CN112885698B - 一种半导体集成电路用硅晶片刻蚀装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体集成电路用硅晶片刻蚀装置，包括刻蚀箱、激励线圈、偏压提供装置、放置台、气体注入组件和气体排出组件，刻蚀箱的底部设置放置座，放置座的上部呈锥形，放置台以放置座的顶点为中心分布在放置座的锥形表面上，放置台倾斜设置，刻蚀箱内设置有弧形闭合板，放置台用于承载硅晶片，且放置台位于弧形闭合板的正下方，气体注入组件用于向刻蚀箱内部通入刻蚀气体，气体排出组件包括气体排出口和惰性气体下部注入通道，惰性气体下部注入通道用于向刻蚀箱内部通入惰性气体，通过惰性气体的流动带动反应产物一起流动，最终从气体排出口处排出，可实现反应产物的快速流出，避免反应产物停留在刻蚀箱内，提高硅晶片的刻蚀效率。

Description

一种半导体集成电路用硅晶片刻蚀装置

技术领域

本发明涉及硅晶片刻蚀技术领域，具体涉及一种半导体集成电路用硅晶片刻蚀装置。

背景技术

在半导体的制造过程中，硅晶片的刻蚀是一个十分重要的环节。传统刻蚀工艺为对所需刻蚀材料进行曝光显影后进行等离子刻蚀，日常生产中等离子刻蚀一般都是采用干法刻蚀机，干法刻蚀机中的硅片水平运行，机片高，且使用化学品刻蚀代替等离子刻蚀导致刻蚀成本增加。

现有技术中一些干法刻蚀装置，通过设置可旋转的放置台，放置台用于承载晶圆，在晶圆的刻蚀过程中，放置台至少顺时针和逆时针各旋转一周，在输气结构的中心出气孔输出的刻蚀气体的作用下完成刻蚀，但是在晶圆的刻蚀过程中会形成气体产物，这些气体产物会在冲击力的作用下以刻蚀气体与晶圆的接触点为中心向四周散发，并在冲击力消去后在重力中下覆盖在硅晶片的表面，影响了硅晶片与刻蚀气体的接触，导致刻蚀效率低下。

由于现有技术中放置台水平设置，在通过通入惰性气体带出反应产物时，惰性气体只能由放置台的侧面流过，带动惰性气体流动的效率较低，不能够很好地处理反应产物。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体集成电路用硅晶片刻蚀装置，以解决现有技术中晶圆的刻蚀过程中会形成气体产物，这些气体产物会在冲击力的作用下以刻蚀气体与晶圆的接触点为中心向四周散发，并在冲击力消去后在重力中下覆盖在硅晶片的表面，影响了硅晶片与刻蚀气体的接触，而现有技术中放置台水平设置，在通过通入惰性气体带出反应产物时，惰性气体只能由放置台的侧面流过，带动惰性气体流动的效率较低，不能够很好地处理反应产物，从而导致刻蚀效率低下的问题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

一种半导体集成电路用硅晶片刻蚀装置，包括刻蚀箱、激励线圈、偏压提供装置、放置台、气体注入组件和气体排出组件，所述刻蚀箱的底部设置放置座，所述放置座的上部呈锥形，所述放置台以所述放置座的顶点为中心分布在所述放置座的锥形表面上，所述放置台倾斜设置；

所述刻蚀箱内设置有弧形闭合板，所述弧形闭合板由弧形板环绕成的通道状结构，该通道状结构的竖直轴线与所述刻蚀箱的竖直轴线重合，所述弧形闭合板的上端连接有上部连接管，所述上部连接管与所述刻蚀箱的顶部相连，所述放置台用于承载硅晶片，且所述放置台位于所述弧形闭合板的正下方；

所述气体注入组件用于向所述刻蚀箱内部通入刻蚀气体，所述气体排出组件包括气体排出口和惰性气体下部注入通道，所述惰性气体下部注入通道用于向所述刻蚀箱内部通入惰性气体，通过所述惰性气体的流动带动反应产物一起流动，最终从所述气体排出口处排出。

作为本发明的一种优选方案，所述激励线圈安装在所述刻蚀箱的外壁上，所述激励线圈用于将所述刻蚀箱内部的刻蚀气体激发成等离子体，所述偏压提供装置设置在所述刻蚀箱的内部，所述偏压提供装置用于向所述刻蚀箱内部的硅晶片施加偏压。

作为本发明的一种优选方案，所述气体注入组件包括设置在所述弧形闭合板的板壁内部的若干弧形通道，所述弧形通道的上端连接有上部直管道，所述上部直管道位于所述上部连接管的管壁中，且所述上部直管道的上端延伸出所述上部连接管，刻蚀气体由所述上部直管道通入，之后进入所述弧形通道，所述弧形通道与所述放置台一一对应，所述弧形通道的下端出口正对着对应的所述放置台，以使刻蚀气体对所述放置台上的硅晶片进行刻蚀。

作为本发明的一种优选方案，所述弧形通道的下端连接有下部直管道，所述下部直管道延伸出所述弧形闭合板，且所述下部直管道与对应的所述放置台垂直，同时下部直管道与对应的所述放置台之间无接触，以使刻蚀气体能够垂直喷洒在硅晶片上，保证刻蚀效果。

作为本发明的一种优选方案，所述放置座的竖直轴线与所述刻蚀箱的竖直轴线重合，所述气体排出口包括上部气体排出口和若干下部气体排出口，所述上部气体排出口设置于所述刻蚀箱的顶部中心，且所述上部气体排出口位于所述弧形闭合板的内腔的正上方，所述下部气体排出口设置在所述刻蚀箱的底部，且所述下部气体排出口的位置与所述放置台的位置对应，刻蚀气体喷洒在硅晶片上后，生成的气体反应产物中的一部分向侧下方流动，最终从所述下部气体排出口处排出。

作为本发明的一种优选方案，所述气体排出组件还包括若干惰性气体上部注入通道，所述惰性气体上部注入通道设置在所述刻蚀箱的顶部，且所述惰性气体上部注入通道的下端延伸至所述刻蚀箱内，同时所述惰性气体上部注入通道的下端位于所述刻蚀箱的内壁与所述弧形闭合板的外壁之间的区域，惰性气体由所述惰性气体上部注入通道通入所述刻蚀箱内，带动刻蚀气体喷洒在硅晶片上后生成的气体反应产物中的一部分向侧下方流动，最终从所述下部气体排出口处排出，所述惰性气体上部注入通道与所述放置台一一对应，带动对应放置台上的反应产物流动。

作为本发明的一种优选方案，所述刻蚀箱内设置有导流板，所述导流板位于所述刻蚀箱的顶板与侧板之间的夹角处，为上方惰性气体提供导流作用。

作为本发明的一种优选方案，所述惰性气体下部注入通道设置在所述刻蚀箱的底部中心，所述惰性气体下部注入通道穿过所述放置座，所述惰性气体下部注入通道的轴线与所述放置座竖直轴线重合，所述惰性气体下部注入通道的上端出口正对着所述弧形闭合板的内腔，且所述惰性气体下部注入通道与所述上部气体排出口在同一竖直线上，惰性气体由所述惰性气体下部注入通道通入所述刻蚀箱内，带动刻蚀气体喷洒在硅晶片上后生成的气体反应产物中的一部分向上流动，最终从所述上部气体排出口处排出。

作为本发明的一种优选方案，所述放置座的表面设置有安置槽，所述放置台转动设置在所述安置槽内，所述安置槽下方设置有转动电机，所述转动电机的输出轴与所述放置台的底部中心垂直相连。

本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

本发明通过倾斜设置放置台，利用重力带动斜向下流动反应产物流出刻蚀箱，在通过通入从下向上流动的惰性气体带动斜向上流动反应产物流出刻蚀箱，从而实现反应产物的快速流出，避免反应产物停留在刻蚀箱内，从而避免现有技术中放置台水平放置时气体产物容易附着在硅晶片，提高硅晶片的刻蚀效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明实施方式的整体结构示意图；

图2为本发明实施方式中气体注入组件的结构示意图；

图3为本发明实施方式中放置座的结构示意图。

图中的标号分别表示如下：

1、刻蚀箱；2、激励线圈；3、偏压提供装置；4、放置台；5、气体注入组件；6、气体排出组件；7、放置座；8、弧形闭合板；9、上部连接管；10、导流板；11、安置槽；12、转动电机；

501、弧形通道；502、上部直管道；503、下部直管道；

601、气体排出口；601a、上部气体排出口；601b、下部气体排出口；602、惰性气体下部注入通道；603、惰性气体上部注入通道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图3所示，本发明提供了一种半导体集成电路用硅晶片刻蚀装置，包括刻蚀箱1、激励线圈2、偏压提供装置3、放置台4、气体注入组件5和气体排出组件6，激励线圈2安装在刻蚀箱1的外壁上，放置台4设置在刻蚀箱1内部，其用于承载硅晶片，气体注入组件5用于向刻蚀箱1内部通入刻蚀气体，激励线圈2用于将刻蚀箱1内部的刻蚀气体激发成等离子体，偏压提供装置3设置在刻蚀箱1的内部，偏压提供装置3用于向刻蚀箱1内部的硅晶片施加偏压，气体排出组件6用于刻蚀气体及反应产物的排出，同时气体排出组件6还可以通过向刻蚀箱1内部通入惰性气体，利用惰性气体的流动带动反应产物一起流出，使反应产物快速被带出，避免反应产物停留在刻蚀箱1内，从而避免反应产物对刻蚀的影响，提升刻蚀效率。

在本实施方式中，刻蚀气体通过气体注入组件5通入刻蚀箱1内，并直接通至放置台4用于承载硅晶片上方区域，然后在激励线圈2的约束下激发成等离子体，并在偏压提供装置3对硅晶片偏压配合下刻蚀气体到达硅晶片表面，激励线圈2在刻蚀气体的作用下对硅晶片进行刻蚀，而刻蚀过程中形成的气体反应产物流向气体排出组件6，并在气体排出组件6所通入的惰性气体的带动下快速流出刻蚀箱1，防止刻蚀气体产物残留在硅晶片上，提高硅晶片的刻蚀效率。

在现有技术中，放置台4和硅晶片均水平设置，这样一来，硅晶体在进行刻蚀时是处于水平状态的，当刻蚀气体与硅晶片接触后，会以柱状刻蚀气体与硅晶片的接触点为中心向四周散去，在气流的带动作用下会向外流动一段距离，但再之后的重力作用下，逐渐附着在硅晶片的表面上，从而影响硅晶片的刻蚀效率，而本实施方式中刻蚀箱1的底部设置放置座7，放置座7的上部呈锥形，放置台4以放置座7的顶点为中心分布在放置座7的锥形表面上，放置台4倾斜设置，这样一来，硅晶体在进行刻蚀时是处于倾斜状态的，当刻蚀气体与硅晶片接触后，会以柱状刻蚀气体与硅晶片的接触点为中心向四周散去，从而一部分斜向上流动，另一部分则斜向下流动，并在重力作用下，斜向下流动的反应产物不断下滑，直至排出刻蚀箱1。

本实施方式将放置台4倾斜设置，从而可以利用重力带动反应产物流出刻蚀箱1，从而避免现有技术中放置台4水平放置时气体产物容易附着在硅晶片表面而影响硅晶片刻蚀效率的问题。

上述实施方式虽可利用重力带动反应产物流出刻蚀箱1，提高硅晶片的刻蚀效率，但其进行带动的仅是斜向下流动的那部分反应产物，对于斜向上的那部分反应产物则无法处理，且在上述实施方式中，斜向上的那部分反应产物在冲击之后下路，也无法穿过不断输入的刻蚀气流，从而停留在硅晶体的上方，最终附着在硅晶体的表面，反而加剧了附着现象。

为了改进上述弊端，对斜向上的那部分反应产物进行处理，使之也快速流出刻蚀箱1，防止刻蚀气体产物残留在硅晶片上，提高硅晶片的刻蚀效率，本实施方式中气体排出组件6包括气体排出口601和惰性气体下部注入通道602，其中气体排出口601又包括了上部气体排出口601a和若干下部气体排出口601b，下部气体排出口601b设置在刻蚀箱1的底部，且下部气体排出口601b的位置与放置台4的位置对应，位于放置台4向下的一侧，斜向下流动的反应产物在重力作用下直接从下部气体排出口601b流出。

重要的是，惰性气体下部注入通道602用于向刻蚀箱1内部通入惰性气体，且惰性气体下部注入通道602位于放置台4向上翘起的一侧，且上部气体排出口601a位于惰性气体下部注入通道602的正上方，当惰性气体进入刻蚀箱1后，向着上部气体排出口601a流动，在流经至放置台4时，带动斜向上流动的反应产物一同上移，快速流出刻蚀箱1。

通过上述设置，本实施方式通过倾斜设置放置台4，利用重力带动斜向下流动反应产物流出刻蚀箱1，在通过通入从下向上流动的惰性气体带动斜向上流动反应产物流出刻蚀箱1，从而实现反应产物的快速流出，避免反应产物停留在刻蚀箱1内，从而避免现有技术中放置台4水平放置时气体产物容易附着在硅晶片，提高硅晶片的刻蚀效率。

进一步地，为使斜向下流动反应产物快速流出刻蚀箱1，并避免残留有反应产物，气体排出组件6还包括若干惰性气体上部注入通道603，惰性气体上部注入通道603设置在刻蚀箱1的顶部，且惰性气体上部注入通道603的下端延伸至刻蚀箱1内，该部分惰性气体流经放置台4的下侧端的外部，从而为反应产物提供下移的驱动力，惰性气体上部注入通道603与放置台4一一对应，带动对应放置台4上的反应产物流出刻蚀箱1。

同时，为了避免所通入的刻蚀气体流、斜向上流动的反应产物、斜向下柳丁的反应产物、向上流动的惰性气体以及向下流动的惰性气体之间相互干，扰，刻蚀箱1内设置有弧形闭合板8，弧形闭合板8由弧形板环绕成的通道状结构，该通道状结构的竖直轴线与刻蚀箱1的竖直轴线重合，弧形闭合板8的上端连接有上部连接管9，上部连接管9与刻蚀箱1的顶部相连，放置台4用于承载硅晶片，且放置台4位于弧形闭合板8的正下方。

气体注入组件5用于向刻蚀箱1内部通入刻蚀气体，气体排出组件6包括气体排出口601和惰性气体下部注入通道602，惰性气体下部注入通道602用于向刻蚀箱1内部通入惰性气体，通过惰性气体的流动带动反应产物一起流动，最终从气体排出口601处排出。

气体注入组件5包括设置在弧形闭合板8的板壁内部的若干弧形通道501，弧形通道501的上端连接有上部直管道502，上部直管道502位于上部连接管9的管壁中，且上部直管道502的上端延伸出上部连接管9，刻蚀气体由上部直管道502通入，之后进入弧形通道501，弧形通道501与放置台4一一对应，弧形通道501的下端出口正对着对应的放置台4，以使刻蚀气体对放置台4上的硅晶片进行刻蚀。

弧形通道501的下端连接有下部直管道503，下部直管道503延伸出弧形闭合板8，且下部直管道503与对应的放置台4垂直，同时下部直管道503与对应的放置台4之间无接触，以使刻蚀气体能够垂直喷洒在硅晶片上，保证刻蚀效果。

放置座7的竖直轴线与刻蚀箱1的竖直轴线重合，气体排出口601包括上部气体排出口601a和若干下部气体排出口601b，上部气体排出口601a设置于刻蚀箱1的顶部中心，且上部气体排出口601a位于弧形闭合板8的内腔的正上方，下部气体排出口601b设置在刻蚀箱1的底部，且下部气体排出口601b的位置与放置台4的位置对应，刻蚀气体喷洒在硅晶片上后，生成的气体反应产物中的一部分向侧下方流动，最终从下部气体排出口601b处排出。

惰性气体上部注入通道603设置在刻蚀箱1的顶部，且惰性气体上部注入通道603的下端延伸至刻蚀箱1内，同时惰性气体上部注入通道603的下端位于刻蚀箱1的内壁与弧形闭合板8的外壁之间的区域，惰性气体由惰性气体上部注入通道603通入刻蚀箱1内，带动刻蚀气体喷洒在硅晶片上后生成的气体反应产物中的一部分向侧下方流动，最终从下部气体排出口601b处排出，惰性气体上部注入通道603与放置台4一一对应，带动对应放置台4上的反应产物流动。

进一步地，刻蚀箱1内设置有导流板10，导流板10位于刻蚀箱1的顶板与侧板之间的夹角处，可以为上方惰性气体提供导流作用。

惰性气体下部注入通道602设置在刻蚀箱1的底部中心，惰性气体下部注入通道602穿过放置座7，惰性气体下部注入通道602的轴线与放置座7竖直轴线重合，惰性气体下部注入通道602的上端出口正对着弧形闭合板8的内腔，且惰性气体下部注入通道602与上部气体排出口601a在同一竖直线上，惰性气体由惰性气体下部注入通道602通入刻蚀箱1内，带动刻蚀气体喷洒在硅晶片上后生成的气体反应产物中的一部分向上流动，最终从上部气体排出口601a处排出。

本实施方式中放置座7的表面设置有安置槽11，放置台4转动设置在安置槽11内，安置槽11下方设置有转动电机12，转动电机12的输出轴与放置台4的底部中心垂直相连，通过转动电机12带动放置台4转动，进而使鬼禁片转动，提升刻蚀的均匀性，并且在放置台4转动的过程中，放置台4顺时针和逆时针交替旋转，避免了硅晶片沿单一方向旋转所引起的刻蚀得到的沟槽左右侧壁不对称的问题，也就避免了由此引起的沟槽隔离性能下降的问题，从而在提高晶圆的刻蚀均匀性的基础上，保证刻蚀得到的沟槽具有较好的隔离性能，提高集成电路的良率。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (2)

1.一种半导体集成电路用硅晶片刻蚀装置，包括刻蚀箱（1）、激励线圈（2）、偏压提供装置（3）、放置台（4）、气体注入组件（5）和气体排出组件（6），其特征在于：所述刻蚀箱（1）的底部设置放置座（7），所述放置座（7）的上部呈锥形，所述放置台（4）以所述放置座（7）的顶点为中心分布在所述放置座（7）的锥形表面上，所述放置台（4）倾斜设置；

所述刻蚀箱（1）内设置有弧形闭合板（8），所述弧形闭合板（8）由弧形板环绕成的通道状结构，该通道状结构的竖直轴线与所述刻蚀箱（1）的竖直轴线重合，所述弧形闭合板（8）的上端连接有上部连接管（9），所述上部连接管（9）与所述刻蚀箱（1）的顶部相连，所述放置台（4）用于承载硅晶片，且所述放置台（4）位于所述弧形闭合板（8）的正下方；

所述气体注入组件（5）用于向所述刻蚀箱（1）内部通入刻蚀气体，所述气体排出组件（6）包括气体排出口（601）和惰性气体下部注入通道（602），所述惰性气体下部注入通道（602）用于向所述刻蚀箱（1）内部通入惰性气体，通过所述惰性气体的流动带动反应产物一起流动，最终从所述气体排出口（601）处排出，

所述激励线圈（2）安装在所述刻蚀箱（1）的外壁上，所述激励线圈（2）用于将所述刻蚀箱（1）内部的刻蚀气体激发成等离子体，所述偏压提供装置（3）设置在所述刻蚀箱（1）的内部，所述偏压提供装置（3）用于向所述刻蚀箱（1）内部的硅晶片施加偏压，

所述气体注入组件（5）包括设置在所述弧形闭合板（8）的板壁内部的若干弧形通道（501），所述弧形通道（501）的上端连接有上部直管道（502），所述上部直管道（502）位于所述上部连接管（9）的管壁中，且所述上部直管道（502）的上端延伸出所述上部连接管（9），刻蚀气体由所述上部直管道（502）通入，之后进入所述弧形通道（501），所述弧形通道（501）与所述放置台（4）一一对应，所述弧形通道（501）的下端出口正对着对应的所述放置台（4），以使刻蚀气体对所述放置台（4）上的硅晶片进行刻蚀，

所述弧形通道（501）的下端连接有下部直管道（503），所述下部直管道（503）延伸出所述弧形闭合板（8），且所述下部直管道（503）与对应的所述放置台（4）垂直，同时下部直管道（503）与对应的所述放置台（4）之间无接触，以使刻蚀气体能够垂直喷洒在硅晶片上，保证刻蚀效果，

所述放置座（7）的竖直轴线与所述刻蚀箱（1）的竖直轴线重合，所述气体排出口（601）包括上部气体排出口（601a）和若干下部气体排出口（601b），所述上部气体排出口（601a）设置于所述刻蚀箱（1）的顶部中心，且所述上部气体排出口（601a）位于所述弧形闭合板（8）的内腔的正上方，所述下部气体排出口（601b）设置在所述刻蚀箱（1）的底部，且所述下部气体排出口（601b）的位置与所述放置台（4）的位置对应，刻蚀气体喷洒在硅晶片上后，生成的气体反应产物中的一部分向侧下方流动，最终从所述下部气体排出口（601b）处排出，

所述气体排出组件（6）还包括若干惰性气体上部注入通道（603），所述惰性气体上部注入通道（603）设置在所述刻蚀箱（1）的顶部，且所述惰性气体上部注入通道（603）的下端延伸至所述刻蚀箱（1）内，同时所述惰性气体上部注入通道（603）的下端位于所述刻蚀箱（1）的内壁与所述弧形闭合板（8）的外壁之间的区域，惰性气体由所述惰性气体上部注入通道（603）通入所述刻蚀箱（1）内，带动刻蚀气体喷洒在硅晶片上后生成的气体反应产物中的一部分向侧下方流动，最终从所述下部气体排出口（601b）处排出，所述惰性气体上部注入通道（603）与所述放置台（4）一一对应，带动对应放置台（4）上的反应产物流动，

所述刻蚀箱（1）内设置有导流板（10），所述导流板（10）位于所述刻蚀箱（1）的顶板与侧板之间的夹角处，为上方惰性气体提供导流作用，

所述惰性气体下部注入通道（602）设置在所述刻蚀箱（1）的底部中心，所述惰性气体下部注入通道（602）穿过所述放置座（7），所述惰性气体下部注入通道（602）的轴线与所述放置座（7）竖直轴线重合，所述惰性气体下部注入通道（602）的上端出口正对着所述弧形闭合板（8）的内腔，且所述惰性气体下部注入通道（602）与所述上部气体排出口（601a）在同一竖直线上，惰性气体由所述惰性气体下部注入通道（602）通入所述刻蚀箱（1）内，带动刻蚀气体喷洒在硅晶片上后生成的气体反应产物中的一部分向上流动，最终从所述上部气体排出口（601a）处排出。

2.根据权利要求1所述的一种半导体集成电路用硅晶片刻蚀装置，其特征在于：所述放置座（7）的表面设置有安置槽（11），所述放置台（4）转动设置在所述安置槽（11）内，所述安置槽（11）下方设置有转动电机（12），所述转动电机（12）的输出轴与所述放置台（4）的底部中心垂直相连。

Images