專(zhuān)利名稱(chēng)：一種氣體回流預(yù)防裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種等離子體刻蝕設(shè)備，尤其涉及ー種等離子體刻蝕設(shè)備的氣體回流預(yù)防裝置。
背景技術(shù)：
目前，半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域中，硅通孔(TSV)技術(shù)在三維立體封裝領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。硅通孔技術(shù)需要對(duì)晶片進(jìn)行深反應(yīng)離子刻蝕，現(xiàn)有技術(shù)中，深反應(yīng)離子刻蝕通常采用博世エ藝(Bosch process)進(jìn)行。博世エ藝主要包括以下步驟(I)刻蝕步驟，通常用含有SF6的混合氣體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)離子刻蝕；(2)聚合物沉積鈍化步驟，通常用含有C4H8的混合氣體在孔洞內(nèi)側(cè)面形成氟碳聚合物層，以使下ー個(gè)周期的刻蝕步驟中化學(xué)反應(yīng)離子刻蝕吋，SF6氣體不會(huì)對(duì)側(cè)壁的聚合物進(jìn)行刻蝕或者刻蝕速率非常慢；刻蝕步驟和沉積步驟交替 循環(huán)進(jìn)行，直到深孔刻蝕完成。采用交替重復(fù)進(jìn)行各向同性刻蝕和聚合物沉積エ藝，從而實(shí)現(xiàn)完全的各向異性的深度刻蝕。如附圖I所示，現(xiàn)有技術(shù)的ー種電感耦合等離子體刻蝕設(shè)備，其反應(yīng)腔9設(shè)置有包覆在內(nèi)部工作空間四周的腔壁31和頂部的介電板32，腔壁31上設(shè)置有氣體注入板4，反應(yīng)腔9內(nèi)設(shè)置有晶片基座2，晶片基座2的下方設(shè)置有排氣泵8。介電板32上方設(shè)置有射頻線圈5，等離子體刻蝕設(shè)備工作時(shí)，射頻線圈5與等離子體刻蝕設(shè)備的射頻電源61相連接，晶片基座2與等離子體刻蝕設(shè)備的射頻偏置電源62相連接，氣體通過(guò)氣體注入板4輸入反應(yīng)腔9，被電離成等離子體7，排氣時(shí)排氣泵8將氣體排出反應(yīng)腔9。使用上述現(xiàn)有技術(shù)的等離子刻蝕設(shè)備實(shí)施博世エ藝存在以下問(wèn)題(I)在刻蝕深硅通孔吋，反復(fù)交替循環(huán)進(jìn)行的刻蝕步驟和沉積鈍化步驟在使通孔變深的同時(shí)還形成扇貝狀起伏的側(cè)墻。使用附圖I所示現(xiàn)有技術(shù)的電感耦合等離子體刻蝕設(shè)備實(shí)施博世エ藝在半導(dǎo)體材料晶片101上刻蝕深硅通孔102，其真實(shí)的顯微形貌由掃描電子顯微鏡示于附圖2，對(duì)其孔壁103及其附近區(qū)域N放大如附圖3所示，可以看到孔壁103形成很明顯的高低起伏的扇貝狀側(cè)墻A。(2)由于扇貝狀側(cè)墻在博世エ藝中是無(wú)法避免但卻是不希望存在的，因此需要消除或者減小扇貝狀側(cè)墻A。減小扇貝狀側(cè)墻A的ー種方法是減少刻蝕氣體與沉積氣體切換更替的間隔時(shí)間而不改變刻蝕步驟和沉積步驟的反應(yīng)時(shí)間。通常，刻蝕氣體與沉積氣體切換的間隔時(shí)間為廣2秒，為了減小扇貝狀側(cè)墻A，間隔時(shí)間需要減少到0. f 0. 5秒。使用現(xiàn)有技術(shù)的等離子體刻蝕設(shè)備實(shí)施博世エ藝時(shí)，由于刻蝕氣體與沉積氣體切換的間隔時(shí)間減少，兩種氣體在切換的過(guò)程中在反應(yīng)腔內(nèi)相互混合的風(fēng)險(xiǎn)増大，前一種氣體未及時(shí)排出，回流與后一種輸入的氣體混合，會(huì)造成刻蝕速率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種氣體回流預(yù)防裝置，在實(shí)施博世エ藝刻蝕深硅通孔時(shí)，能夠在刻蝕氣體與沉積氣體相互切換時(shí)防止前一種氣體回流與后一種氣體混合，從而可以減短兩種氣體的切換時(shí)間，減小博世エ藝中形成的扇貝狀側(cè)墻，此外，還能夠在其中一種氣體工作時(shí)將其等離子體限制在反應(yīng)腔內(nèi)，將等離子體與真空分離，提高了刻蝕質(zhì)量和生產(chǎn)效率。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)
一種氣體回流預(yù)防裝置，套置在等離子體刻蝕設(shè)備的反應(yīng)腔內(nèi)的晶片基座外，其特點(diǎn)是，所述的氣體回流預(yù)防裝置設(shè)為環(huán)狀本體，所述的環(huán)狀本體上間隔設(shè)置多個(gè)氣道，在等離子刻蝕設(shè)備工作過(guò)程中環(huán)狀本體的上表面氣壓大于環(huán)狀本體的下表面氣壓。上述的氣體回流預(yù)防裝置，其特點(diǎn)是，所述的氣道為通孔，通孔的上開(kāi)ロ面積小于下開(kāi)ロ面積。上述的氣體回流預(yù)防裝置，其特點(diǎn)是，所述的氣道為上下貫通的槽，槽的上開(kāi)ロ面積小于下開(kāi)ロ面積。上述的氣體回流預(yù)防裝置，其特點(diǎn)是，所述的氣道為上下貫通的幾何形狀，氣道的上開(kāi)ロ面積小于下開(kāi)ロ面積。
通孔下孔徑平均值的2倍。上述的氣體回流預(yù)防裝置，其特點(diǎn)是，所述的環(huán)狀本體的高度大于槽的上槽ロ寬度與下槽ロ寬度平均值的2倍。上述的氣體回流預(yù)防裝置，其特點(diǎn)是，所述的環(huán)狀本體的高度大于幾何形狀上開(kāi)ロ尺寸與下開(kāi)ロ尺寸的平均值的2倍。上述的氣體回流預(yù)防裝置，其特點(diǎn)是，所述的氣道垂直設(shè)置在環(huán)狀本體中。上述的氣體回流預(yù)防裝置，其特點(diǎn)是，所述的氣道斜置在環(huán)狀本體中，與環(huán)狀本體構(gòu)成夾角。上述的氣體回流預(yù)防裝置，其特點(diǎn)是，所述環(huán)狀本體由金屬材料制成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果
(I)本發(fā)明套置在等離子體刻蝕設(shè)備反應(yīng)腔內(nèi)的晶片基座周?chē)?，將反?yīng)腔分隔為上下兩個(gè)空間，在兩種氣體切換的過(guò)程中，向反應(yīng)腔上部空間注入下ー種氣體，同時(shí)晶片基座下方的排氣泵將反應(yīng)腔內(nèi)的前一種氣體抽出，由于本發(fā)明上間隔設(shè)置多個(gè)氣道，且氣道的上開(kāi)ロ小于下開(kāi)ロ，使得氣體回流預(yù)防裝置上表面所受氣體壓強(qiáng)大于下表面所受氣體壓強(qiáng)，防止了前一種氣體通過(guò)氣道回流到反應(yīng)腔上部空間與后一種氣體混合，從而減短了兩種氣體的切換間隔時(shí)間，減小博世エ藝中形成的扇貝狀側(cè)墻，提高刻蝕質(zhì)量和生產(chǎn)效率。(2)本發(fā)明由于具有一定的高度，其高度大于上孔徑與下孔徑平均值的2倍，且間隔設(shè)置的多個(gè)氣道上開(kāi)ロ小于下開(kāi)ロ，開(kāi)ロ較小的上開(kāi)ロ具有限流作用，在刻蝕或者沉積的過(guò)程中，工作的等離子體被限制在反應(yīng)腔內(nèi)上部空間，與反應(yīng)腔內(nèi)下部空間的真空分離。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)電感耦合等離子體刻蝕設(shè)備的反應(yīng)腔結(jié)構(gòu)示意 圖2為使用現(xiàn)有技術(shù)等離子體刻蝕設(shè)備刻蝕的深硅通孔顯微形貌示意 圖3為圖2使用現(xiàn)有技術(shù)等離子體刻蝕設(shè)備刻蝕的深硅通孔N區(qū)域的扇貝狀側(cè)墻顯微形貌不意 圖4為本發(fā)明氣體回流預(yù)防裝置設(shè)置在電感耦合等離子體刻蝕設(shè)備的反應(yīng)腔里的結(jié)構(gòu)示意 圖5為本發(fā)明氣體回流預(yù)防裝置實(shí)施例之一的俯視圖；圖6為本發(fā)明氣體回流預(yù)防裝置實(shí)施例之ニ的俯視 圖7為本發(fā)明氣體回流預(yù)防裝置的縱向剖視 圖8為使用本發(fā)明裝置的等離子刻蝕設(shè)備刻蝕的深硅通孔扇貝狀側(cè)墻顯微形貌示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)ー步闡 述。參閱附圖4所示，一種氣體回流預(yù)防裝置1，設(shè)置在等離子體刻蝕設(shè)備的反應(yīng)腔9內(nèi)，等離子體刻蝕設(shè)備的反應(yīng)腔9設(shè)置有包覆在內(nèi)部工作空間四周的腔壁31和頂部的介電板32，腔壁31上設(shè)置有氣體注入板4，反應(yīng)腔9的腔壁31內(nèi)設(shè)置有晶片基座2，晶片基座2的下方設(shè)置有排氣泵8。介電板32上方設(shè)置有射頻線圈5，等離子體刻蝕設(shè)備工作時(shí)，射頻線圈5與等離子體刻蝕設(shè)備的射頻電源61相連接，晶片基座2與等離子體刻蝕設(shè)備的射頻偏置電源62相連接，氣體通過(guò)氣體注入板4輸入反應(yīng)腔9，被電離成等離子體7，排氣時(shí)排氣泵8將氣體排出反應(yīng)腔9。本發(fā)明氣體回流預(yù)防裝置I套置在晶片基座2タト，將反應(yīng)腔分隔成上下兩個(gè)空間。配合參見(jiàn)附圖5和附圖6所示，氣體回流預(yù)防裝置I設(shè)為環(huán)狀本體11，環(huán)狀本體11上間隔設(shè)置多個(gè)氣道12。附圖4中所標(biāo)示的P1、P2分別為環(huán)狀本體11上表面、下表面所受的氣體壓強(qiáng)。本發(fā)明有三種實(shí)施例。參閱附圖5所示，其中第一種實(shí)施例的氣道12為通孔121，參閱附圖7所示，通孔121的上開(kāi)ロ面積小于下開(kāi)ロ面積。上開(kāi)ロ孔徑常規(guī)設(shè)為2-5mm，下開(kāi)ロ孔徑常規(guī)設(shè)為4-10mm。環(huán)狀本體11的高度大于通孔121上孔徑與下孔徑平均值的2倍。通孔121可以垂直設(shè)置在環(huán)狀本體11中；也可以斜置在環(huán)狀本體11中，使得通孔121的中心線與環(huán)狀本體11的上表面和下表面構(gòu)成夾角。配合參閱附圖7所示，在本實(shí)施例中，采用圓形通孔氣道，通孔上開(kāi)ロ直徑為2mm，下開(kāi)ロ直徑為4mm，環(huán)狀本體11的高度須大于6mm。參閱附圖6所示，其中第二種實(shí)施例的氣道12為上下貫通的槽122，參閱附圖7所示，槽122的上開(kāi)ロ面積小于下開(kāi)ロ面積。上槽ロ寬常規(guī)設(shè)為2-5mm，下槽ロ寬常規(guī)設(shè)為4-10mm。環(huán)狀本體11的高度大于槽122上槽ロ寬度與下槽ロ寬度平均值的2倍。槽122可以垂直設(shè)置在環(huán)狀本體11中，也可以斜置在環(huán)狀本體11中與環(huán)狀本體11構(gòu)成夾角，使得通孔121的中心線與環(huán)狀本體11的上表面和下表面構(gòu)成夾角。其中第三種實(shí)施例的氣道12為上下貫通的任意幾何形狀，幾何形狀的上開(kāi)ロ面積小于下開(kāi)ロ面積。幾何形狀的上開(kāi)ロ尺寸常規(guī)設(shè)為2-5mm，下開(kāi)ロ尺寸常規(guī)設(shè)為4-lOcm。環(huán)狀本體11的高度大于幾何形狀上開(kāi)ロ尺寸與下開(kāi)ロ尺寸的平均值的2倍。幾何形狀的氣道可以垂直設(shè)置在環(huán)狀本體11中，也可以斜置在環(huán)狀本體11中與環(huán)狀本體11構(gòu)成夾角，使得通孔121的中心線與環(huán)狀本體11的上表面和下表面構(gòu)成夾角。環(huán)狀本體11具有一定的高度保證了設(shè)置在本體11上的氣道12具有足夠的長(zhǎng)度。由于較小的氣道12上開(kāi)ロ對(duì)氣體具有限流作用，配合上足夠長(zhǎng)度的氣道12，使得在刻蝕或者沉積的過(guò)程中，工作的等離子體被限制在反應(yīng)腔9內(nèi)上部空間，與反應(yīng)腔9內(nèi)下部空間分離。氣體回流預(yù)防裝置I的環(huán)狀本體11由金屬材料制成。能夠通過(guò)與其接觸的腔壁31良好接地，形成射頻回路，在刻蝕或沉積的過(guò)程中，將工作的等離子體約束在反應(yīng)腔9內(nèi)環(huán)狀本體11的上方，與反應(yīng)腔9內(nèi)下部空間分離。參閱附圖4所示，氣體回流預(yù)防裝置I在等離子刻蝕設(shè)備工作過(guò)程中環(huán)狀本體11上表面氣壓Pl大于環(huán)狀本體11下表面氣壓P2。兩種氣體切換的過(guò)程中環(huán)狀本體11下表面氣壓P2由排氣泵8決定。當(dāng)使用包含本發(fā)明氣體回流預(yù)防裝置的等離子體刻蝕設(shè)備執(zhí)行博世エ藝時(shí)，在兩種氣體切換的過(guò)程中，等離子體刻蝕設(shè)備向反應(yīng)腔9上部空間注入后ー種氣體，同時(shí)晶片基座2下方的排氣泵8將反應(yīng)腔9內(nèi)的前一種氣體抽出，由于本發(fā)明上間隔設(shè)置多個(gè)氣道12，且氣道12的上開(kāi)ロ小于下開(kāi)ロ，使得氣體回流預(yù)防裝置I上表面所受氣體壓強(qiáng)Pl大于下表面所受氣體壓強(qiáng)P2，防止了前一種氣體通過(guò)氣道12回流到反應(yīng)腔9上部空間與后ー種氣體混合，從而能夠減短兩種氣體的切換間隔時(shí)間。
本發(fā)明氣體回流預(yù)防裝置設(shè)置在電感耦合等離子體刻蝕設(shè)備里實(shí)施博世エ藝，在半導(dǎo)體材料晶片101上刻蝕深硅通孔102，其孔壁103的真實(shí)的顯微形貌由掃描電子顯微鏡顯示，對(duì)其與附圖2中N區(qū)域相同位置放大示于附圖8，與附圖3所示現(xiàn)有技術(shù)的電感耦合等離子體刻蝕設(shè)備實(shí)施博世エ藝刻蝕的深硅通孔顯微形貌進(jìn)行對(duì)比，可以看出，使用本發(fā)明氣體回流預(yù)防裝置的電感耦合等離子體刻蝕設(shè)備刻蝕的深硅通孔102具有比較平緩的扇貝狀側(cè)墻B，本發(fā)明氣體回流預(yù)防裝置明顯減小了附圖3中的深硅通孔102的扇貝狀側(cè)墻A，提高了刻蝕質(zhì)量。綜上所述，由于環(huán)狀本體11上間隔設(shè)置有多個(gè)上開(kāi)ロ小于下開(kāi)ロ的氣道12，且環(huán)狀本體11具有一定的高度，有效防止了兩種氣體切換時(shí)向反應(yīng)腔9外排氣的前一種氣體回流與注入的后一種氣體混合，從而減短了兩種氣體的切換間隔時(shí)間，減小博世エ藝中形成的扇貝狀側(cè)墻，提聞刻蝕質(zhì)量，提聞生廣效率。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種氣體回流預(yù)防裝置(1)，套置在等離子體刻蝕設(shè)備的反應(yīng)腔(9)內(nèi)的晶片基座(2)外，其特征在于，所述的氣體回流預(yù)防裝置(I)設(shè)為環(huán)狀本體(11)，所述的環(huán)狀本體(11)上間隔設(shè)置多個(gè)氣道(12)，在等離子刻蝕設(shè)備工作過(guò)程中環(huán)狀本體(11)的上表面氣壓大于環(huán)狀本體(11)的下表面氣壓。
2.如權(quán)利要求I所述的氣體回流預(yù)防裝置(1)，其特征在于，所述的氣道(12)為通孔(121)，通孔(121)的上開(kāi)口面積小于下開(kāi)口面積。
3.如權(quán)利要求I所述的氣體回流預(yù)防裝置(I)，其特征在于，所述的氣道(12)為上下貫通的槽(122)，槽(122)的上開(kāi)口面積小于下開(kāi)口面積。
4.如權(quán)利要求I所述的氣體回流預(yù)防裝置(I)，其特征在于，所述的氣道(12)為上下貫通的幾何形狀，氣道的上開(kāi)口面積小于下開(kāi)口面積。
5.如權(quán)利要求2所述的氣體回流預(yù)防裝置(I)，其特征在于，所述的環(huán)狀本體(11)的高度大于通孔(121)上孔徑與通孔下孔徑平均值的2倍。
6.如權(quán)利要求3所述的氣體回流預(yù)防裝置(I)，其特征在于，所述的環(huán)狀本體(11)的高度大于槽(122)上槽口寬度與下槽口寬度平均值的2倍。
7.如權(quán)利要求4所述的氣體回流預(yù)防裝置(1)，其特征在于，所述的環(huán)狀本體(11)的高度大于幾何形狀上開(kāi)口尺寸與下開(kāi)口尺寸的平均值的2倍。
8.如權(quán)利要求I所述的氣體回流預(yù)防裝置(I)，其特征在于，所述的氣道(12)垂直設(shè)置在環(huán)狀本體(11)中。
9.如權(quán)利要求I所述的氣體回流預(yù)防裝置(I)，其特征在于，所述的氣道(12)斜置在環(huán)狀 本體(11)中，與環(huán)狀本體(11)構(gòu)成夾角。
10.如權(quán)利要求I所述的氣體回流預(yù)防裝置(1)，其特征在于，所述環(huán)狀本體(11)由金屬材料制成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種氣體回流預(yù)防裝置，設(shè)置在等離子體刻蝕設(shè)備的反應(yīng)腔內(nèi)，反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)置有晶片基座，所述的氣體回流預(yù)防裝置套置在晶片基座外，其特點(diǎn)是，氣體回流預(yù)防裝置設(shè)為環(huán)狀本體，環(huán)狀本體上間隔設(shè)置多個(gè)氣道，氣道的上開(kāi)口小于下開(kāi)口；氣道可垂直設(shè)置在環(huán)狀本體中，也可以斜置在環(huán)狀本體中與環(huán)狀本體構(gòu)成夾角。使用本發(fā)明氣體回流預(yù)防裝置的等離子體刻蝕設(shè)備實(shí)施博世工藝時(shí)，在兩種氣體切換時(shí)，能夠防止前一種氣體通過(guò)氣道回流到反應(yīng)腔上部空間與后一種氣體混合，從而減短兩種氣體的切換間隔時(shí)間，減小博世工藝中形成的扇貝狀側(cè)墻，提高產(chǎn)品刻蝕質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)H01J37/02GK102856146SQ20121037184
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者周旭升, 倪圖強(qiáng) 申請(qǐng)人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司