專利名稱：蝕刻裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及蝕刻裝置及方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體器件的集成度也越來越高。現(xiàn)有的半導(dǎo)體器 件都具有多層結(jié)構(gòu)。在制造半導(dǎo)體器件的過程中，為了不致對例如材料生長等后續(xù)工藝造 成影響，通常在形成每一層材料后(例如經(jīng)過化學(xué)氣相沉積形成一層材料后)，都會對于該 層材料的表面進(jìn)行拋光，以使得該層材料的表面平整度符合工藝的要求。在所述拋光步驟中，最常采用的方法就是化學(xué)機(jī)械研磨?；瘜W(xué)機(jī)械研磨的優(yōu)勢在 于其對于材料表面的研磨速度較快。然而，化學(xué)機(jī)械研磨由于是機(jī)械研磨和化學(xué)反應(yīng)的結(jié) 合應(yīng)用，在平整度的控制上有時并不能完全滿足工藝的要求，例如存在研磨中心和研磨邊 緣的研磨速率不一致，而導(dǎo)致平整度不夠均勻的問題。有鑒于此，現(xiàn)有工藝實踐中還采用蝕刻的方法對材料表面進(jìn)行拋光處理。由于同 一種蝕刻劑或蝕刻氣體對不同材料的蝕刻速率不同，因而可以通過選擇合理的蝕刻劑或蝕 刻氣體來達(dá)到較好的處理效果。例如，在美國專利US3511727中，就提供了一種使用例如 ClF3進(jìn)行干法蝕刻，對材料表面進(jìn)行拋光的方法。目前，通常采用的干法蝕刻為利用等離子體進(jìn)行蝕刻的方法，例如反應(yīng)離子蝕 刻方法。由于反應(yīng)離子蝕刻(RIE，Reactive Ion Etching)具有較快的蝕刻速率，并且 是具有高選擇比的各向異性蝕刻，所以反應(yīng)離子蝕刻在微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS，Micro Electronics Mechanical System)力口工中得至Ij了廣泛地應(yīng)用。然而，反應(yīng)離子蝕刻對于一些需要更高精度要求的工藝來說，存在著蝕刻速率控 制不夠精確、蝕刻不夠均勻的不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的是現(xiàn)有技術(shù)干法蝕刻的蝕刻速率控制還不夠精確，以及蝕刻不夠均 勻的問題。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種蝕刻裝置，包括具有多個進(jìn)氣口的腔體，所述腔 體內(nèi)具有晶圓托盤，用于承載晶圓，所述腔體還包括多個位于晶圓托盤下的蝕刻控制單元， 所述蝕刻控制單元用于對相應(yīng)的晶圓待蝕刻位置進(jìn)行電壓控制，所述電壓的極性與經(jīng)由進(jìn) 氣口通入腔體的帶電蝕刻氣體極性相反。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種蝕刻方法，包括使用帶電蝕刻氣體對晶圓進(jìn)行蝕刻， 在蝕刻時對相應(yīng)的晶圓待蝕刻位置進(jìn)行電壓控制，所述電壓的極性與所述帶電蝕刻氣體的 極性相反。與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述蝕刻裝置及方法具有以下優(yōu)點對晶圓待蝕刻位置施加與 帶電蝕刻氣體極性相反的電壓，由于異性相吸的原理，所述蝕刻氣體就會被吸附在晶圓待 蝕刻位置，從而進(jìn)行蝕刻反應(yīng)。也就是說，當(dāng)確定了晶圓待蝕刻位置后，就可在晶圓相應(yīng)位
3置施加電壓，從而更精確地控制蝕刻反應(yīng)的位置。此外，蝕刻速率則可通過所施加電壓的大 小進(jìn)行控制。并且，所述蝕刻裝置通過多個蝕刻控制單元分別控制晶圓相應(yīng)位置的蝕刻反應(yīng)， 能夠更精確地對各個蝕刻位置的蝕刻速率進(jìn)行控制。相應(yīng)地，蝕刻均勻度也較好。


圖1是本發(fā)明蝕刻裝置的一種實施例示意圖；圖2是圖1所示蝕刻裝置中的蝕刻控制單元的一種實例示意圖；圖3是圖1所示蝕刻裝置中的蝕刻過程的一種實施例示意圖。
具體實施例方式通過上述說明可以得知，例如反應(yīng)離子蝕刻等利用等離子體進(jìn)行蝕刻的方法雖然 具有蝕刻速率較快的優(yōu)點，但其也存在著蝕刻速率較難控制，以及蝕刻不夠均勻的問題。并 且，在例如反應(yīng)離子蝕刻中雖然也通過在晶圓托盤下設(shè)置下電極來控制蝕刻速率，但由于 該電極是對于整個晶圓起作用，而非精確到蝕刻位置，由于晶圓上的電場分布不均勻，很難 保證各個蝕刻位置的蝕刻速率一致。另外，反應(yīng)離子蝕刻等利用等離子體進(jìn)行蝕刻的方法，在蝕刻前都需對蝕刻氣體 先電離形成等離子體。而經(jīng)過本發(fā)明的發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，一些蝕刻氣體即使未經(jīng)電離，其也 帶電?；诖耍景l(fā)明提供一種蝕刻裝置，根據(jù)其中一種實施方式，所述蝕刻裝置包括具 有多個進(jìn)氣口的腔體，所述腔體內(nèi)具有晶圓托盤，用于承載晶圓，所述腔體還包括多個位于 晶圓托盤下的蝕刻控制單元，所述蝕刻控制單元用于對相應(yīng)的晶圓待蝕刻位置進(jìn)行電壓控 制，所述電壓的極性與經(jīng)由進(jìn)氣口通入腔體的帶電蝕刻氣體極性相反。上述蝕刻裝置的實施方式通過蝕刻控制單元，在與其相對應(yīng)的晶圓待蝕刻位置施 加與帶電蝕刻氣體極性相反的電壓，在所述待蝕刻位置處形成相應(yīng)電場。由于異性相吸的 原理，所述蝕刻氣體就會被吸附在晶圓待蝕刻位置，從而進(jìn)行蝕刻反應(yīng)。也就是說，當(dāng)確定 了晶圓待蝕刻位置后，就可在晶圓相應(yīng)位置施加電壓，從而更精確地控制蝕刻反應(yīng)的位置。 此外，蝕刻速率則可通過所施加電壓的大小進(jìn)行控制。并且，所述蝕刻裝置通過多個蝕刻控制單元分別控制晶圓相應(yīng)位置的蝕刻反應(yīng)， 能夠更精確地對各個蝕刻位置的蝕刻速率進(jìn)行控制。相應(yīng)地，蝕刻均勻度也較好。上述晶圓產(chǎn)品可應(yīng)用于微電子機(jī)械系統(tǒng)中，包括通過硅片通道(TSV，Through Silicon Vias)的應(yīng)用。以下通過一個具體實例對上述蝕刻裝置進(jìn)行進(jìn)一步說明。參照圖1所示，本發(fā)明蝕刻裝置的一種實施例包括腔體1，所述腔體1上具有多個 進(jìn)氣口 10、11，所述多個進(jìn)氣口 10、11分別與相應(yīng)的傳輸蝕刻氣體的管道相連。例如，當(dāng)前蝕刻采用氫氣(H2)、三氟化氯(ClF3)的混合氣體作為蝕刻硅的蝕刻氣 體，其中進(jìn)氣口 10與傳輸氫氣的傳輸管道相連；進(jìn)氣口 11則與傳輸三氟化氯的傳輸管道相 連。又例如，當(dāng)前蝕刻采用氫氣、三氟化溴(BrF3)的混合氣體作為蝕刻硅的蝕刻氣體，其中進(jìn)氣口 10與傳輸氫氣的傳輸管道相連；進(jìn)氣口 11則與傳輸三氟化溴的傳輸管道相連。所述腔體1中具有晶圓托盤12，其用于承載晶圓2。例如，所述晶圓托盤12可以 為靜電吸附盤。所述腔體1中還包括多個位于晶圓托盤12下的蝕刻控制單元130 132，所述各 個蝕刻控制單元分別對與其相對應(yīng)的晶圓待蝕刻位置進(jìn)行電壓控制，以精確控制蝕刻反應(yīng) 的位置及蝕刻速率。例如，參照圖2所示，所述蝕刻控制單元130 132可以共同構(gòu)成同心圓，其中，蝕 刻控制單元132所包圍的圓周面積與晶圓大小相同。所述各個蝕刻控制單元分別對晶圓上 與其所包圍的面積對應(yīng)的區(qū)域進(jìn)行電壓控制。其中，所述蝕刻控制單元130對晶圓上與其 所包圍的圓周對應(yīng)的區(qū)域進(jìn)行電壓控制，所述蝕刻控制單元131對晶圓上與其所包圍的圓 環(huán)對應(yīng)的區(qū)域進(jìn)行電壓控制，所述蝕刻控制單元132對晶圓上與其所包圍的圓環(huán)對應(yīng)的區(qū) 域進(jìn)行電壓控制。所述蝕刻控制單元的數(shù)量可以根據(jù)所需要的刻蝕速率的精確度進(jìn)行確定，比如可 以通過增加或者刪減所述蝕刻控制單元的數(shù)量來滿足蝕刻速率的精確度較高或者較低的需求。所述各個蝕刻控制單元還可以分別對與其相對應(yīng)的晶圓待蝕刻位置進(jìn)行溫度控 制。例如，所述蝕刻控制單元可以為電發(fā)熱元件，如電發(fā)熱片、電熱絲等。使用例如電發(fā)熱元件，可以同時提供電壓控制和溫度控制功能，當(dāng)然也可分別設(shè) 置電壓控制單元和溫度控制單元進(jìn)行電壓和溫度控制。所述腔體1還具有多個出氣口 14，所述出氣口 14可以通過閥門與抽真空系統(tǒng)相 連，通過抽真空系統(tǒng)來控制蝕刻時的壓力。所述進(jìn)氣口 10、11還可分別通過傳導(dǎo)閥與惰性氣體源相連，用于可控地獲得惰性 氣體源提供的惰性氣體。當(dāng)傳導(dǎo)閥關(guān)閉時，所述進(jìn)氣口 10、11不接收惰性氣體源提供的惰 性氣體；當(dāng)傳導(dǎo)閥開啟時，所述進(jìn)氣口 10、11接收惰性氣體源提供的惰性氣體。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種蝕刻方法，根據(jù)其中一種實施方式，包括使用帶電蝕 刻氣體對晶圓進(jìn)行蝕刻，在蝕刻時對相應(yīng)的晶圓待蝕刻位置進(jìn)行電壓控制，所述電壓的極 性與所述帶電蝕刻氣體的極性相反。以下結(jié)合圖1 圖3對上述蝕刻方法的過程進(jìn)行進(jìn)一步說明。對于蝕刻晶圓2表面的硅，仍以采用氫氣(H2)、三氟化氯(ClF3)以及惰性氣體的 混合氣體作為蝕刻氣體為例。當(dāng)進(jìn)行蝕刻時，所述氫氣、惰性氣體的混合氣體通過相應(yīng)的傳 輸管道經(jīng)由進(jìn)氣口 10通入腔體1中，而三氟化氯、惰性氣體的混合氣體通過相應(yīng)的傳輸管 道經(jīng)由進(jìn)氣口 11通入腔體1中。參照圖3所示，假定此時腔體1中的晶圓2的待蝕刻位置對應(yīng)蝕刻控制單元132， 則蝕刻控制單元132通過晶圓托盤12向晶圓2上所述待蝕刻位置施加電壓，而蝕刻控制單 元130 131則不向晶圓2相應(yīng)位置施加電壓。具體地說，所述蝕刻控制單元130 132 分別與交流電源相連。當(dāng)確定晶圓2的待蝕刻位置后，就可開啟與待蝕刻位置對應(yīng)的蝕刻 控制單元所連接的交流電源，以向相應(yīng)待蝕刻位置施加電壓。繼續(xù)參照圖3所示，由于三氟化氯氣體即使不經(jīng)電離也帶負(fù)電，因而所述蝕刻控 制單元132通過晶圓托盤12向晶圓2施加的電壓為正電壓。此時，晶圓2表面相應(yīng)位置成正電場。由于異性相吸的原理，三氟化氯氣體就會被吸附在所述 位置，發(fā)生蝕刻反應(yīng)。相對地，由于蝕刻控制單元130 131未向晶圓2相應(yīng)位置施加電壓，晶圓2相應(yīng) 位置也不會形成正電場，從而三氟化氯氣體也不會被吸附于所述位置上產(chǎn)生蝕刻反應(yīng)。因 此，通過蝕刻控制單元就可精確地控制晶圓2表面發(fā)生蝕刻反應(yīng)的位置。此外，通過所述蝕刻控制單元改變施加于晶圓2的電壓大小，也可改變吸引三氟 化氯氣體的速度。例如，通過改變交流電源所輸出的電壓大小，來改變蝕刻控制單元施加于 晶圓2的電壓大小。施加的電壓大，吸引三氟化氯氣體的速度也快，相應(yīng)蝕刻反應(yīng)也劇烈， 蝕刻速率就變大；而施加的電壓小，吸引三氟化氯氣體的速度也慢，相應(yīng)蝕刻反應(yīng)也平緩， 蝕刻速率就變小。因而，在上述蝕刻控制單元選擇性地施加電壓來精確控制發(fā)生蝕刻反應(yīng) 的位置的基礎(chǔ)上，通過改變所施加電壓的大小，就可進(jìn)一步精確控制蝕刻速率。當(dāng)所述蝕刻控制單元為電發(fā)熱元件時，其還可基于加電發(fā)熱的原理，對晶圓2相 應(yīng)位置同時進(jìn)行溫度控制，從而通過溫度控制也可改變蝕刻速率。因此，通過溫度控制和電壓控制的結(jié)合應(yīng)用，就能實現(xiàn)更高質(zhì)量的蝕刻控制。此外，由于上述各個蝕刻控制單元分別對于晶圓2的不同位置進(jìn)行對應(yīng)的電壓、 溫度控制，蝕刻均勻度也將得到提高。例如，蝕刻控制單元132施加于晶圓2上的正電壓大 小以及控制的溫度為一定值時，晶圓2表面與蝕刻控制單元132對應(yīng)的區(qū)域處的蝕刻速率 也相同。從而，蝕刻過程中的蝕刻均勻度也較好。雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種蝕刻裝置，包括具有多個進(jìn)氣口的腔體，所述腔體內(nèi)具有晶圓托盤，用于承載晶圓，其特征在于，所述腔體還包括多個位于晶圓托盤下的蝕刻控制單元，所述蝕刻控制單元用于對相應(yīng)的晶圓待蝕刻位置進(jìn)行電壓控制，所述電壓的極性與經(jīng)由進(jìn)氣口通入腔體的帶電蝕刻氣體極性相反。
2.如權(quán)利要求1所述的蝕刻裝置，其特征在于，所述晶圓托盤為靜電吸附盤。
3.如權(quán)利要求1所述的蝕刻裝置，其特征在于，所述腔體還具有多個出氣口，所述出氣 口通過閥門與抽真空系統(tǒng)相連，用于控制蝕刻時的壓力。
4.如權(quán)利要求1所述的蝕刻裝置，其特征在于，所述進(jìn)氣口還通過傳導(dǎo)閥與提供惰性 氣體的惰性氣體源相連。
5.如權(quán)利要求1所述的蝕刻裝置，其特征在于，所述蝕刻控制單元還對相應(yīng)的晶圓待 蝕刻位置進(jìn)行溫度控制。
6.如權(quán)利要求5所述的蝕刻裝置，其特征在于，所述蝕刻控制單元為電發(fā)熱元件。
7.如權(quán)利要求1所述的蝕刻裝置，其特征在于，所述帶電蝕刻氣體為(1&或81^3。
8.如權(quán)利要求1所述的蝕刻裝置，其特征在于，所述帶電蝕刻氣體為C1F3、H2的混合氣 體或BrF3、H2的混合氣體。
9.如權(quán)利要求7或8所述的蝕刻裝置，其特征在于，所述蝕刻控制單元對晶圓的待蝕刻 位置進(jìn)行電壓控制時施加的電壓為正電壓。
10.一種蝕刻方法，包括使用帶電蝕刻氣體對晶圓進(jìn)行蝕刻，其特征在于，在蝕刻時 對相應(yīng)的晶圓待蝕刻位置進(jìn)行電壓控制，所述電壓的極性與所述帶電蝕刻氣體的極性相 反。
11.如權(quán)利要求10所述的蝕刻方法，其特征在于，所述帶電蝕刻氣體為ClF3或BrfV
12.如權(quán)利要求10所述的蝕刻方法，其特征在于，所述帶電蝕刻氣體為C1F3、H2的混合 氣體或BrF3、H2的混合氣體。
13.如權(quán)利要求10所述的蝕刻方法，其特征在于，所述帶電蝕刻氣體為C1F3、H2以及惰 性氣體的混合氣體或BrF3、H2以及惰性氣體的混合氣體。
14.如權(quán)利要求11至13任一項所述的蝕刻方法，其特征在于，對相應(yīng)的晶圓待蝕刻位 置進(jìn)行電壓控制時施加的電壓為正電壓。
15.如權(quán)利要求10所述的蝕刻方法，其特征在于，還包括在蝕刻時對相應(yīng)的晶圓待蝕 刻位置進(jìn)行溫度控制。
全文摘要
一種蝕刻裝置及方法。一種蝕刻裝置，包括具有多個進(jìn)氣口的腔體，所述腔體內(nèi)具有晶圓托盤，用于承載晶圓，所述腔體還包括多個位于晶圓托盤下的蝕刻控制單元，所述蝕刻控制單元用于對相應(yīng)的晶圓待蝕刻位置進(jìn)行電壓控制，所述電壓的極性與經(jīng)由進(jìn)氣口通入腔體的帶電蝕刻氣體極性相反。所述蝕刻裝置還具有多個出氣口，所述出氣口通過閥門與抽真空系統(tǒng)相連，用于控制蝕刻時的壓力。所述進(jìn)氣口還通過傳導(dǎo)閥與提供惰性氣體的惰性氣體源相連。所述蝕刻裝置及方法的蝕刻速率能較好控制，且蝕刻均勻度較好。
文檔編號H01L21/311GK101924011SQ20091005294
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月11日
發(fā)明者三重野文健 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司