CN104377107A - 一种用于SiCoNi蚀刻工艺的蚀刻装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于SiCoNi蚀刻工艺的蚀刻装置，包括反应腔、远程等离子体发生装置和控制器。反应腔包括承载待蚀刻基板的基座；设于基座上方、用于在SiCoNi蚀刻工艺的蚀刻步骤通入蚀刻剂的透明导气板；设于透明导气板上方用于在SiCoNi蚀刻工艺的升华步骤中产生热量的红外线加热器，红外线加热器的热量通过透明导气板对基板加热以使基板表面的蚀刻副产物升华。控制器在蚀刻步骤中控制远程等离子体发生装置开启以生成蚀刻剂，在升华步骤中控制等离子体发生装置关闭同时开启红外线加热器。本发明能够实现高效率的SiCoNi蚀刻工艺。

Description

一种用于SiCoNi蚀刻工艺的蚀刻装置
技术领域
本发明涉及半导体加工设备，特别涉及一种用于SiCoNi蚀刻工艺的蚀刻装置。
背景技术
SiCoNi蚀刻工艺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。SiCoNi蚀刻工艺最大的特点是SiO2/Si的刻蚀选择比很高(>20：1)。目前SiCoNi制程也被用来进行形貌修正，例如在STI填充时，可以用来消除尖峰缺陷。
图1为现有技术的SiCoNi反应腔的示意图。反应腔1包括用于承载基板的基座3和位于基座上方、用于导入由远程等离子体发生装置2产生的刻蚀剂的导气板4和抽气装置5。基座3一般温度保持在35℃左右，而导气板4具有加热功能，温度保持在180℃左右。SiCoNi蚀刻过程如下：首先，生成刻蚀剂，远程等离子体发生装置2将NF3和NH3激发转变成氟化氨NH4F和二氟化氨NH4F·HF(方程1)。之后，NH4F和NH4F·HF与氧化硅反应进行低温(30℃左右)刻蚀，生成固态的六氟硅氨(NH4)2SiF6刻蚀副产物(方程2)，这种硅酸盐将阻止刻蚀反应的进一步进行。接着，停止产生刻蚀剂、进行原位退火以升华固态刻蚀副产物的步骤。原位退火过程中，基板从基座1被移动到靠近导气板4的位置，导气板2的热量被热量带到基板上，刻蚀副产物(NH4)2SiF6在高温下分解为气态的SiF4，NH3和HF(方程3)，并被抽气装置5抽去，然后基板降回基座3上的初始低温位置。
刻蚀剂生成：NF3+NH3→NH4F+NH4F·HF  (1)
刻蚀过程：NH4F or NH4F·HF+SiO2→(NH4)2SiF6(solid)+H2O  (2)
升华过程：(NH4)2SiF6(solid)→SiF4(g)+NH3(g)+HF(g)  (3)
由于整个过程需要对基板进行升降，而且是通过热辐射对基板加热实现刻蚀副产物的气化，所以效率较低且容易对基板造成损坏。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种提供高效率SiCoNi蚀刻工艺的蚀刻装置。
为达成上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于SiCoNi蚀刻工艺的蚀刻装置，所述SiCoNi蚀刻工艺包括交替进行的蚀刻步骤和升华步骤，所述蚀刻装置包括反应腔、远程等离子体发生装置和控制器。所述反应腔包括：用于承载待蚀刻基板的基座；设于所述基座上方的透明导气板，其具有多个通孔以在所述蚀刻步骤中向所述基板输送蚀刻剂；设于所述透明导气板上方的红外线加热器，用于在所述升华步骤中产生热量，所述红外线加热器产生的热量通过所述透明导气板对所述基板加热以使所述基板表面的蚀刻副产物升华。所述远程等离子体发生装置用于生成所述蚀刻剂。所述控制器用于在所述蚀刻步骤中控制所述远程等离子体发生装置开启，以及在所述升华步骤中控制所述等离子体发生装置关闭同时开启所述红外线加热器。
优选的，所述红外线加热器为红外灯，且具有呈十字型的两根灯管。
优选的，所述红外灯为可旋转的且其中心与所述基板的中心对准。
优选的，所述红外线加热器为多个，对称分布于所述基板中心周围的上方。
优选的，所述红外线加热器周围设有反射罩，用于反射所述红外线加热器射出的红外光使其射向所述透明导气板。
优选的，所述反应腔还包括排气装置，用于在所述升华步骤后抽走所述反应腔内的气体。
优选的，在所述升华步骤中，所述透明导气板通入惰性气体以使升华的所述蚀刻副产物在惰性气体氛围下被抽走。
优选的，所述远程等离子体发生器通过激发NF3和NH3形成NH4F和NH4F·HF作为所述蚀刻剂。
相较于现有技术，本发明所提出的SiCoNi蚀刻装置通过设置红外线加热器以在蚀刻工艺的升华步骤中快速将基板表面加热到所需要的温度，以气化表面残留的蚀刻副产物，因此能够快速完成SiCoNi蚀刻工艺，提升产量。
附图说明
图1为现有技术的SiCoNi蚀刻装置的示意图；
图2为本发明一实施例的用于SiCoNi蚀刻工艺的蚀刻装置的示意图。
具体实施方式
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。
图2显示了本发明的用于SiCoNi蚀刻工艺的蚀刻装置，应该理解，该蚀刻装置仅仅是示例性的，其可以包括更少或更多的组成元件，或该组成元件的安排可能与图中所示相同或不同。
请参见图2，蚀刻装置包括反应腔10，反应腔10内的下部设置有用于承载待蚀刻基板W的基座11，基座11上方设有透明导气板12。
透明导气板12具有板状主体，其中形成有多个通孔。一般来说，SiCoNi蚀刻工艺包括交替进行的蚀刻步骤和升华步骤，在蚀刻步骤中透明导气板12用于将蚀刻剂输送至基板W；在升华步骤中透明导气板则将惰性气体向基板W导入。较佳的，透明导气板12的通孔为均匀分布，以起到匀气作用。
在透明导气板12的上方，设置有红外线加热器13，在本实施例中，红外线加热器13与反应腔10的顶板固定连接，其用于在升华步骤中发射红外光，该红外光穿过透明导气板对基板加热，从而使基板表面的蚀刻副产物升华气化。本实施例中，红外线加热器为可旋转的线状红外灯，且具有两个灯管。这两个灯管呈交叉的十字型，灯管长度较佳的可覆盖基板的直径且红外灯中心与基板中心对准。如此，当升华步骤中，红外灯一边旋转一边产生热量，使基板能够均匀受热。在其他实施例中，红外线加热器也可以是多个对称分布于基板中心周围的上方的如点状的红外灯，同样可以达到对基板均匀加热的目的。较佳的，可在红外线加热器13周围如在其上方和侧部设置反射罩(图中未示)，通过反射罩反射红外线加热器13发出的红外光，使红外光能够射向透明导气板12，以避免热量损失。反应腔10还包括排气装置14，用于将升华的蚀刻副产物从反应腔内抽走。
本实施例中，蚀刻剂是通过远程等离子体发生装置20生成的。该远程等离子体发生装置20激发NF3和NH3，反应形成NH4F和NH4F·HF，作为蚀刻剂进入反应腔室内。远程等离子体发生装置20和红外线加热器13的开闭均由控制器30控制，从而切换蚀刻步骤和升华步骤。
以下将对本实施例的用于SiCoNi蚀刻工艺的蚀刻装置的动作加以说明。首先，进行蚀刻步骤，控制器30控制远程等离子体发生装置20打开，控制红外线加热器13关闭，NF3和NH3在远程等离子体发生装置20的激发下形成NH4F和NH4F·HF蚀刻剂。蚀刻剂通过传输管线进入反应腔10并穿过透明导气板12中的通孔到达基板W的表面，由于基座的温度较低(35℃左右)，蚀刻剂在低温下与基板表面的氧化硅反应生成固态的六氟硅氨(NH4)2SiF6刻蚀副产物，该蚀刻副产物吸附在基板表面阻止蚀刻反应的进一步进行。当蚀刻步骤进行到一定程度，控制器30关闭远程等离子体发生装置20停止通入蚀刻剂，同时控制器30将红外线加热器开启，另外还开启外部气体源向反应腔内通入惰性气体如Ar、N2或He等。由于红外线加热不需要传热介质效率非常高，能够快速将基板表面加热到所需要的温度(180℃左右)，可通过红外线加热器输入功率的调整对加热温度进行调节。基板经高温加热后，其表面固态的六氟硅氨(NH4)2SiF6刻蚀副产物升华分解成气态的SiF4，NH3和HF，挥发的气体在惰性气体氛围下随惰性气体被排气装置14抽走，由此完成一个循环的蚀刻-升华步骤。通常一个蚀刻-升华循环可以去除100-200埃的氧化硅薄膜。如果需要去除的薄膜厚度更薄，则可通过调整循环内的蚀刻时间来控制；如果需要去除更厚的薄膜，则可以通过增加循环次数来调整。
综上所述，本发明的用于SiCoNi蚀刻工艺的蚀刻装置，利用红外线加热器为热源在升华步骤中对基板加热使其表面的固态蚀刻副产物挥发，整个工艺进行过程中基板不需要上下移动，因此能够实现高效率的SiCoNi蚀刻工艺。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多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。

Claims (8)

1.一种用于SiCoNi蚀刻工艺的蚀刻装置，所述SiCoNi蚀刻工艺包括交替进行的蚀刻步骤和升华步骤，其特征在于，所述蚀刻装置包括：
反应腔，其包括：
基座，用于承载待蚀刻基板；
透明导气板，设于所述基座上方，其具有多个通孔以在所述蚀刻步骤中向所述基板输送蚀刻剂；
红外线加热器，设于所述透明导气板上方，用于在所述升华步骤中产生热量，所述红外线加热器产生的热量通过所述透明导气板对所述基板加热以使所述基板表面的蚀刻副产物升华；
远程等离子体发生装置，用于生成所述蚀刻剂；以及
控制器，用于在所述蚀刻步骤中控制所述远程等离子体发生装置开启，以及在所述升华步骤中控制所述等离子体发生装置关闭同时开启所述红外线加热器。
2.根据权利要求1所述的蚀刻装置，其特征在于，所述红外线加热器为红外灯，且具有呈十字型的两根灯管。
3.根据权利要求2所述的蚀刻装置，其特征在于，所述红外灯为可旋转的且其中心与所述基板的中心对准。
4.根据权利要求1所述的蚀刻装置，其特征在于，所述红外线加热器为多个，对称分布于所述基板中心周围的上方。
5.根据权利要求1所述的蚀刻装置，其特征在于，所述红外线加热器周围设有反射罩，用于反射所述红外线加热器射出的红外光使其射向所述透明导气板。
6.根据权利要求1所述的蚀刻装置，其特征在于，所述反应腔还包括排气装置，用于在所述升华步骤后抽走所述反应腔内的升华的所述蚀刻副产物。
7.根据权利要求6所述的蚀刻装置，其特征在于，在所述升华步骤中，所述透明导气板通入惰性气体以使升华的所述蚀刻副产物在惰性气体氛围下被抽走。
8.根据权利要求1所述的蚀刻装置，其特征在于，所述远程等离子体发生器通过激发NF3和NH3形成NH4F和NH4F·HF作为所述蚀刻剂。
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