[发明专利]用于等离子体蚀刻工件的方法及装置

说明书

根据本发明，提供了一种在硅基板中等离子体蚀刻一个或多个特征的方法，所述方法包括以下步骤：使用循环蚀刻工艺进行主蚀刻，在该循环蚀刻工艺中沉积步骤和蚀刻步骤交替重复；以及进行过蚀刻以完成所述特征的等离子体蚀刻；其中：该过蚀刻包括一个或多个第一类蚀刻步骤和一个或多个第二类蚀刻步骤，所述第一和第二类蚀刻步骤中的每个步骤都包括通过离子轰击所述硅基板来进行蚀刻；以及所述一个或多个第二类蚀刻步骤期间的离子轰击相对于所述一个或多个第一类蚀刻步骤期间的离子轰击具有向内的倾斜。本发明还提供了一种用上述方法蚀刻硅基板的装置。

技术领域

根据本发明，提供了用于等离子体蚀刻工件的方法及装置。

背景技术

硅晶片的蚀刻是电子元件工业制造中的重要过程。蚀刻轮廓优选在晶片的整个表面上是均匀的。理想情况下，应该在晶片边缘的3mm内实现这种均匀且高质量的蚀刻，以防止不必要的晶片材料的浪费。

目前，用于蚀刻硅晶片的方法包括使用通常称为“博世工艺(Bosch process)”的循环技术的等离子体蚀刻。在这一技术中，循环地进行交替的沉积步骤和蚀刻步骤。博世工艺在本领域中是公知的，例如描述于US5501893中。然而，由于朝向晶片边缘的一些不连续性(如气流、温度和等离子体密度的变化)可能难以保持该等离子体蚀刻工艺的均匀性。控制等离子体均匀性并最小化这些边缘效应的方法包括使用静电卡盘(electrostaticchucks，ESC)、气流管理和大于晶片的台板组件。还可使用聚焦环(可为陶瓷或硅的环形环)来控制等离子体均匀性。然而，在等离子体蚀刻工艺期间，由于工艺条件(如RF电压和腔室压力)的波动情况下，等离子体均匀性可能会偏离。这可以导致等离子体蚀刻工艺中尤其是朝向晶片边缘的不对称，在晶片边缘离子轰击的入射角更难以控制和再现。图1中示出了在硅中蚀刻的通孔的底部处的这种不对称的SEM图像。这种不对称会导致有缺陷的模具。

在硅晶片的等离子体蚀刻中，通常实现晶片表面的负极化，从而将来自等离子体的正离子吸引到晶片的表面。等离子体中正离子已被提取的区域称为等离子体壳层。正离子在大致垂直于等离子体壳层的方向上轰击晶片表面。因此，在厚度上的变形或等离子体壳层的偏斜将导致蚀刻表面的不均匀性。等离子体壳层的偏斜对应于离子轰击基板表面的入射角。该偏斜角度在离子的入射路径和晶片表面的法线之间测量。在晶片边缘处离子轰击的入射角可相对于在晶片中心处离子轰击的入射角发生偏斜。等离子体壳层的厚度和偏斜取决于等离子体密度、局部电势和晶片的拓扑结构。这些参数在整个处理室中是变化的并导致跨越晶片表面的等离子体壳层厚度的变化。这种等离子体壳层的变形在存在材料和机械不连续性的晶片边缘处最为明显。例如，在朝向晶片边缘的基板表面上通常存在局部的电压变化。这产生等离子体壳层厚度上的变形并可以导致非对称蚀刻或具有逐渐变小的轮廓的蚀刻。图2示出了在存在等离子体的情况下，放置在RF驱动的静电卡盘(ESC)22上的基板20的边缘的横截面，其中等离子体壳层34在基板20的边缘处具有向外的偏斜。基板20位于ESC 22上并暴露于使用合适的蚀刻剂源气体产生的等离子体32。在该实例中，等离子体壳层34在基板20的边缘处具有向外的偏斜，使得离子轰击基板表面的入射角具有径向向外的分量。

等离子体蚀刻工艺可涉及紧随主蚀刻的过蚀刻，通常一旦检测到终点条件即开始过刻蚀。主蚀刻循环也称为体蚀刻(bulk etch)。主蚀刻可利用循环的沉积和蚀刻博世工艺。主蚀刻可用于形成沟槽或通孔，并进行过蚀刻循环来确保蚀刻轮廓在晶片表面上是均匀的和完整的，并从主蚀刻工艺形成的通孔来去除任何其它残留材料。还可进行初始的“突破”蚀刻步骤。通常，在突破蚀刻、博世主蚀刻和过蚀刻的连续事件期间，使用不同的蚀刻方案设计和工艺参数。

可以在过蚀刻周期期间优化等离子体壳层的偏斜，使得过蚀刻尽可能与主蚀刻对准。通常，这涉及调整工艺参数以最小化主蚀刻循环和过蚀刻循环之间的等离子体变形，这通常是复杂的。尽管优化了工艺参数，但在主蚀刻和过蚀刻之间，等离子体壳层经常存在小的变化。然而，即使主蚀刻和过蚀刻之间偏斜上的小变化也可以导致过蚀刻的逐渐变小的轮廓或不对称轮廓。在诸如具有高纵横比的通孔的特征的底部，这种不对称将变得更为明显。这种不对称可导致有缺陷的模具。