CN101477945B - 防止/减少基片背面聚合物沉积的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种刻蚀过程中防止/减少基片背面聚合物沉积的方法，包括将基片固定设置于真空处理室中的基片支座上、注入反应气体进行刻蚀处理、将反应气体的一部分重定向或另外通入反应气体作为辅助气体并沿基片的背面向外吹送，以防止/减少在基片背面产生聚合物沉积。采用该种方法能有效地防止/减少聚合物在基片背面沉积。由于该吹送的辅助气体本身也是反应气体或者含有反应气体，从而使得基片边缘部分的反应气体浓度不会受到显著影响，确保了基片边缘区域的刻蚀反应效果，整个过程简单方便，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛。

Description

防止/减少基片背面聚合物沉积的方法和装置

技术领域

本发明涉及基片微加工技术领域，特别涉及基片微加工过程中防止/减少基片背面聚合物沉积的方法和装置。

背景技术

基片的微加工是一种为大家所熟知的技术，其被广泛用于制造例如半导体、平板显示器、发光二极体(LED)、太阳能电池等器件。基片的微加工通常在真空处理室中进行，利用真空处理室进行的两种最常用的工艺处理包括对放置于其内的基片作化学气相沉积处理和和刻蚀处理。

例如，在利用真空处理室进行氧化物刻蚀的工艺中，被刻蚀的基片一般包括底层、待刻蚀的氧化物层以及在该氧化物层顶上形成的光敏抗蚀胶。该氧化物层可以是SiO₂、BPSG、PSG中的一种，或者其他的氧化物材料。该底层可以是Si、TiN、硅化物或者其他的底层材料或者基片材料。在处理基片期间，在真空处理室表面上可能会发生不希望出现的聚合物沉积。例如，在氧化物刻蚀时，处理室可能被加热到80℃以上，此时，CF₃会反应形成CF₂和HF，而CF₂的形成会导致真空处理室表面上聚合物沉积的增加。比如，会在处理室的基片支座和聚焦环上沉积和聚集产生聚合物。

图1为现有技术真空处理室内的一部分的截面图。请参阅图1所示，真空处理室(未图示)内包括基片支座2，比如静电夹盘，用于固定支持基片3，当然也可以采用其它的基片支座。基片3放置并固定于基片支座2上方。通常，为防止工艺处理过程中等离子体对基片支座2产生腐蚀作用而降低基片支座2的使用寿命并同时会在基片支座2上产生聚合沉积物，通常会使基片支座2的直径略小于基片3的直径，使基片3完全覆盖住基片支座2。基片3外围由一包围环4所包围，用于提高整个基片的表面的刻蚀速率的均匀性，特别是提高基片3边缘的刻蚀速率的均匀性。包围环4外围可选择地进一步设置有聚焦环1。由于存在制造公差和热膨胀的需要，通过在基片3的外边缘与与包围环4之间会形成一非常窄的第一间隙7b；在基片3的背面与包围环4的上表面之间形成一非常窄的第二间隙7a。在基片处理过程中，处理气体和易挥发性的反应副产物可能会漂移到第一间隙7b中，在对放置在基片支座2上方的多片基片3经过连续多次工艺处理后，会有不希望的聚合物渐渐地沉积在第一间隙7b中，并逐渐延伸进第二间隙7b处(即，基片3的背面)，从而在第一间隙7b和第二间隙7a处堆积起聚合物沉积物；再者，在基片处理过程中，聚合物前体也有可能会进入第一间隙7b和/或第二间隙7a，从而也会慢慢地在里面形成聚合物沉积物。经过一段时间，这些聚合物沉积物会从所沉积的表面处剥落，变成杂质颗粒，不仅会污染静电夹盘等基片支座，使静电夹盘工作失效或效果变差，而且也会进一步污染被处理基片上的器件，产生生产缺陷。因而，每隔若干小时的连续工作后，基片支座2、包围环4、聚焦环1以及整个真空反应室就必须被清洗。现有技术中常用的清洗方法是，将氧气注入到真空处理室中，点燃等离子体，使氧气与沉积的聚合物发生反应，用这种方法进行清洁，从而达到处理室的氧气侵蚀性清洁。但是这种方法增加了处理基片的操作时间，降低了系统的生产率。另外，氧气侵蚀性清洁也缩短了处理室中零部件(如基片支座2、包围环4、聚焦环1)的寿命。

现有技术中，也公开了采用额外的部件来防止/减少聚合物的沉积，如中国专利(专利申请号200710153279.7)公开了一种可调的RF连接环，用于减少基片与处理室腔壁之间的缝隙中的聚合物沉积，其虽然可以减少基片边缘的聚合物沉积，但是无法减少基片背面的聚合物沉积。

此外，美国专利No.6281144公开了一种在化学气相沉积过程中利用从基片边缘的背面向外吹送惰性气体(比如氩气、氦气或者氮气)来防止在基片背面沉积聚合物的方法，但是这种方法会将反应过程中靠近基片边缘部分的反应气体冲淡/稀释(dilute)，从而使得基片边缘部分的处理工艺受到影响，进而影响了基片边缘区域的半导体器件质量。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种在刻蚀过程中能够有效防止/减少基片背面产生沉积聚合物、确保反应过程中基片边缘的质量、过程简单方便、工作性能稳定可靠的方法。

为了实现上述的目的，在本发明的第一种实施方案中，提供了一种刻蚀过程中防止/减少基片背面聚合物沉积的方法，包括通入反应气体对该基片进行刻蚀处理，，其主要特点是，将反应气体的一部分重定向作为辅助气体，该辅助气体沿该基片的背面吹送，防止/减少在基片背面产生聚合物沉积。

采用了本发明的方法，由于其将辅助气体即反应气体或含有反应气体的气流直接吹送至基片背面，尤其采用从所述背面的中心向四周呈放射状吹送的方式，从而能够通过避免聚合物前体向基片背面扩散而有效的防止/减少了聚合物在基片背面的沉积，同时由于该吹送的辅助气体本身也是反应气体或者绝大部分是反应气体，从而使得基片边缘部分的反应气体浓度不会受到显著影响，确保了基片边缘区域的充分反应，同时通过混合进入的适量的稀释气体，灵活调节基片上蚀刻的速率及补偿由于其它原因所造成的基片的非均匀性差异，保证了基片边缘区域的半导体器件质量，并达到了较为理想的效果，整个过程简单方便，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛，为集成电路工艺技术的进一步发展奠定了坚实的基础。

附图说明

图1为现有技术真空处理室内的一部分的截面图。

图2为本发明的刻蚀过程中防止/减少基片背面聚合物沉积的方法的工作原理示意图。

图3为本发明的刻蚀过程中防止/减少基片背面聚合物沉积的方法另外一种实施方式示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

图2为本发明的刻蚀过程中防止/减少基片背面聚合物沉积的方法的工作原理示意图。为了方便说明本发明，使图2的图示与标号大部分与图1相同，除了本发明与图1所示中不同的发明之处。如图2所示，真空处理室(未图示)内包括基片支座2，比如静电夹盘，用于固定支持基片3，当然也可以采用其它的基片支座，比如机械支座。基片3放置并固定于基片支座2上方。基片支座2的直径略小于基片3的直径，使基片3完全覆盖住基片支座2。基片3外围由一包围环4所包围，用于提高整个基片的表面的刻蚀速率的均匀性。包围环4外围可选择地进一步设置有聚焦环1。应当理解，图2所示的真空处理室中显示包围环4和聚焦环1共同设置于基片支座2周围仅仅是一种示意图，在本发明的其他实施方式中，真空处理室中也可以俟设置一个包围环4或一个聚焦环1。由于存在制造公差和热膨胀的需要，通过在基片3的外边缘3a与与包围环4的第一内表面4a之间会形成一非常窄的第一间隙7b；在基片3的背面3b与包围环4的第二内表面4b之间形成一非常窄的第二间隙7a。

为了防止/减少该刻蚀过程中基片3背面聚合物的沉积，本发明采用的方法是，在基片处理过程中，沿基片3的底表面3a和外边缘3a与包围环4内表面所形成的间隙7a、7b向外持续地或间隙地吹送一辅助气体5，优选的，该辅助气体5是与反应气体成分一样的气体，通过防止形成聚合物前体(polymer precursor)进入到基片3背面，并同时阻止挥发性的反应副产物进入基片3背面，从而防止/减少该刻蚀过程中基片3背面聚合物的沉积。

应当理解，本发明中的辅助气体也可以不完全与反应气体的成份一模一样，而是一种非常接近反应气体成份的混合气体。例如，通过向反应气体内混合一些缓冲气体(buffer gas)，如，Ar；或者，混合一些活性气体，例如，O2。通过这些混合气体的微调，可以改变刻蚀速率和刻蚀轮廓，由此弥补反应过程中由其他因素导致的刻蚀不均一。

具体而言，较佳地，该由反应气体组成的辅助气体中还可以混合有稀释气体。其中稀释气体的含量很小，即辅助气体的绝大部分还是反应气体。

1)所述的稀释气体可以为惰性气体或者活性气体，该惰性气体可以为氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氮气或者其它合适的惰性气体，从而可以适当改变基片3边缘的反应气体的浓度，从而灵活调节(加快或减慢)基片3上蚀刻的速率；

2)该活性气体可以为氧气或者其它合适的活性气体，从而可以进行侵蚀而补偿由于其它原因所造成的基片3的非均匀性差异。

因此，通过混合进入的稀释气体的种类和比例的不同，可以灵活调节(tuning)基片3上蚀刻的速率，而且也可以补偿由于其它原因所造成的基片3的非均匀性差异。

如图2所示，在具体实施过程中，在基片支座2的适当位置处设置气体通道9使之与间隙7a、7b相连接，辅助气体源13通过控制器11(比如，质量流量控制器(MFC))与气体通道9相连接向间隙7a、7b提供辅助气体。辅助气体源13与反应气体源15分别设置，这种设置可以方便单独控制辅助气体源13与反应气体源15的输入和流量。并且，辅助气体源15还可以进一步与缓冲气体(buffer gas)源17混合，混合后再作为辅助气体通入真空处理室内。

如图3所示，作为本发明的另外一种实施方式，也可以将输入到真空处理室内的反应气体源15的一部分(例如很少的一部分反应气体)通过阀19经过重定向(redirected)与一分支气体管道21相连接，再与控制器11相连接而作为辅助气体，使其沿基片3背面靠近基片3边缘处(即，沿间隙7b和7a)向外吹送出来。可选地，缓冲气体(buffer gas)源17还可以与气体管道21相连接用于提供缓冲气体(buffer gas)。

所述的辅助气体的流速可以根据具体情况进行调节，主要依据可能沉积的聚合物的分子大小和辅助气体本身的分子大小而定，一般对于小分子沉积物，所述的辅助气体的流速可以适当地小，比如，所述的辅助气体流速可以为2～7sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute，每分钟标准毫升)，当出现的是大分子沉积物，所述的辅助气体的流速需要适当增大。

较佳地，所述辅助气体从所述背面的中心向四周呈放射状吹送。也就是说，通入真空处理室1的反应气体5，其中一部分经过重定向后从基片3背面的中心向四周呈放射状吹送，或者另外直接通入的反应气体5作为辅助气体从基片3背面的中心向四周呈放射状吹送，从而避免聚合物前体向基片3背面扩散来防止/减少基片3背面聚合物的沉积。为了提高吹送效果，可以在基片支座2的与基片3接触的上表面上从对应基片3的中心的位置开始设置朝向四周呈放射状分布的凹槽，辅助气体沿凹槽向外吹送，从而有效防止聚合物前体向基片3背面扩散。同样原理本发明中的辅助气体也可以从静电夹盘(electrostatic chuck)中流出。只要辅助气体的流动能防止或减少在晶圆背面或侧面的扩散沉积，并且该辅助气体包含反应气体或与反应气体类似的气体就符合本发明思路。与反应气体类似的气体是指在等离子腔中能与反应气体实现类似的刻蚀功能的气体或气体混合物。由于反应气体是根据刻蚀目标物质来选择的，而且反应气体的成分根据刻蚀需要可以有不同配比，气体成分和配比选择是业内一般技艺人士均知的技术且与本发明主题关系不大，所以此处不再例举。

由此，本发明提供了一种防止/减少基片背面聚合物沉积的方法和装置，其可以实现：

a)采用将反应气体5的一部分或接近反应气体5的混合气体作为辅助气体，代替传统的采用惰性气体或氧气作为辅助气体的方法，从而以反应气体5或接近反应气体5的混合气体的气流直接吹送至基片3背面，优选地，采用从所述背面的中心向四周呈放射状吹送的方式，从而能够通过避免聚合物前体向基片3背面扩散而有效地防止/减少了聚合物在基片3背面的沉积；

b)同时由于该吹送的辅助气体本身也是反应气体5或者接近反应气体的混合气体，从而使得基片3边缘部分的反应气体浓度不会受到显著影响，确保了基片3边缘区域的反应条件不会受该辅助气体吹送的影响；

c)并且通过向反应气体内适当地混合进入适量的稀释气体或调节气体，可以灵活调节基片3上蚀刻的速率及补偿由于其它原因所造成的基片3表面处理的非均匀性差异，保证了基片3边缘区域的半导体器件质量，并达到了较为理想的效果。

本发明的刻蚀过程中防止/减少基片背面聚合物沉积的方法整个过程简单方便，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛，为集成电路工艺技术的进一步发展奠定了坚实的基础。

综上所述，本发明的刻蚀过程中防止/减少基片背面聚合物沉积的方法能够有效防止/减少基片背面所沉积的聚合物、确保反应过程中基片边缘的质量、过程简单方便、工作性能稳定可靠。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (11)

1.一种刻蚀过程中防止/减少基片背面聚合物沉积的方法，包括以下步骤：

(1)将基片放置于真空处理室中的基片支座上；

(2)向真空处理室中注入反应气体，并使反应气体激励成等离子状态，以对该基片进行刻蚀处理；

(3)在对基片刻蚀处理过程中，从该基片边缘或背面向等离子体处理区吹送一与反应气体成分相同的辅助气体，防止/减少在基片背面产生聚合物沉积。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述真空处理室进一步包括设置于基片支座外围的包围环，所述基片放置于真空处理室中的基片支座上并部分覆盖所述包围环，所述基片与所述包围环之间形成间隙，所述辅助气体沿该间隙向外吹送出。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述反应气体与辅助气体由同一反应气体源提供，所述反应气体源一部分向真空处理室中注入反应气体用于刻蚀反应，同时，反应气体源另外一部分与所述间隙相连通，用于向真空处理室中注入辅助气体。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的辅助气体中还进一步混合一种或多种其它气体。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的其它气体为惰性气体。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的惰性气体为氦气、氖气、氩气、氪气、氙气或者氮气。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的其它气体为活性气体。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的活性气体为含氧气体。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述辅助气体从所述背面的中心向四周呈放射状吹送。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述的辅助气体流速为2～7sccm。

11.一种刻蚀过程中防止/减少基片背面聚合物沉积的方法，包括以下步骤：

(1)将基片放置于真空处理室中的基片支座上；

(2)向真空处理室中注入反应气体，并使反应气体激励成等离子状态，以对该基片进行刻蚀处理；

(3)在对基片刻蚀处理过程中，沿该基片边缘的背面向等离子体处理区吹送一辅助气体，其中所述辅助气体的绝大部分是反应气体，防止/减少在基片背面产生聚合物沉积。

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