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1、(10)申请公布号 CN 102859647 A (43)申请公布日 2013.01.02 C N 1 0 2 8 5 9 6 4 7 A *CN102859647A* (21)申请号 201180021337.5 (22)申请日 2011.02.25 10154955.8 2010.02.26 EP 10155103.4 2010.03.01 EP H01L 21/00(2006.01) H01L 21/3065(2006.01) C23C 16/455(2006.01) H01J 37/32(2006.01) (71)申请人荷兰应用自然科学研究组织TNO 地址荷兰代尔夫特 (72)发明人弗。
2、雷迪罗泽博姆 阿德里安马里努斯兰克霍斯特 保卢斯威力布罗德斯乔治波特 NB科斯特 何拉尔德斯约翰约瑟夫维纳德 斯 阿德里亚努斯约翰尼斯皮德勒 斯玛利亚弗米尔 (74)专利代理机构北京派特恩知识产权代理事 务所(普通合伙) 11270 代理人武晨燕 张颖玲 (54) 发明名称 用于反应性离子蚀刻的装置和方法 (57) 摘要 本发明涉及一种用于对衬底(5)进行反应 性离子蚀刻的装置(1)，包含等离子体蚀刻区域 (2)、钝化区域(3)和气体排出结构(7)，等离子体 蚀刻区域(2)包括蚀刻气体供应设备(40)并且设 置有用于激发等离子体(4)的等离子体产生结构 (22)，并且包含被布置成将蚀刻等离子体。
3、朝向衬 底部分加速以使离子撞击在衬底(5)的表面上的 电极结构，钝化区域(3)包括提供有钝化气体供 应设备(41)的腔(8)；供应设备(41)被布置成用 于从供应向腔(8)提供钝化气流；腔(8)在使用 中由注入器头部(1)和衬底的表面定界；气体排 出结构(7)包含布置在蚀刻区域和钝化区域之间 的气体排放部(6)；气体排出结构(7)因此形成蚀 刻区域(2)和钝化区域(3)的空间分界。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2012.10.26 (86)PCT申请的申请数据 PCT/NL2011/050138 2011.02.25 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/105。
4、908 EN 2011.09.01 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书11页 附图7页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 11 页 附图 7 页 1/2页 2 1.一种用于对衬底进行反应性离子蚀刻的装置，包括注入器头部，所述注入器头部包 括： 等离子体蚀刻区域，其包括蚀刻气体供应设备并且布置有用于激发等离子体的等离子 体产生结构，并且所述等离子蚀刻区域进一步包括电极结构，所述电极结构被布置成用于 将所述蚀刻等离子体朝向衬底部分进行加速，以使离子撞击在所述衬底的表面上； 钝化区域，其包括提供有钝化气体供应设备的腔；该供应设备被布置。
5、成用于从该供应 设备向所述腔提供钝化气流；所述腔在使用中由所述注入器头部和所述衬底的表面界定； 以及 气体排出结构，其包括布置在所述蚀刻区域和所述钝化区域之间的气体排放部；所述 气体排出结构因此形成所述蚀刻区域和所述钝化区域的空间分界。 2.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：气体轴承结构，所述气体轴承结构包括轴 承气体注入器，所述轴承气体注入器被布置成用于在所述注入器头部和所述衬底的表面之 间注入轴承气体，所述轴承气体因此形成气体轴承；所述气体轴承界限出所述蚀刻区域和 所述钝化区域的至少一个外周边。 3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述钝化区域中的所述腔限定相对于具有腔供 应设备和引流。
6、管的衬底表面的腔高度H p ；并且其中，所述轴承气体注入器被布置在面向所 述衬底的轴承面部分中，所述轴承面部分相对于衬底限定间隙距离H g ，所述间隙距离H g 小 于所述腔高度H p 。 4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述轴承气体注入器包括流量限制装置，所述流 量限制装置限定所述气体轴承的机械刚度。 5.根据权利要求2所述的装置，其中，沿着与所述衬底的表面垂直的方向看，所述气体 轴承形成为起伏形状，以防止薄板状衬底的一阶弯曲模式。 6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述等离子体蚀刻区域包括蚀刻腔，所述蚀刻腔 具有相对于衬底表面的腔高度H e ，所述腔高度H e 大于相对于在所述钝化区。
7、域中的衬底表面 的腔高度H p 。 7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述钝化区域包含多个供应设备，至少一个供应 设备被布置成用于在原子层沉积工艺步骤中供应前体气体；并且另一供应设备提供有反应 物供应设备，所述另一供应设备在使用中由流动屏障界定。 8.根据权利要求7所述的装置，其中，在包括界限出所述腔的引流管的各个腔内提供 有至少一个所述供应设备。 9.根据权利要求1所述的装置，进一步包含支撑部件，所述支撑部件被布置成与所述 注入器头部相对，以支撑由所述气体轴承结构支持住的衬底；所述支撑部件包括用于将所 述蚀刻等离子体导向所述衬底的电极。 10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述注入器头部。
8、可移向和移离传送平面。 11.根据权利要求1所述的装置，进一步包含温度控制器，所述温度控制器被布置成用 于将所述腔的温度保持在-20至+75的范围内。 12.一种用于在衬底的表面上进行反应性离子蚀刻的方法，所述方法使用包括注入器 头部的装置，所述注入器头部包含： 等离子体蚀刻区域，其包括蚀刻气体供应设备并且布置有用于激发等离子体的等离子 权 利 要 求 书CN 102859647 A 2/2页 3 体产生结构； 钝化区域，其包括提供有钝化气体供应设备的腔；该供应设备和引流管被布置用于经 由所述腔从所述供应设备向所述引流管提供钝化气流；所述腔在使用中由所述注入器头部 和所述衬底的表面气体界定；以。
9、及 气体排出结构，其包含布置在所述蚀刻区域和钝化区域之间的气体排放部；所述气体 排出结构由此形成所述蚀刻区域和钝化区域的空间分界； 在保持所述蚀刻区域和钝化区域空间上分开的同时，所述方法包含以下时间循环步 骤： a)将所述注入器的头部的等离子体蚀刻区域放置在衬底部分的上方，所述衬底部分具 有对蚀刻等离子体敏感的子部分； b)供应蚀刻等离子体，并且通过电极结构将所述蚀刻等离子体朝向所述衬底部分加 速，以使离子撞击在所述衬底的表面上，以便蚀刻所述子部分； c)相对于所述衬底移动所述注入器头部，以将所述钝化区域定位在所述衬底部分的上 方；以及 d)通过从所述钝化气体供应设备在所述腔中提供钝化气体，而。
10、在所述衬底部分上供应 钝化层。 13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述钝化区域包含多个供应设备，通过在第一 腔中供应前体气体来进行原子层沉积工艺步骤中提供的所述钝化层的供应；并且在另一腔 中提供反应物供应，所述另一腔提供有反应物供应设备，所述另一腔在使用中由流动屏障 界定。 14.根据权利要求12所述的方法，进一步包含：将所述注入器头部放置在气体轴承中， 所述气体轴承通过气体轴承结构与所述衬底接触。 15.根据权利要求12所述的方法，进一步包含：将所述腔的温度控制在-20至+75 的范围内。 权 利 要 求 书CN 102859647 A 1/11页 4 用于反应性离子蚀刻的装置和方法 。
11、技术领域 0001 本申请涉及一种用于对衬底进行反应性离子蚀刻的装置。本申请还涉及一种用于 对衬底进行(深度)反应性离子蚀刻的方法。 背景技术 0002 目前，硅材中的高深宽比(aspect ratio)的特征部的深度反应性离子蚀刻 (DRIE)主要依靠特别是在US5,498,312中所描述的所谓波什工艺(Boschprocess)。这种 工艺是硅材微机械加工中最流行的技术选择，并且服务于以下的巨大新兴市场： 0003 1)用于晶片和芯片的3D堆叠的穿透硅材的通孔(Through-Silicon Vias，TSVs)， 和 0004 2)微机电系统(MEMS，即传感器和致动器)， 0005 以。
12、及以下更成熟的市场： 0006 3)DRAM(动态随机存储器)槽蚀刻、浅槽隔离蚀刻(Shallow Trench Isolationetching)。 0007 波什工艺还称为深度反应性离子蚀刻，其实质上是相继地蚀刻并且钝化的工艺。 最初，波什工艺是基于在Ar中使用NF 3 或SF 6 的Si蚀刻的交替循环，以形成气相SiF x 蚀刻 产物，并且基于在Ar中使用CF 4 或CHF 3 来进行钝化，以形成沉积在特征部(feature)的侧 壁和底部上的保护性碳氟聚合物。蚀刻和钝化循环的时间尺度一般为几秒(例如3-5秒)。 发明内容 0008 根据一方面，考虑一种蚀刻工艺和装置，其旨在提供快速蚀刻。
13、工艺，其中，材料得 到了有效利用，并且使得替代形式的钝化变得可能。 0009 一方面，提供一种用于对衬底进行反应性离子蚀刻的装置，包含： 0010 等离子体蚀刻区域，其包括蚀刻气体供应设备并且布置有用于激发等离子体的等 离子体产生结构，并且所述等离子蚀刻区域进一步包括电极结构，所述电极结构被布置成 用于将所述蚀刻等离子体朝向衬底部分进行加速，以使离子撞击在所述衬底的表面上； 0011 钝化区域，其包括提供有钝化气体供应设备的腔；该供应设备被布置成用于从该 供应设备向所述腔提供钝化气流；所述腔在使用中由所述注入器头部和所述衬底的表面界 定；以及 0012 气体排出结构，其包括布置在所述蚀刻区域和。
14、所述钝化区域之间的气体排放部； 所述气体排出结构因此形成所述蚀刻区域和所述钝化区域的空间分界。 0013 根据另一方面，一种用于在衬底的表面上进行反应性离子蚀刻的方法，所述方法 使用包括注入器头部的装置，所述注入器头部包含： 0014 等离子体蚀刻区域，其包括蚀刻气体供应设备并且布置有用于激发等离子体的等 离子体产生结构； 0015 钝化区域，其包括提供有钝化气体供应设备的腔；该供应设备和引流管被布置用 说 明 书CN 102859647 A 2/11页 5 于经由所述腔从所述供应设备向所述引流管提供钝化气流；所述腔在使用中由所述注入器 头部和所述衬底的表面气体界定；以及 0016 气体排出结。
15、构，其包含布置在所述蚀刻区域和钝化区域之间的气体排放部；所述 气体排出结构由此形成所述蚀刻区域和钝化区域的空间分界； 0017 在保持所述蚀刻区域和钝化区域空间上分开的同时，所述方法包含以下时间循环 步骤： 0018 a)将所述注入器的头部的等离子体蚀刻区域放置在衬底部分的上方，所述衬底部 分具有对蚀刻等离子体敏感的子部分； 0019 b)供应蚀刻等离子体，并且通过电极结构将所述蚀刻等离子体朝向所述衬底部分 加速，以使离子撞击在所述衬底的表面上，以便蚀刻所述子部分； 0020 c)相对于所述衬底移动所述注入器头部，以将所述钝化区域定位在所述衬底部分 的上方；以及 0021 d)通过从所述钝化气。
16、体供应设备在所述腔中提供钝化气体，而在所述衬底部分上 供应钝化层。 0022 由于空间分界，通过消除气体转换和清除/泵时间循环，而显著增加蚀刻速率。 0023 装置可以包括腔压强控制器。腔中的压强可以被控制为独立于和/或不同于腔外 部的压强。通过这种方式，可以设定腔中的预定的压强，优选地，为专门用于最优化在专门 用于各工艺步骤的各腔中的工艺气体的扩散的平均自由行程。 0024 在使用装置时，腔由衬底的表面界定。显然，通过这种方式，衬底帮助限制工艺气 体。在腔和衬底表面的平面内的衬底之间的相对移动的组合，以及将被注入的工艺气体限 制在腔内，进一步使工艺气体能被相当有效地利用。通过这种方式，能在衬。
17、底的表面上有效 地分配工艺气体的体积，从而提高工艺气体分子被注入腔后附着在衬底的表面上的概率。 附图说明 0025 现在将参照附图对本公开进行非限制性说明，其中 0026 图1示出了第一实施例中用于衬底的反应性离子蚀刻的装置的示意性透视侧视 图； 0027 图2示出了第二实施例中用于衬底的反应性离子蚀刻的装置的示意性侧视图； 0028 图3示出了根据本公开另一实施例的注入器头部的仰视图； 0029 图4示出了用于衬底的反应性离子蚀刻的装置的另一示意性透视侧视图； 0030 图5示出了带有工艺窗口W的图解； 0031 图6示出了另一实施例的进一步的示意性侧视图； 0032 图7示出了嵌套在蚀刻子。
18、周期之间的ALD(Atomic Layer Deposition，原子层沉 积)钝化周期的示意性时间图表； 0033 图8示出了包括旋转的注入器头部的替代实施例； 0034 图9示出了用于提供等离子体的多个电极构形；以及 0035 图10示意性示出了采用替代ALD钝化的蚀刻/钝化工艺。 0036 除非另有规定，所有附图中相同的附图标记代表相似的组成部分。 说 明 书CN 102859647 A 3/11页 6 具体实施方式 0037 图1在一个实施例中示出了用于衬底5的反应性离子蚀刻的装置的示意性透视侧 视图。该图示出了关于其它气体入口腔(或“袋”)的优选高度H e 、H p 、受限的等离子体。
19、蚀刻 区域和钝化区域的侧向向前延伸L以及压强和流动的范围的一些基本原则的设计考虑。此 处，主要的考虑是沟道上的压降与高度的立方H 3 成比例(并且线性于L和流动速率)，H是 获得期望的压强的便利设计参数。 0038 可以看出，该设计实质上包含可选地被净化气体限制分开的等离子体蚀刻区域和 钝化区域。钝化区域的最简单形式可以是常规的基于C 4 F 8 的沉积。 0039 相应地，所示出的用于对衬底5进行反应性离子蚀刻的装置1包含：等离子体蚀刻 区域2，等离子体蚀刻区域2包含蚀刻气体供应设备40并且布置有用于激发等离子体4的 等离子体产生结构22(见图2)。该等离子体可以为本领域已知的远程类型。等离。
20、子体产生 结构22可以包括现有技术中已知的电极和/或RF-线圈，其布置在腔20附近(例如，在蚀 刻气体供应设备40中)。此外，等离子体产生结构22包含电极结构(见图2)，以将蚀刻等 离子体朝向衬底部分进行加速，从而让离子撞击衬底的表面。钝化区域3包括腔8，腔8提 供有(可选地，由等离子体辅助的)钝化气体供应设备41；供应设备41被布置成用于提供 经腔8将钝化气流从供应设备41提供给引流管(drain)6；在使用中，腔8由注入器头部1 和衬底表面50定界；并且，气体排出结构7包含气体排放部6，气体排放部6布置在蚀刻区 域2和钝化区域3之间；气体排出结构6由此形成蚀刻区域2和钝化区域3的空间分界。。
21、 0040 典型地，并且优选地，反应步骤(蚀刻、钝化、可选的清除)是在室温下进行的，而 (由气流和反应隔间中的压强P e 和P p 的尺寸来实现的)最佳压强通过以下示例来提供： 0041 0042 图2示出了根据本发明的实施例的示意性侧视图。作为一个示例，注入器头 部1示出为具有两个沉积腔20、30，这两个沉积腔20、30由气体轴承区域(gas bearing region)70分开。钝化步骤可能需要包括材料沉积。这种材料沉积可以在腔30中进行，腔 30提供有钝化气体供应设备41。因此，在本实施例中，示出了注入器头部包含提供有钝化 供应设备41的腔30，在使用中，腔30由气体轴承70来界定。优。
22、选地，蚀刻气体供应设备 40被设计成没有显著的流量限制，以允许等离子体沉积。因此，朝向衬底表面50，等离子体 说 明 书CN 102859647 A 4/11页 7 流不受任何流量限制的阻碍。 0043 本实施例中，工艺气体被供应到腔20内，气流沿着衬底表面50。气流是经由腔20 从蚀刻气体供应设备40提供到引流管6的。使用中，腔20由注入器头部1和衬底表面50 来界定。气体轴承70提供有轴承气体注入器73，轴承气体注入器73被布置成与腔20相 邻，以用于将轴承气体注入到注入器头部1和衬底表面50之间，因此，轴承气体形成气体轴 承，同时将被注入的工艺气体限制于腔20。额外地，引流管60可以起到。
23、排走轴承气体的作 用，以防止轴承气体流入腔20、30。 0044 虽然，该实施例示出了具有相等高度腔20、30，然而，根据一方面，优选地，等离子 体蚀刻区域包括蚀刻腔20，蚀刻腔20相对于衬底表面50具有腔高度H e ，其中，H e 大于相对 于在钝化区域30中的衬底表面50的腔高度H p 。 0045 虽然，在该实施例中，每个流屏障的尺寸为气体轴承70，但是，在原理上，这不是必 须的；例如，只要提供了有效的流动屏障，则分隔沉积腔20、30的流动屏障71的尺寸不必如 气体轴承。典型地，流动屏障71可以具有间隙高度，这个间隙高度比其中气体轴承70有效 的间隙高度大。在实际的示例中，气体轴承工作在。
24、5-100微米的间隙高度范围内；其中，流 动屏障在例如直至500微米这样的值以上都仍然有效。此外，气体轴承70可以只在衬底5 存在时作为有效的流动屏障(或就此而言，气体轴承)；然而，不考虑衬底5是否存在，流动 屏障可以或可以不设计为活性的。重要地，在任何时候，沉积腔20、30之间的活性材料的流 动都被流动屏障阻止了，以避免污染。这些流动屏障不是可以或者可以不设计为气体轴承 70。 0046 虽然图2未具体示出输送系统，但是衬底5可以相对注入器头部1移动，以接收腔 20、30内的随后工艺步骤。通过移动衬底5相对于注入器头部1往复运动，能够控制工艺步 骤的数目。因此，注入器头部可以在平面内移动，并。
25、且可朝向或远离输送平面移动。 0047 具体地，通过在用于蚀刻/钝化/蚀刻/钝化/等的多个区域下移动或往复移动 衬底座(即，可以偏压至一定电压的卡盘)，可以对由本领域技术人员公知的硬膜所限定的 衬底或晶片5中的突出部进行蚀刻，例如SiO 2 层。衬底(例如，晶片5)的移动可以沿着一 个或更多个纵向遍历运送，跨越许多重复的平行的蚀刻区域(20)/钝化区域(30)，或者是 往复移动P、Q，即在一个蚀刻区域和一个钝化区域中往返(见图9)。通过这种方式，可以确 保高度均匀的蚀刻结果。 0048 提供了支撑部件10，支撑部件10对衬底5提供支撑。支撑部件10被布置在注入 器头部的对面。支撑可以是浮动型的。
26、，电极装置22被布置成将蚀刻等离子体朝向衬底部分 加速，以便让离子轰击衬底5的表面50。例如，这可以通过在蚀刻步骤中对衬底5进行偏 压来实现。由于没有任何机械支撑，避免了这样的支撑的污染风险，有效保障了注入器头部 1相对于衬底5的最佳工作高度。此外，减少了系统的用于清洁的停机时间。另一方面，对 于(例如SF 6 +SiSiF 4 +SF 2 类型的)放热蚀刻工艺而言，与支撑的热/机械接触是有益 的。由于没有机械支撑，系统的热容量得以降低，从而导致衬底对生产温度的快速热响应， 这可以显著地增加生产量。 0049 在这方面，蚀刻腔20限定了相对于衬底表面的用于分子流动/过渡气流情况的腔 高度H e。
27、 ，并包含供应设备40和引流管60。作为流动屏障的气体轴承71包含轴承气体注入 器73，轴承气体注入器73布置在面向衬底5的轴承面72部分中，轴承面72部分界定了相 说 明 书CN 102859647 A 5/11页 8 对于衬底的间隙距离H g ，间隙距离H g 小于腔高度H p 。 0050 此外，轴承气体注入器73包含流量限制装置74，流限制装置74限定了气体轴承的 机械刚度。轴承面72可由突出部分110形成，突出部分110包括轴承气体注入器73。在 使用中，气体轴承层是例如形成在表面50和气体轴承面72之间。典型地，引流管60之间 的距离C1在1毫米至10毫米范围内，这也是腔2、3的典。
28、型宽度。气体轴承层的典型厚度 (由H g 标示)可以在3微米至15微米范围内。突出部分110的典型宽度C2可以在1毫米 至30毫米范围内。衬底5的平面外的蚀刻腔20的典型厚度H e 可以在3毫米至10毫米的 范围内，优选为5毫米。 0051 因此，应当理解的是，气体轴承层7的厚度H g 一般可以小于在衬底表面50外的平 面中测得的腔20的厚度H e 。 0052 因此，在使用中，腔20中的总气体压强可以不同于额外的腔30中的总气体压强。 蚀刻腔20中的总气体压强可以是分子/过渡流态(在5Pa至50Pa的范围内，优选约13Pa)， 和/或钝化腔30中的总气体压强可以是连续流态(在50Pa至500。
29、Pa的范围内，优选约 133Pa)。可以基于钝化气体的实际性质、实际流动速率和实际尺寸来选择这些压强值。 0053 压强控制器(未示出)可以控制用于对腔20、30中的压强进行控制的腔压强。此 外，控制器对气体轴承层70中的气体轴承层压强进行控制。 0054 图3示出了沿着与衬底表面垂直的方向看，注入器头部1的起伏形状的示意性示 例。典型地，曲线形状可以防止衬底2的一阶弯曲模式(bending mode)。因此，可以看出， 沿着与衬底表面垂向的方向看去的起伏形状，形成了气体轴承70和腔20、30，以用于防止 薄板状衬底的一阶弯曲模式。此外，典型地，沉积腔20、30的形状可以按照气体轴承狭口70 。
30、的形状，以允许紧凑的注入器头部构造。这些变化允许衬底表面上的压强分布的最优化。对 于脆性衬底或柔性衬底而言，这种最优化很重要。 0055 图4示出了用于衬底5的反应性离子蚀刻的装置100的另一示意性透视侧视图， 其中，衬底5在钝化区3中具有C4F8壁钝化子循环。在该示例中，提供了等离子体产生结 构220，以提供钝化气体等离子体。这种结构可以包含本领域已知的电极和/或RF线圈，以 产生适当的钝化气体等离子体。贯穿本说明书，钝化气体或钝化等离子体(的使用)视情 况而言是等同的。提供了支撑部件10，支撑部件10为衬底5提供支撑。一般而言，当增加 压强时，工艺将会加快，特别是对于钝化步骤而言，因为与传。
31、递有活性并且有蚀刻性的个体 (species)以打开并且进一步蚀刻特征部的底部部分相比而言，传递/蚀刻足够的分子，以 用于在其侧壁区域和底部区域被完全覆盖的特征部内的钝化，将会花费大量的时间。 0056 1.Langmuir蚀刻时间与A成比例地增加(仅对于经蚀刻的特征部的底部而言，即， 增加的因子为3/4A+1)，其中，A为特征部深度与宽度的深宽比 0057 2.Langmuir沉积时间与A 2 (A的平方)成比例地增加(对于经蚀刻的特征部的底 部和侧壁而言，即增加的因子为3/2A 2 +19/4A+1) 0058 然而，对于蚀刻区域2中的蚀刻步骤而言，在更高的压强下，分子间碰撞的水平的 增加。
32、将导致单向蚀刻特性的恶化。因此，蚀刻步骤应该在分子/过渡流态中的低压下，在 0.1-1.0托(约0.1-1毫巴或10-100Pa)的范围内(更优选地，在10-100Pa(0.1-1托)进 行。需要这些低压的原因在于应尽量避免分子间碰撞以便能定向蚀刻(“视线”)。 0059 对于区3中的钝化步骤来说，增加朝向连续流动条件的压强是非常有益的，例如 说 明 书CN 102859647 A 6/11页 9 在从100Pa至1000Pa(约1托至10托)的范围内，并且保持流动速率不变，因为用于沉积 的Langmuir时间尺度减小为十分之一。压强的进一步增加不导致减少的沉积时间，因为此 时沉积变得受限于供。
33、应设备。对于更高压强下的基于CVD的钝化步骤而言，特征部中的涂 层的不均匀性是一个风险(特别是在高A下)：由于粘附概率增加，前体(precursor)将在 特征部的口部附近被耗尽，使得特征部的底部不能被覆盖。清除区域71可以形成为气体轴 承；由气体轴承70形成至少一个外周边。 0060 图5示出了一个示意图，其具有用于被称为SAM.24的硅前体H2SiN(C2H5)22的 适当压强和操作温度的工艺窗口W。虽然与被称为TMA的常规的铝材前体相比，典型地，该 前体具有低约10倍的汽压强(vaporpressure)，但汽压强是在用于钝化的适当的高压态。 对于25-75的温度范围来说，SAM.24的。
34、分压在0.1-10托的范围内。 0061 图6示出了另一实施例的进一步的示意性侧视图，其中，提供了原子层沉积(ALD) 类型的钝化步骤，其具有基于ALD的SiO 2 沉积，优选地，在室温下。注意，与常规的C 4 F 8 钝化 步骤相比而言，ALD工艺气体是环境友好的。因此，钝化区域包含多个供应设备31、32，至少 一个供应设备31被布置成用于在原子层沉积工艺中供应前体气体；并且另一供应设备提 供有反应物供应设备32，在使用中，该另一供应设备由流动屏障界定。虽然，附图示意性示 出了设置在单个腔30中的供应设备；典型地，各供应设备31、32连同各自的引流管一起被 包含在各自的腔中，所述各自的腔由流。
35、动屏障71和/或气体轴承70所定界，并由此界限出 所述腔。其它ALD钝化材料和循环方案也是可行的，例如Al 2 O 3 等。此处，扩展到等离子体增 强(例如，使用远程ICP等离子体源)也是有可能的。ALD不具有在特征部的口部附近的非 共形(non-conformal)生长的缺陷，因为，由于ALD工艺的自限性，涂层自特征部的口部向 特征部的底部进行。因此，ALD开启了增加压强和层增长率的可能性。ALD能够满足对于高 增长率原子逐层控制以及因此使用连续的自限制表面反应的步骤共形(step-conformal) 沉积的要求。 0062 大部分ALD工艺是基于二元反应序列(binary reactio。
36、n sequences)，其中，发生 两个表面反应并且沉积二元化合物膜。由于仅有有限数目的表面位置，反应只能沉积有限 数目的表面个体。若这两个表面反应中的每一个都是自限的，那么这两个反应可以按照顺 序的方式来进行，以沉积具有原子等级控制的薄膜。 0063 ALD的优点在于在埃级别或单层级别下的精确厚度控制。ALD的自限制方面导致 高深宽比结构上的优异阶梯覆盖(step coverage)以及共形沉积。 0064 用于钝化的有效二元化合物膜可以是SiO 2 层，当采用ALD(特别是等离子体辅助 的ALD)时，甚至可以在中温(下至室温)下使用特定的有机金属Si前体结合氧前体或等 离子体氧来沉积Si。
37、O 2 层。SiO 2 是涂覆在Si晶片的2D表面上的硬罩材料的优选选择。SiO 2 是非常有效的掩模材料，其具有S(SiO 2 /Si)801直至2001的蚀刻速率选择性。 0065 如在ALD中，仅沉积一个单层(或甚至更少)，为了适当的钝化特性，可能需要多个 (10的数量级)ALD步骤，以获得一层，或几个(例如上至约5)纳米。 0066 可能地，通过反应性离子蚀刻系统的适当设计(图中概述了使用不同的喷嘴-衬 底尺寸和不同的压强p 3 p 2 p 1 的示例)下，可以在比钝化步骤低10至100倍的压强下 操作蚀刻步骤。为允许大气环境中的整个单元的操作，蚀刻和钝化环节2、3应该被环境保 护区域。
38、7环绕，环境保护区域7具有约100微米量级的间隙高度。注意，在SF 6 蚀刻气体的 说 明 书CN 102859647 A 7/11页 10 情况下(其有利地防止引流管线的堵塞)，允许有来自环境大气的约10的氧(O 2 )的增加。 O 2 的增加可以经由气体轴承供应、经由裂缝或有意的增加来进行。 0067 图7示出了嵌入在蚀刻子循环200之间的ALD钝化循环300的示意性时间图表。 在钝化步骤300中，SiO 2 ALD沉积由O前体(H2O、O3或O2等离子体)和Si前体例如胺基 硅烷的钝化循环来提供，而优选地，通过由钝化腔中的反向偏压电极布置的反向偏置电压 来抵消衬底的电极偏压。在蚀刻步骤2。
39、00中，提供偏压，以将蚀刻等离子体4朝向衬底部分 进行加速，以让离子轰击衬底的表面，从而对子部分的进行蚀刻。其它氧化物可包括氧化锗 或氧化钨，优选地，在氟环境中易挥发的类型。 0068 注意，各向异性的高深宽比的蚀刻剖面是通过在蚀刻步骤200中引入定向效应来 获得的，这可以通过紧凑的(微)等离子体阵列源和衬底偏压的组合来提供。这可以通过 在导电的衬底座10上设置偏压(DC或RF)来实现。这将在整个衬底上产生电压，使得离子 从SF 6 等离子体区域中被提取出来。这些离子将优先蚀刻掉位于槽底部处的钝化层，并且 保持定向蚀刻。偏压对C 4 F 8 钝化区域(其中，等离子体中的反应物气体压强较高)或A。
40、LD SiO 2 钝化区域(其中，压强在等离子体模式中相似或在纯热模式中更高)中的晶片部分的 影响明显更低，从而抑制了大部分定向性。可替代地或附加地，可以在钝化腔上设置本地偏 压(例如，通过布置在腔中的反偏压电极)，以便抵消整体衬底卡盘上的预设偏压，这最佳 地保持在注入器头部的蚀刻腔中产生的离子的定向性。 0069 图8示出了包括旋转的注入器头部101的替代实施例。图8A显示空间RIE反应 器头部的底侧，其中，SF 6 区域20和C 4 F 8 区域30整合为由排气区域71和气体轴承平面70 围绕的入口。此处，可以将晶片5夹在衬底座10上，衬底座10在反应器头部101下面的轴 11上转动，反应。
41、器头部101含有腔，该腔具有用于SF 6 等离子体蚀刻和C 4 F 8 (或SiO 2 ALD)钝 化气体的入口40、41以及用于气体轴承(例如，N 2 )的出口70、71。注意，晶片5通过反应 区域20、30下方的实际速度沿晶片5的径向变化，离晶片5的中心越远，速度越高，因而暴 露时间越短。在气体出口的尺寸和形状相等的情况下，这会导致整个晶片5上的气体剂量 不均匀，离晶片的中心越远，槽越浅。这可以通过改变出口密度或通过在进一步朝向晶片的 边缘处插入越大的出口直径来进行补偿，以便实现均匀的气体剂量。晶片偏压可以通过导 电的衬底台的DC或RF偏压来执行。衬底座10是通过由驱动轴连接的伺服电机来转。
42、动的。 工艺和废弃气体线40、41、70、71通过穿过烤箱的顶部的开口连接到反应器头部101上。衬 底偏压可以是连续的。 0070 图9示出了适于提供等离子体的多个电极配置。例如，可以提供高密度(约10 13 个体/cm 3 )等离子体或微等离子体源的阵列，其具有在微米至(亚)毫米范围内的微观尺度 的等离子体，并且在这些长度上形成流动气体等离子体的准线性源或纵向等离子体源(远 程ICP等离子体、微波)，具有一定的额外裕度。 0071 凭借其小尺寸(亚毫米)，这些微等离子体一般能够在更高压强下操作，并且与在 低压强区域下的传统的等离子体相比而言，展示出不同于的特性。因此，只要相应于气体个 体的平。
43、均自由行程来缩减尺寸，那么更高的等离子体密度(10 13 个体/cm 3 )也是有可能 的。 0072 作为在图9A中示出的示例，已知空心阴极放电形式的等离子体产生结构22从高 密度的蚀刻气体供应设备40产生线性弧等离子体4，在图中磁体N/S之间，在衬底5上具 说 明 书CN 102859647 A 10 8/11页 11 有这样的长度。典型地，线性弧放电(linear arc discharge，LAD)示出为基于两个平行 板221之间的RF生成的空心阴极放电。等离子体源22可以并入注入器头部1的刻蚀区域 20(见图1)，或者通过微机械加工与注入器头部1的刻蚀区域20集成在一起。原则上，对 。
44、于典型的Le5毫米的侧向尺寸(图9中的x方向)以及H5毫米的高度来说，等离子 体源22在半导体衬底5上延伸。可以选择典型的宽度，以便在整个晶片尺寸上获得均匀的 等离子体强度，因此，在通常半导体处理中，最低标准为300至450毫米，在太阳能电池处理 中，156毫米，但更典型地，为大到1米或以上。 0073 图9B示出了包括电解质阻挡等离子体源的另一实施例22，特别是，具有在衬底 5上产生等离子体4的介质223的空气中以13.56MHz进行操作的阻挡等离子体源。如本领 域技术人员所知道的，诸如缝隙天线(SLAN)源之类的其它等离子体源22也可以使用。优 选地，等离子体和衬底之间的所谓暗区足够大(至。
45、少几百微米)，以便能自等离子体4向衬 底表面5充分提取并加速离子。 0074 图10示意性示出了使用注入器头部1的刻蚀/钝化工艺200/300，蚀刻/钝化工 艺200/300正如可选地使用ALD钝化步骤310在本文中所公开的，ALD钝化步骤310使用 如前述的具有腔31、32的ALD印制头部101。在第一个步骤900a中，提供衬底5，衬底5具 有对等离子体敏感的子部分50，和保护衬底5的其余部分的光致抗蚀剂或图案化的硬膜部 分51。 0075 采用SF 6 的蚀刻步骤200大体上为各向同性。不中断的话，其将主要由非定向中 性个体(含F基)进行。为了最小化该侧向蚀刻的组成部分，蚀刻步骤由下一个壁。
46、钝化步 骤300迅速中断。在各蚀刻步骤期间，对衬底卡盘5应用偏压。这导致从等离子体到衬底 5上的定向物理离子轰击，定向物理离子轰击仅在特征部的底部部分击穿聚合物，从而能进 行深度特征部蚀刻。与硬氧化物(通常为SiO 2 )膜和/或光致抗蚀剂膜材料相比而言，该 工艺允许以相对较高的蚀刻速率和选择性(高达约2001)来对硅材中的深度竖直微结 构55进行干蚀刻。因此，该方法包含以下时间循环的步骤： 0076 e)将注入器的头部1等离子体蚀刻区域20放置(步骤900)在衬底部分5上方， 该衬底部分具有对蚀刻等离子体4(例如，SF 6 )敏感的子部分50； 0077 f)供应(步骤200)蚀刻等离子体4。
47、，并且将等离子体4朝向衬底部分加速，以便 让离子轰击衬底5的表面50，以便对子部分进行蚀刻； 0078 g)相对于衬底5移动(步骤300)注入器头部1，以将钝化区域30安置在衬底部 分50的上方；以及 0079 h)通过在腔30中提供钝化气体，来在衬底部分50上供应钝化层52。 0080 时间循环的步骤可以通过注入器头部1的往复移动P、Q来执行。或者，这可以通 过如图8中所公开的注入器头部101的转动运动来执行。 0081 在替代的原子层钝化步骤310中，钝化区域包含多个供应设备31、32，通过在第一 腔31中供应前体气体来进行原子层沉积工艺步骤中提供的钝化层的供应；且在提供有反 应物供应设备。
48、的另一腔32中提供反应物供应，该另一腔在使用中由流动屏障界定。可选 地，注入器头部1、101可以放置在气体轴承中，气体轴承通过气体轴承结构与衬底接触。 0082 由于注入器头部向衬底的表面接近到很近，在使用中，典型地，气体轴承层显示出 气体轴承层中的强烈的压强增加。例如，当注入器头部向衬底移近两倍(例如，从离衬底的 说 明 书CN 102859647 A 11 9/11页 12 表面50微米的位置处移动至离衬底的表面25微米的位置处)时，其它条件不变，那么气体 轴承层中的压强在使用中至少翻倍，例如典型地增加八倍。优选地，在使用中，气体轴承层 的刚度是在10 3 牛顿/米和10 10 牛顿/米之。
49、间，但也可以在这个范围之外。这样的抬高的气 体压强可以例如在1.2巴至20巴的范围内，特别是在从3巴至8巴的范围内。一般而言， 更强的流动屏障导致更高的抬高的压强。抬高的工艺气体压强增加了在衬底的表面上的工 艺气体沉积速度。由于工艺气体的沉积常常形成反应性离子蚀刻的重要的限制速度的工艺 步骤，该实施例允许增加反应性离子蚀刻的速率。 0083 在一个实施例中，装置被布置成用于在沿方向P朝向衬底表面在注入器头部上施 加预应力。气体注入器可以被布置成用于通过控制气体轴承层中的压强来抵消预应力。在 使用中，预应力增加气体轴承层的刚度。这样的增加的刚度减小了不想要的在衬底的表面 外的移动。结果，注入器头部能够在更接近于衬底的表面处进行操作，而不会触碰衬底表 面。 0084 替代地或额外地，可以通过向注入器头部添加重物以产生预应力，来通过磁性和/ 或重力的方式形成预应力。替代地或。