改进半导体等离子体刻蚀工程特性的聚焦环的制作方法

1.本发明涉及半导体技术领域，具体地涉及改进半导体等离子体刻蚀工程特性的聚焦环。


背景技术：

2.现有技术的半导体晶片工程包括：1、晶片的制作工程；2、在晶片表面上形成氧化膜的氧化工程；3、在制好的晶片上绘制半导体电路的光刻工程；4、制造除了所需电路模型外去除其他部分的形成半导体结构的模型的刻蚀(即，etching)工程；5、在晶片上以薄膜的厚度覆上期望的分子或单位的物质，使其具有电气特性的沉积工程；6、连接导线使元件工作信号不混叠而有效传达的金属配线工程；7、eds测试(即，electrical diesorting)检查代表晶片状态的各个芯片是否达到所需品质水平的测试工程；8、为保护配线、电力供给、直接电路以及接头间的连接不受外部环境的干扰，而进行电气包装的包装工程。
3.等离子体刻蚀工程是将气体通入到腔体中，上下电极产生电压使气体通过阴极时形成等离子体，从而利用该等离子体选择性地对晶片进行刻蚀的工程，其中，等离子体的量和质在该工程中非常重要，阴极和聚焦环会影响该等离子体的量和质。
4.半导体等离子体刻蚀工程用聚焦环是半导体生产中必需的等离子体刻蚀工程的核心部件，因其工程特性，应使用具有耐高温、抗变形、高纯度以及耐化学腐蚀性的优异材料。现有技术中的聚焦环大都采用硅胶材料加工而成，其使用寿命较短，需要每几周或每几个月更换一次硅胶聚焦环。由于刻蚀工程的rf功率(即，radiofrequencypower)持续增加，导致其寿命也随之缩短，因此更换成本问题逐渐成为业界负担。
5.如图1和图2所示，现有技术在等离子气体选择性地对晶片进行刻蚀工程后，在排出副产物的过程中，用于供等离子气体在其中流动的聚焦环10的狭槽11大多沿聚焦环10的轴向贯通，并具有相同尺寸的上部间距和下部间距，使得含有副产物的等离子气体无法均匀且迅速地排出，导致晶片的膜或模型不均匀，由此造成了接触孔无法正常开启以及微负载效应(即，microloading)等诸多问题。
6.此外，在现有的刻蚀工程中，随着半导体模型的精细化程度越来越高，晶片对晶片(即，wafer-to-wafer)的工程重复性(即，repeatability)受到越来越多的关注。为了保持上述工程重复性，在装置新的部件或配件时，需要进行陈化工程，以便使腔体内空气与实际刻蚀工程时保持一致。该陈化工程与实际工程相似，根据生产不同产品的需要，通常要执行数小时以上。相应地，这也增加了不必要的刻蚀工程消耗时间，缩短了部件的使用寿命。
7.因此，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。


技术实现要素：

8.为了解决现有技术中聚焦环无法实现等离子气体均匀且迅速地排出的技术问题，本发明提供了一种改进半导体等离子体刻蚀工程特性的聚焦环。该聚焦环为圆环形，在所述聚焦环的下部形成有沿周向彼此间隔开的多个狭槽，每个所述狭槽沿所述聚焦环的轴向
从上到下逐渐增大或变小，使得所述狭槽具有不同尺寸的上部间距和下部间距，以使等离子气体均匀且迅速地扩散并排出。
9.在上述改进半导体等离子体刻蚀工程特性的聚焦环的优选技术方案中，对所述狭槽的上端部的所有外缘向内进行圆化处理，以使所述等离子气体迅速地扩散并排出。
10.在上述改进半导体等离子体刻蚀工程特性的聚焦环的优选技术方案中，对所述狭槽的所述上端部和相对的下端部的所有外缘向内进行圆化处理，以使所述等离子气体迅速地扩散并排出。
11.在上述改进半导体等离子体刻蚀工程特性的聚焦环的优选技术方案中，所述狭槽的宽度沿所述聚焦环的径向向外逐渐变大。
12.本发明改进半导体等离子体刻蚀工程特性的聚焦环，可使等离子气体在其中流动的狭槽大致沿聚焦环的轴向方向贯通。通过将每个狭槽沿聚焦环的轴向向上逐渐增大或减小，使其具有不同尺寸的上部间距和下部间距，从而使等离子气体均匀且迅速地排出。通过对狭槽的上端部、下端部的外缘向内进行圆化处理，可以进一步提高等离子气体排出的速度。另外，通过将狭槽的宽度沿聚焦环的径向向外逐渐变大，也可以进一步提高等离子气体排出的速度。
13.进一步地，本发明通过布置特定形状的狭槽，可以使等离子气体均匀且迅速地与晶片上的膜及模型进行反应，有效排出刻蚀工程中产生的副产物(即，by-products)，以此突破10nm以下级第二代半导体核心刻蚀工程的技术局限。
14.更进一步地，本发明聚焦环通过省略不必要的陈化工程，均匀而迅速地将等离子体刻蚀工程的副产物有效排出，以缩短刻蚀工程的时间，并且通过将利用特定加工方法实现的聚焦环安装到刻蚀腔而不是通过当前工程条件(压力、组合气体、rf功率等)的组合来对第二代半导体(例如，126级以上的高容量nand存储器)的核心刻蚀工程特性——孔刻蚀均匀性(即，holeetchinguniformity)进行改进。
15.另外，通过上述的设置，本发明聚焦环还可以在最大程度上减少刻蚀工程中出现的不合格品、提高均匀性和省略不必要的陈化工程，以缩短或省略刻蚀工程时间，从而可最大化工作效率，延长聚焦环部件的使用寿命，降低成本。
附图说明
16.下面结合附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：
17.图1是现有技术中聚焦环的透视图；
18.图2是沿图1所示的a-a剖面线获得的剖面图；
19.图3是本发明改进半导体等离子体刻蚀工程特性的聚焦环的实施例的透视图；
20.图4是本发明改进半导体等离子体刻蚀工程特性的聚焦环的实施例的底部透视图；
21.图5是本发明改进半导体等离子体刻蚀工程特性的聚焦环中狭槽形态的第一实施例的纵剖面图；
22.图6是本发明改进半导体等离子体刻蚀工程特性的聚焦环中狭槽形态的第二实施例的纵剖面图；
23.图7是本发明改进半导体等离子体刻蚀工程特性的聚焦环中狭槽形态的实施例的
横剖面图。
24.附图标记列表：
25.10、现有技术的聚焦环；11、现有技术的狭槽；100、聚焦环；110、狭槽；t-d、上部间距；b-d、下部间距；i-d、内部间距；o-d、外部间距；r、圆化。
具体实施方式
26.本发明可增加多种变更内容并且可具有多个实施例，旨在通过附图示出特定实施例并且作出详细说明。应当理解的是，这并不意味着要将本发明限制在特定实施例中，而是包括本发明的思想和技术范围的所有变更、等同物甚至替代物都被包括在内。
27.对于附图，本发明的实施例并未被限制为所示的特定形态，而是为了赋予明确性，具有一定的夸张性。虽然本说明书中使用了一些特定术语，但这是出于为了说明本发明的目的而使用的，而非限定其含义或限制权利要求所述的本发明的权利范围。
28.本说明书中的表达“和/或”用于表示包括前后列出的构成要素中的至少一者。此外，表达“连接/结合”用于表示包括与其他构成要素直接连接或通过其他构成要素间接连接。在本说明书中，在文中没有特殊说明的情况下，单数型也包括复数型。此外，说明书中使用的“包括”或“包括的”所指的构成要素、阶段、动作和元件表示存在或增加一种以上的其他构成要素、阶段、动作和元件。
29.在说明实施例时，对于各层(膜)、区域、模型或结构物形成于基盘、各层(膜)、区域、面板或模型的“上/上端”或“下/下端”上的描述，均包括直接形成或通过其他层形成的情况。基于附图对各层的上/上端或下/下端进行说明。
30.为了解决现有技术中聚焦环无法实现等离子气体均匀且迅速地排出的技术问题，本发明提供了一种改进半导体等离子体刻蚀工程特性的聚焦环100。该聚焦环100为圆环形，在聚焦环100的下部形成有沿周向彼此间隔开的多个狭槽110，每个狭槽110沿聚焦环100的轴向从上到下逐渐增大或变小，使得狭槽110具有不同尺寸的上部间距t-d和下部间距i-d，以使等离子气体均匀且迅速地扩散并排出。
31.下面，参照附图详细地说明本发明的实施例。
32.图3是本发明改进半导体等离子体刻蚀工程特性的聚焦环的实施例的透视图；图4是本发明改进半导体等离子体刻蚀工程特性的聚焦环的实施例的底部透视图；图5是本发明改进半导体等离子体刻蚀工程特性的聚焦环中狭槽形态的第一实施例的纵剖面图；图6是本发明改进半导体等离子体刻蚀工程特性的聚焦环中狭槽形态的第二实施例的纵剖面图；图7是本发明改进半导体等离子体刻蚀工程特性的聚焦环中狭槽形态的实施例的横剖面图。
33.如图3-图7所示，在一种或多种实施例中，本发明改进半导体刻蚀工程特性的聚焦环100被设置在半导体刻蚀设备的静电吸盘(图中未示出)的上部的外侧。
34.该聚焦环100可用硅胶、碳化硅(sic)、碳化硼(b4c)、二氧化硅(sio2)、氧化铝(al2o3)、矾土等中的至少任一者以上的材料形成。聚焦环100具有大致圆环形的形状，即在聚焦环100的中间形成沿轴向贯通通孔。在聚焦环100的下部形成有沿聚焦环100的周向彼此间隔开的多个狭槽110。狭槽110的数量可以根据时间需要进行调整。
35.如图5所示，狭槽110在刻蚀工程时，在等离子气体流动方向上形成的上部间距t-d
和下部间距b-d不同，以使等离子气体迅速且均匀地扩散并排出。
36.具体地，狭槽110可形成越接近等离子气体流动方向的下部越宽或越窄的结构。
37.即，所形成的狭槽110的上部和下部的距离是不同，从上到下逐渐变宽或变窄，以使等离子气体迅速而均匀地排出，并且缩短刻蚀工程的时间。
38.在一种或多种实施例中，狭槽110形成的上部间距t-d为2.52mm，并且形成的下部间距b-d为3.014mm。
39.如图6所示，在一种或多种实施例中，对狭槽110的上端部和下端部的所有外缘进行圆化r处理，以使等离子气体迅速扩散。替代的，仅对狭槽110的上端部的所有外缘进行圆化r处理，或者仅对狭槽110的下端部的所有外缘进行圆化r处理。
40.可使用倒角工具(图中未示出)以c0.66(0.66mm)的圆化值进行加工以对狭槽110的上端部和/或下端部进行圆化r处理。
41.如图7所示，在一种或多种实施例中，所形成的狭槽110的宽度沿聚焦环100的径向向外逐渐变宽。
42.其中，狭槽110的内部间距i-d的范围为1.8mm-2.2mm，外部间距o-d的范围为3.0mm-3.4mm。
43.此外，在一种或多种实施例中，狭槽110的宽度从内到外以每1.0
°‑
1.4
°
逐渐增加。
44.在一种或多种实施例中，狭槽110的内部间距i-d为2.0mm，所形成的外部间距o-d为3.2mm；优选地，狭槽110的宽度从内到外以每1.299
°
逐渐增加。
45.狭槽110可利用激光器或放电加工机(即，electric discharge machining)、加工中心(即，machining center)等其它合适的设备进行加工。
46.根据由上述结构构成的本发明的改进半导体等离子体刻蚀工程特性的聚焦环的具体实施方案如下。
47.在聚焦环100的下部形成沿聚焦环100的周向彼此间隔开的多个狭槽110，以在刻蚀工程时防止等离子气体扩散的同时，控制气体的流动和流动量，以尽可能地保证刻蚀工作的稳定性。
48.另外，狭槽110沿聚焦环100的轴向从上到下逐渐变宽或变窄，形成不同尺寸的上部间距t-d和下部间距b-d，并且对狭槽110的上端部、下端部向内进行圆化r处理，从而在进行刻蚀工程时，使等离子气体能够通过狭槽110均匀且迅速地进行排气。
49.如上所述，所形成的狭槽110的上部间距、下部间距并不均匀、是不同的，因此可迅速地排出等离子气体，从而改进晶片的刻蚀工程特性，并且可在最大程度上缩短刻蚀工程时间或可省略陈化等部分刻蚀的前序工程。
50.虽然上文仅对作为示例的一种聚焦环的实施方案进行了说明，但不仅限于聚焦环，本发明还同样适用于刻蚀中所需要的各种环形物。
51.如上所述，本发明不仅限于上述特定的优选实施例，在不脱离权利要求中所要求保护的本发明的要旨的情况下，本发明所在的技术领域的普通技术人员可以进行各种变形及修改，并且这些变形及修改均在该权利要求所述的保护范围内。