[發(fā)明專利]用于等離子體蝕刻工件的方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710363139.6
• 申請(qǐng)日: 2017-05-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107452611B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-02-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尼古拉斯·洛奈;馬克西姆·瓦瓦拉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: SPTS科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/3065
• 分類號(hào): H01L21/3065
• 代理公司: 北京律盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11287
• 代理人: 章蕾

根據(jù)本發(fā)明，提供了一種在硅基板中等離子體蝕刻一個(gè)或多個(gè)特征的方法，所述方法包括以下步驟：使用循環(huán)蝕刻工藝進(jìn)行主蝕刻，在該循環(huán)蝕刻工藝中沉積步驟和蝕刻步驟交替重復(fù)；以及進(jìn)行過(guò)蝕刻以完成所述特征的等離子體蝕刻；其中：該過(guò)蝕刻包括一個(gè)或多個(gè)第一類蝕刻步驟和一個(gè)或多個(gè)第二類蝕刻步驟，所述第一和第二類蝕刻步驟中的每個(gè)步驟都包括通過(guò)離子轟擊所述硅基板來(lái)進(jìn)行蝕刻；以及所述一個(gè)或多個(gè)第二類蝕刻步驟期間的離子轟擊相對(duì)于所述一個(gè)或多個(gè)第一類蝕刻步驟期間的離子轟擊具有向內(nèi)的傾斜。本發(fā)明還提供了一種用上述方法蝕刻硅基板的裝置。

技術(shù)領(lǐng)域

根據(jù)本發(fā)明，提供了用于等離子體蝕刻工件的方法及裝置。

背景技術(shù)

硅晶片的蝕刻是電子元件工業(yè)制造中的重要過(guò)程。蝕刻輪廓優(yōu)選在晶片的整個(gè)表面上是均勻的。理想情況下，應(yīng)該在晶片邊緣的3mm內(nèi)實(shí)現(xiàn)這種均勻且高質(zhì)量的蝕刻，以防止不必要的晶片材料的浪費(fèi)。

目前，用于蝕刻硅晶片的方法包括使用通常稱為“博世工藝(Bosch process)”的循環(huán)技術(shù)的等離子體蝕刻。在這一技術(shù)中，循環(huán)地進(jìn)行交替的沉積步驟和蝕刻步驟。博世工藝在本領(lǐng)域中是公知的，例如描述于US5501893中。然而，由于朝向晶片邊緣的一些不連續(xù)性(如氣流、溫度和等離子體密度的變化)可能難以保持該等離子體蝕刻工藝的均勻性。控制等離子體均勻性并最小化這些邊緣效應(yīng)的方法包括使用靜電卡盤(electrostaticchucks，ESC)、氣流管理和大于晶片的臺(tái)板組件。還可使用聚焦環(huán)(可為陶瓷或硅的環(huán)形環(huán))來(lái)控制等離子體均勻性。然而，在等離子體蝕刻工藝期間，由于工藝條件(如RF電壓和腔室壓力)的波動(dòng)情況下，等離子體均勻性可能會(huì)偏離。這可以導(dǎo)致等離子體蝕刻工藝中尤其是朝向晶片邊緣的不對(duì)稱，在晶片邊緣離子轟擊的入射角更難以控制和再現(xiàn)。圖1中示出了在硅中蝕刻的通孔的底部處的這種不對(duì)稱的SEM圖像。這種不對(duì)稱會(huì)導(dǎo)致有缺陷的模具。

在硅晶片的等離子體蝕刻中，通常實(shí)現(xiàn)晶片表面的負(fù)極化，從而將來(lái)自等離子體的正離子吸引到晶片的表面。等離子體中正離子已被提取的區(qū)域稱為等離子體殼層。正離子在大致垂直于等離子體殼層的方向上轟擊晶片表面。因此，在厚度上的變形或等離子體殼層的偏斜將導(dǎo)致蝕刻表面的不均勻性。等離子體殼層的偏斜對(duì)應(yīng)于離子轟擊基板表面的入射角。該偏斜角度在離子的入射路徑和晶片表面的法線之間測(cè)量。在晶片邊緣處離子轟擊的入射角可相對(duì)于在晶片中心處離子轟擊的入射角發(fā)生偏斜。等離子體殼層的厚度和偏斜取決于等離子體密度、局部電勢(shì)和晶片的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這些參數(shù)在整個(gè)處理室中是變化的并導(dǎo)致跨越晶片表面的等離子體殼層厚度的變化。這種等離子體殼層的變形在存在材料和機(jī)械不連續(xù)性的晶片邊緣處最為明顯。例如，在朝向晶片邊緣的基板表面上通常存在局部的電壓變化。這產(chǎn)生等離子體殼層厚度上的變形并可以導(dǎo)致非對(duì)稱蝕刻或具有逐漸變小的輪廓的蝕刻。圖2示出了在存在等離子體的情況下，放置在RF驅(qū)動(dòng)的靜電卡盤(ESC)22上的基板20的邊緣的橫截面，其中等離子體殼層34在基板20的邊緣處具有向外的偏斜。基板20位于ESC 22上并暴露于使用合適的蝕刻劑源氣體產(chǎn)生的等離子體32。在該實(shí)例中，等離子體殼層34在基板20的邊緣處具有向外的偏斜，使得離子轟擊基板表面的入射角具有徑向向外的分量。

等離子體蝕刻工藝可涉及緊隨主蝕刻的過(guò)蝕刻，通常一旦檢測(cè)到終點(diǎn)條件即開(kāi)始過(guò)刻蝕。主蝕刻循環(huán)也稱為體蝕刻(bulk etch)。主蝕刻可利用循環(huán)的沉積和蝕刻博世工藝。主蝕刻可用于形成溝槽或通孔，并進(jìn)行過(guò)蝕刻循環(huán)來(lái)確保蝕刻輪廓在晶片表面上是均勻的和完整的，并從主蝕刻工藝形成的通孔來(lái)去除任何其它殘留材料。還可進(jìn)行初始的“突破”蝕刻步驟。通常，在突破蝕刻、博世主蝕刻和過(guò)蝕刻的連續(xù)事件期間，使用不同的蝕刻方案設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)。

可以在過(guò)蝕刻周期期間優(yōu)化等離子體殼層的偏斜，使得過(guò)蝕刻盡可能與主蝕刻對(duì)準(zhǔn)。通常，這涉及調(diào)整工藝參數(shù)以最小化主蝕刻循環(huán)和過(guò)蝕刻循環(huán)之間的等離子體變形，這通常是復(fù)雜的。盡管優(yōu)化了工藝參數(shù)，但在主蝕刻和過(guò)蝕刻之間，等離子體殼層經(jīng)常存在小的變化。然而，即使主蝕刻和過(guò)蝕刻之間偏斜上的小變化也可以導(dǎo)致過(guò)蝕刻的逐漸變小的輪廓或不對(duì)稱輪廓。在諸如具有高縱橫比的通孔的特征的底部，這種不對(duì)稱將變得更為明顯。這種不對(duì)稱可導(dǎo)致有缺陷的模具。