CN105336563A - 刻蚀装置及刻蚀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种刻蚀装置及刻蚀方法。其中刻蚀装置包括:反应腔;晶圆固定装置,晶圆固定装置用于将晶圆固定在反应腔的顶部且晶圆的待刻蚀面朝向反应腔的底部;气体注入口,气体注入口设置在反应腔底部,用于向反应腔通入刻蚀气体;激励线圈,激励线圈环绕反应腔设置,用于将刻蚀气体激发成等离子体;以及偏压提供装置,偏压提供装置与晶圆固定装置相连,用于对晶圆固定装置中的晶圆施加偏压。本发明实施例的刻蚀装置不受刻蚀材料种类限制,无论刻蚀反应产物的挥发性高低均可用持续地进行刻蚀,具有刻蚀速率高、适用范围广、工艺成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及半导体工艺技术领域,具体涉及一种刻蚀装置及刻蚀方法。
背景技术
传统刻蚀工艺的过程为对所需刻蚀材料进行曝光显影然后等离子体刻蚀。其中等离子体刻蚀步骤中,是利用Al、Si等刻蚀材料的反应产物(例如AlCl3、SiF4等)的挥发特性实现的。图1是传统的等离子体刻蚀技术的示意图。如图1所示,首先将表面具有刻蚀材料(例如Al)的晶圆固定在反应腔1'的底部的卡盘2'上,然后从反应腔1'顶部的气体注入口3'注入刻蚀气体(例如Cl2),刻蚀气体在环绕反应腔1'主体的激励线圈4'的激励下产生等离子体,等离子体中的带电粒子在偏压提供装置5'所形成的电场的作用下由上至下轰击晶圆表面,与刻蚀材料反应产生易挥发的刻蚀材料反应产物(例如AlCl3)。如箭头①所示,刻蚀材料反应产物不断向上挥发,以及如箭头②所示,刻蚀材料反应产物不断被与反应腔1'配套的真空泵(真空泵未在图中示出)抽走,这样使得刻蚀过程能够持续进行。但是由于受到卡盘加热能力的限制,图1所示的等离子体刻蚀技术仅适用于中低温材料,中低温材料的刻蚀反应产物的挥发温度较低(通常小于185℃),应用范围有限。
铜、银等金属材料由于导电性良好而经常被用做芯片的金属互连或导电电极,但它们的刻蚀反应产物沸点高、不易挥发,因此采用上述技术的刻蚀速率很低,如银的刻蚀速率<10nm/min,远无法满足生产要求。目前通常采用大马士革镶嵌技术来对铜、银等高沸点材料进行加工,其过程为镀绝缘层-曝光显影-填铜-磨平绝缘层。大马士革镶嵌技术的缺点为:增加了工艺复杂程度和制造成本;并且由于无法得到大晶格的铜互连,从而影响到器件的性能。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决刻蚀效率低的技术问题之一。为此,本发明的目的在于提出一种适用于高沸点材料的刻蚀装置以及刻蚀方法。
有鉴于此,根据本发明第一方面实施例的刻蚀装置,包括:反应腔;晶圆固定装置,所述晶圆固定装置用于将晶圆固定在所述反应腔的顶部且所述晶圆的待刻蚀面朝向所述反应腔的底部;气体注入口,所述气体注入口设置在所述反应腔底部,用于向所述反应腔通入刻蚀气体;激励线圈,所述激励线圈环绕所述反应腔设置,用于将所述刻蚀气体激发成等离子体;以及偏压提供装置,所述偏压提供装置与所述晶圆固定装置相连,用于对所述晶圆固定装置中的晶圆施加偏压。
根据本发明实施例的刻蚀装置,不受刻蚀材料种类限制,无论刻蚀反应产物的挥发性高低均可用持续地进行刻蚀,具有刻蚀速率高、适用范围广、工艺成本低的优点。
根据本发明的一个实施例,所述晶圆的待刻蚀面具有Au、Ag、Pt、Cu或In材料。
根据本发明的一个实施例,所述晶圆固定装置为卡盘和/或机械压环。
根据本发明的一个实施例,所述卡盘为静电卡盘或卡爪卡盘。
根据本发明的一个实施例,所述晶圆固定装置包括加热器,所述加热器设置在所述晶圆固定装置内部用于加热所述晶圆。
根据本发明的一个实施例,还包括:导热气体注入装置,所述导热气体注入装置用于向所述晶圆固定装置和所述晶圆之间注入导热气体,以使所述晶圆受热均匀。
根据本发明的一个实施例,还包括:设置在反应腔的腔壁上的磁铁,所述磁铁用于控制所述反应腔内的等离子体浓度分布。
有鉴于此,根据本发明第二方面实施例的刻蚀方法,包括以下步骤:提供晶圆,将所述晶圆以待刻蚀面朝下的方式固定在反应腔的顶部;从所述晶圆的下方向所述反应腔通入刻蚀气体;以及将所述刻蚀气体激发成等离子体后在电场作用下由下至上地对所述晶圆的待刻蚀面进行轰击以进行刻蚀。
根据本发明实施例的刻蚀方法,不受刻蚀材料种类限制,无论刻蚀反应产物的挥发性高低均可用持续地进行刻蚀,具有刻蚀速率高、适用范围广、工艺成本低的优点。
根据本发明的一个实施例,所述晶圆的表面具有Au、Ag、Pt、Cu或In材料。
根据本发明的一个实施例,还包括:在刻蚀的过程中对所述晶圆加热。
附图说明
图1是传统的等离子体刻蚀技术的示意图。
图2是本发明实施例的刻蚀装置的结构示意图。
图3是本发明实施例的刻蚀方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
根据本发明第一方面一个实施例的刻蚀装置,如图2所示,可以包括:反应腔1、晶圆固定装置2、气体注入口3、激励线圈4和偏压提供装置5。晶圆固定装置2用于将晶圆固定在反应腔1的顶部且晶圆的待刻蚀面朝向反应腔1的底部。气体注入口3设置在反应腔1底部,用于向反应腔1通入刻蚀气体。激励线圈4环绕反应腔1设置,用于将刻蚀气体激发成等离子体。偏压提供装置5与晶圆固定装置2相连,用于对晶圆固定装置2中的晶圆施加偏压。
在本发明上述实施例的刻蚀装置中,由于晶圆的待刻蚀面朝下设置,刻蚀气体被激发成等离子体,在电场作用下由下至上轰击晶圆而进行刻蚀反应,刻蚀反应产物因重力而下落,如图2中的箭头③所示,然后被反应腔1配套的真空泵(真空泵未在图中示出)抽出,如图2中的箭头④所示。由上可知,本发明实施例的刻蚀装置不受刻蚀材料种类限制,无论刻蚀反应产物的挥发性高低均可用持续地进行刻蚀,具有刻蚀速率高、适用范围广、工艺成本低的优点。
在本发明的一个实施例中,所述晶圆的待刻蚀面具有Au、Ag、Pt、Cu或In等材料。由于这些材料的刻蚀反应产物的沸点较高,传统刻蚀装置难以获得理想的刻蚀效果,因此本发明实施例的刻蚀装置特别适用于刻蚀这类材料。
在本发明的一个实施例中,如图2所示,晶圆固定装置2可以包括卡盘21和机械压环22。需要说明的是,晶圆固定装置2也可以仅包括卡盘21或者仅包括机械压环22。卡盘21可以是基于静电吸附力工作的静电卡盘,也可以是基于机械固定的卡爪卡盘。技术人员还可以根据实际情况灵活设计其他形式的晶圆固定装置2,本发明不做限定。
在本发明的一个实施例中,晶圆固定装置2包括加热器。加热器设置在晶圆固定装置2内部,用于对晶圆加热,以助于刻蚀反应产物受热蒸发从而更快地脱离晶圆表面,因此可以提高刻蚀速率。
在本发明的一个实施例中,刻蚀装置还包括导热气体注入装置。导热气体注入装置用于向晶圆固定装置2和晶圆之间注入导热气体,以改善晶圆受热的均匀性。
在本发明的一个实施例中,刻蚀装置还包括:设置在反应腔1的腔壁上的磁铁。磁铁可以用于控制等离子体的浓度及空间分布。磁铁数目以及位置可以根据需要灵活设置,此为本领域技术人员的已知知识,本文不赘述。
根据本发明第二方面一个实施例的刻蚀方法,如图3所示,可以包括以下步骤:
A.提供晶圆,将晶圆以待刻蚀面朝下的方式固定在反应腔的顶部。
B.从晶圆的下方向反应腔通入刻蚀气体。
C.将刻蚀气体激发成等离子体后在电场作用下由下至上地对晶圆的待刻蚀面进行轰击以进行刻蚀。
在本发明上述实施例的刻蚀方法中,由于晶圆的待刻蚀面朝下设置,刻蚀气体被激发成等离子体后,等离子体中的带电粒子在电场作用下由下至上轰击晶圆而进行刻蚀反应,刻蚀反应产物因重力而下落,然后被抽出反应腔。由上可知,本发明实施例的刻蚀方法不受刻蚀材料种类限制,无论刻蚀反应产物的挥发性高低均可用持续地进行刻蚀,具有刻蚀速率高、适用范围广、工艺成本低的优点。
在本发明的一个实施例中,所述晶圆的待刻蚀面具有Au、Ag、Pt、Cu或In等材料。由于这些材料的刻蚀反应产物的沸点较高,传统刻蚀装置难以获得理想的刻蚀效果,因此本发明实施例的刻蚀装置特别适用于刻蚀这类材料。
在本发明的一个实施例中,可以通过静电吸附方式和/或机械方式将所述晶圆在所述反应腔的顶部。需要说明的是,技术人员还可以根据实际情况灵活设计其他形式的来固定晶圆,本发明不做限定。
在本发明的一个实施例中,在刻蚀的过程中对晶圆加热。对晶圆加热有助于刻蚀反应产物受热蒸发从而更快地脱离晶圆表面,因此可以提高刻蚀速率。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种刻蚀装置,其特征在于,包括:
反应腔;
晶圆固定装置,所述晶圆固定装置用于将晶圆固定在所述反应腔的顶部且所述晶圆的待刻蚀面朝向所述反应腔的底部;
气体注入口,所述气体注入口设置在所述反应腔底部,用于向所述反应腔通入刻蚀气体;
激励线圈,所述激励线圈环绕所述反应腔设置,用于将所述刻蚀气体激发成等离子体;以及
偏压提供装置,所述偏压提供装置与所述晶圆固定装置相连,用于对所述晶圆固定装置中的晶圆施加偏压。
2.根据权利要求1所述的刻蚀装置,其特征在于,所述晶圆的待刻蚀面具有Au、Ag、Pt、Cu或In材料。
3.根据权利要求1所述的刻蚀装置,其特征在于,所述晶圆固定装置为卡盘和/或机械压环。
4.根据权利要求3所述的刻蚀装置,其特征在于,所述卡盘为静电卡盘或卡爪卡盘。
5.根据权利要求1所述的刻蚀装置,其特征在于,所述晶圆固定装置包括加热器,所述加热器设置在所述晶圆固定装置内部用于加热所述晶圆。
6.根据权利要求5所述的刻蚀装置,其特征在于,还包括:
导热气体注入装置,所述导热气体注入装置用于向所述晶圆固定装置和所述晶圆之间注入导热气体,以使所述晶圆受热均匀。
7.根据权利要求1所述的刻蚀装置,其特征在于,还包括:
设置在反应腔的腔壁上的磁铁,所述磁铁用于控制所述反应腔内的等离子体浓度分布。
8.一种刻蚀方法,其特征在于,包括以下步骤:
提供晶圆,将所述晶圆以待刻蚀面朝下的方式固定在反应腔的顶部;
从所述晶圆的下方向所述反应腔通入刻蚀气体;以及
将所述刻蚀气体激发成等离子体后在电场作用下由下至上地对所述晶圆的待刻蚀面进行轰击以进行刻蚀。
9.根据权利要求8所述的刻蚀方法,其特征在于,所述晶圆的表面具有Au、Ag、Pt、Cu或In材料。
10.根据权利要求8所述的刻蚀方法,其特征在于,还包括:
在刻蚀的过程中对所述晶圆加热。
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