[发明专利]等离子体处理装置及等离子体刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体加工设备，特别涉及一种等离子体处理装置及应用该处理装置的等离子体刻蚀方法。

背景技术

等离子体处理装置被广泛应用于各种半导体制造工艺，例如沉积工艺(如化学气相沉积)、刻蚀工艺(如干法刻蚀)等。以等离子体刻蚀工艺为例，通过在等离子体刻蚀装置的反应腔室内配置电极，以蚀刻气体作为工艺气体提供给反应腔室内，利用在电极上施加射频而在反应腔室内形成工艺气体的等离子体，通过由该等离子体生成的原子团、离子等完成蚀刻的干法刻蚀工艺。

近年来，利用等离子体刻蚀工艺形成高深宽比结构，如TSV硅通孔技术，正越来越受到广泛的重视和研究。高深宽比结构的形成，典型包括两个步骤，首先是利用图形刻蚀制程在晶圆表面形成图形化的光刻胶作为掩膜层，然后以合适的工艺气体产生等离子体并将其用到未被掩膜层保护的蚀刻区域，从而刻蚀出深沟槽。在刻蚀出深沟槽之后，再执行不需要掩膜层的无图形刻蚀(blanket etching)制程以对所形成的深沟槽进行减薄最终形成所希望的深度的高深宽比结构。然而，在无图形刻蚀制程中，由于晶圆的边缘区域与中间区域刻蚀速率不同，边缘区域的刻蚀速率偏快，这将造成整个晶圆范围内各高深宽比结构刻蚀深度、顶部特征尺寸和底部特征尺寸的不一致，进而影响产品良率。而若在不同腔室中分别进行高深宽比结构的图形刻蚀和无图形刻蚀，又会造成工艺效率的降低和成本的增加。

为解决上述问题，现有技术中在反应腔室内设置一可移动的遮蔽环，以减小边缘区域等离子体的轰击，从而改善无图形刻蚀时的刻蚀均匀性。如图1a和1b所示，等离子体刻蚀装置包括反应腔室10，反应腔室10顶部具有绝缘盖板11，底部设置有用于夹持待处理基片W的基座14。进气单元12设置于反应腔室10的侧壁绝缘盖板11下方提供工艺气体。绝缘盖板11上设置电感耦合线圈13，线圈通过匹配器(图中未示)与射频源(图中未示)连接，通过在线圈13中通入射频电流产生交变的磁场，进而在反应腔室10内感生出电场，将工艺气体电离生成等离子体。进气单元12下方设置有内径为ΦD1的气体集中环16，气体集中环16根据其内径大小可对进气单元12附近的工艺气体及其等离子体分布进行约束。覆盖环15设于基片W的周围，用于保护基座14免受等离子体轰击损耗。可移动的遮蔽环17具有较小的内径ΦD2，其由驱动单元18驱动而以非接触的方式定位于基片W的表面上方。驱动单元根据刻蚀制程需求，当需要进行无图形刻蚀制程时，使遮蔽环17接近气体集中环16，由于遮蔽环17内径较小，气体集中环16所通过的工艺气体和等离子体被限制在遮蔽环17范围内，由此可阻止等离子体接触基片周缘，降低基片边缘的刻蚀速率；当需要进行深沟槽图形刻蚀制程时，使遮蔽环17接近基片W表面，气体集中环16使得工艺气体及等离子体能够在较大范围内扩散下降。

然而，当进行深沟槽图形刻蚀制程时，贴近于基片的遮蔽环也同时影响了基片W边缘区域的等离子体密度，特别是遮蔽环17内径ΦD2小于基片W直径时，更会导致深沟槽剖面形貌控制不佳。

因此，需要提出一种等离子体处理装置能够同时改善高深宽比结构形貌控制以及无图形刻蚀的均匀性。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种能够原位执行图形刻蚀和无图形刻蚀制程且不影响各刻蚀制程的刻蚀均一性和刻蚀形貌的等离子体处理装置及等离子体刻蚀方法。

为达成上述目的，本发明提供一种等离子体处理装置，其包括反应腔室和驱动单元。所述反应腔室具有用于向所述反应腔室输入工艺气体的进气单元；用于载置待处理基片的基座；第一气体集中环，设置于所述进气单元和所述基座之间，其包括内环形体和外环形体，所述外环形体包围所述内环形体并通过至少一条辐条与所述内环形体连接为一体，所述内环形体与外环形体之间的中空部以及所述内环形体以内的中空部供所述工艺气体和/或其等离子体通过；以及可移动的第二气体集中环，设于所述基片外周侧并位于所述基片和所述第一气体集中环之间。所述驱动单元用于驱动所述第二气体集中环在远离所述第一气体集中环的第一位置和贴合于所述第一气体集中环下表面的第二位置之间垂直移动；其中当所述第二气体集中环移动至所述第二位置时，其完全遮蔽所述内环形体与外环形体之间的中空部同时完全暴露所述内环形体以内的中空部。

优选的，所述内环形体、所述外环形体与所述第二气体集中环为同轴的圆环。

优选的，所述第二气体集中环的外径大于所述外环形体的内径，所述第二气体集中环的内径大于所述内环形体的内径且小于所述内环形体的外径。