本發(fā)明涉及等離子體刻蝕裝置與方法，尤其硅通孔（TSV，即Through-Silicon Via）的等離子體刻蝕裝置與方法。

背景技術(shù)：

典型的硅通孔制作工藝通常包括多個(gè)步驟：（a）在硅基片的硅材料層上形成光刻膠圖案；（b）以光刻膠圖案為掩模，等離子體刻蝕硅材料層，以在硅材料層內(nèi)初步形成硅通孔；（c）去除殘余的光刻膠圖案；（d）在無(wú)掩模保護(hù)的狀態(tài)下，全局等離子體刻蝕硅材料層，以減薄硅通孔使其達(dá)到預(yù)定的高度。

上述的每一步驟都需要在特定的處理裝置中執(zhí)行。比如，步驟（a）通常在一光刻設(shè)備中執(zhí)行；步驟（b）通常在一電感耦合等離子（ICP，Inductive Coupled Plasma）處理裝置中執(zhí)行；步驟（c）通常在一灰化（ashing）裝置中執(zhí)行；步驟（d）通常在另一等離子體處理裝置中執(zhí)行。也就是說(shuō)，在整個(gè)硅通孔制作過(guò)程中，硅基片需要在上述不同的處理裝置之間來(lái)回傳送。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種硅通孔刻蝕裝置，該硅通孔刻蝕裝置能夠連續(xù)執(zhí)行硅通孔制作工藝中的多個(gè)（本發(fā)明中，在未作特別說(shuō)明時(shí)，“多個(gè)”均指的是兩個(gè)或更多）相鄰步驟，這些相鄰步驟（如前面列舉的步驟（b）至步驟（d））在現(xiàn)有技術(shù)中原本需要在不同處理裝置中完成。

本發(fā)明的另一目的是提供一種刻蝕形成硅通孔的方法，該方法中的多個(gè)相鄰步驟能夠在同一處理裝置中實(shí)施，從而減少了硅基片在硅通孔制作過(guò)程中被轉(zhuǎn)移的次數(shù)。

本發(fā)明的又一目的是提供一種硅通孔刻蝕裝置，該硅通孔刻蝕裝置能夠執(zhí)行硅通孔制作工藝中的多個(gè)步驟，這些步驟（如前面列舉的步驟（b）與步驟（d））在現(xiàn)有技術(shù)中原本需要在不同處理裝置中完成，從而減少了整個(gè)硅通孔制作工藝中要應(yīng)用到的設(shè)備的數(shù)量。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種在硅基片的背面刻蝕形成硅通孔的方法，包括：

將硅基片以背面朝上的方式放置于等離子體刻蝕裝置的反應(yīng)腔中，所述硅基片背面的硅材料層的上方形成有硬掩膜層，所述硬掩膜層上方形成有光刻膠圖案；

以所述光刻膠圖案為掩模，刻蝕所述硬掩膜層，以形成硬掩膜圖案；

去除殘余的光刻膠圖案；

以所述硬掩膜圖案以掩模，刻蝕下方的硅材料層，以初步形成硅通孔；

去除殘余的硬掩膜圖案；

全局刻蝕所述硅材料層；

將硅基片移出所述反應(yīng)腔。

可選的，所述反應(yīng)腔內(nèi)至少包括：與供氣裝置相連的進(jìn)氣區(qū)、待處理的硅基片所在的處理區(qū)，所述進(jìn)氣區(qū)與處理區(qū)之間設(shè)置有氣體聚焦環(huán)，所述氣體聚焦環(huán)的中央設(shè)置有開(kāi)口，所述開(kāi)口作為氣體自所述進(jìn)氣區(qū)流通至所述處理區(qū)的通道；

所述開(kāi)口的大小在硅基片的處理過(guò)程中可調(diào)節(jié)；

在所述全局刻蝕階段所述開(kāi)口的尺寸小于在所述初步形成硅通孔階段或形成硬掩膜圖案階段或所述去除殘余的硬掩膜圖案階段所述開(kāi)口的尺寸。

可選的，用于支撐硅基片的基座的周緣設(shè)置有可在豎直方向上升降的邊緣環(huán)；

所述氣體聚焦環(huán)的所述開(kāi)口的大小可通過(guò)下面方法來(lái)調(diào)節(jié)：

需要較大的開(kāi)口尺寸時(shí)，使所述邊緣環(huán)保持在所述基座；

需要較小的開(kāi)口尺寸時(shí)，使所述邊緣環(huán)升高至某一高度，以使得所述邊緣環(huán)可遮蓋所述開(kāi)口的一部分空間。

可選的，用于支撐硅基片的基座的周緣設(shè)置有可在豎直方向上升降的邊緣環(huán)；

在所述初步形成硅通孔階段或形成硬掩膜圖案階段，所述邊緣環(huán)保持在所述基座；

在所述全局刻蝕階段，所述邊緣環(huán)保持在一明顯高于基座的高度。

可選的，所述邊緣環(huán)在全局刻蝕階段中的高度比在初步形成硅通孔階段或形成硬掩膜圖案階段中的高度高5mm-15mm。

可選的，最終形成的硅通孔大致呈上寬下窄的錐形或梯形。

可選的，以灰化的方法去除殘余的光刻膠圖案。

可選的，形成硬掩膜圖案的步驟、初步形成硅通孔的步驟、去除殘余硬掩膜圖案的步驟，以及全局刻蝕硅材料層的步驟均以等離子體刻蝕的方式來(lái)實(shí)施。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種等離子體刻蝕形成硅通孔的方法，包括：

將硅基片放置于等離子體刻蝕裝置的反應(yīng)腔中，所述硅基片的硅材料層上方形成有圖案化的掩模；所述反應(yīng)腔內(nèi)至少包括：與供氣裝置相連的進(jìn)氣區(qū)、待處理的硅基片所在的處理區(qū)，所述進(jìn)氣區(qū)與處理區(qū)之間設(shè)置有氣體聚焦環(huán)，所述氣體聚焦環(huán)的中央設(shè)置有開(kāi)口，所述開(kāi)口作為氣體自所述進(jìn)氣區(qū)流通至所述處理區(qū)的通道；所述開(kāi)口的大小在硅基片的處理過(guò)程中可調(diào)節(jié)；

在所述氣體聚焦環(huán)的所述開(kāi)口保持在第一尺寸的狀態(tài)下，等離子體刻蝕所述硅材料層，以在所述硅材料層內(nèi)初步形成硅通孔；

去除殘余的掩模；

在所述氣體聚焦環(huán)的所述開(kāi)口保持在第二尺寸的狀態(tài)下，全局刻蝕所述硅材料層，所述第二尺寸小于所述第一尺寸；

將硅基片移出所述反應(yīng)腔。

可選的，所述掩模包括硬掩膜圖案。

可選的，用于支撐硅基片的基座的周緣設(shè)置有可在豎直方向上升降的邊緣環(huán)；

所述氣體聚焦環(huán)的所述開(kāi)口的大小可通過(guò)下面方法來(lái)調(diào)節(jié)：

需要較大的開(kāi)口尺寸時(shí)，使所述邊緣環(huán)保持在所述基座；

需要較小的開(kāi)口尺寸時(shí)，使所述邊緣環(huán)升高至某一高度，以使得所述邊緣環(huán)可遮蓋所述開(kāi)口的一部分空間。

根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供一種等離子體刻蝕形成硅通孔的方法，包括：

將硅基片放置于等離子體刻蝕裝置的反應(yīng)腔中，所述硅基片的硅材料層上方形成有圖案化的掩模；所述反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)置有用于放置硅基片的基座，以及環(huán)繞硅基片設(shè)置的、可升降的邊緣環(huán)；

在所述邊緣環(huán)保持在基座處的狀態(tài)下，等離子體刻蝕所述硅材料層，以在所述硅材料層內(nèi)初步形成硅通孔；

去除殘余的掩模；

在所述邊緣環(huán)保持在一明顯高于基座的高度的狀態(tài)下，全局等離子體刻蝕所述硅材料層；

將硅基片移出所述反應(yīng)腔。

可選的，所述掩模包括硬掩膜圖案。

可選的，所述邊緣環(huán)在全局等離子體刻蝕步驟中的高度比在初步形成硅通孔步驟中的高度高5mm-15mm。

根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供一種硅通孔刻蝕裝置，包括：

由多個(gè)壁圍合而成的反應(yīng)腔，所述反應(yīng)腔至少被分為三個(gè)區(qū)域，即：（1）進(jìn)氣區(qū)，與供氣裝置相連，以使氣體可進(jìn)入所述反應(yīng)腔；（2）處理區(qū)，待處理的硅基片設(shè)置于所述處理區(qū)，所述處理區(qū)與進(jìn)氣區(qū)相連，以使氣體可自所述進(jìn)氣區(qū)擴(kuò)散至處理區(qū)；（3）排氣區(qū)，與所述處理區(qū)以及排氣裝置相連，以使氣體可自處理區(qū)通過(guò)所述排氣裝置排出至所述反應(yīng)腔外；

等離子體產(chǎn)生裝置，用于作用至反應(yīng)腔內(nèi)的氣體，以產(chǎn)生處理過(guò)程中所需的等離子體；

氣體聚焦環(huán)，設(shè)置于所述進(jìn)氣區(qū)與所述處理區(qū)之間，所述氣體聚焦環(huán)的中央設(shè)置有開(kāi)口，所述開(kāi)口作為氣體自所述進(jìn)氣區(qū)流通至所述處理區(qū)的通道；所述開(kāi)口的大小在硅基片的處理過(guò)程中可調(diào)節(jié)；

控制裝置，用于對(duì)硅通孔刻蝕的過(guò)程進(jìn)行控制；在等離子體刻蝕被掩模保護(hù)的硅材料層以初步形成硅通孔的步驟中，所述控制裝置控制所述氣體聚焦環(huán)的所述開(kāi)口保持在第一尺寸；在初步形成硅通孔步驟后的全局等離子體刻蝕無(wú)掩模保護(hù)的硅材料層的步驟中，所述控制裝置控制所述氣體聚焦環(huán)的所述開(kāi)口保持在第二尺寸，所述第二尺寸小于所述第一尺寸。

可選的，用于支撐硅基片的基座的周緣設(shè)置有可在豎直方向上升降的邊緣環(huán)；

所述控制裝置通過(guò)控制所述邊緣環(huán)的升降來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)所述氣體聚焦環(huán)的所述開(kāi)口的尺寸大小的調(diào)節(jié)：

需要較大的開(kāi)口尺寸時(shí)，所述控制裝置控制所述邊緣環(huán)保持在所述基座；

需要較小的開(kāi)口尺寸時(shí)，所述控制裝置控制所述邊緣環(huán)升高至某一高度，以使得所述邊緣環(huán)可遮蓋所述開(kāi)口的一部分空間。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種硅通孔刻蝕裝置，包括：

可被抽真空的、氣密的反應(yīng)腔；

位于所述反應(yīng)腔內(nèi)、用于放置硅基片的基座；

環(huán)繞硅基片設(shè)置的、可升降的邊緣環(huán)；

供氣裝置，與所述反應(yīng)腔相連，用于向所述反應(yīng)腔提供氣體；

等離子體產(chǎn)生裝置，用于作用至反應(yīng)腔內(nèi)的氣體，以產(chǎn)生處理過(guò)程中所需的等離子體；

控制裝置，用于對(duì)硅通孔刻蝕的過(guò)程進(jìn)行控制；在等離子體刻蝕被掩模保護(hù)的硅材料層以初步形成硅通孔的步驟中，所述控制裝置控制所述邊緣環(huán)保持在基座處；在初步形成硅通孔步驟后的全局等離子體刻蝕無(wú)掩模保護(hù)的硅材料層的步驟中，所述控制裝置控制所述邊緣環(huán)保持在一明顯高于基座的高度。

可選的，所述邊緣環(huán)在全局等離子體刻蝕步驟中的高度比在初步形成硅通孔步驟中的高度高5mm-15mm。

可選的，還包括氣體聚焦環(huán)，所述氣體聚焦環(huán)的中央設(shè)置有開(kāi)口，所述開(kāi)口作為氣體自所述供氣裝置流通至所述基座的通道。

可選的，在全局等離子體刻蝕步驟中，所述控制裝置控制所述邊緣環(huán)維持于與氣體聚焦環(huán)齊平的高度或者使所述邊緣環(huán)緊貼所述氣體聚焦環(huán)的下表面，以使得所述邊緣環(huán)可遮蓋所述開(kāi)口的一部分空間。

附圖說(shuō)明

圖1與圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的硅通孔刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明另一實(shí)施例的硅通孔刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4至圖9是本發(fā)明一實(shí)施例的刻蝕形成硅通孔的方法的示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明等離子體刻蝕形成硅通孔的方法與硅通孔刻蝕裝置進(jìn)行說(shuō)明。需強(qiáng)調(diào)的是，這里僅是示例型的闡述，不排除有其它利用本發(fā)明的實(shí)施方式。

作為一種較常見(jiàn)的高深寬比結(jié)構(gòu)，硅通孔通常具有較大的深度（幾百至上千微米），因而通常會(huì)采用刻蝕速率較快的電感耦合等離子（ICP）處理裝置來(lái)實(shí)施主要的刻蝕步驟。硅通孔制作工藝的主要刻蝕步驟通常包括：局部等離子體刻蝕以初步形成硅通孔的步驟〈相當(dāng)于前面所說(shuō)的步驟（b）〉與全局等離子體刻蝕的步驟〈相當(dāng)于前面所說(shuō)的步驟（d）〉。

在上述的局部刻蝕前，通常會(huì)預(yù)先在待刻蝕的硅材料層上形成圖形化的光刻膠層或硬掩膜層（該圖形化的光刻膠層或硬掩膜層可被稱為光刻膠圖案或硬掩膜圖案）。在局部刻蝕過(guò)程中，利用該圖形化的光刻膠層或硬掩模層作為掩模，然后以合適的工藝氣體產(chǎn)生等離子體并將其用到未被掩模保護(hù)的硅材料區(qū)域，從而刻蝕出硅通孔。由于通常需要圖形化的光刻膠層或硬掩膜層來(lái)作為保護(hù)層，上述局部刻蝕步驟/制程在本發(fā)明的說(shuō)明書中根據(jù)需要有時(shí)也會(huì)被稱為圖形刻蝕步驟/制程，或者掩模刻蝕步驟/制程。

在初步刻蝕出硅通孔之后，通常還需要再執(zhí)行不需要掩模的全局刻蝕〈也可稱之為無(wú)圖形刻蝕（blanket etching）〉制程以對(duì)所形成的硅通孔進(jìn)行減薄以最終形成所希望深度的硅通孔。

若利用針對(duì)掩?？涛g制程而設(shè)計(jì)或配置的等離子體刻蝕裝置，執(zhí)行上述全局刻蝕制程，通常會(huì)發(fā)生基片邊緣區(qū)域的刻蝕速率明顯快于中央?yún)^(qū)域的情形，這將造成整個(gè)基片范圍內(nèi)各硅通孔結(jié)構(gòu)在被減薄深度、頂部特征尺寸和底部特征尺寸等各方面的不一致，進(jìn)而影響產(chǎn)品良率。因而，通常會(huì)在不同的刻蝕裝置中分別實(shí)施上述掩模刻蝕和全局刻蝕制程；但這會(huì)造成成本的增加（因?yàn)樾枰?gòu)置兩臺(tái)不同的刻蝕裝置）。

針對(duì)上述缺陷，本發(fā)明在硅通孔刻蝕裝置中的反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)置一開(kāi)口寬度可調(diào)節(jié)的氣體聚焦環(huán)，在不同的應(yīng)用場(chǎng)景（如，全局刻蝕制程或掩模刻蝕制程）中該氣體聚焦環(huán)的開(kāi)口寬度可進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，從而使得在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中其均可保證或改善刻蝕的均勻性。

圖1與圖2是本發(fā)明一實(shí)施例中的硅通孔刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。該硅通孔刻蝕裝置典型地為一電感耦合等離子處理裝置，如圖1和圖2所示，其包括由各個(gè)壁圍成的、氣密的反應(yīng)腔10。反應(yīng)腔10頂部具有絕緣蓋板11，底部設(shè)置有用于夾持待處理基片W的基座14。

與設(shè)置于反應(yīng)腔外的供氣裝置（圖中未示；其可包括氣體源、進(jìn)氣管道與流量控制裝置等）相連的進(jìn)氣口12設(shè)置在反應(yīng)腔的側(cè)壁上，以供工藝氣體進(jìn)入反應(yīng)腔10。在其它實(shí)施例中，進(jìn)氣口也可設(shè)置在絕緣蓋板11上。

排氣口（圖中未示）通?？稍O(shè)置在反應(yīng)腔10的底壁上。排氣口可與反應(yīng)腔外的排氣裝置（如，泵）相連，以在抽氣裝置的作用下使得反應(yīng)后的工藝氣體可持續(xù)排出，從而使得反應(yīng)腔可維持在特定的氣壓范圍內(nèi)；反應(yīng)后生成雜質(zhì)的持續(xù)排出也可避免或降低基片遭受污染的風(fēng)險(xiǎn)。

絕緣蓋板11上設(shè)置有電感耦合線圈13，該線圈13通過(guò)匹配器（圖中未示）與射頻源（圖中未示）連接。通過(guò)在線圈13中通入射頻電流產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，進(jìn)而在反應(yīng)腔10內(nèi)感生出電場(chǎng)，將工藝氣體電離生成等離子體。因而，這里的線圈13、匹配器與射頻源等可被統(tǒng)稱為等離子體產(chǎn)生裝置。

進(jìn)氣口12的下方設(shè)置有內(nèi)徑為ΦD1的氣體聚焦環(huán)16（內(nèi)徑ΦD1即氣體聚焦環(huán)16中央?yún)^(qū)域設(shè)置的開(kāi)口的寬度或直徑）。氣體聚集環(huán)16可由鋁合金材料制成。氣體聚焦環(huán)16根據(jù)其內(nèi)徑大小可對(duì)進(jìn)氣口12附近的工藝氣體及其等離子體分布進(jìn)行約束。

氣體聚焦環(huán)16的設(shè)置使得自進(jìn)氣口12進(jìn)入的氣體以及由該氣體電離產(chǎn)生的等離子體與中性基（radical）都必須經(jīng)氣體聚焦環(huán)16的開(kāi)口才能到達(dá)基片表面，實(shí)現(xiàn)對(duì)基片的處理加工。反應(yīng)后的氣體以及部分來(lái)不及參與反應(yīng)的氣體都會(huì)自基座14周邊的通道向下自排氣口排出。由上述對(duì)氣體流通路徑的分析，可大體將反應(yīng)腔10的內(nèi)部空間劃分為三個(gè)區(qū)域：（1）位于氣體聚焦環(huán)16上方的進(jìn)氣區(qū)；（2）位于氣體聚焦環(huán)16與基片W之間的處理區(qū)；（3）位于基片W下方的排氣區(qū)。

覆蓋環(huán)15設(shè)于基片W的周圍，用于保護(hù)基座14免受等離子體轟擊而損傷。同樣設(shè)置在基片W周圍、并可升降的邊緣環(huán)17位于覆蓋環(huán)15上方。邊緣環(huán)17可為由例如陶瓷等絕緣材料制成。邊緣環(huán)17具有較小（相對(duì)于氣體聚焦環(huán)16的內(nèi)徑ΦD1而言）的內(nèi)徑ΦD2。在圖示的實(shí)施例中，邊緣環(huán)17的內(nèi)徑ΦD2小于基片W的直徑，因而，部分邊緣環(huán)17會(huì)延伸到基片W的正上方。在其它實(shí)施例中，邊緣環(huán)17的內(nèi)徑ΦD2也可稍大于基片W的直徑，這樣，邊緣環(huán)17即便在降至最低位置處時(shí)，也不會(huì)遮蓋到基片W。

邊緣環(huán)17的升降由驅(qū)動(dòng)單元18驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)單元18對(duì)邊緣環(huán)17的驅(qū)動(dòng)以及整個(gè)刻蝕流程中的過(guò)程控制，均由一控制裝置（圖中未示）來(lái)控制。當(dāng)需要進(jìn)行全局刻蝕制程時(shí)，在控制裝置的控制下，驅(qū)動(dòng)單元18使邊緣環(huán)17接近氣體聚焦環(huán)16（如圖2所示狀態(tài)）。由于邊緣環(huán)17內(nèi)徑較小，氣體聚焦環(huán)16所通過(guò)的工藝氣體和等離子體被限制在邊緣環(huán)17范圍內(nèi)，由此可阻止或抑制等離子體接觸基片周緣，降低基片邊緣的刻蝕速率。當(dāng)需要進(jìn)行掩?？涛g制程時(shí)，在控制裝置的控制下，驅(qū)動(dòng)單元18會(huì)使邊緣環(huán)17接近基座14表面（如圖1所示狀態(tài)），氣體聚焦環(huán)16使得工藝氣體及等離子體能夠在較大范圍內(nèi)擴(kuò)散下降。

在其它實(shí)施例中，邊緣環(huán)17的外徑可小于或大致等于氣體聚焦環(huán)16的內(nèi)徑ΦD1，這樣，邊緣環(huán)17在上升至氣體聚焦環(huán)16高度時(shí)，邊緣環(huán)17將不再停止于氣體聚焦環(huán)16的下表面，而能夠進(jìn)一步進(jìn)入至氣體聚焦環(huán)16的開(kāi)口內(nèi)。在全局刻蝕制程中，將邊緣環(huán)17維持在氣體聚焦環(huán)16的開(kāi)口內(nèi)或該位置的附近，同樣可實(shí)現(xiàn)較佳的工藝結(jié)果。

圖3是本發(fā)明另一實(shí)施例中的硅通孔刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，該硅通孔刻蝕裝置包括反應(yīng)腔20。反應(yīng)腔20上方具有絕緣蓋板21，絕緣蓋板21通常為陶瓷介電材料。反應(yīng)腔側(cè)壁靠近頂部處設(shè)有用于向反應(yīng)腔20內(nèi)部輸入工藝氣體的進(jìn)氣口22。反應(yīng)腔20底部設(shè)置有用于夾持待處理基片W的基座24（通?？蔀殪o電夾盤）。在絕緣蓋板21的外側(cè)上方配置電感耦合線圈23，通過(guò)圖中未示出的射頻源向線圈23提供射頻電流在反應(yīng)腔20內(nèi)感生出電場(chǎng)，以此對(duì)由進(jìn)氣口22引入到腔室內(nèi)的工藝氣體進(jìn)行電離并產(chǎn)生等離子體，以對(duì)基片W進(jìn)行刻蝕等處理。此外，本實(shí)施例中，進(jìn)氣口22是形成在反應(yīng)腔20的側(cè)壁靠近絕緣蓋板處，但在其他實(shí)施例中其也可以是形成于絕緣蓋板中，本發(fā)明并不加以限制。

在基片W外周側(cè)環(huán)繞設(shè)有環(huán)組件。如圖所示，環(huán)組件可包括至少兩個(gè)部分：聚焦環(huán)25a和邊緣環(huán)25b。聚焦環(huán)25a圍繞基片W的外周緣而固定設(shè)置，其內(nèi)徑大于基片W的外徑，以在基片W周圍提供一個(gè)相對(duì)封閉環(huán)境的同時(shí)防止對(duì)基片W邊緣區(qū)域的遮蔽。邊緣環(huán)25b以可移動(dòng)/可升降地方式設(shè)置在聚焦環(huán)25a之上，其截面形狀可以是矩形或梯形，但其內(nèi)徑大于聚焦環(huán)25a的內(nèi)徑（在圖中所示實(shí)施例中，聚焦環(huán)25a的內(nèi)徑大致與基座24的外徑相當(dāng)，邊緣環(huán)25b的內(nèi)徑明顯大于基座24的外徑）。因此，邊緣環(huán)25b內(nèi)周緣至基片W的最小水平距離要大于聚焦環(huán)25a內(nèi)周緣至基片W的水平距離。當(dāng)邊緣環(huán)25b截面形狀為矩形時(shí)，該矩形的寬度約為腔室20半徑的1/4至2/3，能夠達(dá)到更好的等離子體調(diào)節(jié)的效果。聚焦環(huán)25a和邊緣環(huán)25b均為例如陶瓷等絕緣材料制成。邊緣環(huán)25b通過(guò)支撐桿26定位于聚焦環(huán)25a的表面之上。支撐桿26較佳為沿邊緣環(huán)25b的周向均勻分布為多個(gè)，如三個(gè)。每個(gè)支撐桿26的一端與邊緣環(huán)25b固定連接，另一端連接驅(qū)動(dòng)單元27。本實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)單元27設(shè)于反應(yīng)腔20外部，其可包含電機(jī)、氣缸等設(shè)備，用于使支撐桿26與邊緣環(huán)25b在垂直方向升降以使邊緣環(huán)25b接近或遠(yuǎn)離基片W。具體來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)單元27驅(qū)動(dòng)邊緣環(huán)25b在垂直方向上的第一位置和第二位置之間移動(dòng)，并根據(jù)需要將邊緣環(huán)25b定位于第一位置或第二位置。與前面圖1與圖2所對(duì)應(yīng)的實(shí)施例相類似，驅(qū)動(dòng)單元27對(duì)邊緣環(huán)25b的驅(qū)動(dòng)以及整個(gè)刻蝕流程中的過(guò)程控制，均由一控制裝置（圖中未示）來(lái)控制。

當(dāng)邊緣環(huán)25b定位于第一位置時(shí)，其接觸聚焦環(huán)25a，配合該聚焦環(huán)25a共同調(diào)節(jié)基片附近的工藝氣體及其等離子體的分布。具體來(lái)說(shuō)，該兩個(gè)部分形成一個(gè)整體的環(huán)組件，并以聚焦環(huán)25a起到主要的等離子體收斂作用，如圖中實(shí)線箭頭所示，邊緣環(huán)25b對(duì)基片邊緣的遮蔽作用非常小甚至未產(chǎn)生遮蔽作用，因此當(dāng)邊緣環(huán)25b定位于第一位置時(shí)，可進(jìn)行掩?？涛g制程，基片W表面附近的等離子體密度不易受到邊緣環(huán)25b的影響，基片W邊緣區(qū)域所刻蝕出的硅通孔的剖面形貌得以保證。

較佳的，如圖所示，聚焦環(huán)25a具有主體部（未標(biāo)示）和突出部251，該突出部251以狹窄的環(huán)形結(jié)構(gòu)突出于在主體部的上表面，環(huán)繞于基片W的外周側(cè)。邊緣環(huán)25b可移動(dòng)地設(shè)置在聚焦環(huán)25a的突出部251的外周側(cè)，當(dāng)其定位于第一位置時(shí)，其下表面與聚焦環(huán)25a的主體部的上表面接觸，由此邊緣環(huán)25b嵌入聚焦環(huán)25a，其突出于聚焦環(huán)25a的部分更少，對(duì)基片邊緣等離子體的遮蔽作用也更小。更佳的，邊緣環(huán)25b的上表面與突出部251的上表面平齊，如此在進(jìn)行硅通孔的掩?？涛g制程時(shí)，邊緣環(huán)25b完全不對(duì)基片W邊緣區(qū)域的等離子體密度產(chǎn)生影響。

當(dāng)邊緣環(huán)25b定位于第二位置時(shí)，其距離聚焦環(huán)25a主體部上表面約5~15mm，如圖3中虛線箭頭所示，可以有效的阻擋反應(yīng)腔內(nèi)的自由基對(duì)基片邊緣的刻蝕，起到遮蔽或者說(shuō)抑制等離子體接觸基片W周緣的作用。此時(shí)通過(guò)邊緣環(huán)25b能夠減小基片邊緣處的工藝氣體及等離子體分布，降低基片邊緣處的刻蝕速率，進(jìn)而保證了整個(gè)基片表面的刻蝕均勻性。因此，當(dāng)邊緣環(huán)25b定位于第二位置時(shí)，可較佳地進(jìn)行全局刻蝕制程。

為防止基片W在等離子體處理過(guò)程中飛出，突出部251可突出于基片上表面1~3mm，用于阻擋基片飛出。在其它實(shí)施例中，聚焦環(huán)25a也可以不設(shè)置突出部但整個(gè)上表面突出于基片W上表面1~3mm以防止基片飛出。

此外，反應(yīng)腔20內(nèi)還可進(jìn)一步包括氣體聚集環(huán)28，其水平設(shè)置于進(jìn)氣口22的下方，根據(jù)其內(nèi)徑大小可對(duì)進(jìn)氣口22附近的工藝氣體及其等離子體分布進(jìn)行約束。氣體聚集環(huán)28可由鋁合金材料制成。反應(yīng)腔20內(nèi)還包括絕緣環(huán)29，其環(huán)繞于基座24。聚焦環(huán)25a固定設(shè)置于絕緣環(huán)29之上并覆蓋絕緣環(huán)29的上表面，由此絕緣環(huán)29可起到固定和支撐聚焦環(huán)25a的作用。其中，絕緣環(huán)29的橫截面形狀可以是L形或矩形，本發(fā)明并不加以限制。絕緣環(huán)29的內(nèi)側(cè)壁與基座24的外側(cè)壁盡可能的緊密貼合，防止等離子體侵入至基座24的表面上，保護(hù)基座24免受損傷。絕緣環(huán)29可采用陶瓷或石英等絕緣材料形成。

說(shuō)明一點(diǎn)，將邊緣環(huán)25b抬升至氣體聚集環(huán)28處（即邊緣環(huán)25b的上表面緊貼氣體聚集環(huán)28的下表面），同樣可實(shí)現(xiàn)較佳的全局刻蝕效果。其工作的機(jī)理類似于圖2實(shí)施例，這里不再贅述。

圖4是依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的等離子體刻蝕形成硅通孔的方法的流程圖。該方法中的相鄰多個(gè)步驟可在同一等離子體處理裝置中被連續(xù)執(zhí)行，從而可減少基片在整個(gè)硅通孔制作過(guò)程中被轉(zhuǎn)移的次數(shù)。

可先執(zhí)行如圖4中所示的步驟S1：形成光刻膠圖案?？衫脩T常使用的光刻系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。形成光刻膠圖案的過(guò)程通?？砂ǎ阂孕康姆绞皆诨恼麄€(gè)表面形成一光刻膠層；對(duì)該光刻膠層進(jìn)行曝光、顯影，以形成具有開(kāi)口的光刻膠圖案。

通常都是在硅基片的正面已形成好各半導(dǎo)體層310（如圖5所示）與各功能元件（圖中未示；可以是晶體管等）后，才會(huì)開(kāi)始在硅基片的背面形成硅通孔的工藝。在一個(gè)具體實(shí)施例中，為減少所需光刻膠的厚度，可先在硅材料層300上形成一硬掩膜層320，如圖5所示。與光刻膠相比，該硬掩膜層320相對(duì)硅材料層300具有更大的刻蝕選擇比。該硬掩膜層320的材質(zhì)可以是常用的氧化物層，如氧化硅或氮氧化硅等。而后，在該硬掩膜層320上方形成光刻膠圖案342，光刻膠圖案342內(nèi)具有開(kāi)口345，開(kāi)口345的位置與待形成的硅通孔的位置相對(duì)應(yīng)。

執(zhí)行如圖4中所示的步驟S2：等離子體刻蝕形成硬掩膜圖案。可在前面實(shí)施例所給出的任一硅通孔刻蝕裝置中來(lái)實(shí)施該步驟。為獲得較佳的硬掩膜圖案，可將對(duì)應(yīng)的硅通孔刻蝕裝置調(diào)節(jié)為針對(duì)掩?？涛g制程的掩模刻蝕模式。刻蝕形成硬掩膜層圖案的過(guò)程中，作為掩模的光刻膠圖案通常不會(huì)被完全損耗而通常會(huì)殘留一部分。

該等離子體刻蝕形成硬掩膜層的具體過(guò)程通?？砂ǎ簩⒐杌员趁娉系姆绞椒胖糜诳涛g裝置的反應(yīng)腔中，并使該刻蝕裝置處于掩?？涛g模式；而后，在合適的反應(yīng)腔環(huán)境條件（包括溫度、氣壓等）下，通入工藝氣體用以刻蝕硬掩膜層，從而形成硬掩膜圖案。通入的該工藝氣體的成分為針對(duì)該硬掩膜層的材質(zhì)而設(shè)計(jì)。同時(shí)，為避免該刻蝕過(guò)程對(duì)下方硅材料層的誤損傷，通入的該工藝氣體對(duì)硅較遲鈍（即，對(duì)硅材料層的刻蝕速率很慢）。

本步刻蝕結(jié)束所形成的硬掩膜圖案322與位于硬掩膜圖案322內(nèi)的開(kāi)口325，可如圖6中所示。

執(zhí)行如圖4中所示的步驟S3：去除殘留的光刻膠圖案。

傳統(tǒng)的去除光刻膠的方法通常為灰化（ashing），采用的裝置通常為專用的灰化裝置。將表面附著有光刻膠的基片放入該專用的灰化裝置內(nèi)，而后通入灰化氣體（如氧氣），其中的部分灰化氣體被電離為等離子體（plasma）、中性基（radical）等。對(duì)光刻膠灰化起作用的主要是中性基，等離子體的存在反而可能損傷已形成的半導(dǎo)體層與功能元件，因而，專用的灰化裝置中通常設(shè)置過(guò)濾元件以攔截等離子體，而只允許灰化氣體攜帶中性基到達(dá)光刻膠。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可不采用上述專用的灰化裝置，而是繼續(xù)利用上述用于完成硬掩膜層刻蝕的硅通孔刻蝕裝置來(lái)執(zhí)行灰化制程。即，在上述硅通孔刻蝕裝置的反應(yīng)腔內(nèi)完成步驟S2（刻蝕形成硬掩膜圖案）后，并不將硅基片移出該反應(yīng)腔，而是繼續(xù)利用該硅通孔刻蝕裝置執(zhí)行灰化制程（即，步驟S3）。具體過(guò)程可包括：通入灰化氣體（如氧氣）至該反應(yīng)腔；利用等離子體產(chǎn)生裝置將至少部分灰化氣體電離，以形成中性基與等離子體等；使攜帶中性基與等離子體的灰化氣體流動(dòng)至硅基片背面，實(shí)現(xiàn)對(duì)殘留光刻膠圖案的灰化。灰化過(guò)程中存在的等離子體同樣可抵達(dá)硅基片背面，從而可能對(duì)硅基片背面產(chǎn)生腐蝕作用。但是，由于硅基片背面此刻并不存在功能元件與真正起作用的半導(dǎo)體層，因而，硅基片背面的損傷或者缺陷并無(wú)大礙。更何況，后續(xù)對(duì)硅基片背面的減薄步驟也會(huì)同時(shí)消除該缺陷。

利用上述硅通孔刻蝕裝置來(lái)實(shí)施上述灰化制程時(shí)，可令其維持在針對(duì)掩?？涛g制程的掩?？涛g模式，以減少刻蝕模式切換的頻率。

去除殘留的光刻膠圖案這一步驟結(jié)束后，所獲得的器件結(jié)構(gòu)可如圖7所示。

執(zhí)行如圖4中所示的步驟S4：掩?？涛g以初步形成硅通孔。

在一個(gè)實(shí)施例中，可繼續(xù)將硅基片保持在該硅通孔刻蝕裝置的該反應(yīng)腔內(nèi)，以完成該刻蝕以初步形成硅通孔的步驟。為獲得較佳的硅通孔刻蝕結(jié)果，可將對(duì)應(yīng)的硅通孔刻蝕裝置調(diào)節(jié)為針對(duì)掩模刻蝕制程的掩?？涛g模式。在該步驟中，通入的工藝氣體的成分為針對(duì)硅材料層而設(shè)計(jì)，并對(duì)作為掩模的硬掩膜圖案具有極低的刻蝕速率；例如，在一個(gè)實(shí)施例中，選定的工藝氣體對(duì)硬掩膜圖案與硅材料層的刻蝕選擇比可為1:100或更低。本步刻蝕結(jié)束時(shí)，硬掩膜圖案通常不被完全消耗，而會(huì)殘留一部分。

說(shuō)明一點(diǎn)，“初步形成硅通孔”這一表述中，“初步”的含義僅在于表示該步驟所形成的硅通孔并不是最終的硅通孔，其在后續(xù)步驟還會(huì)被進(jìn)一步加工處理（例如，以全局刻蝕的方式被整體減薄（步驟S6））。也就是說(shuō)，這里的“初步”絲毫沒(méi)有要限定這里所形成的硅通孔的形貌的意思。

為方便后續(xù)的填充，這里所形成的硅通孔的截面可以是上寬下窄的錐形、梯形或不規(guī)則形狀。

本步刻蝕結(jié)束所獲得的初步的硅通孔305的形貌可如圖8中所示。

執(zhí)行如圖4中所示的步驟S5：去除殘留的硬掩膜圖案。

在一個(gè)實(shí)施例中，可繼續(xù)將硅基片保持在該硅通孔刻蝕裝置的該反應(yīng)腔內(nèi)，以完成該去除殘留硬掩膜圖案的步驟。為本步刻蝕中，可將對(duì)應(yīng)的硅通孔刻蝕裝置調(diào)節(jié)為針對(duì)掩?？涛g制程的掩?？涛g模式，也可將其調(diào)節(jié)為針對(duì)全局刻蝕制程的全局刻蝕模式。經(jīng)驗(yàn)證，上述兩種模式均可實(shí)現(xiàn)符合工藝要求的硬掩膜圖案的去除。但是，比較而言，采用掩?？涛g模式的工藝結(jié)果要稍好于采用全局刻蝕模式的工藝結(jié)果。在該步驟中，通入的工藝氣體的成分為針對(duì)硬掩膜層而設(shè)計(jì)，并對(duì)下方的硅材料層具有較低的刻蝕速率。

本步執(zhí)行結(jié)束時(shí)所獲得的器件結(jié)構(gòu)可如圖9中所示。

最后，執(zhí)行如圖4中所示的步驟S6：全局刻蝕以減薄硅通孔。

在一個(gè)實(shí)施例中，可繼續(xù)將硅基片保持在該硅通孔刻蝕裝置的該反應(yīng)腔內(nèi)，以完成該全局刻蝕以減薄硅通孔的步驟。為獲得較佳的刻蝕形貌，可將對(duì)應(yīng)的硅通孔刻蝕裝置調(diào)節(jié)為針對(duì)全局刻蝕制程的全局刻蝕模式。在該步驟中，通入的工藝氣體的成分為針對(duì)硅材料層而設(shè)計(jì)。

本步刻蝕結(jié)束所獲得的硅通孔的深度已符合設(shè)計(jì)要求。

在上述實(shí)施例中，步驟S2到步驟S6均在同一硅通孔刻蝕裝置內(nèi)執(zhí)行。在其它實(shí)施例中，根據(jù)需要，也可僅選取其中的步驟S4至步驟S6在同一硅通孔刻蝕裝置內(nèi)執(zhí)行。

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。