專利名稱：一種氣體回流預防裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種等離子體刻蝕設備，尤其涉及ー種等離子體刻蝕設備的氣體回流預防裝置。
背景技術：
目前，半導體制造技術領域中，硅通孔(TSV)技術在三維立體封裝領域得到了廣泛應用。硅通孔技術需要對晶片進行深反應離子刻蝕，現有技術中，深反應離子刻蝕通常采用博世エ藝(Bosch process)進行。博世エ藝主要包括以下步驟(I)刻蝕步驟，通常用含有SF6的混合氣體進行化學反應離子刻蝕；(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側面形成氟碳聚合物層，以使下ー個周期的刻蝕步驟中化學反應離子刻蝕吋，SF6氣體不會對側壁的聚合物進行刻蝕或者刻蝕速率非常慢；刻蝕步驟和沉積步驟交替 循環進行，直到深孔刻蝕完成。采用交替重復進行各向同性刻蝕和聚合物沉積エ藝，從而實現完全的各向異性的深度刻蝕。如附圖I所示，現有技術的ー種電感耦合等離子體刻蝕設備，其反應腔9設置有包覆在內部工作空間四周的腔壁31和頂部的介電板32，腔壁31上設置有氣體注入板4，反應腔9內設置有晶片基座2，晶片基座2的下方設置有排氣泵8。介電板32上方設置有射頻線圈5，等離子體刻蝕設備工作時，射頻線圈5與等離子體刻蝕設備的射頻電源61相連接，晶片基座2與等離子體刻蝕設備的射頻偏置電源62相連接，氣體通過氣體注入板4輸入反應腔9，被電離成等離子體7，排氣時排氣泵8將氣體排出反應腔9。使用上述現有技術的等離子刻蝕設備實施博世エ藝存在以下問題(I)在刻蝕深硅通孔吋，反復交替循環進行的刻蝕步驟和沉積鈍化步驟在使通孔變深的同時還形成扇貝狀起伏的側墻。使用附圖I所示現有技術的電感耦合等離子體刻蝕設備實施博世エ藝在半導體材料晶片101上刻蝕深硅通孔102，其真實的顯微形貌由掃描電子顯微鏡示于附圖2，對其孔壁103及其附近區域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墻A。(2)由于扇貝狀側墻在博世エ藝中是無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墻A。減小扇貝狀側墻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間而不改變刻蝕步驟和沉積步驟的反應時間。通常，刻蝕氣體與沉積氣體切換的間隔時間為廣2秒，為了減小扇貝狀側墻A，間隔時間需要減少到0. f 0. 5秒。使用現有技術的等離子體刻蝕設備實施博世エ藝時，由于刻蝕氣體與沉積氣體切換的間隔時間減少，兩種氣體在切換的過程中在反應腔內相互混合的風險増大，前一種氣體未及時排出，回流與后一種輸入的氣體混合，會造成刻蝕速率降低。

發明內容
本發明提供了一種氣體回流預防裝置，在實施博世エ藝刻蝕深硅通孔時，能夠在刻蝕氣體與沉積氣體相互切換時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間，減小博世エ藝中形成的扇貝狀側墻，此外，還能夠在其中一種氣體工作時將其等離子體限制在反應腔內，將等離子體與真空分離，提高了刻蝕質量和生產效率。本發明采用以下技術方案來實現
一種氣體回流預防裝置，套置在等離子體刻蝕設備的反應腔內的晶片基座外，其特點是，所述的氣體回流預防裝置設為環狀本體，所述的環狀本體上間隔設置多個氣道，在等離子刻蝕設備工作過程中環狀本體的上表面氣壓大于環狀本體的下表面氣壓。上述的氣體回流預防裝置，其特點是，所述的氣道為通孔，通孔的上開ロ面積小于下開ロ面積。上述的氣體回流預防裝置，其特點是，所述的氣道為上下貫通的槽，槽的上開ロ面積小于下開ロ面積。上述的氣體回流預防裝置，其特點是，所述的氣道為上下貫通的幾何形狀，氣道的上開ロ面積小于下開ロ面積。
通孔下孔徑平均值的2倍。上述的氣體回流預防裝置，其特點是，所述的環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。上述的氣體回流預防裝置，其特點是，所述的環狀本體的高度大于幾何形狀上開ロ尺寸與下開ロ尺寸的平均值的2倍。上述的氣體回流預防裝置，其特點是，所述的氣道垂直設置在環狀本體中。上述的氣體回流預防裝置，其特點是，所述的氣道斜置在環狀本體中，與環狀本體構成夾角。上述的氣體回流預防裝置，其特點是，所述環狀本體由金屬材料制成。與現有技術相比，本發明具有如下有益效果
(I)本發明套置在等離子體刻蝕設備反應腔內的晶片基座周圍，將反應腔分隔為上下兩個空間，在兩種氣體切換的過程中，向反應腔上部空間注入下ー種氣體，同時晶片基座下方的排氣泵將反應腔內的前一種氣體抽出，由于本發明上間隔設置多個氣道，且氣道的上開ロ小于下開ロ，使得氣體回流預防裝置上表面所受氣體壓強大于下表面所受氣體壓強，防止了前一種氣體通過氣道回流到反應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間，減小博世エ藝中形成的扇貝狀側墻，提高刻蝕質量和生產效率。(2)本發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，且間隔設置的多個氣道上開ロ小于下開ロ，開ロ較小的上開ロ具有限流作用，在刻蝕或者沉積的過程中，工作的等離子體被限制在反應腔內上部空間，與反應腔內下部空間的真空分離。


圖I為現有技術電感耦合等離子體刻蝕設備的反應腔結構示意 圖2為使用現有技術等離子體刻蝕設備刻蝕的深硅通孔顯微形貌示意 圖3為圖2使用現有技術等離子體刻蝕設備刻蝕的深硅通孔N區域的扇貝狀側墻顯微形貌不意 圖4為本發明氣體回流預防裝置設置在電感耦合等離子體刻蝕設備的反應腔里的結構示意 圖5為本發明氣體回流預防裝置實施例之一的俯視圖；圖6為本發明氣體回流預防裝置實施例之ニ的俯視 圖7為本發明氣體回流預防裝置的縱向剖視 圖8為使用本發明裝置的等離子刻蝕設備刻蝕的深硅通孔扇貝狀側墻顯微形貌示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖，對本發明做進ー步闡 述。參閱附圖4所示，一種氣體回流預防裝置1，設置在等離子體刻蝕設備的反應腔9內，等離子體刻蝕設備的反應腔9設置有包覆在內部工作空間四周的腔壁31和頂部的介電板32，腔壁31上設置有氣體注入板4，反應腔9的腔壁31內設置有晶片基座2，晶片基座2的下方設置有排氣泵8。介電板32上方設置有射頻線圈5，等離子體刻蝕設備工作時，射頻線圈5與等離子體刻蝕設備的射頻電源61相連接，晶片基座2與等離子體刻蝕設備的射頻偏置電源62相連接，氣體通過氣體注入板4輸入反應腔9，被電離成等離子體7，排氣時排氣泵8將氣體排出反應腔9。本發明氣體回流預防裝置I套置在晶片基座2タト，將反應腔分隔成上下兩個空間。配合參見附圖5和附圖6所示，氣體回流預防裝置I設為環狀本體11，環狀本體11上間隔設置多個氣道12。附圖4中所標示的P1、P2分別為環狀本體11上表面、下表面所受的氣體壓強。本發明有三種實施例。參閱附圖5所示，其中第一種實施例的氣道12為通孔121，參閱附圖7所示，通孔121的上開ロ面積小于下開ロ面積。上開ロ孔徑常規設為2-5mm，下開ロ孔徑常規設為4-10mm。環狀本體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可以垂直設置在環狀本體11中；也可以斜置在環狀本體11中，使得通孔121的中心線與環狀本體11的上表面和下表面構成夾角。配合參閱附圖7所示，在本實施例中，采用圓形通孔氣道，通孔上開ロ直徑為2mm，下開ロ直徑為4mm，環狀本體11的高度須大于6mm。參閱附圖6所示，其中第二種實施例的氣道12為上下貫通的槽122，參閱附圖7所示，槽122的上開ロ面積小于下開ロ面積。上槽ロ寬常規設為2-5mm，下槽ロ寬常規設為4-10mm。環狀本體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可以垂直設置在環狀本體11中，也可以斜置在環狀本體11中與環狀本體11構成夾角，使得通孔121的中心線與環狀本體11的上表面和下表面構成夾角。其中第三種實施例的氣道12為上下貫通的任意幾何形狀，幾何形狀的上開ロ面積小于下開ロ面積。幾何形狀的上開ロ尺寸常規設為2-5mm，下開ロ尺寸常規設為4-lOcm。環狀本體11的高度大于幾何形狀上開ロ尺寸與下開ロ尺寸的平均值的2倍。幾何形狀的氣道可以垂直設置在環狀本體11中，也可以斜置在環狀本體11中與環狀本體11構成夾角，使得通孔121的中心線與環狀本體11的上表面和下表面構成夾角。環狀本體11具有一定的高度保證了設置在本體11上的氣道12具有足夠的長度。由于較小的氣道12上開ロ對氣體具有限流作用，配合上足夠長度的氣道12，使得在刻蝕或者沉積的過程中，工作的等離子體被限制在反應腔9內上部空間，與反應腔9內下部空間分離。氣體回流預防裝置I的環狀本體11由金屬材料制成。能夠通過與其接觸的腔壁31良好接地，形成射頻回路，在刻蝕或沉積的過程中，將工作的等離子體約束在反應腔9內環狀本體11的上方，與反應腔9內下部空間分離。參閱附圖4所示，氣體回流預防裝置I在等離子刻蝕設備工作過程中環狀本體11上表面氣壓Pl大于環狀本體11下表面氣壓P2。兩種氣體切換的過程中環狀本體11下表面氣壓P2由排氣泵8決定。當使用包含本發明氣體回流預防裝置的等離子體刻蝕設備執行博世エ藝時，在兩種氣體切換的過程中，等離子體刻蝕設備向反應腔9上部空間注入后ー種氣體，同時晶片基座2下方的排氣泵8將反應腔9內的前一種氣體抽出，由于本發明上間隔設置多個氣道12，且氣道12的上開ロ小于下開ロ，使得氣體回流預防裝置I上表面所受氣體壓強Pl大于下表面所受氣體壓強P2，防止了前一種氣體通過氣道12回流到反應腔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間。
本發明氣體回流預防裝置設置在電感耦合等離子體刻蝕設備里實施博世エ藝，在半導體材料晶片101上刻蝕深硅通孔102，其孔壁103的真實的顯微形貌由掃描電子顯微鏡顯示，對其與附圖2中N區域相同位置放大示于附圖8，與附圖3所示現有技術的電感耦合等離子體刻蝕設備實施博世エ藝刻蝕的深硅通孔顯微形貌進行對比，可以看出，使用本發明氣體回流預防裝置的電感耦合等離子體刻蝕設備刻蝕的深硅通孔102具有比較平緩的扇貝狀側墻B，本發明氣體回流預防裝置明顯減小了附圖3中的深硅通孔102的扇貝狀側墻A，提高了刻蝕質量。綜上所述，由于環狀本體11上間隔設置有多個上開ロ小于下開ロ的氣道12，且環狀本體11具有一定的高度，有效防止了兩種氣體切換時向反應腔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間，減小博世エ藝中形成的扇貝狀側墻，提聞刻蝕質量，提聞生廣效率。盡管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求
1.一種氣體回流預防裝置(1)，套置在等離子體刻蝕設備的反應腔(9)內的晶片基座(2)外，其特征在于，所述的氣體回流預防裝置(I)設為環狀本體(11)，所述的環狀本體(11)上間隔設置多個氣道(12)，在等離子刻蝕設備工作過程中環狀本體(11)的上表面氣壓大于環狀本體(11)的下表面氣壓。
2.如權利要求I所述的氣體回流預防裝置(1)，其特征在于，所述的氣道(12)為通孔(121)，通孔(121)的上開口面積小于下開口面積。
3.如權利要求I所述的氣體回流預防裝置(I)，其特征在于，所述的氣道(12)為上下貫通的槽(122)，槽(122)的上開口面積小于下開口面積。
4.如權利要求I所述的氣體回流預防裝置(I)，其特征在于，所述的氣道(12)為上下貫通的幾何形狀，氣道的上開口面積小于下開口面積。
5.如權利要求2所述的氣體回流預防裝置(I)，其特征在于，所述的環狀本體(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.如權利要求3所述的氣體回流預防裝置(I)，其特征在于，所述的環狀本體(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.如權利要求4所述的氣體回流預防裝置(1)，其特征在于，所述的環狀本體(11)的高度大于幾何形狀上開口尺寸與下開口尺寸的平均值的2倍。
8.如權利要求I所述的氣體回流預防裝置(I)，其特征在于，所述的氣道(12)垂直設置在環狀本體(11)中。
9.如權利要求I所述的氣體回流預防裝置(I)，其特征在于，所述的氣道(12)斜置在環狀 本體(11)中，與環狀本體(11)構成夾角。
10.如權利要求I所述的氣體回流預防裝置(1)，其特征在于，所述環狀本體(11)由金屬材料制成。
全文摘要
本發明公開了一種氣體回流預防裝置，設置在等離子體刻蝕設備的反應腔內，反應腔內設置有晶片基座，所述的氣體回流預防裝置套置在晶片基座外，其特點是，氣體回流預防裝置設為環狀本體，環狀本體上間隔設置多個氣道，氣道的上開口小于下開口；氣道可垂直設置在環狀本體中，也可以斜置在環狀本體中與環狀本體構成夾角。使用本發明氣體回流預防裝置的等離子體刻蝕設備實施博世工藝時，在兩種氣體切換時，能夠防止前一種氣體通過氣道回流到反應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間，減小博世工藝中形成的扇貝狀側墻，提高產品刻蝕質量，提高生產效率。
文檔編號H01J37/02GK102856146SQ20121037184
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月29日 優先權日2012年9月29日
發明者周旭升, 倪圖強 申請人:中微半導體設備(上海)有限公司