[發明專利]用于反應性離子蝕刻的裝置和方法

有效

• 申請號: 201180021337.5
• 申請日: 2011-02-25
• 公開（公告）號: CN102859647B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 弗雷迪·羅澤博姆;阿德里安·馬里努斯·蘭克霍斯特;保盧斯·威力布羅德斯·喬治·波特;N·B·科斯特;何拉爾德斯·約翰·約瑟夫·維納德斯;阿德里亞努斯·約翰尼斯·皮德勒斯·瑪利亞·弗米爾
• 申請（專利權）人: 荷蘭應用自然科學研究組織TNO
• 主分類號: H01L21/00
• 分類號: H01L21/00;H01L21/3065;C23C16/455;H01J37/32
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理有限公司11270
• 代理人: 武晨燕,張穎玲

技術領域

本申請涉及一種用于對襯底進行反應性離子蝕刻的裝置。本申請還涉及一種用于對襯底進行(深度)反應性離子蝕刻的方法。

背景技術

目前，硅材中的高深寬比(aspect?ratio)的特征部的深度反應性離子蝕刻(DRIE)主要依靠特別是在US5,498,312中所描述的所謂波什工藝(Boschprocess)。這種工藝是硅材微機械加工中最流行的技術選擇，并且服務于以下的巨大新興市場：

1)用于晶片和芯片的3D堆疊的穿透硅材的通孔(Through-Silicon?Vias，TSVs)，和

2)微機電系統(MEMS，即傳感器和致動器)，

以及以下更成熟的市場：

3)DRAM(動態隨機存儲器)槽蝕刻、淺槽隔離蝕刻(Shallow?Trench?Isolationetching)。

波什工藝還稱為深度反應性離子蝕刻，其實質上是相繼地蝕刻并且鈍化的工藝。最初，波什工藝是基于在Ar中使用NF₃或SF₆的Si蝕刻的交替循環，以形成氣相SiF_x蝕刻產物，并且基于在Ar中使用CF₄或CHF₃來進行鈍化，以形成沉積在特征部(feature)的側壁和底部上的保護性碳氟聚合物。蝕刻和鈍化循環的時間尺度一般為幾秒(例如3-5秒)。

發明內容

根據一方面，考慮一種蝕刻工藝和裝置，其旨在提供快速蝕刻工藝，其中，材料得到了有效利用，并且使得替代形式的鈍化變得可能。

一方面，提供一種用于對襯底進行反應性離子蝕刻的裝置，包含：

等離子體蝕刻區域，其包括蝕刻氣體供應設備并且布置有用于激發等離子體的等離子體產生結構，并且所述等離子蝕刻區域進一步包括電極結構，所述電極結構被布置成用于將所述蝕刻等離子體朝向襯底部分進行加速，以使離子撞擊在所述襯底的表面上；

鈍化區域，其包括提供有鈍化氣體供應設備的腔；該供應設備被布置成用于從該供應設備向所述腔提供鈍化氣流；所述腔在使用中由所述注入器頭部和所述襯底的表面界定；以及

氣體排出結構，其包括布置在所述蝕刻區域和所述鈍化區域之間的氣體排放部；所述氣體排出結構因此形成所述蝕刻區域和所述鈍化區域的空間分界。

根據另一方面，一種用于在襯底的表面上進行反應性離子蝕刻的方法，所述方法使用包括注入器頭部的裝置，所述注入器頭部包含：

等離子體蝕刻區域，其包括蝕刻氣體供應設備并且布置有用于激發等離子體的等離子體產生結構；

鈍化區域，其包括提供有鈍化氣體供應設備的腔；該供應設備和引流管被布置用于經由所述腔從所述供應設備向所述引流管提供鈍化氣流；所述腔在使用中由所述注入器頭部和所述襯底的表面氣體界定；以及

氣體排出結構，其包含布置在所述蝕刻區域和鈍化區域之間的氣體排放部；所述氣體排出結構由此形成所述蝕刻區域和鈍化區域的空間分界；

在保持所述蝕刻區域和鈍化區域空間上分開的同時，所述方法包含以下時間循環步驟：

a)將所述注入器的頭部的等離子體蝕刻區域放置在襯底部分的上方，所述襯底部分具有對蝕刻等離子體敏感的子部分；

b)供應蝕刻等離子體，并且通過電極結構將所述蝕刻等離子體朝向所述襯底部分加速，以使離子撞擊在所述襯底的表面上，以便蝕刻所述子部分；

c)相對于所述襯底移動所述注入器頭部，以將所述鈍化區域定位在所述襯底部分的上方；以及

d)通過從所述鈍化氣體供應設備在所述腔中提供鈍化氣體，而在所述襯底部分上供應鈍化層。

由于空間分界，通過消除氣體轉換和清除/泵時間循環，而顯著增加蝕刻速率。

裝置可以包括腔壓強控制器。腔中的壓強可以被控制為獨立于和/或不同于腔外部的壓強。通過這種方式，可以設定腔中的預定的壓強，優選地，為專門用于最優化在專門用于各工藝步驟的各腔中的工藝氣體的擴散的平均自由行程。

在使用裝置時，腔由襯底的表面界定。顯然，通過這種方式，襯底幫助限制工藝氣體。在腔和襯底表面的平面內的襯底之間的相對移動的組合，以及將被注入的工藝氣體限制在腔內，進一步使工藝氣體能被相當有效地利用。通過這種方式，能在襯底的表面上有效地分配工藝氣體的體積，從而提高工藝氣體分子被注入腔后附著在襯底的表面上的概率。

附圖說明

現在將參照附圖對本公開進行非限制性說明，其中