一种气体供应装置及其等离子体反应装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及等离子体处理技术领域，尤其涉及一种等离子体反应装置的快速供气技术领域。
【背景技术】
[0002]等离子体反应装置广泛应用于集成电路的制造工艺中，如沉积、刻蚀等。其中，常用的等离子体反应装置包括电容耦合型等离子体反应装置CCP和电感耦合型等离子体装置ICP，等离子体反应装置的原理主要是使用射频功率将输入反应装置中的反应气体解离成等离子体，利用该等离子体对放置于其内部的基片进行等离子体刻蚀处理，不同刻蚀工艺需要的反应气体不尽相同。
[0003]如在硅通孔刻蚀工艺中，由于需要刻蚀的硅通孔深度较大，为了能够有效的进行刻蚀，常采用下述步骤进行刻蚀:第一，刻蚀步骤，在等离子体反应腔内通入刻蚀气体，在硅基底表面进行通孔刻蚀；第二，聚合物沉积步骤，在等离子体反应腔内通入沉积气体，所述沉积气体在通孔侧壁沉积形成侧壁保护。刻蚀步骤和沉积步骤交替进行，直至通孔刻蚀完成。采用该方法的特点是能够刻蚀较深的硅孔，但是由于刻蚀步骤和沉积步骤交替进行，会在侧壁形成扇贝状的粗糙表面，对硅孔的后续工艺产生不良影响，故为了保证硅孔刻蚀的合格率，需要硅孔侧壁的粗糙表面越小越好，越光滑越好。可以想到，一种降低硅孔侧壁扇贝状粗糙表面的方式是提高刻蚀步骤和沉积步骤的交替频率，降低每一步刻蚀步骤和沉积步骤所需时间，然而，随着所需时间的降低，等离子体反应装置内各种参数的不稳定性和不确定性随之产生。当刻蚀步骤和沉积步骤的时间间隔小于Is时，为等离子体反应装置提供反应气体的气体流量控制阀MFC成为一个瓶颈，MFC无法达到如此快速的切换。如果需要刻蚀步骤和沉积步骤的交替时间小于0.5s, MFC将无法达到反应装置的需求，使得整个刻蚀工艺出现不稳定状况，工艺结果无法保证可重复和可控制。因此，不同反应气体快速切换并及时输送到等离子体处理装置内是目前硅通孔刻蚀的急需解决的问题。
【发明内容】
[0004]为了解决上述技术问题，本发明提供一种气体供应装置，所述装置包括一刻蚀气体源和一沉积气体源，所述刻蚀气体源和所述沉积气体源后端分别连接一气体流量控制装置，所述气体流量控制装置后端分别连接两个控制阀门，每个气体流量控制装置的一个控制阀门连接一排气装置，另一控制阀门与真空反应腔相连，所述流量控制装置可以在小于I秒的时候内打开、闭合或者低气体流量状态和高气体流量状态的切换。
[0005]优选的，所述刻蚀气体源和所述沉积气体源后端分别通过一控制阀门与所述气体流量控制装置相连。
[0006]优选的，所述每个气体流量控制装置相邻两次切换输出的气体流量不同。
[0007]优选的，所述每个气体流量控制装置后端连接的两控制阀门交替打开、关闭，其交替频率大于等于所述气体流量控制装置的切换频率。
[0008]优选的，与所述真空反应腔连接的两控制阀门打开时，流经气体流量控制装置的气体流量大于与排气装置连接的两控制阀门打开时流经气体流量控制装置的气体流量。
[0009]优选的，所述气体流量控制装置为CMOS感应气体流量控制装置。
[0010]进一步的，本发明还公开了一种等离子体反应装置，包括一真空反应腔，所述真空反应腔内设置一放置基片的基座，所述基座连接一射频功率源，所述真空反应腔外设置一气体供应装置，所述气体供应装置包括一刻蚀气体源和一沉积气体源，所述刻蚀气体源和所述沉积气体源后端分别连接一气体流量控制装置，所述气体流量控制装置后端分别连接两个控制阀门，每个气体流量控制装置的一个控制阀门连接一排气装置，另一控制阀门与真空反应腔相连，所述刻蚀气体和所述沉积气体在所述流量控制装置的切换下交替注入所述真空反应腔，所述刻蚀气体和所述沉积气体的交替时间小于I秒。
[0011]优选的，所述等离子体反应装置内进行刻蚀工艺和沉积工艺，刻蚀工艺时与刻蚀气体源连接的气体流量控制装置为高气体流量状态，与沉积气体源连接的气体流量控制装置为低气体流量状态；沉积工艺时与沉积气体源连接的气体流量控制装置为高气体流量状态，与刻蚀气体源连接的气体流量控制装置为低气体流量状态。
[0012]优选的，所述低气体流量状态的刻蚀气体和沉积气体占高流量状态的刻蚀气体和沉积气体的百分比可以小于等于5%。
[0013]优选的，所述等离子体反应装置包括一排气泵，所述排气装置与所述排气泵相连。
[0014]优选的，所述刻蚀反应气体和所述沉积反应气体交替时间小于等于0.5s。
[0015]本发明的优点在于:所述气体供应装置装置在包括一刻蚀气体源和一沉积气体源，所述刻蚀气体源和所述沉积气体源后端分别连接一气体流量控制装置，优选的所述气体流量控制装置为CMOS感应气体流量控制装置，可以实现Is内高低气体流量的切换，所述气体流量控制装置后端分别连接两个控制阀门，每个气体流量控制装置的一个控制阀门连接一排气装置，另一控制阀门与真空反应腔相连。采用本技术方案，不仅可以有效的过滤掉MFC频繁切换导致的反应气体激增和延迟，还能大大节约排放到排气装置20内的反应气体，相比现有技术，节约了近一半的反应气体，有效提高了刻蚀工艺的原材料利用率。
【附图说明】
[0016]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0017]如下附图构成了本说明书的一部分，和说明书一起列举了不同的实施例，以解释和阐明本发明的宗旨。以下附图并没有描绘出具体实施例的所有技术特征，也没有描绘出部件的实际大小和真实比例。
[0018]图1示出一种电感稱合型等离子体反应装置结构示意图；
[0019]图2示出本发明所述气体供应装置示意图；
[0020]图3示出理想状况下刻蚀气体和沉积气体进入真空反应腔的脉冲示意图；
[0021]图4示出实际工作中MFC输出刻蚀气体和沉积气体的脉冲示意图。
【具体实施方式】
[0022]本发明公开了一种气体供应装置及其所在的等离子体反应装置，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。
[0023]图1示出一种电感耦合型等离子体反应装置结构示意图，电感耦合型等离子体反应装置包括真空反应腔100，真空反应腔包括由金属材料制成的大致为圆柱形的反应腔侧壁105，反应腔侧壁105上方设置一绝缘窗口 130，绝缘窗口 130上方设置电感耦合线圈140，电感耦合线圈140连接射频功率源145。反应腔侧壁105靠近绝缘窗口 130的一端设置气体喷入口 150，气体喷入口 150连接气体供应装置10。气体供应装置10中的反应气体经过气体喷入口 150进入真空反应腔100，射频功率源145的射频功率驱动电感耦合线圈140产生较强的高频交变磁场，使得低压的反应气体被电离产生等离子体160。在真空反应腔100的下游位置设置一基座110，基座110上放置静电卡盘115用于对基片120进行支撑和固定。等离子体160中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，上述活性粒子可以和待处理基片的表面发生多种物理和化学反应，使得基片表面的形貌发生改变，即完成刻蚀过程。真空反应腔100的下方还设置一排气泵125，用于将反应副产物排出真空反应腔内。
[0024]在图1所示的实施例中，基片120为硅材料，反应腔内进行的刻蚀工艺为硅通孔刻蚀工艺，又称TSV刻蚀工艺。本刻蚀工艺的特点是，需要刻蚀的硅通孔深度较大，为了避免刻蚀过程中硅通孔的形貌发生弯曲，保证刻蚀的通孔符合要求，目前常用的一种刻蚀方法叫做博世工艺。博世工艺包括两个步骤，第一，刻蚀步骤，在真空反应腔内通入刻蚀气体，在硅基底表面进行通孔刻蚀；第二，聚合物沉积步骤，在真空反应腔内通入沉积气体，所述沉积气体在通孔侧壁沉积形成侧壁保护。刻蚀步骤和沉积步骤交替进行，直至通孔刻蚀完成。采用该方法的特点是能够刻蚀较深的硅孔，但是由于刻蚀步骤和沉积步骤交替进行，会在侧壁的交替处形成扇贝状的粗糙表面，对硅孔的后续工艺产生不良影响，故为了保证硅孔刻蚀的合格率，需要硅孔侧壁的粗糙表面越小越好，越光滑越好。可以想到，一种降低硅孔侧壁扇贝状粗糙表面的方式是提高刻蚀步骤和沉积步骤的交替频率，降低每一步刻蚀步骤和沉积步骤所需时间，然而，随着所需时间的降低，等离子体反应装置内各种参数的不稳定性