[发明专利]半导体填孔真空系统及填孔方法

说明书

本发明提供一种半导体填孔真空系统及填孔方法，真空系统包括：至少一个晶圆传送腔结构、至少一个化学气相沉积腔结构以及至少一个等离子体刻蚀腔结构；化学气相沉积腔结构用于在待处理晶圆上的孔结构中进行介质膜沉积；等离子体刻蚀腔结构用于对经过化学气相沉积腔结构沉积后的待处理晶圆上的孔结构进行刻蚀。本发明设置晶圆传送腔结构、化学气相沉积腔结构、等离子体刻蚀腔结构，将介质膜沉积到待处理晶圆上的孔结构内，并使用通过刻蚀打开孔结构的闭合开口或者缩小的开口，在不破真空的前提下在同一个真空系统内部的不同腔室里通过交替进行介质膜沉积和刻蚀孔结构的开口的方法，实现优化孔结构的侧壁的介质膜填充。

技术领域

本发明属于半导体设备制造领域，特别是涉及一种半导体填孔真空系统及填孔方法。

背景技术

化学气相沉积(CVD)是集成电路制造中沉积介质膜最常用的方法，目前已经被运用到了通孔(TSV)和深孔等半导体孔结构的制造中。CVD在TSV中的应用主要是用于沉积TSV内部的绝缘层。绝缘层的作用是是将硅片和填充的导电材料之间进行隔离绝缘，材料通常选用氧化硅或者氮化硅介质膜，因此要求TSV中沉积的绝缘层具有良好的台阶覆盖率(尤其是通孔或深孔侧壁的覆盖率)。如果绝缘层的台阶覆盖率(主要是侧壁覆盖率)不能满足要求，就会影响到TSV器件的可靠性。

对于CVD化学气相沉积，喷淋头会向晶圆提供反应气体，反应气体在晶圆表面附近的薄层区域和晶圆表面发生化学反应，然后在晶圆表面沉积为介质膜；反应生成的的介质膜粒子有可能以较大的角度进入通孔或深孔之中，并沉积在通孔或深孔的中上部侧壁和开口处，所以在通孔或深孔的下部侧壁尚未形成连续填充时其开口很可能已封闭；这种情形对于直径小于2um的TSV结构会变得更为严重，显然单纯的CVD沉积不适用于小孔径、高深宽比的通孔和深孔填充。

因此，如何提供一种半导体填孔系统及方法，以解决现有技术中的上述问题实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种半导体填孔真空系统及填孔方法，用于解决现有技术中在通孔或深孔等孔结构中填充时侧壁覆盖率差等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种半导体填孔真空系统，所述半导体填孔真空系统包括：至少一个晶圆传送腔结构、至少一个化学气相沉积腔结构以及至少一个等离子体刻蚀腔结构，其中，所述晶圆传送腔结构至少包括传送腔体及真空机械手臂，所述真空机械手臂至少用于在所述传送腔体、所述化学气相沉积腔结构以及所述等离子体刻蚀腔结构之间进行待处理晶圆的传送；所述化学气相沉积腔结构用于在所述待处理晶圆上的孔结构中进行介质膜沉积；所述等离子体刻蚀腔结构用于对经过所述化学气相沉积腔结构沉积后的所述待处理晶圆上的孔结构进行刻蚀。

可选地，所述半导体填孔真空系统还包括至少一个预抽真空室、至少一个晶圆加热腔及至少一个晶圆预清洗腔中的至少一种，所述预抽真空室、所述晶圆加热腔、所述晶圆预清洗腔设置于所述晶圆传送腔结构周围。

可选地，所述化学气相沉积腔结构包括：沉积腔体、喷淋头及晶圆托盘，其中，所述喷淋头位于所述沉积腔体顶部，用于向晶圆提供反应气体；所述晶圆托盘位于所述沉积腔体的下部，用于承载所述待处理晶圆。

可选地，所述晶圆托盘连接有偏压射频电源以形成负偏压。

进一步地，所述偏压射频电源采用的频率范围介于400KHz-27MHz之间，加载的射频功率范围为介于100W-600W之间。

可选地，所述晶圆托盘旋转设置，用于带动所述待处理晶圆一起旋转，以改善沉积薄膜的厚度均匀性。

可选地，所述化学气相沉积腔结构底部通过真空管路与机械泵或者分子泵相连，用于将反应气体排出。