[发明专利]大气等离子体化学平坦化方法及装置

说明书

技术领域

本发明隶属于机械制造领域，涉及一种大气等离子体化学平坦化方法及装置。

背景技术

平坦化简单说就是在晶片的表面保持平整平坦的工艺。平坦化技术是超大规模集成电路(ULSI)制造、高性能LED元件制造、太阳能电池制造等领域加工衬底和层间处理的关键工艺，通过降低晶片表面或薄膜层上的微观不平度，提高光刻图形的准确性，进而提升元件性能和生产效率。目前，平坦化技术已应用在硅、碳化硅、氮化锗、蓝宝石、二氧化硅等多种材料的晶圆或薄膜层上。虽然目前已提出了多种平坦化技术，但化学机械抛光(CMP，Chemical Mechanical Polishing)被认为是目前唯一可实现全局平坦化的方法，也是应用最广泛的平坦化技术。CMP是化学腐蚀作用与机械摩擦作用的结合，其通过比去除低处图形快的速度去除高处图形来获得平坦化的表面，但在实际应用中也存在一定缺陷，如：不易实现自动化控制、加工过程的选择性不高、大尺寸晶片去除速率不均、清洗困难等。

大气等离子体化学加工通过等离子体激发高密度活性反应原子，待加工表面原子与反应原子发生化学反应，生成气态产物并离开表面，避免了表层/亚表层损伤和表面污染，活性等离子体氛围下的高化学反应速率也保证了较高的加工效率。大气等离子体化学加工的微观机理分析和实验研究已经证实，大气等离子体化学反应过程具有良好的选择性，高处形貌的去除速率明显高于低处形貌的去除速率，在有限加工时间内能快速提高表面平整度，可满足全局平坦化的加工需求，且在整个界面上反应均匀，不会出现局部“欠抛”或“过抛”的情况。另外，大气等离子体化学反应过程还具有良好的可控性，通过对过程的精确控制也能兼顾局部平坦化。此外，大气等离子体化学平坦化方法是非接触式大面积干法高效刻蚀技术，避免了CMP技术在应用中存在的上述问题，较具应用前景。

发明内容

化学机械抛光(CMP)是目前唯一可实现全局平坦化的方法，本发明提出了一种新的平坦化方法，可同时兼顾全局平坦化和局部平坦化，并解决了CMP技术不易实现自动化控制、加工过程的选择性不高、大尺寸晶片去除速率不均、清洗困难等问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

所述方法在大气压下对氦气等气体放电激发形成等离子体，通过等离子体激发四氟化碳等反应气体生成氟原子等活性反应原子，活性反应原子与工件表面原子发生化学反应生成气态产物，气态产物离开表面实现材料去除，该大气等离子体化学反应过程具有良好的选择性，工件表面上较高形貌的化学反应速率高于较低形貌的化学反应速率，因而表面微观不平度可以进一步降低，且在整个反应界面上反应特性没有明显的差异，可以实现全局平坦化，另外，当对特定区域进行针对性局部放电加工时，也可实现局部平坦化。

所述加工装置包括氦气瓶、四氟化碳气瓶、氧气瓶、氦气质量流量控制器、四氟化碳质量流量控制器、氧气质量流量控制器、混气阀、进气孔、台座、调整垫片、保持架、水冷电极、成型电极、放电挡板、阻抗匹配器、射频电源、接地线、排气孔、水冷吸附工作台、密封槽、微型真空泵、循环水泵、水槽、定位挡块，水冷电极上设有上端盖，水冷电极设置在成型电极上端面上，水冷电极与成型电极通过螺纹紧密连接后共同设置在保持架内，保持架下端面与成型电极下端面处于同一平面内，放电挡板通过螺纹固定在保持架下端面上，水冷电极、成型电极、放电挡板共同组成组合式电极，台座内设有进气孔和排气孔，保持架设置在台座内，且保持架与台座同轴设置以保持气流缓冲间隙的间隙均匀，台座与保持架的轴向定位面间设有调整垫片，成型电极下端面须置于进气孔和排气孔下边缘的下方，保持架设置在水冷吸附工作台上端面上，水冷吸附工作台上端面还设有环形密封槽，水冷吸附工作台主要分为两层，上层设有水冷室、进水孔、出水孔，水冷室中部设有密封性良好的吸附孔，进水孔与循环水泵连接，出水孔与水槽连接，循环水泵放置在水槽内，下层为负压气室，负压气室与吸附孔连通，水冷吸附工作台下端面的负压抽气孔与微型真空泵连接，射频电源通过阻抗匹配器与水冷电极连接，接地线与水冷吸附工作台上端面连接形成地电极，射频电源、阻抗匹配器、水冷电极、成型电极、水冷吸附工作台与接地线构成等离子体平板放电回路，氦气瓶、四氟化碳气瓶、氧气瓶分别通过氦气质量流量控制器、四氟化碳质量流量控制器、氧气质量流量控制器与混气阀连接，混气阀出口与进气孔连接，氦气质量流量控制器用于控制氦气流量、四氟化碳质量流量控制器用于控制四氟化碳流量、氧气质量流量控制器用于控制氧气流量。

本发明的大气等离子体化学平坦化方法是按照以下步骤实现的：