一种反应腔室及等离子体加工设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微电子加工技术领域，具体涉及一种反应腔室及等离子体加工设备。
【背景技术】
[0002]等离子体加工设备是应用比较广泛的加工设备，主要用于对基片等的被加工工件进行镀膜、刻蚀等工艺。在刻蚀工艺中，刻蚀深度要求一般在几十微米到上百微米之间的称之为深硅刻蚀工艺，相对蚀深度要求一般小于I微米的常规刻蚀工艺，深硅刻蚀工艺需要具有更快的刻蚀速率，更高的选择比和更大的深宽比。
[0003]图1为常用的用于深硅刻蚀工艺的等离子体加工设备的结构简图。请参阅图1，等离子体加工设备包括反应腔室10。其中，反应腔室10内的底部设置有静电卡盘11，用以采用静电吸附的方式将被加工工件S吸附在静电卡盘11的上表面；在反应腔室10的顶壁上内嵌有石英窗12，并在反应腔室10的顶壁上设置有贯穿石英窗12的中央进气口 13，用于向反应腔室10内输送工艺所需的气体，且在石英窗12的上方设置有与射频电源(图中未示出)电连接的感应线圈14，用以激发反应腔室10内的气体形成等离子体，以实现对位于反应腔室10内的被加工工件S完成沉积、刻蚀等工艺。
[0004]下面详细介绍采用图1所示的等离子体加工设备如何实现深硅刻蚀工艺。具体地，包括以下步骤:S1，经由中央进气口 13向反应腔室10内输送沉积气体C4F8，打开射频电源，以使感应线圈14激发沉积气体C4F8形成等离子体，以实现对被加工工件完成沉积步骤；S2，经由中央进气口 13向反应腔室10内输送刻蚀气体SF6，感应线圈14激发刻蚀气体SF6形成等离子体，以实现对被加工工件完成刻蚀步骤；S3，重复上述步骤SI和步骤S2直至完成深硅刻蚀工艺。
[0005]在实际应用中，由于沉积气体C4F8具有弱电负性以及刻蚀气体SF6具有强电负性，这使得刻蚀气体SF6激发形成的等离子体在被加工工件的中心区域分布密度低，且边缘区域分布密度高，沉积气体C4F8激发形成等离子体在被加工工件的中心区域分布密度高，且边缘区域分布密度低，造成被加工工件的中心区域的刻蚀速率低于边缘区域的刻蚀速率(如图2中图a所示)，中心区域的沉积速率高于边缘区域的沉积速率(如图2中图b所示)，并且，由于深硅刻蚀速率在沉积速率不变的情况下与刻蚀速率成正比关系；且在刻蚀速率不变的情况下与沉积速率成反比关系，因而造成被加工工件的中间区域的深硅刻蚀速率低于边缘区域的深硅刻蚀速率(如图2中图c所示)，从而造成深硅刻蚀工艺的均匀性差。
[0006]为此，人们对上述等离子体加工设备进行了改进，具体地，如图3所示，改进后的等离子体加工设备与上述等离子体加工设备相比，其感应线圈14的半径较小，即，感应线圈14仅对应于反应腔室的中心区域设置，以提高感应线圈14激发刻蚀气体SF6B成的等离子体在反应腔室10的中心区域的分布密度，从而可以提高被加工工件的中心区域的刻蚀速率(如图4中图a所示)，以补偿被加工工件的中心区域的刻蚀速率与边缘区域的刻蚀速率之间的差距，进而可以提高深硅刻蚀工艺的均匀性。
[0007]然而，采用上述的等离子体加工设备在实际应用中不可避免地存在以下问题:
[0008]其一，虽然通过对应于反应腔室的中心区域设置感应线圈14可以提高由刻蚀气体SF6形成的等离子体在反应腔室10的中心区域的分布密度，但是，与此同时，由沉积气体C4F8形成的等离子体在反应腔室10的中心区域的分布密度也会相应地提高(如图4中图b所示)，导致被加工工件的中心区域的沉积速率更高，从而造成被加工工件的中心区域的沉积速率与被加工工件的边缘区域的沉积速率之间的差距加大，进而使得被加工工件的中间区域的深硅刻蚀速率与边缘区域的深硅刻蚀速率之间仍然存在很大差距(如图4中图c所示)，从而采用上述方法改善深硅刻蚀工艺均匀性的效果不明显。
[0009]其二，由于沉积气体C4F8和刻蚀气体SF6均经由中央进气口 13输送至反应腔室，在上述步骤SI完成之后中央进气口 13内往往残留有沉积气体C4F8，这使得在进行后续的刻蚀步骤时，刻蚀气体SF6会与中央进气口 13中残留的沉积气体C4F8混合之后进入反应腔室，而残留的沉积气体C4F8往往会带来侧壁钻蚀效应(如图5中图a所示)和底部长草效应(如图5中图b所示)，从而造成深硅刻蚀工艺的工艺质量降低。
【发明内容】
[0010]本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，提供了一种反应腔室及等离子体加工设备，其不仅可以在很大程度上提高深硅刻蚀工艺的刻蚀均匀性，从而可以提高工艺质量；而且可以避免刻蚀气体和沉积气体混合，从而可以避免刻蚀气体和沉积气体混合带来的不良影响。
[0011]本发明提供一种反应腔室，包括进气系统，所述进气系统包括中央进气通道、边缘进气通道、刻蚀气源和沉积气源，其中所述中央进气通道的出气端与所述反应腔室相连通，所述中央进气通道的进气端与所述刻蚀气源相连通，由所述刻蚀气源提供的刻蚀气体经由所述中央进气通道输送至所述反应腔室的中心区域；所述边缘进气通道的出气端与所述反应腔室相连通，所述边缘进气通道的进气端与所述沉积气源相连通，由所述沉积气源提供的沉积气体经由所述边缘进气通道输送至所述反应腔室的边缘区域。
[0012]其中，所述中央进气通道的出气端设置在所述反应腔室顶壁的中心区域，并且，所述边缘进气通道的出气端设置在所述反应腔室的侧壁上。
[0013]其中，所述边缘进气通道的数量为多个，多个所述边缘进气通道沿所述反应腔室的周向间隔且均匀设置。
[0014]其中，所述边缘进气通道为贯穿所述反应腔室的侧壁的通孔，且靠近所述反应腔室的顶壁位置，并且所述通孔的中心线与所述被加工工件的表面平行，或者，所述通孔的中心线朝向所述反应腔室的顶壁。
[0015]其中，在所述反应腔室的顶壁上内嵌有采用非导电材料制成的介质窗，并且在所述介质窗的上方还设置感应线圈和射频电源，所述感应线圈与射频电源电连接，用以将所述反应腔室内的沉积气体或刻蚀气体激发形成等离子体。
[0016]其中，所述感应线圈对应于所述反应腔室的中心区域设置。
[0017]其中，所述感应线圈为螺旋缠绕的平面线圈。
[0018]其中，所述刻蚀气体包括SF6。
[0019]其中，所述沉积气体包括C4F8。
[0020]本发明还提供一种等离子体加工设备，包括反应腔室，所述反应腔室采用本发明提供的上述反应腔室。
[0021]本发明具有下述有益效果:
[0022]本发明提供的反应腔室，其通过边缘进气通道向反应腔室的边缘区域输送沉积气体，以使得沉积气体形成的等离子体在反应腔室的边缘区域的分布密度高于中间区域的分布密度，这使得被加工工件边缘区域的沉积速率高于中心区域的沉积速率，并且，通过中央进气通道向反应腔室的中心区域输送刻蚀气体，刻蚀气体在反应腔室的边缘区域分布密度高于中心区域的分布密度，使得被加工工件的边缘区域的刻蚀速率高于中心区域的刻蚀速率，因而可以在很大程度上减小被加工工件的中心区域的深硅刻蚀速率和边缘区域的深硅刻蚀速率之间的差距，从而可以在很大程度上提高深硅刻蚀工艺的均匀性，进而可以提高工艺质量；而且，借助中央进气通道和边缘进气通道分别输送刻蚀气体和沉积气体，可以避免二者共用同一个进气通道，从而可以避免刻蚀气体和沉积气体混合，进而可以避免刻蚀气体和沉积气体混合带来的不良影响。
[0023]本发明提供的等离子体加工设备，其采用本发明提供的反应腔室，不仅可以在很大程度上提高深硅刻蚀工艺的均匀性，从而可以提高工艺质量；而且可以避免刻蚀气体和沉积气体混合，从而可以避免刻蚀气体和沉积气体混合带来的不良影响。
【附图说明】
[0024]图1为常用的用于深硅刻蚀工艺的等离子体加工设备的结构简图；
[0025]图2为图1中沿被加工工件径向上不同位置处的刻蚀速率、沉积速率和深硅刻蚀速率的曲线图；
[0026]图3为现有的用于深硅刻蚀工艺的等离子体加工设备的结构简图；
[0027]图4为图3中沿被加工工件径向上不同位置处的刻蚀速率、沉积速率和深硅刻蚀速率的曲线图；
[0028]图5为侧壁钻蚀效应图和底部长草效应图；
[0029]图6为本发明第一实施例提供的反应腔室的结构简图；
[0030]图7为图6中沿被加工工件径向上不同位置处的刻蚀速率、沉积速率和深硅刻蚀速率的曲线图；以及
[0031]图8为本发明第二实施例提供的反应腔室的结构简图。
【具体实施方式】
[0032]为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的一种反应腔室及等离子体加工设备进行详细描述。
[0033]图6为本发明第一实施例提供的反应腔室的结构简图。图7为图6中沿被加工工件径向上不同位置处的刻蚀速率、沉积速率和深硅刻蚀速率的曲线图。请一并参阅图6和图7，本实施例提供的反应腔室20包括进气系统，进气系统包括中央进气通道21、边缘进气通道22、刻蚀气源和沉积气源，其中，中央进气通道21的出气端21b与反应腔室20相连通，中央进气通道21的进气端21a与刻蚀气源相连通，由刻蚀气源提供的刻蚀气体经由中央进气通道21输送至反应腔室20的中心区域，刻蚀气体包括SF6 ;边缘进气通道22的出气端22b与反应腔室20相连通，边缘进气通道22的进气端22a与沉积气源相连通，由沉积气源提供的沉积气体经由边缘进气通道22输送至反应腔室20的边缘区域，沉积气体包括C4F8。在本实施例中，中央进气通道21的出气端21b设置在反应腔室20顶壁的中心区域，并且，边缘进气通道22的出气端22b设置在反应腔室20的侧壁上，如图6所示，中央进气通道21为贯穿反应腔室20顶壁上内嵌的介质窗23的通孔；边缘进气通道22为贯穿反应腔室20侧壁的通孔，且靠近反应腔室20的顶壁位置，并且通孔的中心线与被加工工件S的表面平行。容易理解，由于通孔的中心线与被加工工件S的表面平行，这与通孔的中心线朝向被加工工件相比，沉积气体从通孔输送至反应腔室20内需要经过一定扩散路径才会与被加工工件S发生反应，