本发明专利技术公开一种等离子体装置，包括电感耦合线圈，所述电感耦合线圈通过匹配器与射频源相连接，所述电感耦合线圈用于在工艺过程中激发等离子体，所述刻蚀包括工艺气体不同的N个工艺步骤，所述电感耦合线圈包括至少两组线圈；通过至少两组线圈构成N种线圈组合；其中，每种线圈组合由至少两组线圈中的部分或全部构成，且所述N种线圈组合的构成各不相同；所述N种线圈组合与所述N个工艺步骤分别对应；通过射频源选择性地连接至所述N种线圈组合中的一个，以进行与所述各个线圈组合相对应的工艺步骤。通过该等离子体装置，根据不同的工艺气体使用不同的线圈结构激发等离子体，以提高等离子体分布强度的均匀性，从改善等离子工艺的工艺效果。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开一种等离子体装置，包括电感耦合线圈，所述电感耦合线圈通过匹配器与射频源相连接，所述电感耦合线圈用于在工艺过程中激发等离子体，所述刻蚀包括工艺气体不同的N个工艺步骤，所述电感耦合线圈包括至少两组线圈；通过至少两组线圈构成N种线圈组合；其中，每种线圈组合由至少两组线圈中的部分或全部构成，且所述N种线圈组合的构成各不相同；所述N种线圈组合与所述N个工艺步骤分别对应；通过射频源选择性地连接至所述N种线圈组合中的一个，以进行与所述各个线圈组合相对应的工艺步骤。通过该等离子体装置，根据不同的工艺气体使用不同的线圈结构激发等离子体，以提高等离子体分布强度的均匀性，从改善等离子工艺的工艺效果。【专利说明】—种等离子体装置
本专利技术涉及半导体制造领域，特别是涉及一种等离子体装置。
技术介绍
随着MEMS (微机电系统,Micro-Electro-Mechanical Systems)器件和 MEMS 系统被越来越广泛的应用于汽车和消费电子领域，以及TSV通孔刻蚀(Through Silicon Etch)技术在未来封装领域的广阔前景，干法等离子体深硅刻蚀工艺逐渐成为MEMS加工领域及TSV技术中的主流工艺之一。目前典型的深硅刻蚀工艺为Bosch工艺。其主要特点为:整个工艺过程为刻蚀步骤与沉积步骤的交替循环。其中刻蚀步骤的工艺气体为SF6 (六氟化硫)，尽管该气体在刻蚀硅基底方面具有很高的刻蚀速率，但由于其各向同性刻蚀的特点，很难控制侧壁形貌。因此，沉积步骤被用于抑制对侧壁的刻蚀，该沉积步骤是在侧壁沉积一层聚合物保护膜来保护侧壁不被刻蚀，从而得到只在垂直面上的刻蚀。参考图1，示出了 Bosch工艺的一个典型工艺过程示例。其中，图1a为未刻蚀的硅片形貌，101是光阻层，102是被刻蚀硅体；图lb、图1d、图1f示出的是刻蚀步骤下的硅片形貌，为SF6的各向同性刻蚀；图lc、图1e步是沉积步骤的硅片形貌，在沉积步骤中使用C4F8 (全氟丁烯)生成沉积层以对侧壁保护；在图1中，刻蚀步骤和沉积步骤交替进行，图1g是在经过刻蚀步骤与沉积步骤的多次循环后的最终刻蚀形貌。目前深硅刻蚀工艺主要通过电感耦合等离子体装置来实现。图2示出了一种常用的电感耦合等离子体装置的结构示意图，如图2所示，电感耦合等离子体装置包括反应腔室4、静电卡盘6、以及电感耦合线圈3，静电卡盘6位于反应腔室4内、并通过匹配器10和射频源11相连接，静电卡盘6用于固定被加工的晶片5。电感耦合线圈3位于反应腔室4上方，并通过匹配器2和射频源I相连接。在半导体加工过程中，射频功率被加载到电感耦合线圈3上，电感耦合线圈3在反应腔室4中产生感应磁场和环向的感应电场，进入反应腔室4的工艺气体被其上方的电感耦合线圈3电离形成等离子体，等离子体对晶片5表面的材质进行刻蚀。由于反应腔室4中感应电磁场的大小及分布是由流过电感耦合线圈3上各个位置的射频电流产生的感应电磁场的矢量和决定的，因此电感耦合线圈3的结构决定了产生的等离子分布情况，也影响了晶片5上方的等离子体分布，从而最终决定晶片5的刻蚀均匀性。图3为目前大多数电感耦合等离子体装置中采用的电感耦合线圈的结构图。如图3所示，该电感耦合线圈由螺旋缠绕的导电线圈构成，并呈现平面螺旋结构。该电感耦合线圈用于深硅刻蚀时存在如下问题:深硅刻蚀的Bosch工艺中，刻蚀步骤和沉积步骤采用的工艺气体分别为SF6和CFx，在刻蚀步骤中采用通过电感耦合线圈激发的SF6等离子体进行刻蚀，在沉积步骤中采用通过电感耦合线圈激发的CFx等离子体对侧壁进行保护，SF6等离子体有很强的电负性，而CFx等离子体电负性较弱，因此电感耦合线圈所激发的SF6等离子体和CFx等离子体的分布强度存在有很大的区别，具体分析如下。图4 (a)和4 (b)分别示出了实验测量得到的刻蚀步骤中SF6等离子体、以及沉积步骤中CFx等离子体的分布强度，其中，横轴是以cm (厘米)为单位的晶片位置r，纵轴是等离子体的归一化的分布强度F (r)。如图4 (a)所示，强电负性SF6等离子体在晶片上方的分布强度为:中心区域强度较低、边缘区域比中心区域的分布强度高、再进一步远离中心时分布强度开始下降；如图4 (b)所示，等离子体电负性较弱CFx等离子体在晶片上方的分布强度为:中心区域强度最高、随着偏离中心区域、分布强度逐渐下降。从图4 (a)和4 (b)中可以看出，电感耦合线圈所激发的SF6等离子体和CFx等离子体的分布强度存在有较大的区别。由于晶片上方等离子体分布强度的均匀性决定了等离子工艺的工艺均匀性，采用上述电感耦合线圈所激发的等离子体，无法保证不同工艺步骤(针对深硅刻蚀的Bosch工艺为刻蚀步骤和沉积步骤)中晶片上方的等离子体都呈现均匀分布，导致工艺均匀性较差。
技术实现思路
本专利技术提供一种等离子体装置，从而在等离子工艺过程中，根据不同的工艺步骤使用不同的线圈结构激发等离子体，以提高等离子体分布强度的均匀性，从改善等离子工艺的工艺效果。为了实现上述专利技术目的，本专利技术实施例提供了一种等离子体装置，包括反应腔室、射频源、匹配器、位于所述反应腔室内的静电卡盘、以及位于所述反应腔室上方的电感耦合线圈，所述电感耦合线圈通过匹配器与射频源相连接，所述电感耦合线圈用于在工艺过程中激发等离子体，以对固定于所述静电卡盘上的工件进行等离子工艺，所述等离子体工艺包括分别采用不同工艺气体的N个工艺步骤，N为大于或等于2的整数，所述电感耦合线圈包括至少两组直径不同且相互嵌套的线圈；通过至少两组线圈构成N种线圈组合；其中，每种线圈组合由至少两组线圈中的部分或全部构成，且所述N种线圈组合的构成各不相同；所述N种线圈组合与所述N个工艺步骤分别一一对应；根据当前工艺步骤中采用的工艺气体的分布特点，射频源选择性地连接至所述N种线圈组合中的一种线圈组合，以进行与所述工艺气体相对应的工艺步骤。优选地，在深硅刻蚀工艺中，N等于2，所述等离子体工艺包括刻蚀步骤和沉积步骤；所述线圈组合为第一线圈组合和第二线圈组合，所述刻蚀步骤采用第一线圈组合，所述沉积步骤采用第二线圈组合，所述至少两组直径不同且相互嵌套的线圈为内线圈和外线圈；所述第一线圈组合为内线圈，所述第二线圈组合为串联连接的内线圈和外线圈。优选地，所述等离子体装置，还包括选择开关，所述选择开关包括动触头、第一静触头以及第二静触头，所述射频源通过所述选择开关选择地连接至所述内线圈、或者连接至串联连接的内线圈和外线圈；其中，所述内线圈的一端连接至所述匹配器的射频输出端，所述内线圈的另一端连接至所述选择开关的动触头；所述外线圈的一端连接至所述匹配器的射频返回端，所述外线圈的另一端连接至所述选择开关的第一静触头；所述第二静触头连接至所述匹配器的射频返回端；通过所述动触头选择性地连通所述第二静触头使得电流流过所述内线圈以进行所述刻蚀步骤，通过所述动触头选择性地连通所述第一静触头使得所述内线圈和外线圈位于串联使用的状态，以进行所述沉积步骤。优选地，在深硅刻蚀工艺中，N等于2，所述等离子体工艺包括刻蚀步骤和沉积步骤；所述线圈组合为第一线圈组合和第二线圈组合，所述刻蚀步骤采用第一线圈组合，所述沉积步骤采用第二线圈组合，所述至少两组直径不同且相互嵌套的线圈为内线本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种等离子体装置，包括反应腔室、射频源、匹配器、位于所述反应腔室内的静电卡盘、以及位于所述反应腔室上方的电感耦合线圈，所述电感耦合线圈通过匹配器与射频源相连接，所述电感耦合线圈用于在工艺过程中激发等离子体，以对固定于所述静电卡盘上的工件进行等离子工艺，其特征在于，所述等离子体工艺包括分别采用不同工艺气体的N个工艺步骤，N为大于或等于2的整数，所述电感耦合线圈包括至少两组直径不同且相互嵌套的线圈；通过至少两组线圈构成N种线圈组合；其中，每种线圈组合由至少两组线圈中的部分或全部构成，且所述N种线圈组合的构成各不相同；所述N种线圈组合与所述N个工艺步骤分别一一对应；根据当前工艺步骤中采用的工艺气体的分布特点，射频源选择性地连接至所述N种线圈组合中的一种线圈组合，以进行与所述工艺气体相对应的工艺步骤。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：韦刚，王东，
申请(专利权)人：北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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