改善沟槽间深度差异的等离子刻蚀方法与装置.pdf

本发明揭露了一种改善沟槽间深度差异的等离子刻蚀方法与装置，将沟槽刻蚀过程拆分为两步，并采用不同刻蚀参数加以控制，从而改善了芯片中心区域到边缘区域的沟槽之间的深度差异。该方法包括如下步骤：于反应室上极板提供一源功率以及一第一电磁场，以激发刻蚀气体产生等离子体，并引导等离子体轰击基片表面；于反应室上极板提供一第二电磁场，以激发刻蚀气体产生等离子体，并引导等离子体轰击基片表面，其中反应室上极板边缘处设有一外线圈组且外线圈组以内设有一内线圈组，且上述第一电磁场由内线圈组产生，上述第二电磁场由内外线圈组共同产生。

1.  一种等离子刻蚀方法，于一反应室的下极板上提供一待刻蚀基片，以通过刻蚀于其上形成沟槽，其特征是，该等离子刻蚀方法包括：
于反应室上极板提供一源功率以及一第一电磁场，以激发刻蚀气体产生等离子体，并引导等离子体轰击基片表面；
于反应室上极板提供一第二电磁场，以激发刻蚀气体产生等离子体，并引导等离子体轰击基片表面，
其中反应室上极板边缘处设有一外线圈组且外线圈组以内设有一内线圈组，且上述第一电磁场由内线圈组产生，上述第二电磁场由内外线圈组共同产生。

2.  根据权利要求1所述的等离子刻蚀方法，其特征是，其中上述于反应室上极板提供一源功率以及一第一电磁场，以激发刻蚀气体产生等离子体，并引导等离子体轰击基片表面的过程，还包括：
于反应室下极板提供一第一偏置功率以及一第二偏置功率，以于上、下极板之间形成一偏置电压，引导等离子体轰击基片表面。

3.  根据权利要求1所述的等离子刻蚀方法，其特征是，其中上述于反应室上极板提供一第二电磁场，以激发刻蚀气体产生等离子体，并引导等离子体轰击基片表面的过程，还包括：
于反应室下极板提供一偏置功率，以于上、下极板之间形成一偏置电压，引导等离子体轰击基片表面。

4.  根据权利要求1所述的等离子刻蚀方法，其特征是，其中上述第二电磁场是通过向内外线圈组通以同样大小的电流而产生的。

5.  一种等离子刻蚀装置，具有一反应室，其内置有相对的上极板和下极板，其中下极板用以承载待刻蚀基片，其特征是，该等离子刻蚀装置还包括：
一源射频功率源，连接于上述上极板；
一外线圈组，设置于上述上极板边缘处；
一内线圈组，设置于上述外线圈组以内，
其中于一刻蚀前期，上述源射频功率源提供一源功率且内线圈组提供一第一电磁场，以激发刻蚀气体产生等离子体，并引导等离子体轰击基片表面；
且于该刻蚀后期，上述内、外线圈组共同作用，产生一第二电磁场，以激发刻蚀气体产生等离子体，并引导等离子体轰击基片表面。

6.  根据权利要求5所述的等离子刻蚀装置，其特征是，还包括：
一第一偏置射频功率源和一第二偏置射频功率源，连接于上述下极板，
其中于上述刻蚀前期，该第一偏置射频功率源以及第二偏置射频功率源分别提供一第一偏置功率以及一第二偏置功率，以于上、下极板之间形成一第一偏置电压，以引导等离子体轰击基片表面；
且于上述刻蚀后期，该第一偏置射频功率源或者第二偏置射频功率源提供一偏置功率，以于上、下极板之间形成一第二偏置电压，以引导等离子体轰击基片表面。

7.  根据权利要求5所述的等离子刻蚀装置，其特征是，还包括：
一边缘支架，设置于上述上极板的边缘处，
其中上述外线圈组绕设于该边缘支架上。

改善沟槽间深度差异的等离子刻蚀方法与装置
技术领域
本发明涉及一种芯片制程工艺中的刻蚀方法，特别是涉及一种改善刻蚀工艺中芯片中心区域到边缘区域沟槽间深度差异的等离子刻蚀方法与装置。
背景技术
在芯片制程中，往往需要于基片的介质层中刻蚀出通孔或沟槽，以便淀积金属而形成层间金属连线以及顶层金属。然而无可避免的，从芯片中心区域到边缘区域的沟槽往往会存在深度差异，而影响芯片的质量。虽然其无可避免，但是技术人员都在不断的探求减小此差异的刻蚀工艺。
例如，在现有65纳米的刻蚀工艺中，芯片的中心区域与边缘区域的沟槽之间往往存在1200埃左右的深度差异；相应地，进一步淀积氧化层时，将导致氧化层具有较差的均匀性。请参考图1与图2，其分别为现有65纳米的刻蚀工艺中芯片从中心区域到边缘区域的沟槽示意图以及剩余介质层高度的晶圆示意图，其中图1中(a)为中心区域的沟槽示意图；(b)为中间区域的沟槽示意图；(c)为边缘区域的沟槽示意图。由图可见，从中心区域到边缘区域，沟槽之间存在深度差异，而图2中的数据表示剩余介质层的高度H，由图中数据可以看出，边缘区域与中心区域之间的深度差异在1200埃左右，最多已达1445埃。
改善以上深度差异的一种技术为于反应室中加入磁场来改进聚焦离子束的均匀性，其往往可以将以上深度差异从1200埃缩小到900埃，如图3所示，其为加入磁场后所得的剩余介质层高度的晶圆示意图。由图中数据可以看出，此时边缘区域与中心区域之间的深度差异已减小到900埃左右，但最多达到1016埃，改善效果仍不够理想。
为此，如何改善芯片的中心区域到边缘区域的沟槽之间深度差异实为一重要课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种等离子刻蚀方法以及刻蚀装置，以改善现有刻蚀工艺中芯片中心区域到边缘区域的沟槽之间的深度差异。
本发明的另一目的在于提供一种等离子刻蚀方法以及刻蚀装置，以改善现有刻蚀工艺中于芯片中心区域到边缘区域淀积氧化层的均匀性。
为此，本发明提供一种等离子刻蚀方法，于一反应室的下极板上提供一待刻蚀基片，以通过刻蚀于其上形成沟槽，该等离子刻蚀方法包括：于反应室上极板提供一源功率以及一第一电磁场，以激发刻蚀气体产生等离子体，并引导等离子体轰击基片表面；
于反应室上极板提供一第二电磁场，以激发刻蚀气体产生等离子体，并引导等离子体轰击基片表面，其中反应室上极板边缘处设有一外线圈组且外线圈组以内设有一内线圈组，且上述第一电磁场由内线圈组产生，上述第二电磁场由内外线圈组共同产生。
进一步的，上述于反应室上极板提供一源功率以及一第一电磁场，以激发刻蚀气体产生等离子体，并引导等离子体轰击基片表面的过程，还包括：于反应室下极板提供一第一偏置功率以及一第二偏置功率，以于上、下极板之间形成一偏置电压，以引导等离子体轰击基片表面。
进一步的，上述于反应室上极板提供一第二电磁场，以激发刻蚀气体产生等离子体，并引导等离子体轰击基片表面的过程，还包括：于反应室下极板提供一偏置功率，以于上、下极板之间形成一偏置电压，以引导等离子体轰击基片表面。
进一步的，上述第二电磁场是通过向内外线圈组通以同样大小的电流而产生的。
本发明另提供一种等离子刻蚀装置，具有一反应室，其内置有相对的上极板和下极板，其中下极板用以承载待刻蚀基片，其特征是，该等离子刻蚀装置还包括：一源射频功率源，连接于上述上极板；一外线圈组，设置于上述上极板边缘处；一内线圈组，设置于上述外线圈组以内，其中于一刻蚀前期，上述源射频功率源提供一源功率且内线圈组提供一第一电磁场，以激发刻蚀气体产生等离子体，并引导等离子体轰击基片表面；且于该刻蚀后期，上述内、外线圈组共同作用，产生一第二电磁场，以激发刻蚀气体产生等离子体，并引导等离子体轰击基片表面。
进一步的，所述的等离子刻蚀装置还包括：一第一偏置射频功率源和一第二偏置射频功率源，连接于上述下极板，其中于上述刻蚀前期，该第一偏置射频功率源以及第二偏置射频功率源分别提供一第一偏置功率以及一第二偏置功率，以于上、下极板之间形成一第一偏置电压，以引导等离子体轰击基片表面；且于上述刻蚀后期，该第一偏置射频功率源或者第二偏置射频功率源提供一偏置功率，以于上、下极板之间形成一第二偏置电压，以引导等离子体轰击基片表面。
进一步的，所述的等离子刻蚀装置还包括：一边缘支架，设置于上述上极板的边缘处，其中上述外线圈组绕设于该边缘支架上。
综上所述，本发明所提供的等离子刻蚀方法，将沟槽刻蚀过程拆分为两步，并采用不同刻蚀参数加以控制，从而改善了芯片中心区域到边缘区域的沟槽之间的深度差异。
附图说明
图1为现有65纳米的刻蚀工艺中芯片从中心区域到边缘区域的沟槽示意图；
图2为现有65纳米的刻蚀工艺中芯片从中心区域到边缘区域剩余介质层高度的晶圆示意图；
图3为现有工艺中加入磁场后所得的剩余介质层高度的晶圆示意图；
图4为本发明一实施例所提供的等离子刻蚀装置的截面示意图；
图5为本发明一实施例中沟槽刻蚀前期所产生的等离子体区示意图；
图6为本发明一实施例中沟槽刻蚀后期所产生的等离子体区示意图；
图7为本发明一实施例所提供的等离子刻蚀方法的流程图；
图8为本发明一实施例中所得的剩余介质层高度的晶圆示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
请参考图4，其为本发明一实施例所提供的等离子刻蚀装置的截面示意图。如图所示，该等离子刻蚀装置具有一反应室100，其内置有相对的上极板102以及下极板104，其中下极板104用以承载待刻蚀基片200。其中上极板102边缘处设置有外线圈组106，而外线圈组106以内设置有内线圈组108；且源射频功率源110连接于上极板102。则于沟槽刻蚀前期，源射频功率源110提供的源功率以及内线圈组108提供的第一电磁场激发刻蚀气体以产生等离子体，形成了如图5所示的等离子体区120；于沟槽刻蚀后期，内线圈组108与外线圈组106共同作用，产生第二电磁场，以激发刻蚀气体产生等离子体，形成了如图6所示的等离子体区130。此外，产生的等离子体需在偏置电压的作用下，轰击基片表面，而进行刻蚀。故下极板104连接有至少一偏置射频功率源112，以提供偏置功率，于上下极板之间形成偏置电压，来引导等离子体轰击基片表面。
于本发明一实施例中，下极板104连接有两偏置射频功率源114以及116，如图5所示，其于沟槽刻蚀前期，分别提供第一偏置功率以及第二偏置功率，以于上、下极板102和104之间形成偏置电压，引导等离子体轰击基片表面。而于沟槽刻蚀后期，仅一个偏置射频功率源进行工作，如偏置射频功率源114，以提供第一偏置功率，于上、下极板102和104之间形成偏置电压，引导等离子体轰击基片表面(如图6)。
此外，上极板102的边缘处可设置边缘支架118，而使外线圈组106绕设于其上。
为了更清楚的描述本发明所提供的等离子刻蚀方法，以下将引出具体数据，加以详细说明。
请参考图7，其为本发明一实施例所提供的等离子刻蚀方法的流程图。如图所示，该等离子刻蚀方法包括如下步骤：
S1：于反应室100的下极板104上提供待刻蚀基片200；
S2：于反应室100上极板102提供源功率以及第一电磁场，以激发刻蚀气体产生等离子体，并引导等离子体轰击基片表面；
S3：于反应室上极板102提供第二电磁场，以激发刻蚀气体产生等离子体，并引导等离子体轰击基片表面。
其中，第一电磁场由内线圈组108产生，第二电磁场由内外线圈组108和106共同产生。
此外，为了引导等离子体轰击基片表面，步骤S2还包括：于反应室100的下极板104提供第一偏置功率以及第二偏置功率，以于上、下极板之间形成偏置电压，引导等离子体轰击基片表面；而步骤S3还包括：于反应室100的下极板104提供第一偏置功率，以于上、下极板之间形成另一偏置电压，引导等离子体轰击基片表面。
其中上述各源功率、偏置功率以及磁场的大小在具体操作中均可通过设置刻蚀参数而实现，如表1所示，其中对本发明相关的参数加以说明，其他参数为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。

表1
ME1所在的行为沟槽刻蚀前期对应的刻蚀参数：其中源功率为300W，其可通过向源射频功率源110提供160MHz的输入而实现；第一偏置功率以及第二偏置功率分别为2000W和150W，分别通过向偏置射频功率源114和偏置射频功率源116提供13MHz和2MHz的输入而实现；同时，仅向内线圈组108输入7A的电流来获得第一磁场。在这组参数的控制下，完成对基片的第一次刻蚀。
ME2所在的行为沟槽刻蚀后期对应的刻蚀参数：此时，第一偏置功率为2000W，通过向偏置射频功率源提供13MHz的输入而实现；同时，向内、外线圈组108和106输入3A的电流来获得第二磁场。在这组参数的控制下，完成对基片的第二次刻蚀。而于基片上形成隔离沟槽。
在以上参数的设定下，获得如图8所示的剩余介质层高度的晶圆示意图。可见芯片中心区域到边缘区域的沟槽之间的深度差异减小到了540埃，获得了极大的改善。其得益于内外线圈组的设定及在刻蚀中的控制方式。
以上仅为举例，并非用以限定本发明，本发明所保护的范围当以权利要求书为准。