本发明专利技术公开了一种实现反应气体快速切换的等离子体反应室及其方法，通过采用本发明专利技术的技术方案，使得整个工艺过程流入反应腔的气体总流量相同，有利于控制反应腔的压力稳定，同时，两组气体从反应腔的上方和下方同时注入反应腔内，在保证不影响基片刻蚀反应和沉积反应的同时，变相的减小了反应腔的容积，更有利于气体快速充满反应腔，提高了刻蚀步骤和沉积步骤的切换速率，进而提高了基片的刻蚀速率。同时，由于反应腔内的气压高于抽气泵处的气压，气体流量控制器需要面对的压力差较小，有利于准确、稳定的控制反应气体流速，从而提高制程的稳定性。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，通过采用本专利技术的技术方案，使得整个工艺过程流入反应腔的气体总流量相同，有利于控制反应腔的压力稳定，同时，两组气体从反应腔的上方和下方同时注入反应腔内，在保证不影响基片刻蚀反应和沉积反应的同时，变相的减小了反应腔的容积，更有利于气体快速充满反应腔，提高了刻蚀步骤和沉积步骤的切换速率，进而提高了基片的刻蚀速率。同时，由于反应腔内的气压高于抽气泵处的气压，气体流量控制器需要面对的压力差较小，有利于准确、稳定的控制反应气体流速，从而提高制程的稳定性。【专利说明】
本专利技术涉及半导体基片处理
，尤其涉及一种在深加工等离子刻蚀技术中 快速实现反应气体切换的
。
技术介绍
半导体制造
中，在 MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电 系统)和3D封装技术等领域，通常需要对硅等材料进行深通孔刻蚀。例如，在体硅刻蚀技术 中，深娃通孔（Through-Silicon_Via，TSV)的深度达到几百微米、其深宽比大于10,通常采 用深反应离子刻蚀方法来刻蚀体硅形成。 现有技术中，TSV的深反应离子刻蚀通常采用美国专利US5501893提出的Bosch 工艺进行。具体深反应离子刻蚀方法包括以下步骤：（1)刻蚀步骤，通常用Ar、02、SF6的 混合气体进行等离子体刻蚀；（2)聚合物沉积步骤，通常用Ar和C4F8的混合气体在孔洞内 侧面形成氟碳聚合物层，其厚度一般在纳米级，有时也称作该聚合物层为钝化层，为使孔洞 底部基本不形成氟碳聚合物层，该步骤中一般采用相对较低较的RF (Radio Frequency，射 频）频率；（3)刻蚀步骤和聚合物沉积步骤交替进行，直到通孔刻蚀完成，在刻蚀步骤中，由 于孔洞的内表面、尤其是孔洞内侧面沉积聚合物，垂直等离子刻蚀时，入射的离子不会对其 内侧面聚合物造成破坏侧壁得以被保护，而垂直方向入射的离子会将孔洞底部的聚合物破 坏使刻蚀反应得以向下继续，从而保证了整个孔洞刻蚀过程的各向异性。 图1所示为现有技术的等离子体反应室和气体供应系统的示意图。如图1所示， 该等离子体反应室用于图1所示深反应离子刻蚀。100为等离子体刻蚀室，其中形成等离子 体，目标刻蚀的晶圆置于反应腔100中。气体供应系统150包括至少两个气体流量控制器 MFC160和170,160为刻蚀气体流量控制器，170为沉积气体流量控制器。每个气体流量控 制器分别连接至少两个控制阀门，在刻蚀步骤中，控制阀门161打开，控制阀门162闭合，刻 蚀气体通过进气管道120进入反应腔100内；此时，控制阀门171闭合，控制阀门172打开， 沉积气体通过排气管道122被抽气泵140排出；在沉积步骤中，控制阀门161闭合，控制阀 门162打开，刻蚀气体通过排气管道122被抽气泵140排出，此时，控制阀门171打开，控制 阀门172闭合，沉积气体通过进气管道120进入反应腔100。为了维持气体供应系统的流量 稳定，刻蚀气体流量控制器160和沉积气体流量控制器170处于常开状态，通过控制其连接 的控制阀门交替开关闭合，实现刻蚀步骤和沉积步骤的交替变化。 在进行刻蚀步骤和沉积步骤切换时，要将反应腔100内的气体排出，同时注入另 一步骤所需的反应气体，由于反应腔1〇〇的容积较大，导致这一切换所需时间较长，降低了 深反应刻蚀速率，同时，由于刻蚀气体流量控制器160和沉积气体流量控制器170处于常开 状态，在某一步骤进行时，另一步骤所需气体被排出，造成反应气体的浪费。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种实现反应气体快速切换的等离子体反应 室，包括一反应腔，所述反应腔内设置一限制环，所述限制环将所述反应腔间隔为反应腔上 方空间和反应腔下方空间，所述反应腔上方空间设置开口连接气体供应系统，所述气体供 应系统包括至少两个流量控制器，用于分别控制第一气体和第二气体交替进入所述反应腔 上方空间内，所述反应腔下方空间设置一开口，连接所述气体供应系统，所述流量控制器分 别控制所述第一气体和第二气体交替进入所述反应腔内。 优选的，所述第一气体为刻蚀气体，所述第二气体为沉积气体，或者所述第一气体 为沉积气体，所述第二气体为刻蚀气体。 进一步的，所述刻蚀气体包括Ar、02、SF6 ;所述沉积气体包括Ar和C4F8。 优选的，所述限制环包括若干个槽状通道，所述槽状通道的大小被设置成当所述 带电粒子通过所述通道时可以使带电粒子被中和，以限制等离子体的通过。 优选的，所述限制环包括若干个大致为圆孔状的气体通道，所述气体通道的内径 小于等于l〇mm。 toon] 进一步的，所述气体供应系统包括刻蚀气体流量控制器和沉积气体流量控制器， 所述刻蚀气体流量控制器和沉积气体流量控制器前端分别连接刻蚀气体源和沉积气体源， 后端分别连接两个控制阀门。 进一步的，所述反应腔包括一大致呈圆筒状的侧壁和位于侧壁上方的顶板，所述 顶板下方设置一气体喷淋头，用以将通过所述反应腔上方开口处注入的反应气体均匀分散 到反应腔内。 进一步的，所述反应腔包括一大致呈圆筒状的侧壁和位于侧壁上方的顶板，所述 侧壁靠近顶板的一端均匀设置若干个气体注入口，用于将气体供应系统中的反应气体均匀 注入所述反应腔内。 进一步的，本专利技术还公开了一种快速切换反应气体的方法，包括下列步骤： 刻蚀步骤，控制刻蚀气体流量控制器后端的控制阀门，提供刻蚀气体到反应腔上 方空间，同时控制沉积气体流量控制器后端的控制阀门，提供沉积气体到反应腔下方空 间； 沉积步骤：控制沉积气体流量控制器后端的控制阀门，提供沉积气体到反应腔上 方空间；同时控制刻蚀气体流量控制器后端的控制阀门，提供刻蚀气体到反应腔下方空 间； 上述刻蚀步骤和沉积步骤交替进行。 进一步的，在刻蚀步骤和沉积步骤中，所述刻蚀气体流量控制器和所述沉积气体 流量控制器处于常开状态。 本专利技术的优点在于：通过采用本专利技术的技术方案，使得整个工艺过程流入反应腔 的气体总流量相同，有利于控制反应腔的压力稳定，同时，两组气体从反应腔的上方和下方 同时注入反应腔内，在保证不影响基片刻蚀反应和沉积反应的同时，变相的减小了反应腔 的容积，更有利于气体快速充满反应腔，提高了刻蚀步骤和沉积步骤的切换速率，进而提高 了基片的刻蚀速率。同时，由于反应腔内的气压高于抽气泵处的气压，气体流量控制器需要 面对的压力差较小，有利于准确、稳定的控制反应气体流速。从而提高制程的稳定性。 【专利附图】【附图说明】 图1示出现有技术所述等离子体反应室与气体供应系统间连接的结构示意图； 图2示出本专利技术所述等离子体反应室与气体供应系统间连接的结构示意图； 图3示出本专利技术另一实施例所述等离子体反应室与气体供应系统间连接的结构 示意图。 【具体实施方式】 为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术作进一步 的详细描述。 图2示出本专利技术所述等离子体反应室与气体供应系统间连接的结构示意图，等离 子体反应室包括一反应腔200,反应腔200包括大致呈圆筒状的侧壁212、位于侧壁212上 方的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种实现反应气体快速切换的等离子体反应室，包括一反应腔，所述反应腔内设置一限制环，所述限制环将所述反应腔间隔为反应腔上方空间和反应腔下方空间，其特征在于：所述反应腔上方空间设置开口连接气体供应系统，所述气体供应系统包括至少两个流量控制器，用于分别控制第一气体和第二气体交替进入所述反应腔上方空间内，所述反应腔下方空间设置一开口，连接所述气体供应系统，所述流量控制器分别控制所述第一气体和第二气体交替进入所述反应腔下方空间内。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：左涛涛，倪图强，周旭升，
申请(专利权)人：中微半导体设备上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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