TWI575556B - Electrolyte processing device - Google Patents

Description

電漿體處理裝置

本發明涉及半導體加工設備，特別涉及一種電漿體處理裝置。

近年來，隨著半導體製造工藝的發展，對元件的集成度和性能要求越來越高，使用電漿體來對作為被處理體的基板（如半導體晶片）實施規定的處理已經被廣泛應用於半導體製造工序中，如沉積工藝、蝕刻工藝等。作為這種電漿體處理裝置，通常有感應耦合型電漿體（ICP，Inductive Coupled Plasma）處理裝置和電容耦合型電漿體（CCP，Capacitive Coupled Plasma）處理裝置。其中，感應耦合型電漿體處理裝置的電漿體密度要比電容耦合型的高，且偏壓也比電容耦合型電漿體處理裝置的低，所以可以高效地對基板進行處理。

圖1是習知技術中感應耦合型電漿體處理裝置的結構示意圖。該電漿體處理裝置包括真空處理腔室，該真空處理腔室包括圓筒形電漿體產生容器1和處理容器2。處理容器2與電漿體產生容器1的下端連通，其中設有裝載作為被處理體的基板W的基座6。處理容器1具有頂板3和側壁，頂板3中設有用於引入外部氣體供應源所供給的反應氣體的開口。線圈4在處理容器的長度方向上螺旋形捲繞於處理容器1的側壁外周，線圈4與高頻電源5連接，通過高頻電源5向線圈4提供高頻電力，從而在電漿體產生容器內形成感應電磁場，並激發引入電漿體產生容器1中的反應氣體生成電漿體，該電漿體向下擴散而對基板W實施電漿體處理。

對於感應耦合型電漿體源來說，越靠近感應線圈4，電漿體密度越高。然而習知技術中反應氣體從頂板3的中心供給至真空處理腔室，中心區域的電漿體密度較低，造成反應氣體的解離效率下降，不利於電漿體處理工藝的進行。

因此，需要提供一種能夠使反應氣體充分解離的感應耦合型電漿體處理裝置以改善上述缺陷。

本發明的主要目的在於克服習知技術的缺陷，提供一種有助於使反應氣體充分解離，提高電漿體密度的電漿體處理裝置。

為達成上述目的，本發明提供一種電漿體處理裝置，包括真空處理腔室、射頻源和氣體導流組件。真空處理腔室具有側壁和頂板，所述頂板具有用於引入反應氣體的進氣口，所述側壁的外周沿長度方向捲繞有感應線圈。射頻源用於向所述感應線圈供給電力以在所述真空處理腔室內形成電漿體產生區域。氣體導流組件包括板狀主體和至少一個環形的導流結構。所述板狀主體設於所述真空處理腔室內，其水平鄰設於所述頂板下方且固定於所述頂板和／或側壁。所述至少一個環形的導流結構靠近所述板狀主體邊緣處，貫穿所述板狀主體的上下表面且與所述進氣口連通；所述導流結構為由環狀分佈的多個通孔組成的通孔圈或環狀狹縫，所述通孔或環狀狹縫在垂直方向上至少下段徑向向外傾斜以引導由該進氣口引入的反應氣體朝向所述側壁噴射。

優選地，所述導流結構為多個從所述板狀主體邊緣處向中心同心分佈，所述多個導流結構均為所述通孔圈或均為所述環狀狹縫或為所述通孔圈和所述環狀狹縫的組合。

優選地，對於所述多個導流結構，所述徑向向外傾斜的夾角沿所述板狀主體徑向向內增加。

優選地，所述徑向向外傾斜的夾角的範圍為大於0度且小於等於30度。

優選地，每一所述通孔或環狀狹縫在垂直方向上具有上段和與之連通的所述下段，所述上段垂直於所述板狀主體的平面。

優選地，所述通孔的孔徑為0.1~5mm。

優選地，所述環狀狹縫的縫隙寬度為0.05~5mm。

優選地，所述導流結構與所述側壁的距離為0~30mm。

優選地，所述真空處理腔室內設有用於保持基板的基座，所述基座位於所述電漿體產生區域下方2~12英吋。

優選地，所述真空處理腔室包括筒狀電漿體產生容器和位於該筒狀電漿體產生容器下方與之連通的處理容器，所述基座位於所述處理容器中，所述感應線圈捲繞於所述電漿體產生容器的側壁的外周。

本發明的有益效果在於通過氣體導流組件的設置，使反應氣體經環形導流結構朝向電漿體處理裝置側壁噴射，從而能夠被充分解離，獲得較高的電漿體密度。

為使本發明的內容更加清楚易懂，以下結合說明書附圖，對本發明的內容作進一步說明。當然本發明並不局限於該具體實施例，本領域內的技術人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發明的保護範圍內。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語“電漿處理裝置”可以為電漿體蝕刻、電漿體物理氣相沉積、電漿體化學氣相沉積、電漿體表面清洗等裝置、電漿體灰化裝置。

圖2顯示了本發明一種實施方式提供的電漿處理裝置。應該理解，其僅僅是示例性的，可以包括更少或更多的組成元件，或該組成元件的安排可能與圖2所示不同。

電漿體處理裝置包括真空處理腔室20，該真空處理腔室20包括頂板21和側壁22。頂板21通常是絕緣的，例如由陶瓷介電材料製成。頂板21的中心處具有進氣口，該進氣口用於將真空處理腔室外部的反應氣體源供給的反應氣體輸入到真空處理腔室內。側壁22由絕緣材料如石英或陶瓷構成，其外周沿長度方向捲繞感應線圈24。射頻功率源25與感應線圈24連接，向其供給高頻電力，產生的感應磁場。產生的感應磁場會在感應線圈24上軸向感應出射頻電場，使反應氣體電漿體化，從而在真空處理腔室內形成電漿體產生區域。產生的電漿體擴散下降與被基座26保持的基板W反應，以進行蝕刻或沉積等電漿體工藝。真空處理腔室還連接一排氣裝置（圖中未示），通過該排氣裝置將真空處理腔室內的壓力調整在5mT~500mT。

為了增加真空處理腔室內反應氣體的解離度，本發明在真空處理腔室20內鄰近頂板21的下方水平地設有一氣體導流組件23，該氣體導流組件23固定於頂板21或側壁22，或同時固定於頂板和側壁。氣體導流組件23的材質可以是金屬，也可以是絕緣材料如石英和陶瓷。當氣體導流組件23為絕緣材料時，可以與腔室20的頂板或側壁一體成型。通過本發明的氣體導流組件，能夠引導由進氣口輸入的反應氣體朝向側壁22噴射，使更多的反應氣體供給至感應線圈附近，以提高反應氣體的解離度，產生高密度的電漿體。

接下來將結合圖3a~3b和圖4a~4b對本發明的氣體導流組件23加以詳細說明。氣體導流組件23包括板狀主體和至少一個環形的導流結構。板狀主體水平鄰設於頂板下方，與頂板和／或側壁固定連接。環形導流結構形成於板狀主體中，靠近板狀主體的邊緣處且貫穿板狀主體的上下表面。導流結構與側壁的距離為0~30mm。導流結構可以是由環狀分佈的多個通孔所組成的通孔圈，或者是環狀的狹縫。通孔或者環狀狹縫在垂直方向上至少其下段是徑向向外傾斜的，由此可引導反應氣體朝向側壁22噴射。較佳的，該徑向向外傾斜的角度大於0度小於等於30度，使得斜下方向外噴出的反應氣體具有適當的流速以在到達側壁後向下流動的過程中能夠被充分解離。

請參考圖3a，其所示為本發明一實施例的氣體導流組件的俯視圖。本實施例中，氣體導流組件包括板狀主體231和一個環形的導流結構232，該導流結構為環狀狹縫。環形狹縫貫穿板狀主體231的上下表面，因此將板狀主體231劃分為邊緣和中心兩部分，邊緣部分和中心部分均固定於真空處理腔室的內壁，例如邊緣部分兩端與側壁固定連接、中心部分則與頂板固定連接。環形狹縫的中線在垂直方向上徑向向外傾斜大於0小於等於30度，因此環形狹縫中線與板狀主體軸線的夾角α為0＜α≤30°。為了進一步確保反應氣體噴射到達側壁，環形狹縫的縫隙應較為狹窄，較佳的縫隙寬度d1為0.05~5mm。環形狹縫的縱向截面形狀可以是矩形，即其側壁垂直於板狀主體的平面；但也可以是上大下小的錐形，以增加反應氣體噴出的流速。

圖3b為本發明另一實施例的氣體導流組件的俯視圖。本實施例中，氣體導流組件包括板狀主體231和一個環形的導流結構232，該導流結構為由環狀分佈的多個通孔組成的通孔圈。這些通孔是均勻分佈形成一圈，每個通孔貫穿板狀主體231的上下表面，且其軸線在垂直方向上徑向向外傾斜大於0小於等於30度，因此通孔軸線與板狀主體軸線的夾角α為0＜α≤30°。同樣的，為了進一步確保反應氣體以合適的流速噴射到達側壁，每個通孔的孔徑d2較佳為0.1~5mm。通孔的縱向截面形狀可以是矩形，也可以是上大下小的錐形；橫截面形狀可以是圓形，橢圓形或其他形狀。

請繼續參考圖4a和圖4b，氣體導流組件包括板狀主體和多個環形的導流結構。這些導流結構從板狀主體的邊緣處向中心方向同心分佈，這些導流結構可以都是環形狹縫，或者都是通孔圈，或者可以是通孔圈和環形狹縫的組合。

進一步的，對於這些環形的導流結構來說，其徑向向外傾斜的夾角沿板狀主體徑向向內增加，從而改善不同導流結構噴出的氣體流速場分佈的均勻性。具體來說，最外側也即是最靠近板狀主體邊緣的導流結構，不論導流結構是通孔圈或環狀狹縫，通孔軸線或環狀狹縫中線在垂直方向上徑向向外傾斜的角度最小，接近於0度。之後沿著板狀主體向中心的方向，導流結構的傾斜夾角逐漸增大，直到最內側的導流結構，通孔軸線或環狀狹縫中線在垂直方向上徑向向外傾斜的角度最大。通孔或環狀狹縫可以是整體為一段，軸線或中線徑向向外傾斜，如圖4a所示；也可以是由兩段或多段組成，如圖4b所示，通孔或環狀狹縫在垂直方向上具有上段和與之連通的下段，其中上段是垂直於板狀主體的平面，而下段則徑向向外傾斜。在其他實施例中，通孔還可以是階梯斜孔，具有上段、水平段和徑向向外傾斜的下段；同樣的環狀狹縫也可以分為上段、水平段和下段三部分。通過將通孔或環狀狹縫設計成多段，可以有效防止電漿體在導流結構中被點燃。

需要注意的是，電漿體產生區域的高度應滿足電漿體產生後有足夠的空間使其擴散並均勻分佈至基板表面，較佳的，電漿體產生區域位於基座上方2~12英吋。圖2和圖5分別是本發明的電漿體處理裝置的兩種實施方式，在圖2所示的實施例中，真空處理腔室由電漿體產生容器20a和處理容器20b組成，處理容器20b在電漿體產生容器20a的下方並與之連通。電漿體產生容器20a為圓筒狀，其外周等間隔地捲繞感應線圈24。保持基板W的基座26位於處理容器20b中，電漿體產生容器20a中產生的反應氣體的電漿體向下擴散至基板W表面對其實施電漿體處理。在圖5所示的實施例中，真空處理腔室20整體為圓筒形，基座26容納於其中。真空處理腔室20的側壁外周從靠近氣體導流組件23處向下的一部分捲繞感應線圈24，感應線圈24下端與基座之間保持能使電漿體充分均勻擴散的適當高度。通過射頻功率源25向感應線圈24施加電力在基座26上方2~12英吋處形成電漿體產生區域。

圖6a和圖6b分別是利用習知技術和本發明的電漿體處理裝置進行電漿體蝕刻工藝後得到的結果對比圖，可以看到在同樣時間內，圖6b的蝕刻深度要明顯大於圖6a的蝕刻深度，經計算圖6b的蝕刻速率為15.8um/min，大於習知技術得到的蝕刻速率13.5um/min。

綜上所述，本發明的電漿體處理裝置通過氣體導流組件的設置，使反應氣體經環形導流結構朝向電漿體處理裝置側壁噴射，而更多地到達感應線圈附近，從而能夠被充分解離，獲得較高的電漿體密度，最終提高電漿體工藝的處理效率。

雖然本發明已以較佳實施例揭示如上，然所述諸多實施例僅為了便於說明而舉例而已，並非用以限定本發明，本領域中具有通常知識者在不脫離本發明精神和範圍的前提下可作若干的更動與潤飾，本發明所主張的保護範圍應以申請專利範圍所述為凖。

1‧‧‧電漿體產生容器
2‧‧‧處理容器
3‧‧‧頂板
4‧‧‧線圈
5‧‧‧高頻電源
6‧‧‧基座
20‧‧‧真空處理腔室
20a‧‧‧電漿體產生容器
20b‧‧‧處理容器
21‧‧‧頂板
22‧‧‧側壁
23‧‧‧氣體導流組件
231‧‧‧板狀主體
232‧‧‧導流結構
24‧‧‧感應線圈
25‧‧‧射頻功率源
26‧‧‧基座
d1‧‧‧縫隙寬度
d2‧‧‧孔徑
W‧‧‧基板

［圖1］為習知技術中感應耦合型電漿體處理裝置的結構示意圖； ［圖2］為本發明一實施例的電漿體處理裝置的結構示意圖； ［圖3a］為本發明一實施例的氣體導流組件的俯視圖； ［圖3b］為本發明另一實施例的氣體導流組件的俯視圖； ［圖4a］為本發明一實施例的氣體導流組件的剖視圖； ［圖4b］為本發明另一實施例的氣體導流組件的剖視圖； ［圖5］為本發明一實施例的電漿體處理裝置的結構示意圖； ［圖6a］和［圖6b］分別為利用習知技術和本發明的電漿體處理裝置進行電漿體蝕刻得到的結果對比圖。

20‧‧‧真空處理腔室

20a‧‧‧電漿體產生容器

20b‧‧‧處理容器

21‧‧‧頂板

22‧‧‧側壁

23‧‧‧氣體導流組件

24‧‧‧感應線圈

25‧‧‧射頻功率源

26‧‧‧基座

W‧‧‧基板

Claims (8)

1. 一種電漿體處理裝置，包括：真空處理腔室，其具有側壁和頂板，所述頂板具有用於引入反應氣體的進氣口，所述側壁的外周沿長度方向捲繞有感應線圈；射頻源，用於向所述感應線圈供給電力以在所述真空處理腔室內形成電漿體產生區域；以及氣體導流組件，設於所述真空處理腔室內，水平鄰設於所述頂板下方且固定於所述頂板和/或側壁，其包括：平板狀主體；至少一個環形的導流結構，其靠近所述平板狀主體邊緣處，所述導流結構為貫穿所述平板狀主體的上下表面且與所述進氣口連通，所述導流結構為一個成圈通孔組或為一個環狀狹縫，所述成圈通孔組為由單環狀分佈的多個通孔所組成，所述成圈通孔組或所述環狀狹縫為所述平板狀主體的唯一貫穿元件，且所述成圈通孔組或環狀狹縫在垂直方向上至少下段徑向向外傾斜以引導由所述進氣口引入的反應氣體朝向所述側壁噴射。
2. 如請求項1所述的電漿體處理裝置，其中所述徑向向外傾斜的夾角的範圍為大於0度且小於等於30度。
3. 如請求項1所述的電漿體處理裝置，其中每一所述通孔或環狀狹縫在垂直方向上具有上段和與之連通的所述下段，所述上段垂直於所述板狀主體的平面。
4. 如請求項1所述的電漿體處理裝置，其中所述通孔的孔徑為0.1~5mm。
5. 如請求項1所述的電漿體處理裝置，其中所述環狀狹縫的縫隙寬度為0.05~5mm。
6. 如請求項1所述的電漿體處理裝置，其中所述導流結構與所述側壁的距離為0~30mm。
7. 如請求項1所述的電漿體處理裝置，其中所述真空處理腔室內設有用於保持基板的基座，所述基座位於所述電漿體產生區域下方2~12英吋。
8. 如請求項7所述的電漿體處理裝置，其中所述真空處理腔室包括筒狀電漿體產生容器和位於所述筒狀電漿體產生容器下方與之連通的處理容器，所述基座位於所述處理容器中，所述感應線圈捲繞於所述電漿體產生容器的側壁的外周。