[发明专利]一种可动多离子源配置的离子束刻蚀机

说明书

本发明涉及一种可动多离子源配置的离子束刻蚀机，属于半导体刻蚀技术领域。可动多离子源配置的离子束刻蚀机，该刻蚀机包括反应腔体，该反应腔体上设有窗口，反应腔体的中心处布置电极运动驱动机构，电极运动驱动机构上设有载片电极，载片电极上放置晶圆；反应腔体内位于晶圆的上方设有一个或多个离子源；一个或多个离子源与晶圆之间布置分别布置中和器；一个或多个离子源所发出的离子束通过中和器所发出的中和束流。采用多离子源及其活动功能的配置可以在晶圆自身取消公转后实现晶圆表面接收到的离子数量最大程度的相同，提高晶圆表面刻蚀的均匀性。同时可以根据刻蚀的结果，随时调整离子源的位置，实现刻蚀过度或刻蚀不足部位的灵活调整性。

技术领域

本发明涉及一种可动多离子源配置的离子束刻蚀机，属于半导体刻蚀技术领域。

背景技术

在半导体器件及芯片等的制造工艺中，刻蚀工艺是众多工艺中最频繁被采用和出现的。IC制造的刻蚀工艺中，会部分或者全部刻蚀或者去除掉芯片上的某些材料。在所有的刻蚀工艺中，等离子体刻蚀以及离子束刻蚀（IBE）工艺越来越重要，尤其是随着芯片集成度提高，关键尺寸缩小，高选择比以及精确的图形转移等工艺需求的提高，更突显了等离子体刻蚀和离子束刻蚀的优点。

随着芯片关键结构从平面转向3D结构（例如：逻辑器件中的FinFET结构）、先进存储器结构（例如：磁存储器（MRAM）和阻变存储器（ReRAM）这些器件结构对刻蚀工艺要求的精确度、重复性及工艺质量要求的越来越高。同时MRAM这些器件制造过程中，有许多种特殊的金属材料及金属化合物材料需要使用刻蚀工艺。同时在等离子体刻蚀工艺过程中产生的刻蚀反应副产物大部分也是金属或者富含金属的薄膜，以及部分刻蚀工艺过后的图形侧壁不陡直也需要工艺来补充修饰；通过实验观察发现离子束刻蚀过程中的离子溅射对以上三种问题可以进行极大的改进。同时还要注意到使用离子束刻蚀有可能会对已有的器件或者芯片结构造成损伤。因此迫切的需要设计一种改进形式的离子束刻蚀系统来解决在先进器件制作过程中碰到的这些问题。

离子束刻蚀是利用具有一定能量的离子轰击材料表面，使材料原子发生溅射，从而达到刻蚀目的。把Ar，Kr或Xe之类惰性气体充入离子源放电室并使其电离形成等离子体，然后由栅极将离子呈束状引出并加速，具有一定能量的离子束进入工作室，射向固体表面撞击固体表面原子，使材料原子发生溅射，达到刻蚀目的，属纯物理过程。离子束刻蚀的优点是方向性好，各向异性，陡直度高；分辨率高，可达到0.01µm；不受刻蚀材料限制（金属和化合物，无机物和有机物，绝缘体和半导体即可）；刻蚀过程中可改变离子束入射角θ来控制图形轮廓。由于离子束刻蚀对材料无选择性，对于那些无法或者难以通过化学研磨、电介研磨难以减薄的材料，可以通过离子束来进行减薄。另外，由于离子束能逐层剥离原子层，所以具有的微分析样品能力，并且可以用来进行精密加工。

由于样品台需要同时完成样品承载、冷却、倾斜以及旋转等所有必要功能，导致样品台的结构复杂、体积庞大，对比反应粒子刻蚀设备，离子束刻蚀设备一般要求更大容积的真空腔，因此必须搭配更大抽速的真空泵组，需要更高的配件成本；此外，样品台需要回到初始位置（例如0^°）传入晶圆，倾斜到一定角度（例如70^°）刻蚀晶圆，再次回到初始位置传出晶圆，会减弱MRAM工厂的产量。

发明内容

本发明针对上述不足提供了一种可动多离子源配置的离子束刻蚀机。

本发明采用如下技术方案：

本发明所述的一种可动多离子源配置的离子束刻蚀机，该刻蚀机包括反应腔体，该反应腔体上设有窗口，反应腔体的中心处布置电极运动驱动机构，电极运动驱动机构上设有载片电极，载片电极上放置晶圆；

所述的反应腔体内位于晶圆的上方设有一个或多个离子源；一个或多个离子源与晶圆之间布置分别布置中和器；一个或多个离子源所发出的离子束通过中和器所发出的中和束流；

所述的一个离子源以载片电极为圆心在载片电极上方沿圆弧形方向进行运动；