TW201403703A - 刻蝕裝置及對應的刻蝕方法 - Google Patents

Abstract

一種刻蝕裝置及對應的刻蝕方法，所述刻蝕裝置包括：反應腔、承片台、射頻發生器、進氣單元、排氣單元、可編程邏輯控制器；所述可編程邏輯控制器與射頻發生器、氣流控制器相連接，利用所述可編程邏輯控制器同時對射頻發生器、氣流控制器進行迴圈控制，使得所述刻蝕裝置能交替地對待刻蝕基片進行刻蝕和在刻蝕形成的溝槽、通孔側壁形成聚合物。利用所述可編程邏輯控制器同時對射頻發生器、氣流控制器進行迴圈控制，可以提高對射頻發生器和氣流控制器控制的同步性，減少刻蝕階段和形成聚合物階段的切換時間。

Description

刻蝕裝置及對應的刻蝕方法

本發明係關於半導體製作領域，特別係關於一種刻蝕裝置及對應的刻蝕方法。

在半導體製造技術領域，特別是在MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微機電系統)和3D封裝技術等領域，通常需要對矽等材料進行深通孔或深溝槽刻蝕。例如，在3D封裝技術中，需要對矽襯底進行刻蝕形成深度達幾百微米的深矽通孔(Through Silicon Via，TSV)，所述深矽通孔的深寬比遠大於10。

圖1~圖3為習知技術的一種深溝槽或深通孔的刻蝕過程的剖面結構示意圖。

請參考圖1，在所述半導體襯底10表面形成硬掩膜層11，在所述硬掩膜層11表面形成光刻膠層，對所述光刻膠層進行曝光顯影，形成圖形化的光刻膠層12；請參考圖2，以所述圖形化的光刻膠層12為掩膜，刻蝕所述硬掩膜層11，使得所述硬掩膜層11內形成有開口，所述開口對應於後續形成的深溝槽。

請參考圖3，去除圖形化的光刻膠層，以所述具有開口的掩膜層11為掩膜，對所述半導體襯底10進行幹法刻蝕，在所述半導體襯底10內刻蝕形成深溝槽13，在所述深溝槽13側壁形成聚合物14，所述聚合物14用於保護深溝槽側壁，其中，形成聚合物的工藝和刻蝕的工藝同時進 行。

當所述深溝槽、深通孔的深度達到幾十微米，甚至上百微米時，深溝槽、深通孔的深寬比通常大於20甚至100，隨著刻蝕時間的增加，在側壁形成的聚合物的數量也越來越多，聚合物的厚度也越來越大，所述過厚的聚合物會影響刻蝕氣體進入深溝槽、深通孔進行進一步的刻蝕，會降低刻蝕速率。

本發明解決的問題是提供一種刻蝕深溝槽或深通孔的刻蝕裝置及對應的刻蝕方法，使得刻蝕形成的深溝槽或深通孔的側壁光滑。

為解決上述問題，本發明技術方案提供了一種刻蝕裝置，其中，包括：反應腔、承片台、射頻發生器、進氣單元、排氣單元、可編程邏輯控制器；所述承片台位於所述反應腔內，用於承載待刻蝕基片；所述進氣單元包括若干根與反應腔相連的進氣通路和與所述進氣通路相連接的若干個氣流控制器，利用所述氣流控制器控制通入反應腔的源氣體和氣流量；所述射頻發生器將源氣體等離子體化，並利用所述源氣體的等離子體對待刻蝕基片進行刻蝕或在刻蝕形成的溝槽、通孔側壁形成聚合物；所述排氣單元用於排出反應腔中的殘餘氣體；所述可編程邏輯控制器與射頻發生器、氣流控制器相連接，利用所述可編程邏輯控制器同時對射頻發生器、氣流控制器進行迴圈控制，使得所述刻蝕裝置能交替地對待刻蝕基片進行刻蝕和在刻蝕形成的溝槽、通孔側壁形成聚合物。

可選的，所述可編程邏輯控制器向射頻發生器、氣流控制器發送類比控制信號和時間控制信號，使得射頻發生器、氣流控制器在時間控制信號確定的時間範圍內根據所述類比控制信號控制所述射頻發生器的功率和通入反應腔的源氣體、流量。

可選的，所述可編程邏輯控制器在刻蝕階段和形成聚合物階段向所述射頻發生器、氣流控制器發送不同的類比控制信號，使得射頻發生器、氣流控制器在對應階段內根據所述類比控制信號控制射頻發生器的功率和通入反應腔的源氣體、流量。

可選的，還包括氣壓控制器，所述氣壓控制器與排氣單元相連接，通過控制排氣量來控制反應腔內的壓力。

可選的，所述可編程邏輯控制器還與氣壓控制器相連接，利用所述可編程邏輯控制器同時對射頻發生器、氣流控制器、氣壓控制器進行迴圈控制，使得所述刻蝕裝置能交替地對待刻蝕基片進行刻蝕和在刻蝕形成的溝槽、通孔側壁形成聚合物。

可選的，所述可編程邏輯控制器向射頻發生器、氣流控制器、氣壓控制器發送類比控制信號和時間控制信號，使得射頻發生器、氣流控制器、氣壓控制器在時間控制信號確定的時間範圍內根據所述類比控制信號分別控制所述射頻發生器的功率、通入反應腔的源氣體、流量和反應腔內的氣壓。

可選的，所述可編程邏輯控制器在刻蝕階段和形成聚合物階段向所述射頻發生器、氣流控制器、氣壓控制器發送不同的類比控制信號，使得射頻發生器、氣流控制器、氣壓控制器在對應階段內根據所述類比控制信號控制射頻發生器的功率和通入反應腔的源氣體、流量和反應腔內的氣壓。

可選的，所述刻蝕裝置為反應離子刻蝕裝置、電感耦合等離 子體刻蝕裝置或電容耦合等離子體刻蝕裝置。

可選的，當所述刻蝕裝置為電感耦合等離子體刻蝕裝置，所述射頻發生器包括兩個射頻發生單元，其中第一射頻發生單元與位於反應腔頂部或者側壁的電感線圈相連接，用於使源氣體等離子體化，第二射頻發生單元與承片台相連接，使得位於承片台上的待刻蝕基片與源氣體的等離子體之間有偏置電壓，使等離子體朝待刻蝕基片表面移動。

可選的，所述進氣單元的進氣通路至少包括兩根，其中一根通入用於刻蝕待刻蝕基片的第一氣體，另一根通入用於形成聚合物的第二氣體，當利用所述可編程邏輯控制器使得所述刻蝕裝置處於刻蝕階段，打開第一氣體對應的氣流控制器，關閉第二氣體對應的氣流控制器，使得第一氣體通入到反應腔中，並通過調整射頻發生器的功率，使得第一氣體的等離子體對待刻蝕基片進行刻蝕；當利用所述可程式設計邏輯控制器使得所述刻蝕裝置處於形成聚合物階段，關閉第一氣體對應的氣流控制器，打開第二氣體對應的氣流控制器，使得第二氣體通入到反應腔中，並通過調整射頻發生器的功率，使得第二氣體的等離子體在刻蝕溝槽側壁形成聚合物。

可選的，所述刻蝕裝置還包括終點判斷單元，根據總刻蝕時間判斷刻蝕溝槽的深度，當刻蝕溝槽的深度達到預定值時，向可編程邏輯控制器發出終止信號，停止刻蝕和形成聚合物的工藝。

本發明技術方案還提供了一種利用所述刻蝕裝置的刻蝕方法，包括：將刻蝕信號施加到所述可編程邏輯控制器，所述可編程邏輯控制器同時對射頻發生器、氣流控制器進行迴圈控制，使得所述刻蝕裝置能交替地對待刻蝕基片進行刻蝕和在刻蝕溝槽側壁形成聚合物，直到刻蝕溝槽的深度達到預定值，停止刻蝕和形成聚合物的工藝。

可選的，所述通入反應腔的氣體至少包括用於刻蝕矽晶圓的 第一氣體和用於形成聚合物的第二氣體，利用所述可編程邏輯控制器使得所述刻蝕裝置處於刻蝕階段，打開第一氣體對應的氣流控制器，關閉第二氣體對應的氣流控制器，使得第一氣體通入到反應腔中，並同時通過調整射頻發生器的功率，使得第一氣體的等離子體對待刻蝕基片進行刻蝕；然後利用所述可編程邏輯控制器使得所述刻蝕裝置處於形成聚合物階段，關閉第一氣體對應的氣流控制器，打開第二氣體對應的氣流控制器，使得第二氣體通入到反應腔中，並同時通過調整射頻發生器的功率，使得第二氣體的等離子體在刻蝕溝槽側壁形成聚合物。

可選的，所述第一氣體為SF₆、NF₃其中的一種，所述第二氣體為C₄F₈、C₄F₆、CHF₃、CH₂F₂其中的一種或幾種。

可選的，當所述刻蝕裝置為電感耦合等離子體刻蝕裝置，所述射頻發生器包括兩個射頻發生單元，其中第一射頻發生單元與位於反應腔頂部或側壁的電感線圈相連接，所述第二射頻發生單元與承片台相連接，當所述刻蝕裝置處於刻蝕階段，所述第一射頻發生單元的功率範圍為1000W~5000W，所述第二射頻發生單元的功率範圍為10W~100W；當所述刻蝕裝置處於形成聚合物階段，所述第一射頻發生單元的功率範圍為500W~3000W，所述第一射頻發生單元的功率小於刻蝕階段時第一射頻發生單元的功率，所述第二射頻發生單元的功率範圍為10W~100W。

可選的，所述刻蝕階段的時間為0.5秒~5秒。

可選的，所述形成聚合物階段的時間為0.5秒~5秒。

可選的，利用總刻蝕時間判斷刻蝕溝槽的深度，當總刻蝕時間達到確定值，可編程邏輯控制器同時控制射頻發生器、氣流控制器關閉，刻蝕和形成聚合物的工藝停止。

與習知技術相比，本發明具有以下優點：本發明實施例的刻蝕裝置採用可編程邏輯控制器與射頻發 生器、氣流控制器相連接，利用所述可編程邏輯控制器同時對射頻發生器、氣流控制器進行迴圈控制，使得所述刻蝕裝置能交替地對待刻蝕基片進行刻蝕和在刻蝕形成的溝槽、通孔側壁形成聚合物，可以提高對射頻發生器和氣流控制器控制的同步性，減少刻蝕階段和形成聚合物階段的切換時間。

10‧‧‧襯底

11‧‧‧硬掩膜層

12‧‧‧光刻膠層

13‧‧‧深溝槽

14‧‧‧聚合物

110‧‧‧反應腔

120‧‧‧承片台

131‧‧‧第一射頻發生單元

132‧‧‧第二射頻發生單元

133‧‧‧電感線圈

140‧‧‧進氣單元

141‧‧‧進氣通路

142‧‧‧氣流控制器

150‧‧‧排氣單元

160‧‧‧可編程邏輯控制器

210‧‧‧反應腔

220‧‧‧承片台

231‧‧‧第一射頻發生器

232‧‧‧第二射頻發生器

240‧‧‧進氣單元

241‧‧‧進氣通路

242‧‧‧氣流控制器

250‧‧‧排氣單元

260‧‧‧可編程邏輯控制器

270‧‧‧氣壓控制器

圖1至圖3是習知技術的一種深溝槽或深通孔的刻蝕過程的剖面結構示意圖；圖4是本發明實施例的一種刻蝕裝置的結構示意圖；圖5是本發明實施例的另一種刻蝕裝置的結構示意圖；圖6是本發明實施例的刻蝕方法的流程示意圖。

由於習知技術的刻蝕速率較低，發明人提出了一種刻蝕方法，包括：刻蝕階段，對待刻蝕基片進行等離子體刻蝕；形成聚合物階段，在刻蝕形成的溝槽、通孔的側壁形成聚合物；所述刻蝕階段和形成聚合物階段交替進行，直到深溝槽或深通孔刻蝕完成。利用所述刻蝕方法不會在側壁形成很厚的聚合物，不會影響刻蝕速率。但由於等離子刻蝕並不是完全各向異性的，在每一次向下進一步刻蝕深溝槽或深通孔的底部的同時，還會刻蝕深溝槽或深通孔的底部未被聚合物保護的側壁，使得每次刻蝕步驟形成的側壁為弧形，形成聚合物後側壁會形成小突起，會降低深溝槽或深通孔側壁的光滑度。雖然理論上縮短每個刻蝕階段、形成聚合物階段的時間就能提高深溝槽或深通孔側壁的光滑度，但是當刻蝕階段時間過短時，由於現有的刻蝕裝置對時間控制的精確度不高，在從形成聚合物階段切換到刻蝕階段時需要浪費一定的時間，導致實際的刻蝕時間過短，刻蝕速率降低。

為此，本發明實施例首先提供了一種刻蝕裝置，請參考圖 4，所述刻蝕裝置包括：反應腔110、承片台120、射頻發生器、進氣單元140、排氣單元150、可編程邏輯控制器160；所述承片台120位於所述反應腔110內，用於承載待刻蝕基片；所述進氣單元140包括若干根與反應腔110相連的進氣通路141和與所述進氣通路141相連接的若干個氣流控制器142，利用所述氣流控制器142控制通入反應腔110的源氣體和氣流量；所述射頻發生器將源氣體等離子體化，並利用所述源氣體的等離子體對待刻蝕基片進行刻蝕或在刻蝕形成的溝槽、通孔側壁形成聚合物；所述排氣單元150與反應腔110相連接，用於排出反應腔110中的殘餘氣體；所述可編程邏輯控制器160與射頻發生器、氣流控制器142相連接，利用所述可編程邏輯控制器160同時對射頻發生器、氣流控制器142進行迴圈控制，使得所述刻蝕裝置能交替地對待刻蝕基片進行刻蝕和在刻蝕形成的溝槽、通孔側壁形成聚合物。

在本發明實施例中，所述刻蝕裝置為電感耦合等離子體刻蝕裝置，所述射頻發生器包括第一射頻發生單元131和第二射頻發生單元132，其中第一射頻發生單元131與位於反應腔110側壁的電感線圈133相連接，用於將通入反應腔的源氣體等離子體化，所述第二射頻發生單元132與承片台120相連接，使得位於承片台120上的待刻蝕基片與源氣體形成的等離子體之間有偏置電壓，使所述等離子體朝待刻蝕基片表面移動，使得所述等離子體能進入深溝槽或深通孔內進行刻蝕，且為了保護所述深溝槽或深通孔的側壁，需要在深溝槽或深通孔的側壁形成聚合物，利用所述第二射頻發生單元132產生的偏置電壓，使得用於形成聚合物的源氣體的 等離子體進入刻蝕形成的深溝槽或深通孔，在所述深溝槽或深通孔的側壁形成聚合物。

在其他實施例中，所述電感線圈位於反應腔頂部，所述第一射頻發生單元與位於反應腔頂部的電感線圈相連接，所述位於反應腔頂部的電感線圈施加射頻信號後也可以使得通入反應腔的源氣體等離子體化。

在其他實施例中，所述刻蝕裝置還可以為反應離子刻蝕裝置、電容耦合等離子體刻蝕裝置等。

所述進氣單元140包括若干根與反應腔110相連的進氣通路141，所述進氣通路141的數量至少為兩根，其中一根通入用於刻蝕待刻蝕基片的第一氣體，另一根通入用於形成聚合物的第二氣體，當利用所述可程式設計邏輯控制器使得所述刻蝕裝置處於刻蝕階段時，打開第一氣體對應的氣流控制器，關閉第二氣體對應的氣流控制器，使得第一氣體通入到反應腔中，並通過調整射頻發生器的功率，利用第一氣體的等離子體對待刻蝕基片進行刻蝕；當利用所述可程式設計邏輯控制器使得所述刻蝕裝置處於形成聚合物階段，關閉第一氣體對應的氣流控制器，打開第二氣體對應的氣流控制器，使得第二氣體通入到反應腔中，並通過調整射頻發生器的功率，利用第二氣體的等離子體在刻蝕溝槽側壁形成聚合物。

在本實施例中，所述刻蝕裝置包括三根進氣通路141，其中一根用於通入第一氣體，所述第一氣體為SF₆、NF₃其中的一種；其中另一根用於通入第二氣體，所述第二氣體為C₄F₈、C₄F₆、CHF₃、CH₂F₂其中的一種；其中還有一根用於通入伴隨氣體，例如N₂、Ar、O₂等，用於稀釋反應氣體、提高刻蝕速率等。

每根進氣通路141都與一個氣流控制器(Mass Flow Controller，MFC)142相連接，通過控制每一個氣流控制器142，使得每一個對應的進氣通路141中的氣體具有不同的氣流量，因此，利用所述氣流 控制器142可以控制不同時間段通入反應腔110的源氣體和所述源氣體的氣流量。

所述排氣單元150包括真空泵，所述真空泵與反應腔110相連接，用於排出反應腔110中的未反應的源氣體和反應生成的副產物氣體。

所述可編程邏輯控制器(Programmable Logic Device，PLD)160主要包括現場可編程閘陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或複雜可編程邏輯器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)。在本實施例中，所述可編程邏輯控制器為複雜可編程邏輯器件，由於複雜可編程邏輯器件具有較好的時間可預測性，有利於精確控制射頻發生器產生不同射頻信號的時間、有利於精確地利用氣流控制器142控制通入反應腔的不同源氣體的時間。

在本發明實施例中，所述可編程邏輯控制器160與射頻發生器、氣流控制器142相連接，可以分別向所述射頻發生器、氣流控制器142發送類比控制信號和時間控制信號，向所述射頻發生器發送的類比控制信號的大小對應於所述射頻發生器產生的射頻信號的頻率的大小，向所述射頻發生器發送的時間控制信號對應於射頻發生器產生的射頻信號的時間，向所述氣流控制器142發送的類比控制信號的大小對應於所述氣流控制器142控制的進氣通路141中的氣流量的大小，向所述氣流控制器142發送的時間控制信號對應於進氣通路141的通氣時間。在本實施例中，分別向所述射頻發生器、氣流控制器142發送的時間控制信號相等，通過同步控制第一射頻發生單元131、第二射頻發生單元132和氣流控制器142，使得第一射頻發生單元131、第二射頻發生單元132、氣流控制器142在時間控制信號確定的時間範圍內根據對應的類比控制信號控制所述射頻發生器的功率和通入反應腔的源氣體、流量。且根據所述類比控制信號的不同，可以 控制刻蝕裝置是處於刻蝕階段或處於形成聚合物階段。

在本發明實施例中，所述可編程邏輯控制器160還可以與外部的監控電腦(未圖示)相連接，所述監控電腦用於監控刻蝕過程及輸入整個刻蝕過程的相關參數，例如刻蝕階段、形成聚合物階段的持續時間和各階段內射頻發生器、氣流控制器142相應的工作參數等。當所述監控電腦輸入整個刻蝕過程的相關參數後，監控電腦對可編程邏輯控制器160進行設置，使得可編程邏輯控制器160產生的類比控制信號和時間控制信號與新設置的整個刻蝕過程的相關參數相對應。

在本實施例中，由於所述可編程邏輯控制器160與射頻發生器、氣流控制器142直接連接，可以同步控制射頻發生器產生的射頻功率和氣流控制器142控制的氣流量，使得當射頻發生器的射頻功率為刻蝕工藝對應的射頻功率時，所述進氣單元140通入的源氣體也為刻蝕工藝對應的源氣體，當射頻發生器的射頻功率為形成聚合物工藝對應的射頻功率時，所述進氣單元140通入的源氣體也為形成聚合物工藝對應的源氣體，避免因射頻發生器和氣流控制器142不同步造成刻蝕階段和形成聚合物階段的切換花費過多的時間，使得部分刻蝕階段不能進行有效的刻蝕，因此，本發明實施例的刻蝕裝置可以大幅降低刻蝕階段和形成聚合物階段的切換時間。

且為了減小深溝槽、深通孔刻蝕過程中的形成的小突起的高度，提高深溝槽、深通孔側壁的光滑度，需要縮短每一次刻蝕工藝、每一次聚合物沉積工藝的時間，提高刻蝕工藝、聚合物沉積工藝切換的頻率，但由於現有技術刻蝕裝置中的射頻發生器、氣流控制器是由外部的監控電腦通過串列線進行控制，而串列線的傳送速率較慢，對時間控制的精確度不高，監控電腦將通過串列線控制射頻發生器、氣流控制器可能存在時間上的誤差，當每個刻蝕階段和形成聚合物階段的時間最小達到0.5秒時，任 何微小的不同步都會影響刻蝕工藝和在側壁形成聚合物的工藝，使得深溝槽、深通孔不能順利地刻蝕。本發明實施例的可編程邏輯控制器160與射頻發生器、氣流控制器142直接連接，所述可編程邏輯控制器160對射頻發生器、氣流控制器142進行直接控制，射頻發生器產生的頻率和通入反應腔110的氣體的同步性更高，即使每個刻蝕階段和形成聚合物階段的時間最小可以達到0.5秒，也能很好的對待刻蝕基底進行刻蝕和在刻蝕形成的深通孔、深溝槽測側壁形成聚合物。

在其他實施例中，所述可編程邏輯控制器與射頻發生器、氣流控制器相連接，在刻蝕階段和形成聚合物階段分別向所述射頻發生器、氣流控制器持續發送不同的類比控制信號，使得射頻發生器、氣流控制器在對應階段內根據所述類比控制信號控制射頻發生器的功率和通入反應腔的源氣體、流量。根據所述類比控制信號的不同，可以控制刻蝕裝置是處於刻蝕階段或處於形成聚合物階段。

在本發明實施例中，所述刻蝕裝置還包括終點判斷單元(未圖示)，所述終點判斷單元與可編程邏輯控制器和監控電腦相連接，監控電腦可以將總刻蝕時間發送給所述終點判斷單元，根據總刻蝕時間判斷刻蝕溝槽的深度，當刻蝕溝槽的深度達到預定值時，所述終點判斷單元向可編程邏輯控制器發出終止信號，所述可編程邏輯控制器停止向射頻發生器、氣流控制器發送類比控制信號和時間信號，停止刻蝕和形成聚合物的工藝。

本發明實施例還提供了另一種刻蝕裝置，請參考圖5，所述刻蝕裝置包括：反應腔210、承片台220、第一射頻發生器231、第二射頻發生器232、進氣單元240、排氣單元250、可編程邏輯控制器260、氣壓控制器270；所述承片台220位於所述反應腔210內，用於承載待刻蝕基片； 所述進氣單元240包括若干根與反應腔210相連的進氣通路241和與所述進氣通路241相連接的若干個氣流控制器242，利用所述氣流控制器242控制通入反應腔210的源氣體和氣流量；所述第一射頻發生器231將源氣體等離子體化，並利用第二射頻發生器232產生偏置電壓，使得所述源氣體的等離子體對待刻蝕基片進行刻蝕或在刻蝕形成的溝槽、通孔側壁形成聚合物；所述排氣單元250與反應腔210相連接，用於排出反應腔210中的殘餘氣體，且所述氣壓控制器270與排氣單元250相連接，通過控制排氣量來控制反應腔內的壓力；所述可編程邏輯控制器260與第一射頻發生器231、第二射頻發生器232、氣流控制器242、氣壓控制器270相連接，利用所述可編程邏輯控制器260同時對第一射頻發生器231、第二射頻發生器232、氣流控制器242、氣壓控制器270進行迴圈控制，使得所述刻蝕裝置能交替地對待刻蝕基片進行刻蝕和在刻蝕形成的溝槽、通孔側壁形成聚合物。

由於刻蝕階段或形成聚合物階段所要求的反應腔的壓力可能不同，當所述反應腔210所需的氣壓較大時，利用所述氣壓控制器270控制排氣單元250，降低單位時間所述排氣單元250排出的殘餘氣體量，當所述反應腔210所需的氣壓較小時，利用所述氣壓控制器270控制排氣單元250，提高單位時間所述排氣單元250排除的殘餘氣體量。

在本實施例中，所述可編程邏輯控制器260向第一射頻發生器231、第二射頻發生器232、氣流控制器242、氣壓控制器270發送類比控制信號和時間控制信號，使得第一射頻發生器、第二射頻發生器、氣流控制器、氣壓控制器在時間控制信號確定的時間範圍內根據所述類比控制信號同步控制所述射頻發生器的功率、通入反應腔的源氣體、流量和反應腔內的氣壓。

在其他實施例中，所述可編程邏輯控制器在刻蝕階段和形成聚合物階段同時向所述第一射頻發生器、第二射頻發生器、氣流控制器、氣壓控制器持續發送不同的類比控制信號，使得第一射頻發生器、第二射頻發生器、氣流控制器、氣壓控制器在對應階段內根據所述類比控制信號控制射頻發生器的功率和通入反應腔的源氣體、流量和反應腔內的氣壓。

本發明實施例還提供了一種採用上述刻蝕裝置的刻蝕方法，請參考圖6，為本發明實施例的刻蝕方法的流程示意圖，具體包括：步驟S101，將刻蝕信號施加到所述可編程邏輯控制器，所述可編程邏輯控制器同時對射頻發生器、氣流控制器進行迴圈控制，使得所述刻蝕裝置能交替地對待刻蝕基片進行刻蝕和在刻蝕溝槽側壁形成聚合物；步驟S102，當刻蝕溝槽的深度達到預定值，停止刻蝕和形成聚合物的工藝。

所述刻蝕方法用於在待刻蝕基片上刻蝕形成溝槽或通孔，特別是用於刻蝕形成深度大於1微米的深溝槽或深通孔。

在本實施例中，所述待刻蝕基片為矽基片，所述刻蝕裝置為電感耦合等離子體刻蝕裝置。

請參考圖4，當所述刻蝕裝置處於刻蝕階段，所述第一射頻發生單元131的功率範圍為1000W~5000W，所述第二射頻發生單元132的功率範圍為10W~100W，通入反應腔110的氣體包括第一氣體和伴隨氣體，所述第一氣體為SF₆、NF₃其中的一種，所述伴隨氣體為N₂、Ar等，利用第一射頻發生單元產生的射頻信號使得SF₆、NF₃、N₂、Ar等源氣體形成等離子體，並利用所述等離子體對待刻蝕基片進行刻蝕，形成溝槽或側壁。由於所述刻蝕階段和形成聚合物階段是交替進行，具有聚合物的溝槽或通孔側壁會抑制等離子體向側壁進行刻蝕，等離子體只能對溝槽或通孔的底 部進行刻蝕和對溝槽或通孔的底部沒有聚合物的側壁進行刻蝕，保證整個刻蝕過程中的各向異性。由於本發明實施例的刻蝕裝置在刻蝕階段和形成聚合物階段的切換時間很短，使得每個刻蝕階段和形成聚合物階段的時間也可以很短，所述一個刻蝕階段的時間範圍為0.5秒~5秒，在本實施例中，所述一個刻蝕階段的時間為2秒。

當所述刻蝕裝置處於形成聚合物階段，所述第一射頻發生單元131的功率範圍為500W~3000W，所述第一射頻發生單元的功率小於刻蝕階段時第一射頻發生單元的功率，所述第二射頻發生單元132的功率範圍為10W~100W，通入反應腔110的氣體包括第二氣體和伴隨氣體，所述第二氣體為C₄F₈、C₄F₆、CHF₃、CH₂F₂其中的一種或幾種，所述伴隨氣體為N₂、Ar、O₂等。利用第一射頻發生單元產生的射頻信號使得C₄F₈、C₄F₆、CHF₃、CH₂F₂、N₂、Ar、O₂等源氣體形成等離子體，利用所述等離子體對上一步刻蝕階段暴露出的側壁和底部形成聚合物，由於位於溝槽或通孔底部的聚合物很容易在後續的刻蝕階段除去，位於側壁的聚合物可以防止刻蝕階段的等離子體對側壁進行刻蝕，保證整個刻蝕過程中的各向異性。由於本發明實施例的刻蝕裝置在刻蝕階段和形成聚合物階段的切換時間很短，使得每個刻蝕階段和形成聚合物階段的時間也可以很短，所述一個形成聚合物階段的時間範圍為0.5秒~5秒，在本實施例中，所述一個形成聚合物階段的時間為2秒。其中，所述形成聚合物階段的時間可以與刻蝕階段的時間相同，也可以不同。且由於每個刻蝕階段和形成聚合物階段的時間很短，可以減小側壁形成的突起的高度，提高刻蝕形成的深溝槽或深通孔的側壁的光滑度。

在本實施例中，當監控電腦將刻蝕信號發送給所述可編程邏輯控制器，所述可編程邏輯控制器開始工作，所述可編程邏輯控制器分別對射頻發生器、氣流控制器發出類比控制信號和時間控制信號，首先所述 刻蝕裝置進入刻蝕階段，對待刻蝕基片進行刻蝕，刻蝕2秒後，所述可編程邏輯控制器在分別對射頻發生器、氣流控制器發出類比控制信號和時間控制信號，所述刻蝕裝置進入形成聚合物階段，在刻蝕溝槽側壁形成聚合物，形成聚合物2秒後，所述可編程邏輯控制器再分別對射頻發生器、氣流控制器發出類比控制信號和時間控制信號，使得刻蝕裝置再次切換到刻蝕階段進行刻蝕，使得所述刻蝕裝置能交替地對待刻蝕基片進行刻蝕和在刻蝕溝槽側壁形成聚合物。

所述終點判斷單元根據總刻蝕時間判斷刻蝕溝槽的深度，當刻蝕溝槽的深度達到預定值時，所述終點判斷單元向可編程邏輯控制器發出終止信號，所述可編程邏輯控制器停止向射頻發生器、氣流控制器發送類比控制信號和時間信號，停止刻蝕和形成聚合物的工藝。

在其他實施例中，所述可編程邏輯控制器與射頻發生器、氣流控制器、氣壓控制器相連接，利用所述可編程邏輯控制器同時對射頻發生器、氣流控制器、氣壓控制器進行迴圈控制，使得所述刻蝕裝置能交替地對待刻蝕基片進行刻蝕和在刻蝕形成的溝槽、通孔側壁形成聚合物。

綜上，本發明實施例的刻蝕裝置採用可編程邏輯控制器與射頻發生器、氣流控制器相連接，利用所述可編程邏輯控制器同時對射頻發生器、氣流控制器進行迴圈控制，使得所述刻蝕裝置能交替地對待刻蝕基片進行刻蝕和在刻蝕形成的溝槽、通孔側壁形成聚合物，可以提高對射頻發生器和氣流控制器控制的同步性，減少刻蝕階段和形成聚合物階段的切換時間。

本發明雖然已以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上 實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬於本發明技術方案的保護範圍。

110‧‧‧反應腔

120‧‧‧承片台

131‧‧‧第一射頻發生單元

132‧‧‧第二射頻發生單元

133‧‧‧電感線圈

140‧‧‧進氣單元

141‧‧‧進氣通路

142‧‧‧氣流控制器

150‧‧‧排氣單元

160‧‧‧可編程邏輯控制器

Claims (18)

1. 一種刻蝕裝置，其中包括：一反應腔、一承片台、一射頻發生器、一進氣單元、一排氣單元、一可編程邏輯控制器；所述該承片台位於所述該反應腔內，用於承載待刻蝕基片；所述該進氣單元包括若干根與該反應腔相連的一進氣通路和與所述該進氣通路相連接的若干個氣流控制器，利用所述該氣流控制器控制通入該反應腔的一源氣體和氣流量；所述該射頻發生器將該源氣體等離子體化，並利用所述該源氣體的等離子體對待刻蝕基片進行刻蝕或在刻蝕形成的溝槽、通孔側壁形成聚合物；所述該排氣單元用於排出該反應腔中的殘餘氣體；所述該可編程邏輯控制器與該射頻發生器、該氣流控制器相連接，利用所述該可編程邏輯控制器同時對該射頻發生器、該氣流控制器進行迴圈控制，使得所述該刻蝕裝置能交替地對待刻蝕基片進行刻蝕和在刻蝕形成的溝槽、通孔側壁形成聚合物。
2. 如申請專利範圍第1項所述之刻蝕裝置，其中該可編程邏輯控制器向該射頻發生器、該氣流控制器發送一類比控制信號和時間控制信號，使得該射頻發生器、該氣流控制器在時間控制信號確定的時間範圍內根據所述該類比控制信號控制所述該射頻發生器的功率和通入該反應腔的該源氣體、流量。
3. 如申請專利範圍第1項所述之刻蝕裝置，其中該可編程邏輯控制器在刻蝕階段和形成聚合物階段向所述該射頻發生器、該氣流 控制器發送不同的類比控制信號，使得該射頻發生器、該氣流控制器在對應階段內根據所述該類比控制信號控制該射頻發生器的功率和通入該反應腔的該源氣體、流量。
4. 如申請專利範圍第1項所述之刻蝕裝置，其中更包括一氣壓控制器，所述該氣壓控制器與該排氣單元相連接，通過控制排氣量來控制該反應腔內的壓力。
5. 如申請專利範圍第4項所述之刻蝕裝置，其中可編程邏輯控制器還與該氣壓控制器相連接，利用所述該可編程邏輯控制器同時對該射頻發生器、該氣流控制器、該氣壓控制器進行迴圈控制，使得所述該刻蝕裝置能交替地對待刻蝕基片進行刻蝕和在刻蝕形成的溝槽、通孔側壁形成聚合物。
6. 如申請專利範圍第5項所述之刻蝕裝置，其中該可編程邏輯控制器向該射頻發生器、該氣流控制器、該氣壓控制器發送一類比控制信號和一時間控制信號，使得該射頻發生器、該氣流控制器、該氣壓控制器在該時間控制信號確定的時間範圍內根據所述該類比控制信號分別控制所述該射頻發生器的功率、通入該反應腔的該源氣體、流量和該反應腔內的氣壓。
7. 如申請專利範圍第5項所述之刻蝕裝置，其中該可編程邏輯控制器在刻蝕階段和形成聚合物階段向所述該射頻發生器、該氣流控制器、該氣壓控制器發送不同的類比控制信號，使得該射頻發生器、該氣流控制器、該氣壓控制器在對應階段內根據所述該類 比控制信號控制該射頻發生器的功率和通入該反應腔的該源氣體、流量和該反應腔內的氣壓。
8. 如申請專利範圍第1項所述之刻蝕裝置，其中該刻蝕裝置為一反應離子刻蝕裝置、一電感耦合等離子體刻蝕裝置或一電容耦合等離子體刻蝕裝置。
9. 如申請專利範圍第8項所述之刻蝕裝置，其中該刻蝕裝置為電感耦合等離子體刻蝕裝置，所述該射頻發生器包括兩個射頻發生單元，其中一第一射頻發生單元與位於該反應腔頂部或者側壁的電感線圈相連接，用於使該源氣體等離子體化，一第二射頻發生單元與該承片台相連接，使得位於該承片台上的待刻蝕基片與該源氣體的等離子體之間有偏置電壓，使等離子體朝待刻蝕基片表面移動。
10. 如申請專利範圍第1項所述之刻蝕裝置，其中該進氣單元的該進氣通路至少包括兩根，其中一根通入用於刻蝕待刻蝕基片的第一氣體，另一根通入用於形成聚合物的第二氣體，當利用所述該可編程邏輯控制器使得所述該刻蝕裝置處於刻蝕階段，打開第一氣體對應的氣流控制器，關閉第二氣體對應的氣流控制器，使得第一氣體通入到該反應腔中，並通過調整該射頻發生器的功率，使得第一氣體的等離子體對待刻蝕基片進行刻蝕；當利用所述該可編程邏輯控制器使得所述該刻蝕裝置處於形成聚合物階段，關閉第一氣體對應的氣流控制器，打開第二氣體對應的氣流控制器，使得第二氣體通入到該反應腔中，並通過調整該射頻發 生器的功率，使得第二氣體的等離子體在刻蝕溝槽側壁形成聚合物。
11. 如申請專利範圍第1項所述之刻蝕裝置，其中該刻蝕裝置更包括一終點判斷單元，根據總刻蝕時間判斷刻蝕溝槽的深度，當刻蝕溝槽的深度達到預定值時，向該可編程邏輯控制器發出終止信號，停止刻蝕和形成聚合物的工藝。
12. 一種利用如申請專利範圍第1項所述之刻蝕裝置的刻蝕方法，其中包括：將刻蝕信號施加到所述該可編程邏輯控制器，所述該可編程邏輯控制器同時對該射頻發生器、該氣流控制器進行迴圈控制，使得所述該刻蝕裝置能交替地對待刻蝕基片進行刻蝕和在刻蝕溝槽側壁形成聚合物，直到刻蝕溝槽的深度達到預定值，停止刻蝕和形成聚合物的工藝。
13. 如申請專利範圍第12項所述之刻蝕方法，其中通入該反應腔的氣體至少包括用於刻蝕矽晶圓的第一氣體和用於形成聚合物的第二氣體，利用所述該可編程邏輯控制器使得所述該刻蝕裝置處於刻蝕階段，打開第一氣體對應的氣流控制器，關閉第二氣體對應的氣流控制器，使得第一氣體通入到該反應腔中，並同時通過調整該射頻發生器的功率，使得第一氣體的等離子體對待刻蝕基片進行刻蝕；然後利用所述該可編程邏輯控制器使得所述該刻蝕裝置處於形成聚合物階段，關閉第一氣體對應的氣流控制器，打開第二氣體對應的氣流控制器，使得第二氣體通入到該反應腔中，並同時通過該調整射頻發生器的功率，使得第二氣體的等離 子體在刻蝕溝槽側壁形成聚合物。
14. 如申請專利範圍第13項所述之刻蝕方法，其中該第一氣體為SF₆、NF₃其中的一種，所述該第二氣體為C₄F₈、C₄F₆、CHF₃、CH₂F₂其中的一種或幾種。
15. 如申請專利範圍第12項所述之刻蝕方法，其中該刻蝕裝置為電感耦合等離子體刻蝕裝置，所述該射頻發生器包括兩個射頻發生單元，其中第一射頻發生單元與位於反應腔頂部或側壁的電感線圈相連接，所述該第二射頻發生單元與承片台相連接，當所述該刻蝕裝置處於刻蝕階段，所述該第一射頻發生單元的功率範圍為1000W~5000W，所述該第二射頻發生單元的功率範圍為10W~100W；當所述該刻蝕裝置處於形成聚合物階段，所述該第一射頻發生單元的功率範圍為500W~3000W，所述該第一射頻發生單元的功率小於刻蝕階段時第一射頻發生單元的功率，所述該第二射頻發生單元的功率範圍為10W~100W。
16. 如申請專利範圍第12項所述之刻蝕方法，其中刻蝕階段的時間為0.5秒~5秒。
17. 如申請專利範圍第12項所述之刻蝕方法，其中形成聚合物階段的時間為0.5秒~5秒。
18. 如申請專利範圍第12項所述之刻蝕方法，其中利用總刻蝕時間判斷刻蝕溝槽的深度，當總刻蝕時間達到確定值，該可編程邏 輯控制器同時控制該射頻發生器、氣流控制器關閉，刻蝕和形成聚合物的工藝停止。