专利名称：一种气体回流预防装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种等离子体刻蚀设备，尤其涉及ー种等离子体刻蚀设备的气体回流预防装置。
背景技术：
目前，半导体制造技术领域中，硅通孔(TSV)技术在三维立体封装领域得到了广泛应用。硅通孔技术需要对晶片进行深反应离子刻蚀，现有技术中，深反应离子刻蚀通常采用博世エ艺(Bosch process)进行。博世エ艺主要包括以下步骤(I)刻蚀步骤，通常用含有SF6的混合气体进行化学反应离子刻蚀；(2)聚合物沉积钝化步骤，通常用含有C4H8的混合气体在孔洞内侧面形成氟碳聚合物层，以使下ー个周期的刻蚀步骤中化学反应离子刻蚀吋，SF6气体不会对侧壁的聚合物进行刻蚀或者刻蚀速率非常慢；刻蚀步骤和沉积步骤交替 循环进行，直到深孔刻蚀完成。采用交替重复进行各向同性刻蚀和聚合物沉积エ艺，从而实现完全的各向异性的深度刻蚀。如附图I所示，现有技术的ー种电感耦合等离子体刻蚀设备，其反应腔9设置有包覆在内部工作空间四周的腔壁31和顶部的介电板32，腔壁31上设置有气体注入板4，反应腔9内设置有晶片基座2，晶片基座2的下方设置有排气泵8。介电板32上方设置有射频线圈5，等离子体刻蚀设备工作时，射频线圈5与等离子体刻蚀设备的射频电源61相连接，晶片基座2与等离子体刻蚀设备的射频偏置电源62相连接，气体通过气体注入板4输入反应腔9，被电离成等离子体7，排气时排气泵8将气体排出反应腔9。使用上述现有技术的等离子刻蚀设备实施博世エ艺存在以下问题(I)在刻蚀深硅通孔吋，反复交替循环进行的刻蚀步骤和沉积钝化步骤在使通孔变深的同时还形成扇贝状起伏的侧墙。使用附图I所示现有技术的电感耦合等离子体刻蚀设备实施博世エ艺在半导体材料晶片101上刻蚀深硅通孔102，其真实的显微形貌由扫描电子显微镜示于附图2，对其孔壁103及其附近区域N放大如附图3所示，可以看到孔壁103形成很明显的高低起伏的扇贝状侧墙A。(2)由于扇贝状侧墙在博世エ艺中是无法避免但却是不希望存在的，因此需要消除或者减小扇贝状侧墙A。减小扇贝状侧墙A的ー种方法是减少刻蚀气体与沉积气体切换更替的间隔时间而不改变刻蚀步骤和沉积步骤的反应时间。通常，刻蚀气体与沉积气体切換的间隔时间为广2秒，为了减小扇贝状侧墙A，间隔时间需要減少到0. f 0. 5秒。使用现有技术的等离子体刻蚀设备实施博世エ艺时，由于刻蚀气体与沉积气体切換的间隔时间減少，两种气体在切换的过程中在反应腔内相互混合的风险増大，前一种气体未及时排出，回流与后一种输入的气体混合，会造成刻蚀速率降低。
发明内容
本发明提供了一种气体回流预防装置，在实施博世エ艺刻蚀深硅通孔时，能够在刻蚀气体与沉积气体相互切换时防止前一种气体回流与后一种气体混合，从而可以减短两种气体的切换时间，减小博世エ艺中形成的扇贝状侧墙，此外，还能够在其中一种气体工作时将其等离子体限制在反应腔内，将等离子体与真空分离，提高了刻蚀质量和生产效率。本发明采用以下技术方案来实现
一种气体回流预防装置，套置在等离子体刻蚀设备的反应腔内的晶片基座外，其特点是，所述的气体回流预防装置设为环状本体，所述的环状本体上间隔设置多个气道，在等离子刻蚀设备工作过程中环状本体的上表面气压大于环状本体的下表面气压。上述的气体回流预防装置，其特点是，所述的气道为通孔，通孔的上开ロ面积小于下开ロ面积。上述的气体回流预防装置，其特点是，所述的气道为上下贯通的槽，槽的上开ロ面积小于下开ロ面积。上述的气体回流预防装置，其特点是，所述的气道为上下贯通的几何形状，气道的上开ロ面积小于下开ロ面积。
通孔下孔径平均值的2倍。上述的气体回流预防装置，其特点是，所述的环状本体的高度大于槽的上槽ロ宽度与下槽ロ宽度平均值的2倍。上述的气体回流预防装置，其特点是，所述的环状本体的高度大于几何形状上开ロ尺寸与下开ロ尺寸的平均值的2倍。上述的气体回流预防装置，其特点是，所述的气道垂直设置在环状本体中。上述的气体回流预防装置，其特点是，所述的气道斜置在环状本体中，与环状本体构成夹角。上述的气体回流预防装置，其特点是，所述环状本体由金属材料制成。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果
(I)本发明套置在等离子体刻蚀设备反应腔内的晶片基座周围，将反应腔分隔为上下两个空间，在两种气体切换的过程中，向反应腔上部空间注入下ー种气体，同时晶片基座下方的排气泵将反应腔内的前一种气体抽出，由于本发明上间隔设置多个气道，且气道的上开ロ小于下开ロ，使得气体回流预防装置上表面所受气体压强大于下表面所受气体压强，防止了前一种气体通过气道回流到反应腔上部空间与后一种气体混合，从而减短了两种气体的切换间隔时间，减小博世エ艺中形成的扇贝状侧墙，提高刻蚀质量和生产效率。(2)本发明由于具有一定的高度，其高度大于上孔径与下孔径平均值的2倍，且间隔设置的多个气道上开ロ小于下开ロ，开ロ较小的上开ロ具有限流作用，在刻蚀或者沉积的过程中，工作的等离子体被限制在反应腔内上部空间，与反应腔内下部空间的真空分离。
图I为现有技术电感耦合等离子体刻蚀设备的反应腔结构示意 图2为使用现有技术等离子体刻蚀设备刻蚀的深硅通孔显微形貌示意 图3为图2使用现有技术等离子体刻蚀设备刻蚀的深硅通孔N区域的扇贝状侧墙显微形貌不意 图4为本发明气体回流预防装置设置在电感耦合等离子体刻蚀设备的反应腔里的结构示意 图5为本发明气体回流预防装置实施例之一的俯视图；图6为本发明气体回流预防装置实施例之ニ的俯视 图7为本发明气体回流预防装置的纵向剖视 图8为使用本发明装置的等离子刻蚀设备刻蚀的深硅通孔扇贝状侧墙显微形貌示意图。
具体实施例方式以下结合附图，对本发明做进ー步阐 述。參阅附图4所示，一种气体回流预防装置1，设置在等离子体刻蚀设备的反应腔9内，等离子体刻蚀设备的反应腔9设置有包覆在内部工作空间四周的腔壁31和顶部的介电板32，腔壁31上设置有气体注入板4，反应腔9的腔壁31内设置有晶片基座2，晶片基座2的下方设置有排气泵8。介电板32上方设置有射频线圈5，等离子体刻蚀设备工作时，射频线圈5与等离子体刻蚀设备的射频电源61相连接，晶片基座2与等离子体刻蚀设备的射频偏置电源62相连接，气体通过气体注入板4输入反应腔9，被电离成等离子体7，排气时排气泵8将气体排出反应腔9。本发明气体回流预防装置I套置在晶片基座2タト，将反应腔分隔成上下两个空间。配合參见附图5和附图6所示，气体回流预防装置I设为环状本体11，环状本体11上间隔设置多个气道12。附图4中所标示的P1、P2分别为环状本体11上表面、下表面所受的气体压强。本发明有三种实施例。參阅附图5所示，其中第一种实施例的气道12为通孔121，參阅附图7所示，通孔121的上开ロ面积小于下开ロ面积。上开ロ孔径常规设为2-5mm，下开ロ孔径常规设为4-10mm。环状本体11的高度大于通孔121上孔径与下孔径平均值的2倍。通孔121可以垂直设置在环状本体11中；也可以斜置在环状本体11中，使得通孔121的中心线与环状本体11的上表面和下表面构成夹角。配合參阅附图7所示，在本实施例中，采用圆形通孔气道，通孔上开ロ直径为2mm，下开ロ直径为4mm，环状本体11的高度须大于6mm。參阅附图6所示，其中第二种实施例的气道12为上下贯通的槽122，參阅附图7所示，槽122的上开ロ面积小于下开ロ面积。上槽ロ宽常规设为2-5mm，下槽ロ宽常规设为4-10mm。环状本体11的高度大于槽122上槽ロ宽度与下槽ロ宽度平均值的2倍。槽122可以垂直设置在环状本体11中，也可以斜置在环状本体11中与环状本体11构成夹角，使得通孔121的中心线与环状本体11的上表面和下表面构成夹角。其中第三种实施例的气道12为上下贯通的任意几何形状，几何形状的上开ロ面积小于下开ロ面积。几何形状的上开ロ尺寸常规设为2-5mm，下开ロ尺寸常规设为4-lOcm。环状本体11的高度大于几何形状上开ロ尺寸与下开ロ尺寸的平均值的2倍。几何形状的气道可以垂直设置在环状本体11中，也可以斜置在环状本体11中与环状本体11构成夹角，使得通孔121的中心线与环状本体11的上表面和下表面构成夹角。环状本体11具有一定的高度保证了设置在本体11上的气道12具有足够的长度。由于较小的气道12上开ロ对气体具有限流作用，配合上足够长度的气道12，使得在刻蚀或者沉积的过程中，工作的等离子体被限制在反应腔9内上部空间，与反应腔9内下部空间分离。气体回流预防装置I的环状本体11由金属材料制成。能够通过与其接触的腔壁31良好接地，形成射频回路，在刻蚀或沉积的过程中，将工作的等离子体约束在反应腔9内环状本体11的上方，与反应腔9内下部空间分离。參阅附图4所示，气体回流预防装置I在等离子刻蚀设备工作过程中环状本体11上表面气压Pl大于环状本体11下表面气压P2。两种气体切换的过程中环状本体11下表面气压P2由排气泵8決定。当使用包含本发明气体回流预防装置的等离子体刻蚀设备执行博世エ艺时，在两种气体切换的过程中，等离子体刻蚀设备向反应腔9上部空间注入后ー种气体，同时晶片基座2下方的排气泵8将反应腔9内的前一种气体抽出，由于本发明上间隔设置多个气道12，且气道12的上开ロ小于下开ロ，使得气体回流预防装置I上表面所受气体压强Pl大于下表面所受气体压强P2，防止了前一种气体通过气道12回流到反应腔9上部空间与后ー种气体混合，从而能够减短两种气体的切换间隔时间。
本发明气体回流预防装置设置在电感耦合等离子体刻蚀设备里实施博世エ艺，在半导体材料晶片101上刻蚀深硅通孔102，其孔壁103的真实的显微形貌由扫描电子显微镜显示，对其与附图2中N区域相同位置放大示于附图8，与附图3所示现有技术的电感耦合等离子体刻蚀设备实施博世エ艺刻蚀的深硅通孔显微形貌进行对比，可以看出，使用本发明气体回流预防装置的电感耦合等离子体刻蚀设备刻蚀的深硅通孔102具有比较平缓的扇贝状侧墙B，本发明气体回流预防装置明显减小了附图3中的深硅通孔102的扇贝状侧墙A，提高了刻蚀质量。综上所述，由于环状本体11上间隔设置有多个上开ロ小于下开ロ的气道12，且环状本体11具有一定的高度，有效防止了两种气体切换时向反应腔9外排气的前一种气体回流与注入的后一种气体混合，从而减短了两种气体的切换间隔时间，减小博世エ艺中形成的扇贝状侧墙，提闻刻蚀质量，提闻生广效率。尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求
1.一种气体回流预防装置(1)，套置在等离子体刻蚀设备的反应腔(9)内的晶片基座(2)外，其特征在于，所述的气体回流预防装置(I)设为环状本体(11)，所述的环状本体(11)上间隔设置多个气道(12)，在等离子刻蚀设备工作过程中环状本体(11)的上表面气压大于环状本体(11)的下表面气压。
2.如权利要求I所述的气体回流预防装置(1)，其特征在于，所述的气道(12)为通孔(121)，通孔(121)的上开口面积小于下开口面积。
3.如权利要求I所述的气体回流预防装置(I)，其特征在于，所述的气道(12)为上下贯通的槽(122)，槽(122)的上开口面积小于下开口面积。
4.如权利要求I所述的气体回流预防装置(I)，其特征在于，所述的气道(12)为上下贯通的几何形状，气道的上开口面积小于下开口面积。
5.如权利要求2所述的气体回流预防装置(I)，其特征在于，所述的环状本体(11)的高度大于通孔(121)上孔径与通孔下孔径平均值的2倍。
6.如权利要求3所述的气体回流预防装置(I)，其特征在于，所述的环状本体(11)的高度大于槽(122)上槽口宽度与下槽口宽度平均值的2倍。
7.如权利要求4所述的气体回流预防装置(1)，其特征在于，所述的环状本体(11)的高度大于几何形状上开口尺寸与下开口尺寸的平均值的2倍。
8.如权利要求I所述的气体回流预防装置(I)，其特征在于，所述的气道(12)垂直设置在环状本体(11)中。
9.如权利要求I所述的气体回流预防装置(I)，其特征在于，所述的气道(12)斜置在环状 本体(11)中，与环状本体(11)构成夹角。
10.如权利要求I所述的气体回流预防装置(1)，其特征在于，所述环状本体(11)由金属材料制成。
全文摘要
本发明公开了一种气体回流预防装置，设置在等离子体刻蚀设备的反应腔内，反应腔内设置有晶片基座，所述的气体回流预防装置套置在晶片基座外，其特点是，气体回流预防装置设为环状本体，环状本体上间隔设置多个气道，气道的上开口小于下开口；气道可垂直设置在环状本体中，也可以斜置在环状本体中与环状本体构成夹角。使用本发明气体回流预防装置的等离子体刻蚀设备实施博世工艺时，在两种气体切换时，能够防止前一种气体通过气道回流到反应腔上部空间与后一种气体混合，从而减短两种气体的切换间隔时间，减小博世工艺中形成的扇贝状侧墙，提高产品刻蚀质量，提高生产效率。
文档编号H01J37/02GK102856146SQ20121037184
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月29日 优先权日2012年9月29日
发明者周旭升, 倪图强 申请人:中微半导体设备(上海)有限公司