一種反應腔室及等離子體加工設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子加工技術領域，具體涉及一種反應腔室及等離子體加工設備。
【背景技術】
[0002]等離子體加工設備是應用比較廣泛的加工設備，主要用于對基片等的被加工工件進行鍍膜、刻蝕等工藝。在刻蝕工藝中，刻蝕深度要求一般在幾十微米到上百微米之間的稱之為深硅刻蝕工藝，相對蝕深度要求一般小于I微米的常規(guī)刻蝕工藝，深硅刻蝕工藝需要具有更快的刻蝕速率，更高的選擇比和更大的深寬比。
[0003]圖1為常用的用于深硅刻蝕工藝的等離子體加工設備的結構簡圖。請參閱圖1，等離子體加工設備包括反應腔室10。其中，反應腔室10內的底部設置有靜電卡盤11，用以采用靜電吸附的方式將被加工工件S吸附在靜電卡盤11的上表面；在反應腔室10的頂壁上內嵌有石英窗12，并在反應腔室10的頂壁上設置有貫穿石英窗12的中央進氣口 13，用于向反應腔室10內輸送工藝所需的氣體，且在石英窗12的上方設置有與射頻電源(圖中未示出)電連接的感應線圈14，用以激發(fā)反應腔室10內的氣體形成等離子體，以實現(xiàn)對位于反應腔室10內的被加工工件S完成沉積、刻蝕等工藝。
[0004]下面詳細介紹采用圖1所示的等離子體加工設備如何實現(xiàn)深硅刻蝕工藝。具體地，包括以下步驟:S1，經由中央進氣口 13向反應腔室10內輸送沉積氣體C4F8，打開射頻電源，以使感應線圈14激發(fā)沉積氣體C4F8形成等離子體，以實現(xiàn)對被加工工件完成沉積步驟；S2，經由中央進氣口 13向反應腔室10內輸送刻蝕氣體SF6，感應線圈14激發(fā)刻蝕氣體SF6形成等離子體，以實現(xiàn)對被加工工件完成刻蝕步驟；S3，重復上述步驟SI和步驟S2直至完成深硅刻蝕工藝。
[0005]在實際應用中，由于沉積氣體C4F8具有弱電負性以及刻蝕氣體SF6具有強電負性，這使得刻蝕氣體SF6激發(fā)形成的等離子體在被加工工件的中心區(qū)域分布密度低，且邊緣區(qū)域分布密度高，沉積氣體C4F8激發(fā)形成等離子體在被加工工件的中心區(qū)域分布密度高，且邊緣區(qū)域分布密度低，造成被加工工件的中心區(qū)域的刻蝕速率低于邊緣區(qū)域的刻蝕速率(如圖2中圖a所示)，中心區(qū)域的沉積速率高于邊緣區(qū)域的沉積速率(如圖2中圖b所示)，并且，由于深硅刻蝕速率在沉積速率不變的情況下與刻蝕速率成正比關系；且在刻蝕速率不變的情況下與沉積速率成反比關系，因而造成被加工工件的中間區(qū)域的深硅刻蝕速率低于邊緣區(qū)域的深硅刻蝕速率(如圖2中圖c所示)，從而造成深硅刻蝕工藝的均勻性差。
[0006]為此，人們對上述等離子體加工設備進行了改進，具體地，如圖3所示，改進后的等離子體加工設備與上述等離子體加工設備相比，其感應線圈14的半徑較小，即，感應線圈14僅對應于反應腔室的中心區(qū)域設置，以提高感應線圈14激發(fā)刻蝕氣體SF6B成的等離子體在反應腔室10的中心區(qū)域的分布密度，從而可以提高被加工工件的中心區(qū)域的刻蝕速率(如圖4中圖a所示)，以補償被加工工件的中心區(qū)域的刻蝕速率與邊緣區(qū)域的刻蝕速率之間的差距，進而可以提高深硅刻蝕工藝的均勻性。
[0007]然而，采用上述的等離子體加工設備在實際應用中不可避免地存在以下問題:
[0008]其一，雖然通過對應于反應腔室的中心區(qū)域設置感應線圈14可以提高由刻蝕氣體SF6形成的等離子體在反應腔室10的中心區(qū)域的分布密度，但是，與此同時，由沉積氣體C4F8形成的等離子體在反應腔室10的中心區(qū)域的分布密度也會相應地提高(如圖4中圖b所示)，導致被加工工件的中心區(qū)域的沉積速率更高，從而造成被加工工件的中心區(qū)域的沉積速率與被加工工件的邊緣區(qū)域的沉積速率之間的差距加大，進而使得被加工工件的中間區(qū)域的深硅刻蝕速率與邊緣區(qū)域的深硅刻蝕速率之間仍然存在很大差距(如圖4中圖c所示)，從而采用上述方法改善深硅刻蝕工藝均勻性的效果不明顯。
[0009]其二，由于沉積氣體C4F8和刻蝕氣體SF6均經由中央進氣口 13輸送至反應腔室，在上述步驟SI完成之后中央進氣口 13內往往殘留有沉積氣體C4F8，這使得在進行后續(xù)的刻蝕步驟時，刻蝕氣體SF6會與中央進氣口 13中殘留的沉積氣體C4F8混合之后進入反應腔室，而殘留的沉積氣體C4F8往往會帶來側壁鉆蝕效應(如圖5中圖a所示)和底部長草效應(如圖5中圖b所示)，從而造成深硅刻蝕工藝的工藝質量降低。

【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題，提供了一種反應腔室及等離子體加工設備，其不僅可以在很大程度上提高深硅刻蝕工藝的刻蝕均勻性，從而可以提高工藝質量；而且可以避免刻蝕氣體和沉積氣體混合，從而可以避免刻蝕氣體和沉積氣體混合帶來的不良影響。
[0011]本發(fā)明提供一種反應腔室，包括進氣系統(tǒng)，所述進氣系統(tǒng)包括中央進氣通道、邊緣進氣通道、刻蝕氣源和沉積氣源，其中所述中央進氣通道的出氣端與所述反應腔室相連通，所述中央進氣通道的進氣端與所述刻蝕氣源相連通，由所述刻蝕氣源提供的刻蝕氣體經由所述中央進氣通道輸送至所述反應腔室的中心區(qū)域；所述邊緣進氣通道的出氣端與所述反應腔室相連通，所述邊緣進氣通道的進氣端與所述沉積氣源相連通，由所述沉積氣源提供的沉積氣體經由所述邊緣進氣通道輸送至所述反應腔室的邊緣區(qū)域。
[0012]其中，所述中央進氣通道的出氣端設置在所述反應腔室頂壁的中心區(qū)域，并且，所述邊緣進氣通道的出氣端設置在所述反應腔室的側壁上。
[0013]其中，所述邊緣進氣通道的數(shù)量為多個，多個所述邊緣進氣通道沿所述反應腔室的周向間隔且均勻設置。
[0014]其中，所述邊緣進氣通道為貫穿所述反應腔室的側壁的通孔，且靠近所述反應腔室的頂壁位置，并且所述通孔的中心線與所述被加工工件的表面平行，或者，所述通孔的中心線朝向所述反應腔室的頂壁。
[0015]其中，在所述反應腔室的頂壁上內嵌有采用非導電材料制成的介質窗，并且在所述介質窗的上方還設置感應線圈和射頻電源，所述感應線圈與射頻電源電連接，用以將所述反應腔室內的沉積氣體或刻蝕氣體激發(fā)形成等離子體。
[0016]其中，所述感應線圈對應于所述反應腔室的中心區(qū)域設置。
[0017]其中，所述感應線圈為螺旋纏繞的平面線圈。
[0018]其中，所述刻蝕氣體包括SF6。
[0019]其中，所述沉積氣體包括C4F8。
[0020]本發(fā)明還提供一種等離子體加工設備，包括反應腔室，所述反應腔室采用本發(fā)明提供的上述反應腔室。
[0021]本發(fā)明具有下述有益效果:
[0022]本發(fā)明提供的反應腔室，其通過邊緣進氣通道向反應腔室的邊緣區(qū)域輸送沉積氣體，以使得沉積氣體形成的等離子體在反應腔室的邊緣區(qū)域的分布密度高于中間區(qū)域的分布密度，這使得被加工工件邊緣區(qū)域的沉積速率高于中心區(qū)域的沉積速率，并且，通過中央進氣通道向反應腔室的中心區(qū)域輸送刻蝕氣體，刻蝕氣體在反應腔室的邊緣區(qū)域分布密度高于中心區(qū)域的分布密度，使得被加工工件的邊緣區(qū)域的刻蝕速率高于中心區(qū)域的刻蝕速率，因而可以在很大程度上減小被加工工件的中心區(qū)域的深硅刻蝕速率和邊緣區(qū)域的深硅刻蝕速率之間的差距，從而可以在很大程度上提高深硅刻蝕工藝的均勻性，進而可以提高工藝質量；而且，借助中央進氣通道和邊緣進氣通道分別輸送刻蝕氣體和沉積氣體，可以避免二者共用同一個進氣通道，從而可以避免刻蝕氣體和沉積氣體混合，進而可以避免刻蝕氣體和沉積氣體混合帶來的不良影響。
[0023]本發(fā)明提供的等離子體加工設備，其采用本發(fā)明提供的反應腔室，不僅可以在很大程度上提高深硅刻蝕工藝的均勻性，從而可以提高工藝質量；而且可以避免刻蝕氣體和沉積氣體混合，從而可以避免刻蝕氣體和沉積氣體混合帶來的不良影響。
【附圖說明】
[0024]圖1為常用的用于深硅刻蝕工藝的等離子體加工設備的結構簡圖；
[0025]圖2為圖1中沿被加工工件徑向上不同位置處的刻蝕速率、沉積速率和深硅刻蝕速率的曲線圖；
[0026]圖3為現(xiàn)有的用于深硅刻蝕工藝的等離子體加工設備的結構簡圖；
[0027]圖4為圖3中沿被加工工件徑向上不同位置處的刻蝕速率、沉積速率和深硅刻蝕速率的曲線圖；
[0028]圖5為側壁鉆蝕效應圖和底部長草效應圖；
[0029]圖6為本發(fā)明第一實施例提供的反應腔室的結構簡圖；
[0030]圖7為圖6中沿被加工工件徑向上不同位置處的刻蝕速率、沉積速率和深硅刻蝕速率的曲線圖；以及
[0031]圖8為本發(fā)明第二實施例提供的反應腔室的結構簡圖。
【具體實施方式】
[0032]為使本領域的技術人員更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面結合附圖對本發(fā)明提供的一種反應腔室及等離子體加工設備進行詳細描述。
[0033]圖6為本發(fā)明第一實施例提供的反應腔室的結構簡圖。圖7為圖6中沿被加工工件徑向上不同位置處的刻蝕速率、沉積速率和深硅刻蝕速率的曲線圖。請一并參閱圖6和圖7，本實施例提供的反應腔室20包括進氣系統(tǒng)，進氣系統(tǒng)包括中央進氣通道21、邊緣進氣通道22、刻蝕氣源和沉積氣源，其中，中央進氣通道21的出氣端21b與反應腔室20相連通，中央進氣通道21的進氣端21a與刻蝕氣源相連通，由刻蝕氣源提供的刻蝕氣體經由中央進氣通道21輸送至反應腔室20的中心區(qū)域，刻蝕氣體包括SF6 ;邊緣進氣通道22的出氣端22b與反應腔室20相連通，邊緣進氣通道22的進氣端22a與沉積氣源相連通，由沉積氣源提供的沉積氣體經由邊緣進氣通道22輸送至反應腔室20的邊緣區(qū)域，沉積氣體包括C4F8。在本實施例中，中央進氣通道21的出氣端21b設置在反應腔室20頂壁的中心區(qū)域，并且，邊緣進氣通道22的出氣端22b設置在反應腔室20的側壁上，如圖6所示，中央進氣通道21為貫穿反應腔室20頂壁上內嵌的介質窗23的通孔；邊緣進氣通道22為貫穿反應腔室20側壁的通孔，且靠近反應腔室20的頂壁位置，并且通孔的中心線與被加工工件S的表面平行。容易理解，由于通孔的中心線與被加工工件S的表面平行，這與通孔的中心線朝向被加工工件相比，沉積氣體從通孔輸送至反應腔室20內需要經過一定擴散路徑才會與被加工工件S發(fā)生反應，