告号为“CN 1237204C”的中国专利中提供的一种高密度等离子体化学气相沉积设备，通过将反应气体预热且从反应装置的上方中间部分提供所述反应气体，可在反应装置中心部分形成高密度等离子体，以提高沉积效率，且可无空隙地填满间隙。
然而，实际生产发现，上述刻蚀操作对所述高密度等离子体化学气相沉积设备造成的损伤同样值得关注。虽然，上述沉积操作会在所述反应装置器壁上形成部分膜层，但在所述器壁上形成的部分膜层的膜厚均匀性较差，使得膜厚较薄区域的膜层易在后续刻蚀操作中被去除，继而，后续刻蚀操作中涉及的等离子体易对所述高密度等离子体化学气相沉积设备造成损伤，所述高密度等离子体化学气相沉积设备昂贵，如何减少上述刻蚀操作对所述高密度等离子体化学气相沉积设备造成的损伤，以降低所述高密度等离子体化学气相沉积设备的更换频率成为本领域技术人员亟待解决的问题。
实用新型内容
本实用新型提供了一种沉积-刻蚀-沉积反应系统，可减少刻蚀操作对沉积-刻蚀-沉积反应装置(如HDPCVD反应装置)造成的损伤。
本实用新型提供的一种沉积-刻蚀-沉积反应系统，所述反应系统包括第一反应装置，用以执行沉积操作；第二反应装置，与第一反应装置分离，用以执行刻蚀操作；制程控制装置，用以承载及运送所述半导体基底，并完成所述半导体基底在所述第一反应装置和所述第二反应装置间的切换。
可选地，所述第一反应装置为HDPCVD反应装置；可选地，所述第一反应装置包含LPCVD、SACVD、APCVD或PECVD反应装置中的一种；可选地，所述第二反应装置PVD系统中的预清洗反应装置；可选地，所述第二反应装置包含等离子体刻蚀反应装置、等离子体清洗反应装置或PVD系统中的溅射反应装置中的一种；可选地，所述反应系统中包含的第一反应装置的数目大于或等于1；可选地，所述反应系统中包含的第二反应装置的数目大于或等于1；可选地，所述第二反应装置中涉及的刻蚀气体中包含氨气；可选地，所述第二反应装置中涉及的刻蚀气体中还包含三氟化氮；可选地，所述氨气的流量范围为10～200sccm；可选地，应用所述第二反应装置时的功率范围为10～50瓦；可选地，应用所述第二反应装置时的反应温度可为100～300摄氏度；可选地，应用所述第二反应装置时的真空度为1～5torr。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
上述技术方案提供的沉积-刻蚀-沉积反应系统，通过将刻蚀反应所需的等离子体的产生区域以及刻蚀反应发生区域与沉积反应所需的等离子体的产生区域以及沉积反应发生区域分离，即利用所述第一反应装置执行沉积操作，利用所述第二反应装置执行刻蚀操作，可减少刻蚀操作对现有的沉积-刻蚀-沉积装置(如HDPCVD反应装置)造成的损伤。
附图说明
图1为说明现有技术中沉积-刻蚀-沉积反应装置的结构示意图；
图2为说明本实用新型第一实施例的沉积-刻蚀-沉积反应系统的结构示意图；
图3为说明本实用新型第二实施例的沉积-刻蚀-沉积反应系统的结构示意图。
具体实施方式
尽管下面将参照附图对本实用新型进行更详细的描述，其中表示了本实用新型的优选实施例，应当理解本领域技术人员可以修改在此描述的本实用新型而仍然实现本实用新型的有利效果。因此，下列的描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛教导，而并不作为对本实用新型的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本实用新型由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。根据下列说明和权利要求书本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
传统的沉积-刻蚀-沉积工艺通常在同一等离子体反应装置内进行，沉积及刻蚀操作涉及的等离子体易对所述高密度等离子体化学气相沉积设备造成损伤，所述高密度等离子体化学气相沉积设备昂贵，如何减少上述刻蚀操作对所述高密度等离子体化学气相沉积设备造成的损伤，以降低所述高密度等离子体化学气相沉积设备的更换频率成为本实用新型解决的主要问题。
本实用新型的发明人分析后认为，所述反应装置需做定期更换与反应装置器壁承受所述刻蚀操作中涉及的等离子体轰击有关，所述等离子体轰击易导致反应装置器壁的等离子体损伤，减少所述反应装置内等离子体的存在时间成为减少所述反应装置内等离子体损伤、以延长反应装置使用寿命的指导方向。
本实用新型的发明人经历分析与实践后认为，应用沉积-刻蚀-沉积工艺形成膜层，增加单独的等离子体反应装置，以使刻蚀反应所需的等离子体的产生区域以及刻蚀反应发生区域与沉积反应所需的等离子体的产生区域以及沉积反应发生区域分离，可减少为进行刻蚀反应而产生的等离子体对反应装置器壁的损伤；即利用所述HDP机台仅执行沉积操作，而形成膜层所需的刻蚀操作利用增加的等离子体反应装置执行。
本实用新型的发明人经历分析与实践后，提供了一种沉积-刻蚀-沉积反应系统，可减少刻蚀操作对现有的沉积-刻蚀-沉积反应装置(如HDPCVD反应装置)造成的损伤。
如图2所示，所述沉积-刻蚀-沉积反应系统包括第一反应装置40，用以执行沉积操作；第二反应装置60，与第一反应装置40分离，用以执行刻蚀操作；制程控制装置50，用以承载及运送所述半导体基底，并完成所述半导体基底在所述第一反应装置40和所述第二反应装置60间的切换。
作为本实用新型的第一实施例，所述第一反应装置40可为HDPCVD反应装置；所述第二反应装置60可为PVD系统中的等离子体预清洗(PVDPre-clean)反应装置；所述制程控制装置50可为半导体制程中取放晶片的任意转送装置，为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。所述第一反应装置40选用HDPCVD反应装置可使得应用本实用新型提供的反应系统沉积膜层时，对沉积-刻蚀-沉积反应装置的改动最小。所述第二反应装置60选用PVD系统中的等离子体预清洗反应装置可使获得的本实用新型提供的反应系统的成本较低；且由于PVD系统为物理刻蚀系统，而HDPCVD为化学沉积系统，同时应用物理刻蚀系统及化学沉积系统执行沉积-刻蚀-沉积操作，即，应用先化学沉积再物理刻蚀的方法形成膜层，打破了业界应用物理刻蚀方法时仅用以刻蚀非化学沉积方法制得的膜层，或者应用化学沉积方法形成的膜层仅用化学刻蚀方法的传统观念。
实际生产中，半导体基底经由所述制程控制装置50送入所述第一反应装置40，以沉积部分隔离层；沉积部分隔离层后的半导体基底经由所述制程控制装置50送入所述第二反应装置60，以执行刻蚀操作，并形成隔离分层；此后，顺序形成后续隔离分层时涉及的沉积及刻蚀操作均利用所述制程控制装置50将半导体基底在所述第一反应装置40和所述第二反应装置60间进行切换完成。
本实用新型提供的沉积-刻蚀-沉积反应系统通过将刻蚀反应所需的等离子体的产生区域以及刻蚀反应发生区域与沉积反应所需的等离子体的产生区域以及沉积反应发生区域分离，即利用所述第一反应装置40执行沉积操作，利用所述第二反应装置60执行刻蚀操作，可减少刻蚀操作对沉积-刻蚀-沉积反应装置(如HDPCVD反应装置)造成的损伤。
利用所述第二反应装置60执行刻蚀操作时，选用的刻蚀气体可为三氟化氮或氟碳化合物气体，具体如：CF4、C3F8、C4F8或CHF3。
为可精确地控制刻蚀反应的进行，还可在上述反应气体中加入氨气；在刻蚀气体中加入氨气，所述氨气分子与刻蚀气体分子在离子化后可形成活性相对较弱的等离子体，继而，利用所述活性相对较弱的等离子体执行刻蚀操作，可使刻蚀反应缓慢地进行，即降低了刻蚀操作的刻蚀速率，既可使刻蚀过程易于控制，又可使增强刻蚀均匀性成为可能；进而，使精确控制刻蚀过程、减少形成过程中所述浅沟槽的侧壁及顶角受到的损伤成为可能。
作为示例，所述第一反应装置40选用HDPCVD反应装置，所述第二反应装置60选用PVD系统中的等离子体预清洗装置时，所述刻蚀操作涉及的工艺条件包括：反应气体包括三氟化氮(NF3)和氨气(NH3)，所述三氟化氮的流量范围为10～50sccm，如12sccm、14sccm、20sccm或25sccm；所述氨气的流量范围为10～200sccm，如50sccm、70sccm、100sccm或150sccm；缓冲气体包含氢气(H2)和氦气(He)，所述氢气和氦气也可同时作为刻蚀气体，所述氢气的流量范围为50～200sccm，如70sccm、90sccm、130sccm或150sccm；所述氦气的流量范围为100～300sccm，如120sccm、150sccm、170sccm或200sccm；所需等离子体解离顶向功率(SRF top)范围为10～50瓦(W)，如12W、20W、30W或35W；所需等离子体解离侧向功率(SRF side)范围为10～50瓦(W)，如12W、20W、30W或35W；所需等离子体刻蚀功率(BRF)范围为10～50瓦(W)，如12W、20W、30W或35W。涉及的反应温度可为100～300摄氏度，如180摄氏度。涉及的反应装置的真空度为1～5torr，如3torr。
需说明的是，所述沉积-刻蚀-沉积反应系统中包含的所述第一反应装置及第二反应装置的数目均大于或等于1。作为本实用新型的第二实施例，包含2个第一反应装置40及2个第二反应装置60的沉积-刻蚀-沉积反应系统的结构如图3所示。所述沉积-刻蚀-沉积反应系统中包含的所述第一反应装置及第二反应装置的数目根据生产要求确定。
所述第一反应装置40还可包含LPCVD、SACVD、APCVD或PECVD反应装置中的一种；所述第二反应装置60还可包含等离子体刻蚀反应装置、等离子体清洗反应装置或PVD系统中的溅射反应装置中的一种。
通过使所述第一反应装置40和第二反应装置60分别选用几种不同的反应装置，可增强所述第一反应装置40和第二反应装置60选取的灵活性；通过使所述反应系统中包含至少一个所述第一反应装置40和至少一个第二反应装置60，利于根据产品要求灵活地选取适合的反应装置。
特别地，所述沉积-刻蚀-沉积反应系统中包含的所述第一反应装置及/或第二反应装置的数目大于1时，各所述第一反应装置可为不同的反应装置；如，所述沉积-刻蚀-沉积反应系统中包含2个所述第一反应装置时，此2个所述第一反应装置可分别为SACVD和HDPCVD反应装置。
利用所述第二反应装置执行刻蚀操作时，选用的刻蚀气体中还可包含氨气，以使所述氨气分子与刻蚀气体分子在离子化后可形成活性相对较弱的等离子体，继而，利用所述活性相对较弱的等离子体执行刻蚀操作，可使刻蚀反应缓慢地进行，即降低了刻蚀操作的刻蚀速率，既可使刻蚀过程易于控制，又可使增强刻蚀均匀性成为可能；进而，使精确控制刻蚀过程、减少形成过程中所述浅沟槽的侧壁及顶角受到的损伤成为可能。
需强调的是，未加说明的步骤均可采用传统的方法获得，且具体的工艺参数根据产品要求及工艺条件确定。尽管通过在此的实施例描述说明了本实用新型，和尽管已经足够详细地描述了实施例，申请人不希望以任何方式将权利要求书的范围限制在这种细节上。对于本领域技术人员来说另外的优势和改进是显而易见的。因此，在较宽范围的本实用新型不限于表示和描述的特定细节、表达的设备和方法和说明性例子。因此，可以偏离这些细节而不脱离申请人总的实用新型概念的精神和范围。
Claims (9)
1.一种沉积-刻蚀-沉积反应系统，其特征在于：所述反应系统包括第一反应装置，用以执行沉积操作；第二反应装置，与第一反应装置分离，用以执行刻蚀操作；制程控制装置，用以承载及运送所述半导体基底，并完成所述半导体基底在所述第一反应装置和所述第二反应装置间的切换。
2.根据权利要求1所述的沉积-刻蚀-沉积反应系统，其特征在于：所述第一反应装置为HDPCVD反应装置。
3.根据权利要求1所述的沉积-刻蚀-沉积反应系统，其特征在于：所述第一反应装置包含LPCVD、SACVD、APCVD或PECVD反应装置中的一种。
4.根据权利要求1所述的沉积-刻蚀-沉积反应系统，其特征在于：所述第二反应装置为PVD系统中的预清洗反应装置。
5.根据权利要求1所述的沉积-刻蚀-沉积反应系统，其特征在于：所述第二反应装置包含等离子体刻蚀反应装置、等离子体清洗反应装置或PVD系统中的溅射反应装置中的一种。
6.根据权利要求1所述的沉积-刻蚀-沉积反应系统，其特征在于：所述反应系统中包含的第一反应装置的数目大于或等于1。
7.根据权利要求1所述的沉积-刻蚀-沉积反应系统，其特征在于：所述反应系统中包含的第二反应装置的数目大于或等于1。
8.根据权利要求1所述的沉积-刻蚀-沉积反应系统，其特征在于：所述第二反应装置中涉及的刻蚀气体中包含氨气。
9.根据权利要求1或8所述的沉积-刻蚀-沉积反应系统，其特征在于：所述第二反应装置中涉及的刻蚀气体中还包含三氟化氮。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN111554590A (zh) * | 2020-04-16 | 2020-08-18 | 上海陛通半导体能源科技股份有限公司 | 半导体填孔真空系统及填孔方法 |
| CN112466757A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-03-09 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 薄膜沉积方法及基片 |
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2007
- 2007-12-13 CN CNU2007201443619U patent/CN201138658Y/zh not_active Expired - Lifetime
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