电容耦合等离子体射频模式下晶圆解吸附方法及装置与流程

本申请涉及半导体加工，尤其涉及一种电容耦合等离子体射频模式下晶圆解吸附方法及装置。

背景技术：

1、随着硅栅mos器件的出现，多晶硅逐渐成为先进器件材料的主力军。除了用作mos栅极之外，多晶硅还广泛应用于深沟槽电容极板填充以及闪存工艺中的位线中，这些工艺的实现都离不开硅的刻蚀技术。刻蚀技术主要分为干法刻蚀和湿法刻蚀。由于干法刻蚀可以实现各向异性刻蚀，符合现阶段半导体制造的高精准、高集成度的需求，因此在小尺寸的先进工艺中，基本采用干法刻蚀工艺，导致干法刻蚀机在半导体刻蚀市场中占据绝对主流地位。目前硅的干法刻蚀普遍在电容耦合等离子体(capacitive coupled plasma，简称ccp)射频(radio frequency，简称rf)模式下进行硅刻蚀。在进行等离子体刻蚀前，需要将晶圆固定在反应腔室内的静电卡盘上。静电卡盘是一种利用静电吸附原理在真空及等离子环境中固定晶圆的夹具。其主要作用是固定晶圆，防止晶圆在刻蚀过程中移动或者变形，并且控制晶圆的温度。静电卡盘主要由第一电极和电介质层构成，晶圆隔着电介质层放置在第一电极的上方，在刻蚀工艺开始前，对静电卡盘的第一电极提供静电电压，以使静电卡盘上形成静电场，从而将晶圆吸附固定在静电卡盘上。在等离子体刻蚀完成后对晶圆进行解吸附，从而使晶圆与静电卡盘分离，再用机械手将晶圆取出反应腔进行下一步操作。

2、传统的晶圆解吸附方法，是对第一电极提供极性相反的反向电压，以去除静电卡盘表面的静电电荷，但是，由于吸附和解吸附步骤是在真空环境下进行的，反向电压也无法完全去除晶圆上的静电电荷，因此需要通入辅助气体进行解吸附。现有ccp rf模式刻蚀后普遍通入氩气(ar)气体对晶圆进行解吸附。由于等离子体刻蚀过程中，高强度的等离子体轰击对晶圆表面造成损伤会产生一种刻蚀缺陷。并且氩气气体分子质量大，会恶化在等离子体刻蚀时产生的缺陷。

3、因此，需要对晶圆的解吸附技术进行改进，减轻晶圆解吸附过程中解吸附气体对晶圆表面的轰击，改善电容耦合等离子体射频模式下的刻蚀缺陷问题。

技术实现思路

1、本申请所要解决的技术问题是提供一种电容耦合等离子体射频模式下晶圆解吸附方法及装置，能够减轻晶圆解吸附过程中解吸附气体对晶圆表面的轰击，改善电容耦合等离子体射频模式下的硅刻蚀缺陷问题。

2、为了解决上述问题，本申请提供了一种电容耦合等离子体射频模式下晶圆解吸附方法，包括如下步骤：提供一等离子体刻蚀反应腔室，所述等离子体刻蚀反应腔室中设置有静电卡盘、所述静电卡盘包括第一电极，通过向所述第一电极施加第一电压，以采用静电吸附的方式将所述晶圆固定于所述静电卡盘的表面；在对所述晶圆进行解吸附的步骤中，通过向所述等离子体刻蚀反应腔室中通入氮气作为解吸附气体，并将所述第一电极上的所述第一电压降低至预设电压，从而解除所述晶圆和所述静电卡盘的静电吸附。

3、在一些实施例中，所述静电卡盘还包括包覆所述第一电极的电介质层，当向所述第一电极施加所述第一电压后，所述电介质层的表面产生极化电荷从而吸附固定所述晶圆。

4、在一些实施例中，所述等离子体刻蚀反应腔室中还设置有通气口，所述通气口设置于所述等离子体刻蚀反应腔室的侧壁并连接至氮气源，所述通气口用于在对所述晶圆进行解吸附的步骤中向所述等离子体刻蚀反应腔室内通入所述氮气作为解吸附气体。

5、在一些实施例中，所述等离子体刻蚀反应腔室中还具有与所述第一电极相对设置的第二电极，在对所述晶圆进行解吸附的步骤中，通过向所述第二电极施加第二电压以将所述氮气激发为等离子体，用于解除所述晶圆和所述静电卡盘的静电吸附。

6、在一些实施例中，解除所述晶圆和所述静电卡盘的静电吸附过程中，所述等离子体刻蚀反应腔室内的温度为20℃。

7、在一些实施例中，向所述等离子体刻蚀反应腔室中通入氮气作为解吸附气体的步骤进一步包括：控制所述等离子体刻蚀反应腔室内的压力为第一设定压力。

8、在一些实施例中，将所述第一电极上的所述第一电压降低至预设电压的步骤进一步包括：将所述第一电极上的所述第一电压降低至0。

9、为了解决上述问题，本申请还提供了一种电容耦合等离子体射频模式下晶圆解吸附装置，包括：等离子体刻蚀反应腔室；静电卡盘，设置于所述等离子体刻蚀反应腔室中，所述静电卡盘包括第一电极，当所述第一电极被施加第一电压时、采用静电吸附的方式将晶圆吸附固定于所述静电卡盘的表面，当将所述第一电极上的所述第一电压降低至预设电压时、用于解除所述晶圆和所述静电卡盘的静电吸附；以及通气口，设置于所述等离子体刻蚀反应腔室的侧壁并连接至氮气源，所述通气口用于在对所述晶圆进行解吸附的步骤中向所述等离子体刻蚀反应腔室通入氮气作为解吸附气体，用于解除所述晶圆和所述静电卡盘的静电吸附。

10、在一些实施例中，所述静电卡盘还包括包覆所述第一电极的电介质层，当向所述第一电极施加所述第一电压后，所述电介质层的表面产生极化电荷从而吸附固定所述晶圆。

11、在一些实施例中，所述等离子体刻蚀反应腔室中还具有与所述第一电极相对设置的第二电极，在对所述晶圆进行解吸附的步骤中，通过向所述第二电极施加第二电压以将所述氮气激发为等离子体，用于解除所述晶圆和所述静电卡盘的静电吸附。

12、上述技术方案，选用氮气作为解吸附气体解除所述晶圆和静电卡盘表面的静电吸附，可以减轻晶圆解吸附过程中解吸附气体对晶圆表面的轰击，弱化晶圆表面的损伤，并且氮气对晶圆表面的刻蚀损伤也有一定的修复作用，可以改善电容耦合等离子体射频模式下刻蚀带来的缺陷。

13、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

技术特征：

1.一种电容耦合等离子体射频模式下晶圆解吸附方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述静电卡盘还包括包覆所述第一电极的电介质层，当向所述第一电极施加所述第一电压后，所述电介质层的表面产生极化电荷从而吸附固定所述晶圆。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等离子体刻蚀反应腔室中还设置有通气口，所述通气口设置于所述等离子体刻蚀反应腔室的侧壁并连接至氮气源，所述通气口用于在对所述晶圆进行解吸附的步骤中向所述等离子体刻蚀反应腔室内通入所述氮气作为解吸附气体。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等离子体刻蚀反应腔室中还具有与所述第一电极相对设置的第二电极，在对所述晶圆进行解吸附的步骤中，通过向所述第二电极施加第二电压以将所述氮气激发为等离子体，用于解除所述晶圆和所述静电卡盘的静电吸附。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，解除所述晶圆和所述静电卡盘的静电吸附的过程中，所述等离子体刻蚀反应腔室内的温度为20℃。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，向所述等离子体刻蚀反应腔室中通入氮气作为解吸附气体的步骤进一步包括：控制所述等离子体刻蚀反应腔室内的压力为第一设定压力。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述第一电极上的所述第一电压降低至预设电压的步骤进一步包括：将所述第一电极上的所述第一电压降低至0。

8.一种电容耦合等离子体射频模式下晶圆解吸附装置，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述静电卡盘还包括包覆所述第一电极的电介质层，当向所述第一电极施加所述第一电压后，所述电介质层的表面产生极化电荷从而吸附固定所述晶圆。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述等离子体刻蚀反应腔室中还具有与所述第一电极相对设置的第二电极，在对所述晶圆进行解吸附的步骤中，通过向所述第二电极施加第二电压以将所述氮气激发为等离子体，用于解除所述晶圆和所述静电卡盘的静电吸附。

技术总结
本申请提供了一种电容耦合等离子体射频模式下晶圆解吸附方法及装置。所述方法包括如下步骤：提供一等离子体刻蚀反应腔室，所述等离子体刻蚀反应腔室中设置有静电卡盘、所述静电卡盘包括第一电极，通过向所述第一电极施加第一电压，以采用静电吸附的方式将所述晶圆固定于所述静电卡盘的表面；在对所述晶圆进行解吸附的步骤中，通过向所述等离子体刻蚀反应腔室中通入氮气作为解吸附气体，并将所述第一电极上的所述第一电压降低至预设电压，从而解除所述晶圆和所述静电卡盘的静电吸附。本申请选用氮气作为解吸附气体，可以减轻晶圆解吸附过程中解吸附气体对晶圆表面的轰击，并且氮气对晶圆表面的损伤也有一定的修复作用，可以改善电容耦合等离子体射频模式下刻蚀带来的缺陷。

技术研发人员：王明明,沈显青
受保护的技术使用者：上海积塔半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11