TWI731463B - 側向擾流式高均勻度感應耦合電漿蝕刻機之製造方法及其結構 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種本發明提供一種側向擾流式高均勻度感應耦合電漿蝕刻機之製造方法及其結構 ，其中製造方法包括：提供第一腔體；提供第二腔體，係形成於第一腔體之下方且相連通；設置至少一第一進氣口於第一反應腔室之頂面；設置至少一第二進氣口於第一反應腔室之週邊且位於第二腔體頂面；以及複數個第三進氣口，於第二反應腔體之側壁上且高於晶圓片頂面之位置。藉由本發明之實施，可以改善氣體分流效果不佳的情況，有效的調整氣體分流，達成改變晶圓表面蝕刻率分佈及提升週邊濃度之功效。

Description

側向擾流式高均勻度感應耦合電漿蝕刻機之製造方法及其結構

本發明為一種側向擾流式高均勻度感應耦合電漿蝕刻機之製造方法及其結構，特別係用於半導體製程中之側向擾流式高均勻度感應耦合電漿蝕刻機之製造方法及其結構。

不管是半導體、光電產業、還是功率電子元件，使用電漿蝕刻製程製作，已經在應用上相當的廣泛。因應不同的製程需求， 必需提供各種調整均勻性的製程參數。利用上部製程，在進氣位置進行氣體分流，以達成調整蝕刻率均勻性是一種常見的作法，特別是腔室間隙(chamber gap) 小於20公厘(mm)的電容式射頻電漿蝕刻機（Capacitive Coupled Plasma, CCP） ，其功效非常明顯。

但是對感應耦合電漿蝕刻機(Inductive Couple Plasma Etcher, ICP)而言，利用氣體分流方式，並無效果。這是因為ICP都使用寬帶(wide gap)，間隙大於140公厘(mm)，在氣體未到達晶圓片前就會混合在一起，以至於過去在感應耦合電漿蝕刻機，利用氣體分流方式，並無多大效果。

如圖1及圖2所示，習知感應耦合電漿蝕刻機，其使用第一進氣口提供電漿反應之主氣體，又使用第二進氣口，用以輔助提升電漿反應區其氣體反應物之週邊濃度，但這樣的設計，往往因為第二進氣口送入之氣體，很容易被排氣口直接抽除，因此無法如預期，達成提升週邊氣體反應物濃度之功效。

本發明為一側向擾流式高均勻度感應耦合電漿蝕刻機之製造方法及其結構，其主要解決如何藉由氣體分流的調整，使蝕刻的均勻性及氣體反應物之週邊濃度提升，以達成最佳蝕刻效果的問題。

本發明提供一種側向擾流式高均勻度感應耦合電漿蝕刻機之製造方法 ，其包括：提供一第一腔體，其具有一第一反應腔室；提供一第一線圈，其環繞設置於第一腔體之外圍；提供一第二腔體，其具有一第二反應腔室，第二腔體係形成於第一腔體之下方，且第二反應腔室與第一反應腔室相連通；提供一第二線圈，其環繞設置於第二腔體之外圍；設置至少一第一進氣口，其形成於第一反應腔室之頂面，又第一進氣口輸入一第一氣流，在第一反應腔室及第二反應腔室之電漿反應區形成一氣體反應物氣團，以覆蓋一晶圓片；設置至少一第二進氣口，其形成於第一反應腔室之週邊且位於第二腔體頂面之位置，又第二進氣口輸入一第二氣流，用以通過氣體反應物氣團之邊緣區域；設置複數個第三進氣口，其形成於第二反應腔體之側壁上且高於晶圓片頂面之位置，又第三進氣口輸入之一第三氣流，用以使第二氣流產生擾流，以增加氣體反應物氣團其邊緣之氣體反應物分子濃度；設置至少一出氣口，其與第二反應腔室相連通且形成於晶圓片下方之位置。

本發明又提供一種側向擾流式高均勻度感應耦合電漿之蝕刻機結構 ，其包括：一第一腔體，其具有一第一反應腔室；一第一線圈，其環繞設置於第一腔體之外圍；一第二腔體，其具有一第二反應腔室，第二腔體係形成於第一腔體之下方，且第二反應腔室與第一反應腔室相連通；一第二線圈，其環繞設置於第二腔體之外圍；至少一第一進氣口，形成於第一反應腔室之頂面；至少一第二進氣口，形成於第一反應腔室之週邊且位於第二腔體頂面之位置；複數個第三進氣口，形成於第二反應腔體之側壁上且高於一晶圓片頂面之位置；以及至少一出氣口，其與第二反應腔室相連通且形成於晶圓片下方之位置。

藉由本發明之實施，至少可以達成下列之進步功效： 一、   可以有效的藉由調整氣體分流，達到改變晶圓表面蝕刻率的分佈。 二、   可以改善過去寬間隙反應腔體，其氣體分流效果不佳的情況。 三、   可以有效的提升氣體反應物之週邊濃度。

為了使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易的理解本發明相關之目的及優點，因此將在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點。

如圖3所示，本實施例首先提供一種側向擾流式高均勻度感應耦合電漿蝕刻機之製造方法S100，其包括：提供一第一腔體S10；提供一第一線圈S20；提供一第二腔體S30；提供一第二線圈S40；設置至少一第一進氣口S50；設置至少一第二進氣口S60；設置複數個第三進氣口S70；以及設置至少一出氣口S80。

如圖4所示，本實施例又提供一種側向擾流式高均勻度感應耦合電漿之蝕刻機結構100，其包括：一第一腔體10；一第一線圈20；一第二腔體30；一第二線圈40；至少一第一進氣口Qin1；至少一第二進氣口Qin2；複數個第三進氣口Qin3；以及至少一出氣口80。

如圖3至圖6所示，提供一第一腔體S10，第一腔體10其具有一第一反應腔室110，第一反應腔室110為一可以進行蝕刻反應之腔室。

提供一第一線圈S20，第一線圈20其環繞設置於第一腔體10之外圍，第一線圈20係用以提供第一反應腔室110，其電漿反應所需之電磁波能量。

提供一第二腔體S30，第二腔體30其具有一第二反應腔室310，第二腔體30係形成於第一腔體10之下方，且第二反應腔室310與第一反應腔室110相連通，同樣的，第二反應腔室310也可以為一可以進行蝕刻反應之腔室。

提供一第二線圈S40，第二線圈40其環繞設置於第二腔體30之外圍，同樣的，第二線圈40係用以提供第二反應腔室310，其電漿反應所需之電磁波能量。

設置至少一第一進氣口S50，第一進氣口S50其形成於第一反應腔室110之頂面，也就是第一進氣口S50可以由第一反應腔室110之頂面進行進氣。又第一進氣口Qin1的第一氣流AF1進入第一反應腔室110及第二反應腔室310之電漿反應區PS，經由第一線圈20及第二線圈40提供能量後，然後形成氣體反應物氣團AR0也就是電漿團(電漿雲)，又氣體反應物氣團AR0用以覆蓋於一晶圓片910上方，用以對晶圓片910進行蝕刻製程。

設置至少一第二進氣口S60，第二進氣口Qin2其形成於第一反應腔室110之週邊且位於第二腔體30頂面之位置，又由第二進氣口Qin2所進入的第二氣流AF2，用以通過氣體反應物氣團AR0之邊緣區域。

設置複數個第三進氣口S70，第三進氣口Qin3其形成於第二反應腔體30之側壁上且高於晶圓片910頂面之位置，又第三進氣口Qin3所進入的第三氣流AF3，用以使第二氣流AF2產生擾流，以增加第二氣流AF2之停滯時間，進而增加氣體反應物氣團AR0其邊緣之氣體反應物分子濃度。又為了有效使第二氣流AF2產生擾流，因此第三進氣口Qin3與水平面之噴射角度θ係介於 0~60度之間。

由於電漿反應區PS之電漿內的氣體分子，除了1%被解離成離子及電子外，其他99%都是中性分子，這些中性粒子(radicals)具有激發態及高活性，也會參與蝕刻率的改變，因此藉由第三氣流AF3使第二氣流AF2產生擾流，可以有效的控制這些中性粒子的分佈來改變蝕刻率的均勻性。

設置至少一出氣口S80，出氣口80其與第二反應腔室310相連通且形成於晶圓片910下方之位置。出氣口80主要用以對第二反應腔室310反應後的廢氣進行排除。

如圖7所示，為了有效的使第一進氣口Qin1、第二進氣口Qin2、第三進氣口Qin3、及出氣口80間彼此間的進氣，達成最佳的比例及最佳流速，因此可進一步提供或具有一氣體流量比例控制器920，其用以控制至少一第一進氣口Qin1、至少一第二進氣口Qin2、複數個第三進氣口Qin3、及出氣口80間之氣體流量的比例及流速。

如圖8所示，其係以半徑為0.1公尺之第二反應腔室310(橫軸座標為弧長代表水平距離，其單位為公尺m，又水平座標之0值為第二反應室310內晶圓片910的中心位置)，進行不同進氣口進氣之模擬，其中第一特性曲線L1係在第一進氣口Qin1之進氣量為0單位、第二進氣口Qin2之進氣量為300單位、第三進氣口Qin3之進氣量為0單位之條件下之特性曲線；又第二特性曲線L2係在第一進氣口Qin1之進氣量為0單位、第二進氣口Qin2之進氣量為0單位、第三進氣口Qin3之進氣量為300單位之條件下之特性曲線；藉由第一特性曲線L1及第二特性曲線L2之對照比較，可以清楚的知道，在分子量分佈的濃度上(縱軸表示分子量濃度百分比)，當第三進氣口Qin3提供進氣時，第二特性曲線L2之均勻性，顯然較第一特性曲線L1為佳。

如圖9所示，其同樣以半徑為0.1公尺之第二反應腔室310(橫軸座標為弧長代表水平距離，其單位為公尺m，又水平座標之0值為第二反應室310內晶圓片910的中心位置)，進行不同進氣口進氣之模擬，其中第三特性曲線L3係在第一進氣口Qin1之進氣量為0單位、第二進氣口Qin2之進氣量為100單位、第三進氣口Qin3之進氣量為0單位之條件下之特性曲線；又第二特性曲線L4係在第一進氣口Qin1之進氣量為0單位、第二進氣口Qin2之進氣量為200單位、第三進氣口Qin3之進氣量為0單位之條件下之特性曲線；又第二特性曲線L5係在第一進氣口Qin1之進氣量為0單位、第二進氣口Qin2之進氣量為100單位、第三進氣口Qin3之進氣量為100單位之條件下之特性曲線；藉由第三特性曲線L3、第四特性曲線L4、及第四特性曲線L5之對照比較，可以清楚的知道，在分子量分佈的濃度上(縱軸表示分子量濃度百分比)，當第二進氣口Qin2搭配第三進氣口Qin3同時提供進氣時，在第一反應腔室110外側邊緣之分子量濃度已有顯著的提升。

惟上述各實施例係用以說明本發明之特點，其目的在使熟習該技術者能瞭解本發明之內容並據以實施，而非限定本創作之專利範圍，故凡其他未脫離本發明所揭示之精神而完成之等效修飾或修改，仍應包含在以下所述之申請專利範圍中。

S100.............. 側向擾流式高均勻度感應耦合電漿蝕刻機之製造方法 S10............... 提供一第一腔體 S20............... 提供一第一線圈 S30............... 提供一第二腔體 S40............... 提供一第二線圈 S50............... 設置至少一第一進氣口 S60............... 設置至少一第二進氣口 S70............... 設置複數個第三進氣口 S80............... 設置至少一出氣口 100................ 側向擾流式高均勻度感應耦合電漿之蝕刻機結構 10................. 第一腔體 110................ 第一反應腔室 20................. 第一線圈 30................. 第二腔體 310................ 第二反應腔室 40................. 第二線圈 Qin1.............. 第一進氣口 Qin2.............. 第二進氣口 Qin3.............. 第三進氣口 80................. 出氣口 910................ 晶圓片 920................ 氣體流量比例控制器 PS................. 電漿反應區 AR0.............. 氣體反應物氣團 AF1............... 第一氣流 AF2............... 第二氣流 AF3............... 第三氣流 θ.................. 噴射角度 L1................. 第一特性曲線 L2................. 第二特性曲線 L3................. 第三特性曲線 L4................. 第四特性曲線 L5................. 第五特性曲線

[圖1]為習知第一進氣口搭配第二進氣口進氣之實施例圖； [圖2]為圖1之氣流模擬狀態圖； [圖3]為側向擾流式高均勻度感應耦合電漿蝕刻機之製造方法實施例圖； [圖4]為側向擾流式高均勻度感應耦合電漿之蝕刻機結構實施例圖； [圖5]為使用三組進氣口進氣之氣流狀態實施例圖； [圖6]為圖5之氣流模擬狀態圖； [圖7]為三組進氣口使用氣體流量比例控制器之架構實施例圖； [圖8]為第一反應腔室進行半邊均勻性模擬之特性曲線圖；以及 [圖9]為第一反應腔室進行半邊外緣濃度模擬之特性曲線圖。

S100.............. 側向擾流式高均勻度感應耦合電漿蝕刻機之製造方法 S10............... 提供一第一腔體 S20............... 提供一第一線圈 S30............... 提供一第二腔體 S40............... 提供一第二線圈 S50............... 設置至少一第一進氣口 S60............... 設置至少一第二進氣口 S70............... 設置複數個第三進氣口 S80............... 設置至少一出氣口

Claims (3)

1. 一種側向擾流式高均勻度感應耦合電漿蝕刻機之製造方法，其包括：提供一第一腔體，其具有一第一反應腔室；提供一第一線圈，其環繞設置於該第一腔體之外圍；提供一第二腔體，其具有一第二反應腔室，該第二腔體係形成於該第一腔體之下方，且該第二反應腔室與該第一反應腔室相連通；提供一第二線圈，其環繞設置於該第二腔體之外圍；設置至少一第一進氣口，其形成於該第一反應腔室之頂面，又該第一進氣口輸入一第一氣流，在該第一反應腔室及該第二反應腔室之電漿反應區形成一氣體反應物氣團，用以覆蓋一晶圓片；設置至少一第二進氣口，其形成於該第一反應腔室之週邊且位於該第二腔體頂面之位置，又該第二進氣口輸入一第二氣流，用以通過該氣體反應物氣團之邊緣區域；設置複數個第三進氣口，其形成於該第二反應腔體之側壁上且高於該晶圓片頂面之位置，又該第三進氣口輸入之一第三氣流，用以使該第二氣流產生擾流，以增加該氣體反應物氣團其邊緣之氣體反應物分子濃度；以及設置至少一出氣口，其與該第二反應腔室相連通且形成於該晶圓片下方之位置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該些第三進氣口之噴射角度係介於0~60度之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其進一步提供 一氣體流量比例控制器，其用以控制該至少一第一進氣口、該至少一第二進氣口、該複數個第三進氣口、及該出氣口間之氣體流量的比例及流速。

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