CN114121583A - 边缘刻蚀装置及晶圆处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种边缘刻蚀装置及晶圆处理方法。所述边缘刻蚀装置包括：第一电极组件，用于承载晶圆；第二电极组件，与所述第一电极组件用于承载所述晶圆的表面相对设置，所述第二电极组件朝向所述第一电极组件的一侧安装有限位环，所述限位环用于将所述第二电极组件朝向所述第一电极组件的一侧分隔为位于所述限位环内部的环内区域和位于所述环内区域外部的环外区域；控制组件，至少连接所述第二电极组件，用于调整所述环外区域的尺寸。本发明能够减少甚至是避免在晶圆的功能区域进行刻蚀时对所述边缘区域造成损伤，并改善晶圆产品的性能。

Description

边缘刻蚀装置及晶圆处理方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种边缘刻蚀装置及晶圆处理方法。
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。
但是，当前在3D NAND等半导体结构中通过刻蚀工艺形成深孔或者深槽时，易对晶圆的边缘区域造成损伤，从而影响半导体结构的性能。
因此，如何减少对晶圆边缘区域的损伤，从而改善半导体结构的性能，是当前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种边缘刻蚀装置及晶圆处理方法，用于解决现有技术在刻蚀工艺中易对晶圆的边缘造成损伤的问题，以改善半导体结构的性能。
为了解决上述问题，本发明提供了一种边缘刻蚀装置，包括：
第一电极组件，用于承载晶圆；
第二电极组件，与所述第一电极组件用于承载所述晶圆的表面相对设置，所述第二电极组件朝向所述第一电极组件的一侧安装有限位环，所述限位环用于将所述第二电极组件朝向所述第一电极组件的一侧分隔为位于所述限位环内部的环内区域和位于所述环内区域外部的环外区域；
控制组件，至少连接所述第二电极组件，用于调整所述环外区域的尺寸。
可选的，所述限位环包括：
第一部分；
第二部分，连接于所述第一部分朝向所述环内区域的一侧的端部，所述第二部分沿所述第二电极组件指向所述第一电极组件的方向凸出于所述第一部分。
可选的，所述控制组件连接所述限位环，用于驱动所述限位环沿平行于所述环外区域指向所述环内区域的方向伸缩运动，以调整所述环外区域的尺寸。
可选的，所述第二电极组件还包括：
气体传送盘，位于所述限位环上方，用于将原料气体传输至所述第一部分与所述第一电极组件之间。
可选的，所述限位环的数量为多个，且多个所述限位环的环宽互不相同；
所述控制组件用于分别将不同环宽的所述限位环安装于所述第二电极组件上。
可选的，所述环外区域的宽度大于5mm。
为了解决上述问题，本发明还提供了一种晶圆处理方法，包括如下步骤：
提供一晶圆，所述晶圆包括功能区域以及位于所述功能区域外部的边缘区域；
放置所述晶圆于一边缘刻蚀装置的第一电极组件上，所述边缘刻蚀装置还包括与所述第一电极组件上的所述晶圆相对设置的第二电极组件，所述第二电极组件朝向所述第一电极组件的一侧安装有限位环，所述限位环用于将所述第二电极组件朝向所述第一电极组件的一侧分隔为位于所述限位环内部的环内区域和位于所述环内区域外部的环外区域，所述环外区域的投影覆盖所述边缘区域；
自所述边缘刻蚀装置传输原料气体至所述边缘区域，形成覆盖所述边缘区域的保护层。
可选的，自所述边缘刻蚀装置传输原料气体至所述边缘区域之前，还包括如下步骤：
根据所述边缘区域的尺寸调整所述环外区域的尺寸，使得所述环外区域的投影至少完全覆盖所述边缘区域。
可选的，根据所述边缘区域的尺寸调整所述环外区域的尺寸的具体步骤包括：
根据所述边缘区域的尺寸驱动所述限位环沿平行于所述环外区域指向所述环内区域的方向伸缩运动。
可选的，所述限位环的数量为多个，且多个所述限位环的环宽互不相同；根据所述边缘区域的尺寸调整所述环外区域的尺寸的具体步骤包括：
根据所述边缘区域的尺寸选择环宽与其匹配的限位环，并将选择的所述限位环安装于所述第二电极组件上。
可选的，所述限位环包括第一部分、以及连接于所述第一部分朝向所述环内区域的一侧的端部第二部分，所述第二部分沿所述第二电极组件指向所述第一电极组件的方向凸出于所述第一部分，所述第二电极组件还包括位于所述限位环上方的气体传送盘；自所述边缘刻蚀装置传输原料气体至所述边缘区域的具体步骤包括：
通过所述气体传送盘将原料气体传输至所述第一部分与所述第一电极组件之间。
可选的，形成覆盖所述边缘区域的保护层的具体步骤包括：
等离子体化位于所述第一部分与所述第一电极组件之间的所述原料气体。
可选的，所述原料气体为碳基气体或者碳氟基气体。
可选的，所述边缘区域的宽度大于5mm。
可选的，形成覆盖所述边缘区域的保护层之后，还包括如下步骤：
自所述边缘刻蚀装置中取出所述晶圆；
刻蚀所述晶圆的所述功能区域。
本发明提供的边缘刻蚀装置及晶圆处理方法，通过调整边缘刻蚀装置中限位环限定的环外区域的尺寸，即调整所述边缘刻蚀装置中原料气体能够覆盖的区域的尺寸，从而能够根据晶圆边缘区域的尺寸，采用边缘刻蚀装置在所述晶圆上形成覆盖所述边缘区域的保护层，以减少甚至是避免在晶圆的功能区域进行刻蚀时对所述边缘区域造成损伤，并改善晶圆产品的性能。
附图说明
附图1是本发明具体实施方式中边缘刻蚀装置的结构示意图；
附图2是本发明具体实施方式中第二电极组件的结构示意图；
附图3是本发明具体实施方式中晶圆处理方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的边缘刻蚀装置及晶圆处理方法的具体实施方式做详细说明。
当前在对晶圆的内部区域进行刻蚀形成具有深槽或者深孔的过程中，易对晶圆边缘无需刻蚀的部位造成部分刻蚀，从而造成晶圆边缘区域的损伤。为了避免对晶圆边缘造成损伤，主要是采用点(shot)刻蚀的方式来形成深槽或者深孔。但是，点刻蚀的方式会产生刻蚀载入(loading)问题和应力问题，从而影响晶圆产品的性能。
如何减少对晶圆边缘区域的损伤，从而改善晶圆产品的性能，本具体实施方式提供了一种边缘刻蚀装置，附图1是本发明具体实施方式中边缘刻蚀装置的结构示意图，附图2是本发明具体实施方式中第二电极组件的结构示意图。如图1和图2所示，所述边缘刻蚀装置，包括：
第一电极组件，用于承载晶圆12；
第二电极组件，与所述第一电极组件用于承载所述晶圆12的表面相对设置，所述第二电极组件朝向所述第一电极组件的一侧安装有限位环13，所述限位环13用于将所述第二电极组件朝向所述第一电极组件的一侧分隔为位于所述限位环13内部的环内区域CC和位于所述环内区域CC外部的环外区域DD；
控制组件，至少连接所述第二电极组件，用于调整所述环外区域DD的尺寸。
在本具体实施方式中所述限位环13可以为但不限于上等离子体排除区域(Process Exclusion Zone，PEZ)环。具体来说，如图1和图2所示，所述第一电极组件包括下电极10、以及环绕所述下电极10的外周设置的下等离子体排除区域环11。所述晶圆12放置于所述下电极10朝向所述第二电极组件的一侧。所述第二电极组件朝向所述第一电极组件设置，包括上电极(图中未示出)和所述限位环13。所述限位环13将所述第二电极组件朝向所述第一电极组件的一侧分隔为所述环内区域CC和所述环外区域DD，其中，所述环内区域CC位于所述限位环13限定的环形区域的内部，所述环外区域DD即为所述限位环13的环宽覆盖的区域。所述晶圆12包括位于所述晶圆12的中部且用于形成器件结构的功能区域AA、以及位于所述晶圆12的边缘且围绕所述功能区域AA分布的边缘区域BB。所述环内区域CC与所述功能区域AA对应，所述环外区域DD与所述边缘区域BB对应。
在所述边缘刻蚀装置运行过程中，所述限位环13用于将等离子体态的原料气体限定在所述环外区域DD，避免所述原料气体进入所述环内区域CC。等离子体态的所述原料气体能够仅沉积在所述晶圆12的所述边缘区域BB，从而形成仅覆盖所述边缘区域BB的保护层。通过所述控制组件来调整所述限位环13的环宽，从而实现对所述环外区域DD的尺寸的调整，使得所述边缘刻蚀装置中的所述环外区域DD能够与不同尺寸的所述边缘区域BB匹配。本具体实施方式通过采用所述边缘刻蚀装置能够向所述晶圆12的边缘区域传输原料气体的功能来于所述晶圆12的所述边缘区域BB沉积所述保护层，并通过所述控制组件灵活调整所述环外区域DD的尺寸，使得所述边缘刻蚀装置能够于晶圆的边缘区域形成不同尺寸的所述保护层，从而能够避免在晶圆的功能区域进行刻蚀时对所述边缘区域造成损伤，以改善晶圆产品的性能。
可选的，所述限位环13包括：
第一部分131；
第二部分132，连接于所述第一部分131朝向所述环内区域CC的一侧的端部，所述第二部分132沿所述第二电极组件指向所述第一电极组件的方向凸出于所述第一部分131。
具体来说，如图1和图2所示，所述第二部分132沿所述第二电极组件指向所述第一电极组件的方向凸出于所述第一部分131，从而使得所述限位环13的截面呈L型。所述第二部分132与所述第一电极组件之间的距离小于所述第一部分131与所述第一电极组件之间的距离，且所述晶圆12的所述边缘区域BB仅与所述第一部分131对应，使得等离子体态的原料气体被限定在所述第一部分131与所述晶圆12的所述边缘区域BB之间，以仅在所述晶圆12的所述边缘区域BB形成所述保护层。
可选的，所述控制组件连接所述限位环13，用于驱动所述限位环13沿平行于所述环外区域DD指向所述环内区域CC的方向伸缩运动，以调整所述环外区域DD的尺寸。
举例来说，所述限位环13可以包括沿所述环外区域DD指向所述环内区域CC的方向相互嵌套的多个子部分，且多个所述子部分可以沿所述环外区域DD指向所述环内区域CC的方向伸缩运动。所述控制组件可以包括驱动器。例如，当所述边缘区域BB的尺寸增大时，可以通过所述控制组件中的所述驱动器驱动所述限位环13中的若干个所述子部分沿所述环外区域DD指向所述环内区域CC的方向伸出，以增大所述环外区域DD的尺寸、同时缩小所述环内区域CC的尺寸；当所述边缘区域BB的尺寸缩小时，可以通过所述控制组件控制所述限位环13中的若干个所述子部分沿所述环内区域CC指向所述环外区域DD的方向回缩，以缩小所述环外区域DD的尺寸；同时增大所述环内区域CC的尺寸。本具体实施方式中所述的多个是指两个以上。
在一示例中，所述第一部分131可以包括沿所述环外区域DD指向所述环内区域CC的方向相互嵌套的多个子部分，所述控制组件能够控制所述第一部分131中的若干个所述子部分沿所述环外区域DD指向所述环内区域CC的方向伸缩运动，所述第二部分132的宽度不改变，且所述控制组件能够控制所述第二部分132沿与所述第一部分131同方向、同时运动。
可选的，所述第二电极组件还包括：
气体传送盘14，位于所述限位环13上方，用于将原料气体传输至所述第一部分131与所述第一电极组件之间。
具体来说，所述第二电极组件还包括位于所述限位环13上方的所述气体传送盘14，来自于外界所述原料气体经所述气体传送盘14沿图1中的虚线方向传输至所述第一部分131与所述第一电极组件之间，在所述第一部分131与所述第一电极组件之间等离子体化之后，沉积于所述晶圆12的所述边缘区域BB。
所述第二电极组件中还包括绝缘部15，所述限位环13环绕所述绝缘部15的外周分布。一通孔16沿所述第一电极组件指向所述第二电极组件的方向贯穿所述绝缘层15，用于向所述晶圆12的所述功能区域AA的表面传输惰性气体，以进一步避免所述原料气体对所述功能区域AA造成损伤，从而保护所述功能区域AA。
可选的，所述限位环13的数量为多个，且多个所述限位环13的环宽互不相同；
所述控制组件用于分别将不同环宽的所述限位环13安装于所述第二电极组件上。
具体来说，可以设置多个所述限位环13，且多个所述限位环13具有互不相同的环宽。同时在所述第二电极组件中设置用于安装不同环宽尺寸的所述限位环13的安装位(例如安装卡槽)。所述控制组件可以包括控制器和机械手臂。所述控制器可以根据所述晶圆12上所述边缘区域BB的尺寸，控制所述机械手臂将环宽与所述边缘区域BB的尺寸匹配的所述限位环安装于所述第二电极组件上。
可选的，所述环外区域DD的宽度大于5mm。所述边缘刻蚀装置适用于所述边缘区域BB的尺寸大于5mm的晶圆。本领域技术人员也可以根据实际需要调整所述环外区域DD的宽度，使得所述边缘刻蚀装置也适用于所述边缘区域BB的尺寸小于或者等于5mm的晶圆。
不仅如此，本具体实施方式还提供了一种晶圆处理方法。附图3是本发明具体实施方式中晶圆处理方法的流程图。本具体实施方式可以采用如图1和图2所示的边缘刻蚀装置实施所述晶圆处理方法。如图1-图3所示，所述晶圆处理方法，包括如下步骤：
步骤S11，提供一晶圆12，所述晶圆12包括功能区域AA以及位于所述功能区域AA外部的边缘区域BB；
步骤S12，放置所述晶圆12于一边缘刻蚀装置的第一电极组件上，所述边缘刻蚀装置还包括与所述第一电极组件上的所述晶圆12相对设置的第二电极组件，所述第二电极组件朝向所述第一电极组件的一侧安装有限位环13，所述限位环13用于将所述第二电极组件朝向所述第一电极组件的一侧分隔为位于所述限位环13内部的环内区域CC和位于所述环内区域CC外部的环外区域DD，所述环外区域DD的投影覆盖所述边缘区域BB；
步骤S13，自所述边缘刻蚀装置传输原料气体至所述边缘区域BB，形成覆盖所述边缘区域BB的保护层。
具体来说，通过将所述晶圆12放置于一所述边缘刻蚀装置中，且控制所述环外区域DD的投影完全覆盖所述边缘区域BB，从而使得所述晶圆12的所述边缘区域BB暴露于所述原料气体的氛围中，所述原料气体则不能进入所述功能区域，确保所述保护层仅在所述边缘区域BB形成。
可选的，自所述边缘刻蚀装置传输原料气体至所述边缘区域之前，还包括如下步骤：
根据所述边缘区域BB的尺寸调整所述环外区域DD的尺寸，使得所述环外区域DD的投影至少完全覆盖所述边缘区域BB。
可选的，根据所述边缘区域BB的尺寸调整所述环外区域DD的尺寸的具体步骤包括：
根据所述边缘区域BB的尺寸驱动所述限位环13沿平行于所述环外区域DD指向所述环内区域CC的方向伸缩运动。
可选的，所述限位环13的数量为多个，且多个所述限位环13的环宽互不相同；根据所述边缘区域BB的尺寸调整所述环外区域DD的尺寸的具体步骤包括：
根据所述边缘区域BB的尺寸选择环宽与其匹配的限位环13，并将选择的所述限位环13安装于所述第二电极组件上。
可选的，所述限位环13包括第一部分131、以及连接于所述第一部分131朝向所述环内区域CC的一侧的端部第二部分132，所述第二部分132沿所述第二电极组件指向所述第一电极组件的方向凸出于所述第一部分131，所述第二电极组件还包括位于所述限位环13上方的气体传送盘14；自所述边缘刻蚀装置传输原料气体至所述边缘区域的具体步骤包括：
通过所述气体传送盘14将原料气体传输至所述第一部分131与所述第一电极组件之间。
可选的，形成覆盖所述边缘区域BB的保护层的具体步骤包括：
等离子体化位于所述第一部分131与所述第一电极组件之间的所述原料气体。
所述原料气体的具体类型本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如根据所述边缘区域BB上的膜层的材料、和/或后续刻蚀所述功能区域AA的过程中所采用的刻蚀剂的具体类型。可选的，所述原料气体为碳基气体或者碳氟基气体。
可选的，所述边缘区域BB的宽度大于5mm。
可选的，形成覆盖所述边缘区域BB的保护层之后，还包括如下步骤：
自所述边缘刻蚀装置中取出所述晶圆12；
刻蚀所述晶圆12的所述功能区域AA。
具体来说，在所述晶圆12上形成覆盖所述边缘区域BB的所述保护层之后，将所述晶圆12自所述边缘刻蚀装置中取出，并在另一刻蚀机台中完成所述功能区域AA的刻蚀。在刻蚀所述功能区域AA的过程中，由于所述边缘区域BB覆盖有所述保护层，从而能够避免对所述边缘区域BB造成损伤。
本具体实施方式提供的边缘刻蚀装置及晶圆处理方法，通过调整边缘刻蚀装置中限位环限定的环外区域的尺寸，即调整所述边缘刻蚀装置中原料气体能够覆盖的区域的尺寸，从而能够根据晶圆边缘区域的尺寸，采用边缘刻蚀装置在所述晶圆上形成覆盖所述边缘区域的保护层，以减少甚至是避免在晶圆的功能区域进行刻蚀时对所述边缘区域造成损伤，并改善晶圆产品的性能。
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 (15)

1.一种边缘刻蚀装置，其特征在于，包括：
第一电极组件，用于承载晶圆；
第二电极组件，与所述第一电极组件用于承载所述晶圆的表面相对设置，所述第二电极组件朝向所述第一电极组件的一侧安装有限位环，所述限位环用于将所述第二电极组件朝向所述第一电极组件的一侧分隔为位于所述限位环内部的环内区域和位于所述环内区域外部的环外区域；
控制组件，至少连接所述第二电极组件，用于调整所述环外区域的尺寸。
2.根据权利要求1所述的边缘刻蚀装置，其特征在于，所述限位环包括：
第一部分；
第二部分，连接于所述第一部分朝向所述环内区域的一侧的端部，所述第二部分沿所述第二电极组件指向所述第一电极组件的方向凸出于所述第一部分。
3.根据权利要求1所述的边缘刻蚀装置，其特征在于，所述控制组件连接所述限位环，用于驱动所述限位环沿平行于所述环外区域指向所述环内区域的方向伸缩运动，以调整所述环外区域的尺寸。
4.根据权利要求2所述的边缘刻蚀装置，其特征在于，所述第二电极组件还包括：
气体传送盘，位于所述限位环上方，用于将原料气体传输至所述第一部分与所述第一电极组件之间。
5.根据权利要求1所述的边缘刻蚀装置，其特征在于，所述限位环的数量为多个，且多个所述限位环的环宽互不相同；
所述控制组件用于分别将不同环宽的所述限位环安装于所述第二电极组件上。
6.根据权利要求1所述的边缘刻蚀装置，其特征在于，所述环外区域的宽度大于5mm。
7.一种晶圆处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一晶圆，所述晶圆包括功能区域以及位于所述功能区域外部的边缘区域；
放置所述晶圆于一边缘刻蚀装置的第一电极组件上，所述边缘刻蚀装置还包括与所述第一电极组件上的所述晶圆相对设置的第二电极组件，所述第二电极组件朝向所述第一电极组件的一侧安装有限位环，所述限位环用于将所述第二电极组件朝向所述第一电极组件的一侧分隔为位于所述限位环内部的环内区域和位于所述环内区域外部的环外区域，所述环外区域的投影覆盖所述边缘区域；
自所述边缘刻蚀装置传输原料气体至所述边缘区域，形成覆盖所述边缘区域的保护层。
8.根据权利要求7所述的晶圆处理方法，其特征在于，自所述边缘刻蚀装置传输原料气体至所述边缘区域之前，还包括如下步骤：
根据所述边缘区域的尺寸调整所述环外区域的尺寸，使得所述环外区域的投影至少完全覆盖所述边缘区域。
9.根据权利要求8所述的晶圆处理方法，其特征在于，根据所述边缘区域的尺寸调整所述环外区域的尺寸的具体步骤包括：
根据所述边缘区域的尺寸驱动所述限位环沿平行于所述环外区域指向所述环内区域的方向伸缩运动。
10.根据权利要求8所述的晶圆处理方法，其特征在于，所述限位环的数量为多个，且多个所述限位环的环宽互不相同；根据所述边缘区域的尺寸调整所述环外区域的尺寸的具体步骤包括：
根据所述边缘区域的尺寸选择环宽与其匹配的限位环，并将选择的所述限位环安装于所述第二电极组件上。
11.根据权利要求7所述的晶圆处理方法，其特征在于，所述限位环包括第一部分、以及连接于所述第一部分朝向所述环内区域的一侧的端部第二部分，所述第二部分沿所述第二电极组件指向所述第一电极组件的方向凸出于所述第一部分，所述第二电极组件还包括位于所述限位环上方的气体传送盘；自所述边缘刻蚀装置传输原料气体至所述边缘区域的具体步骤包括：
通过所述气体传送盘将原料气体传输至所述第一部分与所述第一电极组件之间。
12.根据权利要求11所述的晶圆处理方法，其特征在于，形成覆盖所述边缘区域的保护层的具体步骤包括：
等离子体化位于所述第一部分与所述第一电极组件之间的所述原料气体。
13.根据权利要求7所述的晶圆处理方法，其特征在于，所述原料气体为碳基气体或者碳氟基气体。
14.根据权利要求7所述的晶圆处理方法，其特征在于，所述边缘区域的宽度大于5mm。
15.根据权利要求7所述的晶圆处理方法，其特征在于，形成覆盖所述边缘区域的保护层之后，还包括如下步骤：
自所述边缘刻蚀装置中取出所述晶圆；
刻蚀所述晶圆的所述功能区域。
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