一种使用等离子实现刻蚀或镀膜的半导体设备的制作方法

1.本发明属于刻蚀设备技术领域，涉及一种使用等离子实现刻蚀或镀膜的半导体设备。


背景技术：

2.在半导体制造中，等离子体刻蚀是用来刻蚀导电和介电材料的。等离子体刻蚀的问题之一是，随着时间的推移，当多个晶片在槽内加工时，一层膜就会在加工室的墙壁上堆积起来。这种薄膜的积累可能会在两种方法中造成问题。首先，该薄膜可能从腔壁剥落，引入微粒。随着集成电路器件的特征尺寸的不断减小，加工过程中颗粒的耐受性程度正在迅速下降。因此，在加工过程中避免颗粒的产生及其细化变得越来越重要。第二，薄膜可能改变射频接地路径，从而影响在晶片上获得的结果。这两种情况的发生都是不可取的，这个半导体设备的生产发出了重要的信号。目前设备中多采用对工艺室进行湿式清洗操作，用物理方法擦洗反应腔室的内壁，以清除积层。
3.在商业半导体制造中，工艺室的湿式清洗是不可取的，因为它要求工艺模块离线，从而减少通过率。为了避免湿式清洗的需要，一些工艺室已设置了内衬，以保护室壁。内衬的使用是有利的，因为衬里可以很容易地更换，只有极小的停机时间发生薄膜堆积在上面。
4.然而，目前在工艺室中使用的圆柱形内衬至少有两个主要缺点。第一个缺点是，由于真空中的热传递很差，这种内衬的整体位于真空中，缺乏足够的热连接。因此，当射频功率被循环和关闭时，内衬的温度会剧烈波动。这种温度波动会引起不希望的变化。在晶片的加工过程中，第二个缺点是很难在真空中与内衬进行电气连接，从而提供令人满意的rf接地路径。为此目的而单独使用的材料，例如不锈钢螺钉、铜带和铍铜手指，都会在晶片上产生污染物，因为它们与室内的反应材料不兼容，即等离子体化学。鉴于以上所述，需要半导体工艺室内衬，以提供热稳定性、足够的rf接地路线和最低停机时间的可使用性以及减少反应气流在真空腔室中流动时的阻碍，更容易达到设备需要的真空度。
5.目前设备中的内衬均采用环形布置在电极周边，在平行与电极表面的平面上具有均匀周边布置的长槽孔或圆通孔，以保证工艺气体可以从这些槽孔流过，继而被分子泵抽走。但是由于设备的分子泵位于反应腔室的侧下方，导致在进行工艺期间，靠近分子泵口的区域等离子体被抽走的速度比较快，导致靠近该区域的晶圆表面接触的等离子体相对对面区域较少，刻蚀速率降低，最终导致晶圆刻蚀均匀性很差，靠近抽气方向晶圆刻蚀较慢，靠近机械手方向晶圆刻蚀较快。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种使用等离子实现刻蚀或镀膜的半导体设备。
7.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
8.一种使用等离子实现刻蚀或镀膜的半导体设备，包括腔室、分子泵、顶针机构、内
衬、上射频匹配器、下射频匹配器；
9.所述腔室的上部为开口，其开口处设有腔盖，腔盖上分布有若干供工艺气体注入的气孔，所述腔盖与腔室开口之间安装有耦合窗，腔盖的上表面分布有线圈，所述上射频匹配器的两级分别连接线圈的两端；
10.所述腔室的底部中心位置开有孔洞，孔洞处向腔室内方向延伸设有筒状结构，该筒状结构位于腔室内的筒口覆盖有电极，电极上放置有晶圆，所述顶针机构安装在电极下表面，所述下射频匹配器安装在腔室下部，下射频匹配器与电极之间具有射频柱，射频柱穿过筒状结构；
11.所述腔室的侧壁上部设有可开闭的进出槽口，侧壁下部设有出气口，该出气口与分子泵之间连接有抽气管道；
12.所述腔室内还设有用于隔离上下部分的内衬，所述内衬为环形结构，该环形结构的外圆一周连接于腔室的内壁，该环形结构的内圆一周连接于筒状结构的外壁，所述内衬上分布有气孔，所述进出槽口位于内衬上方，所述出气口位于内衬下方。
13.作为更进一步的优选方案，所述电极靠近出气口的位置设有用于延缓晶圆位置气流流向出气口的延缓结构。
14.作为更进一步的优选方案，所述延缓结构为置于内衬上的遮挡部，遮挡部半包裹于电极侧面，遮挡部的上部为凹陷部，该凹陷部的靠近晶圆的一侧为低侧端，背离晶圆的一侧为高侧端，低侧端与晶圆的高度持平，凹陷部的高侧端与低侧端之间的截面为流线形。
15.作为更进一步的优选方案，所述遮挡部内设有至少一条调节气孔，调节气孔包括相互连通的斜孔和直孔，所述直孔对应内衬上的气孔，所述斜孔连通至遮挡部的挖侧面。
16.作为更进一步的优选方案，所述延缓结构包括导向板、气缸、波纹管，所述导向板的板面为弧面结构，所述波纹管位于腔室的底部，气缸连接于波纹管，波纹管与导向板之间具有升降杆。
17.本发明通过在晶圆的靠近分子泵抽气的位置放置遮挡特征，可以减少晶圆区域被分子泵抽走的等离子气流，从而使得等离子气流在从腔室顶部向下运动时被圆弧面遮挡，进而流向晶圆的表面，形成与对面区域相同的流场，提高工艺均匀性。
附图说明
18.图1为本发明的实施例一结构示意图；
19.图2为本发明的实施例二结构示意图；
20.图3为本发明的实施例三结构示意图；
21.图4为本发明的实施例四结构示意图。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
23.实施例一
24.图1为等离子刻蚀腔室的示意图，主要包括腔室1、分子泵6、顶针机构7、内衬50、上射频匹配器13、下射频匹配器9。
25.腔室1的上部为开口，腔室1的底部中心位置开有孔洞，孔洞处向腔室1内方向延伸设有筒状结构，电极2位于腔室1的中部，电极2覆盖在筒状结构上，晶圆3通过机械手从腔室侧壁的进出槽口101被传送至电极2的正上方，再经过顶针机构7的升降，具体的说，顶针机构具有气缸和波纹管，波纹管上部支撑几根顶针，通过气缸的升降带动波纹管以及顶针升降，最终被放置在电极2的表面，等待工艺。
26.腔盖10安装在腔室1的上方，腔盖10上分布有若干供工艺气体注入的气孔，与耦合窗11一起将腔室1内部构成密封空间，线圈12为铜管或铜板制成的平面或立体式螺旋，连接至上部的上射频匹配器13。
27.分子泵6横向安装在腔室1的侧下方，使用抽气管道4连接，且在分子泵6的前端安装有集成调压阀5。
28.内衬50成环形结构，位于腔室1内部，外圆一周连接于腔室1的内壁，该环形结构的内圆一周连接于筒状结构的外壁，内衬50外圆一周可设有圆筒状的贴附管，并贴合腔室内壁，内衬50表面有诸多通孔。
29.下射频匹配器9通过射频柱8连接至电极2。
30.在进行工艺时，上射频匹配器13通电，线圈12在该区域形成耦合电场，工艺气体经过腔盖10进入腔室内部，形成等离子态，达到晶圆表面进行刻蚀工艺，分子泵在此期间不断工作，通过集成调压阀5控制腔室内部的压力。
31.实施例二
32.由于分子泵6位于腔室1的侧边，导致该侧的气体流失快，造成该临近区域晶圆的刻蚀速率过慢。
33.基于实施例一的主体结构，如图2所示，为了提高晶圆的刻蚀均匀性，在内衬上位于分子泵6的抽气管道4位置上方增加遮挡部501，在该种实施方式中，遮挡部501整体为实心，且呈半环状，抱在电极2外围，底部与内衬50平板部连接为一体，上部呈向内衬倾斜的凹陷部502，该种设计方式可以实现在晶圆刻蚀过程中，工艺气体自晶圆3上方喷出时，在凹陷部502上方的等离子体通过该位置的斜坡的导向，向着该位置的晶圆表面汇聚，补偿了被分子泵6抽走的工艺等离子体浓度，提高该位置的刻蚀速率，改善均匀性。
34.实施例三
35.由于实心遮挡部501遮挡了内衬50上的部分抽气孔，影响了分子泵的抽气效率，导致工艺环境的改变，因此本实施方式将遮挡部501设计成中心带有诸多孔的形式。如图3所示，遮挡部501上部仍然具有凹陷部特征502，同时在其侧壁具有斜孔510，底部具有连通斜孔510的直孔520，孔径大小为2～5mm，直孔520与内衬平板部上的孔重合，保证气流可以从斜孔510进入，最终通过直孔520被分子泵6抽走。
36.工艺过程中，工艺气体经上方进入腔室内部，靠近抽气口附近的气流一部分经过凹陷部502的导向沿流向晶圆表面，另外一部分气流除了从内衬平板部槽孔被抽走之外，还会从斜孔510和通孔520处被分子泵抽走，弥补了抽气效率降低的缺陷。根据实际工艺腔室压力的需要，斜孔510及通孔520的个数可以适当的增加或减少。
37.实施例四
38.将实施例二中的遮挡部501改为活动式，如图4所示，导向板600为向内倾斜的半环状，倾斜底部与晶圆3表面平齐或略高于晶圆3表面，导向板600底部连接至一根波纹管651，
导向板600通过升降杆连接波纹管651，升降杆贯穿内衬50，波纹管651连接至腔体1外部的气缸650，气缸650可以带动导向板600上下移动，调节导向板600距离晶圆3上表面的距离。
39.根据工艺的要求，通过调节导向板600的上下位置，改善晶圆靠近抽气口区域的刻蚀速率。该种实施方式不仅可以实现上部等离子体气流沿着倾斜方向补充到晶圆侧边缘，还不影响腔室分子泵的抽气效率，且根据不同的工艺气体及腔压的需求，可以灵活调节晶圆侧边缘补偿的等离子体量的大小，操作简单方便。
40.导向板600的材质可以为是陶瓷，石英，聚四氟乙烯等塑料，或者是经过硬质阳极氧化之后的铝，保证等离子体在流经该区域时不会灭辉。
41.方案则是在不影响分子泵抽气效率的情况下，对气流形成导向，流向晶圆表面，同时利用气缸和波纹管的配合，实现导向板600的相对晶圆3的高度可调节，根据不同的工艺需求，设置导向板600相对晶圆的高度，则流向晶圆3的气流也将不同，可调节性好。
42.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。