用于等离子体刻蚀的反应腔室及等离子体刻蚀方法与流程

本发明属于半导体，更具体地，涉及一种用于等离子体刻蚀的反应腔室及一种等离子体刻蚀方法。

背景技术：

1、在半导体领域，等离子体刻蚀采用的等离子体源主要包括容性耦合等离子体(capacitively coupled plasma，ccp)源和感应耦合等离子体(inductively coupledplasma，icp)源。icp源由电流通过线圈产生的电磁场激发反应气体产生等离子体，icp源具有等离子体密度高、刻蚀方向性好等优点。但是，由于icp是高密度等离子体，气体分子的离化率很高，分子被分裂得很彻底，因此很容易在反应腔室内淀积聚合物，淀积的聚合物会影响工艺的可重复性，产生严重的工艺漂移现象，因此icp主要用于硅和金属刻蚀，不适合电介质刻蚀的大规模生产。

2、ccp源由施加到平行电极板之间的电压激发反应气体产生等离子体。ccp源具有大面积均匀性好、离子能量高等优点，主要用于电介质刻蚀，例如sio2的刻蚀。一般情况下，喷淋头不能采用含金属元素的材料，例如陶瓷材料(含氧化铝、氧化锆等)、纯金属材料，以避免刻蚀过程中由于喷淋头被刻蚀而导致的金属污染的风险。另外喷淋头被刻蚀还会影响工艺气体在反应腔室内的流场分布均匀性，最终导致刻蚀均匀性变差。

技术实现思路

1、本发明的目的是提出一种用于等离子体刻蚀的反应腔室和一种等离子体刻蚀方法，其能够在等离子体刻蚀工艺中对反应腔室内与等离子体接触的零部件进行保护，避免其被等离子体刻蚀。

2、为了实现上述目的，本发明一方面提供一种用于等离子体刻蚀的反应腔室，包括：腔体、上电极、下电极、喷淋头和高密度等离子体发生装置，其中，

3、所述腔体内设有用于承载晶圆的所述下电极，所述腔体顶部设有与所述下电极相对设置的所述上电极，所述下电极和所述上电极用于在所述腔体内形成用于刻蚀所述晶圆的刻蚀等离子体；

4、所述喷淋头，设于所述上电极的下方，用于对进入所述腔体的工艺气体匀流；

5、高密度等离子体发生装置，用于在所述腔体内形成包括自由基的高密度等离子体，所述自由基能够聚合以在所述喷淋头表面形成聚合物保护层。

6、可选地，所述腔体的侧壁设有远程等离子体入口；所述高密度等离子体发生装置包括远程等离子体源，所述远程等离子体源通过所述远程等离子体入口与所述腔体连通。

7、可选地，所述高密度等离子体发生装置包括环绕所述腔体的射频线圈，所述射频线圈和所述下电极与射频电源可操作连接，且所述下电极与偏置电源可操作连接。

8、可选地，所述反应腔室还包括第一射频匹配器、第二射频匹配器和单刀双掷开关，所述射频线圈与所述第一射频匹配器电连接，所述下电极与所述第二射频匹配器电连接，所述射频电源通过所述单刀双掷开关与所述第一射频匹配器和所述第二射频匹配器可操作连接。

9、可选地，所述反应腔室还包括第三射频匹配器，所述第三射频匹配器包括第一可变电容器和第二可变电容器，所述射频线圈与所述第一可变电容器连接，所述下电极与所述第二可变电容器连接，所述射频电源分别与所述第一可变电容器和所述第二可变电容器连接。

10、本发明另一方面提供一种等离子体刻蚀方法，利用所述的反应腔室，所述方法包括：

11、保护步骤：将假片传输到所述腔体内，在所述腔体内通过自由基聚合在所述喷淋头表面形成聚合物保护层，再移出假片；

12、刻蚀步骤：将晶圆传输到所述腔体内，在所述腔体内形成刻蚀等离子体，对所述晶圆进行刻蚀。

13、可选地，所述自由基包括碳氟自由基，所述聚合物保护层为碳氟聚合物保护层，所述刻蚀等离子体包括碳氟等离子体。

14、可选地，在所述保护步骤中，在所述喷淋头表面形成厚度1纳米至10微米的所述聚合物保护层。

15、可选地，在所述保护步骤中，利用所述高密度等离子体发生装置在所述腔体内形成所述自由基；或者向所述腔体内通入保护工艺气体，同时利用所述高密度等离子体发生装置在所述腔体内形成所述自由基；

16、在所述刻蚀步骤中，向所述腔体内通入刻蚀工艺气体，并利用所述上电极和所述下电极在所述腔体内形成所述刻蚀等离子体，对所述晶圆进行刻蚀。

17、可选地，在所述保护步骤中，所述保护工艺气体中的氟碳元素比小于或等于2；

18、在所述刻蚀步骤中，所述刻蚀工艺气体中的氟碳元素比大于或等于2。

19、可选地，在所述保护步骤中，所述保护工艺气体包括c4f8或者ch3f等碳氟类气体中的一种或者多种，所述保护工艺气体的流量范围为10～1000sccm；

20、在所述刻蚀步骤中，所述刻蚀工艺气体包括氩气、cf4、c4f8、ch2f2、chf3的至少其中之一，其中氩气、cf4、c4f8、ch2f2、chf3的流量范围均为0～1000sccm。

21、本发明的有益效果在于：本发明利用自由基易于在表面上聚合形成聚合物的性质。用于等离子体刻蚀的反应腔室包括高密度等离子体发生装置，能够在腔体内形成包括自由基的高密度等离子体，自由基能够聚合以在喷淋头表面形成聚合物保护层，对喷淋头起到保护作用，防止其被刻蚀。

22、等离子体刻蚀方法在将晶圆传输到反应腔室内进行刻蚀之前，先在反应腔室内形成自由基，自由基聚合在喷淋头表面形成聚合物保护层之后，再通过刻蚀等离子体对晶圆进行刻蚀。由于喷淋头表面形成有聚合物保护层，因此在刻蚀步骤中，等离子体不会刻蚀喷淋头表面，从而既能够保护喷淋头，也能够避免由于喷淋头被刻蚀而导致的金属污染，还能够避免不需要的刻蚀影响刻蚀工艺气体在反应腔室内的流场分布均匀性，提高刻蚀均匀性。

23、本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种用于等离子体刻蚀的反应腔室，其特征在于，包括：腔体、上电极、下电极、喷淋头和高密度等离子体发生装置，其中，

2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述腔体的侧壁设有远程等离子体入口；所述高密度等离子体发生装置包括远程等离子体源，所述远程等离子体源通过所述远程等离子体入口与所述腔体连通。

3.根据权利要1所述的反应腔室，其特征在于，所述高密度等离子体发生装置包括环绕所述腔体的射频线圈，所述射频线圈和所述下电极与射频电源可操作连接，且所述下电极与偏置电源可操作连接。

4.根据权利要求3所述的反应腔室，其特征在于，所述反应腔室还包括第一射频匹配器、第二射频匹配器和单刀双掷开关，所述射频线圈与所述第一射频匹配器电连接，所述下电极与所述第二射频匹配器电连接，所述射频电源通过所述单刀双掷开关与所述第一射频匹配器和所述第二射频匹配器可操作连接。

5.根据权利要求3所述的反应腔室，其特征在于，所述反应腔室还包括第三射频匹配器，所述第三射频匹配器包括第一可变电容器和第二可变电容器，所述射频线圈与所述第一可变电容器连接，所述下电极与所述第二可变电容器连接，所述射频电源分别与所述第一可变电容器和所述第二可变电容器连接。

6.一种等离子体刻蚀方法，其特征在于，利用根据权利要求1-5中任一项所述的反应腔室，所述方法包括：

7.根据权利要求6所述的等离子体刻蚀方法，其特征在于，所述自由基包括碳氟自由基，所述聚合物保护层为碳氟聚合物保护层，所述刻蚀等离子体包括碳氟等离子体。

8.根据权利要求7所述的等离子体刻蚀方法，其特征在于，在所述保护步骤中，在所述喷淋头表面形成厚度1纳米至10微米的所述聚合物保护层。

9.根据权利要求7所述的等离子体刻蚀方法，其特征在于，在所述保护步骤中，利用所述高密度等离子体发生装置在所述腔体内形成所述自由基；或者向所述腔体内通入保护工艺气体，同时利用所述高密度等离子体发生装置在所述腔体内形成所述自由基；

10.根据权利要求9所述的等离子体刻蚀方法，其特征在于，在所述保护步骤中，所述保护工艺气体中的氟碳元素比小于或等于2；

11.根据权利要求10所述的等离子体刻蚀方法，其特征在于，在所述保护步骤中，所述保护工艺气体包括c4f8或者ch3f等碳氟类气体中的一种或者多种，所述保护工艺气体的流量范围为10～1000sccm；

技术总结
一种用于等离子体刻蚀的反应腔室及等离子体刻蚀方法，反应腔室包括：腔体、上电极、下电极、喷淋头和高密度等离子体发生装置，腔体内设有用于承载晶圆的下电极，腔体顶部设有与下电极相对设置的上电极，下电极和上电极用于在腔体内形成用于刻蚀晶圆的刻蚀等离子体；喷淋头，设于上电极的下方，用于对进入腔体的工艺气体匀流；高密度等离子体发生装置，用于在腔体内形成包括自由基的高密度等离子体，自由基能够聚合以在所述喷淋头表面形成聚合物保护层。在刻蚀晶圆的过程中，刻蚀等离子体不会刻蚀喷淋头表面，从而既能够保护喷淋头，也能够避免由于喷淋头被刻蚀而导致的金属污染，还能够提高刻蚀均匀性。

技术研发人员：袁仁志,林源为,陈兆滨
受保护的技术使用者：北京北方华创微电子装备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17