CN112652511A - 一种等离子体刻蚀装置及其中的边缘环 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种等离子体刻蚀装置及其中的边缘环，边缘环位于静电吸盘的外围，静电吸盘用于固定其上的待处理晶圆，边缘环可以包括聚焦环，聚焦环具有内侧部分和外侧部分，内侧部分位于待处理晶圆边缘的下方，外侧部分向外超出待处理晶圆的覆盖范围，外侧部分高于内侧部分，至少在聚焦环的外侧部分形成有保护涂层，保护涂层的介电常数从表面至底部逐渐增大，这样，可以使得等离子体鞘层在晶圆的整个表面保持均匀。同时即使边缘环上的保护涂层被等离子体刻蚀而发生磨损，保护涂层内部的较高介电常数的表面暴露出来，从而使保护涂层具有更好的电荷负载能力，维持等离子体鞘层的稳定，从而维持刻蚀速率的稳定性。

Description

一种等离子体刻蚀装置及其中的边缘环

技术领域

本申请涉及半导体器件及其制造领域，特别涉及一种等离子体刻蚀装置及其中的边缘环。

背景技术

在半导体器件的制造过程中，等离子刻蚀是将晶圆加工成设计图案的关键工艺。

在典型的等离子体刻蚀工艺中，工艺气体(如CF₄、O₂等)在射频(Radio Frequency，RF)激励作用下形成等离子体。这些等离子体在经过上电极和下电极之间的电场(电容耦合或者电感耦合)作用后与晶圆表面发生物理轰击作用及化学反应，从而刻蚀出具有特定结构的晶圆。

然而，等离子体浓度随晶圆的相对位置(如中心位置和边缘位置)不同而有所差异，导致在晶圆不同位置的刻蚀速率不均匀，影响半导体器件整体制造良率的提升。参考图1为等离子体刻蚀腔室的简化截面图，其中晶圆120位于刻蚀腔室中的静电吸盘110上，等离子体鞘层130将在晶圆120边缘附近急剧地向上弯曲。因此，晶圆120在边缘区域和中心区域将承受不同的等离子处理环境，从而将导致刻蚀过程的不均匀。

如何保持等离子体刻蚀速率的均匀性，是先进集成电路制造的主要挑战之一。目前普遍采用的方式是在静电吸盘110周围使用边缘环调整等离子体鞘层130曲线，从而调控对晶圆进行等离子体刻蚀的均匀性。参考图2为使用了边缘环230的等离子体刻蚀腔体简化截面图，其中边缘环230设置于静电吸盘110的外围，可以辅助静电吸盘110上的晶圆120定位，并防止晶圆120的下层组件被等离子体损坏。可以看出，通过使用边缘环230，等离子鞘层240在晶圆120外有一定距离的延伸，因此能够改善等离子体鞘层240在晶圆120表面的均匀性，从而一定程度上提高对晶圆的刻蚀均匀性。

随着半导体高端制程(10nm以下)技术的不断进步，等离子体刻蚀腔室对刻蚀的稳定性要求也越来越高。对于改善等离子鞘层的边缘环而言，也需要保持性能稳定。而随着RF时间的增加，由于持续受到等离子体的物理化学作用，处于等离子体刻蚀腔室中的边缘环几何尺寸逐渐减小，使得邻近边缘环损坏区域的等离子体鞘层发生改变，导致刻蚀效果也随着RF时间的增加而出现漂移现象，容易造成刻蚀速率的不稳定。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种等离子体刻蚀装置及其中的边缘环，以调控等离子体刻蚀腔室中的等离子鞘层均匀性和稳定性，进而提高等离子体刻蚀的均匀性和稳定性。

为实现上述目的，本申请有如下技术方案：

本申请实施例提供了一种等离子体刻蚀装置中的边缘环，所述边缘环位于静电吸盘的外围，所述静电吸盘用于固定其上的待处理晶圆，包括：

聚焦环，具有内侧部分和外侧部分，所述内侧部分位于所述待处理晶圆边缘的下方，所述外侧部分向外超出所述待处理晶圆的覆盖范围，所述外侧部分高于所述内侧部分；

至少覆盖所述聚焦环的外侧部分的保护涂层，所述保护涂层的介电常数从表面至底部逐渐增大。

可选的，所述边缘环还包括：在所述聚焦环外围的覆盖环，所述覆盖环上形成有保护涂层。

可选的，所述聚焦环的材料为以下材料的至少一种：石英、氧化铝、氮化铝、单晶硅、多晶硅、碳化硅、氮化硅、氧化硅；所述覆盖环的材料为以下材料的至少一种：石英、氧化铝、氮化铝、单晶硅、多晶硅、碳化硅、氮化硅、氧化硅。

可选的，所述保护涂层包括混合的第一基体材料和第二基体材料，所述第二基体材料的介电常数高于所述聚焦环的介电常数，在所述保护涂层中，所述第二基体材料的浓度从表面至底部逐渐增大，其中所述第二基体材料浓度小于33％，且从表面到底部的浓度差小于10％。

可选的，所述第一基体材料与所述聚焦环或所述覆盖环的材料一致。

可选的，所述第二基体材料包括稀土元素的至少一种，所述稀土元素至少包括镧系元素和钇。

可选的，所述第二基体材料为氧化钇、氟化钇或氟氧化钇。

可选的，所述保护涂层通过以下方式形成：

将所述第一基体材料和所述第二基体材料作为蒸发源，利用物理气相沉积的方式形成所述保护涂层，通过调整所述第一基体材料和所述第二基体材料的至少一种的蒸发速率控制所述第二基体材料在保护涂层中的浓度。

可选的，所述保护涂层的厚度范围为1nm～2mm。

可选的，所述保护涂层的介电常数在所述静电吸盘沿直径方向由内向外逐渐增大。

本申请实施例还提供了一种等离子体刻蚀装置，包括：

静电吸盘，用于固定其上的待处理晶圆；

所述的边缘环；

上极板。

可选的，还可以包括与等离子体直接接触的其他部件，至少一个所述其他部件上形成有保护涂层，所述其他部件包括：盖板、衬垫、气体分配板、喷淋头、静电吸盘组件、处理套组、挡板、窗口、上盖、下盖环等。

可选的，所述保护涂层包括第一基体材料和第二基体材料，所述第一基体材料为以下材料的至少一种：石英、氧化铝、氮化铝、单晶硅、多晶硅、碳化硅、氮化硅、氧化硅；所述第二基体材料包括稀土元素的至少一种，所述稀土元素至少包括镧系元素和钇。

可选的，所述第二基体材料为氧化钇、氟化钇或氟氧化钇。

本申请实施例提供了一种等离子体刻蚀装置及其中的边缘环，边缘环位于静电吸盘的外围，静电吸盘用于固定其上的待处理晶圆，边缘环可以包括聚焦环，聚焦环具有内侧部分和外侧部分，内侧部分位于待处理晶圆边缘的下方，外侧部分向外超出待处理晶圆的覆盖范围，外侧部分高于内侧部分，至少在聚焦环的外侧部分形成有保护涂层，保护涂层的介电常数从表面至底部逐渐增大，这样，可以使得等离子体鞘层在晶圆的整个表面保持均匀。同时即使边缘环上的保护涂层被等离子体刻蚀而发生磨损，保护涂层内部的较高介电常数的表面暴露出来，从而使保护涂层具有更好的电荷负载能力，维持等离子体鞘层的稳定，从而维持刻蚀速率的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1、图2和图3分别示出了现有技术的等离子体腔室的简化截面图；

图4示出了本申请实施例提供的一种边缘环的示意图；

图5示出了本申请实施例中经过等离子体刻蚀后的边缘环的示意图；

图6示出了本申请实施例中保护涂层的涂覆工艺示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本申请结合示意图进行详细描述，在详述本申请实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本申请保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

正如背景技术中的描述，通过使用边缘环，等离子体鞘层在晶圆的整个表面上保持均匀，从而有助于提高晶圆表面上的刻蚀均匀性。然而，随着RF时间的增加边缘环被等离子体不断刻蚀而尺寸发生变形，导致刻蚀效果也随着RF时间的增加而发生改变。参考图3所示，在边缘环230被磨损掉后，边缘环230的表面相对位置降低，边缘环上方的等离子体鞘层240随之降低，即等离子体鞘层240在晶圆边缘向下弯曲，造成刻蚀速率在晶圆的边缘区域和中心区域出现偏差，从而降低了对晶圆的刻蚀稳定性。

现有技术采用在边缘环中掺杂耐等离子体腐蚀的材料，或在边缘环上涂覆耐等离子体刻蚀的涂层(例如氧化钇涂层)的方法来降低边缘环的磨损对等离子体刻蚀效果的影响。尽管氧化钇的耐腐蚀性能较好，但是随着工艺时间的增加，该边缘环上的氧化钇涂层还是会逐渐被腐蚀，同样会导致边缘环上方的等离子体鞘层降低，导致刻蚀速率出现漂移现象。

基于以上技术问题，本申请实施例提供了一种等离子体刻蚀装置及其中的边缘环，边缘环位于静电吸盘的外围，静电吸盘用于固定其上的待处理晶圆，边缘环可以包括聚焦环，聚焦环具有内侧部分和外侧部分，内侧部分位于待处理晶圆边缘的下方，外侧部分向外超出待处理晶圆的覆盖范围，外侧部分高于内侧部分，至少在聚焦环的外侧部分形成有保护涂层，保护涂层的介电常数从表面至底部逐渐增大。在等离子刻蚀装置长期运行中，聚焦环上表面的材料不断被损耗，高度会逐渐降低。但是在射频环境中的聚焦环的表面电荷受集肤效应影响，其表面电荷和表面电势满足格雷厄姆方程的定义。表面电荷与表面电势由格雷厄姆方程给出：

其中，σ为表面电荷密度，∈为表面介电常数，从中可知表面电荷密度和表面介电常数成正比关系，所以在聚焦环上表面保护涂层被腐蚀而下降的同时，下方具有更高介电常数的材料层暴露出来，使得表面电荷密度增加，最终使得聚焦环上表面的在高度下降的同时，鞘层厚度保持稳定。

这样，可以使得等离子体鞘层在晶圆的整个表面保持均匀。同时即使边缘环上的保护涂层被等离子体刻蚀而发生磨损，保护涂层内部的较高介电常数的表面暴露出来，从而使保护涂层具有更好的电荷负载能力，维持等离子体鞘层的稳定，从而维持刻蚀速率的稳定性。

为了更好的理解本申请的技术方案和技术效果，以下将结合附图对具体的实施例进行详细的描述。

参考图4为本申请实施例提供的一种边缘环的剖面结构示意图，边缘环设置于等离子体刻蚀装置中，其中边缘环位于静电吸盘110的外围，边缘环包括聚焦环330以及至少覆盖聚焦环330外侧部分的保护涂层340。

在本申请实施例中，静电吸盘110用于固定其上的待处理晶圆120，静电吸盘110可以由金属制成，例如铝、铝合金等，静电吸盘110可以作为下电极。静电吸盘110的形状可以是圆形，尺径可以小于待处理晶圆120的尺径。待处理晶圆120在与静电吸盘110的接触面之外有所延伸。

与静电吸盘110相对应的，等离子体刻蚀装置中还可以包括上电极(图未示出)，上电极和静电吸盘110之间形成间隙，上电极由导电材料制成。在上电极和静电吸盘110之间可以形成有等离子体，等离子体在上极板和静电吸盘110之间的电场作用下，可以用于处理静电吸盘110上固定的待处理晶圆120，例如用于对待处理晶圆120进行刻蚀，或者在待处理晶圆120上沉积材料，或者清洗待处理晶圆120等。

边缘环位于静电吸盘110的外围，可以包括聚焦环330以及聚焦环330上的保护涂层340，边缘环可以辅助将待处理晶圆120定位到静电吸盘110上，并将待处理晶圆120边缘的等离子体限制在待处理晶圆120上方的区域，从而防止待处理晶圆120未保护的下层组件被等离子体损坏。

本申请实施例中，聚焦环330可以具有内侧部分和外侧部分，内侧部分靠近静电吸盘110，可以与静电吸盘110齐平，这样，在待处理晶圆120延伸出静电吸盘110时，可以置于聚焦环330的内侧部分之上，即聚焦环330的内侧部分位于待处理晶圆120的边缘的下方。聚焦环330的外侧部分向外超出了待处理晶圆120的覆盖范围，聚焦环330的外侧部分可以相对内侧部分较厚，外侧部分的上表面高于内侧部分的上表面，通过外侧部分可以将待处理晶圆120定位到静电吸盘110上。具体的，聚焦环330的外侧部分的上表面可以与待处理晶圆120的上表面齐平，也可以是略高于待处理晶圆120的上表面。

聚焦环330的材料可以是以下材料的至少一种：石英、氧化铝、氮化铝、单晶硅、多晶硅、碳化硅、氮化硅、氧化硅等。聚焦环330下方可以设置有用于电延伸静电吸盘110的等离子体面向区域的下层结构，例如可以包括聚焦环330下的耦合环(图未示出)，耦合环可以连接可变电容或电感，从而对聚焦环330表面的电荷进行调节，从而使等离子体鞘层370更稳定地保持在晶圆的整个表面上。

若聚焦环330上未涂覆有保护涂层340，在通过等离子体对待处理晶圆120进行作用的过程中，由于聚焦环330的上方也有等离子体环境，因此会对聚焦环330的外侧部分产生一定的损伤，聚焦环330的外侧部分的厚度减小，其上表面有所下降，造成等离子体鞘层下降，因此，在待处理晶圆120边缘的位置，等离子体鞘层向下弯曲。

为了解决这个问题，本申请实施例中，可以在聚焦环330上设置保护涂层340，保护涂层340可以仅覆盖聚焦环330的外侧部分的上表面，也可以覆盖聚焦环330的整个上表面，参考图4所示。保护涂层340的介电常数从表面至底部逐渐增大，厚度可以控制在1nm～2mm之间，其厚度可以根据实际情况有所调整。在聚焦环表面涂层被腐蚀的过程中并不是均匀腐蚀的，部分区域(内侧部分和外侧部分之间的区域)会快速被腐蚀，外侧区域被腐蚀的速度较慢，两者被腐蚀后造成的高度差为1.6mm，所以2mm左右就能实现足够的表面电荷密度补偿，再增加额外的涂层厚度会过多增加制造成本。

在通过等离子体对待处理晶圆120进行刻蚀的过程中，等离子体可能会对聚焦环330的外侧部分上的保护涂层340产生一定的损伤，导致聚焦环330的外侧部分的保护涂层340的厚度减小，其上表面有所下降，但是由于保护涂层340的介电常数从表面至底部逐渐增大，则经过刻蚀的保护涂层340的上表面的介电常数大于原来的保护涂层340的上表面的介电常数，从而具有更大的电荷负载能力，相应的可以对应更远的等离子体鞘层370，因此可以避免保护涂层340的上表面下降带来的影响，保持等离子体鞘层370的稳定，参考图5所示。

在本申请实施例中，边缘环还可以包括聚焦环330更外围的覆盖环350，用于进一步保护下层结构以及调整等离子体鞘层370。覆盖环350的材料可以是以下材料的至少一种：石英、氧化铝、氮化铝、单晶硅、多晶硅、碳化硅、氮化硅、氧化硅等。覆盖环350的材料与聚焦环330可以一致，也可以不一致。在覆盖环350上也可以涂覆有保护涂层360，覆盖环350上的保护涂层360可以与聚焦环330上的保护涂层340可以具有相同的材料，也可以具有不同的材料。

为了实现保护涂层340/360从表面至底部介电常数逐渐增大，保护涂层340/360可以包括混合的第一基体材料和第二基体材料，其中第二基体材料的介电常数可以高于聚焦环330的材料的介电常数，控制第二基体材料的浓度从保护涂层340/360表面至底部逐渐增大，即可控制保护涂层340/360的介电常数从表面至底部逐渐增大。其中第二基体材料(如Y₂O₃)的浓度需要较低，暴露在等离子体中进行刻蚀工艺时，大量离子轰击下表面涂层材料会被溅射到晶圆上，形成污染物颗粒，过高的稀土元素金属会破坏晶圆上半导体结构。另一方面在保护涂层加工形成过程中(溅镀或蒸镀)，第二基本材料浓度高时会与第一基本材料发生化学反应，形成不同的晶体结构，这会破坏保护涂层露出表面的介电常数分布规律性，无法通过表面材料的介电常数随深度变化的曲线补偿聚焦环下降带来的鞘层高度变化。所以第二基体材料的浓度需要小于33％才能保证既不会产生污染还能保证保护涂层中晶体结构的稳定性。此外保护涂层顶部和底部的材料层中第二基体材料浓度差也需要控制在10％已内，比如顶部浓度为2％，则底部材料层中的浓度需要小于12％。这样才能有效且精确的补尝由于聚焦环高度微量降低(小于2mm)带来的鞘层厚度变化，而且在微米级厚度的保护涂层中，第二基体材料浓度差距过大比如顶部5％，底部为30％也会导致顶部与底部材料层的热膨胀系数差距较大，会在温度变化周期中导致裂纹产生，加速聚焦环的腐蚀和颗粒污染物的产生。

第一基体材料可以与聚焦环330或覆盖环350的材料一致，也可以与聚焦环330和覆盖环350的材料均不一致，可以是以下材料的至少一种：石英、氧化铝、氮化铝、单晶硅、多晶硅、碳化硅、氮化硅、氧化硅等。其中，石英的介电常数大约是4，氧化铝的介电常数大约是9，硅的介电常数大约是11.9，碳化硅的介电常数大约是10。

第二基体材料是介电常数高于聚焦环330和覆盖环350的材料，第二基体材料可以包括稀土元素的至少一种，稀土元素可以包括镧系元素和钇，镧系元素可以包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nb)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)等元素，具体的，第二基体材料可以是这些稀土元素，也可以是这些稀土元素的合氧化物、氟化物或氟氧化物。作为一种示例，本申请实施例中的第二基体材料可以是氧化钇、氟化钇或氟氧化钇。其中，氧化钇的介电常数大约是12及以上。

由于第二基体材料比第一基体的介电常数高，通过第一基体材料和第二基体材料按照不同比例混合，可以使得保护涂层340/360的介电常数呈连续的梯度变化特性，例如从保护涂层340/360的表面至底部第二基体材料的浓度逐渐升高，则保护涂层340/360的介电常数逐渐增加。其中，第二基体材料的浓度百分数范围可以为0～100％，第二基体材料的浓度梯度可以根据实际情况而定，例如根据第二基体材料的介电常数及在等离子体环境中的腐蚀速率等参数确定。

需要说明的是，在聚焦环330上的保护涂层中340的第二基体材料可以与覆盖环350上的保护涂层360中的第二基体材料一致，也可以不一致，在覆盖环350上的保护涂层360可以进一步稳定位于等离子体刻蚀装置边缘处的等离子体鞘层370，由于覆盖环与待处理晶圆120的距离更远，为了更好维持待处理晶圆120的边缘等离子体鞘层的均匀性，覆盖环350上的保护涂层360中第二基体材料的浓度可以大于在聚焦环330上的保护涂层340中第二基体材料的浓度，也就是说，在同样高度的上表面上，覆盖环350上的保护涂层360的介电常数可以大于聚焦环330上的保护涂层340的介电常数。

上述保护涂层340/360中包括混合的第一基体材料和第二基体材料，保护涂层340/360可以通过以下方式形成：将第一基体材料和第二基体材料作为蒸发源，利用物理气相沉积的方式形成保护涂层340/360。参考图6为形成保护涂层的示意图，其中第一基体材料和第二基体材料可以通过两个蒸发源独立蒸发，具体的，可以通过电子束加热或电阻加热等方式使第一基体材料和第二基体材料分别独立气化，从而同时分别在基底上沉积形成保护涂层340/360，这里的第一基体材料为SiO₂，第二基体材料为Y₂O₃，形成的保护涂层340/360为Si-Y-O涂层。在形成保护涂层340/360的过程中，可以通过控制至少一个蒸发源的蒸发速率，以调整保护涂层340/360中各个厚度上第一基体材料和第二基体材料的比例，从而形成具有一定浓度梯度的保护涂层340/360。在形成保护涂层340/360的过程中，还可以通过等离子体增强方式或离子束增强方式实现增强的物理气相沉积工艺。

可以理解的是，这里的基底反向放置，保护涂层340/360位于基底的下方，因此从上至下，即为从保护涂层340/360的底部至表面，第二基体材料的浓度逐渐降低，即越接近基底，第二基体材料的浓度越高。在形成保护涂层340/360的过程中，可以控制至少一个蒸发源的蒸发速率，例如可以逐渐调整第二基体材料的蒸发速率，从而调整第二基体材料在保护涂层340/360中的浓度。为了使形成的保护涂层340/360中第二基体材料的浓度从底部至表面逐渐较小，可以逐渐降低第二基体材料的蒸发速率，例如每次可以将蒸发速率降低5％左右。

以上形成保护涂层340/360的过程中，由于第二基体材料和第一基体材料随着厚度呈现一定的连续渐变特性，因此即使在反复升温降温的过程中，保护涂层340/360的热膨胀应力也会渐变式的被消除在膜层内大量的晶界界面处，而大大降低了保护涂层340/360开裂、脱落的风险；同时，通过物理气相沉积技术，在低压环境中沉积薄膜，能够有效减少环境中杂质的影响，形成的保护涂层340/360的结构致密性较高，且合成温度较低，有效降低基底与涂层之间由于热膨胀系数不匹配引入的内应力的影响。

此外，保护涂层340/360通常具有较好的耐等离子体腐蚀的特性，而物理气相沉积形成的保护涂层340/360接近100％理论密度的特点，能够有效降低等离子体对保护涂层340/360的损伤，提高聚焦环330和覆盖环350的使用寿命，降低刻蚀腔体成本，同时可以有效降低刻蚀副产物在保护涂层340/360表面的吸附和堆积，降低腔体的清洁成本。举例来说，在第一基体材料包括硅元素时，若保护涂层340/360被等离子体腐蚀后，生成硅氟化物气体(例如SiF₄气体)，在刻蚀腔体真空条件下硅氟化物气体可以被真空泵抽走，同时可以带走氟化钇(YF₃)的微小颗粒物，降低氟化钇的团聚和沉积概率，减少待处理晶圆120上的颗粒物污染。

为了进一步稳定待处理晶圆上方的等离子体鞘层，保护涂层340/360在静电吸盘沿直径方向的介电常数可以不一致，即在同一厚度上的保护涂层340/360的介电常数可以不一致，具体的，可以令保护涂层340/360的介电常数在静电吸盘沿直径方向由内向外逐渐增大。也就是说，保护涂层340/360的介电常数从表面至底部逐渐增大，从内向外也逐渐增大，这样的保护涂层340/360也可以将第一基体材料和第二基体材料作为蒸发源，利用物理气相沉积的方法形成保护涂层340/360。

其中，基底可以倾斜(倾斜角度范围为0°～90°)放置，同时在基底和蒸发源之间可以设置挡板，用于遮挡部分基底，这里的基底为边缘环或覆盖环，挡板可以包括沿着基底的半径的两个边缘，这样未被遮挡的基底为开口环状，同时包括基底的外部结构和内部结构，且未被遮挡的基底占基底总面积的小部分，例如占基底总面积的30％及以下，通常来说，未被遮挡的基底面积越小，对基底上的保护涂层340/360的浓度调控越精确。具体实施时，基底的外部结构和内部结构具有不同的高度。

在通过物理气相沉积的方式形成保护涂层340/360时，未被遮挡的部分基底上可以沉积有第一基体材料和第二基体材料，由于基底倾斜放置，基底的不同位置与蒸发源的相对距离不同，因此沉积的第一基体材料的浓度不同，沉积的第二基体材料的浓度也不同。举例来说，令基底的外部结构的高度低于基底的内部结构的高度，令第二基体材料靠近基底的外部结构，则第二基体材料在基底的外部结构上形成的浓度高于在基底的内部结构上形成的浓度。具体实施时，可以通过控制基底的倾斜角度来控制基底上不同位置的浓度差异，即控制基底的外部结构和内部结构的浓度差异。

为了能够在基底上均形成保护涂层340/360，可以通过旋转基底来调整被挡板遮挡的位置，从而使基底上整体而言内部结构和外部结构的沉积浓度不一致，呈渐变特性。而在沉积过程中调整蒸发源的蒸发速率，可以使在基底上同一位置上形成的保护涂层304/360在不同厚度上浓度分配不同，因此形成的保护涂层340/360在同一厚度上的浓度不一致，在相同位置不同厚度上的浓度也不一致，这样介电常数也是不均匀的，例如保护层340/360的介电常数从表面至底部逐渐增大，从内向外也逐渐增大。

本申请实施例提供的一种等离子体刻蚀装置中的边缘环，边缘环位于静电吸盘的外围，静电吸盘用于固定其上的待处理晶圆，边缘环可以包括聚焦环，聚焦环具有内侧部分和外侧部分，内侧部分位于待处理晶圆边缘的下方，外侧部分向外超出待处理晶圆的覆盖范围，外侧部分高于内侧部分，至少在聚焦环的外侧部分形成有保护涂层，保护涂层的介电常数从表面至底部逐渐增大，这样，可以使得等离子体鞘层在晶圆的整个表面保持均匀。同时即使边缘环上的保护涂层被等离子体刻蚀而发生磨损，保护涂层内部的较高介电常数的表面暴露出来，从而使保护涂层具有更好的电荷负载能力，维持等离子体鞘层的稳定，从而维持刻蚀速率的稳定性，因此，不需要额外的电学控制系统，也不需要额外的机械运动结构，结构简单易实现，控制效果稳定。

基于本申请实施例提供的一种边缘环，本申请实施例还提供了一种等离子体刻蚀装置，包括：静电吸盘110、边缘环和上极板。其中边缘环、静电吸盘110、上极板均可以参考前述边缘环的实施例中的说明，在此不做赘述。

在本申请实施例中，等离子体刻蚀装置中还可以包括与等离子体直接接触的其他部件。为了提高这些部件的使用寿命，可以在至少一个其他部件上涂覆保护涂层，其中保护涂层的介电常数从上表面至底部之间增大。所述其他部件包括：盖板、衬垫、气体分配板、喷淋头、静电吸盘组件、处理套组、挡板、窗口、上盖、下盖环等。

其中，衬垫放在刻蚀腔室内壁，提供刻蚀腔体的整体环境；气体分配板为工艺气体进入电感耦合等离子体(Inductance Couple Plasma，ICP)刻蚀腔体需要经过的部件，用于实现工艺气体在腔室中不同位置的分配；喷淋头为工艺气体进入电容耦合等离子体(capacitance Couple Plasma，CCP)刻蚀腔体需要经过的部件，用于实现工艺气体的分配；静电吸盘组件为晶圆固定装置，用于固定晶圆；挡板为刻蚀腔室中晶圆进出口的挡板；窗口为ICP刻蚀腔体的上支撑板。以上这些部件在等离子刻蚀过程中，均会接触到等离子体，因此会被等离子体刻蚀形成损耗，保护涂层可以减缓等离子体的刻蚀速率，同时对刻蚀腔室中的等离子体鞘层不会产生太大影响。

具体的，保护涂层可以包括第一基体材料和第二基体材料，第一基体材料可以包括以下材料的至少一种：石英、氧化铝、氮化铝、单晶硅、多晶硅、碳化硅、氮化硅、氧化硅；所述第二基体材料包括稀土元素的至少一种，所述稀土元素至少包括镧系元素和钇。

可选的，所述第二基体材料为氧化钇、氟化钇或氟氧化钇。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。尤其，对于存储器件实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，虽然本申请已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。

Claims (14)

1.一种等离子体刻蚀装置中的边缘环，其特征在于，所述边缘环位于静电吸盘的外围，所述静电吸盘用于固定其上的待处理晶圆，包括：

聚焦环，具有内侧部分和外侧部分，所述内侧部分位于所述待处理晶圆边缘的下方，所述外侧部分向外超出所述待处理晶圆的覆盖范围，所述外侧部分高于所述内侧部分；

至少覆盖所述聚焦环的外侧部分的保护涂层，所述保护涂层的介电常数从表面至底部逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的边缘环，其特征在于，所述边缘环还包括：在所述聚焦环外围的覆盖环，所述覆盖环上形成有保护涂层。

3.根据权利要求2所述的边缘环，其特征在于，所述聚焦环的材料为以下材料的至少一种：石英、氧化铝、氮化铝、单晶硅、多晶硅、碳化硅、氮化硅、氧化硅；所述覆盖环的材料为以下材料的至少一种：石英、氧化铝、氮化铝、单晶硅、多晶硅、碳化硅、氮化硅、氧化硅。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的边缘环，其特征在于，所述保护涂层包括混合的第一基体材料和第二基体材料，所述第二基体材料的介电常数高于所述聚焦环的介电常数，在所述保护涂层中，所述第二基体材料的浓度从表面至底部逐渐增大，其中所述第二基体材料浓度小于33％，且从表面到底部的浓度差小于10％。

5.根据权利要求4所述的边缘环，其特征在于，所述第一基体材料与所述聚焦环或所述覆盖环的材料一致。

6.根据权利要求4所述的边缘环，其特征在于，所述第二基体材料包括稀土元素的至少一种，所述稀土元素至少包括镧系元素和钇。

7.根据权利要求6所述的边缘环，其特征在于，所述第二基体材料为氧化钇、氟化钇或氟氧化钇。

8.根据权利要求5-7任意一项所述的边缘环，其特征在于，所述保护涂层通过以下方式形成：

将所述第一基体材料和所述第二基体材料作为蒸发源，利用物理气相沉积的方式形成所述保护涂层，通过调整所述第一基体材料和所述第二基体材料的至少一种的蒸发速率控制所述第二基体材料在保护涂层中的浓度。

9.根据权利要求1-3或5-7任意一项所述的边缘环，其特征在于，所述保护涂层的厚度范围为1nm～2mm。

10.根据权利要求1-3或5-7任意一项所述的边缘环，其特征在于，所述保护涂层的介电常数在所述静电吸盘沿直径方向由内向外逐渐增大。

11.一种等离子体刻蚀装置，其特征在于，包括：

静电吸盘，用于固定其上的待处理晶圆；

如权利要求1-10任意一项所述的边缘环；

上极板。

12.根据权利要求11所述的等离子体刻蚀装置，其特征在于，还可以包括与等离子体直接接触的其他部件，至少一个所述其他部件上形成有保护涂层，所述其他部件包括：盖板、衬垫、气体分配板、喷淋头、静电吸盘组件、处理套组、挡板、窗口、上盖、下盖环等。

13.根据权利要求12所述的等离子体刻蚀装置，其特征在于，所述保护涂层包括第一基体材料和第二基体材料，所述第一基体材料为以下材料的至少一种：石英、氧化铝、氮化铝、单晶硅、多晶硅、碳化硅、氮化硅、氧化硅；所述第二基体材料包括稀土元素的至少一种，所述稀土元素至少包括镧系元素和钇。

14.根据权利要求13所述的等离子体刻蚀装置，其特征在于，所述第二基体材料为氧化钇、氟化钇或氟氧化钇。

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