等离子体刻蚀装置及提高硅钴镍刻蚀效率的方法

摘要

本发明提供了一种等离子体刻蚀装置及提高硅钴镍刻蚀效率的方法，包括有：在反应腔壁上设置用于向反应腔内输送被加热的气体的第二输气口，位于反应腔外部的副产物加热装置，其利用加热的气体使晶圆表面的刻蚀副产物受热气化；副产物加热装置包括：与加热气体输气口相连的加热气体输送管道；气体加热装置，其位于反应腔外部，与加热气体输送管道相连，用于将气体加热；被加热的气体通过加热气体输送管道、加热气体输气口到达反应腔室的所述晶圆表面，加热晶圆表面的刻蚀副产物使其挥发。从而省去了传统工艺中晶圆的升降过程，并且改进了传统工艺中的热反射加热方式，提高了硅钴镍刻蚀工艺的效率，提高了产量。

权利要求

1.一种等离子体刻蚀装置，包括：反应腔、位于反应腔中的用于承载晶圆的基座，对应于基座上方所述反应腔的顶壁上具有用于提供远程等离子体的第一输气口，位于基座上方且在第一输气口下方的蓬莲喷头，以及用于将气体排出的机械泵，其特征在于，还包括：第二输气口，其位于所述反应腔壁上，且位于蓬莲喷头上方，用于向所述反应腔内输送被加热的惰性气体；

副产物加热装置，位于所述反应腔外部，其利用加热的惰性气体使所述晶圆表面的刻蚀副产物受热气化；其包括：加热气体输送管道，与所述第二输气口相连；

气体加热装置，其位于所述反应腔外部，与所述加热气体输送管道相连，用于将惰性气体加热；所述被加热的惰性气体通过所述加热气体输送管道、所述第二输气口，并经蓬莲喷头后均匀到达所述反应腔的所述晶圆表面，加热所述晶圆表面的刻蚀副产物使其挥发，同时被加热的惰性气体到达晶圆后也被一起抽到反应腔外。

2.根据权利要求1所述的等离子体刻蚀装置，其特征在于，所述惰性气体为He或Ar。

3.根据权利要求1所述的等离子体刻蚀装置，其特征在于，所述气体加热装置对应于所述晶圆上方的所述反应腔的顶壁上方。

4.一种提高硅钴镍刻蚀效率的方法，其特征在于，采用权利要求1所述的等离子体刻蚀装置，所述提高硅钴镍刻蚀效率的方法包括：步骤01：将晶圆置于所述基座上；

步骤02：通过所述第一输气口向所述反应腔内输送反应气体；

步骤03：对所述晶圆进行硅钴镍刻蚀工艺，刻蚀副产物形成于所述晶圆表面，关闭所述第一输气口；

步骤04：开启所述第二输气口，通过所述气体加热装置将惰性气体加热，被加热的惰性气体通过所述加热气体输送管道、所述第二输气口并经蓬莲喷头后均匀进入所述反应腔内的所述晶圆表面；

步骤05：所述晶圆表面的刻蚀副产物吸收所述被加热的惰性气体的热量而挥发，并通过所述机械泵被抽出所述反应腔，同时被加热的惰性气体到达晶圆后也被一起抽到反应腔外。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括，步骤06：重复所述步骤02至所述步骤05，直至完成刻蚀目标厚度。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述刻蚀副产物为固态的(NH4)2SiF6。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述惰性气体为He或Ar。

说明书

等离子体刻蚀装置及提高硅钴镍刻蚀效率的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种等离子体刻蚀装置及提高硅钴镍刻蚀效率的方法。

背景技术

[0002] SiCoNi蚀刻技术通常用于金属沉积前的预清洗，其作用是去除表面的氧化硅，降低接触电阻。最大的特点是SiO2/Si的刻蚀选择比很高(>20:1)，且不会对硅衬底造成等离子损伤。目前SiCoNi制程也被用来进行形貌修正，例如在浅沟槽隔离结构(STI)填充时，可以用来消除沟槽上方的悬突。

[0003] 传统SiCoNi反应腔中，基板(Pedestal)一般温度保持在30℃左右，晶圆上方的莲蓬喷头具有加热功能，温度保持在180℃左右。SiCoNi蚀刻过程的反应过程可以简述为6个步骤：1.刻蚀剂形成；2.低温下刻蚀(所形成的刻蚀副产物为固态，会覆盖在表面阻挡进一步蚀刻)；3.晶圆上升靠近高温莲蓬喷头；4.副产物在高温下挥发；5.被气化的副产物被抽走；6.晶圆降回到初始低温位置。

[0004] 由于整个过程需要对晶圆进行升降，而且是通过热辐射对晶圆加热实现副产物气化，所以效率较低。

发明内容

[0005] 为了克服以上问题，本发明旨在提供一种等离子体刻蚀装置及刻蚀方法，旨在提高硅钴镍刻蚀的效率。

[0006] 为了实现上述目的，本发明提供了一种等离子体刻蚀装置，包括：反应腔、位于反应腔中的用于承载晶圆的基座，对应于基座上方所述反应腔的顶壁上具有用于提供远程等离子体的第一输气口，以及用于将气体排出的机械泵，还包括：

[0007] 第二输气口，其位于所述反应腔壁上，用于向所述反应腔内输送被加热的气体；

[0008] 副产物加热装置，位于所述反应腔外部，其利用加热的气体使所述晶圆表面的刻蚀副产物受热气化；其包括：

[0009] 加热气体输送管道，与所述第二输气口相连；

[0010] 气体加热装置，其位于所述反应腔外部，与所述加热气体输送管道相连，用于将气体加热；所述被加热的气体通过所述加热气体输送管道、所述第二输气口到达所述反应腔的所述晶圆表面，加热所述晶圆表面的刻蚀副产物使其挥发。

[0011] 优选地，所述惰性气体为He或Ar。

[0012] 优选地，所述气体加热装置对应于所述晶圆上方的所述反应腔的顶壁上方。

[0013] 为了实现上述目的，本发明还提供了一种提高硅钴镍刻蚀效率的方法，采用上述的等离子体刻蚀装置，所述提高硅钴镍刻蚀效率的方法包括：

[0014] 步骤01：将晶圆置于所述基座上；

[0015] 步骤02：通过所述第一输气口向所述反应腔内输送反应气体；

[0016] 步骤03：对所述晶圆进行硅钴镍刻蚀工艺，刻蚀副产物形成于所述晶圆表面，关闭所述第一输气口；

[0017] 步骤04：开启所述第二输气口，通过所述气体加热装置将气体加热，被加热的气体通过所述加热气体输送管道、所述第二输气口进入所述反应腔内的所述晶圆表面；

[0018] 步骤05：所述晶圆表面的刻蚀副产物吸收所述被加热的气体的热量而挥发，并通过所述机械泵被抽出所述反应腔。

[0019] 优选地，还包括，步骤06：重复所述步骤02至所述步骤05，直至完成刻蚀目标厚度。

[0020] 优选地，所述刻蚀副产物为固态的(NH4)2SiF6。

[0021] 优选地，所述惰性气体为He或Ar。

[0022] 本发明的等离子体刻蚀装置，通过在反应腔顶壁上设置输气口，在反应腔外部设置具有气体加热装置和加热气体输送管道的副产物加热装置，被加热的气体通过加热气体输送管道、与之连接的输气口进入反应腔内的晶圆表面，从而对晶圆表面的刻蚀副产物进行加热使其气化挥发，从而省去了传统工艺中晶圆的升降过程，并且改进了传统工艺中的热反射加热方式，提高了硅钴镍刻蚀工艺的效率，提高了产量。

附图说明

[0023] 图1为本发明的一个较佳实施例的等离子体刻蚀装置的结构示意图[0024] 图2为本发明的一个较佳实施例的提高硅钴镍刻蚀效率的方法的流程示意图具体实施方式

[0025] 为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

[0026] 本发明提供了一种等离子体刻蚀装置，包括：反应腔、位于反应腔中的用于承载晶圆的基座，对应于基座上方反应腔的顶壁上具有用于提供远程等离子体的第一输气口，以及用于将气体排出的机械泵；还包括：位于反应腔壁上的第二输气口，用于向反应腔内输送被加热的气体；位于反应腔外部的副产物加热装置，其利用加热的气体使晶圆表面的刻蚀副产物受热气化；副产物加热装置包括：与加热气体输气口相连的加热气体输送管道；气体加热装置，其位于反应腔外部，与加热气体输送管道相连，用于将气体加热；被加热的气体通过加热气体输送管道、加热输气口到达反应腔的所述晶圆表面，加热晶圆表面的刻蚀副产物使其挥发。

[0027] 以下结合附图1～2和具体实施例对本发明的等离子体刻蚀装置、以及提高硅钴镍刻蚀效率的方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。

[0028] 请参阅图1，本实施例的等离子体刻蚀装置包括：

[0029] 反应腔00，反应腔00可以采用现有的刻蚀反应腔；

[0030] 基座，用于承载晶圆，位于反应腔00底部；基座底部具有支撑轴02、托盘01、夹持部件等；其可以采用现有的基座结构；

[0031] 第一输气口04，位于基座上方的反应腔00的顶壁上，用于向反应腔00内提供远程等离子体；第一输气口04连接有反应气体储蓄装置；

[0032] 在基座上方具有蓬莲喷头03，用于喷出刻蚀气体或被加热的气体；

[0033] 第二输气口05，位于基座上方的反应腔00的顶壁上，与晶圆相对设置；

[0034] 副产物加热装置，包括：

[0035] 气体加热装置06，位于反应腔00外部，用于将气体加热；

[0036] 加热气体输送管道07，与第二输气口05相连；

[0037] 机械泵(未画出)，通过机械运转将反应腔00内的气体抽出；

[0038] 其中，被加热的气体通过加热气体输送管道07、第二输气口05到达反应腔00的晶圆表面，加热晶圆表面的刻蚀副产物使其挥发，挥发的气态刻蚀副产物被机械泵抽出反应腔00外；同时，被加热的气体也被一起抽出到反应腔00外。

[0039] 硅钴镍刻蚀工艺是为了去除晶圆表面的氧化硅来降低接触电阻；为了避免加热气体与氧化硅发生反应影响刻蚀效果以及避免加热气体与晶圆表面的其他材料发生反应而损坏器件，这里采用的被加热的气体为惰性气体，常用的由He或Ar。

[0040] 请参阅图2，本发明的一个实施例的提高硅钴镍刻蚀效率的方法，采用上述等离子刻蚀装置，包括以下步骤：

[0041] 步骤01：将晶圆置于基座上；

[0042] 具体的，可以采用机械手夹持晶圆移动，并放置于基座上；

[0043] 步骤02：通过第一输气口向反应腔内输送反应气体；

[0044] 具体的，采用的刻蚀气体为NF3和NH3，在冗余电源系统的激发下形成NH4F和NH4F·HF等离子体；

[0045] 步骤03：对晶圆进行硅钴镍刻蚀工艺，刻蚀副产物形成于晶圆表面，关闭第一输气口；

[0046] 具体的，在低温下约30℃刻蚀晶圆表面的氧化硅，形成固态的刻蚀副产物(NH4)2SiF6吸附在晶圆表面。固态的刻蚀副产物(NH4)2SiF6将阻止刻蚀反应的进一步进行。当刻蚀反应进行到一定程度时，停止通入刻蚀气体。

[0047] 步骤04：开启第二输气口，通过气体加热装置将气体加热，被加热的气体通过加热气体输送管道、第二输气口进入反应腔内的晶圆表面；

[0048] 具体的，被加热的气体为惰性气体，可以为He或Ar。被加热的气体的温度可以通过气体加热装置来进行调节。气体被加热到170～200℃。

[0049] 步骤05：晶圆表面的刻蚀副产物吸收被加热的气体的热量而挥发，并通过机械泵被抽出反应腔。

[0050] 具体的，固态的刻蚀副产物(NH4)2SiF6在被加热的气体的高温气氛下气化而挥发，机械泵将其抽出反应腔；同时，被加热的气体也被一起抽出反应腔。

[0051] 本实施例中，步骤05之后，还包括：

[0052] 步骤06：重复步骤02至步骤05，直至完成刻蚀目标厚度；

[0053] 具体的，上述从刻蚀到刻蚀副产物挥发的过程为一个完整的硅钴镍刻蚀循环，刻蚀目标厚度可以通过上述循环次数进行调整。

[0054] 综上所述，本发明的等离子体刻蚀装置，通过在反应腔顶壁上设置输气口，在反应腔外部设置具有气体加热装置和加热气体输送管道的副产物加热装置，被加热的气体通过加热气体输送管道、与之连接的输气口进入反应腔内的晶圆表面，从而对晶圆表面的刻蚀副产物进行加热使其气化挥发，从而省去了传统工艺中晶圆的升降过程，并且改进了传统工艺中的热反射加热方式，提高了硅钴镍刻蚀工艺的效率，提高了产量。

[0055] 虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。