[发明专利]一种阻挡等离子体反流的分离式进气结构

说明书

本发明公开了一种阻挡等离子体反流的分离式进气结构，包括进气法兰、均为陶瓷材质的上部进气喷嘴和下部进气喷嘴；上部进气喷嘴同轴嵌套或同轴叠放在下部进气喷嘴顶部；上部进气喷嘴和下部进气喷嘴中设有呈折线型的进气通道，进气通道包括上轴向通道、径向通道、下轴向通道和出气口；径向通道或下轴向通道位于上部进气喷嘴和下部进气喷嘴的安装配合部位；下轴向通道的顶部指向上部进气喷嘴的底部壁面。本发明舍弃了传统的中心进气导向体，将陶瓷材质的进气喷嘴设置为分离式的两部分，在安装、加工及维修方便的同时，能够有效解决现有技术中等离子体反流，导致的气体在进气通道内放电，烧坏进气导向体的技术问题。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是一种阻挡等离子体反流的分离式进气结构。

背景技术

在半导体集成电路制造工艺中，刻蚀是其中最为重要的一道工序，其中等离子体刻蚀是常用的刻蚀方式之一，通常刻蚀发生在真空的反应腔室内。真空的反应腔室内包括静电吸附卡盘，用于承载吸附晶圆、射频负载及冷却晶圆等作用。目前，在对半导体器件等的制作过程中，通常将静电吸附卡盘放置在反应腔室中部的基座上，晶圆位于静电吸附卡盘的上表面，在基座顶部的电极中施加射频，使反应腔室内引入的反应气体形成等离子体对晶圆进行加工处理。

在进行一些非挥发性金属材料的刻蚀过程中，等离子体在偏压的作用下加速达到金属材料表面，从刻蚀材料表面溅射出的金属颗粒会附着在腔体内所有暴露的表面上，包括腔体内壁及腔体顶部的耦合窗，造成污染，为了解决污染，需要在反应腔室内部通入清洗气体，并在顶部加载射频功率对清洗气体进行电离，带走这些污染颗粒，由于整个清洗过程中腔体是接地的，而顶部耦合窗由于是绝缘材质，所以清洗过程中顶部射频加载射频功率激发等离子体，活性的等离子体会清洗接地的腔体，但对介质窗清洗效果几乎没有，随着时间的推移污染物叠加更加严重，出现沉积物脱落污染晶圆的现象。

为了彻底清洁耦合窗，可以采用静电屏蔽件，法拉第屏蔽用于等离子体处理腔室中可以减少等离子体对腔体材料的侵蚀，目前已有的技术是将中部陶瓷进气嘴与法拉第相连，同时通上射频， 这样通过清洗工艺，耦合窗和中部陶瓷进气嘴均可以彻底清洗干净。但当射频功率逐渐加载时，清洗气体通过进气通道进入腔体，在射频电源的作用下在腔体内部电离，形成等离子体流，等离子体流同时会通过进气孔返回到进气通道内，进气通道距离射频功率点距离过近，导致进气通道内点火，损坏进气导向体，不可使用。

如图1所示，静电吸附卡盘2位于反应腔室1的中心位置，晶圆3位于其上表面，腔盖4位于反应腔体1的正上方，耦合窗5放置在腔盖4上，其中心区域为空，安装有中心进气装置。

目前现有技术中，如图2所示，中心进气装置包括进气喷嘴50、中心进气导向体51和进气法兰52，其中，进气法兰52为金属材质，与上部的射频匹配器8相连。中心进气导向体51的结构，如图3所示，具有导气通道511,512及513，导气通道511,512及513从上至下依次为相互连通的上竖向孔、中部径向孔和下竖向孔。

中心进气装置外部位于耦合窗的上表面配置有线圈6，也连接至射频匹配器8。

当反应腔室进行刻蚀工艺时，射频匹配器连接到线圈的线路导通，工艺气体经进气法兰52进入，通过中心进气导向体51上的导气通道511,512及513达到进气喷嘴50内部，进而通过出气口进入反应腔体内部，形成等离子体，对晶圆3进行刻蚀。

当需要进行清洗工艺时，射频匹配器8关闭连接线圈6，打开连接至进气法兰52的通路，同时清洗气体通过进气法兰52进入，也同样沿着方向100进入到反应腔室内部，在反应腔体内部形成电离的清洗等离子体气流，清洗反应腔室内部及上部区域。但是，由于进气法兰52连接到高功率的清洗射频，且中心进气导向体51上的导气通道513为竖直方向，在反应腔体内部形成的等离子体会通过进气喷嘴50底部的出气口返回到导气通道513内部，而进气法兰52与中心进气导向体51上部紧密连接，使得导气通道513与进气法兰52导通，气体在此区域内放电，在导气通道513内部形成高电荷，烧坏进气导向体。