[发明专利]一种等离子体刻蚀装置及其中的边缘环

说明书

本申请提供一种等离子体刻蚀装置及其中的边缘环，边缘环位于静电吸盘的外围，静电吸盘用于固定其上的待处理晶圆，边缘环可以包括聚焦环，聚焦环具有内侧部分和外侧部分，内侧部分位于待处理晶圆边缘的下方，外侧部分向外超出待处理晶圆的覆盖范围，外侧部分高于内侧部分，至少在聚焦环的外侧部分形成有保护涂层，保护涂层的介电常数从表面至底部逐渐增大，这样，可以使得等离子体鞘层在晶圆的整个表面保持均匀。同时即使边缘环上的保护涂层被等离子体刻蚀而发生磨损，保护涂层内部的较高介电常数的表面暴露出来，从而使保护涂层具有更好的电荷负载能力，维持等离子体鞘层的稳定，从而维持刻蚀速率的稳定性。

技术领域

本申请涉及半导体器件及其制造领域，特别涉及一种等离子体刻蚀装置及其中的边缘环。

背景技术

在半导体器件的制造过程中，等离子刻蚀是将晶圆加工成设计图案的关键工艺。

在典型的等离子体刻蚀工艺中，工艺气体(如CF₄、O₂等)在射频(Radio Frequency，RF)激励作用下形成等离子体。这些等离子体在经过上电极和下电极之间的电场(电容耦合或者电感耦合)作用后与晶圆表面发生物理轰击作用及化学反应，从而刻蚀出具有特定结构的晶圆。

然而，等离子体浓度随晶圆的相对位置(如中心位置和边缘位置)不同而有所差异，导致在晶圆不同位置的刻蚀速率不均匀，影响半导体器件整体制造良率的提升。参考图1为等离子体刻蚀腔室的简化截面图，其中晶圆120位于刻蚀腔室中的静电吸盘110上，等离子体鞘层130将在晶圆120边缘附近急剧地向上弯曲。因此，晶圆120在边缘区域和中心区域将承受不同的等离子处理环境，从而将导致刻蚀过程的不均匀。

如何保持等离子体刻蚀速率的均匀性，是先进集成电路制造的主要挑战之一。目前普遍采用的方式是在静电吸盘110周围使用边缘环调整等离子体鞘层130曲线，从而调控对晶圆进行等离子体刻蚀的均匀性。参考图2为使用了边缘环230的等离子体刻蚀腔体简化截面图，其中边缘环230设置于静电吸盘110的外围，可以辅助静电吸盘110上的晶圆120定位，并防止晶圆120的下层组件被等离子体损坏。可以看出，通过使用边缘环230，等离子鞘层240在晶圆120外有一定距离的延伸，因此能够改善等离子体鞘层240在晶圆120表面的均匀性，从而一定程度上提高对晶圆的刻蚀均匀性。

随着半导体高端制程(10nm以下)技术的不断进步，等离子体刻蚀腔室对刻蚀的稳定性要求也越来越高。对于改善等离子鞘层的边缘环而言，也需要保持性能稳定。而随着RF时间的增加，由于持续受到等离子体的物理化学作用，处于等离子体刻蚀腔室中的边缘环几何尺寸逐渐减小，使得邻近边缘环损坏区域的等离子体鞘层发生改变，导致刻蚀效果也随着RF时间的增加而出现漂移现象，容易造成刻蚀速率的不稳定。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种等离子体刻蚀装置及其中的边缘环，以调控等离子体刻蚀腔室中的等离子鞘层均匀性和稳定性，进而提高等离子体刻蚀的均匀性和稳定性。

为实现上述目的，本申请有如下技术方案：

本申请实施例提供了一种等离子体刻蚀装置中的边缘环，所述边缘环位于静电吸盘的外围，所述静电吸盘用于固定其上的待处理晶圆，包括：

聚焦环，具有内侧部分和外侧部分，所述内侧部分位于所述待处理晶圆边缘的下方，所述外侧部分向外超出所述待处理晶圆的覆盖范围，所述外侧部分高于所述内侧部分；

至少覆盖所述聚焦环的外侧部分的保护涂层，所述保护涂层的介电常数从表面至底部逐渐增大。

可选的，所述边缘环还包括：在所述聚焦环外围的覆盖环，所述覆盖环上形成有保护涂层。

可选的，所述聚焦环的材料为以下材料的至少一种：石英、氧化铝、氮化铝、单晶硅、多晶硅、碳化硅、氮化硅、氧化硅；所述覆盖环的材料为以下材料的至少一种：石英、氧化铝、氮化铝、单晶硅、多晶硅、碳化硅、氮化硅、氧化硅。