[發明專利]等離子反應器及制作半導體基片的方法

有效

• 申請號: 201210431839.1
• 申請日: 2012-11-01
• 公開（公告）號: CN103796413B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 許頌臨;石剛;倪圖強
• 申請（專利權）人: 中微半導體設備（上海）有限公司
• 主分類號: H05H1/46
• 分類號: H05H1/46;H01L21/3065
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司31002
• 代理人: 王潔

技術領域

本發明涉及等離子反應器，特別是涉及電感耦合反應器中的氣體均一分布的設計。

背景技術

等離子反應器或反應腔在現有技術中是公知的，并廣泛應用于半導體集成電路、平板顯示器，發光二極管(LED)，太陽能電池等的制造工業內。在等離子腔中通常會施加一個射頻電源以產生并維持等離子于反應腔中。其中，有許多不同的方式施加射頻功率，每個不同方式的設計都將導致不同的特性，比如效率、等離子解離、均一性等等。其中，一種設計是電感耦合(ICP)等離子腔。

在電感耦合等離子處理腔中，一個通常是線圈狀的天線用于向反應腔內發射射頻能量。為了使來自天線的射頻功率耦合到反應腔內，在天線處放置一個絕緣材料窗口。反應腔可以處理各種基片，比如硅晶圓等，基片被固定在夾盤上，等離子在基片上方產生。因此，天線被放置在反應器頂板上方，使得反應腔頂板是由絕緣材料制成或者包括一個絕緣材料窗口。

在等離子處理腔中，各種氣體被注入到反應腔中，以使得離子和基片之間的化學反應和/或物理作用可被用于在所述基片上形成各種特征結構，比如刻蝕、沉積等等。在許多工藝流程中，一個很重要的指數是晶圓內部的加工均一性。也就是，一個作用于基片中心區域的工藝流程應和作用于基片邊緣區域的工藝流程相同或者高度相近。因此，例如，當執行工藝流程時，晶圓中心區域的刻蝕率應與晶圓邊緣區域的刻蝕率相同。

一個有助于獲得較好工藝均一性的參數是在反應腔內均勻分布的處理氣體。要獲得這樣的均一性，許多反應腔設計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)反應腔頂板必須包括一個使射頻功率從天線發射到反應腔中的絕緣窗。因此，ICP的結構中并沒有給氣體噴淋頭留出相應的空間來實現其氣體均勻注入的功能。

圖1示出了現有電感耦合反應腔設計的截面圖。ICP反應腔100包括基本呈圓筒狀的金屬側壁105和絕緣頂板107，構成可被抽真空器125抽真空的氣密空間。基座110支撐夾盤115，所述夾盤115支撐待處理的基片120。來自射頻功率源145的射頻功率被施加到呈線圈狀的天線140。來自氣源150的處理氣體通過管線155被供應到反應腔內，以點燃并維持等離子，并由此對基片120進行加工。在標準電感耦合反應腔中，氣體通過在反應腔周圍的注入器/噴頭130和中間的噴頭135之一或者兩者一同注入來供應到真空容器內的。

從圖1可知，來自外圍噴頭130的氣體被大量抽出了120的表面。因此，從外圍噴頭130注入的大量氣體可能實現對晶圓邊緣區域的處理，但是幾乎沒有能達到晶圓120的中心區域，這會導致不均一性。相反地，中心噴頭135注入的大量氣體集中在晶圓中心并沒有到達邊緣區域，也會造成不均一性。

因此，業內需要一種改進電感耦合反應腔設計，可以優化反應腔內的氣體分布以改進加工工藝的均一性。

發明內容

本發明的發明內容只提供一個對本發明部分方面和特點的基本理解。其不是對本發明的廣泛概述，也不是用于特別指出本發明的關鍵要素或者示意發明的范圍。其唯一的目的是簡化的呈現本發明的一些概念，為后續詳細的描述本發明作鋪墊。

根據本發明的一個方面，提供了一種等離子反應器，其包括封閉殼體，絕緣窗，設置在絕緣窗上方的射頻天線，多個氣體注入器(gas injectors)向所述封閉殼體內供氣，設置于所述封閉殼體內的擋板，其用于限制或引導從氣體注入器中的氣體流動。

根據本發明的一個方面，提供了一個電感耦合等離子反應器，其中，包括封閉殼體，其中所述封閉殼體頂板的至少一部分構成一個絕緣材料窗?；窝b置設置于所述封閉殼體內和所述絕緣材料窗的下方。射頻功率發射裝置設置于所述絕緣材料窗上，以發射射頻功率并使其穿過所述絕緣材料窗到封閉殼體內。多個氣體注入器均勻分布在所述基片支撐裝置上方，以提供處理氣體到所述封閉殼體內。設置于封閉殼體內的環形擋板，其位于所述基片支撐裝置上方和多個氣體注入器下方，以引導處理氣體流動。

根據本發明的另一個方面，所述擋板可由由導體或絕緣材料制成。比如擋板可由陽極化的鋁，陶瓷，石英等制成。

根據本發明的另一個方面，擋板可為帶中心開口的環形隔板。所述擋板也可包括分布在中心開口周圍的次級開口。所述擋板可以包括從所述中心開口處開始延伸的延伸部。所述延伸部可以是圓筒形的也可以是圓錐形的，等等。所述擋板可集成進一個射頻天線。所述擋板可以在所述基片支撐裝置上方豎直上下移動，因而得以改變與基片之間的間隙。