专利名称：刻蚀装置及对应的刻蚀方法
技术领域：
本发明涉及半导体制作领域，特别涉及一种刻蚀装置及对应的刻蚀方法。
背景技术：
在半导体制造技术领域,特别是在MEMS(Micro Electro Mechanical Systems,微机电系统)和3D封装技术等领域，通常需要对硅等材料进行深通孔或深沟槽刻蚀。例如，在3D封装技术中，需要对娃衬底进行刻蚀形成深度达几百微米的深娃通孔(Through SiliconVia, TSV)，所述深硅通孔的深宽比远大于10。图广图3为现有技术的一种深沟槽或深通孔的刻蚀过程的剖面结构示意图。请参考图I，在所述半导体衬底10表面形成硬掩膜层11，在所述硬掩膜层11表面形成光刻胶层，对所述光刻胶层进行曝光显影，形成图形化的光刻胶层12 ；请参考图2，以所述图形化的光刻胶层12为掩膜，刻蚀所述硬掩膜层11，使得所述硬掩膜层11内形成有开口，所述开口对应于后续形成的深沟槽。请参考图3，去除图形化的光刻胶层，以所述具有开口的掩膜层11为掩膜，对所述半导体衬底10进行干法刻蚀，在所述半导体衬底10内刻蚀形成深沟槽13，在所述深沟槽13侧壁形成聚合物14，所述聚合物14用于保护深沟槽侧壁，其中，形成聚合物的工艺和刻蚀的工艺同时进行。当所述深沟槽、深通孔的深度达到几十微米，甚至上百微米时，深沟槽、深通孔的深宽比通常大于20甚至100，随着刻蚀时间的增加，在侧壁形成的聚合物的数量也越来越多，聚合物的厚度也越来越大，所述过厚的聚合物会影响刻蚀气体进入深沟槽、深通孔进行进一步的刻蚀，会降低刻蚀速率。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种刻蚀深沟槽或深通孔的刻蚀装置及对应的刻蚀方法，使得刻蚀形成的深沟槽或深通孔的侧壁光滑。为解决上述问题，本发明技术方案提供了一种刻蚀装置，其中，包括反应腔、承片台、射频发生器、进气单元、排气单元、可编程逻辑控制器；所述承片台位于所述反应腔内，用于承载待刻蚀基片；所述进气单元包括若干根与反应腔相连的进气通路和与所述进气通路相连接的若干个气流控制器，利用所述气流控制器控制通入反应腔的源气体和气流量；所述射频发生器将源气体等离子体化，并利用所述源气体的等离子体对待刻蚀基片进行刻蚀或在刻蚀形成的沟槽、通孔侧壁形成聚合物；所述排气单元用于排出反应腔中的残余气体；所述可编程逻辑控制器与射频发生器、气流控制器相连接，利用所述可编程逻辑控制器同时对射频发生器、气流控制器进行循环控制，使得所述刻蚀装置能交替地对待刻蚀基片进行刻蚀和在刻蚀形成的沟槽、通孔侧壁形成聚合物。
可选的，所述可编程逻辑控制器向射频发生器、气流控制器发送模拟控制信号和时间控制信号，使得射频发生器、气流控制器在时间控制信号确定的时间范围内根据所述模拟控制信号控制所述射频发生器的功率和通入反应腔的源气体、流量。可选的，所述可编程逻辑控制器在刻蚀阶段和形成聚合物阶段向所述射频发生器、气流控制器发送不同的模拟控制信号，使得射频发生器、气流控制器在对应阶段内根据所述模拟控制信号控制射频发生器的功率和通入反应腔的源气体、流量。可选的，还包括气压控制器，所述气压控制器与排气单元相连接，通过控制排气量 来控制反应腔内的压力。可选的，所述可编程逻辑控制器还与气压控制器相连接，利用所述可编程逻辑控制器同时对射频发生器、气流控制器、气压控制器进行循环控制，使得所述刻蚀装置能交替地对待刻蚀基片进行刻蚀和在刻蚀形成的沟槽、通孔侧壁形成聚合物。可选的，所述可编程逻辑控制器向射频发生器、气流控制器、气压控制器发送模拟控制信号和时间控制信号，使得射频发生器、气流控制器、气压控制器在时间控制信号确定的时间范围内根据所述模拟控制信号分别控制所述射频发生器的功率、通入反应腔的源气体、流量和反应腔内的气压。可选的，所述可编程逻辑控制器在刻蚀阶段和形成聚合物阶段向所述射频发生器、气流控制器、气压控制器发送不同的模拟控制信号，使得射频发生器、气流控制器、气压控制器在对应阶段内根据所述模拟控制信号控制射频发生器的功率和通入反应腔的源气体、流量和反应腔内的气压。可选的，所述刻蚀装置为反应离子刻蚀装置、电感耦合等离子体刻蚀装置或电容耦合等离子体刻蚀装置。可选的，当所述刻蚀装置为电感耦合等离子体刻蚀装置，所述射频发生器包括两个射频发生单元，其中第一射频发生单元与位于反应腔顶部或者侧壁的电感线圈相连接，用于使源气体等离子体化，第二射频发生单元与承片台相连接，使得位于承片台上的待刻蚀基片与源气体的等离子体之间有偏置电压，使等离子体朝待刻蚀基片表面移动。可选的，所述进气单元的进气通路至少包括两根，其中一根通入用于刻蚀待刻蚀基片的第一气体，另一根通入用于形成聚合物的第二气体，当利用所述可编程逻辑控制器使得所述刻蚀装置处于刻蚀阶段，打开第一气体对应的气流控制器，关闭第二气体对应的气流控制器，使得第一气体通入到反应腔中，并通过调整射频发生器的功率，使得第一气体的等离子体对待刻蚀基片进行刻蚀；当利用所述可编程逻辑控制器使得所述刻蚀装置处于形成聚合物阶段，关闭第一气体对应的气流控制器，打开第二气体对应的气流控制器，使得第二气体通入到反应腔中，并通过调整射频发生器的功率，使得第二气体的等离子体在刻蚀沟槽侧壁形成聚合物。可选的，所述刻蚀装置还包括终点判断单元，根据总刻蚀时间判断刻蚀沟槽的深度，当刻蚀沟槽的深度达到预定值时，向可编程逻辑控制器发出终止信号，停止刻蚀和形成聚合物的工艺。本发明技术方案还提供了一种利用所述刻蚀装置的刻蚀方法，包括将刻蚀信号施加到所述可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器同时对射频发生器、气流控制器进行循环控制，使得所述刻蚀装置能交替地对待刻蚀基片进行刻蚀和在刻蚀沟槽侧壁形成聚合物，直到刻蚀沟槽的深度达到预定值，停止刻蚀和形成聚合物的工艺。可选的，所述通入反应腔的气体至少包括用于刻蚀硅晶圆的第一气体和用于形成聚合物的第二气体，利用所述可编程逻辑控制器使得所述刻蚀装置处于刻蚀阶段，打开第一气体对应的气流控制器，关闭第二气体对应的气流控制器，使得第一气体通入到反应腔中，并同时通过调整射频发生器的功率，使得第一气体的等离子体对待刻蚀基片进行刻蚀；然后利用所述可编程逻辑控制器使得所述刻蚀装置处于形成聚合物阶段，关闭第一气体对应的气流控制器，打开第二气体对应的气流控制器，使得第二气体通入到反应腔中，并同时通过调整射频发生器的功率，使得第二气体的等离子体在刻蚀沟槽侧壁形成聚合物。可选的，所述第一气体为SF6、NF3其中的一种，所述第二气体为C4F8、C4F6, CHF3>CH2F2其中的一种或几种。
可选的，当所述刻蚀装置为电感耦合等离子体刻蚀装置，所述射频发生器包括两个射频发生单元，其中第一射频发生单元与位于反应腔顶部或侧壁的电感线圈相连接，所述第二射频发生单元与承片台相连接，当所述刻蚀装置处于刻蚀阶段，所述第一射频发生单元的功率范围为1000W 5000W，所述第二射频发生单元的功率范围为IOW 100W ;当所述刻蚀装置处于形成聚合物阶段，所述第一射频发生单元的功率范围为500W 3000W，所述第一射频发生单元的功率小于刻蚀阶段时第一射频发生单元的功率，所述第二射频发生单元的功率范围为IOW 100W。可选的，所述刻蚀阶段的时间为0. 5秒飞秒。可选的，所述形成聚合物阶段的时间为0. 5秒 5秒。可选的，利用总刻蚀时间判断刻蚀沟槽的深度，当总刻蚀时间达到确定值，可编程逻辑控制器同时控制射频发生器、气流控制器关闭，刻蚀和形成聚合物的工艺停止。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明实施例的刻蚀装置采用可编程逻辑控制器与射频发生器、气流控制器相连接，利用所述可编程逻辑控制器同时对射频发生器、气流控制器进行循环控制，使得所述刻蚀装置能交替地对待刻蚀基片进行刻蚀和在刻蚀形成的沟槽、通孔侧壁形成聚合物，可以提高对射频发生器和气流控制器控制的同步性，减少刻蚀阶段和形成聚合物阶段的切换时间。
图I至图3是现有技术的一种深沟槽或深通孔的刻蚀过程的剖面结构示意图；图4是本发明实施例的一种刻蚀装置的结构示意图；图5是本发明实施例的另一种刻蚀装置的结构示意图；图6是本发明实施例的刻蚀方法的流程示意图。
具体实施例方式由于现有技术的刻蚀速率较低，发明人提出了一种刻蚀方法，包括刻蚀阶段，对待刻蚀基片进行等离子体刻蚀；形成聚合物阶段，在刻蚀形成的沟槽、通孔的侧壁形成聚合物；所述刻蚀阶段和形成聚合物阶段交替进行，直到深沟槽或深通孔刻蚀完成。利用所述刻蚀方法不会在侧壁形成很厚的聚合物，不会影响刻蚀速率。但由于等离子刻蚀并不是完全各向异性的，在每一次向下进一步刻蚀深沟槽或深通孔的底部的同时，还会刻蚀深沟槽或深通孔的底部未被聚合物保护的侧壁，使得每次刻蚀步骤形成的侧壁为弧形，形成聚合物后侧壁会形成小突起，会降低深沟槽或深通孔侧壁的光滑度。虽然理论上缩短每个刻蚀阶段、形成聚合物阶段的时间就能提高深沟槽或深通孔侧壁的光滑度，但是当刻蚀阶段时间过短时，由于现有的刻蚀装置对时间控制的精确度不高，在从形成聚合物阶段切换到刻蚀阶段时需要浪费一定的时间，导致实际的刻蚀时间过短，刻蚀速率降低。为此，本发明实施例首先提供了一种刻蚀装置，请参考图4，所述刻蚀装置包括反应腔110、承片台120、射频发生器、进气单元140、排气单元150、可编程逻辑控制器160 ；所述承片台120位于所述反应腔110内，用于承载待刻蚀基片；所述进气单元140包括若干根与反应腔110相连的进气通路141和与所述进气通路141相连接的若干个气流控制器142，利用所述气流控制器142控制通入反应腔110的源 气体和气流量；所述射频发生器将源气体等离子体化，并利用所述源气体的等离子体对待刻蚀基片进行刻蚀或在刻蚀形成的沟槽、通孔侧壁形成聚合物；所述排气单元150与反应腔110相连接，用于排出反应腔110中的残余气体；所述可编程逻辑控制器160与射频发生器、气流控制器142相连接，利用所述可编程逻辑控制器160同时对射频发生器、气流控制器142进行循环控制，使得所述刻蚀装置能交替地对待刻蚀基片进行刻蚀和在刻蚀形成的沟槽、通孔侧壁形成聚合物。在本发明实施例中，所述刻蚀装置为电感耦合等离子体刻蚀装置，所述射频发生器包括第一射频发生单元131和第二射频发生单元132，其中第一射频发生单元131与位于反应腔110侧壁的电感线圈133相连接，用于将通入反应腔的源气体等离子体化，所述第二射频发生单元132与承片台120相连接，使得位于承片台120上的待刻蚀基片与源气体形成的等离子体之间有偏置电压，使所述等离子体朝待刻蚀基片表面移动，使得所述等离子体能进入深沟槽或深通孔内进行刻蚀，且为了保护所述深沟槽或深通孔的侧壁，需要在深沟槽或深通孔的侧壁形成聚合物，利用所述第二射频发生单元132产生的偏置电压，使得用于形成聚合物的源气体的等离子体进入刻蚀形成的深沟槽或深通孔，在所述深沟槽或深通孔的侧壁形成聚合物。在其他实施例中，所述电感线圈位于反应腔顶部，所述第一射频发生单元与位于反应腔顶部的电感线圈相连接，所述位于反应腔顶部的电感线圈施加射频信号后也可以使得通入反应腔的源气体等离子体化。在其他实施例中，所述刻蚀装置还可以为反应离子刻蚀装置、电容耦合等离子体刻蚀装置等。所述进气单元140包括若干根与反应腔110相连的进气通路141，所述进气通路141的数量至少为两根，其中一根通入用于刻蚀待刻蚀基片的第一气体，另一根通入用于形成聚合物的第二气体，当利用所述可编程逻辑控制器使得所述刻蚀装置处于刻蚀阶段时，打开第一气体对应的气流控制器，关闭第二气体对应的气流控制器，使得第一气体通入到反应腔中，并通过调整射频发生器的功率，利用第一气体的等离子体对待刻蚀基片进行刻蚀；当利用所述可编程逻辑控制器使得所述刻蚀装置处于形成聚合物阶段，关闭第一气体对应的气流控制器，打开第二气体对应的气流控制器，使得第二气体通入到反应腔中，并通过调整射频发生器的功率，利用第二气体的等离子体在刻蚀沟槽侧壁形成聚合物。在本实施例中，所述刻蚀装置包括三根进气通路141，其中一根用于通入第一气体，所述第一气体为sf6、NF3其中的一种；其中另一根用于通入第二气体，所述第二气体为C4F8、C4F6、CHF3、CH2F2其中的一种；其中还有一根用于通入伴随气体，例如N2、Ar、02等，用于稀释反应气体、提闻刻蚀速率等。每根进气通路141都与一个气流控制器(Mass Flow Controller, MFC) 142相连接，通过控制每一个气流控制器142，使得每一个对应的进气通路141中的气体具有不同的气流量，因此，利用所述气流控制器142可以控制不同时间段通入反应腔110的源气体和所述源气体的气流量。
所述排气单元150包括真空泵，所述真空泵与反应腔110相连接，用于排出反应腔110中的未反应的源气体和反应生成的副产物气体。所述可编程逻辑控制器(Programmable Logic Device, PLD) 160主要包括现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)或复杂可编程逻辑器件(ComplexProgrammable Logic Device,CPLD)。在本实施例中,所述可编程逻辑控制器为复杂可编程逻辑器件，由于复杂可编程逻辑器件具有较好的时间可预测性，有利于精确控制射频发生器产生不同射频信号的时间、有利于精确地利用气流控制器142控制通入反应腔的不同源气体的时间。在本发明实施例中，所述可编程逻辑控制器160与射频发生器、气流控制器142相连接，可以分别向所述射频发生器、气流控制器142发送模拟控制信号和时间控制信号，向所述射频发生器发送的模拟控制信号的大小对应于所述射频发生器产生的射频信号的频率的大小，向所述射频发生器发送的时间控制信号对应于射频发生器产生的射频信号的时间，向所述气流控制器142发送的模拟控制信号的大小对应于所述气流控制器142控制的进气通路141中的气流量的大小，向所述气流控制器142发送的时间控制信号对应于进气通路141的通气时间。在本实施例中，分别向所述射频发生器、气流控制器142发送的时间控制信号相等，通过同步控制第一射频发生单元131、第二射频发生单元132和气流控制器142，使得第一射频发生单元131、第二射频发生单元132、气流控制器142在时间控制信号确定的时间范围内根据对应的模拟控制信号控制所述射频发生器的功率和通入反应腔的源气体、流量。且根据所述模拟控制信号的不同，可以控制刻蚀装置是处于刻蚀阶段或处于形成聚合物阶段。在本发明实施例中，所述可编程逻辑控制器160还可以与外部的监控电脑(未图示)相连接，所述监控电脑用于监控刻蚀过程及输入整个刻蚀过程的相关参数，例如刻蚀阶段、形成聚合物阶段的持续时间和各阶段内射频发生器、气流控制器142相应的工作参数等。当所述监控电脑输入整个刻蚀过程的相关参数后，监控电脑对可编程逻辑控制器160进行设置，使得可编程逻辑控制器160产生的模拟控制信号和时间控制信号与新设置的整个刻蚀过程的相关参数相对应。在本实施例中，由于所述可编程逻辑控制器160与射频发生器、气流控制器142直接连接，可以同步控制射频发生器产生的射频功率和气流控制器142控制的气流量，使得当射频发生器的射频功率为刻蚀工艺对应的射频功率时，所述进气单元140通入的源气体也为刻蚀工艺对应的源气体，当射频发生器的射频功率为形成聚合物工艺对应的射频功率时，所述进气单元140通入的源气体也为形成聚合物工艺对应的源气体，避免因射频发生器和气流控制器142不同步造成刻蚀阶段和形成聚合物阶段的切换花费过多的时间，使得部分刻蚀阶段不能进行有效的刻蚀，因此，本发明实施例的刻蚀装置可以大幅降低刻蚀阶段和形成聚合物阶段的切换时间。且为了减小深沟槽、深通孔刻蚀过程中的形成的小突起的高度，提高深沟槽、深通孔侧壁的光滑度，需要缩短每一次刻蚀工艺、每一次聚合物沉积工艺的时间，提高刻蚀工艺、聚合物沉积工艺切换的频率，但由于现有技术刻蚀装置中的射频发生器、气流控制器是由外部的监控电脑通过串行线进行控制，而串行线的传输速度较慢，对时间控制的精确度不高，监控电脑将通过串行线控制射频发生器、气流控制器可能存在时间上的误差，当每个刻蚀阶段和形成聚合物阶段的时间最小达到0. 5秒时，任何微小的不同步都会影响刻蚀工艺和在侧壁形成聚合物的工艺，使得深沟槽、深通孔不能顺利地刻蚀。本发明实施例的可编程逻辑控制器160与射频发生器、气流控制器142直接连接，所述可编程逻辑控制器160对射频发生器、气流控制器142进行直接控制，射频发生器产生的频率和通入反应腔110的气体的同步性更高，即使每个刻蚀阶段和形成聚合物阶段的时间最小可以达到0. 5秒，也能 很好的对待刻蚀基底进行刻蚀和在刻蚀形成的深通孔、深沟槽测侧壁形成聚合物。在其他实施例中，所述可编程逻辑控制器与射频发生器、气流控制器相连接，在刻蚀阶段和形成聚合物阶段分别向所述射频发生器、气流控制器持续发送不同的模拟控制信号，使得射频发生器、气流控制器在对应阶段内根据所述模拟控制信号控制射频发生器的功率和通入反应腔的源气体、流量。根据所述模拟控制信号的不同，可以控制刻蚀装置是处于刻蚀阶段或处于形成聚合物阶段。在本发明实施例中，所述刻蚀装置还包括终点判断单元(未图示)，所述终点判断单元与可编程逻辑控制器和监控电脑相连接，监控电脑可以将总刻蚀时间发送给所述终点判断单元，根据总刻蚀时间判断刻蚀沟槽的深度，当刻蚀沟槽的深度达到预定值时，所述终点判断单元向可编程逻辑控制器发出终止信号，所述可编程逻辑控制器停止向射频发生器、气流控制器发送模拟控制信号和时间信号，停止刻蚀和形成聚合物的工艺。本发明实施例还提供了另一种刻蚀装置，请参考图5，所述刻蚀装置包括反应腔210、承片台220、第一射频发生器231、第二射频发生器232、进气单元240、排气单元250、可编程逻辑控制器260、气压控制器270 ；所述承片台220位于所述反应腔200内，用于承载待刻蚀基片；所述进气单元240包括若干根与反应腔210相连的进气通路241和与所述进气通路241相连接的若干个气流控制器242，利用所述气流控制器242控制通入反应腔210的源气体和气流量；所述第一射频发生器231将源气体等离子体化，并利用第二射频发生器232产生偏置电压，使得所述源气体的等离子体对待刻蚀基片进行刻蚀或在刻蚀形成的沟槽、通孔侧壁形成聚合物；所述排气单元250与反应腔210相连接，用于排出反应腔210中的残余气体，且所述气压控制器270与排气单元250相连接，通过控制排气量来控制反应腔内的压力；所述可编程逻辑控制器260与第一射频发生器231、第二射频发生器232、气流控制器242、气压控制器270相连接，利用所述可编程逻辑控制器260同时对第一射频发生器231、第二射频发生器232、气流控制器242、气压控制器270进行循环控制，使得所述刻蚀装置能交替地对待刻蚀基片进行刻蚀和在刻蚀形成的沟槽、通孔侧壁形成聚合物。由于刻蚀阶段或形成聚合物阶段所要求的反应腔的压力可能不同，当所述反应腔210所需的气压较大时，利用所述气压控制器270控制排气单元250，降低单位时间所述排气单元250排出的残余气体量，当所述反应腔210所需的气压较小时，利用所述气压控制器270控制排气单元250，提高单位时间所述排气单元250排除的残余气体量。在本实施例中，所述可编程逻辑控制器260向第一射频发生器231、第二射频发生器232、气流控制器242、气压控制器270发送模拟控制信号和时间控制信号，使得第一射频发生器、第二射频发生器、气流控制器、气压控制器在时间控制信号确定的时间范围内根据所述模拟控制信号同步控制所述射频发生器的功率、通入反应腔的源气体、流量和反应腔内的气压。在其他实施例中，所述可编程逻辑控制器在刻蚀阶段和形成聚合物阶段同时向所 述第一射频发生器、第二射频发生器、气流控制器、气压控制器持续发送不同的模拟控制信号，使得第一射频发生器、第二射频发生器、气流控制器、气压控制器在对应阶段内根据所述模拟控制信号控制射频发生器的功率和通入反应腔的源气体、流量和反应腔内的气压。本发明实施例还提供了一种采用上述刻蚀装置的刻蚀方法，请参考图6，为本发明实施例的刻蚀方法的流程示意图，具体包括步骤S101，将刻蚀信号施加到所述可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器同时对射频发生器、气流控制器进行循环控制，使得所述刻蚀装置能交替地对待刻蚀基片进行刻蚀和在刻蚀沟槽侧壁形成聚合物；步骤S102，当刻蚀沟槽的深度达到预定值，停止刻蚀和形成聚合物的工艺。所述刻蚀方法用于在待刻蚀基片上刻蚀形成沟槽或通孔，特别是用于刻蚀形成深度大于I微米的深沟槽或深通孔。在本实施例中，所述待刻蚀基片为硅基片，所述刻蚀装置为电感耦合等离子体刻蚀装置。请参考图4，当所述刻蚀装置处于刻蚀阶段，所述第一射频发生单元131的功率范围为1000W 5000W，所述第二射频发生单元132的功率范围为IOW 100W，通入反应腔110的气体包括第一气体和伴随气体，所述第一气体为SF6、NF3其中的一种，所述伴随气体为N2、Ar等，利用第一射频发生单元产生的射频信号使得SF6、NF3, N2, Ar等源气体形成等离子体，并利用所述等离子体对待刻蚀基片进行刻蚀，形成沟槽或侧壁。由于所述刻蚀阶段和形成聚合物阶段是交替进行，具有聚合物的沟槽或通孔侧壁会抑制等离子体向侧壁进行刻蚀，等离子体只能对沟槽或通孔的底部进行刻蚀和对沟槽或通孔的底部没有聚合物的侧壁进行刻蚀，保证整个刻蚀过程中的各向异性。由于本发明实施例的刻蚀装置在刻蚀阶段和形成聚合物阶段的切换时间很短，使得每个刻蚀阶段和形成聚合物阶段的时间也可以很短，所述一个刻蚀阶段的时间范围为0. 5秒 5秒，在本实施例中，所述一个刻蚀阶段的时间为2秒。当所述刻蚀装置处于形成聚合物阶段，所述第一射频发生单元131的功率范围为500W 3000W，所述第一射频发生单元的功率小于刻蚀阶段时第一射频发生单元的功率，所述第二射频发生单元132的功率范围为IOW 100W，通入反应腔110的气体包括第二气体和伴随气体，所述第二气体为C4F8、C4F6, CHF3> CH2F2其中的一种或几种，所述伴随气体为N2, Ar、O2等。利用第一射频发生单元产生的射频信号使得C4F8、C4F6, CHF3> CH2F2, N2、Ar、O2等源气体形成等离子体，利用所述等离子体对上一步刻蚀阶段暴露出的侧壁和底部形成聚合物，由于位于沟槽或通孔底部的聚合物很容易在后续的刻蚀阶段除去，位于侧壁的聚合物可以防止刻蚀阶段的等离子体对侧壁进行刻蚀，保证整个刻蚀过程中的各向异性。由于本发明实施例的刻蚀装置在刻蚀阶段和形成聚合物阶段的切换时间很短，使得每个刻蚀阶段和形成聚合物阶段的时间也可以很短，所述一个形成聚合物阶段的时间范围为0. 5秒 5秒，在本实施例中，所述一个形成聚合物阶段的时间为2秒。其中，所述形成聚合物阶段的时间可以与刻蚀阶段的时间相同，也可以不同。且由于每个刻蚀阶段和形成聚合物阶段的时间很短，可以减小侧壁形成的突起的高度，提高刻蚀形成的深沟槽或深通孔的侧壁的光滑度。在本实施例中，当监控电脑将刻蚀信号发送给所述可编程逻辑控制器，所述 可编程逻辑控制器开始工作，所述可编程逻辑控制器分别对射频发生器、气流控制器发出模拟控制信号和时间控制信号，首先所述刻蚀装置进入刻蚀阶段，对待刻蚀基片进行刻蚀，刻蚀2秒后，所述可编程逻辑控制器在分别对射频发生器、气流控制器发出模拟控制信号和时间控制信号，所述刻蚀装置进入形成聚合物阶段，在刻蚀沟槽侧壁形成聚合物，形成聚合物2秒后，所述可编程逻辑控制器再分别对射频发生器、气流控制器发出模拟控制信号和时间控制信号，使得刻蚀装置再次切换到刻蚀阶段进行刻蚀，使得所述刻蚀装置能交替地对待刻蚀基片进行刻蚀和在刻蚀沟槽侧壁形成聚合物。所述终点判断单元根据总刻蚀时间判断刻蚀沟槽的深度，当刻蚀沟槽的深度达到预定值时，所述终点判断单元向可编程逻辑控制器发出终止信号，所述可编程逻辑控制器停止向射频发生器、气流控制器发送模拟控制信号和时间信号，停止刻蚀和形成聚合物的工艺。在其他实施例中，所述可编程逻辑控制器与射频发生器、气流控制器、气压控制器相连接，利用所述可编程逻辑控制器同时对射频发生器、气流控制器、气压控制器进行循环控制，使得所述刻蚀装置能交替地对待刻蚀基片进行刻蚀和在刻蚀形成的沟槽、通孔侧壁形成聚合物。综上，本发明实施例的刻蚀装置采用可编程逻辑控制器与射频发生器、气流控制器相连接，利用所述可编程逻辑控制器同时对射频发生器、气流控制器进行循环控制，使得所述刻蚀装置能交替地对待刻蚀基片进行刻蚀和在刻蚀形成的沟槽、通孔侧壁形成聚合物，可以提高对射频发生器和气流控制器控制的同步性，减少刻蚀阶段和形成聚合物阶段的切换时间。本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
权利要求
1.一种刻蚀装置，其特征在于，包括 反应腔、承片台、射频发生器、进气单元、排气单元、可编程逻辑控制器； 所述承片台位于所述反应腔内，用于承载待刻蚀基片； 所述进气单元包括若干根与反应腔相连的进气通路和与所述进气通路相连接的若干个气流控制器，利用所述气流控制器控制通入反应腔 的源气体和气流量； 所述射频发生器将源气体等离子体化，并利用所述源气体的等离子体对待刻蚀基片进行刻蚀或在刻蚀形成的沟槽、通孔侧壁形成聚合物； 所述排气单元用于排出反应腔中的残余气体； 所述可编程逻辑控制器与射频发生器、气流控制器相连接，利用所述可编程逻辑控制器同时对射频发生器、气流控制器进行循环控制，使得所述刻蚀装置能交替地对待刻蚀基片进行刻蚀和在刻蚀形成的沟槽、通孔侧壁形成聚合物。
2.如权利要求I所述的刻蚀装置，其特征在于，所述可编程逻辑控制器向射频发生器、气流控制器发送模拟控制信号和时间控制信号，使得射频发生器、气流控制器在时间控制信号确定的时间范围内根据所述模拟控制信号控制所述射频发生器的功率和通入反应腔的源气体、流量。
3.如权利要求I所述的刻蚀装置，其特征在于，所述可编程逻辑控制器在刻蚀阶段和形成聚合物阶段向所述射频发生器、气流控制器发送不同的模拟控制信号，使得射频发生器、气流控制器在对应阶段内根据所述模拟控制信号控制射频发生器的功率和通入反应腔的源气体、流量。
4.如权利要求I所述的刻蚀装置，其特征在于，还包括气压控制器，所述气压控制器与排气单元相连接，通过控制排气量来控制反应腔内的压力。
5.如权利要求4所述的刻蚀装置，其特征在于，所述可编程逻辑控制器还与气压控制器相连接，利用所述可编程逻辑控制器同时对射频发生器、气流控制器、气压控制器进行循环控制，使得所述刻蚀装置能交替地对待刻蚀基片进行刻蚀和在刻蚀形成的沟槽、通孔侧壁形成聚合物。
6.如权利要求5所述的刻蚀装置，其特征在于，所述可编程逻辑控制器向射频发生器、气流控制器、气压控制器发送模拟控制信号和时间控制信号，使得射频发生器、气流控制器、气压控制器在时间控制信号确定的时间范围内根据所述模拟控制信号分别控制所述射频发生器的功率、通入反应腔的源气体、流量和反应腔内的气压。
7.如权利要求5所述的刻蚀装置，其特征在于，所述可编程逻辑控制器在刻蚀阶段和形成聚合物阶段向所述射频发生器、气流控制器、气压控制器发送不同的模拟控制信号，使得射频发生器、气流控制器、气压控制器在对应阶段内根据所述模拟控制信号控制射频发生器的功率和通入反应腔的源气体、流量和反应腔内的气压。
8.如权利要求I所述的刻蚀装置，其特征在于，所述刻蚀装置为反应离子刻蚀装置、电感耦合等离子体刻蚀装置或电容耦合等离子体刻蚀装置。
9.如权利要求8所述的刻蚀装置，其特征在于，当所述刻蚀装置为电感耦合等离子体刻蚀装置，所述射频发生器包括两个射频发生单元，其中第一射频发生单元与位于反应腔顶部或者侧壁的电感线圈相连接，用于使源气体等离子体化，第二射频发生单元与承片台相连接，使得位于承片台上的待刻蚀基片与源气体的等离子体之间有偏置电压，使等离子体朝待刻蚀基片表面移动。
10.如权利要求I所述的刻蚀装置，其特征在于，所述进气单元的进气通路至少包括两根，其中一根通入用于刻蚀待刻蚀基片的第一气体，另一根通入用于形成聚合物的第二气体，当利用所述可编程逻辑控制器使得所述刻蚀装置处于刻蚀阶段，打开第一气体对应的气流控制器，关闭第二气体对应的气流控制器，使得第一气体通入到反应腔中，并通过调整射频发生器的功率，使得第一气体的等离子体对待刻蚀基片进行刻蚀；当利用所述可编程逻辑控制器使得所述刻蚀装置处于形成聚合物阶段，关闭第一气体对应的气流控制器，打开第二气体对应的气流控制器，使得第二气体通入到反应腔中，并通过调整射频发生器的功率，使得第二气体的等离子体在刻蚀沟槽侧壁形成聚合物。
11.如权利要求I所述的刻蚀装置，其特征在于，所述刻蚀装置还包括终 点判断单元，根据总刻蚀时间判断刻蚀沟槽的深度，当刻蚀沟槽的深度达到预定值时，向可编程逻辑控制器发出终止信号，停止刻蚀和形成聚合物的工艺。
12.一种利用如权利要求I所述的刻蚀装置的刻蚀方法，其特征在于，包括将刻蚀信号施加到所述可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器同时对射频发生器、气流控制器进行循环控制，使得所述刻蚀装置能交替地对待刻蚀基片进行刻蚀和在刻蚀沟槽侧壁形成聚合物，直到刻蚀沟槽的深度达到预定值，停止刻蚀和形成聚合物的工艺。
13.如权利要求12所述的刻蚀方法，其特征在于，所述通入反应腔的气体至少包括用于刻蚀硅晶圆的第一气体和用于形成聚合物的第二气体，利用所述可编程逻辑控制器使得所述刻蚀装置处于刻蚀阶段，打开第一气体对应的气流控制器，关闭第二气体对应的气流控制器，使得第一气体通入到反应腔中，并同时通过调整射频发生器的功率，使得第一气体的等离子体对待刻蚀基片进行刻蚀；然后利用所述可编程逻辑控制器使得所述刻蚀装置处于形成聚合物阶段，关闭第一气体对应的气流控制器，打开第二气体对应的气流控制器，使得第二气体通入到反应腔中，并同时通过调整射频发生器的功率，使得第二气体的等离子体在刻蚀沟槽侧壁形成聚合物。
14.如权利要求13所述的刻蚀方法，其特征在于，所述第一气体为SF6、NF3其中的一种，所述第二气体为C4F8、C4F6, CHF3> CH2F2其中的一种或几种。
15.如权利要求12所述的刻蚀方法，其特征在于，当所述刻蚀装置为电感耦合等离子体刻蚀装置，所述射频发生器包括两个射频发生单元，其中第一射频发生单元与位于反应腔顶部或侧壁的电感线圈相连接，所述第二射频发生单元与承片台相连接，当所述刻蚀装置处于刻蚀阶段，所述第一射频发生单元的功率范围为1000W 5000W，所述第二射频发生单元的功率范围为IOW 100W ;当所述刻蚀装置处于形成聚合物阶段，所述第一射频发生单元的功率范围为500W 3000W，所述第一射频发生单元的功率小于刻蚀阶段时第一射频发生单元的功率，所述第二射频发生单元的功率范围为IOW 100W。
16.如权利要求12所述的刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀阶段的时间为0.5秒飞秒。
17.如权利要求12所述的刻蚀方法，其特征在于，所述形成聚合物阶段的时间为0.5秒 5秒。
18.如权利要求12所述的刻蚀方法，其特征在于，利用总刻蚀时间判断刻蚀沟槽的深度，当总刻蚀时间达到确定值，可编程逻辑控制器同时控制射频发生器、气流控制器关闭，刻蚀和形成聚合物的工艺停止。
全文摘要
一种刻蚀装置及对应的刻蚀方法，所述刻蚀装置包括反应腔、承片台、射频发生器、进气单元、排气单元、可编程逻辑控制器；所述可编程逻辑控制器与射频发生器、气流控制器相连接，利用所述可编程逻辑控制器同时对射频发生器、气流控制器进行循环控制，使得所述刻蚀装置能交替地对待刻蚀基片进行刻蚀和在刻蚀形成的沟槽、通孔侧壁形成聚合物。利用所述可编程逻辑控制器同时对射频发生器、气流控制器进行循环控制，可以提高对射频发生器和气流控制器控制的同步性，减少刻蚀阶段和形成聚合物阶段的切换时间。
文档编号H01J37/32GK102751160SQ20121024381
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月13日 优先权日2012年7月13日
发明者倪图强, 周旭升, 梁洁, 许颂临 申请人:中微半导体设备(上海)有限公司