CN108666244A - 斜面刻蚀装置及晶圆刻蚀方法 - Google Patents

斜面刻蚀装置及晶圆刻蚀方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种斜面刻蚀装置及晶圆刻蚀方法。所述斜面刻蚀装置，用于刻蚀晶圆的边缘区域，包括：第一电极组件；第二电极组件，与所述第一电极组件相对设置，所述第二电极组件朝向所述第一电极组件的表面用于承载晶圆；旋转组件，连接所述第二电极组件，用于控制所述第二电极组件自转。本发明使得晶圆的整个边缘刻蚀效果均匀，确保了晶圆边缘形貌的均一性。

Description

斜面刻蚀装置及晶圆刻蚀方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种斜面刻蚀装置及晶圆刻蚀方法。
背景技术
随着平面型闪存存储器的发展，半导体的生产工艺取得了巨大的进步。但是最近几年，平面型闪存的发展遇到了各种挑战：物理极限、现有显影技术极限以及存储电子密度极限等。在此背景下，为解决平面闪存遇到的困难以及追求更低的单位存储单元的生产成本，各种不同的三维(3D)闪存存储器结构应运而生，例如3D NOR(3D或非)闪存和3D NAND(3D与非)闪存。
其中，3D NAND以其小体积、大容量为出发点，将储存单元采用三维模式层层堆叠的高度集成为设计理念，生产出高单位面积存储密度，高效存储单元性能的存储器，已经成为新兴存储器设计和生产的主流工艺。
刻蚀是半导体制造过程中的必要步骤，刻蚀包括湿法刻蚀、等离子体刻蚀等等。但是在刻蚀过程中，或者其他晶圆处理工艺过程中，在靠近晶圆的边缘处(包括顶部、侧边及底部)经常会形成副产物，例如包含碳、氧、氮、氟等元素的聚合物，以及由于边缘效应而产生的低质量膜层。尽管在晶圆的边缘附近通常不存在晶粒(Die)，但是这些副产物在晶圆上的存在会严重影响后续工艺的进行。目前，主要是通过斜面刻蚀的方法来改善晶圆边缘的质量。但是，现有的斜面刻蚀装置对晶圆边缘的刻蚀效果不佳，不能有效的改善晶圆的边缘缺陷。
因此，如何对晶圆边缘进行刻蚀，确保晶圆产品的质量，是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种斜面刻蚀装置及晶圆刻蚀方法，用以解决现有技术中不能有效改善晶圆边缘缺陷的问题，以提高晶圆产品的质量。
为了解决上述问题，本发明提供了一种斜面刻蚀装置，用于刻蚀晶圆的边缘区域，包括：
第一电极组件；
第二电极组件，与所述第一电极组件相对设置，所述第二电极组件朝向所述第一电极组件的表面用于承载晶圆；
旋转组件，连接所述第二电极组件，用于控制所述第二电极组件中用于承载所述晶圆的表面自转。
优选的，所述旋转组件包括控制器和旋转轴；所述旋转轴，与所述第二电极组件背离所述第一电极组件的表面连接；所述控制器，连接所述旋转轴，用于驱动所述旋转轴带动所述第二电极组件中用于承载所述晶圆的表面自转。
优选的，所述旋转组件还包括驱动器；所述驱动器，同时连接所述控制器、所述旋转轴，用于根据所述控制器的控制指令调整所述旋转轴的转动状态。
优选的，所述转动状态包括转动角速度和转动方向。
优选的，所述第一电极组件包括上电极，所述第二电极组件包括下电极，所述晶圆位于所述上电极与所述下电极之间的空隙内；所述下电极，用于与射频电源连接，所述旋转轴与所述下电极背离所述第一电极组件的表面连接。
优选的，所述第二电极组件还包括静电吸附盘；所述静电吸附盘，置于所述下电极朝向所述第一电极组件的表面，用于固定所述晶圆。
优选的，所述第一电极组件还包括绝缘层；所述绝缘层，置于所述上电极朝向所述下电极的表面，用于遮盖所述晶圆的内部区域，所述边缘区域环绕所述内部区域设置。
优选的，还包括第一限位环和第二限位环；所述第一限位环环绕所述绝缘层的外周设置，所述第二限位环环绕所述静电吸附盘的外周设置。
为了解决上述问题，本发明还提供了一种晶圆刻蚀方法，包括：
提供一斜面刻蚀装置，所述斜面刻蚀装置包括第一电极组件、以及与所述第一电极组件相对设置的第二电极组件；
将晶圆置于所述第二电极组件朝向所述第一电极组件的表面；
刻蚀过程中，控制所述第二电极组件中承载所述晶圆的表面自转。
优选的，所述斜面刻蚀装置还包括与所述第二电极组件连接的旋转组件；刻蚀过程中，通过所述旋转组件控制所述第二电极组件中承载所述晶圆的表面自转。
优选的，所述旋转组件包括控制器和旋转轴；所述旋转轴，与所述第二电极组件背离所述第一电极组件的表面连接；刻蚀过程中，通过所述控制器控制所述旋转轴带动所述第二电极组件中承载所述晶圆的表面自转。
优选的，所述旋转组件还包括驱动器；刻蚀过程中，所述驱动器根据所述控制器的控制指令调整所述旋转轴的转动状态。
优选的，所述转动状态包括转动角速度和转动方向。
优选的，所述第一电极组件包括上电极，所述第二电极组件包括下电极，所述晶圆位于所述上电极与所述下电极之间的空隙内；所述下电极，用于与射频电源连接，所述旋转轴与所述下电极背离所述上电极的表面连接。
本发明提供的斜面刻蚀装置及晶圆刻蚀方法，通过设置旋转组件，在对晶圆边缘进行刻蚀的过程中，通过控制第二电极组件自转，带动位于所述第二电极组件上的晶圆同时转动，使得晶圆的整个边缘刻蚀效果均匀，确保了晶圆边缘形貌的均一性，避免了晶圆剥离、聚合物脱落、膜击穿、晶圆表面粗糙等缺陷的产生，提高了最终晶圆产品的质量。
附图说明
附图1是本发明具体实施方式中斜面刻蚀装置的结构框图；
附图2是本发明具体实施方式中斜面刻蚀装置的截面结构示意图；
附图3A是本发明具体实施方式中一刻蚀状态的结构示意图；
附图3B是本发明具体实施方式中一刻蚀状态的俯视结构示意图；
附图4是本发明具体实施方式中另一刻蚀状态的俯视结构示意图；
附图5是本发明具体实施方式中晶圆刻蚀方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的斜面刻蚀装置及晶圆刻蚀方法的具体实施方式做详细说明。
在半导体制造过程中，经过刻蚀或者其他晶圆处理工艺后，在晶圆的边缘部位会形成副产物，例如包含碳、氧、氮、氟等元素的聚合物，以及由于边缘效应而产生的低质量膜层。这些副产物存在于晶圆的边缘部位，会对晶圆的后续处理过程产生影响，为了确保晶圆产品的质量，一般采用了斜面刻蚀装置来对晶圆的边缘进行刻蚀。
由于晶圆边缘刻蚀的特殊性，即需要仅将晶圆的边缘暴露于等离子体气氛中，而且所述晶圆的边缘相对晶圆整体来说是极小的一部分，例如暴露于等离子体气氛中的晶圆边缘的宽度仅为0.5mm左右，且在斜面刻蚀装置内部并没有对晶圆的位置进行限定的结构，这就会出现将所述晶圆放置于上电极与下电极之间后，所述晶圆所处的位置偏离所述上电极和/或所述下电极的中心位置。当所述晶圆所处的位置偏离所述上电极和/或所述下电极的中心位置后，所述晶圆边缘刻蚀效果不一，造成了刻蚀后晶圆边缘的形貌不均匀，为后续晶圆处理工艺埋下了隐患，极易导致晶圆剥离。聚合物脱落、膜击穿、晶圆表面粗糙等缺陷的产生，影响了最终晶圆产品的成品率。
为了克服上述问题，本具体实施方式提供了一种新的斜面刻蚀装置，附图1是本发明具体实施方式中斜面刻蚀装置的结构框图，附图2是本发明具体实施方式中斜面刻蚀装置的截面结构示意图。
如图1、2所示，本具体实施方式提供的斜面刻蚀装置，包括第一电极组件11、以及与所述第一电极组件11相对设置的第二电极组件12。所述第二电极组件12朝向所述第一电极组件11的表面用于承载晶圆20。在对所述晶圆20的边缘进行刻蚀的过程中，在所述第一电极组件11与所述第二电极组件12之间施加电压，并使得所述晶圆20的边缘暴露于等离子体状态的刻蚀气体中，从而实现对所述晶圆20边缘的刻蚀。
附图3A是本发明具体实施方式中一刻蚀状态的结构示意图，附图3B是本发明具体实施方式中一刻蚀状态的俯视结构示意图，附图4是本发明具体实施方式中另一刻蚀状态的俯视结构示意图。为了确保对晶圆边缘的刻蚀效果均匀，本具体实施方式提供的斜面刻蚀装置还包括旋转组件13。所述旋转组件13连接所述第二电极组件12，用于控制所述第二电极组件12中用于承载所述晶圆20的表面自转。其中，所述第二电极组件12中用于承载所述晶圆20的表面自转的角速度优选为1.88rad/min～9.42rad/min。
举例来说，在采用本具体实施方式提供的斜面刻蚀装置对晶圆20进行刻蚀的过程中，如图3A、3B所示，初始位置时，即使所述晶圆20的位置偏离所述第一电极组件11和/或所述第二电极组件12的中心位置，例如所述晶圆20暴露于等离子体气氛中的A处边缘宽度大于B处边缘宽度，此时，A、B两处的刻蚀程度不一；刻蚀过程中，所述旋转组件13会控制所述第二电极组件12中用于承载所述晶圆20的表面进行自转，进而带动位于其表面的晶圆20转动，经过一段时间后，所述晶圆20相对于所述第一电极组件11和/或所述第二电极组件12的位置由如图3B所示的位置转动到如图4所示的位置，A、B两处的位置相对于第一电极组件12的中心位置改变，以此实现对A、B两处刻蚀程度的改变。这样，能够确保即便晶圆20的初始放置位置偏离所述第一电极组件11和/或所述第二电极组件12的中心位置，通过旋转改变所述晶圆20边缘各处相对于所述第一电极组件11中心的位置，也能确保所述晶圆20边缘各部位刻蚀程度的均一性，有效改善了所述晶圆20的边缘形貌，进而避免了因边缘缺陷而在后续处理工艺中产生的多种问题，提高了晶圆产品的质量。
本领域技术人员可以根据实际需要设置所述旋转组件13与所述第二电极组件12的相对位置关系，例如所述旋转组件13位于所述第二电极组件12的侧面或底面，只要能确保所述旋转组件12能够控制所述第二电极组件12中用于承载所述晶圆20的表面在刻蚀过程中进行自转即可。为了简化所述斜面刻蚀装置的整体结构，优选的，所述旋转组件13包括控制器132和旋转轴131；所述旋转轴131，与所述第二电极组件12背离所述第一电极组件11的表面连接；所述控制器132，连接所述旋转轴131，用于驱动所述旋转轴131带动所述第二电极组件12中用于承载所述晶圆20的表面自转。为了提高所述斜面刻蚀装置的自动化、智能化程度，更优选的，所述旋转组件13还包括驱动器；所述驱动器，同时连接所述控制器132、所述旋转轴131，用于根据所述控制器132的控制指令调整所述旋转轴131的转动状态。更优选的，所述转动状态包括转动角速度和转动方向。
为了不影响等离子体对晶圆边缘的刻蚀，优选的，所述第一电极组件11包括上电极111，所述第二电极组件12包括下电极121，所述晶圆20位于所述上电极111与所述下电极121之间的空隙内；所述下电极121，用于与射频电源连接，所述旋转轴131与所述下电极121背离所述第一电极组件11的表面连接。其中，所述旋转轴131与所述下电极121的连接方式可以是固定连接、也可以是可拆卸连接，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。
为了避免晶圆在旋转过程中滑移，优选的，所述第二电极组件12还包括静电吸附盘122；所述静电吸附盘122，置于所述下电极121朝向所述第一电极组件11的表面，用于固定所述晶圆20。通过静电吸附作用，使得所述晶圆20边缘各部位在整个刻蚀过程中相对于所述下电极121中心的位置不会改变，从而进一步确保了所述晶圆20边缘各处刻蚀的均一性。
优选的，所述第一电极组件11包括上电极111和绝缘层112；所述绝缘层112，置于所述上电极111朝向所述下电极121的表面，用于遮盖所述晶圆20的内部区域，所述边缘区域环绕所述内部区域设置。所述绝缘层112的设置，用于阻止等离子体对所述晶圆20内部区域的侵蚀。更优选的，本具体实施方式提供的斜面刻蚀装置还包括第一限位环21和第二限位环22；所述第一限位环21环绕所述绝缘层112的外周设置，所述第二限位环22环绕所述静电吸附盘122的外周设置。所述第一限位环21的设置，可以进一步阻止等离子体对晶圆内部以及绝缘层112的侵蚀；所述第二限位环22的设置避免所述静电吸附盘122受到等离子体的侵蚀。所述第一限位环21和所述第二限位环22可以均为等离子体排除区域(PEZ)环。其中，PEZ指的是从该晶圆的中心到用以刻蚀该斜面边缘的等离子体被排除的区域的外部边缘的径向距离。所述第一限位环21和所述第二限位环22可以是由绝缘材料形成的环状结构。
为了解决上述问题，本具体实施方式还提供了一种晶圆刻蚀方法，附图5是本发明具体实施方式中晶圆刻蚀方法的流程示意图。本具体实施方式提供的晶圆刻蚀方法，包括如下步骤：
步骤S51，提供一斜面刻蚀装置，所述斜面刻蚀装置包括第一电极组件11、以及与所述第一电极组件11相对设置的第二电极组件12。所述斜面刻蚀装置的具体结构如图1、图2所示。
步骤S52，将晶圆20置于所述第二电极组件12朝向所述第一电极组件11的表面。
步骤S53，刻蚀过程中，控制所述第二电极组件12中承载所述晶圆20的表面自转。其中，所述第二电极组件12中用于承载所述晶圆20的表面自转的角速度优选为1.88rad/min～9.42rad/min。
优选的，所述斜面刻蚀装置还包括与所述第二电极组件12连接的旋转组件13；刻蚀过程中，通过所述旋转组件13控制所述第二电极组件12中承载所述晶圆20的表面自转。
优选的，所述旋转组件13包括控制器132和旋转轴131；所述旋转轴131，与所述第二电极组件12背离所述第一电极组件11的表面连接；刻蚀过程中，通过所述控制器132控制所述旋转轴131带动所述第二电极组件12中承载所述晶圆20的表面自转。
优选的，所述旋转组件13还包括驱动器；刻蚀过程中，所述驱动器根据所述控制器132的控制指令调整所述旋转轴131的转动状态。更优选的，所述转动状态包括转动角速度和转动方向。
优选的，所述第一电极组件11包括上电极111，所述第二电极组件12包括下电极121，所述晶圆20位于所述上电极111与所述下电极121之间的空隙内；所述下电极121，用于与射频电源连接，所述旋转轴131与所述下电极121背离所述上电极111的表面连接。
本具体实施方式提供的斜面刻蚀装置及晶圆刻蚀方法，通过设置旋转组件，在对晶圆边缘进行刻蚀的过程中，通过控制第二电极组件自转，带动位于所述第二电极组件上的晶圆同时转动，使得晶圆的整个边缘刻蚀效果均匀，确保了晶圆边缘形貌的均一性，避免了晶圆剥离、聚合物脱落、膜击穿、晶圆表面粗糙等缺陷的产生，提高了最终晶圆产品的质量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种斜面刻蚀装置，用于刻蚀晶圆的边缘区域，其特征在于，包括：
第一电极组件；
第二电极组件，与所述第一电极组件相对设置，所述第二电极组件朝向所述第一电极组件的表面用于承载晶圆；
旋转组件，连接所述第二电极组件，用于控制所述第二电极组件中用于承载所述晶圆的表面自转。
2.根据权利要求1所述的斜面刻蚀装置，其特征在于，所述旋转组件包括控制器和旋转轴；所述旋转轴，与所述第二电极组件背离所述第一电极组件的表面连接；所述控制器，连接所述旋转轴，用于驱动所述旋转轴带动所述第二电极组件中用于承载所述晶圆的表面自转。
3.根据权利要求2所述的斜面刻蚀装置，其特征在于，所述旋转组件还包括驱动器；所述驱动器，同时连接所述控制器、所述旋转轴，用于根据所述控制器的控制指令调整所述旋转轴的转动状态。
4.根据权利要求3所述的斜面刻蚀装置，其特征在于，所述转动状态包括转动角速度和转动方向。
5.根据权利要求2所述的斜面刻蚀装置，其特征在于，所述第一电极组件包括上电极，所述第二电极组件包括下电极，所述晶圆位于所述上电极与所述下电极之间的空隙内；所述下电极，用于与射频电源连接，所述旋转轴与所述下电极背离所述上电极的表面连接。
6.根据权利要求5所述的斜面刻蚀装置，其特征在于，所述第二电极组件还包括静电吸附盘；所述静电吸附盘，置于所述下电极朝向所述第一电极组件的表面，用于固定所述晶圆。
7.根据权利要求6所述的斜面刻蚀装置，其特征在于，所述第一电极组件还包括绝缘层；所述绝缘层，置于所述上电极朝向所述下电极的表面，用于遮盖所述晶圆的内部区域，所述边缘区域环绕所述内部区域设置。
8.根据权利要求7所述的斜面刻蚀装置，其特征在于，还包括第一限位环和第二限位环；所述第一限位环环绕所述绝缘层的外周设置，所述第二限位环环绕所述静电吸附盘的外周设置。
9.一种晶圆刻蚀方法，其特征在于，包括：
提供一斜面刻蚀装置，所述斜面刻蚀装置包括第一电极组件、以及与所述第一电极组件相对设置的第二电极组件；
将晶圆置于所述第二电极组件朝向所述第一电极组件的表面；
刻蚀过程中，控制所述第二电极组件中承载所述晶圆的表面自转。
10.根据权利要求9所述的晶圆刻蚀方法，其特征在于，所述斜面刻蚀装置还包括与所述第二电极组件连接的旋转组件；刻蚀过程中，通过所述旋转组件控制所述第二电极组件中承载所述晶圆的表面自转。
11.根据权利要求10所述的晶圆刻蚀方法，其特征在于，所述旋转组件包括控制器和旋转轴；所述旋转轴，与所述第二电极组件背离所述第一电极组件的表面连接；刻蚀过程中，通过所述控制器控制所述旋转轴带动所述第二电极组件中承载所述晶圆的表面自转。
12.根据权利要求11所述的晶圆刻蚀方法，其特征在于，所述旋转组件还包括驱动器；刻蚀过程中，所述驱动器根据所述控制器的控制指令调整所述旋转轴的转动状态。
13.根据权利要求12所述的晶圆刻蚀方法，其特征在于，所述转动状态包括转动角速度和转动方向。
14.根据权利要求10所述的晶圆刻蚀方法，其特征在于，所述第一电极组件包括上电极，所述第二电极组件包括下电极，所述晶圆位于所述上电极与所述下电极之间的空隙内；所述下电极，用于与射频电源连接，所述旋转轴与所述下电极背离所述上电极的表面连接。
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