设有N2气路控压装置的气体脉冲系统及刻蚀方法与流程

本发明涉及半导体制备，具体涉及一种设有n2气路控压装置的气体脉冲系统及刻蚀方法。

背景技术：

1、随着半导体制程节点不断缩小，晶圆加工对氧化硅层的刻蚀精度、面内均匀性及工艺稳定性要求持续提升。

2、传统湿法刻蚀工艺通过液态刻蚀剂与氧化硅发生化学反应实现材料去除，存在刻蚀图形精度低、工艺控制不精确、液体残留粘黏、需要处理化学废液等缺陷，难以适配先进制程的高精度加工需求。

3、气相干法化学刻蚀技术是当前氧化硅刻蚀的主流技术路径之一，该技术以气态反应剂与晶圆表面的氧化硅层发生化学反应，配合反应副产物的气相排出，实现材料的定向去除。具体而言，气体脉冲技术是提升气相干法刻蚀工艺控制精度的核心技术手段，通过预先对工艺气体进行加压蓄存，再通过快速通断的脉冲阀将高压气体瞬时释放至反应腔室，能够控制单次反应的气体剂量与作用时间来调整刻蚀深度。

4、不过，虽然相关气体脉冲系统已具备基础的精细化工艺控制能力，但在实际量产应用中仍存在多方面的技术局限。一方面，在腔室压力管控方面，相关系统的工艺气路与腔室压力调节气路耦合程度较高，腔室压力稳定过程与气体蓄压过程易相互干扰，工艺参数的可调范围受到制约，工艺窗口较窄。另一方面，工艺气体向腔室内的脉冲馈入速度，以及反应副产物的清除效率仍有提升空间。

5、针对相关技术中气体脉冲系统的工艺窗口较窄，脉冲能力和清除效率不足的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、本发明创造实施例提供的一种设有n2气路控压装置的气体脉冲系统及刻蚀方法，至少解决相关技术中气体脉冲系统的工艺窗口较窄，脉冲能力和清除效率不足的问题。

2、本发明创造实施例提供一种设有n2气路控压装置的气体脉冲系统，包括：主反应腔室；第一气源单元，包括沿进气方向依次设置的刻蚀气体气源、第一质量流量控制器、第一脉冲阀、第一蓄压装置和第二脉冲阀，上述第二脉冲阀的出气端与上述主反应腔室连通；上述第一气源单元用于将上述第一蓄压装置内存储的刻蚀气体输入上述主反应腔室；第二气源单元，包括沿进气方向依次设置的吸附气体气源、第二质量流量控制器、第三脉冲阀、第二蓄压装置和第四脉冲阀，上述第四脉冲阀的出气端与上述主反应腔室连通；上述第二气源单元用于将上述第二蓄压装置内存储的吸附气体输入上述主反应腔室；n2气路控压装置，包括n2气源，以及分别与上述n2气源连通的第三质量流量控制器和第四质量流量控制器；其中，上述第三质量流量控制器用于控制向上述主反应腔室输入的第一氮气，上述第一氮气与被蓄压释放的刻蚀气体共享气路，上述第四质量流量控制器用于控制向上述主反应腔室输入的第二氮气，上述第二氮气与被蓄压释放的吸附气体共享气路。

3、作为一种可实施的方案，还包括第一压力传感器，第二压力传感器，以及控制单元；上述第一压力传感器与上述第一蓄压装置连接，用于监测上述第一蓄压装置内部的刻蚀气体压力；上述第二压力传感器与上述第二蓄压装置连接，用于监测上述第二蓄压装置内部的吸附气体压力；上述第一压力传感器、上述第一蓄压装置、上述第二压力传感器、上述第二蓄压装置均与上述控制单元电连接。

4、作为一种可实施的方案，还包括第三压力传感器，摆阀和分子泵；上述第三压力传感器与上述主反应腔室连接，用于监测上述主反应腔室内部的气体压力；上述摆阀设置在上述主反应腔室与上述分子泵之间，用于控制上述主反应腔室与上述分子泵之间排气通道的开口大小；上述第三压力传感器、上述摆阀与上述控制单元电连接。

5、作为一种可实施的方案，上述控制单元包括plc控制器，上述plc控制器通过以太网总线ethercat与各质量流量控制器、各压力传感器、上述摆阀电连接。

6、作为一种可实施的方案，上述第二脉冲阀和上述第四脉冲阀的机械响应时间小于等于2ms。

7、作为一种可实施的方案，上述气体脉冲系统用于对氧化硅进行气相干法化学刻蚀，上述刻蚀气体包括氟化氢，上述吸附气体包括氨气。

8、作为一种可实施的方案，上述第一质量流量控制器、上述第二质量流量控制器、上述第三质量流量控制器、上述第四质量流量控制器均设置有进气阀和出气阀。

9、本发明创造实施例还提供一种气相干法化学刻蚀方法，基于权利要求1至7中任一项上述的气体脉冲系统进行气相干法化学刻蚀。

10、作为一种可实施的方案，包括下列步骤：关闭上述第二脉冲阀和上述第四脉冲阀，打开上述第一脉冲阀和上述第三脉冲阀，控制上述第一质量流量控制器向上述第一蓄压装置内存入刻蚀气体，控制上述第二质量流量控制器向上述第二蓄压装置内存入吸附气体；以及，对上述主反应腔室进行抽真空处理；关闭上述第一脉冲阀和上述第三脉冲阀，通过上述n2气路控压装置向上述主反应腔室输入氮气，以使上述主反应腔室内部的压力达到预设范围；打开上述第四脉冲阀，向上述主反应腔室内输入上述吸附气体，并通过上述n2气路控压装置向上述主反应腔室输入上述第二氮气；关闭上述第四脉冲阀，打开上述第二脉冲阀，向上述主反应腔室内输入上述刻蚀气体，并通过上述n2气路控压装置向上述主反应腔室输入上述第一氮气；关闭上述第二脉冲阀，通过上述n2气路控压装置向上述主反应腔室输入氮气，对上述主反应腔室进行清洁；以及，进行下一轮的吸附气体蓄压和刻蚀气体蓄压。

11、作为一种可实施的方案，在上述气体脉冲系统包括摆阀和分子泵的情况下，通过上述n2气路控压装置向上述主反应腔室输入氮气，对上述主反应腔室进行清洁，包括：控制上述摆阀调整上述主反应腔室与上述分子泵之间排气通道的开口大小，与上述n2气路控压装置向上述主反应腔室输入的氮气形成配合，去除上述主反应腔室内的反应副产物。

12、本发明创造实施例提供的设有n2气路控压装置的气体脉冲系统，n2气路控压装置向主反应腔室输送的n2不经过任何蓄压装置，n2气路控压装置与第一气源单元、第二气源单元是相对独立的，可以并行进行气体脉冲蓄压和腔体工艺控压，有助于提高工艺连续性，拓宽工艺调试的窗口。n2气路控压装置输出的第一氮气与被蓄压释放的刻蚀气体共享气路，n2气路控压装置输出的第二氮气与被蓄压释放的吸附气体共享气路，可以利用n2的进气压力分别给吸附气体、刻蚀气体提供额外的输送力，能够提高气体脉冲能力。n2气路控压装置向主反应腔室输入的氮气还具有清洁主反应腔室的作用，能够提高反应副产物的清除效率，提高主反应腔室的洁净度。能够解决相关技术中气体脉冲系统的工艺窗口较窄，脉冲能力和清除效率不足的问题。

1.一种设有n2气路控压装置的气体脉冲系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括第一压力传感器，第二压力传感器，以及控制单元；

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括第三压力传感器，摆阀和分子泵；

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制单元包括plc控制器，所述plc控制器通过以太网总线ethercat与各质量流量控制器、各压力传感器、所述摆阀电连接。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二脉冲阀和所述第四脉冲阀的机械响应时间小于等于2ms。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气体脉冲系统用于对氧化硅进行气相干法化学刻蚀，所述刻蚀气体包括氟化氢，所述吸附气体包括氨气。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一质量流量控制器、所述第二质量流量控制器、所述第三质量流量控制器、所述第四质量流量控制器均设置有进气阀和出气阀。

8.一种气相干法化学刻蚀方法，其特征在于，基于权利要求1至7中任一项所述的气体脉冲系统进行气相干法化学刻蚀。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，包括下列步骤：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述气体脉冲系统包括摆阀和分子泵的情况下，通过所述n2气路控压装置向所述主反应腔室输入氮气，对所述主反应腔室进行清洁，包括：