一種氣體供應(yīng)裝置及其等離子體反應(yīng)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及等離子體處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種等離子體反應(yīng)裝置的快速供氣技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]等離子體反應(yīng)裝置廣泛應(yīng)用于集成電路的制造工藝中，如沉積、刻蝕等。其中，常用的等離子體反應(yīng)裝置包括電容耦合型等離子體反應(yīng)裝置CCP和電感耦合型等離子體裝置ICP，等離子體反應(yīng)裝置的原理主要是使用射頻功率將輸入反應(yīng)裝置中的反應(yīng)氣體解離成等離子體，利用該等離子體對(duì)放置于其內(nèi)部的基片進(jìn)行等離子體刻蝕處理，不同刻蝕工藝需要的反應(yīng)氣體不盡相同。
[0003]如在硅通孔刻蝕工藝中，由于需要刻蝕的硅通孔深度較大，為了能夠有效的進(jìn)行刻蝕，常采用下述步驟進(jìn)行刻蝕:第一，刻蝕步驟，在等離子體反應(yīng)腔內(nèi)通入刻蝕氣體，在硅基底表面進(jìn)行通孔刻蝕；第二，聚合物沉積步驟，在等離子體反應(yīng)腔內(nèi)通入沉積氣體，所述沉積氣體在通孔側(cè)壁沉積形成側(cè)壁保護(hù)。刻蝕步驟和沉積步驟交替進(jìn)行，直至通孔刻蝕完成。采用該方法的特點(diǎn)是能夠刻蝕較深的硅孔，但是由于刻蝕步驟和沉積步驟交替進(jìn)行，會(huì)在側(cè)壁形成扇貝狀的粗糙表面，對(duì)硅孔的后續(xù)工藝產(chǎn)生不良影響，故為了保證硅孔刻蝕的合格率，需要硅孔側(cè)壁的粗糙表面越小越好，越光滑越好?？梢韵氲?，一種降低硅孔側(cè)壁扇貝狀粗糙表面的方式是提高刻蝕步驟和沉積步驟的交替頻率，降低每一步刻蝕步驟和沉積步驟所需時(shí)間，然而，隨著所需時(shí)間的降低，等離子體反應(yīng)裝置內(nèi)各種參數(shù)的不穩(wěn)定性和不確定性隨之產(chǎn)生。當(dāng)刻蝕步驟和沉積步驟的時(shí)間間隔小于Is時(shí)，為等離子體反應(yīng)裝置提供反應(yīng)氣體的氣體流量控制閥MFC成為一個(gè)瓶頸，MFC無(wú)法達(dá)到如此快速的切換。如果需要刻蝕步驟和沉積步驟的交替時(shí)間小于0.5s, MFC將無(wú)法達(dá)到反應(yīng)裝置的需求，使得整個(gè)刻蝕工藝出現(xiàn)不穩(wěn)定狀況，工藝結(jié)果無(wú)法保證可重復(fù)和可控制。因此，不同反應(yīng)氣體快速切換并及時(shí)輸送到等離子體處理裝置內(nèi)是目前硅通孔刻蝕的急需解決的問(wèn)題。
[0004]在另外的應(yīng)用中，為了保證刻蝕工藝的順利進(jìn)行，需要將射頻功率設(shè)置為脈沖輸出，即將射頻功率設(shè)置為高電平輸出和低電平輸出(可以為0)，為了避免反應(yīng)氣體的浪費(fèi)，所述反應(yīng)氣體可以僅在射頻功率為高電平輸出時(shí)輸入反應(yīng)腔，由于射頻功率的脈沖頻率較大，需要較快的裝置對(duì)反應(yīng)氣體進(jìn)行關(guān)閉和輸送。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種氣體供應(yīng)裝置，所述裝置包括一反應(yīng)氣體源，所述反應(yīng)氣體源通過(guò)第一控制閥門連接一氣體存儲(chǔ)器，所述氣體存儲(chǔ)器連接一壓力測(cè)量裝置，所述氣體存儲(chǔ)器通過(guò)第二控制閥門將反應(yīng)氣體輸送到真空反應(yīng)腔內(nèi)。
[0006]優(yōu)選的，所述氣體存儲(chǔ)器的出口處設(shè)置一流速控制裝置，所述流速控制裝置控制所述氣體存儲(chǔ)器中的氣體進(jìn)入所述真空反應(yīng)腔內(nèi)的流速。
[0007]優(yōu)選的，所述氣體存儲(chǔ)器通過(guò)第三控制閥門連接一出氣孔，用于調(diào)節(jié)氣體存儲(chǔ)器內(nèi)的壓力。
[0008]優(yōu)選的，所述反應(yīng)氣體源和所述第一控制閥門之間設(shè)置一第四控制閥門，所述第四控制閥門通過(guò)輸氣管道連接一抽氣泵。
[0009]進(jìn)一步的，本發(fā)明還公開了一種等離子體反應(yīng)裝置，包括一真空反應(yīng)腔，所述真空反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)置一放置基片的基座，所述基座連接一射頻功率源，所述真空反應(yīng)腔外設(shè)置一氣體供應(yīng)裝置，所述氣體供應(yīng)裝置包括一反應(yīng)氣體源，所述反應(yīng)氣體源通過(guò)第一控制閥門連接一氣體存儲(chǔ)器，所述氣體存儲(chǔ)器連接一壓力測(cè)量裝置，所述氣體存儲(chǔ)器通過(guò)第二控制閥門將反應(yīng)氣體不連續(xù)的輸送到真空反應(yīng)腔內(nèi)。
[0010]優(yōu)選的，所述射頻功率源的輸出為脈沖輸出，所述脈沖輸出包括高電平輸出和低電平輸出兩種狀態(tài)，所述反應(yīng)氣體在所述脈沖輸出為高電平時(shí)輸入所述真空反應(yīng)腔，所述脈沖輸出為低電平時(shí)停止輸入所述真空反應(yīng)腔。
[0011]優(yōu)選的，所述射頻功率源的輸出為低電平時(shí)，所述低電平可以為O。
[0012]優(yōu)選的，所述真空反應(yīng)腔可以連接兩組或兩組以上的氣體供應(yīng)裝置。
[0013]優(yōu)選的，所述反應(yīng)腔外設(shè)置兩組氣體供應(yīng)裝置，所述一組氣體供應(yīng)裝置的反應(yīng)氣體源向其氣體存儲(chǔ)器輸送刻蝕反應(yīng)氣體，所述另一組氣體供應(yīng)裝置的反應(yīng)氣體源向其對(duì)應(yīng)的氣體存儲(chǔ)器輸送沉積反應(yīng)氣體，所述刻蝕反應(yīng)氣體和所述沉積反應(yīng)氣體交替注入所述真空反應(yīng)腔內(nèi)。
[0014]優(yōu)選的,所述刻蝕反應(yīng)氣體包括CF4、02、SF6或Ar中的一種或多種,所述沉積反應(yīng)氣體包括C4F8、IS氣和氦氣中的一種或多種。
[0015]優(yōu)選的，所述刻蝕反應(yīng)氣體和所述沉積反應(yīng)氣體交替時(shí)間小于等于Is。
[0016]優(yōu)選的，所述刻蝕反應(yīng)氣體和所述沉積反應(yīng)氣體交替時(shí)間小于等于0.4s。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:所述氣體供應(yīng)裝置裝置包括一反應(yīng)氣體源，所述反應(yīng)氣體源通過(guò)第一控制閥門連接一氣體存儲(chǔ)器，所述氣體存儲(chǔ)器連接一壓力測(cè)量裝置，所述氣體存儲(chǔ)器通過(guò)第二控制閥門將反應(yīng)氣體輸送到真空反應(yīng)腔內(nèi)。采用體積固定的氣體存儲(chǔ)器，通過(guò)對(duì)其內(nèi)部壓強(qiáng)的監(jiān)測(cè)可以方便、精確的控制氣體進(jìn)入反應(yīng)腔的流量，同時(shí)，使用控制閥門可以快速的實(shí)現(xiàn)氣體存儲(chǔ)器的充氣和放氣，改善了傳統(tǒng)技術(shù)中由于采用流量控制裝置MFC導(dǎo)致的氣體切換速率達(dá)不到要求導(dǎo)致的硅通孔側(cè)壁上的扇貝狀粗糙面嚴(yán)重，以及在射頻功率為脈沖輸出時(shí)反應(yīng)氣體的浪費(fèi)等問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0018]通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0019]如下附圖構(gòu)成了本說(shuō)明書的一部分，和說(shuō)明書一起列舉了不同的實(shí)施例，以解釋和闡明本發(fā)明的宗旨。以下附圖并沒(méi)有描繪出具體實(shí)施例的所有技術(shù)特征，也沒(méi)有描繪出部件的實(shí)際大小和真實(shí)比例。
[0020]圖1示出一種電感稱合型等離子體反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2示出本發(fā)明所述氣體供應(yīng)裝置示意圖；
[0022]圖3示出另一實(shí)施例的所述氣體供應(yīng)裝置示意圖；
[0023]圖4示出一種電容稱合型等離子體反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明公開了一種氣體供應(yīng)裝置及其所在的等離子體反應(yīng)裝置，為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0025]圖1示出一種電感耦合型等離子體反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖，電感耦合型等離子體反應(yīng)裝置包括真空反應(yīng)腔100，真空反應(yīng)腔包括由金屬材料制成的大致為圓柱形的反應(yīng)腔側(cè)壁105，反應(yīng)腔側(cè)壁105上方設(shè)置一絕緣窗口 130，絕緣窗口 130上方設(shè)置電感耦合線圈140，電感耦合線圈140連接射頻功率源145。反應(yīng)腔側(cè)壁105靠近絕緣窗口 130的一端設(shè)置氣體噴入口 150，氣體噴入口 150連接氣體供應(yīng)裝置10。氣體供應(yīng)裝置10中的反應(yīng)氣體經(jīng)過(guò)氣體噴入口 150進(jìn)入真空反應(yīng)腔100，射頻功率源145的射頻功率驅(qū)動(dòng)電感耦合線圈140產(chǎn)生較強(qiáng)的高頻交變磁場(chǎng)，使得低壓的反應(yīng)氣體被電離產(chǎn)生等離子體160。在真空反應(yīng)腔100的下游位置設(shè)置一基座110，基座110上放置靜電卡盤115用于對(duì)基片120進(jìn)行支撐和固定。等離子體160中含有大量的電子、離子、激發(fā)態(tài)的原子、分子和自由基等活性粒子，上述活性粒子可以和待處理基片的表面發(fā)生多種物理和化學(xué)反應(yīng)，使得基片表面的形貌發(fā)生改變，即完成刻蝕過(guò)程。真空反應(yīng)腔100的下方還設(shè)置一排氣泵125，用于將反應(yīng)副產(chǎn)物排出真空反應(yīng)腔內(nèi)。
[0026]在圖1所示的實(shí)施例中，基片120為硅材料，反應(yīng)腔內(nèi)進(jìn)行的刻蝕工藝為硅通孔刻蝕工藝，又稱TSV刻蝕工藝。本刻蝕工藝的特點(diǎn)是，需要刻蝕的硅通孔深度較大，為了避免刻蝕過(guò)程中硅通孔的形貌發(fā)生彎曲，保證刻蝕的通孔符合要求，目前常用的一種刻蝕方法叫做博世工藝。博世工藝包括兩個(gè)步驟，第一，刻蝕步驟，在真空反應(yīng)腔內(nèi)通入刻蝕氣體，在硅基底表面進(jìn)行通孔刻蝕；第二，聚合物沉積步驟，在真空反應(yīng)腔內(nèi)通入沉積氣體，所述沉積氣體在通孔側(cè)壁沉積形成側(cè)壁保護(hù)?？涛g步驟和沉積步驟交替進(jìn)行，直至通孔刻蝕完成。采用該方法的特點(diǎn)是能夠刻蝕較深的硅孔，但是由于刻蝕步驟和沉積步驟交替進(jìn)行，會(huì)在側(cè)壁的交替處形成扇貝狀的粗糙表面，對(duì)硅孔的后續(xù)工藝產(chǎn)生不良影響，故為了保證硅孔刻蝕的合格率，需要硅孔側(cè)壁的粗糙表面越小越好，越光滑越好。可以想到，一種降低硅孔側(cè)壁扇貝狀粗糙表面的方式是提高刻蝕步驟和沉積步驟的交替頻率，降低每一步刻蝕步驟和沉積步驟所需時(shí)間，然而，隨著所需時(shí)間的降低，等離子體反應(yīng)裝置內(nèi)各種參數(shù)的不穩(wěn)定性和不確定性隨之產(chǎn)生。當(dāng)刻蝕步驟和沉積步驟的時(shí)間間隔小于Is時(shí)，為真空反應(yīng)腔提供反應(yīng)氣體的氣體流量控制閥MFC成為一個(gè)瓶頸，MFC無(wú)法達(dá)到如此快速的切換。如果需要刻蝕步驟和沉積步驟的交替時(shí)間小于0.5s, MFC將無(wú)法達(dá)到反應(yīng)裝置的需求，使得整個(gè)刻蝕工藝出現(xiàn)不穩(wěn)定狀況，工藝結(jié)果無(wú)法保證可重復(fù)和可控制。為此，本發(fā)明采用圖2所示的氣體供應(yīng)裝置10。
[0027]圖2示出本發(fā)明所述的一種氣體供應(yīng)裝置10，包括一反應(yīng)氣體源20，反應(yīng)氣體源內(nèi)儲(chǔ)存反應(yīng)所需的一種或多種反應(yīng)氣體，反應(yīng)氣體源20通過(guò)第一控制閥門11連接一氣體存儲(chǔ)器50，所述氣體存儲(chǔ)器50的容量固定，氣體存儲(chǔ)器50連接一壓力測(cè)量裝置40，壓力測(cè)量裝置40可以根據(jù)測(cè)得的壓力計(jì)算氣體存儲(chǔ)器50內(nèi)的氣體體積，當(dāng)氣體存儲(chǔ)器