TW201806449A - 電漿處理裝置及處理半導體基板的方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種電漿處理裝置及基板製作方法，其中，包括反應腔體，其中所述反應腔體的至少部分頂板由絕緣材料製成的絕緣材料窗。基板支撐裝置，設置於所述反應腔體中的所述絕緣材料窗的下方。射頻功率發射裝置位於所述絕緣材料窗上方，以發射射頻功率穿過所述絕緣材料窗進入到所述反應腔體中。反應氣體注入器，其用於向所述反應腔內供應反應氣體；在所述反應氣體注入器下方設置若干載流氣體注入器，用於向反應腔內注入一定流速的載流氣體，藉由調節所述載流氣體的流速大小可以有效改變載流氣體對反應氣體的擴散的約束力大小，進而控制反應氣體在所述反應腔內的不同分佈以滿足不同製程的需求。
Description
本發明涉及半導體處理裝置，特別是涉及半導體處理裝置的均勻加熱技術領域。
半導體處理裝置在現有技術中是習知的，並廣泛應用於半導體積體電路、平板顯示器，發光二極體（LED），太陽能電池等的製造工業內。其中一類電漿處理裝置是半導體處理裝置中的重要組成部分，在電漿處理裝置中通常會施加至少一個射頻電源以產生並維持電漿於反應腔中。其中，有許多不同的方式施加射頻功率，每個不同方式的設計都將導致不同的特性，比如效率、電漿解離、均一性等等。其中，一種設計是電感耦合（ICP）電漿腔。
在電感耦合電漿處理腔中，射頻功率源通常經由一個線圈狀的天線向反應腔內發射射頻能量。為了使來自天線的射頻功率耦合到反應腔內，在天線處放置一個絕緣材料窗。反應腔可以處理各種基板，比如矽基板等，基板被固定在夾盤上，電漿在基板上方產生。因此，天線被放置在反應器頂板上方，使得反應腔頂板是由絕緣材料製成或者包括一個絕緣材料窗。
在電漿處理腔中，各種反應氣體被注入到反應腔中，以使得離子和基板之間的化學反應和/或物理作用可被用於在所述基板上形成各種特徵結構，比如蝕刻、沉積等等。在許多製程流程中，一個很重要的指數是基板內部的加工均一性。也就是，一個作用於基板中心區域的製程流程應和作用於基板邊緣區域的製程流程相同或者高度相近。因此，例如，當執行製程流程時，基板中心區域的蝕刻率應與基板邊緣區域的蝕刻率相同。
第1圖示出了一種現有電感耦合電漿反應腔設計的截面圖。ICP反應腔100包括基本呈圓筒狀的金屬側壁105 和絕緣頂板107，構成可被抽真空器125抽真空的氣密空間。基座110支撐夾盤115，所述夾盤115支撐待處理的基板120。來自射頻功率源145的射頻功率被施加到呈線圈狀的天線140。來自氣源150的反應氣體藉由管線155被供應到反應腔內，以點燃並維持電漿，並由此對基板120進行加工。在標準電感耦合反應腔中，氣體藉由在反應腔周圍的注入器/噴頭130和中間的噴頭135之一或者兩者一同注入來供應到真空容器內的。
為了防止來自週邊噴頭130的氣體尚未到達基板120的中心區域即被抽出了反應腔，公開號為CN102355792A的中國專利中，公開了一種調節反應腔內反應氣體及自由基分佈的技術方案，藉由在週邊噴頭130與基座110之間設置一擋板170，擋板170中心區域設置開口，擋板可以延長反應氣體在反應腔內的解離路徑，提高反應氣體的解離效率，同時有效調節了反應腔內自由基的分佈，使得自由基的分佈能夠實現對基板的均勻處理。
然而，在某些蝕刻製程中，如博世製程，蝕刻步驟與沉積步驟交替迴圈進行，在沉積步驟中起主要作用的自由基在蝕刻步驟中地位被帶電粒子取代。由於帶電粒子與自由基的分佈狀態不同，在沉積製程中藉由控制自由基分佈實現基板均勻沉積的擋板170在蝕刻製程中可能會對帶電粒子的均勻分佈造成不利影響，即擋板170在沉積步驟中有益效果明顯，在蝕刻步驟則效果不明顯。理想情況下，可以在沉積步驟中設置擋板，在蝕刻步驟中移出擋板，但實際製程中，由於沉積步驟和蝕刻步驟各自持續時間較短，切換速率要求較高，頻繁的移入移出製程部件不僅會大大增加設備的操作難度，還會給反應腔內帶來大量的顆粒污染物，被認為是不可取方式。
此外，由於擋板的開口大小對反應腔內電漿的分佈影響不同，考慮到不同基板的蝕刻面積不同，對電漿的分佈要求不同，為了適應不同製程的基片蝕刻，需要設置不同開口大小的擋板，但，理由同上文所述，不同的擋板移入移出反應腔不僅會增加設計難度，同時會給反應腔帶來污染，降低產品的合格率和效率。
因此，業內需要一種改進電感耦合反應腔設計，可以根據不同製程需要調整對電漿中的自由基和帶電粒子的分佈控制。
為了解決上述問題，本發明公開了一種半導體處理裝置，包括：由頂板及反應腔側壁圍成的密封的反應腔；基板支撐裝置，其設置於所述反應腔內的所述絕緣材料窗下方；用於在製程處理過程中實現對基板的支撐夾持；射頻功率發射裝置，其設置於所述頂板上方，以發射射頻能量到所述反應腔內；反應氣體注入器，其用於向所述反應腔內供應反應氣體；載流氣體注入器，其設置於所述反應氣體注入器下方，所述載流氣體注入器連接一氣體控制器，所述氣體控制器控制載流氣體經載流氣體注入器注入反應腔的流速。
較佳地，所述反應氣體注入器包括設置在所述反應腔側壁上的週邊噴頭和/或設置在所述頂板上的中心噴頭。反應氣體可以選擇從週邊噴頭或中心噴頭之一注入反應腔，也可以選擇同時從週邊噴頭或中心噴頭注入反應腔。
較佳地，所述載流氣體為不參與所述反應氣體反應的非反應氣體。
較佳地，所述載流氣體注入器設置在所述反應腔體側壁上。所述載流氣體注入器可以為設置在反應腔側壁上的氣體通孔，也可以為貫穿所述反應腔側壁並向反應腔的中心區域延伸一定長度的氣體噴頭。
較佳地，所述反應氣體注入器下方設置一帶有中間開口的環形擋板，所述載流氣體注入器為貫穿所述反應腔體側壁與所述環形擋板的氣體通孔。
較佳地，所述載流氣體注入器在所述擋板內部沿著所述環形擋板的半徑方向呈輻射狀分佈。
較佳地，所述載流氣體注入器至少部分的偏離所述環形擋板的半徑方向貫穿所述環形擋板的環形部分，實現在所述擋板內部不規則的分佈，目的在於在調節反應氣體在所述圓周方向上不對稱的分佈。
較佳地，所述若干載流氣體注入器的內徑包括一個或一個以上的尺寸。藉由設置載流氣體注入器的內徑為相同或不同可以實現對反應氣體在徑向上的均勻分佈或不均勻分佈。
較佳地，所述載流氣體注入器藉由所述氣體控制器與一載流氣體源相連。所述氣體控制器為氣體流量控制器，所述氣體流量控制器可以控制進入載流氣體注入器的載流氣體的流速大小以及開關通斷。
進一步的，本發明還公開一種電漿處理裝置，其中，包括：
反應腔體，包括由頂板及反應腔側壁圍成的密封的反應腔，所述頂板構成絕緣材料窗；
基板支撐裝置，其設置於所述反應腔內的所述絕緣材料窗下方；
射頻功率發射裝置，其設置於所述絕緣材料窗上方，以發射射頻能量到所述反應腔內；
反應氣體注入器，其用於向所述反應腔內供應反應氣體；
載流氣體注入器，其設置於所述反應氣體注入器下方，用於向所述反應腔中心方向注入一定流速的載流氣體，具有一定流速的載流氣體在反應腔內形成向反應腔中心方向延伸一定距離的環形氣幕，所述環形氣幕限制所述反應氣體在反應腔內的擴散。
所述環形氣幕向中心方向延伸的距離與所述載流氣體的流速呈正相關函數。
進一步的，本發明還公開了一種製造半導體基板的方法，所述方法在上文所述的電漿反應腔內進行，包括如下步驟：
放置待處理基板於所述基板支撐裝置上；
藉由所述反應氣體注入器向所述反應腔內提供反應氣體，同時啟動射頻功率發射裝置，將所述反應氣體解離為電漿；
藉由所述載流氣體注入器向所述反應腔內注入一定流速的載流氣體；所述載流氣體用以限制所述反應氣體在水平方向的擴散，所述載流氣體流速越高對所述反應氣體形成的約束力越大；
調整所述載流氣體注入器中的載流氣體流速以改變所述反應氣體在反應腔內的分佈。
較佳地，所述基板為矽基板，所述方法包括交替進行的蝕刻步驟和沉積步驟，所述蝕刻步驟中所述載流氣體注入器注入反應腔內的載流氣體流速低於沉積步驟中載流氣體流速。
較佳的，所述蝕刻步驟中注入反應腔內的載流氣體流速大於等於0。
本發明的優點在於：在反應腔內的反應氣體注入器下方設置一氣體限制裝置，所述氣體限制裝置包括若干載流氣體注入器，用於向反應腔內注入一定流速的載流氣體，藉由調節所述載流氣體的流速大小可以有效改變載流氣體對反應氣體的擴散的約束力大小，相當於改變了氣體限制裝置的開口直徑大小。由於載流氣體的流速是一個比較容易控制的參數，因此，藉由控制載流氣體進入反應腔的流速實現對反應氣體在所述反應腔內分佈的控制。解決了習知技術中無法為不同製程提供不同開口的氣體限制裝置的難題。
本發明公開了一種電感耦合電漿處理裝置及在所述裝置內製造半導體基板的方法。本發明涉及的技術方案致力於獲得均勻性良好的基片蝕刻結果，適用於蝕刻步驟和沉積步驟交替進行的博世製程及其他需要在製程中對電漿的分佈進行調整的製程。下文將結合具體實施例和圖式對本發明的裝置和方法進行詳細描述。
技術人員研究發現，在蝕刻製程中，決定基板加工均勻性的主要因素是電漿中帶電粒子和自由基的分佈，反應氣體在射頻功率的作用下解離形成的電漿是一團成分複雜的物質，既包括未解離的反應氣體，也包括中性的自由基和帶電的粒子等。其中帶電粒子在偏置功率的作用下具有方向性，主要在蝕刻製程中對基板進行轟擊蝕刻；中性自由基主要藉由化學反應在蝕刻製程中進行蝕刻反應或沉積反應，自由基濃度越高的區域蝕刻反應或沉積反應速率越快。
在實際製程中發現，反應腔內自由基的分佈除了受產生電漿的反應氣體分佈影響外還受反應中消耗的自由基影響。在電感耦合電漿處理裝置內對基板進行電漿處理時，由於基板邊緣到反應腔側壁之間的區域無蝕刻製程，因此，此區域的電漿消耗較少，電漿中的自由基大量堆積，使得接近該區域的基板邊緣區域周圍自由基濃度大大高於基板中心區域的自由基濃度，進而導致基板邊緣區域的蝕刻速率大大高於基板中心區域的蝕刻速率。
為了對反應腔內的反應氣體分佈進行約束，同時為了實現對基板邊緣區域的遮擋，在第1圖示出的電感耦合反應腔設計中，設置一帶有中心開口的擋板作為氣體限制裝置，所述擋板可以引導經週邊噴頭130注入的反應氣體向中心區域流動，利用設置的中心開口調整反應氣體在到達基板表面前反應氣體的分佈。特別是反應氣體中的自由基的分佈，同時，藉由設置具有開口的擋板，實現對基板邊緣區域的遮擋，從而降低邊緣區域的自由基濃度，進而降低基板邊緣區域的蝕刻速率。
在具體製程中，擋板的使用至少存在如下問題：在博世法蝕刻矽基板的製程中，擋板由於能夠對自由基分佈進行良好控制可以大大提高沉積步驟中基板加工的均勻性，但在蝕刻步驟中，擋板會對電漿中的帶電粒子分佈產生不良影響，並不利於蝕刻步驟中基板加工處理。除此之外，由於不同基板的蝕刻面積不同，對反應腔內的自由基分佈影響不同，具體原理為：當基片蝕刻面積較小時，反應腔內自由基消耗較少，中心區域和邊緣區域的自由基容易在反應腔內保持相對均勻的分佈；當基片蝕刻面積較大時，由於中心區域蝕刻反應需要參與的自由基較多，而邊緣區域由於蝕刻面積較小消耗的自由基較少導致此處自由基濃度快速升高，為保證基板處理的均勻性，蝕刻面積較大的基板需要開口尺寸較小的擋板以便能對基板邊緣區域進行較大面積的遮擋。因此，即便同是在沉積步驟中，不同蝕刻面積的基板也希望能有不同尺寸開口的擋板進行控制。為了解決上述問題，理想情況下，藉由設置擋板的開口大小不同，可以實現對具有不同蝕刻面積的基板進行均勻處理或對同一基板的不同加工步驟進行均勻處理。如在博世製程中，在沉積步驟中放置合適開口尺寸的擋板在反應腔內，在蝕刻步驟中取出該擋板或者替換一開口較大的擋板。然而在實際工作中，由於博世製程中沉積步驟和蝕刻步驟的交替速度極快，通常以1s甚至小於1s的速度交替迴圈，因此不可能實現擋板在反應腔內頻繁的移入移出。另外，為滿足不同基板的蝕刻，需要製作多種不同尺寸開口的擋板，不僅大大提高設備的加工成本，還會延長基板加工時長，降低設備的適用性。因此，藉由設置擋板的方式不能滿足不同蝕刻製程對不同尺寸開口擋板的需求。
為了解決上述技術問題，本發明設計一種電感耦合電漿反應腔（ICP反應腔），第2圖示出了根據本發明第一實施例的ICP反應腔的截面圖。ICP反應腔200 包括金屬側壁205和絕緣頂板207，構成一個氣密的真空反應腔體，並且由抽真空泵225抽真空。所述絕緣頂板207 僅作為示例，也可以採用其它的頂板樣式，比如穹頂形狀的，帶有絕緣材料窗的金屬頂板等。基座210支撐夾盤215，所述夾盤上放置著待處理的基板220。偏置功率被施加到所述夾盤215上，但是由於與揭露的本發明實施例無關，在第2圖中未示出。所述射頻電源245的射頻功率被施加到天線240，該天線基本是線圈狀的。
反應氣體從反應氣體源250經過管線255被供應到反應腔內，在射頻能量的作用下點燃並維持電漿，從而對基板220進行加工。在本實施例中，反應氣體藉由週邊注入器或噴頭230被供應到真空空間中，但是額外的氣體也可以選擇性的從中心噴頭235注入反應腔200。如果氣體從注入器230和噴頭235同時供應，每個的氣體流量都可獨立控制。任何這些用於注入反應氣體的設置可稱為反應氣體注入器。在第2圖中，擋板270設置於反應腔200中以限制和/或引導散發自氣體噴頭230的氣體流動。根據元件符號所示，在上述實施例中擋板270基本是中間帶孔或開口的圓盤形。所述擋板270位於氣體噴頭230下方但是在基板220所在位置上方。這樣，氣體在向下流向基板前被限制為進一步流向反應腔中間，如圖中虛線箭頭所示。
通常地，所述擋板270可由金屬材料製成，如陽極化的鋁。用金屬材料來製造擋板能夠有利於限制所述擋板270上方的電漿，因為來自線圈的射頻能量被所述擋板阻擋了傳播。另一方面，所述擋板270也可以是由絕緣材料製成，比如陶瓷或石英。在採用絕緣擋板270的實施例中，來自線圈的射頻（RF）能量能夠穿過所述擋板270，使得電漿能夠被維持在所述擋板270下方（虛線部分顯示），其依賴於到達所述擋板270下方的氣體量。
本實施例中，反應腔內設置一種能夠對反應氣體的分佈進行動態調整的氣體限制裝置，具體的，藉由擋板270及設置在擋板270的內部的若干載流氣體注入器275進行實現。載流氣體注入器275為沿著環形擋板半徑方向貫穿設置的氣體通孔，其靠近反應腔側壁205的一端藉由設置在反應腔側壁內部的氣體通孔與設置在反應腔200側壁外的載流氣體源260相連接，載流氣體源260內儲存不參與反應腔內製程反應的氣體，如Ar、N2
等。載流氣體注入器275的另一端為設置在擋板270開口271切面上的開口。載流氣體源260輸出的載流氣體可以經一氣體控制裝置如氣體流量控制器（MFC）265進入載流氣體注入器275，氣體流量控制器265可以控制載流氣體源260中的載流氣體以一定流速經載流氣體注入器275注入到反應腔200內。當載流氣體注入器275輸出的載流氣體具有一定流速時，載流氣體會沿著環形擋板270的開口271切面形成向反應腔200中心方向延伸一定距離的環形氣幕。所述載流氣體形成的環形氣幕對經其環形開口向下流動的反應氣體及電漿形成一定限制約束，限制所述反應氣體及電漿在所述反應腔200內的擴散。所述環形氣幕向中心方向延伸的距離與所述載流氣體注入反應腔的流速呈正相關關係，載流氣體注入器275輸出口的載流氣體流速越高，環形氣幕形成的約束開口口徑越小，對反應氣體及電漿形成的約束力越大，相當於減小了擋板270開口的內徑。因此藉由控制載流氣體注入反應腔200的流速，可以動態調整擋板270開口的大小，以滿足不同製程的需求。藉由調整載流氣體產生的約束力實現對擋板270開口大小的動態調整。不同於本實施例中載流氣體注入器275沿著擋板270的半徑方向呈福條狀設置，在另外的實施例中，載流氣體注入器275可以設置為偏離半徑方向設置，例如，載流氣體注入器275可以在擋板270內呈螺旋狀設置，以使得注入反應腔200內的載流氣體呈渦流狀分佈。載流氣體注入器275也可以部分的設置為不規則分佈，以實現徑向不均勻的對反應氣體進行調節。
第3圖示出載流氣體對豎直方向反應氣體的作用原理示意圖。在第2圖所示的ICP反應腔內，經週邊噴頭230和中心噴頭235注入反應腔內的反應氣體及電漿都需要經過擋板270上的開口271才能到達基板表面。因此，週邊噴頭230和中心噴頭235流出的反應氣體會沿著第3圖所示的y軸方向向下流動，在向下流動的過程中，由於氣體具有擴散的特性，反應氣體會向四面八方進行擴散。當反應氣體經過擋板270的開口271向下流動時，擋板270內設置的載流氣體注入器275內的載流氣體沿著第3圖所示X軸的反方向以一定流速噴出，對Y軸方向上的反應氣體進行衝擊約束。只要載流氣體注入器275在擋板270內部的設置足夠密集，即可以產生類似擋板一樣的效果將Y軸方向上的反應氣體在X軸上的分佈進行有效限制。具體的，在第3圖所示的示意圖中，設置Y軸方向上的反應氣體流速為Va
（x），設置X軸方向上的載流氣體流速為Vb
，受X軸方向上的載流氣體衝擊影響，Va
（x）與Vb
之間的存在如下關係：
其中， x為反應氣體在X軸方向上的擴散距離，d為載流氣體注入器275的直徑，Reb代表載流氣體流速的雷諾茲數，雷諾茲數越大意味著載流氣體流速Vb
越大，當X=0時，Va
（x）= Va
0。基於上述關係可知，反應氣體在X方向上的擴散程度主要受施加到載流氣體注入器275內的載流氣體的雷諾茲數及載流氣體注入器的直徑限制。為了得到均勻的反應氣體分佈，可以設置載流氣體注入器275的直徑相同；在某些製程中需要刻意設置反應氣體徑向不均勻，因此可以設置載流氣體注入器的直徑大小不同。
第4圖示例性的列舉了三種雷諾茲數對應的反應氣體在X方向上的衰減曲線圖。當雷諾茲數=1.9時，反應氣體在X軸上的衰減非常緩慢，甚至當x=150mm處，反應氣體流速只衰減為15%左右，這說明載流氣體對反應氣體的衝擊作用較小，對反應氣體形成約束的開口較大。當雷諾茲數=19時，在x=40mm處，反應氣體的流速幾乎衰減為0，即在雷諾茲數=19時，載流氣體相當於形成一個開口直徑為80mm的約束環。當雷諾茲數上升為190時，反應氣體流速衰減速度較快，在x=10mm處即衰減為0，說明雷諾茲數=190時，載流氣體對反應氣體形成一個開口直徑為20mm的約束環。
基於上述關係可知，藉由調整載流氣體的流速，擋板270及載流氣體注入器275形成的氣體限制裝置產生的約束區域可以變大或減小，設置的載流氣體流速越高，載流氣體注入器275出口處的雷諾茲數越大，氣體限制裝置產生的容許反應氣體藉由的限制開口越小。氣體限制裝置可以調節的限制開口直徑範圍大於零，小於等於擋板270的直徑。當載流氣體的流速為零時，相當於只有擋板的作用，為了提高氣體限制裝置的動態調節範圍，本實施例中可以設置擋板270的直徑較大。
為了更大範圍的調節氣體限制裝置的動態調節範圍，第5圖示出另一種實施例的ICP反應腔結構示意圖。本實施例中反應腔的結構與第2圖所示實施例中反應腔結構大致相同，為了描述簡潔，相同的部件採用相同編號體系，只將原來的“2xx”系列調整為“3xx”系列。與上述實施例的不同之處在於，本實施例中不設置擋板，載流氣體注入器372為直接設置在反應腔側壁上的氣體通孔，在另外的實施例中，載流氣體注入器為貫穿所述反應腔側壁並向反應腔的中心區域延伸一定距離的氣體噴嘴。載流氣體注入器372用於將載流氣體源360中的載流氣體以一定的速度注射到反應腔內，以對自中心噴頭335和週邊噴頭330流出的反應氣體在水平方向上的擴散進行限制。本實施例的載流氣體注入器372對反應氣體進行限制原理和調節方式與上述實施例相同，此處不再贅述，藉由採用本實施例的載流氣體注入器372形成的環形氣幕，可以形成約束口徑開口直徑範圍大於0小於等於反應腔的半徑，可以滿足更多不同蝕刻製程的需求。
本發明公開的利用一定流速載流氣體形成的環形氣幕除了能對豎直方向上的反應氣體進行限制外，還可以對週邊噴頭注入的反應氣體進行水平方向的引導，藉由在反應腔側壁上設置密集的載流氣體注入器，並保持載流氣體注入器內輸出的載流氣體具有一定流速，可以在水平方向形成一環形氣體屏障，既能實現擋板的引導氣流的作用，也能對其下方的基板邊緣區域進行遮蓋，因此，本發明利用載流氣體注入器形成的環形氣幕既保留了擋板的有益效果，又實現了對限制開口的動態調節，從而可以滿足博世製程中不同步驟對氣體限制開口大小的不同要求，以及不同蝕刻基板對氣體限制開口大小的不同要求。
本發明的載流氣體注入器372或載流氣體注入器275都可以藉由氣體流量控制器365與載流氣體源相連，因此，可以方便的對載流氣體注入反應腔的速率進行調節。根據上文描述，載流氣體的流速與載流氣體對反應氣體形成約束的直徑呈負相關關係，因此，藉由氣體流量控制器可以精確的控制調整載流氣體注入反應腔內的氣體流速，因而可以精確實現環形氣幕的約束直徑在各個尺寸的動態調節。
此外，本領域技術人員藉由對本發明說明書的理解和對本發明的實踐，能夠容易地想到其它實現方式。本文所描述的多個實施例中各個方面和/或部件可以被單獨採用或者組合採用。需要強調的是，說明書和實施例僅作為舉例，本發明實際的範圍和思路藉由下面的申請專利範圍來定義。
100、200‧‧‧反應腔
105、205‧‧‧側壁
107、207‧‧‧絕緣頂板
110、210‧‧‧基座
115、215‧‧‧夾盤
120、220‧‧‧基板
125‧‧‧抽真空器
135、235、335‧‧‧中心噴頭
130、230、330‧‧‧週邊噴頭
140、240‧‧‧天線
145‧‧‧射頻功率源
150、250‧‧‧氣體源
155、255‧‧‧管線
170、270‧‧‧擋板
230‧‧‧注入器
245‧‧‧射頻電源
260、360‧‧‧載流氣體源
265、365‧‧‧氣體流量控制器
271‧‧‧開口
275、372‧‧‧載流氣體注入器
105、205‧‧‧側壁
107、207‧‧‧絕緣頂板
110、210‧‧‧基座
115、215‧‧‧夾盤
120、220‧‧‧基板
125‧‧‧抽真空器
135、235、335‧‧‧中心噴頭
130、230、330‧‧‧週邊噴頭
140、240‧‧‧天線
145‧‧‧射頻功率源
150、250‧‧‧氣體源
155、255‧‧‧管線
170、270‧‧‧擋板
230‧‧‧注入器
245‧‧‧射頻電源
260、360‧‧‧載流氣體源
265、365‧‧‧氣體流量控制器
271‧‧‧開口
275、372‧‧‧載流氣體注入器
第1圖是習知技術的電感耦合電漿反應腔的截面圖。
第2圖是本發明實施例的電感耦合電漿反應腔的截面圖。
第3圖示出載流氣體對豎直方向反應氣體的作用原理示意圖。
第4圖示出三種雷諾茲數對應的反應氣體在X方向上的衰減曲線圖。
第5圖是本發明另一實施例電感耦合電漿反應腔的截面圖。
Claims (21)
- 一種電漿處理裝置，其包括： 一反應腔體，包括由一頂板及一反應腔體側壁圍成的密封的一反應腔，該頂板構成一絕緣材料窗； 一基板支撐裝置，其設置於該反應腔內的該絕緣材料窗下方； 一射頻功率發射裝置，其設置於該絕緣材料窗上方，以發射射頻能量到該反應腔內； 一反應氣體注入器，其用於向該反應腔內供應一反應氣體； 一載流氣體注入器，其設置於該反應氣體注入器下方，該載流氣體注入器連接一氣體控制器，該氣體控制器控制一載流氣體經該載流氣體注入器注入該反應腔的流速。
- 如申請專利範圍第1項所述的電漿處理裝置，其中，該載流氣體為不參與該反應氣體反應的非反應氣體。
- 如申請專利範圍第1項所述的電漿處理裝置，其中，該載流氣體注入器為設置在該反應腔體側壁上的氣體通孔。
- 如申請專利範圍第1項所述的電漿處理裝置，其中，該載流氣體注入器為貫穿該反應腔體側壁並向該反應腔內延伸一距離的氣體噴嘴。
- 如申請專利範圍第1項所述的電漿處理裝置，其中，該反應氣體注入器下方設置帶有中間開口的一環形擋板，該載流氣體注入器為貫穿該反應腔體側壁與該環形擋板的氣體通孔。
- 如申請專利範圍第5項所述的電漿處理裝置，其中，該載流氣體注入器在該環形擋板內部沿著該環形擋板的半徑方向呈輻射狀分佈。
- 如申請專利範圍第5項所述的電漿處理裝置，其中，該載流氣體注入器至少部分的偏離該環形擋板的半徑方向貫穿該環形擋板的環形部分，實現在該環形擋板內部不規則的分佈。
- 如申請專利範圍第1項所述的電漿處理裝置，其中，該複數個載流氣體注入器的內徑設置為一個或一個以上的尺寸。
- 如申請專利範圍第1項所述的電漿處理裝置，其中，該載流氣體注入器藉由該氣體控制器與一載流氣體源相連，該氣體控制器為氣體流量控制器，該氣體流量控制器可以控制進入載流氣體注入器的載流氣體的流速大小以及開關通斷。
- 一種電漿處理裝置，其包括： 一反應腔體，包括由一頂板及一反應腔體側壁圍成的密封的一反應腔，該頂板構成一絕緣材料窗； 一基板支撐裝置，其設置於該反應腔內的該絕緣材料窗下方； 一射頻功率發射裝置，其設置於該絕緣材料窗上方，以發射射頻能量到該反應腔內； 一反應氣體注入器，其用於向該反應腔內供應一反應氣體； 一載流氣體注入器，其設置於該反應氣體注入器下方，用於向該反應腔中心方向注入一定流速的一載流氣體，具有一定流速的載流氣體在該反應腔內形成向反應腔中心方向延伸一定距離的一環形氣幕，該環形氣幕限制該反應氣體在反應腔內的擴散。
- 如申請專利範圍第10項所述的電漿處理裝置，其中，該環形氣幕向中心方向延伸的距離與該載流氣體的流速呈正相關函數。
- 如申請專利範圍第10項所述的電漿處理裝置，其中，該載流氣體注入與一氣體流量控制器相連，該氣體流量控制器控制該載流氣體注入該反應腔內的流速。
- 如申請專利範圍第10項所述的電漿處理裝置，其中，該載流氣體注入器為設置在該反應腔體側壁上的氣體通孔。
- 如申請專利範圍第10項所述的電漿處理裝置，其中，該載流氣體注入器為貫穿該反應腔體側壁並向該反應腔內延伸一距離的氣體噴嘴。
- 如申請專利範圍第10項所述的電漿處理裝置，其中，該反應氣體注入器下方設置帶有中間開口的一環形擋板，該載流氣體注入器為貫穿該反應腔體側壁與該環形擋板的氣體通孔。
- 如申請專利範圍第15項所述的電漿處理裝置，其中，該載流氣體注入器在該環形擋板內部沿著該環形擋板的半徑方向呈輻射狀分佈。
- 如申請專利範圍第15項所述的電漿處理裝置，其中，該載流氣體注入器至少部分的偏離該環形擋板的半徑方向貫穿該環形擋板的環形部分，實現在該環形擋板內部不規則的分佈。
- 一種處理半導體基板的方法，該方法在如申請專利範圍第1至17項中任一項所述的電漿處理裝置內進行，其中：該方法包括如下步驟： 放置待處理一基板於該基板支撐裝置上； 藉由該反應氣體注入器向該反應腔內提供一反應氣體，同時啟動該射頻功率發射裝置，將該反應氣體解離為電漿； 藉由該載流氣體注入器向該反應腔內注入一定流速的一載流氣體；該載流氣體在反應腔內形成向反應腔中心方向延伸一定距離的一環形氣幕，該環形氣幕限制該反應氣體在反應腔內的擴散； 調整該載流氣體注入器中的該載流氣體流速以改變該環形氣幕向中心方向延伸的距離，實現對該反應氣體分佈的調整。
- 如申請專利範圍第18項所述的處理半導體基板的方法，其中，該基板為矽基板，該方法包括交替進行的蝕刻步驟和沉積步驟，該蝕刻步驟中該載流氣體注入器注入反應腔內的載流氣體流速低於沉積步驟中載流氣體流速。
- 如申請專利範圍第18項所述的處理半導體基板的方法，其中，該蝕刻步驟中注入該反應腔內的該載流氣體流速大於等於0。
- 如申請專利範圍第18項所述的處理半導體基板的方法，其中，該載流氣體不參與該反應氣體的反應製程。
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