CN103903948B - 改善晶片边缘蚀刻速率均匀性的聚焦环 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善晶片边缘蚀刻速率均匀性的聚焦环，其设置于一等离子体蚀刻室中的基座上方的基片的外周侧，所述的基片的上方设置喷淋头，所述聚焦环包括第一部分围绕所述基片，和第二部分在外侧围绕所述第一部分，其中第一部分上表面为含硅材料制成，第二部分为含钇材料制成。本发明有效地提高了晶片边缘蚀刻速率的均匀性。

Description

改善晶片边缘蚀刻速率均匀性的聚焦环
技术领域
本发明涉及一种用于对晶圆进行等离子处理的等离子反应腔结构，特别涉及一种改善晶片边缘蚀刻速率均匀性的聚焦环。
背景技术
在等离子体刻蚀腔体中，聚焦环设置在静电吸盘一侧，是一个对晶片的边缘蚀刻率有重要影响的部件。聚焦环的形状、结构、位置材料均对基片边缘区域的电场分布，温度分布产生重要影响。现有技术采用硅或者碳化硅作为基材制作气体喷淋头，在等离子刻蚀过程中这些材料会随着时间的推移被等离子腐蚀掉，厚度逐渐变薄直到不能再使用需要新的部件替换，或者原有部件需要重新加工以满足基本功能需求。由于碳化硅之类部件，主要是通过化学气相沉积（CVD）生长产生，生产条件很苛刻，而且生产速度极慢，比如需要几天才能生长一个部件，所以现有喷淋头的成本很高，经济性差。现有等离子处理器中与硅或者碳化硅材料的气体喷淋头配套的聚焦环材料是主要是硅，碳化硅或者氧化硅或者氮化硅等硅化合物，由于和基片材料类似，在等离子处理过程中即使被轰击溅射到刻蚀中基片表面也不会形成污染造成芯片失效。现有技术通过在硅或硅化合物作为上电极和聚焦环材料能够获得较均一的等离子刻蚀效果，但是这些材料在等离子处理过程中很容易被腐蚀，所以维护成本高昂。所以业内需要一种更低维护成本的部件，在保证刻蚀均一性的基础上，减少部件更换的周期和成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种改善晶片边缘蚀刻速率均匀性的聚焦环，有效地提高了晶片边缘蚀刻速率的均匀性。
为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种改善晶片边缘蚀刻速率均匀性的聚焦环，其设置于一等离子体蚀刻室中的基座上方的基片的外周侧，所述的基片的上方设置喷淋头，所述聚焦环包括第一部分围绕所述基片，和第二部分在外侧围绕所述第一部分，其中第一部分上表面为含硅材料制成，第二部分为含钇材料制成。
所述的喷淋头的材料为导电金属，其表面覆盖有含钇化合物材料。
所述聚焦环的基体材料为含钇的化合物，第一部分上表面处覆盖有一层含硅材料层。
所述的聚焦环的基体材料为硅或者含硅化合物，第二部分上表面覆盖有一层含钇材料层。
所述第一部分的基体材料为硅或者含硅化合物，第二部分的基体材料为含钇化合物，第一部分和第二部分固定连接构成聚焦环。
所述聚焦环第二部分上表面高于所述基片上表面。
所述聚焦环还包括一个具有较低高度的平台伸入基片下方。
所述第一部分还包括一个过渡斜面连接在所述平台和第二部分之间。
所述的含硅化合物主要成分为SiC。
所述的含钇的化合物主要成分为Y2O3或YF3。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：有效地提高了晶片边缘蚀刻速率的均匀性，改善聚焦环的使用寿命。
附图说明
图1为本发明改善晶片边缘蚀刻速率均匀性的聚焦环的等离子刻蚀腔体的横截面视图；
图2为本发明改善晶片边缘蚀刻速率均匀性的聚焦环的实施例之一的原理示意图；
图3为本发明改善晶片边缘蚀刻速率均匀性的聚焦环的实施例之二的原理示意图；
图4为本发明改善晶片边缘蚀刻速率均匀性的聚焦环的实施例之三的原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
在本发明中，喷淋头2的材料选用铝等导电材料，其表面设有含钇的化合物，由于铝的成本比较低廉，且加工方便，因此大大降低了生产成本。而含钇的化合物不易腐蚀，涂覆在喷淋头2的表面能够避免被等离子腐蚀，所以可以保证喷淋头2具有较长的使用周期。在气体喷淋头2使用过程中，气体喷淋头2背面的加热装置（图中未示出）会加热气体喷淋头2，Y2O3材料还需要进行一个升温过程，经历从60~120℃的缓慢升温过程，同时通入含氟气体，将Y2O3材料替换为YF3使得喷淋头表面具有耐等离子腐蚀的特性。由于本发明的气体喷淋头2的基材是用铝等材料的，相对现有技术具有不同的电学特性，所以采用现有技术的Si或SiC作为聚焦环材料时，刻蚀速率分布会呈现边缘部分刻蚀速率显著偏低的情况。为此本发明提出一种新型的适合用于铝基材气体喷淋头的聚焦环结构。
实施例之一：
如图1与图2所示，一种改善晶片边缘蚀刻速率均匀性的聚焦环1，其设置于一等离子体蚀刻室中的基座上方的基片的外周侧，该基片的上方设置喷淋头2，该聚焦环包含：包含相邻连接的环外圈11和环内圈，环内圈包括一个具有较低高度的平台12和一个过渡斜面13，环内圈通过所述过渡斜面13连接到具有较大高度的环外圈11，该过渡斜面13包箍住基片的外周侧，其中，过渡斜面13的表面贴附或涂覆有为硅或者含硅化合物材料（如SiC）的薄膜；整体聚焦环1的材料是由Y2O3等含钇的耐等离子腐蚀材料制成，所以除了过渡斜面13上覆盖有SiC的部分，其它露出的部分如环内圈的平台12和环外圈11的上表面材料为含钇的化合物。覆盖SiC材料层的区域也可以扩展到内侧靠近基片的平台12上表面。这样Y2O3材料的聚焦环能改善基片外侧相对基片中心区域的刻蚀速率均一性。靠近基片的平台12在工作时其上表面可以是低于基片的下表面的，也就是平台12伸入基片下方，这样可以防止聚合物在基片背面生长，环外圈11的上表面113可以是高于基片上表面的，这样可以防止反应区域内的等离子快速扩散。这样的尺寸结构会造成环外圈11上表面113处更靠近等离子体，而且从基片上方等离子加工区域被抽离到外侧的等离子体也会流过环外圈11，所以在环外圈11处的等离子浓度会相对基片上方较高。传统的SiC材料在具有同样形状时，高于基片的突出部会更快的被腐蚀，直到整个聚焦环1无法再使用需要进行更替。本发明由于在最易被腐蚀的区域采用耐腐蚀的Y2O3所以同时还能防止环外圈11处的聚焦环部分被快速腐蚀。
实施例之二：
如图3所示，相对于实施例一，形状与结构类似，但是聚焦环2的基体材料选择用硅或者含硅化合物，由于过渡斜面13的表面为硅或者含硅化合物，而环外圈11的上表面113覆盖有一层为含钇材料的化合物，因此，在刻蚀时，晶片边缘的蚀刻速率的均匀性得到了显著改善，通过含钇的化合物作为上表面材料，可使刻蚀速率均匀性得到显著提高。聚焦环1在靠近基片的内侧上表面采用Si或SiC，在外侧上表面涂覆一层含钇材料层，含钇材料层也可以是通过一张表面含钇的贴膜，直接贴附在聚焦环含硅材料的基材上，在使用一段时间后可以将贴膜移除，再贴一张新的膜，这样可以进一步降低聚焦环的使用成本。据实验数据所得，通过含钇的化合物作为上表面113的表面材料，可将刻蚀速率均匀性提高125%以上。
实施例之三：
如图4所示，聚焦环2包括外侧环111和内侧环120。内侧环和外侧环之间包括过渡段112，过渡段112设置在内侧环111的过渡斜面13与外侧环111之间；内侧环120的材料为硅或者含硅化合物，外侧环111的材料为含钇的化合物。因此，在刻蚀时，晶片边缘的蚀刻速率的均匀性得到了显著改善，据实验数据所得，通过含钇的化合物作为上表面113的表面材料，可将刻蚀速率均匀性提高125%以上。
在上述三个实施例中，含硅化合物为SiC，含钇的化合物为Y2O3或YF3。其中，过渡斜面13表面的硅或者含硅化合物以及环外圈11的上表面113的含钇的化合物，可以通过聚酰亚胺胶带（即常说的高温胶纸）粘贴到过渡斜面13的表面以及环外圈11的上表面113上，也可以是本身材料为含硅化合物或含钇化合物。
由于喷淋头2的表面设有含钇的化合物，通过上述三个实施例，可有效提高晶片边缘蚀刻速率的均匀性，经试验表明均匀性得到显著改善，均匀性能够从12.66%下降到5.61%，效果显而易见，降低了生产成本，并有效提高了刻蚀的均匀性。
综上所述，本发明改善晶片边缘蚀刻速率均匀性的聚焦环，有效地提高了晶片边缘蚀刻速率的均匀性。本发明所述的含硅化合物和含钇化合物是指主要成分为Si/SiC/SiO或者Y2O3/YF3的材料，不排除还包括其它添加的额外化合物起其它作用，但是对本发明起主要作用的是上述材料。主要成分是指这些有效的成分在聚焦环部件中的含量大于70%。
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。

Claims (7)

1.一种改善晶片边缘蚀刻速率均匀性的聚焦环，其设置于一等离子体蚀刻室中的基座上方的基片的外周侧，所述的基片的上方设置喷淋头（2），其特征在于，所述聚焦环的基体材料为含钇的化合物，该聚焦环的基体包括第一部分围绕所述基片，和第二部分在外侧围绕所述第一部分，其中第二部分上表面为含钇材料制成；该聚焦环还包含含硅化合物层，覆盖在第一部分上表面处。
2.如权利要求1所述的改善晶片边缘蚀刻速率均匀性的聚焦环，其特征在于，所述的喷淋头（2）的材料为导电金属，其表面覆盖有含钇化合物材料。
3.如权利要求1所述的改善晶片边缘蚀刻速率均匀性的聚焦环，其特征在于，所述聚焦环第二部分上表面高于所述基片上表面。
4.如权利要求1所述的改善晶片边缘蚀刻速率均匀性的聚焦环，其特征在于，所述聚焦环还包括一平台（12）伸入基片下方，所述平台（12）的高度低于所述第二部分。
5.如权利要求4所述的改善晶片边缘蚀刻速率均匀性的聚焦环，其特征在于，所述第一部分还包括一个过渡斜面连接在所述平台（12）和第二部分之间。
6.如权利要求1所述的改善晶片边缘蚀刻速率均匀性的聚焦环，其特征在于，所述的含硅化合物主要成分为SiC。
7.如权利要求2所述的改善晶片边缘蚀刻速率均匀性的聚焦环，其特征在于，所述的含钇的化合物主要成分为Y2O3或YF3。
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