一种晶圆自然氧化层刻蚀设备和方法与流程

本发明涉及晶圆氧化层刻蚀，特别涉及一种晶圆自然氧化层刻蚀设备和方法。

背景技术：

1、在半导体生产领域中，在硅晶圆进行外延薄膜沉积前由于晶圆表面会存在自然氧化层，需要先对晶圆进行预清洗，预清洗的作用是刻蚀晶圆表面的自然氧化层。通常的技术手段是氩气在反应腔里形成等离子体，然后对晶圆表面进行轰击，移除自然氧化层，但是随着工艺制程的进步，常规的等离子体预清洗方法在去除氧化硅的同时，高能的等离子体也会对晶圆表面产生破环，影响后续沉积薄膜的质量。为此，本发明提供一种对晶圆伤害性小，表面质量高的晶圆自然氧化层刻蚀设备和方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种晶圆自然氧化层刻蚀设备和方法，解决了普通高能离子轰击晶圆损伤大影响后续沉积薄膜的质量的问题。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种晶圆自然氧化层刻蚀设备，包括机架、特气柜组件、上腔组件、下腔组件、基座升降组件、等离子发生器和控制组件，所述特气柜组件和控制组件均固定在机架上，所述下腔组件通过可调节螺栓固定在机架上，所述上腔组件通过转轴连接在下腔组件上部，所述基座升降组件连接在下腔组件下部，所述等离子发生器安装在上腔组件的上部；

4、所述上腔组件包括连接通道、上盖、第一喷淋盘、第二喷淋盘、加热环、上铰链和下盖，所述连接通道的上端与等离子发生器相连接，所述连接通道的下端与上盖相连接，所述第一喷淋盘设置在上盖和下盖之间，所述加热环设置在第二喷淋盘内部，所述加热环为环形结构，所述第二喷淋盘安装在下盖下方，所述上铰链安装在下盖的侧方；

5、所述下腔组件包括下腔体、下铰链、调节支座、气体管路、抽气汇流块、排气管路，所述调节支座安装在机架上，所述下腔体的下端通过所述调节支座安装在机架上，所述下铰链安装在下腔体上，所述下铰链与上铰链通过销轴实现连接，所述气体管路设置在下腔体内部，所述抽气汇流块安装在下腔体下方，所述抽气汇流块的下端设有两个安装部，一个所述安装部与排气管路连接，另一个所述安装部与基座升降组件进行连接。

6、作为优选，所述的基座升降组件包括基座、顶升机构、连接桶、安装座、丝杠模组、步进电机、导轨、第一移动座、第二移动座、连接块、波纹管和调节螺栓；所述安装座包括横部和纵部，所述安装座横部通过调节螺栓安装在下腔体上，所述丝杠模组竖直安装在安装座的纵部，所述第一移动座通过所述导轨安装在安装座的纵部上，所述步进电机安装在安装座的纵部上，所述步进电机的输出轴与丝杠模组相连接，所述第二移动座通过连接块固定在第一移动座上，所述连接块与第二移动座的三个侧面之间设置有球头顶柱，所述连接桶安装在第二移动座上，所述基座安装在连接桶上，所述顶升机构设置在基座中，用于对基座上的晶圆进行升降。

7、作为优选，所述顶升机构包括升降主轴、密封波纹管、顶叉、顶升气缸和顶针；升降主轴通过直线轴承安装在第二移动座上，所述顶叉安装在升降主轴上端，所述密封波纹管的下端与升降主轴相连接，所述密封波纹管的上端与基座相连接，所述顶升气缸的活动端与升降主轴相连接，所述顶升气缸安装在第一移动座上所述顶针放置在基座中，所述顶针位于顶叉的正上方。

8、作为优选，所述基座内部开有冷却水路，所述冷却水路的接口由连接桶内部引出，所述基座的温度设置范围为24℃-45℃，所述基座的顶面设置有陶瓷护壳。

9、作为优选，所述第一喷淋盘和第二喷淋盘均为圆盘状，所述第一喷淋盘和第二喷淋盘上均开有细孔，所述第一喷淋盘的厚度中间部位加厚向边缘逐渐变薄，所述第二喷淋盘的厚度一致。

10、作为优选，所述排气管路上设置有用于对腔体的工艺气体进行抽气和控压的蝶阀、闸阀、真空计和旁通阀。

11、作为优选，所述特气柜组件用于提供工艺气体，工艺气体包括氩气ar,氮气n2，氨气nh3，三氟化氮nf3，氢气h2中的一种或多种，工艺气体通过管道与所述等离子发生器连接。

12、一种晶圆自然氧化层刻蚀方法，

13、s1上料：晶圆进入腔体，顶升机构将顶针顶起，而后将晶圆放置在基座上，上料完毕；

14、s2离子化：工艺气体包括nh3、nf3、h2、n2、ar经过等离子发生器离子化后进入腔体，离子包括h+、nh4+、f-、ar+；

15、s3反应：工艺气体经过喷淋盘后落下，与晶圆自然氧化层sio2结合反应，形成中间产物（nh4）2sif6；（nh4）2sif6为固态产物；

16、s4气化反应：步进电机带动基座和晶圆上升，靠近第二喷淋盘，第二喷淋盘通过热辐射对晶圆进行加热，使得（nh4）2sif6进行加热从而挥发，恢复后的产物由排气管路进行排出；

17、s5下料：基座下降，顶升机构将晶圆顶起，机械手将晶圆进行下料。

18、有益效果：设置第一喷淋盘、第二喷淋盘对工艺气体进行两级分流，一方面能提高气体均布的均匀性，另一方面，等离子体在经过细孔后进行碰撞，导致能量降低，第一喷淋盘通过喷淋孔不同高度的设置，能够使等离子体落到晶圆上时能量均匀。

19、基座可以通过调节螺栓调节高度和水平，基座可以通过连接块上的球头顶柱调节中心，基座的位置可以调节，安装精度更高，从而提高刻蚀的均匀性和设备的一致性。

20、采用温度较低的工艺温度，能降低对芯片的损伤，采用较为柔和的方式对氧化层进行刻蚀，降低缺陷，提高晶圆的质量。

21、采用刻蚀和升华单独机台操作的晶圆氧化层刻蚀方法，提高晶圆的流转效率，减少颗粒物的生产和聚集，提高晶圆的质量。

1.一种晶圆自然氧化层刻蚀设备，包括机架(1)、特气柜组件(2)、上腔组件(3)、下腔组件(4)、基座升降组件(5)、等离子发生器(6)和控制组件(7)，其特征在于，所述特气柜组件(2)和控制组件(7)均固定在机架(1)上，所述下腔组件(4)通过可调节螺栓固定在机架(1)上，所述上腔组件(3)通过转轴连接在下腔组件(4)上部，所述基座升降组件(5)连接在下腔组件(4)下部，所述等离子发生器(6)安装在上腔组件(3)的上部；

2.根据权利要求1所述的一种晶圆自然氧化层刻蚀设备，其特征在于，所述的基座升降组件(5)包括基座(51)、顶升机构(52)、连接桶(53)、安装座(54)、丝杠模组(55)、步进电机(56)、导轨(57)、第一移动座(58)、第二移动座(59)、连接块(510)、波纹管(511)和调节螺栓(512)；所述安装座(54)包括横部和纵部，所述安装座(54)横部通过调节螺栓(512)安装在下腔体(41)上，所述丝杠模组(55)竖直安装在安装座(54)的纵部，所述第一移动座(58)通过所述导轨(57)安装在安装座(54)的纵部上，所述步进电机(56)安装在安装座(54)的纵部上，所述步进电机(56)的输出轴与丝杠模组(55)相连接，所述第二移动座(59)通过连接块(510)固定在第一移动座(58)上，所述连接块(510)与第二移动座(59)的三个侧面之间设置有球头顶柱，所述连接桶(53)安装在第二移动座(59)上，所述基座(51)安装在连接桶(53)上，所述顶升机构(52)设置在基座(51)中，用于对基座(51)上的晶圆进行升降。

3. 根据权利要求2所述的一种晶圆自然氧化层刻蚀设备，其特征在于，所述顶升机构(52)包括升降主轴(521)、密封波纹管(522)、顶叉(523)、顶升气缸(524)和顶针(525)；升降主轴(521)通过直线轴承安装在第二移动座(59)上，所述顶叉(523)安装在升降主轴(521)上端，所述密封波纹管 (522)的下端与升降主轴(521)相连接，所述密封波纹管(522)的上端与基座(51)相连接，所述顶升气缸(524)的活动端与升降主轴(521)相连接，所述顶升气缸(524)安装在第一移动座(58)上所述顶针(525)放置在基座(51)中，所述顶针(525)位于顶叉(523)的正上方。

4.根据权利要求2所述的一种晶圆自然氧化层刻蚀设备，其特征在于，所述基座(51)内部开有冷却水路，所述冷却水路的接口由连接桶(53)内部引出，所述基座(51)的温度设置范围为24℃-45℃，所述基座(51)的顶面设置有陶瓷护壳。

5.根据权利要求1所述的一种晶圆自然氧化层刻蚀设备，其特征在于，所述排气管路(46)上设置有用于对腔体的工艺气体进行抽气和控压的蝶阀(47)、闸阀(48)、真空计(49)和旁通阀(410)。

6.根据权利要求1所述的一种晶圆自然氧化层刻蚀设备，其特征在于，所述特气柜组件(2)用于提供工艺气体，工艺气体包括氩气ar,氮气n2，氨气nh3，三氟化氮nf3，氢气h2中的一种或多种，工艺气体通过管道与所述等离子发生器(6)连接。

7.一种晶圆自然氧化层刻蚀方法，应用于上述权利要求1-6中任意一项所述的刻蚀设备，其特征在于，s1上料：晶圆进入腔体，顶升机构(52)将顶针(525)顶起，而后将晶圆放置在基座(51)上，上料完毕；