半导体器件孔结构的刻蚀方法和刻蚀设备技术

本发明专利技术实施例提出一种半导体器件孔结构的刻蚀方法和一种刻蚀设备，提供完成了前层工序的半导体器件；产生等离子体；利用单射频电源系统控制等离子体密度，并利用所述单射频电源系统在刻蚀所述半导体器件中不同介质时降低等离子体的轰击力度，并利用聚焦环反射等离子体，令等离子体打入所述半导体器件区域，在所述半导体器件的不同介质中刻蚀出孔结构；其中，所述聚焦环内周边缘和半导体器件外周边缘之间的间距小于或等于1mm时，设置所述聚焦环的高度为5.1mm～27.9mm；所述间距大于1mm时，设置所述聚焦环的高度为1.1mm～6.2mm。

Etching method and equipment for hole structure of semiconductor devices

【技术实现步骤摘要】
半导体器件孔结构的刻蚀方法和刻蚀设备
本专利技术涉及刻蚀设备
，特别是涉及一种半导体器件的孔结构的刻蚀方法和一种刻蚀设备。
技术介绍
制备半导体器件过程中一般会刻蚀孔结构，目前有一种刻蚀设备，例如AMATMXPPoly刻蚀设备，其配置了单(一个)射频电源系统(简称RF系统)，用于控制等离子体密度及其轰击力度，该刻蚀设备在刻蚀半导体器件的不同介质时会采用该单射频电源系统降低等离子体的轰击力度的方式来保证刻蚀半导体器件的不同介质时有较好的刻蚀选择比，但是为了保证较高的刻蚀选择比而降低轰击力度势必要降低该单射频电源系统的功率，等离子体密度便也会随之降低，这就会影响半导体器件各区域的刻蚀均匀性。目前这种配置单射频电源系统的刻蚀设备，是采用聚焦环(focusring)来改善刻蚀均匀性。然而，虽然聚焦环可以改善刻蚀均匀性，但也会使较多的等离子体经聚焦环反射后轰击孔结构的侧壁，这就会降低侧壁保护物的保护效果，从而降低侧壁区域介质的反应活化能，会加快侧壁被轰击区域的蚀刻速率，从而导致最终刻蚀出的孔结构形貌异常。尤其当刻蚀到反应活化能本来就低、容易发生反应的介质时，例如硅，刻蚀该介质时速率本来就会很快，侧壁保护物被轰击掉时，更加会加快侧壁的刻蚀速率，更容易导致刻蚀出的孔结构形貌异常，甚至会把孔结构侧壁区域刻穿，导致孔结构内部填充物跟邻近层次结构发生短路。图1和图2是利用目前这种配置单射频电源系统的刻蚀设备刻蚀的半导体器件孔结构的纵截面的形貌示意图，从图1和图2可以看出圆圈内(圆圈内侧壁介质是Si层,Si层之上是化学反应活化能更高的SiO2层)孔结构侧壁的形貌是异常的。对于这种配置单射频电源系统的刻蚀设备，理论上可以选择将其改造为具备双射频电源系统，令其中一个射频电源系统控制等离子体轰击力度保证刻蚀选择比，另一个射频电源系统控制等离子密度来确保刻蚀均匀性，但是需要大规模更改，可行性不是很高，且需要改造的项目很多，改造起来难度大，成本也会很高，改造周期也会很长。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种半导体器件孔结构的刻蚀方法和一种刻蚀设备。一种半导体器件孔结构的刻蚀方法，所述方法包括：提供完成了前层工序的半导体器件；产生等离子体；利用单射频电源系统控制等离子体密度，并利用所述单射频电源系统在刻蚀所述半导体器件中不同介质时降低等离子体的轰击力度，并利用聚焦环反射等离子体，令等离子体打入所述半导体器件区域，在所述半导体器件的不同介质中刻蚀出孔结构；其中，所述聚焦环包围所述半导体器件的外周边缘，所述聚焦环内周边缘和半导体器件外周边缘之间的间距小于或等于1mm时，设置所述聚焦环的高度为5.1mm～27.9mm；所述间距大于1mm时，设置所述聚焦环的高度为1.1mm～6.2mm。上述半导体器件孔结构的刻蚀方法，无需利用双射频电源系统，只需在刻蚀孔结构的过程中利用高度为1.1mm～27.9mm的聚焦环反射等离子体，相比于高于1.1mm～27.9mm的聚焦环，能够减少经所述聚焦环反射的、打在半导体器件孔结构侧壁区域的等离子体，既能改善半导体器件孔结构的形貌，也不需要将单射频电源系统更换为双射频电源系统，硬件改造规模小，周期短，成本低，可行性高，且也能同时保证在刻蚀半导体器件中不同介质时的刻蚀选择比以及各区域的刻蚀均匀性。且聚焦环内周边缘和半导体器件外周边缘之间的间距小于1mm时，聚焦环的高度范围比间距大于或等于1mm时更高一些，可以降低半导体器件区域内被反射的等离子体减少的程度，从而减小半导体器件各区域的腐蚀差异，使得半导体器件各个区域被腐蚀的越均匀，从而确保刻蚀设备在刻蚀半导体器件时的腐蚀速率均匀性。在其中一个实施例中，所述聚焦环内周边缘和半导体器件外周边缘之间的间距小于或等于1mm，所述聚焦环的高度为(19.1-0.25)mm～(19.1+0.25)mm。在其中一个实施例中，所述在所述半导体器件的不同介质中刻蚀出孔结构的步骤是利用包括氯气和溴化氢的等离子体、采用干法刻蚀、利用各向异性刻蚀机制，在所述半导体器件的不同介质中刻蚀出孔结构。在其中一个实施例中，所述半导体器件中形成有第一介质层和第二介质层，所述第一介质层形成于所述第二介质层上，所述第一介质层的化学反应活化能高于第二介质层的化学反应活化能；所述在所述半导体器件的不同介质中刻蚀出孔结构的步骤是先刻蚀所述第一介质层，然后以所述第一介质层为阻挡层刻蚀所述第二介质层，得到所述半导体器件的孔结构。在其中一个实施例中，所述半导体器件为DMOS器件，所述DMOS器件包括Si层和SiO2层，所述第一介质层为所述SiO2层，所述第二介质层为所述Si层。还提出一种刻蚀设备，包括：等离子体发生器，用于产生等离子体；聚焦环，用于反射等离子体，令等离子体打入半导体器件区域；以及单射频电源系统，用于控制等离子体密度，并用于在刻蚀半导体器件时降低等离子体的轰击力度，以在半导体器件的不同介质中刻蚀出孔结构时保证刻蚀选择比；其中，所述聚焦环包围所述半导体器件的外周边缘，所述聚焦环内周边缘和半导体器件外周边缘之间的间距小于或等于1mm时，所述聚焦环的高度为5.1mm～27.9mm；所述聚焦环内周边缘和半导体器件外周边缘之间的间距大于1mm时，所述聚焦环的高度为1.1mm～6.2mm。上述刻蚀设备，无需改造成具备双射频电源系统，只需利用高度为1.1mm～27.9mm的聚焦环反射等离子体，就能改善半导体器件孔结构的形貌，改造规模小，周期短，成本低，可行性高。且上述仅配置单射频电源系统的刻蚀设备，被用于刻蚀半导体器件的孔结构，可以扩大半导体器件的产能，也提高了库存刻蚀设备的利用率。且聚焦环内周边缘和半导体器件外周边缘之间的间距小于1mm时，聚焦环的高度范围比间距大于或等于1mm时更高一些，可以降低半导体器件区域内被反射的等离子体减少的程度，从而减小半导体器件各区域的腐蚀差异，使得半导体器件各个区域被腐蚀的越均匀，确保刻蚀设备在刻蚀半导体器件时的腐蚀速率均匀性。在其中一个实施例中，所述聚焦环内周边缘和半导体器件外周边缘之间的间距小于或等于1mm，所述聚焦环的高度为(19.1-0.25)mm～(19.1+0.25)mm。在其中一个实施例中，所述单射频电源系统为偏置功率射频电源系统，所述偏置功率射频电源系统用于降低功率以降低等离子体的偏置轰击力度，以保证在刻蚀半导体器件中不同介质时的刻蚀选择比。在其中一个实施例中，所述刻蚀设备内开设有腔体，所述刻蚀设备还包括静电吸盘、覆盖环以及基座；所述聚焦环位于所述覆盖环上，所述静电吸盘用于利用静电吸附住半导体器件，所述覆盖环覆盖基座，部分所述覆盖环用于承托所述半导体器件。在其中一个实施例中，所述刻蚀设备为AMATMXPPoly刻蚀设备。附图说明图1为一利用目前的刻蚀设备刻蚀的半导体器件孔结构的纵截面的形貌示意图；图2为另一利用目前的刻蚀设备刻蚀的半导体器件孔结构的纵截面的形貌示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件孔结构的刻蚀方法，其特征在于，所述方法包括：/n提供完成了前层工序的半导体器件；/n产生等离子体；/n利用单射频电源系统控制等离子体密度，并利用所述单射频电源系统在刻蚀所述半导体器件中不同介质时降低等离子体的轰击力度，并利用聚焦环反射等离子体，令等离子体打入所述半导体器件区域，在所述半导体器件的不同介质中刻蚀出孔结构；/n其中，所述聚焦环内周边缘和半导体器件外周边缘之间的间距小于或等于1mm时，设置所述聚焦环的高度为5.1mm～27.9mm；所述间距大于1mm时，设置所述聚焦环的高度为1.1mm～6.2mm。/n

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件孔结构的刻蚀方法，其特征在于，所述方法包括：
提供完成了前层工序的半导体器件；
产生等离子体；
利用单射频电源系统控制等离子体密度，并利用所述单射频电源系统在刻蚀所述半导体器件中不同介质时降低等离子体的轰击力度，并利用聚焦环反射等离子体，令等离子体打入所述半导体器件区域，在所述半导体器件的不同介质中刻蚀出孔结构；
其中，所述聚焦环内周边缘和半导体器件外周边缘之间的间距小于或等于1mm时，设置所述聚焦环的高度为5.1mm～27.9mm；所述间距大于1mm时，设置所述聚焦环的高度为1.1mm～6.2mm。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述聚焦环内周边缘和半导体器件外周边缘之间的间距小于或等于1mm，所述聚焦环的高度为(19.1-0.25)mm～(19.1+0.25)mm。


3.根据权利要求1或2述的方法，其特征在于，
所述在所述半导体器件的不同介质中刻蚀出孔结构的步骤是利用包括氯气和溴化氢的等离子体、采用干法刻蚀、利用各向异性刻蚀机制，在所述半导体器件的不同介质中刻蚀出孔结构。


4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
所述半导体器件中形成有第一介质层和第二介质层，所述第一介质层形成于所述第二介质层上，所述第一介质层的化学反应活化能高于第二介质层的化学反应活化能；
所述在所述半导体器件的不同介质中刻蚀出孔结构的步骤是先刻蚀所述第一介质层，然后以所述第一介质层为阻挡层刻蚀所述第二介质层，得到所述半导体器件的孔结构。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述半导体器件为DMOS器件，所述DMOS器...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵伟，曹春生，华强，任东华，
申请(专利权)人：无锡华润上华科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32