[發明專利]半導體工藝設備及刻蝕方法

在審

• 申請號: 202110795297.5
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113555268A
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 林源為;袁仁志
• 申請（專利權）人: 北京北方華創微電子裝備有限公司
• 主分類號: H01J37/305
• 分類號: H01J37/305;H01J37/32;H01L21/3065;B81C1/00
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 彭瑞欣;王婷

本發明提供一種半導體工藝設備及刻蝕方法，該半導體工藝設備包括工藝腔室、射頻線圈結構和上射頻源，其中，工藝腔室包括工藝腔體和介質腔體，介質腔體位于工藝腔體的上方，且介質腔體與工藝腔體密封連接；并且，介質腔體的頂部設置有進氣口，用以向工藝腔室中通入工藝氣體；介質腔體的內徑由上而下遞增；射頻線圈結構環繞在介質腔體周圍，并與上射頻源電連接；射頻線圈結構的內徑由上而下遞增。本發明提供的半導體工藝設備及刻蝕方法，可以在低腔室壓力和低上電極功率的條件下，實現等離子體啟輝。

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，具體地，涉及一種半導體工藝設備及刻蝕方法。

背景技術

深硅刻蝕在集成電路(IC)、微機電系統(MEMS)和先進封裝等領域有重要應用，是工業生產中非常重要的一種工藝過程。由于傳統的濕法刻蝕屬于各項同性刻蝕，只有各項異性的干法刻蝕可以實現深硅刻蝕。低溫等離子體技術是干法刻蝕中的重要基礎，其中，感應耦合等離子體(Inductive Coupled Plasma，ICP)和電容耦合等離子體(CapacitivelyCoupled Plasma，CCP)是半導體領域干法刻蝕和薄膜沉積常用的等離子體源。ICP源由高頻電流通過線圈產生的高頻電磁場激發氣體產生等離子體，因其可以在較低腔室壓力下工作，且具有等離子體密度高、對工件損傷小等特點，通常應用于對等離子體密度要求較高的深硅刻蝕。

由于ICP源所產生的等離子體的均勻性相對于CCP源較差，需要采用較低的腔室壓力以提高等離子體的平均自由程和均勻性，并且還需要采用較低的上電極功率，以降低刻蝕損傷，提高刻蝕形貌的表面粗糙度，但是，較低的腔室壓力和上電極功率不利于等離子體啟輝，尤其是大體積腔室、大尺寸晶圓，其在低腔室壓力和低上電極功率的條件下更不容易實現等離子體啟輝。因此，如何在低腔室壓力和低上電極功率的條件下，實現等離子體啟輝是深硅刻蝕領域中的一個重要挑戰。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提出了一種半導體工藝設備及刻蝕方法，其可以在低腔室壓力和低上電極功率的條件下，實現等離子體啟輝，從而可以提高等離子體的平均自由程和均勻性，而且還可以降低刻蝕損傷，提高刻蝕形貌的表面粗糙度。

為實現本發明的目的而提供一種半導體工藝設備，包括工藝腔室、射頻線圈結構和上射頻源，其中，所述工藝腔室包括工藝腔體和介質腔體，所述介質腔體位于所述工藝腔體的上方，且所述介質腔體與所述工藝腔體密封連接；并且，所述介質腔體的頂部設置有進氣口，用以向所述工藝腔室中通入工藝氣體；所述介質腔體的內徑由上而下遞增；所述射頻線圈結構環繞在所述介質腔體周圍，并與所述上射頻源電連接；所述射頻線圈結構的內徑由上而下遞增。

可選的，所述介質腔體在其軸向截面上的正投影形狀為圓拱形。

可選的，所述介質腔體包括沿其軸向依次設置的多個圓柱形子腔體，且多個所述圓柱形子腔體的內徑由上而下遞增。

可選的，所述射頻線圈結構包括一個立體螺旋線圈，所述立體螺旋線圈的輸入端與所述上射頻源電連接，所述立體螺旋線圈的輸出端接地；或者，

所述射頻線圈結構包括兩個立體螺旋線圈，兩個所述立體螺旋線圈的各匝線圈一一對應地沿水平方向并排設置，并且兩個所述立體螺旋線圈相對于所述介質腔體的軸向對稱，且電流方向相同；兩個所述立體螺旋線圈的輸入端均與所述上射頻源電連接；兩個所述立體螺旋線圈的輸出端均接地。

可選的，所述立體螺旋線圈的匝數大于等于2，且小于等于20；相鄰的兩匝線圈之間的距離大于等于1mm，且小于等于150mm。

可選的，所述介質腔體包括沿其軸向依次設置的多個圓柱形子腔體，且多個所述圓柱形子腔體的內徑由上而下遞增；

每個所述圓柱形子腔體的頂部均設置有所述立體螺旋線圈的至少一匝線圈。

可選的，所述射頻線圈結構包括沿所述介質腔體的軸向間隔設置的多個平面線圈組，且多個所述平面線圈組的最小內徑由上而下遞增；