专利名称：一种等离子体加工工艺中控制进气方式的方法
技术领域：
本发明涉及微电子技术领域，尤其涉及一种等离子体加工工艺中控制进气方式的 方法。
背景技术：
在半导体器件即微电子芯片的制造工艺中，等离子体加工工艺得到了极为广泛的 应用。该工艺是指在一定条件下激发工艺气体生成等离子体，利用等离子体与衬底(例如 硅基片)发生复杂的物理、化学反应而在衬底上完成各种加工，如等离子体刻蚀工艺、等离 子体薄膜沉积工艺等，获得需要的半导体结构。图1为现有技术中普遍采用的等离子体加工设备的结构示意图，如图1所示，设备 的反应腔室上部安装有喷嘴，作为工艺气体的进气通道，喷嘴的进气口同工艺气体的供气 管道连接，出气口与反应腔室相通。在等离子体工艺过程中，工艺气体通过喷嘴进入腔室， 同时腔室上部的线圈通入射频，使得喷入腔室内部的工艺气体激发成为等离子体。反应腔 室内设置有静电卡盘，用来支撑芯片。刻蚀时静电卡盘也通入射频，产生偏置电压，使等离 子体轰击芯片表面，形成一系列物理和化学过程，使芯片形成需要的结构。众所周知，等离子体加工工艺结果受到多方面因素的制约，包括工艺气体的组份 及分布、射频源电参数、射频源的分布、反应腔室的结构等诸多因素。其中，工艺气体的进气 方式对等离子体加工工艺结果也有着较为重要的影响，不同的进气方式可直接的影响着等 离子体粒子的分布，并进一步影响最终工艺结果。目前普遍的进气方式为不同的工艺气体 经由各自的气路管道，进入反应腔室之前汇合并混合，混合气体经由喷嘴或进气通道进入 到反应腔室内部；或者在有若干个喷嘴或进气通道的情况下，不同的工艺气体同样在进入 反应腔室前汇合并混合，混合气体可均勻的或进行比例分配后从不同的喷嘴或进气通道进 入反应腔室。这两种进气方式，工艺气体在进入反应腔室前已经充分混合，各个喷嘴或者进 气通道处的工艺气体具有相同的成分和配比。图2为采用现有进气方式并使用图1所示加工设备的等离子体刻蚀工艺的刻蚀结 果图。该刻蚀工艺包括BT (Break Throw，贯穿刻蚀或破边)和ME (MainEtch，主刻蚀)两个 工艺步骤，两步骤所采用的工艺气体在进入反应腔室前充分混合，经由喷嘴进入反应腔室。 参见图2的刻蚀结果图，图中圆状区域为刻蚀的多晶硅片，不同颜色深度表示不同区域的 刻蚀速率。由图2可知，采用现有进气方式的刻蚀结果，刻蚀速率均勻性(表征刻蚀结果的 参数，计算公式为(最大刻蚀速率-最小刻蚀速率)/2*平均刻蚀速率，该值越小，不同区域 的刻蚀速率越均勻，刻蚀结果越好)为5.8%。在对等离子体加工工艺进气方式研究的过程中，发明人发现现有技术一般采用优 化喷嘴结构或进气通道的设置来改变工艺气体的进气方式，并且仅控制每个进气通道处工 艺气体的流量，但通过每个进气通道的工艺气体成分都是相同的。而随着技术的发展，以及 新的工艺要求的提出，加工工艺更趋向于向精细化发展，对进气方式的控制也带来了新的 发展方向。而现有技术对进气方式的控制存在着局限性，不利于加工工艺的精细化及得到更好的工艺结果。
发明内容
本发明的实施例提供了一种等离子加工工艺中控制进气方式的方法，调节了等离 子体加工工艺的精细化，改善了工艺结果。为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案一种等离子体加工工艺中控制进气方式的方法，在同时采用多种气体作为工艺气 体的等离子体加工工艺中，工艺气体通过多个进气通道进入反应腔室，控制通过各个进气 通道的工艺气体的成分，使通过至少两个进气通道的工艺气体的成分不同。采用上述技术方案后，本发明实施例提供的一种等离子体加工工艺中控制进气方 式的方法，通过控制工艺气体，使通过各个进气通道进入反应腔室的工艺气体成分不同，这 样可使反应腔室内不同区域工艺气体的成分不同，从而可以控制不同区域的等离子体的成 分，同现有技术相比，调节了等离子体加工工艺的精细化，改善了工艺结果，而且对影响加 工结果的各种因素具有一定的中和作用，也为等离子体加工工艺的优化提供了一种新的可 调控的方向，可以通过控制不同反应区域工艺气体的成分来优化等离子体加工工艺。
图1为现有技术中等离子体刻蚀设备的结构示意图。图2为采用现有进气方式的刻蚀结果图。图3为本发明实施例一的刻蚀设备示意图。图4为本发明实施例一的刻蚀结果图。图5为本发明实施例二的刻蚀设备示意图。图6为本发明实施例三的刻蚀设备示意图。
具体实施例方式本发明的实施例提供的一种刻蚀工艺中控制进气方式的方法，在同时采用多种气 体作为工艺气体的等离子体加工工艺中，工艺气体通过多个进气通道进入反应腔室，控制 通过各个进气通道的工艺气体的成分，使通过至少两个进气通道的工艺气体的成分不同。这样，可使反应腔室内不同区域工艺气体的组分不同，从而可以控制不同区域的 等离子体的成分，调节了加工工艺的精细化，改善了工艺结果，并对影响刻蚀结果的各种因 素具有一定的中和作用，为刻蚀工艺的优化提供了一种新的可调控的方向。本发明的实施例基于的基本思想在于，改变现有技术中工艺气体混合后，相同成 分的工艺气体通过各个进气通道进入反应腔室的进气方式，控制通过各个进气通道的工艺 气体成分，使从部分进气通道或全部的进气通道通入的工艺气体的成分不同。进一步地，使通过所述至少两个进气通道的工艺气体的成分不同，可以部分相同 也可以完全不同。其中，使通过所述至少两个进气通道的工艺气体的成分部分相同具体可为使特定的一种或几种气体通过部分进气通道进入反应腔室；使除所述特定的一种或几种气体外的其他气体通过全部的进气通道进入反应腔室。这样，通过所述部分通道的工艺气体包括了全部成分的工艺气体，而通过另一部 分通道的工艺气体为除所述特定的一种或几种气体外的其他气体，通过这两部分气体通道 的工艺气体的成分部分相同，均包括除所述特定的一种或几种气体外的其他气体。优选地，所述使特定的一种或几种气体通过部分进气通道进入反应腔室具体为 使所述特定的一种或几种气体通过位于反应腔室的顶部中心位置的进气通道进入所述反 应腔室。反应腔室的中部是工艺过程中等离子体加工最集中的区域，因此位于反应腔室的 顶部中心位置的进气通道是核心的进气通道，控制通过该位置的进气通道的工艺气体成分 可以得到更好的工艺结果。但本发明的实施例不限于此，可根据实际工艺的要求，使所述特 定的一种或几种气体从不同位置的进气通道进入反应腔室。其中，使通过所述至少两个进气通道的工艺气体的成分完全不同具体可为使特定的一种或几种气体通过部分进气通道进入反应腔室；使除所述特定的一种或几种气体外的其他气体通过另一部分进气通道进入反应 腔室。这样，通过所述部分通道的工艺气体为特定的一种或几种气体，而通过另一部分 通道的工艺气体为除所述特定的一种或几种气体外的其他气体，通过这两部分气体通道的 工艺气体的成分完全不同。这里要指出的是，上述特定的一种或几种气体为等离子体加工工艺中的一种或几 种关键性工艺气体。所谓关键性工艺气体具体是指在某个加工工艺中，起到主要的工艺作 用，对工艺结果有较大影响的工艺气体，例如等离子体刻蚀工艺中，起到主要的刻蚀作用、 或者与其他气体配合、不可或缺的刻蚀气体，其在工艺气体中的配比对刻蚀结果具有较大 影响，如02、0 4等。为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面通过具体实施例并 结合附图对本发明实施例进行详细描述。实施例一本实施例的等离子加工工艺为对多晶硅片的刻蚀，包括BT和ME两个刻蚀工艺步 骤，采用图3所示的刻蚀设备，该刻蚀设备的进气通道位于反应腔室1的上部中心位置，包 括中心进气口 2、边缘进气口 3和进气口 4，工艺过程中，多晶硅片放置于静电卡盘5上。这 里要注意的是，进气口的数目仅为了描述本实施例，但不限于本实施例，实际设备中可包括 多个进气口即进气通道。本实施例中，BT和ME两个刻蚀步骤的条件参数均采用现有技术 方案，而在ME步骤采用了本发明控制进气方式的方法。BT步骤的条件参数为源射频功率500W、偏压射频功率60W、压强=IOmTorr (毫 托)、刻蚀气体为CF4、刻蚀时间10秒。该步骤的刻蚀气体为CF4，从进气口 2，进气口 3和进气口 4同时进入反应腔室，每 个进气口的进气量相同。ME步骤的条件参数为源射频功率500W、偏压射频功率50W、压强7mTorr、刻 蚀气体为 CL2/HBR/CF4/02，流量分别为 15sccm/200sccm/50sccm/3sccm(sccm，标况毫升每 分)、刻蚀时间10秒。该步骤包括4种刻蚀气体，在工艺过程中，采用本发明控制进气方式的方法，控制通过各个进气通道的工艺气体的成分，使A从进气口 2通入，同时，使CL2、HBR、CF4在进气 前汇合并混合，从进气口 2、进气口 3和进气口 4通入。如图3所示，A表示O2，B表示CL2、 HBRXF4的混合气体，从进气口 2通入A+B成分的工艺气体，从进气口 3和进气口 4通入B成 分的工艺气体，这样通过上述控制，使通过进气口 2与进气口 3和进气口 4的工艺气体的成 分不同，即为使通过至少两个进气通道的工艺气体的成分不同，但通过进气口 2与进气口 3 和进气口 4的工艺气体的成分部分相同，均包括有B成分。这里要注意的是，本实施例中，实质上将O2气作为了特定的气体，对O2进行了单独 控制，使O2仅从位于反应腔室ι的顶部中心位置的进气口 2通入反应腔室1，同时使CL2、 HBR、CF4三种气体在进气口前汇合并充分混合，从进气口 2，进气口 3和进气口 4通入反应 腔室1，每个进气口的混合气体进气量相同。这是由于O2为本刻蚀工艺中的关键性刻蚀气 体，O2在工艺气体中的配比对刻蚀结果具有较大影响。但本发明的实施例不限于此，可根据 实际情况及工艺的要求，控制通过各个进气通道的工艺气体成分，对反应腔室内不同区域 工艺气体的成分分布进行控制，控制不同区域的等离子体的成分，达到调节加工工艺的精 细化，改善工艺结果的目的。其中，使O2仅从位于反应腔室1的顶部中心位置的中心进气口 2通入，是由于反 应腔室1的中部是刻蚀工艺过程中等离子体加工最集中的区域，更由于O2在刻蚀工艺中的 重要作用，使A仅从进气口 2进入的进气方式可明显改善刻蚀结果。图4为本实施例的刻蚀结果图，与图2相同，图中圆状区域为刻蚀的多晶硅片，不 同颜色深度表示不同区域的刻蚀速率。由图4可知，采用本发明控制进气方式的方法的刻 蚀结果，刻蚀速率均勻性为2. 7%。同图2相比即与现有技术相比，本实施例降低了刻蚀速 率均勻性，调节了刻蚀工艺的精细化，改善了刻蚀结果。实施例二本实施例的等离子加工工艺为等离子刻蚀工艺，采用图5所示的刻蚀设备，如图5 所示，与实施例一不同的是，刻蚀设备的进气通道分布在反应腔室1的上方的中心和两侧， 包括中心进气口 2、边缘进气口 3和进气口 4，可以分别控制各个进气口进入的气体流量，使 工艺气体可按照预设的比列进入反应腔室，晶片放置在静电卡盘5上。这里要注意的是，进 气口的数目仅为了描述本实施例，但不限于本实施例，实际设备中可包括多个进气口即进 气通道。对于一个有多种反应气体的刻蚀工艺，工艺气体包括02，还包括Cl2、HBr, He、CF4 的一种或几种。在工艺过程中，采用本发明控制进气方式的方法，控制通过各个进气通道的 工艺气体的成分，使A从进气口 2通入，同时，使Cl2、HBr, He、CF4的一种或几种在进气前 汇合并混合，按照预设的比例从进气口 2、进气口 3、进气4进入反应腔室1。如图5所示，A 表示02，C表示CL2、HBR、He、CF4的一种或几种的混合气体，从进气口 2通入A+C成分的工 艺气体，从进气口 3和进气口 4通入C成分的工艺气体，这样通过上述控制，使通过进气口 2 与进气口 3和进气口 4的工艺气体的成分不同，即为使通过至少两个进气通道的工艺气体 的成分不同，但通过进气口 2与进气口 3和进气口 4的工艺气体的成分部分相同，均包括有 C成分。本实施例中，实质上将&气作为了特定的气体，对&进行了单独控制，使&仅从 位于反应腔室1的顶部中心位置的进气口 2通入反应腔室1，除&之外的其他气体按照预设的比例从全部的进气口通入反应腔室1。这样，对反应腔室内不同区域工艺气体的成分分 布进行了控制，控制不同区域的等离子体的成分，达到调节刻蚀工艺的精细化，改善刻蚀结 果的目的。实施例3本实施例的等离子加工工艺及加工设备均与实施例1相同，但ME步骤的进气方式 不同。在ME步骤的工艺过程中，采用本发明的控制进气方式的方法，使&从进气口 2通 入，同时，使CL2、HBR、CF4在进气前汇合并混合，从进气口 3和进气口 4通入。如图6所示，A 表示02，B表示CL2、HBR、CF4的混合气体，从进气口 2通入A成分的工艺气体，从进气口 3和 进气口 4通入B成分的工艺气体，这样通过上述控制，使通过进气口 2与进气口 3和进气口 4的工艺气体的成分不同，即为使通过至少两个进气通道的工艺气体的成分不同，而且通过 进气口 2与进气口 3和进气口 4的工艺气体的成分完全不同。可以理解的是，虽然本发明的具体实施例中所述等离子加工工艺为等离子刻蚀工 艺，但本发明不限于此，本发明所述的等离子加工工艺是指通过射频激发产生的等离子体 对基片进行加工的工艺，如等离子薄膜刻蚀工艺，等离子薄膜沉积工艺等。以上所述，仅为本发明的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何 熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵 盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种等离子体加工工艺中控制进气方式的方法，其特征在于，在同时采用多种气体作为工艺气体的等离子体加工工艺中，工艺气体通过多个进气通 道进入反应腔室，控制通过各个进气通道的工艺气体的成分，使通过至少两个进气通道的 工艺气体的成分不同。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使通过所述至少两个进气通道的工艺气体的成分部分相同。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使通过所述至少两个进气通道的工艺气体的成分完全不同。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述使通过至少两个进气通道的工艺气体的成分部分相同具体为使特定的一种或几种气体通过部分进气通道进入反应腔室；使除所述特定的一种或几种气体外的其他气体通过全部的进气通道进入反应腔室。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述使通过至少两个进气通道的工艺气体的成分完全不同具体为 使特定的一种或几种气体通过部分进气通道进入反应腔室；使除所述特定的一种或几种气体外的其他气体通过另一部分进气通道进入反应腔室。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述特定的一种或几种气体为所述等离子体加工工艺中采用的一种或几种关键性工 艺气体。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述使特定的一种或几种气体通过部分进气通道进入反应腔室具体为使所述特定的一种或几种气体通过位于反应腔室的顶部中心位置的进气通道进入反应腔室。
8.根据权利要求4或7所述的方法，其特征在于， 所述等离子体加工工艺为主刻蚀；所述特定的一种或几种气体为A；所述除所述特定的一种或几种气体外的其他气体为CL2、HBR、CF4。
9.根据权利要求4或7所述的方法，其特征在于， 所述等离子体加工工艺为等离子体刻蚀工艺；所述特定的一种或几种气体为A；所述除所述特定的一种或几种气体外的其他气体为Cl2、HBR、CF4、He中的一种或几种。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等离子体加工工艺为等离子体刻蚀 工艺或等离子体薄膜沉积工艺。
全文摘要
本发明公开了一种等离子体加工工艺中控制进气方式的方法，为调节加工工艺的精细化、改善工艺结果而发明。所述等离子体加工工艺中控制进气方式的方法，在同时采用多种气体作为工艺气体的等离子体加工工艺中，工艺气体通过多个进气通道进入反应腔室，控制通过各个进气通道的工艺气体的成分，使通过至少两个进气通道的工艺气体的成分不同。本发明可用于等离子体加工工艺中。
文档编号H01L21/00GK102087957SQ200910241479
公开日2011年6月8日 申请日期2009年12月3日 优先权日2009年12月3日
发明者张庆钊 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司