[發明專利]一種氣體回流預防裝置

有效

• 申請號: 201210371847.1
• 申請日: 2012-09-29
• 公開（公告）號: CN102856146A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 周旭升;倪圖強
• 申請（專利權）人: 中微半導體設備（上海）有限公司
• 主分類號: H01J37/305
• 分類號: H01J37/305;H01J37/02
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 張靜潔;徐雯瓊

技術領域

本發明涉及一種等離子體刻蝕設備，尤其涉及一種等離子體刻蝕設備的氣體回流預防裝置。

背景技術

目前，半導體制造技術領域中，硅通孔（TSV）技術在三維立體封裝領域得到了廣泛應用。硅通孔技術需要對晶片進行深反應離子刻蝕，現有技術中，深反應離子刻蝕通常采用博世工藝（Bosch?process）進行。博世工藝主要包括以下步驟：（1）刻蝕步驟，通常用含有SF₆的混合氣體進行化學反應離子刻蝕；（2）聚合物沉積鈍化步驟，通常用含有C₄H₈的混合氣體在孔洞內側面形成氟碳聚合物層，以使下一個周期的刻蝕步驟中化學反應離子刻蝕時，SF₆氣體不會對側壁的聚合物進行刻蝕或者刻蝕速率非常慢；刻蝕步驟和沉積步驟交替循環進行，直到深孔刻蝕完成。采用交替重復進行各向同性刻蝕和聚合物沉積工藝，從而實現完全的各向異性的深度刻蝕。

如附圖1所示，現有技術的一種電感耦合等離子體刻蝕設備，其反應腔9設置有包覆在內部工作空間四周的腔壁31和頂部的介電板32，腔壁31上設置有氣體注入板4，反應腔9內設置有晶片基座2，晶片基座2的下方設置有排氣泵8。介電板32上方設置有射頻線圈5，等離子體刻蝕設備工作時，射頻線圈5與等離子體刻蝕設備的射頻電源61?相連接，晶片基座2與等離子體刻蝕設備的射頻偏置電源62相連接，氣體通過氣體注入板4輸入反應腔9，被電離成等離子體7，排氣時排氣泵8將氣體排出反應腔9。

使用上述現有技術的等離子刻蝕設備實施博世工藝存在以下問題：（1）在刻蝕深硅通孔時，反復交替循環進行的刻蝕步驟和沉積鈍化步驟在使通孔變深的同時還形成扇貝狀起伏的側墻。使用附圖1所示現有技術的電感耦合等離子體刻蝕設備實施博世工藝在半導體材料晶片101上刻蝕深硅通孔102，其真實的顯微形貌由掃描電子顯微鏡示于附圖2，對其孔壁103及其附近區域N放大如附圖3所示，可以看到孔壁103形成很明顯的高低起伏的扇貝狀側墻A。（2）由于扇貝狀側墻在博世工藝中是無法避免但卻是不希望存在的，因此需要消除或者減小扇貝狀側墻A。減小扇貝狀側墻A的一種方法是減少刻蝕氣體與沉積氣體切換更替的間隔時間而不改變刻蝕步驟和沉積步驟的反應時間。通常，刻蝕氣體與沉積氣體切換的間隔時間為1~2秒，為了減小扇貝狀側墻A，間隔時間需要減少到0.1~0.5秒。使用現有技術的等離子體刻蝕設備實施博世工藝時，由于刻蝕氣體與沉積氣體切換的間隔時間減少，兩種氣體在切換的過程中在反應腔內相互混合的風險增大，前一種氣體未及時排出，回流與后一種輸入的氣體混合，會造成刻蝕速率降低。

發明內容

本發明提供了一種氣體回流預防裝置，在實施博世工藝刻蝕深硅通孔時，能夠在刻蝕氣體與沉積氣體相互切換時防止前一種氣體回流與后一種氣體混合，從而可以減短兩種氣體的切換時間，減小博世工藝中形成的扇貝狀側墻，此外，還能夠在其中一種氣體工作時將其等離子體限制在反應腔內，將等離子體與真空分離，提高了刻蝕質量和生產效率。

本發明采用以下技術方案來實現：

一種氣體回流預防裝置，套置在等離子體刻蝕設備的反應腔內的晶片基座外，其特點是，所述的氣體回流預防裝置設為環狀本體，所述的環狀本體上間隔設置多個氣道，在等離子刻蝕設備工作過程中環狀本體的上表面氣壓大于環狀本體的下表面氣壓。上述的氣體回流預防裝置，其特點是，所述的氣道為通孔，通孔的上開口面積小于下開口面積。

上述的氣體回流預防裝置，其特點是，所述的氣道為上下貫通的槽，槽的上開口面積小于下開口面積。

上述的氣體回流預防裝置，其特點是，所述的氣道為上下貫通的幾何形狀，氣道的上開口面積小于下開口面積。

上述的氣體回流預防裝置，其特點是，所述的環狀本體的高度大于通孔上孔徑與通孔下孔徑平均值的2倍。

上述的氣體回流預防裝置，其特點是，所述的環狀本體的高度大于槽的上槽口寬度與下槽口寬度平均值的2倍。

上述的氣體回流預防裝置，其特點是，所述的環狀本體的高度大于幾何形狀上開口尺寸與下開口尺寸的平均值的2倍。

上述的氣體回流預防裝置，其特點是，所述的氣道垂直設置在環狀本體中。

上述的氣體回流預防裝置，其特點是，所述的氣道斜置在環狀本體中，與環狀本體構成夾角。

上述的氣體回流預防裝置，其特點是，所述環狀本體由金屬材料制成。

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：