[發明專利]等離子刻蝕設備

有效

• 申請號: 201410546545.2
• 申請日: 2014-10-15
• 公開（公告）號: CN104576281B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 馬克西姆·瓦瓦拉
• 申請（專利權）人: SPTS科技有限公司
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32;H01L21/3065
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 章蕾

一種等離子刻蝕設備，用于對襯底進行等離子刻蝕，包括：第一隔室，具有擁有一定橫截面積和形狀的等離子生成區域；等離子生成裝置，用于在等離子生成區域中生成等離子；第二隔室，生成的等離子能夠流入第二隔室，第二隔室限定了具有一定的大于等離子生成區域的橫截面積和形狀的內部；第三隔室，具有用于對具有待等離子刻蝕的上表面的襯底進行支承的襯底支承件，第三隔室具有與第二隔室的界面，以使得等離子或者一種或更多與等離子相關的刻蝕劑可流出第二隔室對襯底進行刻蝕；第二隔室的內部的橫截面積與形狀大體上對應于襯底的上表面；以及襯底支承件使得，在使用中，襯底與第二隔室的內部大體配準，并且襯底上表面與界面相距80mm或更少。

技術領域

本發明涉及一種等離子刻蝕設備、相關的整套裝置以及襯底的等離子刻蝕方法。

背景技術

用于在半導體晶圓上制造器件的工藝包括在各種等離子刻蝕工具中實現的大量的等離子刻蝕工藝步驟。通常來說，等離子刻蝕工藝被用于選擇性地將材料從并未覆蓋有掩膜的晶圓區域上去除。在例如硅、砷化鎵(GaAs)、鋁和二氧化硅等材料中的刻蝕深度能夠在幾納米到幾百微米之間變化。在所有的等離子刻蝕工藝中，一般要求提供一致的可重復的刻蝕工藝。這些性質在裸片(在幾平方毫米或者平方厘米的區域上)內以及在整個晶圓(目前為300毫米的直徑，盡管更大的直徑在將來可能成為商業規范)上應該是明顯的

由于等離子刻蝕工具和凈室的高成本，并且還因為凈室占地空間十分稀缺的，因而凈室空間的高效利用是很重要的，所以能夠盡快對特征進行刻蝕當然在經濟上是有益的。遺憾的是，在實踐中的大多數情況下，高刻蝕速率的使用帶來的工藝時間的減少產生了不太一致的工藝性能。由此，通常進行折中以使得一致性和刻蝕速率都處于可接受的水平。當需要很長的刻蝕工藝時間以在硅中刻蝕諸如MEMS結構或硅通孔(TSV)之類的深的特征(幾十到幾百微米)時達到高刻蝕速率與晶圓上的刻蝕一致性之間的最近平衡尤為重要。為了形成這些類型的深的硅刻蝕特征，通常使用被稱為“Bosch工藝”的循環沉積/刻蝕步驟。Bosch工藝在現有技術中是眾所周知的，并且在例如US5501893中進行了描述。

相應地，已經進行了大量的研究以在不犧牲刻蝕一致性的情況下增大刻蝕速率。現有技術的代表性示例包括US2006/0070703和US7371332。在本領域中廣泛接受的常識是等離子刻蝕工具所使用的處理隔室的內直徑遠大于其所處理的晶圓的直徑。對于同樣構成本領域所接受的常識的該手段存在技術解釋。更加具體地，處理隔室具有比所處理晶圓的直徑明顯更大的直徑具有有益效果，因為我們相信在這樣的系統中更容易得到一致的等離子，同時導致等離子中的非一致性的隔室的壁的損失在遠離所處理的晶圓邊緣處出現。US2006/0070703的圖1為典型現有技術中單晶圓ICP等離子刻蝕系統的代表性示意圖。如該圖中所描繪的，圓柱形的隔室具有放置待處理圓形晶圓的中央壓盤支承件或者靜電卡盤(ESC)。通過在此情況下為多匝線圈的天線將RF電力耦合到隔室內的氣體來引發和維持等離子。使用合適的泵送裝置使氣體進入到隔室的頂部并且使刻蝕工藝的副產物從隔室底部排出。晶圓壓盤在一定的系統配置中可以被RF驅動，從而如現有技術中已知的那樣對入射到晶圓表面的離子進行進一步控制。盡管US2006/0070703的圖1是示意性的，然而實際上，晶圓與隔室的相對尺寸是現有技術的大體上精確的表示。

本發明的發明人認識到當在如US2006/0070703的圖1所示類型的標準等離子刻蝕隔室中對晶圓進行刻蝕時，一部分活性刻蝕氣體通過沿著隔室的側面向下流動而完全繞過晶圓。本發明的發明人還認識到其氣體利用是沒有效率的。因為泵送發生在晶圓表面以下，引入到隔室中的大多數氣體可能不會到達晶圓表面。例如，對于如US2006/0070703的圖1所示類型的具有350mm直徑的隔室以及隔室中央的200mm直徑的晶圓，大約三分之二的氣流將直接從泵中排出。此外，本發明的發明人認識到該配置在晶圓的中央附近導致較高的刻蝕速率并且在晶圓外圍觀察到較低的刻蝕速率。圖1對此進行示意性地表示，其示出了硅刻蝕速率，該硅刻蝕速率是距離晶圓中心的位置的函數。能夠看到，現有技術的配置促進了中央的高刻蝕速率，該刻蝕速率基本隨刻蝕劑的濃度梯度而變化，該濃度梯度是從隔室中心到晶圓外圍的距離的函數。