[发明专利]等离子体处理装置及其半导体晶圆的处理方法

说明书

本发明涉及一种等离子体处理装置及其半导体晶圆的处理方法。等离子体处理装置，包括反应腔，反应腔内包括上电极组件、下电极组件、冷却通道及加热装置。上电极组件设置在反应腔内的上方，同时用于向反应腔内输送反应气体。下电极组件设置在反应腔内的下方，与上电极组件相对设置，用于承载待处理晶圆。冷却通道设置在上电极组件内部，用于对上电极组件进行冷却。加热装置设置在上电极组件内部，包括：若干个分立式加热器用于对上电极组件的不同区域进行加热；以及控制器，连结若干个分立式加热器且分别控制各个分立式加热器的功率。

技术领域

本发明涉及半导体领域的装置，特别涉及一种等离子体处理装置及其半导体晶圆的处理方法。

背景技术

在等离子体刻蚀过程中，某些工艺的刻蚀速率强烈受控于刻蚀腔体上下电极温度的分布。这种影响通常具有下述逻辑过程：

通过上下电极温度控制，调节腔内反应聚合物(Polymer)的沉积分布，晶圆端Polyer沉积强弱会影响晶圆的刻蚀速率。如下所述：

1)上电极温度越高(或下电极晶圆端温度越低)，下电极晶圆端Polymer越重；在某一特定范围内，晶圆刻蚀速率越快；

2)上电极温度越低(或下电极晶圆端温度越高)，下电极晶圆端Polymer越轻；在某一特定范围内，晶圆刻蚀速率越慢。

因此通过调节上下电极温度大小可以调控晶的圆刻蚀速率；另外，可以想象得到的是，通过多区控制上下电极温度分布，可以实现晶圆刻蚀速率均匀性和对称性的调节。常见的多区温度控制主要针对下电极(静电吸盘)，例如通过dual-coolant zone静电吸盘，dual-He zone静电吸盘，multi-zone dynamic静电吸盘等。常见的选择对下电极温度进行控制的主要原因在于，晶圆与静电吸盘直接接触，刻蚀效果对静电吸盘温度更加敏感，调控更加有效。

但是通过下电极调控存在如下缺点：

1)Multi-zone的设计如果采用电加热式，则无法应用到高温高功率的等离子刻蚀工艺，原因在于RF filter的设计很难满足高功率的需求；

2)Multi-zone的设计如果使用coolant或He cooling模式，设计和使用成本是无法忍受的。

所以现阶段对于VNAND工艺，刻蚀腔体下电极通常只能采用Dual-zone模式，还无法通过下电极多区控温实现刻蚀速率不对称性的调控。因此上电极多区温控是一个可行的调控方法。此外，如果上电极不使用多区温控，上电极的温度分布往往存在严重的不对称性，如图1所示，其设计存在以下不可调和的缺陷：

1)加热器10(Heater channel)无法做到完全闭环，导致加热电极两条引线端点处的温度较冷；

2)温控冷却通道20(Coolant channel)存在水温梯度变化，进水端(Inlet)冷，出水端(Outlet)热，从而导致水冷效果不均匀。

上述缺陷会造成温度分布存在冷区和热区(Cold area,Hot area)，实际测量发现冷热区间温度梯度达到了平均温度的7％，当把加热器安装角度旋转180°时，冷热区间也跟着对调180°。这种温度梯度对于电极温度敏感的刻蚀工艺是不可接受的，会造成刻蚀速率的严重不对称性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种等离子体处理装置及其半导体晶圆的处理方法，用以解决前述背景技术中所面临的问题。