一种流场调节装置及等离子刻蚀装置的制作方法

文档序号:38237115发布日期:2024-06-06 19:11阅读:67来源:国知局

本技术涉及半导体芯片生产,更具体地说,涉及一种流场调节装置及等离子刻蚀装置。


背景技术:

1、在半导体器件制造中,硅片上会设计出若干相同的器件,随着器件尺寸的减小,保证各个器件之间性能一致变得尤为重要,这将直接决定产品良率的提升,同时也有利于增加产量、降低制造成本。刻蚀均匀性就是这种衡量刻蚀工艺在整张硅片上、或硅片与硅片之间、乃至批次与批次之间的刻蚀效果的参数,也是衡量刻蚀设备工艺性能的重要参数之一。

2、等离子体刻蚀机刻蚀腔的主要组成部分有:等离子体耦合线圈11、喷气嘴12、icp功率源13、下电极射频源14、屏蔽罩15、石英压盘16、氦气管道17、真空通道18等组成。工艺气体通过喷气嘴12进入等离子体反应腔室19,在等离子体耦合线圈11的作用下生成等离子体,下电极射频源14提供偏压功率使得等离子体加速轰击基片。在等离子体刻蚀技术中,影响刻蚀均匀性的一个重要因素就是气流。在等离子体腔室中,基片被放置在腔体内的静电吸盘上,用于向腔体内注入气体的喷头通常安装在腔体顶部中央或者侧壁,整个腔体配有真空泵进行抽真空操作。由于整体结构等限制,等离子体密度和分布不均匀,气流分散于腔室各处,对小尺寸(比如小于8寸)多晶硅晶圆的刻蚀均匀性比较差,通常边缘的刻蚀速率大于中心的刻蚀速率。伴随着半导体制程线宽控制要求的提高,对均匀性的要求也越来越高。

3、综上所述,如何解决等离子刻蚀装置对小尺寸多晶硅晶圆进行刻蚀操作时存在刻蚀均匀性较差的问题已经成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现思路

1、有鉴于此,本实用新型提供了一种流场调节装置及等离子刻蚀装置,以解决等离子刻蚀装置对小尺寸多晶硅晶圆进行刻蚀操作时存在刻蚀均匀性较差的问题。

2、为实现上述目的,本实用新型提供如下技术方案:

3、一种流场调节装置,用于设置于等离子刻蚀装置的反应腔体内,包括:

4、气流遮挡环,设置于所述反应腔体内且位于所述晶圆放置盘的上方,所述气流遮挡环的内环通孔与所述晶圆放置盘上所放置的晶圆正对布置,且所述内环通孔的形状与所述晶圆的外周形状相对应;

5、聚焦环,设置于所述晶圆放置盘上,所述聚焦环具有内环边缘,所述内环边缘用于与所述晶圆的外周匹配以围设形成环形引流槽,所述环形引流槽用于向所述晶圆的外边缘引入等离子气流。

6、可选地,还包括设置于所述反应腔体内且用于支撑所述气流遮挡环的调节支架。

7、可选地,所述调节支架包括设置于所述聚焦环上的固定支架和设置于所述固定支架与所述气流遮挡环之间的支撑柱,其中,所述固定支架上设置有用于避让所述晶圆的避让开口。

8、可选地,所述气流遮挡环的底面与所述晶圆的刻蚀顶面之间的间距为a,其中,a的取值配置为:30mm≤a≤50mm。

9、可选地,所述气流遮挡环的外环与所述反应腔体的腔室内壁之间具有预设缝隙。

10、可选地,所述内环通孔的内径不小于所述晶圆的外径。

11、可选地,所述内环通孔的内径取值为r,其中,r的取值配置为:160mm≤r≤230mm。

12、可选地,所述内环通孔具有与所述晶圆的切边位置相对应的第一平边,且所述切边与所述第一平边平行。

13、可选地,所述第一平边的长度为b,其中,b的取值配置为:0<b≤57.5mm。

14、可选地,所述环形引流槽的槽深为h,其中,h的取值配置为:4.25mm≤h≤6.5mm。

15、可选地,所述内环边缘具有与所述晶圆的切边位置及长度相对应的第二平边。

16、相比于背景技术介绍内容,上述流场调节装置,用于设置于等离子刻蚀装置的反应腔体内,包括气流遮挡环和聚焦环,其中,气流遮挡环设置于反应腔体内且位于晶圆放置盘的上方,气流遮挡环的内环通孔与晶圆放置盘上所放置的晶圆正对布置,且内环通孔的形状与晶圆的外周形状相对应;聚焦环设置于晶圆放置盘上,聚焦环具有内环边缘,内环边缘用于与晶圆的外周匹配以围设形成环形引流槽,环形引流槽用于向晶圆的外边缘引入等离子气流。该流场调节装置,在实际应用过程中,通过将其设置在等离子刻蚀装置的反应腔体内,反应腔体内的生成的等离子体通过气流遮挡环的内环通孔流通,气流遮挡环能够起到将等离子体向气流遮挡环的内环通孔的中心聚集的作用,由于内环通孔与晶圆放置盘上所放置的晶圆正对布置,且内环通孔的形状与晶圆的外周形状相对应,即便是应用于小尺寸多晶硅晶圆的刻蚀操作,在气流遮挡环的作用下能够使得晶圆中心的上方等离子体密度增加,通过调整气流遮挡环相对晶圆放置盘的高度,也即调整气流遮挡环相对晶圆的高度,能够改变二者之间所形成的气流通道的流通开口,从而能够控制等离子体的气流流速,配合调整环形引流槽的结构,能够调整晶圆的边缘位置的等离子体密度,最终能够使得晶圆的中心位置和边缘位置的等离子体密度相同,也即使得晶圆的中心位置和边缘位置的刻蚀速率得到均衡,继而能够提高刻蚀的均匀性。

17、另外,本实用新型还提供了一种等离子刻蚀装置,包括反应腔体,所述反应腔体内设置有上述任一方案所描述的流场调节装置。由于上述流场调节装置具有上述技术效果,因此具有该流场调节装的等离子刻蚀装置也应具有相应的技术效果,在此不再赘述。

18、可选地,还包括用于对所述反应腔体进行抽真空的真空设备和用于向所述反应腔体供应刻蚀气体的喷气组件,其中,所述反应腔体的腔压配置为5-80mtorr;所述喷气组件的总流量配置为30sccm-250sccm。

19、可选地,还包括icp机台,其中,所述icp机台用于使所述喷气组件喷射至所述反应腔体内的刻蚀气体生成等离子体并使所述等离子体加速轰击晶圆,且所述icp机台的上射频功率使用范围为0-1000w,所述icp机台的下射频功率使用范围为0-800w。

20、可选地,所述喷气组件所喷射的刻蚀气体配置为氯基气体或溴基气体。

21、可选地,还包括用于对所述反应腔体进行冷却的冷却设备,其中,所述冷却设备的冷却温度配置为0-60℃。



技术特征:

1.一种流场调节装置,用于设置于等离子刻蚀装置的反应腔体(111)内,其特征在于,包括:

2.如权利要求1所述的流场调节装置,其特征在于,还包括设置于所述反应腔体(111)内且用于支撑所述气流遮挡环(102)的调节支架。

3.如权利要求2所述的流场调节装置,其特征在于,所述调节支架包括设置于所述聚焦环(106)上的固定支架(105)和设置于所述固定支架(105)与所述气流遮挡环(102)之间的支撑柱,其中,所述固定支架(105)上设置有用于避让所述晶圆的避让开口(103)。

4.如权利要求1所述的流场调节装置,其特征在于,所述气流遮挡环(102)的底面与所述晶圆的刻蚀顶面之间的间距为a,其中,a的取值配置为:30mm≤a≤50mm。

5.如权利要求1所述的流场调节装置,其特征在于,所述气流遮挡环(102)的外环与所述反应腔体(111)的腔室内壁(113)之间具有预设缝隙。

6.如权利要求1所述的流场调节装置,其特征在于,所述内环通孔的内径不小于所述晶圆的外径。

7.如权利要求6所述的流场调节装置,其特征在于,所述内环通孔(1021)的内径取值为r,其中,r的取值配置为:160mm≤r≤230mm。

8.如权利要求5所述的流场调节装置,其特征在于,所述内环通孔(1021)具有与所述晶圆的切边位置相对应的第一平边(1022),且所述切边与所述第一平边(1022)平行。

9.如权利要求8所述的流场调节装置,其特征在于,所述第一平边(1022)的长度为b,其中,b的取值配置为:0<b≤57.5mm。

10.如权利要求1所述的流场调节装置,其特征在于,所述环形引流槽(114)的槽深为h,其中,h的取值配置为:4.25mm≤h≤6.5mm。

11.如权利要求1所述的流场调节装置,其特征在于,所述内环边缘(1061)具有与所述晶圆的切边位置及长度相对应的第二平边。

12.一种等离子刻蚀装置,包括反应腔体,其特征在于,所述反应腔体内设置有如权利要求1-11中任一项所述的流场调节装置。

13.如权利要求12所述的等离子刻蚀装置,其特征在于,还包括用于对所述反应腔体(111)进行抽真空的真空设备和用于向所述反应腔体(111)供应刻蚀气体的喷气组件,其中,所述反应腔体(111)的腔压配置为5-80mtorr;所述喷气组件的总流量配置为30sccm-250sccm。

14.如权利要求13所述的等离子刻蚀装置,其特征在于,还包括icp机台,其中,所述icp机台用于使所述喷气组件喷射至所述反应腔体(111)内的刻蚀气体生成等离子体并使所述等离子体加速轰击晶圆,且所述icp机台的上射频功率使用范围为0-1000w,所述icp机台的下射频功率使用范围为0-800w。

15.如权利要求13所述的等离子刻蚀装置,其特征在于,所述喷气组件所喷射的刻蚀气体配置为氯基气体或溴基气体。

16.如权利要求12所述的等离子刻蚀装置,其特征在于,还包括用于对所述反应腔体进行冷却的冷却设备,其中,所述冷却设备的冷却温度配置为0-60℃。


技术总结
本技术公开了一种流场调节装置及等离子刻蚀装置,包括气流遮挡环和聚焦环,其中,气流遮挡环设置于反应腔体内且位于晶圆放置盘的上方,气流遮挡环的内环通孔与晶圆放置盘上所放置的晶圆正对布置,且内环通孔的形状与晶圆的外周形状相对应;聚焦环设置于晶圆放置盘上,聚焦环具有内环边缘,内环边缘用于与晶圆的外周匹配以围设形成环形引流槽,环形引流槽用于向晶圆的外边缘引入等离子气流。该流场调节装置,通过调节气流遮挡环和聚焦环的配合关系,能够使得晶圆的中心位置和边缘位置的等离子体密度相同,使得晶圆的中心位置和边缘位置的刻蚀速率得到均衡,继而能够提高刻蚀的均匀性。

技术研发人员:游飞,谷志强,任舟逸,秦彬鑫,石小丽,许开东
受保护的技术使用者:江苏鲁汶仪器股份有限公司
技术研发日:20231027
技术公布日:2024/6/5
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