CN105097602B - 腔室组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种腔室组件，包括平面线圈、反应腔室和进气组件，平面线圈位于反应腔室顶部盖板处；进气组件与反应腔室相连，用于向反应腔室内充入气体，进气组件中气体通入反应腔室的初速度方向与平面线圈产生的电场方向相交。本发明的腔室组件通过设置进气组件中气体通入反应腔室的初速度方向与平面线圈产生的电场方向相交，从而延长气体被电离后离子在反应腔室的运动轨迹及滞留时间，减少了到达晶圆表面的离子浓度，最终提高了光刻胶与硅材料的刻蚀选择比。

Description

腔室组件

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种腔室组件。

背景技术

随着MEMS（现代微机电系统，Micro Electro Mechanical System）和MEMS器件在汽车和消费电子领域的广泛应用，以及TSV（硅通孔刻蚀，Through Silicon Etch）技术在未来封装领域的广阔前景，干法等离子体硅深刻蚀工艺逐渐成为MEMS加工领域及TSV技术中应用最为广泛的工艺之一。硅深刻蚀工艺与相对于一般的硅刻蚀工艺的主要区别在于：硅深刻蚀工艺的刻蚀深度远远大于一般的硅刻蚀工艺的刻蚀深度，这就要求硅深刻蚀工艺具有更快的刻蚀速率，更高的选择比及更大的深宽比。

目前主流的硅深刻蚀工艺为德国Bosch公司发明的Bosch工艺或在Bosch工艺上进行的优化。由于TSV工艺或MEMS工艺有时要求200μm甚至几百微米的刻蚀深度，因此刻蚀的选择比是一个非常重要的指标。目前的光刻水平能做到3—5μm的光刻胶，在一般的平面标准线圈加中心进气系统（如图1所示）下，光刻胶对硅材料的选择比在50:1左右，该选择比将TSV及MEMS器件的刻蚀深度限制在250μm及低于250μm范围内，因此，要求更高的刻蚀深度就需要提高光刻胶和硅材料的刻蚀选择比。

传统的提高光刻胶和硅材料的刻蚀选择比的方法是通过增加腔室的高度来实现，而腔室高度的增加对于相同的等离子体源来说，则相对的降低了等离子体的浓度，进而降低刻蚀速率；采用增大射频功率提高刻蚀速率往往会增加生产成本，影响生产效率。

发明内容

基于此，有必要针对提高光刻胶和硅材料的刻蚀选择比的问题，提供一种腔室组件。

一种腔室组件，包括平面线圈、反应腔室和进气组件，所述平面线圈位于所述反应腔室顶部盖板处；所述进气组件与所述反应腔室相连，用于向所述反应腔室内充入气体，所述进气组件中气体通入反应腔室的初速度方向与所述平面线圈产生的电场方向相交。

其中，所述进气组件中气体通入反应腔室的初速度方向与所述平面线圈产生的电场方向垂直。

其中，所述进气组件包括一个或多个进气管，且与所述反应腔室内壁连接；

所述多个进气管的规格完全相同，且均匀分布在所述反应腔室内壁。

其中，所述进气组件的进气口位于所述反应腔室中轴线位置或所述反应腔室内壁边沿位置。

其中，所述进气组件与所述反应腔室顶部盖板的距离为5mm—20mm。

其中，所述腔室组件还包括离子过滤组件，所述离子过滤组件与所述反应腔室内壁相连，位于所述进气组件的进气口下沿与晶圆之间；

所述离子过滤组件设置有开口，所述开口直径大于等于所述晶圆直径，且小于所述反应腔室直径。

其中，所述开口直径大于所述晶圆直径20mm—40mm。

其中，所述离子过滤组件位于所述进气组件的进气口下沿与所述晶圆的中间位置。

其中，所述离子过滤组件为平行挡板状，圆筒状或漏斗状。

其中，所述离子过滤组件的材料为导电材料。

其中，所述导电材料为铝材料。

本发明提供的一种腔室组件，通过设置进气组件中的气体通入反应腔室的初速度方向与平面线圈产生的电场方向相交，使得气体通入反应腔室的方式为非垂直进气方式，从而延长了气体被电离后离子在反应腔室的运动轨迹及滞留时间，减少了到达晶圆表面的离子浓度，最终提高了光刻胶与硅材料的刻蚀选择比。

附图说明

图1为一般的平面标准线圈加中心进气系统示意图；

图2为本发明的腔室组件一具体实施例示意图；

图3为本发明的腔室组件又一具体实施例俯视示意图；

图4为本发明的腔室组件又一具体实施例示意图；

图5为本发明的腔室组件再一具体实施例示意图；

图6为本发明的腔室组件另一具体实施例示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案更加清楚，以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

参见图2，一种腔室组件200，包括平面线圈210、反应腔室220和进气组件230，平面线圈210位于反应腔室220顶部盖板处，进气组件230与反应腔室220相连，用于向反应腔室220充入气体；进气组件230中的气体通入反应腔室220的初速度方向与平面线圈210产生的电场方向相交。

本发明提供的腔室组件通过设置进气组件230中的气体通入反应腔室220的初速度方向与平面线圈210产生的电场方向相交，来延长气体被电离后离子在反应腔室220的运动轨迹及滞留时间，如进气组件230中的气体通入反应腔室220的初速度方向与平面线圈210产生的电场方向之间的夹角可为30°、60°、90°、120°、150°等；不同角度的设置，离子在反应腔室220的运动轨迹及滞留时间不同，同时，由于离子具有定量的平均自由程和寿命周期，更大的运动距离和更长的滞留时间使得离子湮灭和复合的几率变高，从而减少了到达晶圆240表面的离子浓度，提高光刻胶与硅材料的刻蚀选择比。

优选的，作为一种可实施方式，进气组件230中气体通入反应腔室220的初速度方向与平面线圈210产生的电场方向垂直。

进气组件230中的气体通入反应腔室220的初速度方向与平面线圈210产生的电场方向垂直，即进气组件230中的气体通入反应腔室220的初速度方向与平面线圈210产生的电场方向之间的夹角为90°；当平面线圈210产生的电场方向相对于晶圆240为垂直方向时，通过进气组件230进入反应腔室220的气体初速度方向为水平方向；气体在电场的作用下电离，电离后的离子由于初速度方向与电场方向相互垂直，所以离子在电场的作用下做曲线运动，从而延长了离子在反应腔室中的运动轨迹及滞留时间，减少了到达晶圆表面的离子浓度，提高了光刻胶与硅材料的刻蚀选择比。

参见图3，较佳地，作为一种可实施方式，进气组件230包括一个或多个进气管，且与反应腔室220内壁连接；多个进气管的规格完全相同，且均匀分布在反应腔室220内壁；多个进气管的规格完全相同，且均匀分布在反应腔室220内壁。保证了到达晶圆240表面的离子浓度在晶圆表面各个区域均相同，从而使得对晶圆240表面各个区域的刻蚀工艺条件完全相同。

较佳地，作为一种可实施方式，进气组件230的进气口位于反应腔室220中轴线位置或反应腔室220内壁边沿位置。

当进气组件230的进气口位于反应腔室220内壁边沿位置处时，离子从进气口到晶圆240表面在几何上的距离最大，且离子的初速度方向与电场方向相垂直，使得离子运行轨迹为曲线，从而使得离子在反应腔室220中的滞留时间最长，这就大大减少了到达晶圆240表面的离子浓度，提高了光刻胶与硅材料的刻蚀选择比。

较佳地，作为一种可实施方式，进气组件230与反应腔室220顶部盖板的距离为5mm—20mm。进气组件230位于反应腔室220的位置决定了进气组件230与平面线圈210的距离，而进气组件230与平面线圈210的距离取决于平面线圈210的离化区域，进气组件230与平面线圈210的距离过大或过小均会降低气体的离化程度。

参见图4，作为一种可实施方式，腔室组件200还包括离子过滤组件250，离子过滤组件250与反应腔室220内壁相连，位于进气组件230的进气口下沿与晶圆240之间；离子过滤组件250设置有开口，离子过滤组件250的开口直径大于等于晶圆240直径，小于反应腔室220直径。

采用离子过滤组件250对被电离后的气体离子进行进一步的阻挡与过滤，一方面，离子过滤组件250本身相当于增加了反应腔室220内壁的表面积，从而增加了离子因为碰撞而导致湮灭和复合的几率；另一方面，离子过滤组件250的开口延伸至反应腔室220中部，形成了离子向晶圆240运动过程的一道隔离，进一步的延长了离子到达晶圆240表面的运行轨迹，从而使得离子在反应腔室220的滞留时间更长，最终到达晶圆240表面的离子浓度更低，从而大大提高了光刻胶与硅材料的刻蚀选择比。

较佳地，作为一种可实施方式，离子过滤组件250的开口直径大于晶圆240直径20mm—40mm。离子过滤组件250的开口尺寸大小影响了到达晶圆240表面的离子数量的多少，离子过滤组件250的开口直径越大，过滤作用越弱，到达晶圆240表面的离子数量越多，因此选择合适的离子过滤组件250的开口直径对过滤效果有着很重要的影响。相对于不同的晶圆，离子过滤组件250的开口直径稍大于晶圆20mm—40mm即可得到很好的过滤效果。

较佳地，作为一种可实施方式，离子过滤组件250位于进气组件230的进气口下沿与晶圆240的中间位置。同理，离子过滤组件250位于反应腔室220的位置也会影响到达晶圆240表面的离子数量，离子过滤组件250位于反应腔室220位置越高，即距离进气组件230的进气口下沿越近，过滤作用越强，当离子过滤组件250位于进气组件230的进气口下沿与晶圆240的中间位置时，到达晶圆240表面的离子数量越少，从而更能提高光刻胶与硅材料的刻蚀选择比。

参见图4至图6，较佳地，作为一种可实施方式，离子过滤组件250为平行挡板状，圆筒状或漏斗状。

当离子过滤组件250为平行挡板状时，离子过滤组件250的横截面为圆环，圆环的外圆边沿与反应腔室220内壁连接，圆环的内圆直径为离子过滤组件250的开口直径；

当离子过滤组件250为圆筒状时，离子过滤组件250的开口直径为圆筒的开口直径；

当离子过滤组件250为漏斗状时，离子过滤组件250的开口直径为漏斗咀部开口直径。

离子过滤组件250的形状同样能够影响到达晶圆240表面的离子数量，一般来说，平行挡板状的离子过滤组件250过滤效果最弱，而漏斗状的离子过滤组件250的过滤效果最强，对于深硅刻蚀工艺来说，到达晶圆240表面的离子数量并非越少越好，因此，圆筒状的离子过滤组件250为优选。同时，圆筒状离子过滤组件250的开口直径为圆筒的开口直径；漏斗状离子过滤组件的开口直径为漏斗咀部开口直径，以保证离子能够到达晶圆240表面各个区域。

作为一种可实施方式，离子过滤组件250的材料为导电材料。以保证在进行深硅刻蚀工艺过程中，离子过滤组件250与地连接，防止离子碰撞在离子过滤组件上时产生的电流过大，保障了工艺的安全。

较佳地，作为一种可实施方式，导电材料为铝材料。由于深硅刻蚀工艺中的反应为一个F基的反应，并不含Cl基和Br基，因而采用铝材料不会受到腐蚀，并且铝的价格较低，节省了工艺成本。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种腔室组件，包括平面线圈、反应腔室和进气组件，所述平面线圈位于所述反应腔室顶部盖板处；所述进气组件与所述反应腔室相连，用于向所述反应腔室内充入气体，其特征在于：

所述进气组件中气体通入反应腔室的初速度方向与所述平面线圈产生的电场方向相交，

所述腔室组件还包括离子过滤组件，所述离子过滤组件一端与所述反应腔室内壁相连，位于所述进气组件的进气口下沿与晶圆之间；

所述离子过滤组件另一端悬空设置，且设置有开口，所述开口直径大于等于所述晶圆直径，且小于所述反应腔室直径。

2.根据权利要求1所述的腔室组件，其特征在于：

所述进气组件中气体通入反应腔室的初速度方向与所述平面线圈产生的电场方向垂直。

3.根据权利要求1所述的腔室组件，其特征在于：

所述进气组件包括一个或多个进气管，且与所述反应腔室内壁连接；

所述多个进气管的规格完全相同，且均匀分布在所述反应腔室内壁。

4.根据权利要求1所述的腔室组件，其特征在于：

所述进气组件的进气口位于所述反应腔室中轴线位置或所述反应腔室内壁边沿位置。

5.根据权利要求4所述的腔室组件，其特征在于：

所述进气组件与所述反应腔室顶部盖板的距离为5mm—20mm。

6.根据权利要求1所述的腔室组件，其特征在于：

所述开口直径大于所述晶圆直径20mm—40mm。

7.根据权利要求1所述的腔室组件，其特征在于：

所述离子过滤组件位于所述进气组件的进气口下沿与所述晶圆的中间位置。

8.根据权利要求1所述的腔室组件，其特征在于：

所述离子过滤组件为平行挡板状，圆筒状或漏斗状。

9.根据权利要求1所述的腔室组件，其特征在于：

所述离子过滤组件的材料为导电材料。

10.根据权利要求9所述的腔室组件，其特征在于：

所述导电材料为铝材料。