[发明专利]等离子体处理室及用于该等离子体处理室的气体注入装置

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体刻蚀设备气体供应技术领域，尤其涉及一种提高气体解离效率的气体输送技术领域。

背景技术

等离子反应器或反应腔在现有技术中是公知的，并广泛应用于半导体集成电路、平板显示器，发光二极管（LED），太阳能电池等的制造工业内。在等离子腔中通常会施加一个射频电源以产生并维持等离子于反应腔中。其中，有许多不同的方式施加射频功率，每个不同方式的设计都将导致不同的特性，比如效率、等离子解离、均一性等等。其中，一种设计是电感耦合（ICP）等离子腔。

在电感耦合等离子处理腔中，一个通常是线圈状的天线用于向反应腔内发射射频能量。为了使来自天线的射频功率耦合到反应腔内，在天线处放置一个绝缘材料窗口。反应腔可以处理各种基片，比如硅晶圆等，基片被固定在夹盘上，等离子在基片上方产生。因此，天线被放置在反应器顶板上方，使得反应腔顶板是由绝缘材料制成或者包括一个绝缘材料窗口。

在等离子处理腔中，各种气体被注入到反应腔中，以使得离子和基片之间的化学反应和/或物理作用可被用于在所述基片上形成各种特征结构，比如刻蚀、沉积等等。在许多工艺流程中，晶圆的刻蚀速率和刻蚀均匀性是很重要的指标参数。一个有助于获得较好工艺均匀性的参数是在反应腔内均匀分布的处理气体。要获得这样的均一性，许多反应腔设计采用安装在晶圆上方的气体喷淋头，以均匀的注入处理气体。然而，如上所述，在电感耦合（ICP）反应腔顶板必须包括一个使射频功率从天线发射到反应腔中的绝缘窗。因此，ICP的结构中并没有给气体喷淋头留出相应的空间来实现其气体均匀注入的功能。

在目前标准电感耦合反应腔中，气体通过在反应腔周围的注入器/喷头和中间的喷头之一或者两者一同注入来供应到真空容器内。采用该方法所述的技术，反应气体呈直线状注入真空容器中后很容易扩散到真空容器的解离区域以外然后被排出真空容器，导致反应气体在解离区域解离时间过短，解离不充分，造成反应气体的利用率不高，浪费反应气体。

因此，业内需要一种改进电感耦合反应腔气体注入装置设计，可以优化反应腔内的气体分布以改进加工工艺的均一性，提高反应气体的利用效率。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于等离子体处理室的气体注入装置，所述装置包括环形气体注入管道，所述环形气体注入管道内壁设置若干气体注入口，所述气体输出的方向与所述气体注入口指向所述环形气体注入管道圆心的方向呈一锐角。

优选的，所述的气体注入口数量≥3，在所述环形气体注入管道内壁上均匀分布。

优选的，所述环形气体注入管道的内壁厚度大于等于1mm，所述气体注入口为穿透所述内壁的孔或窄槽，所述孔或窄槽的开口方向与所述气体注入口指向所述环形气体注入管道圆心的方向呈一锐角。

优选的，所述气体注入口包括穿透所述内壁的孔或窄槽，每个孔或窄槽的出口处设置一挡板，所述挡板方向与气体注入口指向所述环形气体注入管道圆心的方向呈一锐角。

优选的，穿透所述内壁的孔或窄槽在所述内壁上的切口方向垂直于所述内壁或者与所述内壁呈其他角度；所述挡板的形状可以为平板，也可以为带有一定弧度的弧形板。

优选的，所述气体注入口包括穿透所述内壁的孔或窄槽和位于孔或窄槽出气方向末端的喷嘴，所述喷嘴方向与气体注入口指向所述环形气体注入管道圆心的方向呈一锐角。

优选的，穿透所述内壁的孔或窄槽在所述内壁的切口方向和位于孔或窄槽出气方向末端的喷嘴方向相同或有一定的角度。

优选的，所述若干气体注入口的气体输出方向与所述气体注入口指向所述环形气体注入管道圆心的方向呈同一锐角。

本发明还提供一种电感耦合式等离子处理装置，包括金属侧壁和绝缘顶板构成的真空封闭壳体，所述真空封闭壳体内设置基座和位于基座上方的待处理基片，以及施加到所述绝缘顶板上方圈状天线上的射频电源，所述金属侧壁和所述绝缘顶板间设置一气体注入装置，所述装置包括环形气体注入管道，所述环形气体注入管道内壁设置若干气体注入口，所述气体输出的方向与所述气体注入口指向所述环形气体注入管道圆心的方向呈一锐角。

优选的，所述的气体注入口在所述环形气体注入管道内壁上均匀分布。