本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的等離子體處理裝置，特別涉及一種等離子體處理裝置及其晶圓邊緣處理組件。

背景技術(shù)：

圖1示出現(xiàn)有技術(shù)中的一種電感耦合等離子體處理裝置，所述等離子體處理裝置包括一刻蝕腔體101，刻蝕腔體101上方設(shè)置一電感線(xiàn)圈102，用于將射頻功率施加到刻蝕腔體101內(nèi)，刻蝕腔體101內(nèi)的底部設(shè)有基座103，基座103上方設(shè)置靜電夾盤(pán)104，晶圓105放置在靜電夾盤(pán)104上方?？涛g腔體101下方設(shè)置一排氣泵106，用于將反應(yīng)副產(chǎn)物排出刻蝕腔體101。環(huán)繞刻蝕腔體101的側(cè)壁上設(shè)置若干氣體噴口107，為了避免氣體噴口107注入刻蝕腔體101的氣體尚未參與反應(yīng)即被排氣泵106排出反應(yīng)腔外，通常在氣體噴口107與晶圓105之間設(shè)置一氣體阻擋環(huán)108，該氣體阻擋環(huán)108與刻蝕腔體101的內(nèi)側(cè)壁連接，并且位于晶圓105的上方，用于將反應(yīng)氣體向刻蝕腔體101的中心區(qū)域引導(dǎo)，以調(diào)節(jié)刻蝕腔體101內(nèi)中心區(qū)域和邊緣區(qū)域的氣體分布均勻性。

盡管氣體阻擋環(huán)108可以較好的調(diào)節(jié)刻蝕腔體101內(nèi)的氣體分布，然而，晶圓刻蝕的均勻性與否除了與參與反應(yīng)的氣體濃度分布有關(guān)外，還與晶圓表面的開(kāi)口率有關(guān)，晶圓的開(kāi)口率指需要刻蝕的面積與整個(gè)晶圓上表面積的比例，當(dāng)晶圓的開(kāi)口率較低時(shí)，消耗的參與反應(yīng)的等離子體較少，則刻蝕的均勻性更多的是受等離子體的濃度分布影響，當(dāng)晶圓的開(kāi)口率較大時(shí)，需要消耗的等離子體較多，此時(shí)，刻蝕的均勻性除了受等離子體的濃度分布影響外，還與需要刻蝕的開(kāi)口面積在晶圓上的分布有關(guān)。如圖2所示，為現(xiàn)有技術(shù)中，刻蝕晶圓表面刻蝕氣體濃度與副產(chǎn)物濃度關(guān)系示意圖。再如圖3及圖4所示的待處理硅晶圓的結(jié)構(gòu)示意圖，在晶圓上形成一個(gè)圓形或方形的洞，硅開(kāi)口率從5%~100%不等。大多數(shù)開(kāi)口率都大于20%。

現(xiàn)有技術(shù)中，在對(duì)硅晶圓進(jìn)行大開(kāi)口率等離子體刻蝕時(shí)，例如開(kāi)口率大于20%時(shí)，晶圓表面的均一性很差。尤其是在晶圓邊緣，硅刻蝕率急劇增加并且晶圓邊緣處的刻蝕氣體的濃度遠(yuǎn)大于晶圓中心區(qū)域的刻蝕氣體的濃度；同時(shí)，晶圓邊緣的開(kāi)口率比晶圓中心的開(kāi)口率小。二者的相反作用造成硅晶圓表面的刻蝕均一性更加糟糕，亟需改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種等離子體處理裝置及其晶圓邊緣處理組件，晶圓邊緣處理組件可以阻擋過(guò)多的刻蝕氣體進(jìn)入到晶圓邊緣，提高晶圓表面刻蝕均一性。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種用于等離子體處理裝置的晶圓邊緣處理組件，其特點(diǎn)是，所述晶圓邊緣處理組件位于一電感耦合等離子體處理裝置的刻蝕腔體內(nèi)，所述刻蝕腔體內(nèi)包括設(shè)置在底部的基座，基座上方設(shè)置有靜電夾盤(pán)，晶圓設(shè)置在所述靜電夾盤(pán)上；

所述晶圓邊緣處理組件包含邊緣保護(hù)環(huán)、遮蔽環(huán)及阻擋環(huán)；所述的邊緣保護(hù)環(huán)覆蓋晶圓的邊緣位置，所述的遮蔽環(huán)設(shè)置在邊緣保護(hù)環(huán)的上方，所述的阻擋環(huán)設(shè)置在遮蔽環(huán)的上方，并與刻蝕腔體的內(nèi)壁連接。

所述的邊緣保護(hù)環(huán)的內(nèi)徑小于晶圓的直徑，所述晶圓的直徑比所述邊緣保護(hù)環(huán)的內(nèi)徑大0-3mm。

所述遮蔽環(huán)的內(nèi)徑大于晶圓的直徑，所述遮蔽環(huán)的內(nèi)徑比所述晶圓的直徑大3-10mm。

所述遮蔽環(huán)的豎直方向的高度范圍為1-20mm，所述遮蔽環(huán)水平方向的厚度范圍為1-10mm。

所述的阻擋環(huán)為平板式結(jié)構(gòu)，并且所述阻擋環(huán)的內(nèi)徑大于所述遮蔽環(huán)的外徑。

所述的阻擋環(huán)為下沉式結(jié)構(gòu)，所述的阻擋環(huán)包含本體及通過(guò)連接部與本體連接的延展部，所述的延展部設(shè)置在所述本體的下方，并且延展部的內(nèi)徑小于所述本體的內(nèi)徑。

所述的延展部?jī)?nèi)徑大于所述遮蔽環(huán)的外徑。

所述的延展部底表面所在的平面略低于所述遮蔽環(huán)頂部所在的平面。

所述的邊緣保護(hù)環(huán)與遮蔽環(huán)為分離式結(jié)構(gòu)，或者所述的邊緣保護(hù)環(huán)與遮蔽環(huán)為整體式結(jié)構(gòu)。

所述遮蔽環(huán)為圓筒形或漏斗形中的一種。

所述遮蔽環(huán)及所述邊緣保護(hù)環(huán)的材質(zhì)為石英、陶瓷中的一種。

一種等離子體處理裝置，其特點(diǎn)是，包含上述的晶圓邊緣處理組件。

本發(fā)明一種等離子體處理裝置及其晶圓邊緣處理組件與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：由于等離子體處理裝置中設(shè)有晶圓邊緣處理組件，其中，邊緣保護(hù)環(huán)可以對(duì)晶圓不需要刻蝕的邊緣區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，防止邊緣區(qū)域高濃度的等離子體對(duì)晶圓邊緣造成損傷，遮蔽環(huán)可以阻擋刻蝕腔體側(cè)壁至遮蔽環(huán)外邊緣之間的等離子體快速的對(duì)晶圓邊緣區(qū)域進(jìn)行刻蝕，同時(shí)也可以通過(guò)限制反應(yīng)后的副產(chǎn)物流動(dòng)降低邊緣區(qū)域的等離子體刻蝕速率；除此之外，遮蔽環(huán)還可以調(diào)節(jié)邊緣區(qū)域的電場(chǎng)分布，使得邊緣區(qū)域解離等離子體的速率受到抑制，從多個(gè)方面對(duì)邊緣區(qū)域的刻蝕速率進(jìn)行控制，以降低硅晶圓邊緣區(qū)域的刻蝕速率，保證硅晶圓中心區(qū)域和邊緣區(qū)域刻蝕速率的一致性。本發(fā)明的晶圓邊緣處理組件的尺寸可以設(shè)計(jì)為不同，以適應(yīng)不同刻蝕工藝中具有不同開(kāi)口率的硅基片的刻蝕要求。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一種電感耦合等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)刻蝕晶圓時(shí)，刻蝕氣體濃度與副產(chǎn)物濃度關(guān)系示意圖；

圖3為待刻蝕晶圓的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖3的俯視圖；

圖5為本發(fā)明中等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明刻蝕晶圓時(shí)，刻蝕氣體濃度與副產(chǎn)物濃度關(guān)系示意圖；

圖7為開(kāi)口率為50%時(shí)，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)刻蝕內(nèi)徑掃描曲線(xiàn)對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，通過(guò)詳細(xì)說(shuō)明一個(gè)較佳的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。

圖5示出本發(fā)明所示的一種電感耦合等離子體處理裝置，所述等離子體處理裝置包括一刻蝕腔體501，刻蝕腔體501上方設(shè)置一電感線(xiàn)圈502，用于將射頻功率施加到刻蝕腔體501內(nèi)，刻蝕腔體501內(nèi)的底部設(shè)有基座503，基座503上方設(shè)置靜電夾盤(pán)504，晶圓505放置在靜電夾盤(pán)504上方。刻蝕腔體501下方設(shè)置一排氣泵506，用于將反應(yīng)副產(chǎn)物排出刻蝕腔體501。環(huán)繞刻蝕腔體501的側(cè)壁上設(shè)置若干氣體噴口507，為了避免氣體噴口507注入刻蝕腔體101的氣體尚未參與反應(yīng)即被排氣泵506排出刻蝕腔體501外，通常在氣體噴口507與晶圓505之間設(shè)置一氣體阻擋環(huán)508，該氣體阻擋環(huán)508與刻蝕腔體501的內(nèi)側(cè)壁連接，并且位于晶圓505的上方，用于將反應(yīng)氣體向刻蝕腔體501的中心區(qū)域引導(dǎo)，以調(diào)節(jié)刻蝕腔體501內(nèi)中心區(qū)域和邊緣區(qū)域的氣體分布均勻性。

本發(fā)明適用于刻蝕晶圓開(kāi)口率超過(guò)20%的刻蝕工藝，氣體阻擋環(huán)盡管能調(diào)節(jié)刻蝕腔體內(nèi)中心區(qū)域和邊緣區(qū)域反應(yīng)氣體的分布均勻，當(dāng)晶圓的開(kāi)口率較大時(shí)，影響晶圓邊緣區(qū)域和中心區(qū)域刻蝕均勻性的因素增多，例如，當(dāng)刻蝕的晶圓為硅晶圓時(shí)，其邊緣通常設(shè)置為具有一傾斜度的斜面，該斜面上通常不需要進(jìn)行等離子體刻蝕，此時(shí)，由于硅晶圓邊緣區(qū)域幾乎不消耗等離子體，會(huì)使得該處等離子體濃度相比中心區(qū)域等離子體濃度大幅提高。進(jìn)而使得靠近邊緣區(qū)域的硅晶圓刻蝕速率提高，不利于保證整個(gè)晶圓刻蝕的均勻性。

在本發(fā)明圖5所示的實(shí)施例中，公開(kāi)了一種用于等離子體處理裝置的晶圓邊緣處理組件，適用于對(duì)開(kāi)口率有要求的刻蝕工藝中，所述晶圓邊緣處理組件包含一邊緣保護(hù)環(huán)509，該邊緣保護(hù)環(huán)509用于覆蓋、保護(hù)硅晶圓具有傾斜度的斜面，以避免等離子體對(duì)其進(jìn)行不必要的刻蝕，造成硅晶圓的損壞。由于硅晶圓的邊緣區(qū)域被遮擋，邊緣區(qū)域等離子體的由于損耗較小，濃度大幅提高，為了保證靠近硅晶圓邊緣斜面區(qū)域的刻蝕速率不至于過(guò)快，本發(fā)明在邊緣保護(hù)環(huán)509的上方設(shè)置具有一定厚度的遮蔽環(huán)510。遮蔽環(huán)510的設(shè)置可以阻擋刻蝕腔體501側(cè)壁至遮蔽環(huán)510外邊緣之間的等離子體快速的對(duì)晶圓邊緣區(qū)域進(jìn)行刻蝕，同時(shí)也可以通過(guò)限制反應(yīng)后的副產(chǎn)物流動(dòng)降低邊緣區(qū)域的等離子體刻蝕速率；除此之外，遮蔽環(huán)510還可以調(diào)節(jié)邊緣區(qū)域的電場(chǎng)分布，使得邊緣區(qū)域解離等離子體的速率受到抑制，從多個(gè)方面對(duì)邊緣區(qū)域的刻蝕速率進(jìn)行控制，以降低硅晶圓邊緣區(qū)域的刻蝕速率，保證硅晶圓中心區(qū)域和邊緣區(qū)域刻蝕速率的一致性。

邊緣保護(hù)環(huán)509除了要覆蓋晶圓邊緣區(qū)域的斜面外，還對(duì)邊緣區(qū)域的電場(chǎng)分布造成影響，在對(duì)晶圓進(jìn)行刻蝕的工藝中，基座503上要施加偏置射頻功率，所述偏置射頻功率在晶圓中心區(qū)域上方形成具有良好均勻性的電場(chǎng)，而在晶圓邊緣區(qū)域，由于介質(zhì)發(fā)生變化，使得電場(chǎng)方向造成傾斜，影響邊緣區(qū)域刻蝕圖形的形貌。本發(fā)明設(shè)置的邊緣保護(hù)環(huán)509具有一定的寬度，相當(dāng)于延伸了晶圓的尺寸，有效調(diào)節(jié)邊緣區(qū)域電場(chǎng)分布的均勻性。

遮蔽環(huán)510的一個(gè)作用是限制等離子體的流動(dòng)，為了避免其重量過(guò)大，減少對(duì)其進(jìn)行承載的邊緣保護(hù)環(huán)的壓力，遮蔽環(huán)510水平方向的寬度可以較小，遮蔽環(huán)510的形狀可以為圓筒形，并與所述邊緣保護(hù)環(huán)509垂直，也可以設(shè)置為漏斗形，具有傾斜的環(huán)形面，與所述邊緣保護(hù)環(huán)509具有一定的夾角。為了保證硅晶圓整體的刻蝕速率，優(yōu)選遮蔽環(huán)510的上表面不超過(guò)氣體阻擋環(huán)508所在的平面，即所述的阻擋環(huán)508設(shè)置在遮蔽環(huán)510的上方。

在本實(shí)施例中，所述的邊緣保護(hù)環(huán)509的內(nèi)徑可設(shè)置為不同的大小，針對(duì)不同的刻蝕工藝，根據(jù)不同硅晶圓的邊緣斜面尺寸不同以及硅晶圓上開(kāi)口率的不同進(jìn)行替換，并且邊緣保護(hù)環(huán)509的內(nèi)徑小于晶圓505的直徑；在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，所述晶圓505的直徑比所述邊緣保護(hù)環(huán)509的內(nèi)徑大0-3mm。

在本實(shí)施例中，可以設(shè)置不同內(nèi)徑和高度的遮蔽環(huán)510。在本發(fā)明中，遮蔽環(huán)510的尺寸是根據(jù)開(kāi)口率的要求進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)也取決于硅的結(jié)構(gòu)及硅結(jié)構(gòu)的寬高比。在本發(fā)明中，所述遮蔽環(huán)510的內(nèi)徑應(yīng)大于晶圓505的直徑，在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，所述遮蔽環(huán)的豎直方向的高度范圍為1-20mm，所述遮蔽環(huán)水平方向的厚度范圍為1-10mm；在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述遮蔽環(huán)的豎直方向的高度范圍為5-15mm，所述遮蔽環(huán)水平方向的厚度范圍為1-5mm；開(kāi)口率與遮蔽環(huán)510的豎直方向的高度存在下述關(guān)系，開(kāi)口率越大，對(duì)應(yīng)的遮蔽環(huán)510的豎直方向的高度越高。在本發(fā)明中，所述遮蔽環(huán)510的內(nèi)徑大于晶圓505的直徑，所述遮蔽環(huán)510的內(nèi)徑比所述晶圓505的直徑大3-10mm，開(kāi)口率與遮蔽環(huán)510的內(nèi)徑存在下述關(guān)系，開(kāi)口率越大，對(duì)應(yīng)的遮蔽環(huán)510的內(nèi)徑越小，即所述遮蔽環(huán)510越靠近晶圓505。

在本實(shí)施例中，阻擋環(huán)508的結(jié)構(gòu)可以為下沉式或者平板式。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，如圖5所示，所述的阻擋環(huán)508為下沉式結(jié)構(gòu)，所述的阻擋環(huán)508包含本體5081及通過(guò)連接部5082與本體5081連接的延展部5083，所述的延展部5083設(shè)置在所述本體5081的下方，并且延展部5083的內(nèi)徑小于所述本體5081的內(nèi)徑；所述的延展部5083內(nèi)徑大于所述遮蔽環(huán)510的外徑；所述的延展部5083底表面所在的平面略低于所述遮蔽環(huán)510頂部所在的平面。

在本發(fā)明的另外一些實(shí)施例中，所述的阻擋環(huán)508為平板式結(jié)構(gòu)，即沒(méi)有連接部和延展部，只有本體，此時(shí)本體的內(nèi)徑要比下沉式結(jié)構(gòu)的本體內(nèi)徑要小，并且要大于所述遮蔽環(huán)510的外徑。

在本發(fā)明中，邊緣保護(hù)環(huán)與遮蔽環(huán)可以做成分離式結(jié)構(gòu)，也可以做成整體式結(jié)構(gòu)。

如圖6所示，通過(guò)本發(fā)明的晶圓邊緣處理組件可以使得反應(yīng)腔內(nèi)邊緣區(qū)域和中心區(qū)域刻蝕氣體與副產(chǎn)物的濃度達(dá)到均衡；如圖7所示，線(xiàn)1表示沒(méi)有遮蔽環(huán)時(shí)的刻蝕深度均一性?huà)呙枨€(xiàn)，線(xiàn)2表示有遮蔽環(huán)時(shí)的刻蝕深度均一性?huà)呙枨€(xiàn)，由圖7可以看出通過(guò)抑制晶圓邊緣處的刻蝕氣體濃度，刻蝕均一性被顯著提高，與刻蝕率相適應(yīng)。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。