[实用新型]气体扩散均匀化装置及使用该装置的等离子体工艺设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种气体扩散均匀化装置，尤其涉及提高真空腔室中气体扩散均匀化的装置。本实用新型还提供设置所述气体扩散均匀化装置的等离子体工艺设备。

背景技术

许多半导体集成电路芯片、LED芯片和其它微电子芯片的制造工艺，都会用到真空环境下的薄膜生长或刻蚀的工艺步骤。薄膜生长工艺，是在基体的表面，生长出新的薄膜材料，通常所见的工艺类型有等离子体加强化学气相沉积（PECVD）、金属有机物化学气相沉积（MOCVD）及物理气相沉积（PVD）等。刻蚀工艺，是从基体表面有选择性地形成具有挥发性的反应物，从而去除材料，通常所见的工艺类型有感应耦合等离子体（ICP）刻蚀工艺及反应离子刻蚀（RIE）工艺等。

无论是薄膜生长反应，还是等离子体刻蚀反应，一般都是通过以下方式来实现的，即:将反应气体（又称工艺气体）引入真空腔室中；利用射频或微波能量，将反应气体电离分解，形成等离子体；在等离子体中，含有离子、电子以及化学反应活性极高的中性原子或分子；当这些具有很高的化学活性的原子、分子和获得较高能量的离子与基体接触时，就可以发生化学的和物理的反应，在基体上生成固态薄膜，实现薄膜生长反应，或生成具有挥发性的反应物，并且由真空泵将反应物抽离反应腔室，实现刻蚀反应。

如图1所示，以刻蚀硅材料的工艺为例，简要地说明等离子体刻蚀设备的机械结构要件与工艺要素。上、下两部分真空腔体1a和1c闭合后，形成一个密闭的空间，该空间并且由O-形密封圈1b实现真空密封。存在于这一空间的气体分子，在真空泵的抽空作用下，通过抽真空口1f被抽走，从而在这一空间中形成真空。当反应气体六氟化硫（化学分子式：SF₆）和氩气（化学分子式：Ar）通过气体导入口1i和喷淋头1g导入这一空间后，在真空压力控制系统的作用下，该空间内的气体压力达到工艺要求。此时，与下电极1e连接在一起的射频源（还包括射频匹配器）或与上电极1h连接在一起的射频源（还包括射频匹配器）开启，通过能量耦合，将射频能量传递给SF₆和Ar的混和气体，产生一系列的分子分解、电离或附着反应，主要包括以下反应：

e^- + SF₆ = SF₅ + F + e^-

e^- + SF₅ = SF₄ + F + e^-

e^- + SF₆ = SF₅⁺ + F + 2e^-

e^- + SF₆ = SF₅^- + F  

e^- + Ar = Ar⁺+ 2e^-

当生成的具有化学活性的氟原子（F）与放置于下电极表面的硅基体1d接触时，便会发生化学反应：Si + 4F = SiF₄↑。等离子体中的氩离子（Ar⁺）也会在等离子体壳层电场的作用下，被加速到较高的能量，并且以垂直于硅基体表面的方向轰击硅基体，促成各相异性的刻蚀反应，并且大大增强SiF₄的生成速度。由于生成物SiF₄在常温条件下具有挥发性，在抽真空的作用下，SiF₄分子扩散到抽真空口1f；由真空泵抽离真空腔室。同时由真空泵抽走的，还有未发生电离的SF₆、Ar以及其他气体分子。基体上不需要发生刻蚀反应的地方，则由通常所说的掩模板，比如光刻胶掩模板保护起来，这样就实现了在基体上有选择性的刻蚀工艺。