專利名稱：用于反應(yīng)性離子蝕刻的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及一種用于對(duì)襯底進(jìn)行反應(yīng)性離子蝕刻的裝置。本申請(qǐng)還涉及一種用于對(duì)襯底進(jìn)行(深度)反應(yīng)性離子蝕刻的方法。
背景技術(shù)：
目前，硅材中的高深寬比(aspect ratio)的特征部的深度反應(yīng)性離子蝕刻(DRIE)主要依靠特別是在US5，498，312中所描述的所謂波什工藝(Boschprocess)。這種 工藝是硅材微機(jī)械加工中最流行的技術(shù)選擇，并且服務(wù)于以下的巨大新興市場(chǎng)I)用于晶片和芯片的3D堆疊的穿透娃材的通孔(Through-Silicon Vias, TSVs),和2)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS，即傳感器和致動(dòng)器)，以及以下更成熟的市場(chǎng)3)DRAM(動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器)槽蝕亥lj、淺槽隔離蝕刻(Shallow TrenchIsolationetching)。波什工藝還稱為深度反應(yīng)性離子蝕刻，其實(shí)質(zhì)上是相繼地蝕刻并且鈍化的工藝。最初，波什工藝是基于在Ar中使用NF3或SF6的Si蝕刻的交替循環(huán)，以形成氣相SiFx蝕刻產(chǎn)物，并且基于在Ar中使用CF4或CHF3來(lái)進(jìn)行鈍化，以形成沉積在特征部(feature)的側(cè)壁和底部上的保護(hù)性碳氟聚合物。蝕刻和鈍化循環(huán)的時(shí)間尺度一般為幾秒(例如3-5秒)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一方面，考慮一種蝕刻工藝和裝置，其旨在提供快速蝕刻工藝，其中，材料得到了有效利用，并且使得替代形式的鈍化變得可能。一方面，提供一種用于對(duì)襯底進(jìn)行反應(yīng)性離子蝕刻的裝置，包含等離子體蝕刻區(qū)域，其包括蝕刻氣體供應(yīng)設(shè)備并且布置有用于激發(fā)等離子體的等離子體產(chǎn)生結(jié)構(gòu)，并且所述等離子蝕刻區(qū)域進(jìn)一步包括電極結(jié)構(gòu)，所述電極結(jié)構(gòu)被布置成用于將所述蝕刻等離子體朝向襯底部分進(jìn)行加速，以使離子撞擊在所述襯底的表面上；鈍化區(qū)域，其包括提供有鈍化氣體供應(yīng)設(shè)備的腔；該供應(yīng)設(shè)備被布置成用于從該供應(yīng)設(shè)備向所述腔提供鈍化氣流；所述腔在使用中由所述注入器頭部和所述襯底的表面界定；以及氣體排出結(jié)構(gòu)，其包括布置在所述蝕刻區(qū)域和所述鈍化區(qū)域之間的氣體排放部；所述氣體排出結(jié)構(gòu)因此形成所述蝕刻區(qū)域和所述鈍化區(qū)域的空間分界。根據(jù)另一方面，一種用于在襯底的表面上進(jìn)行反應(yīng)性離子蝕刻的方法，所述方法使用包括注入器頭部的裝置，所述注入器頭部包含等離子體蝕刻區(qū)域，其包括蝕刻氣體供應(yīng)設(shè)備并且布置有用于激發(fā)等離子體的等離子體產(chǎn)生結(jié)構(gòu)；鈍化區(qū)域，其包括提供有鈍化氣體供應(yīng)設(shè)備的腔；該供應(yīng)設(shè)備和引流管被布置用于經(jīng)由所述腔從所述供應(yīng)設(shè)備向所述引流管提供鈍化氣流；所述腔在使用中由所述注入器頭部和所述襯底的表面氣體界定；以及氣體排出結(jié)構(gòu)，其包含布置在所述蝕刻區(qū)域和鈍化區(qū)域之間的氣體排放部；所述氣體排出結(jié)構(gòu)由此形成所述蝕刻區(qū)域和鈍化區(qū)域的空間分界；在保持所述蝕刻區(qū)域和鈍化區(qū)域空間上分開(kāi)的同時(shí)，所述方法包含以下時(shí)間循環(huán)步驟a)將所述注入器的頭部的等離子體蝕刻區(qū)域放置在襯底部分的上方，所述襯底部分具有對(duì)蝕刻等離子體敏感的子部分；b)供應(yīng)蝕刻等離子體，并且通過(guò)電極結(jié)構(gòu)將所述蝕刻等離子體朝向所述襯底部分加速，以使離子撞擊在所述襯底的表面上，以便蝕刻所述子部分； c)相對(duì)于所述襯底移動(dòng)所述注入器頭部，以將所述鈍化區(qū)域定位在所述襯底部分的上方；以及d)通過(guò)從所述鈍化氣體供應(yīng)設(shè)備在所述腔中提供鈍化氣體，而在所述襯底部分上
供應(yīng)鈍化層。由于空間分界，通過(guò)消除氣體轉(zhuǎn)換和清除/泵時(shí)間循環(huán)，而顯著增加蝕刻速率。裝置可以包括腔壓強(qiáng)控制器。腔中的壓強(qiáng)可以被控制為獨(dú)立于和/或不同于腔外部的壓強(qiáng)。通過(guò)這種方式，可以設(shè)定腔中的預(yù)定的壓強(qiáng)，優(yōu)選地，為專門(mén)用于最優(yōu)化在專門(mén)用于各工藝步驟的各腔中的工藝氣體的擴(kuò)散的平均自由行程。在使用裝置時(shí)，腔由襯底的表面界定。顯然，通過(guò)這種方式，襯底幫助限制工藝氣體。在腔和襯底表面的平面內(nèi)的襯底之間的相對(duì)移動(dòng)的組合，以及將被注入的工藝氣體限制在腔內(nèi)，進(jìn)一步使工藝氣體能被相當(dāng)有效地利用。通過(guò)這種方式，能在襯底的表面上有效地分配工藝氣體的體積，從而提高工藝氣體分子被注入腔后附著在襯底的表面上的概率。


現(xiàn)在將參照附圖對(duì)本公開(kāi)進(jìn)行非限制性說(shuō)明，其中圖I示出了第一實(shí)施例中用于襯底的反應(yīng)性離子蝕刻的裝置的示意性透視側(cè)視圖；圖2示出了第二實(shí)施例中用于襯底的反應(yīng)性離子蝕刻的裝置的示意性側(cè)視圖；圖3示出了根據(jù)本公開(kāi)另一實(shí)施例的注入器頭部的仰視圖；圖4示出了用于襯底的反應(yīng)性離子蝕刻的裝置的另一示意性透視側(cè)視圖；圖5示出了帶有工藝窗口 W的圖解；圖6示出了另一實(shí)施例的進(jìn)一步的示意性側(cè)視圖；圖7示出了嵌套在蝕刻子周期之間的ALD (Atomic Layer Deposition,原子層沉積)鈍化周期的示意性時(shí)間圖表；圖8示出了包括旋轉(zhuǎn)的注入器頭部的替代實(shí)施例；圖9示出了用于提供等離子體的多個(gè)電極構(gòu)形；以及圖10示意性示出了采用替代ALD鈍化的蝕刻/鈍化工藝。除非另有規(guī)定，所有附圖中相同的附圖標(biāo)記代表相似的組成部分。
具體實(shí)施例方式圖I在一個(gè)實(shí)施例中示出了用于襯底5的反應(yīng)性離子蝕刻的裝置的示意性透視側(cè)視圖。該圖示出了關(guān)于其它氣體入口腔(或“袋”)的優(yōu)選高度He、Hp、受限的等離子體蝕刻區(qū)域和鈍化區(qū)域的側(cè)向向前延伸L以及壓強(qiáng)和流動(dòng)的范圍的一些基本原則的設(shè)計(jì)考慮。此處，主要的考慮是溝道上的壓降與高度的立方H3成比例(并且線性于L和流動(dòng)速率)，H是獲得期望的壓強(qiáng)的便利設(shè)計(jì)參數(shù)?？梢钥闯?，該設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上包含可選地被凈化氣體限制分開(kāi)的等離子體蝕刻區(qū)域和鈍化區(qū)域。鈍化區(qū)域的最簡(jiǎn)單形式可以是常規(guī)的基于C4F8的沉積。相應(yīng)地，所示出的用于對(duì)襯底5進(jìn)行反應(yīng)性離子蝕刻的裝置I包含等離子體蝕刻區(qū)域2，等離子體蝕刻區(qū)域2包含蝕刻氣體供應(yīng)設(shè)備40并且布置有用于激發(fā)等離子體4的等離子體產(chǎn)生結(jié)構(gòu)22 (見(jiàn)圖2)。該等離子體可以為本領(lǐng)域已知的遠(yuǎn)程類型。等離子體產(chǎn)生結(jié)構(gòu)22可以包括現(xiàn)有技術(shù)中已知的電極和/或RF-線圈，其布置在腔20附近(例如，在蝕刻氣體供應(yīng)設(shè)備40中)。此外，等離子體產(chǎn)生結(jié)構(gòu)22包含電極結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖2)，以將蝕刻等 離子體朝向襯底部分進(jìn)行加速，從而讓離子撞擊襯底的表面。鈍化區(qū)域3包括腔8，腔8提供有(可選地，由等離子體輔助的)鈍化氣體供應(yīng)設(shè)備41 ;供應(yīng)設(shè)備41被布置成用于提供經(jīng)腔8將鈍化氣流從供應(yīng)設(shè)備41提供給引流管(drain)6 ;在使用中，腔8由注入器頭部I和襯底表面50定界；并且，氣體排出結(jié)構(gòu)7包含氣體排放部6，氣體排放部6布置在蝕刻區(qū)域2和鈍化區(qū)域3之間；氣體排出結(jié)構(gòu)6由此形成蝕刻區(qū)域2和鈍化區(qū)域3的空間分界。典型地，并且優(yōu)選地，反應(yīng)步驟(蝕刻、鈍化、可選的清除)是在室溫下進(jìn)行的，而(由氣流和反應(yīng)隔間中的壓強(qiáng)P6和Pp的尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)的)最佳壓強(qiáng)通過(guò)以下示例來(lái)提供

權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)襯底進(jìn)行反應(yīng)性離子蝕刻的裝置，包括注入器頭部，所述注入器頭部包括 等離子體蝕刻區(qū)域，其包括蝕刻氣體供應(yīng)設(shè)備并且布置有用于激發(fā)等離子體的等離子體產(chǎn)生結(jié)構(gòu)，并且所述等離子蝕刻區(qū)域進(jìn)一步包括電極結(jié)構(gòu)，所述電極結(jié)構(gòu)被布置成用于將所述蝕刻等離子體朝向襯底部分進(jìn)行加速，以使離子撞擊在所述襯底的表面上； 鈍化區(qū)域，其包括提供有鈍化氣體供應(yīng)設(shè)備的腔；該供應(yīng)設(shè)備被布置成用于從該供應(yīng)設(shè)備向所述腔提供鈍化氣流；所述腔在使用中由所述注入器頭部和所述襯底的表面界定；以及 氣體排出結(jié)構(gòu)，其包括布置在所述蝕刻區(qū)域和所述鈍化區(qū)域之間的氣體排放部；所述氣體排出結(jié)構(gòu)因此形成所述蝕刻區(qū)域和所述鈍化區(qū)域的空間分界。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，進(jìn)一步包括氣體軸承結(jié)構(gòu)，所述氣體軸承結(jié)構(gòu)包括軸承氣體注入器，所述軸承氣體注入器被布置成用于在所述注入器頭部和所述襯底的表面之間注入軸承氣體，所述軸承氣體因此形成氣體軸承；所述氣體軸承界限出所述蝕刻區(qū)域和所述鈍化區(qū)域的至少一個(gè)外周邊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述鈍化區(qū)域中的所述腔限定相對(duì)于具有腔供應(yīng)設(shè)備和引流管的襯底表面的腔高度Hp;并且其中，所述軸承氣體注入器被布置在面向所述襯底的軸承面部分中，所述軸承面部分相對(duì)于襯底限定間隙距離Hg，所述間隙距離Hg小于所述腔高度Hp。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述軸承氣體注入器包括流量限制裝置，所述流量限制裝置限定所述氣體軸承的機(jī)械剛度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，沿著與所述襯底的表面垂直的方向看，所述氣體軸承形成為起伏形狀，以防止薄板狀襯底的一階彎曲模式。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述等離子體蝕刻區(qū)域包括蝕刻腔，所述蝕刻腔具有相對(duì)于襯底表面的腔高度氏，所述腔高度大于相對(duì)于在所述鈍化區(qū)域中的襯底表面的腔高度Hp。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述鈍化區(qū)域包含多個(gè)供應(yīng)設(shè)備，至少一個(gè)供應(yīng)設(shè)備被布置成用于在原子層沉積工藝步驟中供應(yīng)前體氣體；并且另一供應(yīng)設(shè)備提供有反應(yīng)物供應(yīng)設(shè)備，所述另一供應(yīng)設(shè)備在使用中由流動(dòng)屏障界定。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，在包括界限出所述腔的引流管的各個(gè)腔內(nèi)提供有至少一個(gè)所述供應(yīng)設(shè)備。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，進(jìn)一步包含支撐部件，所述支撐部件被布置成與所述注入器頭部相對(duì)，以支撐由所述氣體軸承結(jié)構(gòu)支持住的襯底；所述支撐部件包括用于將所述蝕刻等離子體導(dǎo)向所述襯底的電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述注入器頭部可移向和移離傳送平面。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，進(jìn)一步包含溫度控制器，所述溫度控制器被布置成用于將所述腔的溫度保持在-20°C至+75°C的范圍內(nèi)。
12.一種用于在襯底的表面上進(jìn)行反應(yīng)性離子蝕刻的方法，所述方法使用包括注入器頭部的裝置，所述注入器頭部包含 等離子體蝕刻區(qū)域，其包括蝕刻氣體供應(yīng)設(shè)備并且布置有用于激發(fā)等離子體的等離子體產(chǎn)生結(jié)構(gòu)； 鈍化區(qū)域，其包括提供有鈍化氣體供應(yīng)設(shè)備的腔；該供應(yīng)設(shè)備和引流管被布置用于經(jīng)由所述腔從所述供應(yīng)設(shè)備向所述引流管提供鈍化氣流；所述腔在使用中由所述注入器頭部和所述襯底的表面氣體界定；以及 氣體排出結(jié)構(gòu)，其包含布置在所述蝕刻區(qū)域和鈍化區(qū)域之間的氣體排放部；所述氣體排出結(jié)構(gòu)由此形成所述蝕刻區(qū)域和鈍化區(qū)域的空間分界； 在保持所述蝕刻區(qū)域和鈍化區(qū)域空間上分開(kāi)的同時(shí)，所述方法包含以下時(shí)間循環(huán)步驟 a)將所述注入器的頭部的等離子體蝕刻區(qū)域放置在襯底部分的上方，所述襯底部分具有對(duì)蝕刻等離子體敏感的子部分； b)供應(yīng)蝕刻等離子體,并且通過(guò)電極結(jié)構(gòu)將所述蝕刻等離子體朝向所述襯底部分加速，以使離子撞擊在所述襯底的表面上，以便蝕刻所述子部分； c)相對(duì)于所述襯底移動(dòng)所述注入器頭部，以將所述鈍化區(qū)域定位在所述襯底部分的上方；以及 d)通過(guò)從所述鈍化氣體供應(yīng)設(shè)備在所述腔中提供鈍化氣體，而在所述襯底部分上供應(yīng)鈍化層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述鈍化區(qū)域包含多個(gè)供應(yīng)設(shè)備，通過(guò)在第一腔中供應(yīng)前體氣體來(lái)進(jìn)行原子層沉積工藝步驟中提供的所述鈍化層的供應(yīng)；并且在另一腔中提供反應(yīng)物供應(yīng)，所述另一腔提供有反應(yīng)物供應(yīng)設(shè)備，所述另一腔在使用中由流動(dòng)屏障界定。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包含將所述注入器頭部放置在氣體軸承中，所述氣體軸承通過(guò)氣體軸承結(jié)構(gòu)與所述襯底接觸。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包含將所述腔的溫度控制在_20°C至+75°C的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)襯底(5)進(jìn)行反應(yīng)性離子蝕刻的裝置(1)，包含等離子體蝕刻區(qū)域(2)、鈍化區(qū)域(3)和氣體排出結(jié)構(gòu)(7)，等離子體蝕刻區(qū)域(2)包括蝕刻氣體供應(yīng)設(shè)備(40)并且設(shè)置有用于激發(fā)等離子體(4)的等離子體產(chǎn)生結(jié)構(gòu)(22)，并且包含被布置成將蝕刻等離子體朝向襯底部分加速以使離子撞擊在襯底(5)的表面上的電極結(jié)構(gòu)，鈍化區(qū)域(3)包括提供有鈍化氣體供應(yīng)設(shè)備(41)的腔(8)；供應(yīng)設(shè)備(41)被布置成用于從供應(yīng)向腔(8)提供鈍化氣流；腔(8)在使用中由注入器頭部(1)和襯底的表面定界；氣體排出結(jié)構(gòu)(7)包含布置在蝕刻區(qū)域和鈍化區(qū)域之間的氣體排放部(6)；氣體排出結(jié)構(gòu)(7)因此形成蝕刻區(qū)域(2)和鈍化區(qū)域(3)的空間分界。
文檔編號(hào)H01J37/32GK102859647SQ201180021337
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月26日
發(fā)明者弗雷迪·羅澤博姆, 阿德里安·馬里努斯·蘭克霍斯特, 保盧斯·威力布羅德斯·喬治·波特, N·B·科斯特, 何拉爾德斯·約翰·約瑟夫·維納德斯, 阿德里亞努斯·約翰尼斯·皮德勒斯·瑪利亞·弗米爾 申請(qǐng)人:荷蘭應(yīng)用自然科學(xué)研究組織Tno