專利名稱：改善蝕刻率均勻性的技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路的制造，更具體而言，本發(fā)明涉及等離子體處理系統(tǒng)中離子—輔助蝕刻處理的改進(jìn)方法和裝置。
相關(guān)領(lǐng)域描述在半導(dǎo)體襯底的器件，例如，集成電路或平板顯示器的制造中可以將材料層選擇性地沉積到襯底表面或從襯底表面蝕刻。在本領(lǐng)域內(nèi)眾所周知，沉積層的蝕刻可以用多種技術(shù)，包括等離子體—增強(qiáng)蝕刻來完成。在等離子體—增強(qiáng)蝕刻中，實(shí)際的蝕刻典型地發(fā)生在等離子體處理系統(tǒng)中的等離子體處理室內(nèi)。為了在襯底表面形成所希望的圖形，典型的是采用一種合適的掩模層(例如，光致抗蝕劑掩模層)。然后由合適的蝕刻劑源氣體，或氣體混合物產(chǎn)生一種等離子氣體，并將它用到未被掩模層保護(hù)的蝕刻區(qū)，從而留下所希望的圖形。
為便于討論，

圖1A描畫了一種簡化的等離子體處理裝置100，它適合于半導(dǎo)體襯底器件的制造。該簡化的等離子體處理裝置100包括有靜電夾盤(ESC)104的晶片處理室102。夾盤104作為電極，并在制造期間支撐晶片(即襯底)106。邊環(huán)108與夾盤104的邊接界。在蝕刻處理中，晶片處理室102內(nèi)的一組參數(shù)受到嚴(yán)格地控制以獲得高容差的蝕刻結(jié)果。影響蝕刻結(jié)果的處理參數(shù)可包括氣體成分，等離子體的激勵，以及等離子體在晶片106上方的分布等。因?yàn)槲g刻的容差(和最后獲得的半導(dǎo)體襯底器件的性能)對這種處理參數(shù)高度敏感，所以要求準(zhǔn)確地加以控制。
晶片106的表面是通過釋放到晶片處理室102內(nèi)的合適的蝕刻劑源氣體蝕刻的?？梢酝ㄟ^噴頭110將蝕刻劑源氣體釋放。也可以用其他機(jī)制，如經(jīng)由配置在室內(nèi)的氣體環(huán)或經(jīng)由埋入晶片處理室102壁內(nèi)的噴口，將蝕刻劑源氣體釋放。在離子—輔助蝕刻處理中，供給噴頭110的射頻(RF)功率將蝕刻劑源氣體點(diǎn)火，在蝕刻處理期間在晶片106的上方形成等離子云(“等離子體”)。應(yīng)該注意，也可以使用其他的等離子體激勵方法。例如，施加微波能量，使用感應(yīng)線圈，引入由天線激勵的電磁波，或者將電容耦合至噴頭110都可以使等離子體激活。在離子—輔助蝕刻處理中，典型地是用射頻功率源(未示出)將夾盤104進(jìn)行射頻驅(qū)動。
在一種離子輔助蝕刻處理中，其局部蝕刻率由離子濃度所控制。離子輔助蝕刻處理典型地被用于氧化物蝕刻和多晶硅蝕刻。換言之，離子驅(qū)動/輔助蝕刻處理通常指的是這種蝕刻處理，在這種處理中，蝕刻主要是由被加速的等離子體離子(離子)和晶片(襯底)的物理反應(yīng)而變得容易。離子輔助蝕刻的應(yīng)用包括，例如，濺鍍，反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)，化學(xué)濺鍍，化學(xué)輔助的物理濺鍍，和物理輔助的化學(xué)濺鍍。
對于離子輔助蝕刻，將RF功率加到夾盤104(以及噴頭110)上將在晶片106上方形成電場和電場本身的殼層。該電場與之伴生的殼層112促使離子向晶片106頂表面加速。理想地，被加速的離子在蝕刻處理期間以基本上垂直于晶片106表面的角度(即基本上是正交或大約90°角)碰撞。碰撞晶片106的這種加速離子有利于“物理”蝕刻晶片106。
邊環(huán)108是一種電性上漂游(即不受RF驅(qū)動)的絕緣體材料。邊環(huán)108用于屏蔽夾盤104的邊不受來自如蝕刻處理期間的離子轟擊。邊環(huán)108可以幫助將離子聚焦轟擊晶片106。如圖1A所示，夾盤104可以由邊環(huán)108的內(nèi)表面114包圍。該內(nèi)表面114也處于晶片106的外邊之內(nèi)。
邊環(huán)108的外表面116超出晶片106的外邊。邊環(huán)108的內(nèi)表面114的上部分不僅與夾盤104，同時也與晶片106相鄰。通常，邊環(huán)108的頂表面118低于晶片106的頂表面或與它處于同一水平。
與使用常規(guī)等離子體處理裝置的離子輔助蝕刻處理相連系的一個主要問題是晶片106表面的蝕刻率不均勻。尤其是，接近晶片邊緣部位的蝕刻率明顯高于靠近晶片中心的各點(diǎn)的蝕刻率。圖1B所示為蝕刻處理后晶片106的截面圖，可見晶片106周邊部分120的蝕刻深度大于晶片106的中間部分122的蝕刻深度。
這種非均勻蝕刻率主要?dú)w究于晶片106表面上方的殼層112的非均勻厚度。如圖1A中所示，晶片106的中間部分120的殼層112的厚度(或殼層邊界的等離子氣體的密度)明顯大于該晶片106周邊部分116的殼層112的厚度(密度)。即是說，在邊環(huán)108上方電性漂游區(qū)的鄰近其殼層在晶片106的周邊“彎曲”。圍繞晶片106周邊的這種殼層彎曲在離子輔助蝕刻處理期間使相對更多的離子撞擊晶片106的周邊附近。周邊附近較高的碰撞率導(dǎo)致晶片周邊附近相對較高的蝕刻率(見圖1B)。
殼層彎曲還產(chǎn)生另一個問題。尤其是，晶片106周邊附近的殼層彎曲誘使離子以基本上不與晶片106表面垂直的角度(即基本上不是正交或大約90°角)碰撞。在離子輔助蝕刻處理中，這種非垂直角度的離子碰撞也會產(chǎn)生較高的蝕刻率。而且，在邊緣附近的這種離子碰撞的非垂直角度對晶片106上的被蝕刻部件(例如，槽，通路或線)可能有一種不希望的“傾斜”效應(yīng)。傾斜一般指的是蝕刻期間一種不希望的效應(yīng)，由此一種部件的一個或多個邊基本上不與晶片的表面相垂直。此處，在晶片106的周邊，“傾斜”效應(yīng)產(chǎn)生非對稱部件。規(guī)定部件是對稱的，所以不對稱是不希望的，而且可以引發(fā)嚴(yán)重問題致使所制造的集成電路基本報(bào)廢。
解決與離子輔助蝕刻處理中蝕刻率不均勻性相關(guān)聯(lián)的某些問題的一種潛在方案是擴(kuò)大夾盤使它超出晶片邊緣。擴(kuò)大夾盤會有效地使殼層彎曲部分向晶片邊緣外移位。對于純化學(xué)蝕刻應(yīng)用這也許是一種可行的方案。但是，對于離子輔助蝕刻處理這種辦法是不可行的，因?yàn)閵A盤的延伸部分將暴露于離子和蝕刻過程。將夾盤暴露會在離子輔助蝕刻處理期間引發(fā)粒子和/或嚴(yán)重的金屬沾污。夾盤暴露的部分也可能遭遇到明顯高的蝕刻率而使與沾污相關(guān)聯(lián)的問題更為復(fù)雜化。而且，夾盤暴露部分高的蝕刻率可以迅速使夾盤損壞，導(dǎo)致整個夾盤的經(jīng)常更換，可夾盤卻是消耗品中昂貴的部分。
為了減少與離子輔助蝕刻處理相關(guān)的蝕刻率非均勻性有關(guān)的某些問題，有可能改變晶片上方等離子體的分布。例如，在殼層上方可以放置一種常規(guī)的“聚焦環(huán)”通過力圖將等離子體聚焦到晶片上，相信傳統(tǒng)的聚焦環(huán)可以降低在晶片邊緣上分布的離子密度(等離子體)。如果成功的話，等離子體分布的降低可以降低晶片周邊附近的蝕刻率(即降低撞擊邊緣的離子數(shù)目)。利用諸如聚焦環(huán)的外部元件可以在一定程度上補(bǔ)償殼層彎曲效應(yīng)。但是，在離子化蝕刻處理中引入另外一種元件可能引發(fā)和沾污和/或貴重消耗部件相關(guān)的新問題。此外，對某些離子化蝕刻應(yīng)用來說，使用傳統(tǒng)的聚焦環(huán)甚至是不可行的。
發(fā)明概述大體上講，本發(fā)明涉及用于等離子處理系統(tǒng)中離子輔助蝕刻處理的改進(jìn)方法和裝置。本發(fā)明有利于改善整個襯底(晶片)的蝕刻率均勻性。本發(fā)明可以許多方式實(shí)現(xiàn)，包括作為設(shè)備，作為裝置和作為方法。下面討論本發(fā)明的幾種實(shí)施方案。
公開一種根據(jù)本發(fā)明第一種情況的一種實(shí)施方案的改進(jìn)的等離子體處理裝置。這種改進(jìn)的等離子體處理裝置包括有靜電夾盤(ESC)和抬升邊環(huán)的晶片處理室。夾盤作為電極并在制造期間支撐晶片(即襯底)。根據(jù)本發(fā)明這種情況的一種實(shí)施方案，抬升邊環(huán)和夾盤的邊接界并向上超出晶片的頂表面。
公開一種根據(jù)本發(fā)明第二種情況的一種實(shí)施方案的改進(jìn)的等離子體處理裝置。此處，該等離子體處理裝置使用槽形的邊環(huán)。該槽形邊環(huán)包括一槽形區(qū)，基本上圍繞晶片邊緣附近的區(qū)域以及晶片底表面下面的區(qū)域。
公開一種根據(jù)本發(fā)明第三種情況的一種實(shí)施方案的改進(jìn)的等離子體處理裝置。該改進(jìn)的等離子體處理裝置包括有射頻(RF)驅(qū)動和RF連接的邊環(huán)的晶片處理室。射頻接連邊環(huán)置于RF驅(qū)動的夾盤的一部分上面并鄰近襯底的一邊，同時由RF驅(qū)動的夾盤所提供的一部分射頻能量被耦合到內(nèi)RF耦合邊環(huán)。
本發(fā)明有許多優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)之一是襯底表面上的蝕刻率均勻性明顯改善。本發(fā)明的另一個優(yōu)點(diǎn)是蝕刻率均勻性的明顯改善是在沒有處理室被沾污的風(fēng)險(xiǎn)情況下獲得的。還有一個優(yōu)點(diǎn)是可以基本上消除被蝕刻的傾斜。
從下面詳細(xì)的描述，結(jié)合展示本發(fā)明原理的實(shí)例的附圖，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)將變得明朗。
附圖簡述通過下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，將容易理解現(xiàn)在的發(fā)明，其中同類標(biāo)號標(biāo)記同類結(jié)構(gòu)元件，其中圖1A示出適合于半導(dǎo)體襯底器件制造的等離子體處理裝置100的簡化圖。
圖1B所示為蝕刻處理后晶片截面圖，此處被蝕刻的深度在晶片的周邊部分比在晶片的中間部分大。
圖2所示是根據(jù)本發(fā)明第一種情況的一種實(shí)施方案，包括有抬升邊環(huán)的等離子體處理裝置。
圖3所示是根據(jù)本發(fā)明第2種情況的一種實(shí)施方案，包括有槽形邊環(huán)的等離子體處理裝置300。
圖4所示是根據(jù)本發(fā)明第3種情況的一種實(shí)施方案，包括有內(nèi)RF耦合邊環(huán)和外邊環(huán)的等離子體處理裝置400。
圖5所示是根據(jù)本發(fā)明第三種情況的另一實(shí)施方案，包括有RF耦合器，內(nèi)RF耦合邊環(huán)和外邊環(huán)的等離子體處理裝置。
圖6所示是根據(jù)本發(fā)明第3種情況的又一實(shí)施方案，包括有電介質(zhì)填充劑的等離子體處理裝置600的剖視圖的一部分。
發(fā)明詳述本發(fā)明是關(guān)于在等離子體處理系統(tǒng)內(nèi)離子輔助蝕刻處理的改進(jìn)方法和裝置。本發(fā)明有利于改善整個襯底(晶片)的蝕刻均勻性。本發(fā)明所提供的蝕刻率均勻性的改善不僅提高了制造產(chǎn)額，而且也是成本效率高的，并且不冒粒子和/或重金屬沾污的風(fēng)險(xiǎn)。
下面將參照附圖2-6對本發(fā)明幾種情況的實(shí)施方案進(jìn)行討論。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，此處對這些附圖的詳細(xì)描述只是為了闡述性的目的，因?yàn)榭梢詫⒈景l(fā)明推廣到這些有限的實(shí)施方案以外。
圖2所示是根據(jù)本發(fā)明第1種情況的一種實(shí)施方案的等離子體處理裝置200。該等離子體處理裝置200包括有靜電夾盤(ESC)204的晶片處理室202。夾盤204在加工期間作為電極并支撐晶片(即襯底)206。抬升邊環(huán)208與夾盤204的邊接界并向上延伸超出晶片206的頂表面。
抬升邊環(huán)208典型的是電性漂游(即不受RF激勵)的絕緣體材料。抬升邊環(huán)108用于屏蔽夾盤204的邊使之在蝕刻處理期間免于離子轟擊。如圖2所示，夾盤204被邊環(huán)208的內(nèi)表面所包圍。內(nèi)表面214也處于晶片106的外表面以內(nèi)。
邊環(huán)208的外表面216超出晶片206的外邊緣。抬升邊環(huán)208的內(nèi)表面214的上部分包括切槽區(qū)218。晶片206擺放在切槽區(qū)218內(nèi)并將內(nèi)表面114上部的一部分蓋住。抬升邊環(huán)208的頂表面220在晶片206的頂表面之上與它相距一預(yù)定距離D。該預(yù)定距離D依具體實(shí)施和所采用的特殊處理而變。典型地，該預(yù)定距離D約為1至10mm。在蝕刻處理中，晶片處理室202內(nèi)的一組參數(shù)受到嚴(yán)密地控制以保持高精度蝕刻結(jié)果?？刂莆g刻結(jié)果的處理參數(shù)包括氣體成分，等離子氣體的激勵，晶片206上方等離子體的分布等。因?yàn)槲g刻公差(因而最終獲得的半導(dǎo)體襯底器件的性能)對這些處理參數(shù)高度靈敏，所以要求準(zhǔn)確地加以控制。
晶片206的表面是由釋放到晶片處理室202內(nèi)的合適的蝕刻劑源氣體蝕刻的。該蝕刻劑源氣體可通過噴頭210釋放。蝕刻劑源氣體也可以通過其他機(jī)制，諸如通過安放在晶片處理室202內(nèi)的氣環(huán)，或通過建造在晶片處理室202壁上的噴口釋放。在離子輔助蝕刻處理中，供給噴頭210的射頻(RF)功率在蝕刻處理期間將蝕刻劑源氣體點(diǎn)火，由此在晶片上方形成等離子體云(“等離子氣體”)。典型地，在離子輔助蝕刻處理中，使用RF源(未示出)將夾盤204RF驅(qū)動。
在一種離子輔助蝕刻處理中，局部的蝕刻率主要由離子濃度控制。典型地，離子輔助蝕刻被用于完成氧化物蝕刻或多晶硅蝕刻。換言之，離子驅(qū)動/輔助蝕刻處理一般而言指的是其蝕刻主要是由于被加速的等離子體離子(“離子”)同晶片(襯底)的物理反應(yīng)而變得容易的蝕刻處理。離子輔助蝕刻應(yīng)用包括，例如，濺鍍，反應(yīng)離子蝕刻(RIE)，化學(xué)濺鍍，化學(xué)輔助的物理濺鍍，以及物理輔助的化學(xué)濺鍍。
對于離子輔助蝕刻，將RF功率加到夾盤206(以及噴頭210)將在晶片106上方形成電場，而電場本身又有一個殼層212。伴隨殼層212的電場促使離子向晶片106頂表面加速。抬升邊環(huán)208如前所述那樣向上延伸超出晶片206的頂表面。通過將邊環(huán)延伸至晶片206的頂表面之上，該抬升邊環(huán)208對殼層212進(jìn)行修正。特別是，在一種實(shí)施方案中，晶片206周邊附近殼層212的厚度(密度)變得基本上同晶片206中間部分的厚度(密度)相同。注意，使用抬升邊環(huán)208可以使最后得到的殼層212在晶體206整個范圍內(nèi)基本上均勻。此時同圖1A中的殼層112相比，殼層212明顯改善。由于殼層212的厚度(密度)均勻，結(jié)果離子與晶片206表面的碰撞率比之用常規(guī)途徑獲得的碰撞率在整個晶片206范圍內(nèi)明顯地更為均勻。而且，離子撞擊晶片206表面的角度不僅在晶片206的內(nèi)區(qū)，同時在其周邊區(qū)都基本上是正交。因此，晶片206的整個表面的蝕刻率較之于常規(guī)途徑所獲得的蝕刻率明顯地更為均勻，而周邊區(qū)被蝕刻的部件不會因“傾斜”問題而受到損害。
圖3所示為根據(jù)本發(fā)明第2種情況的一種實(shí)施方案的等離子體處理裝置300。該等離子體處理裝置包括有靜電夾盤(ESC)304的晶片處理室302。在加工期間夾盤304作為電極并支撐晶片306(即襯底)。槽形邊環(huán)308與夾盤304的邊接界。
槽形邊環(huán)308其典型的是電性漂游(即不受RF激勵)的絕緣體材料。槽形邊環(huán)308用于屏蔽夾盤304的邊緣在蝕刻處理期間免遭離子轟擊。如圖3中所示，夾盤304是由邊環(huán)308的內(nèi)表面310所包圍。內(nèi)表面310也處于晶片306的外邊緣之內(nèi)。槽形邊環(huán)308的外表面312超出了晶片306的外邊緣。在一種實(shí)施方案中，槽形邊環(huán)308的上部表面基本上同晶片306的上部表面處于同一平面。但是，槽形邊環(huán)308在鄰近晶片306邊緣處其上部表面有一槽形區(qū)318。如圖3所示，該槽形區(qū)318是由第1斜坡部分320，第2斜坡部分322和連接第1和第2斜坡部分320和322的底槽口324所確定。斜坡表面320將上表面314連接到部分覆蓋區(qū)322。
如早先所討論的那樣，將RF功率加到夾盤304將在晶片306上方形成電場和電場本身的殼層。伴隨殼層的電場促使離子向晶片106的頂表面加速。槽形邊環(huán)308提供基本上處于晶片106邊緣下面的槽形區(qū)318。如圖3所示，槽形區(qū)318也可以進(jìn)一步延伸，在晶片306的邊緣處進(jìn)一步低于晶片306的底表面。在另一種實(shí)施方案中，該槽形區(qū)可以僅向下延伸至大約晶片306的底表面。
通過提供槽形區(qū)，該槽形邊環(huán)308對晶片306上方的殼層起修正作用。特別是，在一種實(shí)施方案中，晶片周邊(邊緣)附近的殼層厚度(密度)變得基本上同夾盤304正上方殼層的厚度(密度)更為接近。估計(jì)槽形邊環(huán)308的槽形區(qū)有效地將殼層向外展直，所以使殼層在晶片306的邊緣變平。
由于在晶片306上方殼層的厚度(密度)均勻性的改善，離子對晶片306表面的碰撞率在晶片306整個表面較之于用常規(guī)途徑所獲得的結(jié)果更為均勻。而且，在晶片306的邊緣區(qū)離子撞擊晶片306表面的角度較之于在圖1A中等離子體處理裝置中的情況更接近于正交。因此，較之于常規(guī)方法晶片整個表面的蝕刻率更為均勻，而在周邊區(qū)被蝕刻的部件因“傾斜”問題所受到的影響較小。
圖4所示為根據(jù)本發(fā)明第3種情況的一種實(shí)施方案的等離子體處理裝置400。該等離子體處理裝置400包括有靜電夾盤(ESC)404的晶片處理室402。在加工期間夾盤404作為電極并支撐晶片406(即襯底)。內(nèi)RF耦合邊環(huán)408與夾盤404的槽口410接界，并提供超出晶片406邊緣的RF耦合區(qū)。外邊環(huán)412與內(nèi)RF耦合邊環(huán)408及夾盤404的外邊緣接界。
內(nèi)RF耦合邊環(huán)408用于屏蔽夾盤404的槽口410使之在蝕刻處理期間免遭離子轟擊。如圖4所示，夾盤404的槽口410鄰近內(nèi)耦合邊環(huán)408的內(nèi)表面414和底表面416。該內(nèi)表面414也在晶片406的外邊緣以內(nèi)。內(nèi)RF耦合邊環(huán)408的外表面418超出了晶片406的外邊緣和超出了夾盤404的外邊緣420。RF耦合邊環(huán)408的內(nèi)表面414的上部分包括切槽區(qū)414。晶片406就置放在該切槽區(qū)414內(nèi)并且將內(nèi)RF耦合邊環(huán)408的內(nèi)表面和鄰近內(nèi)RF耦合邊環(huán)408的夾盤404的外表面之間的縫隙覆蓋。內(nèi)RF耦合邊環(huán)408的頂表面422基本上與晶片406的頂表面處于同一高度。內(nèi)RF耦合邊環(huán)408的外表面418距晶片406的邊緣的距離為預(yù)定距離X。該預(yù)定距離X可依據(jù)具體實(shí)施及采用的特殊處理而變。典型地，1-2cm適合于大多數(shù)處理的預(yù)定距離X。
外邊環(huán)412用于屏蔽夾盤404的外表面418。外邊環(huán)412和內(nèi)RF耦合邊環(huán)408的這種安排也防止了對夾盤404的任何開口縫隙。用于外邊環(huán)412的材料是一種絕緣體或電介質(zhì)材料(例如，陶瓷，石英和聚合物)。在一種實(shí)施方案中，外邊環(huán)412的材料不從夾盤404提供任何明顯的RF耦合。此時，外邊環(huán)412在蝕刻處理期間不應(yīng)當(dāng)有明顯的消耗。在另一種實(shí)施方案中，在夾盤404和外邊環(huán)412之間可以裝備電介質(zhì)(或絕緣)材料的填充劑層，以確保外邊環(huán)412與夾盤404沒有RF耦合。作為一種實(shí)例，填充層的材料可選自多種合適材料，包括陶瓷，石英，聚四氟乙烯或聚合物。
將RF功率加到夾盤404會在晶片406上方形成電場和電場本身產(chǎn)生的殼層424。伴隨有殼層424的電場促使離子向晶片406的頂表面加速。采用合適性能的材料制做內(nèi)RF耦合邊環(huán)408，使之供給夾盤404的一部分RF能量通過內(nèi)RF耦合邊環(huán)408而實(shí)現(xiàn)RF耦合?？捎枚喾N不會污染等離子體處理的材料制做RF耦合邊環(huán)408。合適的材料實(shí)例包括半導(dǎo)體材料(例如，硅的碳化物)或電介質(zhì)材料，其中材料的傳導(dǎo)率可通過摻雜和類似方法加以控制。根據(jù)所希望的RF耦合程度選擇內(nèi)RF耦合邊環(huán)408的材料和傳導(dǎo)率。典型地，既可以通過使用較薄的，內(nèi)RF耦合邊環(huán)408，也可以通過增加用作內(nèi)RF耦合邊環(huán)408材料的傳導(dǎo)率改善RF的耦合。假如晶片406被蝕刻時內(nèi)RF耦合邊環(huán)408被蝕刻，則不應(yīng)該產(chǎn)生沾污并且不應(yīng)該是太昂貴的材料，因?yàn)樗蠖ㄆ谛愿鼡Q。另一方面，在一種實(shí)施方案中，外邊環(huán)412的材料不從夾盤404提供任何明顯的RF耦合，因此對大多數(shù)部件不應(yīng)當(dāng)要求定期更換。
RF耦合邊環(huán)408有利于提供超出晶片406邊緣的RF耦合區(qū)，使最后獲得的殼層424在晶片406的整個表面，包括晶片406的邊緣，具有基本上均勻的厚度。通過提供延展的RF耦合區(qū)，RF耦合邊環(huán)408對晶片406上方的殼層424進(jìn)行修正。特別是，在一種實(shí)施方案中，晶片周邊(邊緣)附近殼層424的厚度(或密度)變成基本上與夾盤404正上方的殼層424的厚度(密度)相同。注意，最后得到的殼層424的厚度(密度)明顯地改善了晶片406范圍內(nèi)的殼層424的均勻性。同圖1A中的殼層112相比，晶片406上方的殼層424明顯改善。
由于晶片406上方殼層424的均勻厚度(密度)，離子對晶片406表面的碰撞率在晶片406的整個表面同用常規(guī)的途徑所獲得的結(jié)果相比明顯地更為均勻。而且，離子與晶片406表面碰撞的角度不僅僅在晶片406的內(nèi)區(qū)域，而且也在它的周邊區(qū)基本上為正交。因此，同常規(guī)方法相比晶片406的整個表面的蝕刻率更為均勻，而在周邊區(qū)的被蝕刻的部件不因“傾斜”問題而受到損害。
圖5所示為根據(jù)本發(fā)明第3種情況的另一種實(shí)施方案的等離子體處理裝置500。將等離子體處理裝置500包括有靜電夾盤(ESC)504的晶片處理室502。夾盤504在制造期間作為電極并支撐晶片506(即襯底)。內(nèi)RF耦合邊環(huán)508與夾盤504的一邊接界并提供超出一個超出晶片506邊緣的RF耦合區(qū)。外邊環(huán)512與內(nèi)RF耦合邊環(huán)508及夾盤404的一外邊接界。如圖5所示，外邊環(huán)512也與RF耦合器514接界。
RF耦合器514的頂表面直接位于內(nèi)RF耦合環(huán)508的底表面之下。內(nèi)RF耦合環(huán)508將RF耦合器514與蝕刻處理(即離子轟擊)相屏蔽。內(nèi)RF耦合環(huán)508和RF耦合器514用于屏蔽夾盤504的槽口516免于離子轟擊。
如圖5所示，RF耦合器514這樣定位，使夾盤504的槽口516鄰近RF耦合器514的內(nèi)表面51 8和底表面520。內(nèi)表面518也處于晶片506的外邊之內(nèi)。同內(nèi)RF耦合邊環(huán)508相似，RF耦合器514的外表面522超出晶片406的外邊緣和超出夾盤504的外邊緣522。
用合適性能的材料制做RF耦合器514，使供給夾盤504的一部分射頻能量RF耦合至內(nèi)RF耦合邊環(huán)508。RF耦合器514可用多種材料制做。合適材料的實(shí)例包括導(dǎo)體材料(例如，金屬)，半導(dǎo)體材料(例如，硅的碳化物)，或電介質(zhì)材料，其中材料的傳導(dǎo)率通過摻雜或類似方法控制。RF耦合器514有利于修正超出晶片506邊緣的RF耦合能量的大小。這一點(diǎn)可以通過相對于已選做夾盤504和內(nèi)RF耦合邊環(huán)508的材料選取RF耦合器514的材料而實(shí)現(xiàn)。
此外，假如RF耦合器514被屏蔽而不受離子轟擊，希望的話，可用高傳導(dǎo)率材料制做RF耦合器514以增大被耦合的RF能量的數(shù)量。在一種實(shí)施方案中，RF耦合器可用電介質(zhì)材料(例如，陽極化處理過的鋁)涂層(或?qū)?包裹的高傳導(dǎo)率材料(例如，鋁)制做。因此，既可以通過使用較薄的涂層，或增加用做RF耦合器514的材料的傳導(dǎo)率改善RF的耦合。
而且，如圖5所示，外邊環(huán)512有一重疊部分524，這一部分向上超出了內(nèi)RF耦合邊環(huán)508的頂表面。該重疊部分524將可能存在的任何開縫屏蔽。這樣就為夾盤504的外表面以及RF耦合器514的外表面提供更好的保護(hù)。
如先前所討論的那樣，將RF功能加到夾盤504將在晶片506上方形成電場以及電場本身的殼層。伴隨有殼層的電場促使離子向晶片頂表面加速。內(nèi)RF耦合邊環(huán)508有利于提供RF耦合區(qū)，該耦合區(qū)超出晶片506的邊緣，使之最終得到的殼層在晶片506的整個表面上，包括晶片506的邊，有著基本上均勻的厚度。通過提供一種延展的RF耦合區(qū)，RF耦合邊環(huán)508對晶片506上方的殼層進(jìn)行修正。特別是，在一種實(shí)施方案中，晶片周邊(邊緣)附近的厚度(密度)變得基本上同夾盤正上方殼層的厚度(密度)相同。如前面討論的那樣，最后得到的殼層厚度(密度)明顯地改善了晶片506范圍內(nèi)的殼層均勻性。因此，同圖1A的殼層相比，晶片506上方的殼層有了明顯的改善。
由于晶片406上方殼層有著均勻的厚度(密度)，同常規(guī)的途徑相比，離子同晶片506表面的碰撞率在晶片506的整個表面范圍內(nèi)明顯地更為均勻。而且，離子與晶片506表面的碰撞角度不僅在晶片506的內(nèi)區(qū)域，而且也在周邊區(qū)域基本上為正交。因此，同常規(guī)方法相比晶片506的整個表面的蝕刻率更為均勻，而在周邊區(qū)的被蝕刻的細(xì)節(jié)不會因“傾斜”問題而受到損害。
圖6所示為根據(jù)本發(fā)明第3種情況的又一另外實(shí)施方案的等離子體處理裝置600的一部分。該等離子體處理裝置600包括有靜電夾盤(ESC)604(僅示出截面圖的一側(cè))的晶片處理室602。夾盤504在加工期間作為電極并支撐晶片604(即襯底)。內(nèi)RF耦合邊環(huán)608與夾盤604的邊接界并提供一個超出晶片606邊緣的RF耦合區(qū)。外邊環(huán)610與內(nèi)RF耦合邊環(huán)608的邊接界。RF耦合器612位于內(nèi)RF邊環(huán)608下面并和夾盤604的一邊接界。電介質(zhì)填充劑614置放在內(nèi)RF耦合邊環(huán)608之下并與RF耦合器612接界。電介質(zhì)填充劑614的底表面鄰近夾盤604的一個上邊。
在聚焦RF耦合的RF電能的大小方面電介質(zhì)可能有利于提供甚至更多的靈活性。電介質(zhì)填充劑614可以使對外邊環(huán)610的任何耦合最小。例如，可以用合適的絕緣材料，諸如陶瓷，石英，聚四氟乙烯和聚合物制做電介質(zhì)填充劑614。通過選擇用作電介質(zhì)填充劑614的材料的厚度也可以控制絕緣的大小。
電介質(zhì)填充劑616放置在外邊環(huán)610下面。電介質(zhì)填充劑616與夾盤604的一外邊接界。電介質(zhì)填充劑616的定位有利于使RF驅(qū)動的卡具604同外防蝕劑環(huán)618的防蝕劑區(qū)相隔離。典型地，防蝕劑環(huán)618位于晶片處理室602的一個壁的附近。
同對圖4和圖5所討論的一樣，通過提供超出晶片604邊緣的RF耦合區(qū)，對晶片604上方的殼層進(jìn)行了修正。因此，同用常規(guī)方法所獲得的結(jié)果相比，晶片606整個表面的蝕刻率更為均勻，而周邊區(qū)被蝕刻的部件不會因“傾斜”問題而受到損害。
可以用相對廉價(jià)并且易于加工和/或更換的材料制做上面討論的各種邊環(huán)。這種材料可以選自適合于特殊蝕刻處理的相當(dāng)多種的材料。
本發(fā)明有著許多優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)之一是整個襯底表面的蝕刻率均勻性明顯改善。本發(fā)明的另一個優(yōu)點(diǎn)是蝕刻率均勻性的明顯改善是在不冒處理室沾污風(fēng)險(xiǎn)的情況下獲得的。還有一個優(yōu)點(diǎn)是可以基本上消除被蝕刻的部件的傾斜。
雖然只對本發(fā)明的幾種實(shí)施方案進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但不用說，本發(fā)明可以許多其他特別的形式加以實(shí)施而不會偏離本發(fā)明的精神和范圍。因此，現(xiàn)在的實(shí)例是作為展示性而非限制性的，同時本發(fā)明并不局限于本文所給出的細(xì)節(jié)說明，而是在所附的權(quán)利要求范圍內(nèi)可以加以修改。
權(quán)利要求
1.一種用于蝕刻襯底的等離子體處理室，該襯底有頂表面，底表面和邊，所說等離子體處理室包括射頻(RF)驅(qū)動夾盤，所說的RF驅(qū)動夾盤支撐至少一部分襯底的底表面；和內(nèi)RF耦合邊環(huán)，它置于所說的RF驅(qū)動夾盤的一部分上面并且鄰近襯底的一邊，其中所說的RF驅(qū)動的夾盤所提供的一部分RF能量被耦合到所說的內(nèi)RF耦合邊環(huán)。
2.權(quán)利要求1的等離子體處理室，其中所說的內(nèi)RF耦合邊環(huán)圍繞襯底。
3.權(quán)利要求1的等離子體處理室，其中襯底是晶片。
4.權(quán)利要求1的等離子體處理室，所說的內(nèi)RF耦合邊環(huán)基本上由半導(dǎo)體材料組成。
5.權(quán)利要求1的等離子體處理室，所說的內(nèi)RF耦合邊環(huán)基本上由硅碳化物組成。
6.權(quán)利要求1的等離子體處理室，其中所說的等離子體室進(jìn)一步包括圍繞所說的內(nèi)RF耦合邊環(huán)的外邊環(huán)。
7.權(quán)利要求6的等離子體處理室，其中所說的外邊環(huán)進(jìn)一步包圍所說的RF驅(qū)動夾盤的一部分。
8.權(quán)利要求1的等離子體處理室，其中所說的等離子體處理室進(jìn)一步包括在所說的內(nèi)RF耦合邊環(huán)和所說的RF驅(qū)動夾盤的部分之間提供的RF耦合器，其中由所說的RF驅(qū)動的夾盤所提供的那部分RF能量通過所說的RF耦合器被耦合到所說的內(nèi)RF耦合邊環(huán)。
9.權(quán)利要求8的等離子體處理室，其中所說的內(nèi)RF耦合邊環(huán)和所說的RF耦合器從襯底邊緣延伸一預(yù)定距離。
10.權(quán)利要求8的等離子體處理室，其中所說的內(nèi)RF耦合邊環(huán)包圍襯底。
11.權(quán)利要求8的等離子體處理室，其中襯底是晶片。
12.權(quán)利要求1的等離子體處理室，所說的內(nèi)RF耦合邊環(huán)基本上由半導(dǎo)體材料組成。
13.權(quán)利要求8的等離子體處理室，其中所說的等離子體處理室進(jìn)一步包括包圍所說的內(nèi)RF耦合邊環(huán)的外邊環(huán)。
14.權(quán)利要求13的等離子體處理室，其中所說的外邊環(huán)進(jìn)一步包圍一部分所說的RF驅(qū)動夾盤。
15.權(quán)利要求8的等離子體處理室，其中所說的等離子體處理室進(jìn)一步包括包圍所說的RF驅(qū)動夾盤一部分的電介質(zhì)填充劑。
16.權(quán)利要求15的等離子體處理室，其中電介質(zhì)填充劑基本上由陶瓷，石英，聚合物和聚四氟乙烯中至少一種組成。
17.權(quán)利要求15的等離子體處理室，其中所說的等離子體處理室進(jìn)一步包括包圍所說的電介質(zhì)填充劑的防蝕環(huán)。
18.權(quán)利要求8的等離子體處理室，其中所說的RF耦合器是一種有電介質(zhì)鍍層的金屬。
19.權(quán)利要求18的等離子體處理室，其中從所說的RF功率卡具到所說的內(nèi)RF耦合邊環(huán)通過所說的RF耦合器的RF能量的大小與介質(zhì)鍍層的厚度成正比。
20.一種用于蝕刻襯底的等離子體處理室，該襯底有頂表面，底表面和一個邊，所說的等離子體處理室包括射頻(RF)驅(qū)動的夾盤，所說的RF驅(qū)動夾盤支撐襯底底表面的至少一部分；有內(nèi)表面和上表面的抬升邊環(huán)，其內(nèi)表面置于所說的RF驅(qū)動夾盤的一部分上面并鄰近襯底一邊，上表面到襯底的頂表面有一預(yù)定的距離。
21.權(quán)利要求20的等離子體處理室，其中抬升邊環(huán)包圍襯底。
22.權(quán)利要求20的等離子體處理室，其中襯底為晶片。
23.權(quán)利要求20的等離子體處理室，其中抬升邊環(huán)基本上由電介質(zhì)材料組成。
24.權(quán)利要求20的等離子體處理室，其中預(yù)定的抬升距離在1到10mm之間。
25.一種用于蝕刻襯底的等離子體處理室，該襯底有頂表面，底表面和邊，所說的等離子體處理室包括射頻(RF)驅(qū)動的夾盤，所說的RF驅(qū)動的夾盤支撐至少一部分襯底的底表面；和槽形邊環(huán)，它有置于所說的RF驅(qū)動的夾盤一部分上面并鄰近襯底邊緣的一內(nèi)表面，和其中槽形邊環(huán)在鄰近襯底邊緣提供槽形區(qū)。
26.權(quán)利要求25的等離子體處理室，其中槽形邊環(huán)的槽形區(qū)圍繞襯底。
27.權(quán)利要求25的等離子體處理室，其中襯底是晶片。
28.權(quán)利要求25的等離子體處理室，其中槽形邊環(huán)基本上由電介質(zhì)材料組成。
29.權(quán)利要求25的等離子體處理室，其中槽形區(qū)的底表面位于襯底底表面下一預(yù)定距離。
30.權(quán)利要求25的等離子體處理室，其中槽形區(qū)由第1斜坡面和被襯底底表面部分覆蓋的第2部分覆蓋的斜坡面劃定，第1斜坡面將上表面和該部分覆蓋的斜坡面連接。
全文摘要
公開用于等離子體處理系統(tǒng)中離子輔助蝕刻處理的改進(jìn)方法和裝置。根據(jù)本發(fā)明的不同方面,公開了抬升邊環(huán),槽形邊環(huán)和RF耦合邊環(huán)。本發(fā)明有利于改善整個襯底(晶片)的蝕刻率均勻性。由本發(fā)明提供的蝕刻率均勻性的改善不僅提高了制造產(chǎn)額,而且成本效率高,并且不要冒粒子和/或重金屬沾污的風(fēng)險(xiǎn)。
文檔編號H01L21/00GK1373899SQ00809793
公開日2002年10月9日 申請日期2000年6月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月30日
發(fā)明者J·E·道赫爾蒂, N·本亞明, J·波加特, V·瓦赫蒂, D·科珀博格, A·米勒, Y·亞馬古赤 申請人:蘭姆研究有限公司