等離子體刻蝕裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工設(shè)備，特別涉及一種等離子體刻蝕裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路集成度的提高和元件線寬的減小，等離子體刻蝕(Plasma Etching)工藝得到了極為廣泛的應(yīng)用。等離子體刻蝕工藝是通過在等離子體刻蝕裝置的反應(yīng)腔室內(nèi)配置電極，以蝕刻氣體作為反應(yīng)氣體提供給反應(yīng)腔室內(nèi)，利用在電極上施加射頻而在反應(yīng)腔室內(nèi)形成反應(yīng)氣體的等離子體，通過由該等離子體生成的原子團、離子等完成蝕刻的干法刻蝕工藝。
[0003]近年來，利用等離子體刻蝕工藝形成高深寬比結(jié)構(gòu)，如TSV硅通孔技術(shù)，正越來越受到廣泛的重視和研究。高深寬比結(jié)構(gòu)的形成，典型地是利用圖形刻蝕制程在晶圓表面形成圖形化的光刻膠作為掩膜層，然后以合適的反應(yīng)氣體產(chǎn)生等離子體并將其用到未被掩膜層保護(hù)的蝕刻區(qū)域，從而刻蝕出深溝槽。通常來說，在刻蝕出深溝槽之后，還可能會執(zhí)行不需要掩膜層的無圖形刻蝕(blanket etching)制程以對所形成的深溝槽進(jìn)行減薄最終形成所希望的深度的高深寬比結(jié)構(gòu)。然而，在無圖形刻蝕制程中，由于晶圓的邊緣區(qū)域與中間區(qū)域刻蝕速率不同，邊緣區(qū)域的刻蝕速率偏快，這將造成整個晶圓范圍內(nèi)各高深寬比結(jié)構(gòu)刻蝕深度、頂部特征尺寸和底部特征尺寸的不一致，進(jìn)而影響產(chǎn)品良率。而若在不同腔室中分別進(jìn)行高深寬比結(jié)構(gòu)的圖形刻蝕和無圖形刻蝕，又會造成工藝效率的降低和成本的增加。
[0004]為解決上述問題，現(xiàn)有技術(shù)中在晶圓周圍設(shè)置一遮蔽環(huán)，以減小邊緣區(qū)域等離子體的轟擊，從而改善無圖形刻蝕時的刻蝕均勻性。如圖1所示，等離子體刻蝕裝置包括反應(yīng)腔室10，其中引入有刻蝕氣體作為反應(yīng)氣體；反應(yīng)腔室10的頂部設(shè)置有反應(yīng)氣體噴淋頭11，其中包含上電極15 ;反應(yīng)腔室10底部設(shè)置有用于夾持待處理基片W的靜電夾盤12，其中設(shè)置有與上電極15相對的下電極16。射頻源RF施加在下電極16上，在上電極15和下電極16之間形成射頻電場，對刻蝕氣體電離生成等離子體。聚焦環(huán)13設(shè)于基片W的周圍，其頂面與基片W的頂面平齊，用于收斂基片W表面的等離子體。遮蔽環(huán)14環(huán)繞聚焦環(huán)外周設(shè)置，用于掩蔽或遮蔽基片周緣處的一部分等離子體以使基片邊緣部分等離子體的密度減小，從而降低晶圓30邊緣處的刻蝕速率。
[0005]然而，采用遮蔽環(huán)雖然能夠提高無圖形刻蝕制程中整個基片范圍內(nèi)的刻蝕均勻性，但遮蔽環(huán)也同時影響了邊緣區(qū)域的等離子體密度，又會導(dǎo)致圖形刻蝕制程中深溝槽剖面形貌控制不佳。
[0006]因此，需要提出一種等離子體刻蝕裝置能夠同時改善高深寬比結(jié)構(gòu)形貌控制以及無圖形刻蝕的均勻性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種能夠原位執(zhí)行圖形刻蝕和無圖形刻蝕制程且不影響各刻蝕制程的刻蝕均一性和刻蝕形貌的等離子體刻蝕裝置。
[0008]為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種等離子體刻蝕裝置，用于原位執(zhí)行深溝槽圖形刻蝕制程和無圖形刻蝕制程，其包括反應(yīng)腔室，其具有用于夾持待處理基片的靜電夾盤以及可移動的環(huán)狀遮蔽部件，環(huán)狀遮蔽部件設(shè)于所述基片外周側(cè)并位于所述基片的上方；驅(qū)動單元，用于驅(qū)動所述環(huán)狀遮蔽部件在垂直方向上移動；以及控制單元，與所述驅(qū)動單元相連，其在待進(jìn)行所述深溝槽圖形刻蝕制程時控制所述驅(qū)動單元驅(qū)動所述環(huán)狀遮蔽部件定位于遠(yuǎn)離所述基片的第一位置，在待進(jìn)行所述無圖形刻蝕制程時控制所述驅(qū)動單元驅(qū)動所述環(huán)狀遮蔽部件定位于鄰近所述基片的第二位置。
[0009]優(yōu)選的，所述反應(yīng)腔室還包括環(huán)繞所述基片的聚焦環(huán)，所述聚焦環(huán)位于環(huán)狀遮蔽部件下方。
[0010]優(yōu)選的，所述反應(yīng)腔室還包括環(huán)繞所述聚焦環(huán)的覆蓋環(huán)，所述覆蓋環(huán)位于所述環(huán)狀遮蔽部件下方且其上表面與所述聚焦環(huán)的上表面平齊。
[0011 ] 優(yōu)選的，所述環(huán)狀遮蔽部件為遮蔽環(huán)或氣體導(dǎo)向環(huán)。
[0012]優(yōu)選的，所述遮蔽環(huán)的內(nèi)周面為自上向下徑向向外延伸的錐形面。
[0013]優(yōu)選的，所述氣體導(dǎo)向環(huán)的截面形狀為矩形。
[0014]優(yōu)選的，所述環(huán)狀遮蔽部件定位于所述第二位置時，其下表面與所述基片上表面的距離為1?2臟。
[0015]優(yōu)選的，所述遮蔽環(huán)定位于所述第一位置時，其下表面與所述基片上表面的距離為15?30mm ;所述氣體導(dǎo)向環(huán)定位于所述第一位置時,其下表面與所述基片上表面的距離為 30 ?60mm。
[0016]優(yōu)選的，所述環(huán)狀遮蔽部件在水平方向上自所述基片的邊緣徑向向內(nèi)延伸 _5mm ?5mm η
[0017]優(yōu)選的，所述聚焦環(huán)和所述覆蓋環(huán)的上表面突出于所述基片的上表面1?2mm。
[0018]優(yōu)選的，所述環(huán)狀遮蔽部件定位于所述第二位置時，其下表面貼合于所述聚焦環(huán)和所述覆蓋環(huán)的上表面。
[0019]優(yōu)選的，所述遮蔽環(huán)的材料選自石英或陶瓷，所述氣體導(dǎo)向環(huán)的材料選自鋁。
[0020]本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用上述等離子體刻蝕裝置的刻蝕方法，所述刻蝕方法包括原位執(zhí)行深溝槽圖形刻蝕制程和無圖形刻蝕制程，其包括以下步驟:將所述環(huán)狀遮蔽部件定位至所述第一位置；進(jìn)行所述深溝槽圖形刻蝕制程；將所述環(huán)狀遮蔽部件定位至所述第二位置；以及進(jìn)行所述無圖形刻蝕制程。
[0021]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的等離子體刻蝕裝置利用在深溝槽圖形刻蝕制程和無圖形刻蝕制程中將可升降的環(huán)狀遮蔽部件分別定位于反應(yīng)腔室內(nèi)的不同位置，可實現(xiàn)兩種刻蝕制程的原位執(zhí)行，同時每一種刻蝕制程中的刻蝕速率的均一性及刻蝕形貌均得以保持，提高了工藝效率和產(chǎn)品良率。
【附圖說明】
[0022]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中等離子體刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2a為本發(fā)明一實施例的等離子體刻蝕裝置進(jìn)行無圖形刻蝕時的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2b為本發(fā)明一實施例的等離子體刻蝕裝置進(jìn)行高深寬比結(jié)構(gòu)刻蝕時的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明另一實施例的等離子體刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4為應(yīng)用本發(fā)明一實施例等離子體刻蝕裝置的刻蝕方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0027]為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0028]圖2和圖3顯示了本發(fā)明的等離子處理裝置的不同實施方式，本發(fā)明的等離子體刻蝕裝置內(nèi)可原位(in-situ)執(zhí)行用于形成高深寬比結(jié)構(gòu)的深溝槽圖形刻蝕制程和無圖形刻蝕制程，應(yīng)該理解，等離子體刻蝕裝置僅僅是示例性的，其可以包括更少或更多的組成元件，或該組成元件的安排可能與圖中所示相同或不同。
[0029]實施例1
[0030]請參見圖2a和圖2b，其所示為本實施例等離子體刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。等離子體刻蝕裝置包括反應(yīng)腔室20，反應(yīng)腔室20的頂部設(shè)置有反應(yīng)氣體噴淋頭21，反應(yīng)氣體噴淋頭21包含上電極，反應(yīng)腔室20底部設(shè)置有用于夾持待處理基片W的靜電夾盤22，靜電夾盤22中設(shè)置有與上電極相對的下電極。射頻源RF施加在下電極上，以形成射頻電場對刻蝕氣體電離生成等離子體。在基片外周側(cè)設(shè)有可升降的環(huán)狀遮蔽部件23。如圖所示，環(huán)狀遮蔽部件23通過支撐桿24以非接觸的方式定位于基片W的表面上方。支撐桿24較佳為沿環(huán)狀遮蔽部件23的周向均勻分布為三個，其一端與環(huán)狀遮蔽部件23固定連接，另一端連接驅(qū)動單元25。本實施例中，驅(qū)動單元25設(shè)于反應(yīng)腔室20的底部，其可包含電機、氣缸等設(shè)備，用于使支撐桿24與環(huán)狀遮蔽部件23在垂直方向升降以使環(huán)狀遮蔽部件23接近或遠(yuǎn)離基片W。位于反應(yīng)腔室外部的控制單元26與驅(qū)動單元25相連，其根據(jù)反應(yīng)腔室內(nèi)所進(jìn)行的刻蝕制程發(fā)出相應(yīng)控制信號至驅(qū)動單元25以進(jìn)行環(huán)狀遮蔽部件23的升降操作。具體來說，當(dāng)反應(yīng)腔室20內(nèi)待進(jìn)行深溝槽圖形刻蝕制程時，控制單元26發(fā)出第一控制信號使驅(qū)動單元25驅(qū)動連桿帶動環(huán)狀遮蔽部件23定位至遠(yuǎn)離基片W的第一位置，然后進(jìn)行深溝槽圖形刻蝕。由于環(huán)狀遮蔽部件23遠(yuǎn)離基片表面，在圖形刻蝕時基片W表面附近的等離子體密度不易受到環(huán)狀遮蔽部件23的影響，基片W邊緣區(qū)域所刻蝕出的深溝槽的剖面形貌得以保證。而當(dāng)反應(yīng)腔室20內(nèi)待進(jìn)行無圖形刻蝕制程以調(diào)整所形成的深溝槽的深度時，控制單元26發(fā)出第二控制信號使驅(qū)動單元25驅(qū)動連桿帶動環(huán)狀遮蔽部件23定位至接近基片W的第二位置，然后再執(zhí)行無圖形刻蝕。由于環(huán)狀遮蔽部件23鄰近基片表面，阻止部分等離子體接觸基片周緣，從而降低基片邊緣處的刻蝕速率，保證了整個基片表面的刻蝕均一性，進(jìn)而改善了各高深寬比結(jié)構(gòu)的刻蝕深度、頂部特征尺寸和底部特征尺寸的均一性。
[0031]在本實施例中，環(huán)狀遮蔽部件23為例如陶瓷或石英等絕緣