[发明专利]一种气体回流预防装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种等离子体刻蚀设备，尤其涉及一种等离子体刻蚀设备的气体回流预防装置。

背景技术

目前，半导体制造技术领域中，硅通孔（TSV）技术在三维立体封装领域得到了广泛应用。硅通孔技术需要对晶片进行深反应离子刻蚀，现有技术中，深反应离子刻蚀通常采用博世工艺（Bosch process）进行。博世工艺主要包括以下步骤：（1）刻蚀步骤，通常用含有SF₆的混合气体进行化学反应离子刻蚀；（2）聚合物沉积钝化步骤，通常用含有C₄H₈的混合气体在孔洞内侧面形成氟碳聚合物层，以使下一个周期的刻蚀步骤中化学反应离子刻蚀时，SF₆气体不会对侧壁的聚合物进行刻蚀或者刻蚀速率非常慢；刻蚀步骤和沉积步骤交替循环进行，直到深孔刻蚀完成。采用交替重复进行各向同性刻蚀和聚合物沉积工艺，从而实现完全的各向异性的深度刻蚀。

如附图1所示，现有技术的一种电感耦合等离子体刻蚀设备，其反应腔9设置有包覆在内部工作空间四周的腔壁31和顶部的介电板32，腔壁31上设置有气体注入板4，反应腔9内设置有晶片基座2，晶片基座2的下方设置有排气泵8。介电板32上方设置有射频线圈5，等离子体刻蚀设备工作时，射频线圈5与等离子体刻蚀设备的射频电源61 相连接，晶片基座2与等离子体刻蚀设备的射频偏置电源62相连接，气体通过气体注入板4输入反应腔9，被电离成等离子体7，排气时排气泵8将气体排出反应腔9。

使用上述现有技术的等离子刻蚀设备实施博世工艺存在以下问题：（1）在刻蚀深硅通孔时，反复交替循环进行的刻蚀步骤和沉积钝化步骤在使通孔变深的同时还形成扇贝状起伏的侧墙。使用附图1所示现有技术的电感耦合等离子体刻蚀设备实施博世工艺在半导体材料晶片101上刻蚀深硅通孔102，其真实的显微形貌由扫描电子显微镜示于附图2，对其孔壁103及其附近区域N放大如附图3所示，可以看到孔壁103形成很明显的高低起伏的扇贝状侧墙A。（2）由于扇贝状侧墙在博世工艺中是无法避免但却是不希望存在的，因此需要消除或者减小扇贝状侧墙A。减小扇贝状侧墙A的一种方法是减少刻蚀气体与沉积气体切换更替的间隔时间而不改变刻蚀步骤和沉积步骤的反应时间。通常，刻蚀气体与沉积气体切换的间隔时间为1~2秒，为了减小扇贝状侧墙A，间隔时间需要减少到0.1~0.5秒。使用现有技术的等离子体刻蚀设备实施博世工艺时，由于刻蚀气体与沉积气体切换的间隔时间减少，两种气体在切换的过程中在反应腔内相互混合的风险增大，前一种气体未及时排出，回流与后一种输入的气体混合，会造成刻蚀速率降低。

发明内容

本发明提供了一种气体回流预防装置，在实施博世工艺刻蚀深硅通孔时，能够在刻蚀气体与沉积气体相互切换时防止前一种气体回流与后一种气体混合，从而可以减短两种气体的切换时间，减小博世工艺中形成的扇贝状侧墙，此外，还能够在其中一种气体工作时将其等离子体限制在反应腔内，将等离子体与真空分离，提高了刻蚀质量和生产效率。

本发明采用以下技术方案来实现：

一种气体回流预防装置，套置在等离子体刻蚀设备的反应腔内的晶片基座外，其特点是，所述的气体回流预防装置设为环状本体，所述的环状本体上间隔设置多个气道，在等离子刻蚀设备工作过程中环状本体的上表面气压大于环状本体的下表面气压。上述的气体回流预防装置，其特点是，所述的气道为通孔，通孔的上开口面积小于下开口面积。

上述的气体回流预防装置，其特点是，所述的气道为上下贯通的槽，槽的上开口面积小于下开口面积。

上述的气体回流预防装置，其特点是，所述的气道为上下贯通的几何形状，气道的上开口面积小于下开口面积。

上述的气体回流预防装置，其特点是，所述的环状本体的高度大于通孔上孔径与通孔下孔径平均值的2倍。

上述的气体回流预防装置，其特点是，所述的环状本体的高度大于槽的上槽口宽度与下槽口宽度平均值的2倍。

上述的气体回流预防装置，其特点是，所述的环状本体的高度大于几何形状上开口尺寸与下开口尺寸的平均值的2倍。

上述的气体回流预防装置，其特点是，所述的气道垂直设置在环状本体中。

上述的气体回流预防装置，其特点是，所述的气道斜置在环状本体中，与环状本体构成夹角。

上述的气体回流预防装置，其特点是，所述环状本体由金属材料制成。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：