一种用于离子中性化的网板结构

摘要

本发明公开了一种用于离子中性化的网板结构，属于中性离子刻蚀技术领域。所述网板结构包括上网板和中性化网板，中性化网板上设置有多个网孔，中性化网板横截面的上下表面不同区域的厚度分布形式不同。本发明通过改变中性化网板的厚度分布，来调节芯片上方不同区域中性粒子与离子的流量比例，改变中性粒子束的密度分布，从而调节刻蚀结果的均匀性。

说明书

技术领域

 本发明涉及中性离子刻蚀技术领域，特别涉及一种用于离子中性化的网板结构。

背景技术

产品集成度高、精细化、高效率、低成本一直是集成电路等微细加工制造业发展的直接动力。自1970年以来，器件制造首先开始使用等离子体工艺，这使得等离子体工艺技术成为大规模集成电路等工业领域微细加工的关键技术。目前，等离子体刻蚀、离子注入、清洗及沉积等离子体工艺技术，被广泛地应用在超大规模集成电路的制造工艺中。等离子体工艺技术，主要用于SiO₂、SixNy 等介质薄膜，Si、GaAs等半导体薄膜和Al、Cu等金属薄膜的微细加工，该技术是唯一能有效地精确控制各种材料尺寸到亚微米级尺寸大小，且具有极高重复性的工艺技术。

然而，随着器件特征尺寸的缩小，在亚微米级尺寸以下的微细加工中，等离子体工艺技术需要解决加工材料和器件损伤的问题，尤其是等离子体刻蚀工艺所存在的问题。等离子体刻蚀工艺在解决高均匀性、高选择比和深宽比的同时，还要满足高刻蚀率、较低损伤的要求。在此过程中，容易产生静电损伤、离子轰击损伤、紫外光和X光子造成的辐照损伤、以及电子阴影效应等主要问题。等离子体损伤等问题会影响刻蚀精度及器件性能，造成原子位移、非定域晶格、悬空键，以及阈值电压漂移、跨导退化、结漏电增加等现象。这些问题随着器件特征尺寸的减小变得愈加突出，尤其是在10nm以下的精确刻蚀极为困难。因此，集成电路的精细化对工艺与设备提出了更高的要求，而传统的等离子体工艺设备，难以满足进一步精细化加工的要求。

中性粒子工艺技术是一种可以解决微细加工中材料与器件损伤等问题的方法。该技术采用生成中性粒子束的方法，很好地解决了等离子体刻蚀工艺中的静电损伤、辐照损伤等问题，提高了工艺精度和器件性能，满足了集成电路制造中不断提高的精细化要求。图1为一典型中性粒子刻蚀工艺系统，该系统在一定真空条件下，工艺气体从进气口111进入反应室102上部后，在平面螺旋形射频线圈122上加载射频功率，使工艺气体在射频电源121的激发下，在反应室102上部产生等离子体131。在等离子体气氛中产生有离子、游离基、分子和原子等。离子通过直流偏压124加速，通过中性化网板123上的小孔后获得能量并实现离子中性化。当中性化网板123上加有电压时，反应腔内离子会在电场的作用下加速向中性化网板运动，在运动中增加能量。当离子运动到中性化网板123的小孔中时，会与孔壁发生碰撞，进行电中和，形成中性粒子束132；中性粒子束对放在载片台103上的芯片104进行处理，实现刻蚀等工艺，反应产物通过排气口112排出。

在现有的方案中，等离子体一般都是采用感性耦合方式产生的。由于射频线圈空间分布的关系，等离子体在腔室中的分布不均匀，并且随着射频电压等参数的变化而变化，从而导致刻蚀工艺结果的均匀性差并且工艺窗口较小，给工艺调节带来一定难度。另外，通过中性化网板123的小孔而被中性化的离子流量，受中性化网板孔隙率的影响很大。一般中性化网板的孔隙率小于50%，大多数离子在中性化网板上表面发生碰撞而不能进入小孔中，能够通过小孔被中性化并对芯片发生刻蚀作用的粒子大大减少，这使得工艺不均匀性更加明显，刻蚀速率也大大降低。

发明内容

为了解决现有中性离子刻蚀工艺结果均匀性差、刻蚀速率低等问题，本发明提供了一种用于离子中性化的网板结构，所述网板结构包括上网板和中性化网板，所述中性化网板上设置有多个网孔，所述中性化网板横截面的上下表面不同区域的厚度分布形式不同。

所述中性化网板横截面的上下表面不同区域的厚度分布形式为：所述中性化网板横截面上表面为凸状弧形，下表面为水平，中间厚，边缘薄。

所述中性化网板横截面的上下表面不同区域的厚度分布形式为：所述中性化网板横截面上表面为凹状弧形，下表面为水平，中间薄，边缘厚。

所述中性化网板横截面的上下表面不同区域的厚度分布形式为：所述中性化网板横截面上下表面均为凸状弧形，中间厚，边缘薄。

所述中性化网板横截面的上下表面不同区域的厚度分布形式为：所述中性化网板横截面上下表面为凹状弧形，中间薄，边缘厚。

所述中性化网板横截面的上下表面不同区域的厚度分布形式为：所述中性化网板横截面上表面为波浪状，下表面为凸状弧形。

所述中性化网板横截面的上下表面不同区域的厚度分布形式为：所述中性化网板横截面上表面为波浪状，下表面为水平。

所述中性化网板横截面的上下表面不同区域的厚度分布形式为：所述中性化网板横截面上表面为波浪状，下表面为凹状弧形。

所述中性化网板的厚度为0.1～500mm；所述中性化网板由低溅射导电材料制成；所述网孔为圆柱形网孔，所述圆柱形网孔的直径为0.1-50mm；所述网孔的间距为0-10mm；所述上网板和中性化网板的电阻率为0.5μΩm～100μΩm，抗折强度为10Mpa～200Mpa，表面光洁度为Ra0.2～Ra 6.3μm。

所述中性化网板的厚度为0.1-500mm；所述低溅射导电材料为石墨、碳纤维、碳化硅或钼；所述圆柱形网孔的直径为0.1-3mm；所述网孔的间距为0.1-5mm。

本发明通过改变中性化网板的厚度分布，来调节芯片上方不同区域中性粒子与离子的流量比例，改变中性粒子束的密度分布，从而调节刻蚀结果的均匀性，提高了刻蚀速率。

附图说明

图1是现有技术中性粒子刻蚀工艺系统结构示意图；

图2-图8是本发明实施例提供的不同厚度分布形式的中性化网板结构示意图；

图9是使用本发明实施例提供的中性化网板的中性粒子刻蚀工艺系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明技术方案作进一步描述。

本发明实施例通过改变中性化网板的厚度分布，来调节中性粒子与离子的流量比例（中性化率），改变中性粒子束的密度分布，从而调节刻蚀结果的均匀性，提高了刻蚀速率。本发明实施例的中性网板结构适用于集成电路、微电子机械系统、太阳能电池等薄膜及体材料表面工艺的微细加工技术领域。

参见图2，本发明实施例提供了一种用于离子中性化的网板结构，包括上网板127和中性化网板223，中性化网板223由多个网孔223a和固定边223b构成。中性化网板223的厚度呈现不均匀分布，其横截面上表面为凸状弧形，下表面为水平，中间厚，边缘薄。中性化网板223的材料一般采用碳元素为主的板材，例如石墨、碳纤维、碳化硅或钼等低溅射导电材料。中性化网板223的厚度为0.1～500mm。网孔223a的形状可以但不局限于圆柱形，圆柱形网孔的直径为0.1-50mm，优选为0.1-3mm；网孔间距为0-10mm，优选为0.1-5mm。实际应用中，网孔亦可采用其他形状的网孔，例如六角形、菱形；网孔分布在直径为5-5000mm的圆形中性化网板的打孔区域内，可以根据中性化网板大小与刻蚀芯片的大小进行调节；上网板和中性化网板的电阻率为0.5μΩm～100μΩm，抗折强度为10Mpa～200Mpa，表面光洁度为Ra0.2～Ra 6.3μm。

在实际应用中，中性化网板的厚度还可以为其他形式的分布，具体如下：

1）如图3所示，中性化网板323由多个网孔323a和固定边323b构成，中性化网板横截面上表面为凹状弧形，下表面为水平，中间薄，边缘厚。

2）如图4所示，中性化网板423由多个网孔423a和固定边423b构成，中性化网板横截面上下表面均为凸状弧形，中间厚，边缘薄。当下表面为凸状弧形表面时，增强了中性化网板边缘的粒子密度。

3）如图5所示，中性化网板523由多个网孔523a和固定边523b构成，中性化网板横截面上下表面为凹状弧形，中间薄，边缘厚。当下表面为凹状弧形表面时，中性粒子束收缩有一定的作用，尤其是中性粒子流速增大时比较明显。

4）如图6所示，中性化网板623由多个网孔623a和固定边623b构成，中性化网板横截面上表面为波浪状，下表面为凸状弧形。波浪状是根据ICP离子源，在径向方向成波峰波谷状分布，从而调整了离子穿过中性化中性化网板的厚度变化。当下表面为凸状弧形表面时，增强了边缘的粒子密度；

5）如图7所示，中性化网板723由多个网孔723a和固定边723b构成，中性化网板横截面上表面为波浪状，下表面为水平。离子通过中性化网板723上的网孔723a，实现中性化。波浪状是根据ICP离子源，在径向方向成波峰波谷状分布，从而调整了离子穿过中性化网板的厚度变化。

6）如图8所示，中性化网板823由多个网孔823a和固定边823b构成，中性化网板横截面上表面为波浪状，下表面为凹状弧形。离子通过中性化网板823上的网孔823a，实现中性化。波浪状是根据ICP离子源，在径向方向成波峰波谷状分布，从而调整了离子穿过中性化网板的厚度变化。当下表面为凹状弧形表面时，中性粒子在径向有一定的分布变化，中性粒子束收缩有一定的作用，尤其是中性粒子流速增大时比较明显。

除了上述几种典型的中性化网板结构外，中性化网板横截面上下表面还可以为抛物线形、椭圆形、双曲线等弧形或折线等其它形状，或不同形状的组合等，根据工艺均匀性要求进行调整。

图9为使用本实施例提供的中性化网板223结构的中性粒子刻蚀工艺系统，其工作原理是：工艺气体由进气口111进入反应腔室102后，在射频线圈122上加载功率，在射频电源121激发下反应腔室内气体启辉，产生等离子体131；在中性化网板223和上网板127上加载直流电源124，使网板之间产生电场；等离子体中的离子在电场的作用下向中性化网板223表面运动，当上网板127加正电压时，中性化网板223接地时，等离子体中的正离子将被加速而向中性化网板223运动，离子通过网孔223a被中性化形成中性粒子束132后轰击放在基座103上的硅片104，形成中性粒子刻蚀作用，101为绝缘体起隔离作用。在某些的放电参数下，等离子密度会表现出中心低边缘高的分布。由于中性化网板223厚度的不同，在中性化网板厚的地方网孔比较深，中性化网板薄的地方网孔比较浅，经过深网孔的中性粒子与离子的比例要高于经过浅网孔的中性粒子与离子的比例，这样就可以补偿由于等离子体分布不均匀而造成的工艺的不均匀性，从而改善了刻蚀工艺结果。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。