等離子體處理室及用于該等離子體處理室的氣體注入裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種等離子體處理室及用于該等離子體處理室的氣體注入裝置，本發(fā)明在所述環(huán)形氣體注入管道內(nèi)壁設(shè)置若干氣體注入口，并且使得所述氣體輸出的方向與所述氣體注入口指向所述環(huán)形氣體注入管道圓心的方向呈一銳角，確保氣體注入反應(yīng)腔后在解離區(qū)域內(nèi)形成渦流狀分布，延緩了氣體下沉的速率，延長(zhǎng)了氣體到達(dá)基片的走行距離，使得氣體在解離區(qū)域內(nèi)盡可能的得到解離，與傳統(tǒng)的垂直所述環(huán)形氣體注入管道內(nèi)壁的氣體注入口相比，氣體下沉速率減慢，氣體解離率提高，從而提高了反應(yīng)氣體的利用效率，同時(shí)由于反應(yīng)腔內(nèi)等離子體濃度升高，提高了刻蝕速率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】等離子體處理室及用于該等離子體處理室的氣體注入裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及等離子體刻蝕設(shè)備氣體供應(yīng)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種提高氣體解離效率的氣體輸送【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]等離子反應(yīng)器或反應(yīng)腔在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的，并廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體集成電路、平板顯示器，發(fā)光二極管(LED)，太陽(yáng)能電池等的制造工業(yè)內(nèi)。在等離子腔中通常會(huì)施加一個(gè)射頻電源以產(chǎn)生并維持等離子于反應(yīng)腔中。其中，有許多不同的方式施加射頻功率，每個(gè)不同方式的設(shè)計(jì)都將導(dǎo)致不同的特性，比如效率、等離子解離、均一性等等。其中，一種設(shè)計(jì)是電感耦合(ICP)等離子腔。
[0003]在電感耦合等離子處理腔中，一個(gè)通常是線圈狀的天線用于向反應(yīng)腔內(nèi)發(fā)射射頻能量。為了使來(lái)自天線的射頻功率耦合到反應(yīng)腔內(nèi)，在天線處放置一個(gè)絕緣材料窗口。反應(yīng)腔可以處理各種基片，比如硅晶圓等，基片被固定在夾盤(pán)上，等離子在基片上方產(chǎn)生。因此，天線被放置在反應(yīng)器頂板上方，使得反應(yīng)腔頂板是由絕緣材料制成或者包括一個(gè)絕緣材料窗P。
[0004]在等離子處理腔中，各種氣體被注入到反應(yīng)腔中，以使得離子和基片之間的化學(xué)反應(yīng)和/或物理作用可被用于在所述基片上形成各種特征結(jié)構(gòu)，比如刻蝕、沉積等等。在許多工藝流程中，晶圓的刻蝕速率和刻蝕均勻性是很重要的指標(biāo)參數(shù)。一個(gè)有助于獲得較好工藝均勻性的參數(shù)是在反應(yīng)腔內(nèi)均勻分布的處理氣體。要獲得這樣的均一性，許多反應(yīng)腔設(shè)計(jì)采用安裝在晶圓上方的氣體噴淋頭，以均勻的注入處理氣體。然而，如上所述，在電感耦合(ICP)反應(yīng)腔頂板必須包括一個(gè)使射頻功率從天線發(fā)射到反應(yīng)腔中的絕緣窗。因此，ICP的結(jié)構(gòu)中并沒(méi)有給氣體噴淋頭留出相應(yīng)的空間來(lái)實(shí)現(xiàn)其氣體均勻注入的功能。
[0005]在目前標(biāo)準(zhǔn)電感耦合反應(yīng)腔中，氣體通過(guò)在反應(yīng)腔周?chē)淖⑷肫?噴頭和中間的噴頭之一或者兩者一同注入來(lái)供應(yīng)到真空容器內(nèi)。采用該方法所述的技術(shù)，反應(yīng)氣體呈直線狀注入真空容器中后很容易擴(kuò)散到真空容器的解離區(qū)域以外然后被排出真空容器，導(dǎo)致反應(yīng)氣體在解離區(qū)域解離時(shí)間過(guò)短，解離不充分，造成反應(yīng)氣體的利用率不高，浪費(fèi)反應(yīng)氣體。
[0006]因此，業(yè)內(nèi)需要一種改進(jìn)電感耦合反應(yīng)腔氣體注入裝置設(shè)計(jì)，可以?xún)?yōu)化反應(yīng)腔內(nèi)的氣體分布以改進(jìn)加工工藝的均一性，提高反應(yīng)氣體的利用效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于等離子體處理室的氣體注入裝置，所述裝置包括環(huán)形氣體注入管道，所述環(huán)形氣體注入管道內(nèi)壁設(shè)置若干氣體注入口，所述氣體輸出的方向與所述氣體注入口指向所述環(huán)形氣體注入管道圓心的方向呈一銳角。
[0008]優(yōu)選的，所述的氣體注入口數(shù)量> 3，在所述環(huán)形氣體注入管道內(nèi)壁上均勻分布。
[0009]優(yōu)選的，所述環(huán)形氣體注入管道的內(nèi)壁厚度大于等于1mm，所述氣體注入口為穿透所述內(nèi)壁的孔或窄槽，所述孔或窄槽的開(kāi)口方向與所述氣體注入口指向所述環(huán)形氣體注入管道圓心的方向呈一銳角。
[0010]優(yōu)選的，所述氣體注入口包括穿透所述內(nèi)壁的孔或窄槽，每個(gè)孔或窄槽的出口處設(shè)置一擋板，所述擋板方向與氣體注入口指向所述環(huán)形氣體注入管道圓心的方向呈一銳角。
[0011]優(yōu)選的，穿透所述內(nèi)壁的孔或窄槽在所述內(nèi)壁上的切口方向垂直于所述內(nèi)壁或者與所述內(nèi)壁呈其他角度；所述擋板的形狀可以為平板，也可以為帶有一定弧度的弧形板。
[0012]優(yōu)選的，所述氣體注入口包括穿透所述內(nèi)壁的孔或窄槽和位于孔或窄槽出氣方向末端的噴嘴，所述噴嘴方向與氣體注入口指向所述環(huán)形氣體注入管道圓心的方向呈一銳角。
[0013]優(yōu)選的，穿透所述內(nèi)壁的孔或窄槽在所述內(nèi)壁的切口方向和位于孔或窄槽出氣方向末端的噴嘴方向相同或有一定的角度。
[0014]優(yōu)選的，所述若干氣體注入口的氣體輸出方向與所述氣體注入口指向所述環(huán)形氣體注入管道圓心的方向呈同一銳角。
[0015]本發(fā)明還提供一種電感耦合式等離子處理裝置，包括金屬側(cè)壁和絕緣頂板構(gòu)成的真空封閉殼體，所述真空封閉殼體內(nèi)設(shè)置基座和位于基座上方的待處理基片，以及施加到所述絕緣頂板上方圈狀天線上的射頻電源，所述金屬側(cè)壁和所述絕緣頂板間設(shè)置一氣體注入裝置，所述裝置包括環(huán)形氣體注入管道，所述環(huán)形氣體注入管道內(nèi)壁設(shè)置若干氣體注入口，所述氣體輸出的方向與所述氣體注入口指向所述環(huán)形氣體注入管道圓心的方向呈一銳角。
[0016]優(yōu)選的，所述的氣體注入口在所述環(huán)形氣體注入管道內(nèi)壁上均勻分布。
[0017]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明在所述環(huán)形氣體注入管道內(nèi)壁設(shè)置若干氣體注入口，并且使得所述氣體輸出的方向與所述氣體注入口指向所述環(huán)形氣體注入管道圓心的方向呈一銳角，確保氣體注入反應(yīng)腔后在解離區(qū)域內(nèi)形成渦流狀分布，延長(zhǎng)了氣體到達(dá)基片的走行距離，延緩了氣體下沉的速率，使得氣體在解離區(qū)域內(nèi)盡可能的得到解離，與傳統(tǒng)的垂直所述環(huán)形氣體注入管道內(nèi)壁的氣體注入口相比，氣體下沉速率減慢，氣體解離率提高，從而提高了反應(yīng)氣體的利用效率，同時(shí)由于反應(yīng)腔內(nèi)等離子體濃度升高，提高了刻蝕速率。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為氣體注入裝置所處等離子體刻蝕設(shè)備的反應(yīng)腔結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為一種實(shí)施例的氣體注入裝置剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為另一種實(shí)施例的氣體注入裝置剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4為另一種實(shí)施例的氣體注入裝置剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖5為另一種實(shí)施例的氣體注入裝置剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0024]圖1示出本發(fā)明所述氣體注入裝置所處等離子體刻蝕設(shè)備的反應(yīng)腔結(jié)構(gòu)示意圖，包括根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的等離子反應(yīng)腔裝置100。應(yīng)當(dāng)理解，其中的反應(yīng)腔裝置100僅僅是示例性的，所述100裝置實(shí)際上也可以包括更少或額外的部件，部件的排列也可以不同于圖1中所示出。
[0025]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電感耦合式等離子體反應(yīng)腔(ICP)的截面圖，其執(zhí)行了氣體受控流動(dòng)的特點(diǎn)。ICP反應(yīng)腔100包括金屬側(cè)壁105和絕緣頂板130，構(gòu)成一個(gè)氣密的真空封閉殼體,并且由抽真空泵125抽真空。所述絕緣頂板130僅作為示例，也可以采用其它的頂板樣式，比如穹頂形狀的，帶有絕緣材料窗口的金屬頂板等?；?10支撐夾盤(pán)115，所述夾盤(pán)上放置著待處理的基片120。偏置功率被施加到所述夾盤(pán)115上，但是由于與揭露的本發(fā)明實(shí)施例無(wú)關(guān)，在圖1中未示出。所述射頻電源145的射頻功率被施加到天線140，該天線基本是線圈狀的。
[0026]反應(yīng)氣體經(jīng)過(guò)氣體注入裝置注入到反應(yīng)腔內(nèi)，以點(diǎn)燃并維持等離子，從而對(duì)基片120進(jìn)行加工。在本實(shí)施例中，氣體通過(guò)環(huán)形氣體注入管道150被供應(yīng)到真空空間中，但是額外的氣體也可以選擇性的從絕緣頂板130的中心區(qū)域注入反應(yīng)腔(圖中未示出)。通常氣體從氣體注入裝置注入真空反應(yīng)腔，經(jīng)過(guò)解離區(qū)域160后很快的被抽真空泵125排出反應(yīng)腔外，氣體的解離度不高，造成反應(yīng)氣體的利用率不高。
[0027]圖2示出本發(fā)明所述的一種氣體注入裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，所述氣體注入裝置為環(huán)形的氣體注入管道，圖中僅部分的示出氣體注入管道的內(nèi)壁結(jié)構(gòu)，所述反應(yīng)氣體充斥在所述內(nèi)壁151和外壁(圖中未示出)之間，經(jīng)由氣體注入口 152注入反應(yīng)腔內(nèi)部。氣體注入口 152與傳統(tǒng)的氣體注入口區(qū)別在于:傳統(tǒng)的氣體注入口垂直所述內(nèi)壁指向圓心，本發(fā)明所述的氣體注入口 152的切口方向與氣體注入口指向圓心的方向呈一銳角，氣體注入口152在環(huán)形氣體注入管道內(nèi)壁均勻分布，通常數(shù)量為偶數(shù)，在某些實(shí)施例中也可以為奇數(shù)，本實(shí)施例個(gè)數(shù)為8個(gè)，為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，多個(gè)氣體注入口 152的切口方向與氣體注入口指向圓心的方向呈同一銳角。
[0028]根據(jù)本發(fā)明所述的技術(shù)方案，反應(yīng)氣體通過(guò)氣體注入口 152進(jìn)入反應(yīng)腔后方向不指向環(huán)形氣體注入管道的圓心，從多個(gè)氣體注入口 152中進(jìn)入反應(yīng)腔的氣體形成一個(gè)渦流狀下沉的氣體分布結(jié)構(gòu)，改變了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中反應(yīng)氣體進(jìn)入反應(yīng)腔后迅速下沉并被真空泵125抽走的現(xiàn)狀，延長(zhǎng)了氣體到達(dá)基片的走行距離，延緩了氣體下沉的速率，使反應(yīng)氣體處于解離區(qū)域160內(nèi)的時(shí)間增加，使得反應(yīng)氣體可以進(jìn)行充分解離，提高了氣體利用效率。
[0029]本發(fā)明所述的實(shí)施例中環(huán)形氣體注入管道的內(nèi)壁厚度對(duì)反應(yīng)氣體進(jìn)入反應(yīng)腔的方向有一定影響，厚度過(guò)薄會(huì)導(dǎo)致氣體注入口 152傾斜角度過(guò)小，反應(yīng)氣體不能在反應(yīng)腔內(nèi)形成明顯的渦流狀氣體分布，反應(yīng)氣體會(huì)迅速下沉并被真空泵125抽走，不能起到提高氣體解離率的目的。故本實(shí)施例中環(huán)形氣體注入管道的內(nèi)壁151厚度大于等于1mm。
[0030]在另外的實(shí)施例中，為了使得反應(yīng)氣體注入反應(yīng)腔的傾斜角度更加明顯，同時(shí)無(wú)需增加環(huán)形氣體注入管道內(nèi)壁151的厚度，還可以采用如圖3所示的實(shí)施例，在圖3所示的實(shí)施例中，環(huán)形氣體注入管道的內(nèi)壁251均勻設(shè)置有若干個(gè)氣體注入口 252，氣體注入口252的切口方向與氣體注入口指向環(huán)形氣體注入管道圓心的方向呈一銳角角度，反應(yīng)氣體經(jīng)由氣體注入口 252進(jìn)入反應(yīng)腔后會(huì)在氣體解離區(qū)域形成渦流狀氣體分布，使得反應(yīng)氣體被充分的解離。本實(shí)施例中的氣體注入口包括環(huán)形氣體注入管道內(nèi)壁251上的切口和設(shè)置在切口內(nèi)部，長(zhǎng)度大于內(nèi)壁251厚度的氣體噴嘴253，氣體噴嘴253材質(zhì)與環(huán)形氣體注入管道內(nèi)壁相同，可以通過(guò)焊接或者粘合等方式與內(nèi)壁切口固定在一起。本實(shí)施例的氣體注入口 252傾斜角度不受管道內(nèi)壁251厚度的限制，可以合理設(shè)置氣體噴嘴253的長(zhǎng)度，使得氣體注入反應(yīng)腔后能形成理想渦流狀分布，從而延長(zhǎng)氣體解離時(shí)間。
[0031 ] 圖4為另一種實(shí)施例的氣體注入裝置剖面結(jié)構(gòu)示意圖，在圖4所示的實(shí)施例中，環(huán)形氣體注入管道內(nèi)壁351上均勻分布若干氣體注入口 352，氣體注入口 352出氣口末端設(shè)置擋板354。為了便于制作，本實(shí)施例中的氣體注入口 352的切口可以垂直內(nèi)壁351，也可以呈其他便于制作的角度，為了達(dá)到理想的氣體渦流分布，擋板354的方向與氣體注入口指向環(huán)形氣體注入管道圓心的方向呈一銳角角度，氣體注入口 352內(nèi)流出的氣體經(jīng)擋板354的阻擋，沿著擋板354的延伸方向進(jìn)入反應(yīng)腔內(nèi)，每個(gè)氣體注入口 352出氣口末端設(shè)置一擋板354，擋板354的形狀可以為平板，也可以為帶有一定弧度的擋板，所有擋板354的方向與氣體注入口指向環(huán)形氣體注入管道圓心的方向呈同一銳角角度，以確保反應(yīng)氣體在反應(yīng)腔內(nèi)呈理想的渦流狀分布。擋板354可以焊接在內(nèi)壁351對(duì)應(yīng)切口的末端，也可以通過(guò)其他本領(lǐng)域技術(shù)人員容易實(shí)現(xiàn)的手段固定，本發(fā)明不再贅述。
[0032]圖5為另一種實(shí)施例的氣體注入裝置剖面結(jié)構(gòu)示意圖，在圖5所示的實(shí)施例中，環(huán)形氣體注入管道內(nèi)壁451上均勻分布若干氣體注入口 452，氣體注入口 452出氣口末端設(shè)置氣體噴嘴455。為了便于制作，本實(shí)施例中的氣體注入口 352的切口垂直于內(nèi)壁351，為了達(dá)到理想的氣體渦流分布，氣體噴嘴455的方向與氣體注入口指向環(huán)形氣體注入管道圓心的方向呈一銳角角度，氣體注入口 452內(nèi)流出的氣體經(jīng)氣體噴嘴455的阻擋，沿著氣體噴嘴455的延伸方向進(jìn)入反應(yīng)腔內(nèi)，每個(gè)氣體注入口 452出氣口末端設(shè)置一氣體噴嘴455，所有氣體噴嘴455的方向與氣體注入口指向環(huán)形氣體注入管道圓心的方向呈同一銳角角度，以確保反應(yīng)氣體在反應(yīng)腔內(nèi)呈理想的渦流狀分布。氣體噴嘴455可以焊接在內(nèi)壁451對(duì)應(yīng)切口的末端，也可以通過(guò)其他本領(lǐng)域技術(shù)人員容易實(shí)現(xiàn)的手段固定，本發(fā)明不再贅述。
[0033]盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。
【權(quán)利要求】
1.一種用于等離子體處理室的氣體注入裝置，所述裝置包括環(huán)形氣體注入管道，所述環(huán)形氣體注入管道內(nèi)壁設(shè)置若干氣體注入口，其特征在于:所述氣體輸出的方向與所述氣體注入口指向所述環(huán)形氣體注入管道圓心的方向呈一銳角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體注入裝置，其特征在于:所述的氣體注入口數(shù)量>3，在所述環(huán)形氣體注入管道內(nèi)壁上均勻分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體注入裝置，其特征在于:所述環(huán)形氣體注入管道的內(nèi)壁厚度大于等于1mm，所述氣體注入口為穿透所述內(nèi)壁的孔或窄槽，所述孔或窄槽的開(kāi)口方向與所述氣體注入口指向所述環(huán)形氣體注入管道圓心的方向呈一銳角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體注入裝置，其特征在于:所述氣體注入口包括穿透所述內(nèi)壁的孔或窄槽，每個(gè)孔或窄槽的出口處設(shè)置一擋板，所述擋板方向與氣體注入口指向所述環(huán)形氣體注入管道圓心的方向呈一銳角。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣體注入裝置，其特征在于:穿透所述內(nèi)壁的孔或窄槽在所述內(nèi)壁上的切口方向垂直于所述內(nèi)壁或者與所述內(nèi)壁呈其他角度；所述擋板的形狀可以為平板，也可以為帶有一定弧度的弧形板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體注入裝置，其特征在于:所述氣體注入口包括穿透所述內(nèi)壁的孔或窄槽和位于孔或窄槽出氣方向末端的噴嘴，所述噴嘴方向與氣體注入口指向所述環(huán)形氣體注入管道圓心的方向呈一銳角。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣體注入裝置，其特征在于:穿透所述內(nèi)壁的孔或窄槽在所述內(nèi)壁的切口方向和位于孔或窄槽出氣方向末端的噴嘴方向相同或有一定的角度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體注入裝置，其特征在于:所述若干氣體注入口的氣體輸出方向與所述氣體注入口指向所述環(huán)形氣體注入管道圓心的方向呈同一銳角。
9.一種等離子處理裝置，包括金屬側(cè)壁和絕緣頂板構(gòu)成的真空封閉殼體，所述真空封閉殼體內(nèi)設(shè)置基座和位于基座上方的待處理基片，以及施加到所述絕緣頂板上方圈狀天線上的射頻電源，其特征在于:所述金屬側(cè)壁和所述絕緣頂板間設(shè)置一氣體注入裝置，所述裝置包括環(huán)形氣體注入管道，所述環(huán)形氣體注入管道內(nèi)壁設(shè)置若干氣體注入口，所述氣體輸出的方向與所述氣體注入口指向所述環(huán)形氣體注入管道圓心的方向呈一銳角。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的等離子處理裝置，其特征在于:所述的氣體注入口在所述環(huán)形氣體注入管道內(nèi)壁上均勻分布。
【文檔編號(hào)】H01J37/02GK103915307SQ201210593652
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月31日
【發(fā)明者】葉如彬, 倪圖強(qiáng) 申請(qǐng)人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司