控制斜面邊緣蝕刻等離子體室中的邊緣排除的氣體調(diào)節(jié)的制作方法
【專利摘要】各種實(shí)施方式提供了除去襯底的斜面邊緣附近的不想要的沉積物以提高處理良率的裝置和方法。該實(shí)施方式提供了具有中心和邊緣氣體進(jìn)口作為附加的處理調(diào)節(jié)器以選擇最合適的斜面邊緣蝕刻處理以將邊緣排除區(qū)域進(jìn)一步向外朝著該襯底邊緣推動(dòng)的裝置和方法。進(jìn)一步，該實(shí)施方式提供了具有（一種或多種）微調(diào)氣體以改變斜面邊緣處的蝕刻輪廓并使用中心和邊緣氣體進(jìn)口的組合來將處理和微調(diào)氣體流入該室的裝置和方法。微調(diào)氣體的使用和（一個(gè)或多個(gè)）氣體進(jìn)口的位置兩者都會(huì)影響斜面邊緣處的蝕刻特性。還發(fā)現(xiàn)總氣流、該氣體輸送板和襯底表面之間的空隙距離、壓強(qiáng)和（一種或多種）處理氣體的類型也影響斜面邊緣蝕刻輪廓。
【專利說明】控制斜面邊緣蝕刻等離子體室中的邊緣排除的氣體調(diào)節(jié)
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00980103876.6，申請(qǐng)日為2009年I月16日， 申請(qǐng)人:為朗姆研究公司，發(fā)明創(chuàng)造名稱為“控制斜面邊緣蝕刻等離子體室中的邊緣排除的氣體調(diào)節(jié)”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明大體涉及襯底制造技術(shù)，特別涉及從襯底的斜面邊緣除去沉積膜和/或蝕刻副產(chǎn)品的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0003]在襯底(例如半導(dǎo)體襯底(或晶圓)或比如平板顯示器制造中使用的玻璃面板)的處理過程中，經(jīng)常使用等離子體。在襯底處理過程中，該襯底(或晶圓)被分割成多個(gè)晶粒(die)，或矩形區(qū)域。該多個(gè)晶粒中的每一個(gè)都會(huì)變成一個(gè)集成電路。然后在一系列步驟中處理該襯底，在該一系列步驟中材料被選擇性地除去(或蝕刻)和沉積。
[0004]通常，在蝕刻之前用硬化乳劑層(比如光阻掩模)涂覆襯底。然后將該硬化乳劑層的區(qū)域選擇性地除去，使得下面的層的一些部分暴露出來。然后將該襯底放置在等離子體處理室中的襯底支撐結(jié)構(gòu)上。然后將一組合適的氣體引入該室并產(chǎn)生等離子體以蝕刻該襯底的暴露區(qū)域。
[0005]在蝕刻處理過程中，在襯底邊緣(或斜面邊緣(bevel edge))附近的頂部和底部表面上，經(jīng)常形成蝕刻副產(chǎn)品，例如由碳(C)、氧(O)、氮(N)、氟(F)等組成的聚合物。蝕刻等離子體的密度在該襯底邊緣附近通常更低，這導(dǎo)致聚合物副產(chǎn)品在該襯底斜面邊緣的頂部和底部表面上的累積。
[0006]通常，在該襯底的邊緣附近，例如離該襯底邊緣約2毫米到約15毫米之間，不存在晶粒。然而，隨著連續(xù)的故意沉積的膜和副產(chǎn)品聚合物層由于不同的沉積和蝕刻處理而沉積在該斜面邊緣的頂部和底部表面上，通常堅(jiān)固而且粘著的粘結(jié)會(huì)最終在后續(xù)處理步驟中變?nèi)酢Ｈ缓笤谠撔泵孢吘壐浇纬傻墓室獬练e的膜和聚合物層在襯底轉(zhuǎn)移過程中會(huì)散裂或剝落，經(jīng)常落在另一個(gè)襯底上。例如，襯底通常成組地在各等離子體處理系統(tǒng)間經(jīng)由基本上清潔的容器(通常被稱為匣)移動(dòng)。當(dāng)放置得更高的襯底被重新放置在該容器中時(shí)，該斜面邊緣上的故意沉積的膜和副產(chǎn)品的微粒(或剝片)可能落到較低襯底上存在晶粒的地方，有可能影響器件的良率。
[0007]電介質(zhì)(Dielectric)膜(比如SiN和SiO2)和金屬膜(比如Al和Cu)是故意沉積在該襯底上的膜的例子。這些膜也會(huì)沉積在該斜面邊緣(包括該頂部和底部表面)上并且在蝕刻處理過程中沒有被除去。與蝕刻副產(chǎn)品類似，斜面邊緣處的這些膜可能累積起來并且在后續(xù)處理步驟中剝落，從而影響器件的良率。
[0008]對(duì)于更先進(jìn)的技術(shù)，理想的是將該襯底表面上的可用面積擴(kuò)展到晶圓(或襯底)的邊緣。如同上面提到的，在該襯底的邊緣附近(例如離該襯底邊緣約2毫米到約15毫米之間，也被稱為“邊緣排除區(qū)域”)通常不存在晶粒。邊緣排除區(qū)域是該襯底的邊緣處的一個(gè)區(qū)域，比如離該襯底邊緣約2毫米到約15毫米之間，這個(gè)區(qū)域是不可用的而且沒有晶粒。對(duì)于最新技術(shù)，目標(biāo)是使可用區(qū)域擴(kuò)展到離該襯底的邊緣小于約2毫米以增加該襯底上的可用面積。因此，該邊緣排除區(qū)域的目標(biāo)是小于2mm。
[0009]鑒于以上，需要除去襯底的斜面邊緣上的不想要的沉積以將邊緣排除區(qū)域減少到離襯底的該邊緣小于約2_的裝置和方法。這種裝置和方法會(huì)擴(kuò)展可用區(qū)域并且改善該襯底上的處理良率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]各種實(shí)施方式提供了除去襯底的斜面邊緣附近的不想要的沉積物以提高處理良率的裝置和方法。該實(shí)施方式提供了具有中心和邊緣氣體進(jìn)口作為附加的處理調(diào)節(jié)器以選擇最合適的斜面邊緣蝕刻處理以將邊緣排除區(qū)域進(jìn)一步向外朝著該襯底邊緣推動(dòng)的裝置和方法。進(jìn)一步，該實(shí)施方式提供了具有(一種或多種)微調(diào)氣體以改變斜面邊緣處的蝕刻輪廓并使用中心和邊緣氣體進(jìn)口的組合來將處理和微調(diào)氣體流入該室的裝置和方法。微調(diào)氣體的使用和(一個(gè)或多個(gè))氣體進(jìn)口的位置兩者都會(huì)影響斜面邊緣處的蝕刻特性。還發(fā)現(xiàn)總氣流、該氣體輸送板和襯底表面之間的空隙距離、壓強(qiáng)和(一種或多種)處理氣體的類型也影響斜面邊緣蝕刻輪廓。
[0011]應(yīng)當(dāng)理解，本申請(qǐng)可以用多種方式實(shí)現(xiàn)，包括作為工藝、裝置或系統(tǒng)。下面描述本發(fā)明的一些有創(chuàng)造性的實(shí)施方式。
[0012]在一個(gè)實(shí)施方式中，提供一種被配置為蝕刻襯底的斜面邊緣上的薄膜的等離子體蝕刻處理室。該等離子體蝕刻處理室包括圍繞該等離子體處理室中的襯底支座的底部邊緣電極。該襯底支座被配置為接收該襯底而該底部邊緣電極和該襯底支座被底部電介質(zhì)環(huán)彼此電氣隔離。該等離子體蝕刻處理室還包括圍繞對(duì)著該襯底支座的氣體分布板的頂部邊緣電極。該頂部邊緣電極和該氣體輸送板被頂部電介質(zhì)環(huán)彼此電氣隔離，而該頂部邊緣電極和該底部邊緣電極被配置為在該斜面邊緣附近產(chǎn)生蝕刻等離子體以除去該襯底的該斜面邊緣上的該薄膜。該頂部邊緣電極和該底部邊緣電極之間的距離小于約1.5厘米以約束處置等離子體。
[0013]進(jìn)一步，該等離子體蝕刻處理室包括嵌入該氣體輸送板中的中心氣體進(jìn)口。該中心氣體進(jìn)口被配置為將蝕刻處理氣體或微調(diào)氣體通過該中心氣體進(jìn)口輸入到該等離子體處理室中。另外，該等離子體蝕刻處理室包括耦合于中心氣體歧管的中心氣體選擇控制器。該氣體歧管耦合于多個(gè)蝕刻處理和微調(diào)氣體。該中心氣體選擇控制器耦合于該中心氣體進(jìn)口并選擇被輸入到該等離子體處理室中的該蝕刻處理氣體或該微調(diào)氣體。另外，該等離子體蝕刻處理室包括被配置為將該蝕刻處理氣體或該微調(diào)氣體朝該襯底的該斜面邊緣輸送的邊緣氣體進(jìn)口，其中該邊緣氣體進(jìn)口被置于該襯底上方。進(jìn)一步，該等離子體蝕刻處理室包括耦合于邊緣氣體歧管的邊緣氣體選擇控制器，該邊緣氣體歧管耦合于該多個(gè)蝕刻處理和微調(diào)氣體。該邊緣氣體選擇控制器耦合于邊緣氣體進(jìn)口并選擇通過該邊緣氣體進(jìn)口被輸入到該等離子體處理室的該蝕刻處理氣體或該微調(diào)氣體。
[0014]在另一個(gè)實(shí)施方式中，提供一種在等離子體蝕刻室中蝕刻襯底的斜面邊緣上的薄膜的方法。該方法包括將該襯底放在該等離子體蝕刻室中的襯底支座上。該方法還包括通過中心氣體進(jìn)口或邊緣氣體進(jìn)口將蝕刻處理氣體流入。該中心氣體進(jìn)口和該邊緣氣體進(jìn)口被置于該襯底支座的上方。該方法進(jìn)一步包括通過該中心氣體進(jìn)口或該邊緣氣體進(jìn)口將該微調(diào)處理氣體流入。該微調(diào)氣體被用于改變?cè)撔泵孢吘壧幍奈g刻等離子體的特性。
[0015]另外，該方法包括通過用RF電源對(duì)底部邊緣電極或頂部邊緣電極加電并使沒有被該RF電源加電的邊緣電極接地而在該襯底的該斜面邊緣附近產(chǎn)生蝕刻等離子體以蝕刻該斜面邊緣上的該薄膜。該底部邊緣電極圍繞該襯底支座而該頂部邊緣電極圍繞該氣體分布板，其中該頂部邊緣電極和該底部邊緣電極之間的距離小于約1.5厘米以約束該處置等離子體。另外，該方法包括通過產(chǎn)生的蝕刻等離子體蝕刻該薄膜。
[0016]通過下面結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)說明，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得顯而易見，其中附圖是用本發(fā)明的原理的示例的方式進(jìn)行描繪的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]通過下面的詳細(xì)說明，結(jié)合附圖，本發(fā)明將很容易理解，并且類似的參考標(biāo)號(hào)代表類似的結(jié)構(gòu)元件。
[0018]圖1A是依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，斜面蝕刻附近的薄膜的橫截面視圖。
[0019]圖1B顯示了，依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，該斜面邊緣上的薄膜被除去時(shí)該薄膜的橫截面視圖。
[0020]圖1C顯示了，依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，四個(gè)不同的斜面邊緣蝕刻輪廓。
[0021]圖2顯示了，依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，被配置為產(chǎn)生斜面邊緣蝕刻等離子體的等離子系統(tǒng)的橫截面視圖。
[0022]圖2A是，依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，中心進(jìn)口(feed)的橫截面視圖。
[0023]圖2B顯示了，依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，具有多個(gè)氣體源的中心進(jìn)口的橫截面視圖。
[0024]圖2C是，依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，邊緣進(jìn)口(feed)的橫截面視圖。
[0025]圖2D顯示了，依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，具有多個(gè)氣體源的邊緣進(jìn)口的橫截面視圖。
[0026]圖2E顯示了，依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，圖2的具有斜面邊緣的放大區(qū)域M的橫截面視圖。
[0027]圖2F顯示了，依照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，被配置為產(chǎn)生斜面邊緣蝕刻等離子體的等離子系統(tǒng)的橫截面視圖。
[0028]圖2G顯示了，依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，圖2的等離子系統(tǒng)的頂部室總成(assembly)的俯視圖。
[0029]圖2H顯示了，依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，圍繞中心氣體進(jìn)口的區(qū)域的放大圖。
[0030]圖21顯示了，依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，圍繞邊緣氣體進(jìn)口的區(qū)域的放大圖。
[0031]圖2J顯示了，依照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，圖2的等離子系統(tǒng)的頂部室總成(assembly)的俯視圖。
[0032]圖3A顯示了，依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，4個(gè)不同的蝕刻處理的斜面蝕刻輪廓。
[0033]圖3B顯示了，依照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，4個(gè)不同的蝕刻處理的斜面蝕刻輪廓。
[0034]圖3C顯示了，依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，3個(gè)不同的蝕刻處理的斜面蝕刻輪廓。[0035]圖3D顯示了，依照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，4個(gè)不同的蝕刻處理的斜面蝕刻輪廓。
[0036]圖4顯示了，依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，產(chǎn)生斜面邊緣蝕刻等離子體的工藝流程。
【具體實(shí)施方式】
[0037]提供用于除去晶圓的斜面邊緣上的不希望的沉積以改善工藝良率的改進(jìn)的機(jī)構(gòu)的一些示例性實(shí)施方式。對(duì)那些擅長(zhǎng)本領(lǐng)域的人來說，顯然，本發(fā)明可以沒有本文闡明的具體細(xì)節(jié)的一些或全部仍然可以實(shí)現(xiàn)。
[0038]圖1A顯不了，依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式,襯底105的橫截面視圖,其中襯底105有具有正面110、背面120和該正面和背面之間的邊緣130的襯底本體100。襯底本體100可以是沒有其它膜和特征的晶圓。襯底本體100還可以有來自之前處理的各種膜和特征。在圖1A中，有覆蓋襯底正面110和襯底邊緣130的薄膜層101。薄膜層101可以是電介質(zhì)層，比如二氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiN)，金屬層，比如鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)JIf(Cu)或鋁(Al)。薄膜層101可以是光阻或蝕刻副產(chǎn)品形成的層。進(jìn)一步，薄膜層101還可以是混合有光阻和/或蝕刻副產(chǎn)品的電介質(zhì)層或金屬層。薄膜101的厚度可以在幾埃到幾微米范圍內(nèi)。
[0039]薄膜層101從襯底105的襯底邊緣130延伸出距離Y。在一個(gè)實(shí)施方式中，該距離Y—直延伸到襯底本體100的背面表面120的中心。在另一個(gè)實(shí)施方式中，該距離Y在離邊緣130約2毫米到約15毫米之間。該斜面邊緣上的薄膜層101需要被除去以阻止薄膜的累積，薄膜的累積會(huì)導(dǎo)致將來的襯底搬運(yùn)(handling)及其他襯底處理過程中可能的剝落。如上所述，對(duì)于最新技術(shù)，趨勢(shì)是將可用面積延伸到襯底的邊緣。距離“X”是薄膜層101應(yīng)當(dāng)被除去的離邊緣130的距離。對(duì)于最新技術(shù)，距離“X”小于約2毫米，優(yōu)選的小于約I毫米，更優(yōu)選的小于約0.5毫米。超出距離X (朝該襯底的中心)的表面區(qū)域被認(rèn)為是建造器件的可用面積。
[0040]圖1B顯示，在斜面邊緣蝕刻處理之后，該斜面邊緣上的膜被除去了。正面上的薄膜層101被除去至離邊緣130的距離“X”處。如同上面提到的，圖1B中襯底蝕刻過程中薄膜層101沒有被除去的襯底表面110被認(rèn)為是可用區(qū)域。
[0041]圖1C顯示了對(duì)于斜面邊緣等離子體蝕刻處理，該斜面邊緣附近的蝕刻速率(ER)。曲線150、152、154和156顯示了斜面邊緣附近的三個(gè)不同的蝕刻速率曲線。曲線150顯示了一種常規(guī)處理的結(jié)果，該常規(guī)處理在襯底邊緣附近產(chǎn)生更寬的斜面蝕刻輪廓。離該邊緣(比如圖1A的邊緣130)的距離大于2毫米處的蝕刻速率是不為零的。曲線152顯示顯示了產(chǎn)生比曲線150更窄的斜面蝕刻輪廓的處理的結(jié)果。該襯底表面上的蝕刻速率是零，直到離該邊緣約2毫米處。曲線154和156比曲線152更窄。對(duì)于曲線154從邊緣到離襯底邊緣約I毫米，對(duì)于曲線156從邊緣到離襯底邊緣約0.5毫米，蝕刻速率是不為零的。對(duì)于需要小于2毫米，甚至到I毫米或0.5毫米的邊緣排除的處理技術(shù)，可以使用能夠產(chǎn)生比如曲線152、曲線154和曲線156的蝕刻曲線的處理。為了將邊緣排除區(qū)域減小到離該襯底邊緣小于約2毫米的目的，產(chǎn)生曲線152、154和156的處理比產(chǎn)生曲線150的處理更好。
[0042]圖2顯示了用于執(zhí)行該襯底的斜面邊緣附近的等離子體蝕刻的斜面邊緣等離子體處理室200的一個(gè)實(shí)施方式。室200具有襯底支座240，襯底支座240頂上有襯底250。在一個(gè)實(shí)施方式中，襯底支座240是靜電卡盤,其由RF (射頻)電源(未不)加電。在另一個(gè)實(shí)施方式中，襯底支座240是一個(gè)常規(guī)電極。襯底支座240可以是DC (直流)或RF偏置的。對(duì)著襯底支座230的是具有中心氣體進(jìn)口 261的氣體板260。中心氣體進(jìn)口 261的進(jìn)口點(diǎn)264靠近該襯底的中心的上方。中心氣體進(jìn)口 261嵌入氣體板260中并位于襯底250的中心附近。在一個(gè)實(shí)施方式中，有許多中心氣體進(jìn)口，比如氣體進(jìn)口 261’、261〃和261"，其耦合于不同的氣體源，比如氣體源271"(用于氣體X)、271〃(用于氣體Y)和271"(用于氣體Ζ),如圖2Α中所不。在另一個(gè)實(shí)施方式中，不同的氣體源輸入到單一中心氣體進(jìn)口 261中，如圖2Β中所示。該處理室還裝備有邊緣氣體進(jìn)口 263，邊緣氣體進(jìn)口 263位于襯底250的斜面邊緣附近。在一個(gè)實(shí)施方式中，有許多邊緣氣體進(jìn)口，比如氣體進(jìn)口 263’、263〃和263"，在一個(gè)位置附近，該氣體進(jìn)口耦合于不同的氣體源，比如氣體源273"(用于氣體Μ)、氣體源273"(用于氣體N)和氣體源273"(用于氣體0)，如圖2C所示。在另一個(gè)實(shí)施方式中，不同的氣體源輸入在特定邊緣位置處的單一邊緣氣體進(jìn)口 263，如圖2D所示。下面會(huì)提供邊緣氣體進(jìn)口 263的更多細(xì)節(jié)。
[0043]該襯底支座也可以是RF加電、偏置或接地的。在襯底250的蝕刻過程中，室200可以是RF加電的以產(chǎn)生電容耦合蝕刻等離子體或電感耦合蝕刻等離子體。襯底250具有斜面邊緣217，斜面邊緣217包括該襯底的邊緣的頂部和底部表面，如圖2的區(qū)域F中和圖2Ε的放大區(qū)域M中所示。在圖2Ε中，斜面邊緣217被用粗實(shí)直線和曲線突出出來。
[0044]圖2F顯示了斜面邊緣蝕刻處理室250的一個(gè)實(shí)施方式。處理室250有用于處理氣體的中心進(jìn)口 261Ρ和用于微調(diào)(tuning)氣體的中心進(jìn)口 261τ。中心氣體進(jìn)口 261Ρ、261Τ兩者都I禹合于中心氣體選擇器(select) 275。,中心氣體選擇器275。I禹合于中心氣體歧管276。。中心氣體歧管276。耦合于供應(yīng)各種處理氣體和微調(diào)氣體(一種或多種)的多個(gè)氣體柜(未示)。替代地，可能有超過一個(gè)用于處理氣體的中心氣體進(jìn)口 261P和超過一個(gè)用于微調(diào)氣體的中心氣體進(jìn)口 261τ，如上在圖2Α和2C中所述的。處理室250還有許多用于處理氣體的邊緣進(jìn)口 263Ρ和用于微調(diào)氣體的多個(gè)邊緣進(jìn)口 263τ。所有邊緣氣體進(jìn)口 261[)、2611都率禹合于邊緣氣體選擇器275Ε,邊緣氣體選擇器275Ε稱合于邊緣氣體歧管276ε。中心氣體歧管276Ε耦合于多個(gè)供應(yīng)各種處理氣體和微調(diào)氣體(一種或多種)的氣體柜(未示)。中心氣體選擇器275。從室處理控制器277接收指令并選擇是否有氣體以及哪種或哪些氣體進(jìn)入中心氣體進(jìn)口 261Ρ、261Τ。類似地，邊緣氣體選擇器275Ε從室處理控制器277接收指令并選擇是否有氣體以及哪種或哪些氣體進(jìn)入邊緣氣體進(jìn)口 263Ρ、263Τ。室處理控制器277還耦合于處理室250的其它部件以控制其它的處理參數(shù)，比如溫度、壓強(qiáng)和襯底支座240的移動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施方式中，室處理控制器277耦合于處理器278，處理器278耦合于鍵盤280和監(jiān)視器279。處理系統(tǒng)250的操作員可以通過鍵盤280輸入指令而該指令和處理?xiàng)l件可以被顯示在監(jiān)視器279中。
[0045]圖2G顯示了圖2的室頂部總成280的俯視圖的一個(gè)實(shí)施方式。頂部總成280包括室的頂部壁285 (圖2G中未示)和氣體輸送板260、頂部電介質(zhì)環(huán)211、頂部邊緣電極和頂部隔離環(huán)215。氣體輸送板260、頂部電介質(zhì)環(huán)211、頂部邊緣電極和頂部隔離環(huán)215耦合于頂部室壁285。中心氣體進(jìn)口 281嵌入氣體輸送板260中。在圖2G中顯示的實(shí)施方式中，有8個(gè)邊緣氣體進(jìn)口 263的位置，其被置于頂部電介質(zhì)環(huán)211和頂部邊緣電極210之間。這8個(gè)位置圍繞頂部電介質(zhì)環(huán)211的直徑均勻分布。這8個(gè)位置僅僅是用作示例。也可以使用其它數(shù)量的位置，比如4-56個(gè)位置。
[0046]圖2H顯示了圍繞圖2G的中心氣體進(jìn)口 261的區(qū)域281的放大圖的一個(gè)實(shí)施方式。圖2H中所示的實(shí)施方式描繪了可能有超過一個(gè)中心氣體進(jìn)口。任何合理和需要的數(shù)量的中心氣體進(jìn)口都是允許的。圖21顯示了圍繞圖2G的邊緣氣體進(jìn)口 263的區(qū)域283的放大圖。圖21所示的實(shí)施方式描繪了在每個(gè)邊緣位置可能有超過一個(gè)邊緣氣體進(jìn)口。在每個(gè)邊緣位置處任何合理和需要的數(shù)量的邊緣氣體進(jìn)口都是允許的。
[0047]圖2J顯示了圖2的邊緣氣體進(jìn)口 263的另一個(gè)實(shí)施方式。在此實(shí)施方式中，邊緣氣體進(jìn)口 263’是在頂部電介質(zhì)環(huán)211和頂部邊緣電極210之間的氣體環(huán)。(一種或多種)處理氣體和/或(一種或多種)微調(diào)氣體通過氣體環(huán)263’可以被均勻地輸送到該處理室。
[0048]圍繞襯底支座240的邊緣，有由導(dǎo)電材料(比如鋁(Al))制成的底部邊緣電極220。在襯底支座240和底部邊緣電極220之間，有底部電介質(zhì)環(huán)221，底部電介質(zhì)環(huán)221將襯底支座240和底部邊緣電極220電氣隔離開。在一個(gè)實(shí)施方式中，襯底250不與底部邊緣電極220接觸。在底部邊緣電極220外，有另一個(gè)底部隔離環(huán)225，底部隔離環(huán)225延伸了底部邊緣電極220面向襯底250的表面。
[0049]圍繞氣體板260，有由導(dǎo)電材料(比如鋁(Al))制成的頂部邊緣電極210。頂部邊緣電極210由頂部電介質(zhì)環(huán)211與氣體板260電氣隔離。如同上面提到的，(一個(gè)或多個(gè))邊緣氣體進(jìn)口 263向襯底250的斜面邊緣217提供(一種或多種)處理氣體。在一個(gè)實(shí)施方式中，邊緣氣體進(jìn)口 263向面向襯底260的斜面邊緣217的進(jìn)氣點(diǎn)262提供(一種或多種)處理氣體并且在頂部邊緣電極210和頂部電介質(zhì)環(huán)211之間。在頂部邊緣電極210外，有頂部隔離環(huán)215，頂部隔離環(huán)215延伸了頂部邊緣電極210面向襯底250的表面。
[0050]在一個(gè)實(shí)施方式中，底部邊緣電極220耦合于RF電源223而頂部邊緣電極210接地。在襯底斜面邊緣處置過程中，RF電源223供應(yīng)頻率在約2MHz到約60MHz之間的RF電力和在約100瓦到約2000瓦之間的電力以產(chǎn)生處置等離子體。在斜面邊緣處置過程中，襯底支座240和氣體輸送板260保持電氣浮接(floating)。在另一個(gè)實(shí)施方式中，底部電極240耦合于RF電源224。在襯底斜面邊緣處置處理過程中，RF電源224供應(yīng)頻率在約2MHz到約60MHz之間的RF電力和在約100瓦到約2000瓦之間的電力以產(chǎn)生處置等離子體。在斜面邊緣處置過程中，氣體輸送板3=260保持電氣浮接，而底部邊緣電極220和頂部邊緣電極210兩者接地。
[0051]上述硬件配置的兩個(gè)實(shí)施方式僅僅是示例，也可以使用其它的斜面邊緣反應(yīng)器配置。對(duì)于其他類型的斜面邊緣反應(yīng)器的細(xì)節(jié)，參看申請(qǐng)日為2007年6月5日，名稱為“EdgeElectrodes with Variable Power”的美國(guó)專利申請(qǐng) 11/758，576 (代理案號(hào) LAM2P589)，申請(qǐng)日為 2007 年 6 月 5 日，名稱為 “Edge Electrodes with Dielectric Covers” 的美國(guó)專利申請(qǐng)11/758，584 (代理案號(hào)LAM2P592)，申請(qǐng)日為2006年5月24日，名稱為“Apparatusand Methods to Remove Films on Bevel Edge and Backside of Wafer”的美國(guó)專利申請(qǐng)11/440，561(代理案號(hào)LAM2P560)，申請(qǐng)日為 2006年 2 月 15 日，名稱為“Plasma ProcessingReactor with Multiple Capacitive and Inductive Power Sources，，的美國(guó)專利申請(qǐng)11/355,458 (代理案號(hào)LAM2P537)，以及申請(qǐng)日為2006年2月27日，名稱為“IntegratedCapacitive and Inductive Power Sources for a Plasma Etching Chamber，，的美國(guó)專利申請(qǐng)11/363，703 (代理案號(hào)LAM2P538)。上述相關(guān)申請(qǐng)中每一個(gè)的公開內(nèi)容都通過參考并入本文。
[0052]在一個(gè)實(shí)施方式中，頂部邊緣電極210和底部邊緣電極220之間的間隔Dee小于1.5厘米以保證該等離子體被約束。小于1.5厘米的Dee允許襯底邊緣附近的開口的寬度(Dw)和空隙(Dee)之間的比小于4:1，這確保了等離子體約束。Dw是該襯底邊緣附近的開口的寬度。在一個(gè)實(shí)施方式中，Dw是底部隔離環(huán)225的寬度或頂部隔離環(huán)215的寬度。在斜面邊緣蝕刻處理過程中，室內(nèi)壓強(qiáng)被保持在約20毫托到約100托之間，并優(yōu)選地在約100毫托到約2托之間。氣體分布板260和襯底250之間的間隔Ds小于0.6毫米以保證在斜面邊緣蝕刻處理過程中在頂部電極260和襯底250之間不形成等離子體。
[0053]圖2中所示的等離子體室200的實(shí)施方式僅僅是一個(gè)示例。用于斜面邊緣蝕刻的等離子體室的其它實(shí)施方式也是可能的。在另一個(gè)實(shí)施方式中，該RF電力供應(yīng)可以耦合于頂部邊緣電極210，而底部邊緣電極220接地以產(chǎn)生電容耦合蝕刻等離子體。替代地，頂部邊緣電極210或底部邊緣電極220可以用埋入電介質(zhì)材料中的感應(yīng)線圈代替。在此實(shí)施方式中，該感應(yīng)線圈耦合于RF電源而相對(duì)的邊緣電極接地。該RF電源供應(yīng)電力以產(chǎn)生電感耦合蝕刻等離子體以處置斜面邊緣217。有關(guān)斜面邊緣等離子體蝕刻室的進(jìn)一步說明，參看美國(guó)專利申請(qǐng)(11/3440，561)(代理案號(hào)LAM2P560)，申請(qǐng)日為2006年5月24日，名稱為“Apparatus and Methods to Remove Films on bevel edge and Backside of Wafer，，，上述相關(guān)申請(qǐng)的公開內(nèi)容通過參考并入本文。
[0054]已經(jīng)進(jìn)行了各種實(shí)驗(yàn)來研究(一個(gè)或多個(gè))氣體進(jìn)口的位置、總氣流、微調(diào)氣體的類型、微調(diào)氣流、氣體板260和襯底250之間的空隙距離對(duì)斜面邊緣處的蝕刻速率輪廓(profile)的影響。使用了一種用于蝕刻電介質(zhì)膜的示例性參考處理來進(jìn)行這些研究。該處理(蝕刻)氣體包括NF3和CO2。被蝕刻的膜是從正硅酸乙酯(TEOS)沉積的氧化硅膜(SiO2)。該研究中使用的微調(diào)氣體(不是活性氣體)包括氮?dú)?N2)、氬氣(Ar)和氦氣(He)。然后，除了上面提到的微調(diào)氣體，也可以使用其它類型的非活性氣體，比如其它惰性氣體，作為微調(diào)氣體。
[0055]該示例性參考處理使用從類似于圖2中顯示的中心氣體進(jìn)口的中心氣體進(jìn)口 261輸入IOsccm NF3和200C02。該壓強(qiáng)是約1500毫托。氣體輸送板260和襯底250的表面之間的空隙距離是約0.4毫米。
[0056]圖3A顯示了在斜面邊緣附近的襯底表面上的不同位置上的標(biāo)準(zhǔn)化蝕刻速率的繪圖。該標(biāo)準(zhǔn)化蝕刻速率是用離該襯底的中心的距離繪制的。該蝕刻速率被標(biāo)準(zhǔn)化到離該襯底的中心149.4毫米的蝕刻速率。該襯底具有300毫米的直徑和150毫米的半徑。在圖3A中有四條曲線。曲線301顯示了從(一個(gè)或多個(gè))中心氣體進(jìn)口輸入IOsccm NF3和200sccmCO2的參考處理的結(jié)果。曲線302的數(shù)據(jù)是使用類似于曲線301的處理產(chǎn)生的，但是CO2氣流從200sccm增加到了 500sccm。比較曲線301和302，結(jié)果顯示增加CO2氣流將蝕刻速率曲線朝著該斜面邊緣推動(dòng)。500sCCm CO2氣體將具有零蝕刻速率的區(qū)域延伸到離襯底的邊緣約2.5毫米。相反，當(dāng)CO2氣體在200SCCm時(shí)，即使當(dāng)該距離為離襯底的邊緣約2.5毫米時(shí)，蝕刻速率也不是零。
[0057]曲線303顯示了從中心處理氣體進(jìn)口輸入IOsccm NF3和200sccmC02，并且從該中心氣體進(jìn)口輸入額外的300sccm N2微調(diào)氣體的處理的蝕刻結(jié)果。曲線304顯示了從中心處理氣體進(jìn)口輸入10 sccm ,3和2008(^111 CO2，并且從該中心氣體進(jìn)口輸入額外的500sccm
N2微調(diào)氣體(非活性氣體)的蝕刻結(jié)果。
[0058]該結(jié)果顯示，與曲線301的第二種處理相比，從該中心氣體進(jìn)口輸入300sccm隊(duì)微調(diào)氣體和500sccm N2微調(diào)氣體有助于將斜面邊緣蝕刻速率輪廓進(jìn)一步朝著該襯底邊緣推動(dòng)。然而，曲線301、302、303和304的處理產(chǎn)生在離該襯底邊緣約2毫米(或在圖3A中的148毫米位置)具有零蝕刻速率的斜面邊緣蝕刻輪廓。
[0059]圖3B顯示了在該襯底表面上的四個(gè)不同處理的標(biāo)準(zhǔn)化蝕刻速率的繪圖。曲線305顯示了從中心氣體進(jìn)口 261輸入IOsccm NF3和200C02的參考處理。曲線305與圖3A的曲線301 —致。曲線306的數(shù)據(jù)是使用類似于曲線305的處理產(chǎn)生的，例外在于NF3氣體和CO2兩者都是從(一個(gè)或多個(gè))邊緣氣體進(jìn)口(比如邊緣氣體進(jìn)口 263)輸入的。比較曲線305和306，結(jié)果顯示，從(一個(gè)或多個(gè))邊緣氣體進(jìn)口輸入處理氣體NF3和CO2將蝕刻速率曲線朝該斜面邊緣推動(dòng)。從邊緣氣體進(jìn)口輸入的處理氣體進(jìn)口將具有零蝕刻速率的區(qū)域延伸到離襯底的邊緣約2毫米。相反，當(dāng)處理氣體是從中心氣體進(jìn)口輸入時(shí)，即使當(dāng)該距離為離襯底的邊緣3毫米時(shí)，蝕刻速率也不是零。
[0060]曲線307使用與曲線305 (參考處理)類似的、從(一個(gè)或多個(gè))中心氣體進(jìn)口輸入處理氣體，并從中心氣體進(jìn)口輸入額外的500sccm N2微調(diào)氣體(非活性氣體)的處理。曲線308與曲線306類似，從(一個(gè)或多個(gè))邊緣氣體進(jìn)口輸入處理氣體，并從中心氣體進(jìn)口輸入500sccm N2微調(diào)氣體(非活性氣體)。結(jié)果顯示，從該中心氣體進(jìn)口輸入500sccm N2有助于將零蝕刻速率的邊緣從曲線306 (從邊緣輸入處理氣體)的2毫米推到曲線308 (從邊緣輸入處理氣體)的1.8毫米。如圖3B中所示，從該中心氣體進(jìn)口輸入500sccm的N2微調(diào)氣體有助于將零蝕刻速率的邊緣從曲線305 (從中心輸入處理氣體)的大于3毫米推到曲線307(從中心輸入處理氣體)的2.6毫米。與從中心輸入處理氣體相比,該結(jié)果偏好從該邊緣輸入處理氣體。另外，該結(jié)果還顯示，從(一個(gè)或多個(gè))中心氣體進(jìn)口的500sccm的N2微調(diào)氣體也可以將零蝕刻速率的邊界進(jìn)一步朝該襯底邊緣推動(dòng)。從襯底邊緣輸入處理氣體(曲線306和308)的處理，無論是有500N2微調(diào)氣體(曲線308)還是沒有N2微調(diào)氣體(曲線306)，都產(chǎn)生具有在離該襯底邊緣約2毫米或者小于2毫米處有零蝕刻速率的斜面邊緣蝕刻輪廓。在該斜面邊緣附近輸入處理氣體對(duì)將零蝕刻速率的邊界推到離該襯底邊緣2毫米是決定性的。
[0061]用從(一個(gè)或多個(gè))中心氣體進(jìn)口輸入的不同量的N2微調(diào)氣體(300sccm,500sccm和750sccm)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)顯示，在將該蝕刻輪廓向外朝該邊緣推動(dòng)方面，500sccm的N2微調(diào)氣體的斜面邊緣處的蝕刻輪廓比300sccm和750sccm微調(diào)氣稍好一點(diǎn)。然而，300sccm和750sccm N2微調(diào)氣體處理的結(jié)果與500sccm N2微調(diào)氣體處理的結(jié)果的區(qū)別也不是太大。
[0062]用從中心進(jìn)口輸入的更高的CO2流量(3008(:011 vs.200sccm)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)顯示,更大的CO2流量有助于將該蝕刻速率輪廓向外朝該襯底邊緣推動(dòng)。
[0063]另外，將參考處理與從中心氣體進(jìn)口輸入20sccm NF3和400sccm CO2 (2X總流量)的處理的結(jié)果進(jìn)行的比較顯示，更多的總流量有助于將該蝕刻速率輪廓向外朝該襯底邊緣推動(dòng)。對(duì)于2X總流量的處理，零蝕刻速率的邊緣在離該襯底邊緣約2.2毫米處。相比之下，該參考處理的零蝕刻速率的邊緣是離該襯底邊緣大于3毫米。
[0064]圖3C比較了 3種不同的處理的結(jié)果。曲線309是使用在襯底邊緣處的IOsccm NF3和200sccm CO2,以及從中心輸入的額外的750sccm N2微調(diào)氣體的處理產(chǎn)生的。該處理是在0.4毫米的正?？障堕g隔下運(yùn)行的。曲線309的結(jié)果非常接近于圖3B的曲線308。如上所述，在(一個(gè)或多個(gè))中心進(jìn)口使用750sccm N2微調(diào)氣體和500sccm N2氣體的結(jié)果是非常接近的。曲線310使用了與曲線309相同的處理，除了在氣體輸送板和該襯底之間使用了0.35毫米的空隙間隔以外。曲線311使用與曲線309相同的處理，除了在氣體輸送板和該襯底之間使用0.45毫米的空隙間隔以外。結(jié)果顯示，0.4毫米的空隙間隔產(chǎn)生了最好的結(jié)果O
[0065]圖3D比較了 4種不同的處理的結(jié)果。曲線312是使用在該襯底邊緣輸入IOsccm即3和2008(^111 CO2的處理產(chǎn)生的。曲線313是使用與曲線309相同的工藝產(chǎn)生的，但是有在中心氣體進(jìn)口輸入的額外的500sCCm N2微調(diào)氣體。結(jié)果顯示了類似的結(jié)論，如同前面提到的，增加500sccm N2微調(diào)氣體有助于將零蝕刻速率的邊緣進(jìn)一步向外推動(dòng)(與圖3B的曲線306和308比較)。曲線314使用與曲線313相同的處理，但是有500sccm的同樣流速的不同微調(diào)氣體Ar。增加500sccm氬微調(diào)氣體比增加500sccm N2微調(diào)氣體(曲線313)的效果差，甚至比根本不增加任何微調(diào)氣體(曲線312)的效果差。曲線315使用在該襯底邊緣的IOsccm NF3和200sccm CO2的處理(類似于曲線312、313和314)，但是在中心氣體進(jìn)口輸入的微調(diào)氣體是200sccm N2與500sccm氦氣(He)的組合。結(jié)果顯不，200sccm N2與500sccmHe的組合產(chǎn)生了最好的結(jié)果。
[0066]上面的結(jié)果顯示，具有中心和邊緣氣體進(jìn)口提供了更多的處理調(diào)節(jié)器以用于選擇最合適的斜面邊緣蝕刻處理。另外，增加微調(diào)氣體，比如N2、Ar或He或多種微調(diào)氣體的混合物可以改變襯底的斜面邊緣處`的蝕刻輪廓。進(jìn)一步,總氣流和該氣體輸送板和襯底表面之間的空隙距離也可能影響蝕刻輪廓。另外，如同上面的結(jié)果和說明所示，處理氣體類型有可能對(duì)該蝕刻輪廓有影響并與該微調(diào)氣體有相互作用。上述各種因素或者改變了等離子體的組成，或者改變了該斜面邊緣處的特性。這些改變影響了斜面邊緣蝕刻輪廓。
[0067]圖4顯不了通過從(一個(gè)或多個(gè))邊緣氣體進(jìn)口輸入處理氣體和從(一個(gè)或多個(gè))中心氣體進(jìn)口向處理室輸入微調(diào)氣體而產(chǎn)生斜面邊緣蝕刻等離子體的示例性處理流程400。在步驟401中，襯底被放置在斜面邊緣蝕刻等離子體室中的襯底支座上。在步驟402中，(一種或多種)處理氣體被供給到該處理室中的(一個(gè)或多個(gè))邊緣氣體進(jìn)口或(一個(gè)或多個(gè))中心氣體進(jìn)口。在可選的處理步驟403中，(一種或多種)微調(diào)氣體被供給到該處理室中的(一個(gè)或多個(gè))邊緣氣體進(jìn)口或(一個(gè)或多個(gè))中心氣體進(jìn)口。在步驟404,通過給頂部邊緣電極或底部邊緣電極加電在該襯底的斜面邊緣附近產(chǎn)生蝕刻等離子體。如果該頂部邊緣電極加電，則該底部邊緣電極接地。如果該底部邊緣電極加電，則該頂部邊緣電極接地。在步驟405，通過該斜面邊緣蝕刻等離子體除去該斜面邊緣處的薄膜。該等離子體蝕刻室被配置為產(chǎn)生斜面邊緣蝕刻等離子體,該斜面邊緣蝕刻等離子體蝕刻在具有離該襯底邊緣小于約2毫米的邊緣排除區(qū)域的斜面邊緣處的薄膜。在一個(gè)實(shí)施方式中，該邊緣排除區(qū)域離該襯底邊緣小于約I毫米。在另一個(gè)實(shí)施方式中，該邊緣排除區(qū)域離該襯底邊緣小于約0.5毫米。
[0068]上面討論的示例性處理是用于TEOS SiO2蝕刻的。然而，本發(fā)明的思想可以用于斜面邊緣處的任何類型的膜的蝕刻，比如其它的電介質(zhì)膜、金屬膜、半導(dǎo)體膜和阻擋膜。微調(diào)氣體、(一個(gè)或多個(gè))氣體進(jìn)口的位置、空隙距離、總氣流、處理氣體的類型所有都可以對(duì)斜面邊緣處的蝕刻輪廓產(chǎn)生影響。
[0069]盡管為了更清楚的理解而對(duì)前述發(fā)明做了詳細(xì)描述，然而，顯然，可以在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)某些變化和更改。相應(yīng)地，所述實(shí)施方式應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是描述性的而非限制性的，而且本發(fā)明不限于此處所給出的細(xì)節(jié)，而是可以在所附權(quán)利要求的范圍和等同內(nèi)做出更改。
【權(quán)利要求】
1.一種在等離子體蝕刻室中蝕刻襯底的斜面邊緣上的薄膜的方法，包含: 將該襯底放在該等離子體蝕刻室中的襯底支座上； 通過中心氣體進(jìn)口或邊緣氣體進(jìn)口將蝕刻處理氣體流入，其中該中心氣體進(jìn)口和該邊緣氣體進(jìn)口被置于該襯底支座的上方； 通過該中心氣體進(jìn)口或該邊緣氣體進(jìn)口將該微調(diào)處理氣體流入，其中該微調(diào)氣體被用于改變?cè)撔泵孢吘壧幍奈g刻等離子體的特性； 通過用RF電源對(duì)底部邊緣電極或頂部邊緣電極加電并使沒有被該RF電源加電的邊緣電極接地而在該襯底的該斜面邊緣附近產(chǎn)生蝕刻等離子體以蝕刻該斜面邊緣上的該薄膜，其中該底部邊緣電極圍繞該襯底支座而該頂部邊緣電極圍繞該氣體分布板，其中該頂部邊緣電極和該底部邊緣電極之間的距離小于約1.5厘米以約束該處置等離子體；以及 通過產(chǎn)生的蝕刻等離子體蝕刻該薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中被蝕刻的斜面邊緣上的薄膜是從由電介質(zhì)膜、金屬膜、光阻膜、半導(dǎo)體膜和這些膜的組合組成的組中選擇出來的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中薄膜是電介質(zhì)膜而該蝕刻處理氣體包括含氧氣體和含氟氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中該微調(diào)氣體包括氮?dú)饣蚨栊詺怏w。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該氣體分配板和該襯底面對(duì)該氣體分配板的那個(gè)表面之間的距離小于約0.6毫米以阻止在該氣體分配板和該襯底之間形成等離子體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該斜面邊緣附近的蝕刻等離子體在離該襯底的邊緣大于約2毫米處具有零蝕刻。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該蝕刻處理氣體是從該邊緣氣體進(jìn)口輸入的而該微調(diào)氣體是從該中心氣體進(jìn)口輸入的。
【文檔編號(hào)】H01L21/02GK103489744SQ201310482301
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2009年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2008年1月28日
【發(fā)明者】托尼·方, 金允尚, 安德魯·D·拜勒, 奧利維爾·利古塔 申請(qǐng)人:朗姆研究公司