專利名稱：用以控制等離子電位的設備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
半導體晶圓("wafer")制造經(jīng)常包含暴露晶圓于等離子，以允許等離子的反應性成分來修飾晶圓表面。晶圓的等離子處理一般在室中執(zhí)行，在其中，反應物氣體暴露于射頻(RF)電力以被轉(zhuǎn)換進入等離子。 一般室內(nèi)的等離子約束在高反應物氣體流速時會喪失。我們相信該種等離子約束的喪失是由于在等離子和室之間的區(qū)域中的中白邢崩潰(Paschen breakdown)。如果存在充滿中性氣體的電場，則導入中性氣體內(nèi)的電子將獲得能量。然而，這些相同的電子經(jīng)過與中性氣體分子的碰撞也將損失能量。平均而言，如果電子的能量增益大到足以離子化中性氣體，等離子崩潰將發(fā)生。在Paschen模型中，電子和中性氣體分子間的碰撞效果通過乘積(P》d)加以特征化，其中(P)為中性氣體壓力，且(d)為裝置的特征標度長度(即較高電位區(qū)域與地面之間的距離)。Paschen模型針對等離子無約束定性地解釋了許多觀察到的反應物氣體流速閾值趨勢。因此，等離子約束的努力一般都集中在使(P氺d)的乘積最小化。然而'，乘積(P申d)的最小化經(jīng)常需要現(xiàn)有等離子處理系統(tǒng)的實質(zhì)再設計。因此，將找尋替代的方法以改善等離子約束，使等離子處理系統(tǒng)再設計最少化。

發(fā)明內(nèi)容
在另一實施方式中，4皮露了半導體晶圓等離子處理的設備。該設備包含室、下電極、上電極以及阻抗控制裝置。該下電極設置于室內(nèi)且用于傳送射頻電流通過室。該下電極進一步用于支持暴露于等離子的半導體晶圓，等離子通過射頻電流產(chǎn)生于室內(nèi)。該上電招二沒置于該下電才及上方，且與該下電+及具有分隔關(guān)系。等離子將產(chǎn)生并限制于該上下電極之間的空間。將阻抗控制裝置連接于該上電極中心區(qū)域與參考地面之間。該阻抗控制裝置用于控制通過該上電極的中心區(qū)域的射頻電流傳送路徑。通過該阻抗控制裝置控制射頻電流傳送路徑可支持等離子的約束控制。
0006在另一實施方式中，4皮露了半導體晶圓等離子處理的設備。該設備包含設置于室內(nèi)的下電極。該下電極用于傳送射頻電流通過該室。該下電才及進一 步用于支持暴露于等離子的半導體晶圓，等離子通過射頻電流產(chǎn)生于室內(nèi)。上電極i殳置于該下電4及上方，且與該下電才及具有分隔關(guān)系。該上電極通過摻雜半導體材料加以定義。該上電4及內(nèi)的4參雜濃度由該上電極的中心至周圍呈》文射狀變化。為了提供關(guān)于本發(fā)明的全面了解，在接下來的敘述中提出 許多具體的細節(jié)。然而，本領(lǐng)域才支術(shù)人員應當了解無需部分或全 部該種特定的細節(jié)仍可實施本發(fā)明。在其它的情況下，為了避免產(chǎn) 生不必要的混淆，將不會詳細敘述公知的處理操作。將一組約束環(huán)llli殳置于室101內(nèi)部，以環(huán)繞位于該下電 極105與該上電才及103之間的該基底104上方的空間。應理解圖 1表示約束環(huán)111的示范性數(shù)目。在其它實施方式中，可能會有比

圖1所示的更多或更少的約束環(huán)111。約束環(huán)111用于將該等離子 109限制于該基底104上方的空間。更具體而言，等離子109會在 約束環(huán)11之間的狹縫中熄滅。介于約束環(huán)111之間的狹縫內(nèi)外周 圍的電位影響該狹縫限制等離子109的能力。因此，控制相對于該 約束環(huán)111外側(cè)的區(qū)域的該等離子109的電位能夠控制等離子109 約束。 一般來說，該等離子109相對于室101的電位較低，能夠較 容易地限制等離子109。限制等離子處理系統(tǒng)的已知困難為在高反應物氣體流速 下會喪失等離子約束。由該DC電壓源123所^是供的該等離子109 的電位的控制能夠減弱該約束環(huán)111與該室101之間的電場，因此 而擴展等離子約束窗。該擴展的等離子約束窗允許在較高的反應物 氣體流速下限制等離子。因此，由該DC電壓源123所提供的擴展 等離子約束窗使得在建立等離子處理參數(shù)(如氣體流速)時能夠增加 彈性。
0018I應了解提高等離子電位控制能提高處理控制，即使在允 許增加的氣體流速范圍外。舉例來說，提高該等離子電位控制能調(diào) 節(jié)入射在該晶圓104表面上的離子能量分布。調(diào)節(jié)入射在高晶圓104 表面上的離子能量分布能影響橫越該晶圓104的表面所得到的蝕刻 輪廓。更具體而言，該等離子109與該下電極103表面之間的電位決定了當離子經(jīng)過該,離子109與該晶圓104之間的區(qū)域(亦即護套) 時所將獲得的能量。通過等離子電位的操作，如由該DC電壓源123 所提供，有可能控制橫越護套的電位差。護套電位差的控制在接觸 該晶圓104的離子能量分布上具有直接影響。圖3為4艮據(jù)本發(fā)明另 一 實施方式的半導體晶圓處理的等離 子處理系統(tǒng)的圖示。圖3的該等離子處理系統(tǒng)一基本上與有關(guān)于圖1 的前述相同，除了上電極105以及DC電壓源123以外。在圖3的 實施方式中，該上電極以摻雜半導體材料(如摻雜硅)形成，其中該 上電極內(nèi)的摻雜濃度由該上電極中心至周圍呈放射狀變化。例如， 在一個實施方式中，該上電才及在中心部105B1內(nèi)包含第一4參雜濃 度，在環(huán)狀部105B2內(nèi)包含第二摻雜濃度，在中心部105B3內(nèi)包含 第三摻雜濃度，其中環(huán)狀部同心設置在中心部外側(cè)。應了解如圖 3所示的實施方式中該上電極的特定分段方式屬示范性而不應成為 限制。在其它實施方式中，可將上電極分段，以使其本質(zhì)上具有執(zhí) 行等離子處理條件所必要的任意摻雜輪廓。圖4為#4居本發(fā)明 一個實施方式的半導體晶圓處理的等離 子處理系統(tǒng)，其包含阻抗控制裝置133。圖4的該等離子處理系統(tǒng) 本質(zhì)上與先前關(guān)于圖1所述相同，除了 DC電壓源123以外。圖4 的實施方式不需要DC電壓源123,然而，某些實施方式仍可裝設 DC電壓源123。圖4的等離子處理系統(tǒng)包括連接在該上電極中心區(qū) 域與參考地面(如室101 )之間的阻抗控制裝置133。阻抗控制裝 置133用于控制通過該上電才及105的中心區(qū)域的RF電流傳送3各徑， 控制該RF電流傳送i 各徑以支持進行等離子的約束控制。[00241舉例來"i兌，在一個實施方式中，我們控制了該下電才及以在 2MHz以及27MHz兩個頻率下傳送RF功率。在該實施方式中，阻 抗控制裝置133用以作為濾波網(wǎng)絡，即并聯(lián)的電感器和電容器，其 才是供高阻抗至通過該上電4及105的中心區(qū)i或的該2MHz RF電流。 因此，阻抗控制裝置133使得2MHzRF電流優(yōu)選該上電才及105周圍 附近的傳送路徑，因而使得該上電極105周圍附近的功率沉積增加。 該上電極105周圍附近的功率沉積增加用于^是高(即加強)該等離 子109的限制。
[0025圖5為才艮據(jù)本發(fā)明 一 個實施方式的控制等離子約束的方法 流程圖。圖5的方法可利用先前關(guān)于圖1及圖2所述的等離子處理 系統(tǒng)來批^亍。該方法包括、操作501，其用于在上電4及與下電才及之間 的室內(nèi)產(chǎn)生等離子。此方法還包括操作503，其用于控制連接該上 電極與該室之間的電壓源，從而控制該上電才及的電位。在一個實施 方式中，該電壓源為對RF電流具有4氐阻抗的DC電壓源。所生成 的等離子的電位會響應在該上電極上的電位控制。該等離子的電位 影響了該室內(nèi)的等離子約束。
[0026在一個實施方式中，控制電壓源以降低該等離子相對該室 的電位。降低等離子的電位用于支持等離子約束。該方法可進一步 包括用于建立電壓源的才及性，以4吏該等離子與該室之間的電場強度 減弱的操作。電場強度的減弱用于支持等離子約束。在其它實施方 式中，操作503可包括獨立控制多重電壓源，其中，多重電壓源中 的每一個用于控制該上電極的相應部分的電位。該上電極的各種不
同部分的電位的獨立控制能夠建立跨越整個上電才及的電位輪廓。所 建立的該上電極的電位輪廓可以用來對應地控制等離子的電位。
0027I在前述實施方式中的等離子處理室IOI設置約束環(huán)111以 作為限制才幾構(gòu)。然而，應理解等離子處理室101可包含除了約束
14環(huán)111以外的其它限制機構(gòu)。不管在該等離子處理室101內(nèi)所裝設
的具體限制4幾構(gòu)，應了解當由該等離子通過該約束環(huán)111至室壁 的電位降為使得最后電場足以增加離子約束時，可改善等離子約 束。因此，不管該等離子處理室101內(nèi)配制何種具體限制機構(gòu)，應 iU只到i殳置于此處的DC電壓源122用于通過影響由該等離子至 該室壁的電位降來改善等離子約束。
[0028雖然本發(fā)明已對凄t個實施方式加以描述，^旦應理解本 領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀前述說明書以及研究圖示時將可實現(xiàn)其許多 的修改、增添、變更以及等效物。因此，本發(fā)明應包含落入本發(fā)明 的真正精神及范圍內(nèi)的所有此類修改、增添、變更及等效物。
權(quán)利要求
1. 一種用于半導體晶圓等離子處理的設備，其包括室；下電極，其設置于該室內(nèi)并用于傳送射頻電流通過該室，該下電極用于支持暴露于等離子的半導體晶圓，該等離子通過該射頻電流而產(chǎn)生于該室內(nèi)；上電極，其設置于該下電極上方，且與該下電極具有分隔關(guān)系，其中，該上電極與該室電隔離；以及電壓源，其連接至該上電極，該電壓源用于控制該上電極相對于該室的電位，其中，由該電壓源所控制的該上電極的電位能夠影響將產(chǎn)生于該上電極與該下電極之間的該等離子的電位。
2. 如權(quán)利要求1的用于半導體晶圓等離子處理的設備，其中該電 壓源為直;充電壓源。
3. 如權(quán)利要求1的用于半導體晶圓等離子處理的設備，其中， 由該電壓源所控制的該上電極的電位能夠降低該等離子相對 于該室的電位，該等離子的電位降低可支持形成等離子約束。
4. 如權(quán)利要求1的用于半導體晶圓等離子處理的設備，其中該電 壓源用于將該上電極的電位維持在小于該等離子電位的水平。
5. 如權(quán)利要求1的用于半導體晶圓等離子處理的設備，其中該電 壓源用于4戈表對待傳送通過該室的該射頻電流的{氐阻抗。
6. 如權(quán)利要求1的用于半導體晶圓等離子處理的設備，其中該上 電才及通過一個中心部及i殳置在該中心部外側(cè)的一個或多個同心環(huán);R部力口以定義，其中該上電才及的鄰才妄部分通過介電才才泮牛而 彼此電隔離，其中該上電極的每一部分連^t妄到相應的電壓源。
7. 如權(quán)利要求6的用于半導體晶圓等離子處理的設備，其中每個 電壓源用于控制該上電才及部分的電位，該電壓源連^妄至該上電 極部分以期能夠建立跨越整個該上電極的電位輪廓。
8. —種用于半導體晶圓等離子處理的設備，其包括 室；下電才及，其i殳置于該室內(nèi)并用于傳送射頻電流通過該室，該下 電極用于支持暴露于等離子的半導體晶圓，該等離子通過該射 頻電《u而產(chǎn)生于該室內(nèi)；上電極，其設置于該下電極上方，且與該下電極具有分隔關(guān)系， 其中，該等離子將產(chǎn)生并限制于該上電才及與該下電才及之間的空 間內(nèi)；以及阻抗控制裝置，連4妄于該上電極的中心區(qū)域與參考地面之間， 該阻抗控制裝置用于控制通過該上電才及的中心區(qū)域的射頻電 流傳送路徑，其中控制該射頻電流傳送路徑可支持形成等離子 約束控制。
9. 如權(quán)利要求8的用于半導體晶圓等離子處理的設備，其中該阻 抗控制裝置用于增加低頻阻抗。
10. 如權(quán)利要求8的用于半導體晶圓等離子處理的設備，其中該阻 抗控制裝置用于支持形成在該上電極周圍附近的功率沉積增 力口，該上電才及周圍附近的功率沉積增加強^匕該等離子約束。
11. 一種用于半導體晶圓等離子處理的設備，其包括室；下電極，其設置于該室內(nèi)并用于傳送射頻電流通過該室，該下 電極用于支持暴露于等離子的半導體晶圓，該等離子通過該射 步貞電;危而產(chǎn)生于i亥室內(nèi)；以及上電極，其設置于該下電極上方，且與該下電極具有分隔關(guān)系， 其中該上電極由摻雜半導體材料加以定義，其中該上電極內(nèi)的 摻雜濃度由該上電極的中心至周圍呈放射狀變化。
12. 如權(quán)利要求11的用于半導體晶圓等離子處理的設備，其中在 該上電極內(nèi)的給定位置處的該摻雜濃度用于控制通過該上電 極的該給定位置的電阻，通過該上電極的該給定位置的該電阻 能夠影響該上電才及在該給定位置處的電位。
13. 如權(quán)利要求11的用于半導體晶圓等離子處理的設備，其中該 上電極定義為摻雜硅材料。
14. 如權(quán)利要求11的用于半導體晶圓等離子處理的設備，其中該 上電才及與該室電隔離，該室^表電4妄J也。
15. 如權(quán)利要求14的用于半導體晶圓等離子處理的設備，其進一 步包括電壓源，其連接到該上電極，該電壓源用于控制該上電極相對 于該室的電4立。
16. —種控制等離子約束的方法，其包括以下步驟在上電極與下電極之間的室內(nèi)產(chǎn)生等離子以及控制連接于該上電極與該室之間的電壓源，使得在該上電極上 的電位受到控制，其中該等離子的電位響應在該上電極上的該
17. 如4又利要求16的控制等離子約 到 控制，使該等離子的該電位相對于該室降低，該等離子降低的 電位用于支持該等離子的約束。
18.
19. 如權(quán)利要求16的控制等離子約束的方法，其進一步包含以下 步驟建立該電壓源的極性，使得該等離子與該室之間的電場強度減 弱，該電場強度的減弱用于支持該等離子的約束。
20. 如權(quán)利要求16的控制等離子約束的方法，其中控制該電壓源 的步驟包括獨立地控制多重電壓源，其中每 一 電壓源用于控制 該上電極的相應部分的電位，以期能夠建立跨越整個該上電極 的電位4侖>熟。
全文摘要
一種用于半導體晶圓等離子處理的設備。該設備包含室，其中設有下電極和上電極。該下電極用于傳送射頻電流通過該室，以在該室內(nèi)產(chǎn)生等離子。該上電極形成于下電極上方且與該室電隔離。將電壓源連接到上電極。該電壓源用以控制上電極相對于該室的電壓。受到該電壓源控制的上電極的電位能夠影響將產(chǎn)生于上下電極之間的等離子的電位。
文檔編號C23C16/00GK101490306SQ200780026149
公開日2009年7月22日 申請日期2007年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月10日
發(fā)明者列扎·薩亞迪, 埃里克·倫茨, 埃里克·赫德森, 拉金德爾·德辛德薩, 李路明, 道格拉斯·凱爾 申請人:朗姆研究公司