一种等离子体刻蚀系统的喷淋头的制作方法

本发明涉及微电子技术领域，具体涉及等离子体刻蚀系统，更具体地涉及等离子体刻蚀系统的喷淋头。

背景技术：

刻蚀是微细加工技术的一个重要组成部分，微电子学的快速发展推动其不断向前发展。从总体上说，刻蚀技术可分为干法刻蚀和湿法刻蚀两种，初期的刻蚀以湿法刻蚀为主，但随着器件制作进入微米、亚微米时代，湿法刻蚀难以满足越来越高的精度要求。干法刻蚀一般为通过物理和化学两个方面相结合的办法来去除被刻蚀的薄膜，常用的干法刻蚀有很多种，其工作原理主要是刻蚀气体通过电感耦合的方式辉光放电，产生活性游离基、亚稳态粒子、原子等，同时在反应室内提供偏置电压，给等离子体提供能量，使等离子体垂直作用在基片上，与其反应生成可挥发的气态物质，并被抽气设备抽走。干法刻蚀具有刻蚀速度快、选择比高、各向异性好、刻蚀损伤小、大面积均匀性好、刻蚀断面轮廓可控性高和刻蚀表面平整光滑等优点，操作简单，便于自动控制，可以满足制作超大规模集成电路、mems、光电子器件等各种微结构器件的要求。

随着技术的发展，对等离子体刻蚀的要求也越来越高，其中描述刻蚀效果的一个主要参数就是均匀性，而影响均匀性最主要因素就是反应腔内等离子体的分布，腔室的结构与进气部分的设计共同决定了等离子体的分布。目前存在的刻蚀系统中，反应腔室内部多为圆形，而抽气口结构位于样品台周边下部，反应气体经进气管道由腔体一侧进入腔室上方的匀气结构中，之后进入到腔室中。这种结构由于气体从匀气结构的一侧进入，容易造成气体在靠近进气管道一侧的喷淋孔进气量大，远离进气管道一侧的喷淋孔进气量小，导致在工艺过程中基片表面无法均匀接触到反应气体，尤其是远离进气口一侧区域的基片表面接触反应气体不足，该基片区域刻蚀效果不佳，最终影响刻蚀均匀性。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种等离子体刻蚀系统的喷淋头，主体呈圆盘状，盘体上表面近边缘处设有第一环形凸缘、进气槽、第二环形凸缘和导气通道，其中，所述进气槽设置在所述第一环形凸缘和所述第二环形凸缘之间，所述第二环形凸缘和所述导气通道交错分布且整体呈环状，盘体中央区域设有内外两圈呈同心环形且均匀分布的第一进气孔，在所述中央区域的外圈进气孔与所述第二环形凸缘之间，还设有多圈呈同心环形且均匀分布的第二进气孔，还包括气体挡块，对所述第二进气孔在工艺加工过程中根据气体分布范围进行选择性遮挡。

本发明的等离子体刻蚀系统的喷淋头，优选为，所述相邻两圈第二进气孔之间的间距为30～70mm。

本发明的等离子体刻蚀系统的喷淋头，优选为，所述第二环形凸缘所呈环形的直径大于等离子体刻蚀系统的下电极的横截面距离。

本发明的等离子体刻蚀系统的喷淋头，优选为，所述第二环形凸缘所呈环形的直径比等离子体刻蚀系统的下电极的横截面距离大10～50mm。

本发明的等离子体刻蚀系统的喷淋头，优选为，所述第二凸缘的宽度为3～7mm。

本发明的等离子体刻蚀系统的喷淋头，优选为，所述气体挡块的直径与所述第二进气孔进气端的直径相同。

本发明的等离子体刻蚀系统的喷淋头，优选为，所述第一、第二进气孔为沉头孔，进气端的孔径为2～4mm，出气端的孔径为0.5～1.5mm。

本发明的等离子体刻蚀系统的喷淋头，优选为，位于所述中央区域的外圈的第一进气孔沉头的高度大于等于位于所述中央区域的内圈的第一进气孔沉头的高度。

本发明的等离子体刻蚀系统的喷淋头，优选为，所述气体挡块的材质可为陶瓷、石英或聚四氟乙烯。

本发明的等离子体刻蚀系统的喷淋头，优选为，所述盘体材质为氧化铝陶瓷、石英、氧化硅、氮化硅或铝合金。

本发明的一种等离子体刻蚀系统的喷淋头能够有效地解决因反应腔室上进气结构位于侧边而造成的反应气体无法均匀分布到基片表面的问题。在进行等离子体刻蚀的过程中，反应气体经由本发明的等离子体刻蚀系统的喷淋头进入真空反应腔室内，由于导气槽、导气通道及一系列进气孔的设置，保证了位于反应腔室中部的基片能够与反应气体更加均匀地进行接触，从而提高等离子体刻蚀的均匀性。此外，通过设置气体挡块，进一步实现了进气匀流的可调节性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是等离子体刻蚀系统的喷淋头的立体结构示意图。

图2是等离子体刻蚀系统的喷淋头的俯视图。

图3是等离子体刻蚀系统的喷淋头的中央区域内外圈第一进气孔的剖面图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“中央”、“边缘”、“内”“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1是等离子体刻蚀系统的喷淋头的立体结构示意图。图2是等离子体刻蚀系统的喷淋头的俯视图。如图1～2所示，等离子体刻蚀系统的喷淋头的主体呈圆盘状，盘体上表面靠近边缘处设有第一环形凸缘1、进气槽2、第二环形凸缘3和导气通道4，其中，进气槽2设置在第一环形凸缘1和第二环形凸缘3之间，第二环形凸缘3和导气通道4交错分布且整体呈环状，可将从上表面进入的反应气体引导至中央区。第二环形凸缘3所呈环形的直径大于等离子体刻蚀系统的下电极的横截面距离。进一步优选地，第二环形凸缘3所呈环形的直径比等离子体刻蚀系统的下电极的横截面距离大10mm～50mm。第二凸缘的宽度优选为3mm～7mm。

盘体中央区设有内外两圈呈同心环形且均匀分布的第一进气孔，即图1、图2中所示的位于中央内圈的第一进气孔5和位于中央外圈的第一进气孔6，保证反应气体可均匀进入到等离子体刻蚀机的反应腔室内。优选地，位于中央内圈的第一进气孔5和位于中央外圈的第一进气孔6为沉头孔。在图3中示出了中央内外圈第一进气孔的剖面图。如图3所示，位于中央外圈的第一进气孔6的进气端孔径a优选为2～3mm，出气端孔径b优选为0.5～1.5mm。位于中央内圈的第一进气孔5的进气端孔径c优选为2～4mm，出气端孔径d优选为0.5～1.5mm。中央外圈的第一进气孔6沉头的高度h1大于等于中央内圈的第一进气孔5沉头的高度h2。

此外，在中央外圈的第一进气孔6的外侧、第二环形凸缘3和导气通道4的内侧，还设有多圈围绕轴心呈同心环形且均匀分布的第二进气孔7。相邻两圈第二进气孔之间的间距优选为30～70mm。每圈所设第二进气孔的个数根据其所在环形的直径的增大而增加，每一圈上的第二进气孔都均匀分布。第二进气孔7的进气端孔径优选为2～3mm，出气端孔径优选为0.5～1.5mm。

以往技术的等离子体刻蚀系统的喷淋头没有环形均匀分布的第二环形凸缘3和导气通道4，气体从圆环状进气槽2进入后，大部分气体由靠近圆环状进气槽2的进气孔进入反应气体内部，从而导致该处形成的等离子体密度大，仅少量气体扩散至远离圆环状进气槽2的进气孔，该部分的等离子体密度小，因此在刻蚀期间，远离进气口一侧区域的基片表面接触反应气体不足，该基片区域刻蚀效果不佳，最终影响刻蚀均匀性。本发明的等离子体刻蚀系统的喷淋头结构通过引入第二环形凸缘3和导气通道4，气体从圆环状进气槽2处进入后，受到第二环形凸缘3的阻碍作用，首先在圆环状进气槽2内扩散，均匀分布后从导气通道4处进入具有第一进气孔和第二进气孔的区域，从而保证第一进气孔与第二进气孔产生均匀的进气效果，获得均匀的等离子体密度分布，确保在刻蚀期间，位于反应腔室中部的基片更加均匀的接触反应气体，提高了刻蚀均匀性。

此外，本发明的等离子体刻蚀系统的喷淋头还设置有气体挡块，在工艺加工过程中根据气体分布范围对第二进气孔进行选择性遮挡。优选地，气体挡块的直径与第二进气孔进气端的直径相同。该气体挡块的材质可以是陶瓷、石英、聚四氟乙烯等。通过对不同的第二进气孔进行遮挡，可以形成不同的气体分布范围，这样的设计不仅能够使反应气体与基片均匀接触，提高刻蚀均匀性，而且实现了进气匀流的可调节。在刻蚀工艺过程中，工艺人员可以根据具体工艺参数选择最优进气方案，遮挡设定的第二进气孔，使气体仅从保留的第二进气孔进入反应腔。

本发明的等离子体刻蚀系统的喷淋头的盘体材质可以为氧化铝陶瓷、石英、氧化硅、氮化硅、铝合金等。

本发明的一种等离子体刻蚀系统的喷淋头能够有效地解决因反应腔室上进气结构位于侧边而造成的反应气体无法均匀分布到基片表面的问题。在进行等离子体刻蚀的过程中，反应气体经由本发明的等离子体刻蚀系统的喷淋头进入真空反应腔室内，由于导气槽、导气通道及一系列进气孔的设置，保证了位于反应腔室中部的基片能够与反应气体更加均匀地进行接触，从而提高等离子体刻蚀的均匀性。此外，通过设置气体挡块，进一步实现了进气匀流的可调节性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。