專利名稱：用于大直徑晶片的空間均勻的氣體供給源和泵結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及半導體晶片腐蝕，特別涉及改善的氣體分配板，該板顯著地降低出現(xiàn)在整個半導體晶片上的腐蝕處理中的非均勻性。
眾所周知，在現(xiàn)有技術中，各種半導體制造技術都需要有選擇的去除沉積的金屬和介質(zhì)膜，并且在進行DRAM處理的情況下，需要在半導體晶片中進行深槽腐蝕。近來的趨勢是不愿采用眾所周知的濕式化學腐蝕處理，而轉為利用例如離子腐蝕和等離子體腐蝕等干式腐蝕處理。這是由于與濕式化學腐蝕處理相比，干式腐蝕處理在很大程度上改善了控制性和成本效率。
在設計用來一次處理一片半導體晶片的處理室中進行活性離子腐蝕和等離子體腐蝕。把半導體晶片裝在構成處理室下電極的晶片卡盤上。把上電極固定在半導體晶片之上。用在被隔開的于基片之上的上電極和構成處理室基片臺階的下電極之間產(chǎn)生的離子轟擊半導體晶片。在局部真空或高真空下，通過氣體分配板將不僅提供離子源而且還能夠分別改善腐蝕率的腐蝕氣體傳送到基片并使其分布于整個基片上。這些工作壓力取決于是活性離子腐蝕處理或者是等離子體腐蝕處理。
在單晶片系統(tǒng)中，特別是從基片中心到基片邊緣，壓力差和在腐蝕氣體/腐蝕生成混合物上的差別可導致基片表面腐蝕的非均勻性。特別是當基片直徑達到或超過300mm時，隨著基片直徑的增加，這種非均勻性就變得更嚴重。薄膜淀積或腐蝕的這種非均勻性可導致各種問題。例如，在半導體和集成電路的制造中，這種非均勻性可導致沒有功能的器件或比最佳結果的功能少的器件。
對于基片腐蝕的非均勻性問題，現(xiàn)有技術已提供各種解決辦法。一種解決辦法是對于不同直徑的基片采用不同的氣體分配板或聚焦環(huán)，以補償腐蝕處理的非均勻性。這種方法的缺點是，尋找適當?shù)臍怏w分配板或聚焦環(huán)可能要花費很多時間，并且成本高。此外，適于特殊腐蝕處理的氣體分配板可能并不一定適合另一個腐蝕處理。因此，為了對不同的處理使用相同的裝置，用戶就必須更換花費很多停機時間的氣體分配板。
因此，需要改善氣體分配板，顯著地降低使用現(xiàn)有技術的氣體分配板在半導體晶片中心和邊緣之間出現(xiàn)的腐蝕非均勻性。
一種用于半導體處理室中的氣體分配板，所述氣體分配板用于分配在處理室中待處理的半導體晶片表面上的氣體。氣體分配板有大體為平面的部件，該部件帶有在整個半導體晶片表面上分配反應氣體的氣體排出孔裝置，所述氣體排出孔裝置包括在所述平面部件上限定的多個孔，所述多個孔在預定位置有不同的面積，以調(diào)整腐蝕氣體流。設置泵裝置，用于在晶片處理期間抽出在半導體晶片表面上產(chǎn)生的反應生成物氣體。泵裝置包括穿過平面部件延伸的多個管道，多個管道有孔，所述孔在預定位置有不同的面積，以調(diào)整反應氣體和反應生成物氣體流，其中氣體排出孔裝置和泵裝置同時作用，以便在晶片處理期間，在整個半導體晶片表面上基本維持反應氣體的預定濃度和反應生成物氣體的預定濃度。
為了詳細理解本發(fā)明，下面將參照附圖進行詳細的說明，其中

圖1A是表示使用現(xiàn)有技術的氣體分配板在深槽腐蝕后穿過半導體晶片的橫截面圖；圖1B是示意性地展示在晶片處理室中安裝的現(xiàn)有技術的氣體分配板的圖；圖1C示出對于在標準處理壓力和超過標準40％的更高處理壓力的兩種情況下進行的深槽腐蝕，腐蝕選擇性與距晶片中心距離之間關系的曲線。
圖1D示出使用圖1B所示的現(xiàn)有技術氣體分配板，對于在標準處理壓力和在超過標準40％更高處理壓力兩種情況下進行的深槽腐蝕，在最大TEOS厚度和剩余硬掩模的垂直部分之間的厚度差與距晶片中心的距離之間的關系曲線。
圖2A展示使用圖1B所示的現(xiàn)有技術氣體分配板，對于200mm晶片來說，從邊緣到邊緣跨越整個晶片的腐蝕氣體濃度和腐蝕生成物濃度兩者是如何變化的。
圖2B描述了使用圖1B所示的現(xiàn)有技術氣體分配板，腐蝕率達到1500nm/min以上，對應于在300mm的晶片和處理室的上電極之間帶有20mm間隙的TEL84DRM的腐蝕結構；圖3A表示本發(fā)明氣體分配板的底視圖；圖3B是表示沿圖3A中氣體分配板的3B-3B線剖切的橫截面圖3C示意性地示出在晶片處理室安裝的本發(fā)明的氣體分配板；圖3D用曲線描述使用本發(fā)明的氣體分配板，從邊緣到邊緣跨越整個晶片的腐蝕氣體濃度和腐蝕生成物濃度兩者是如何保持大體相同的圖；圖4A展示在200mm晶片上排列的256MbDRAM芯片；圖4B是表示腐蝕氣體負載與距晶片中心的徑向距離之間關系的曲線圖；和圖5表示對應于晶片上負載減小的區(qū)域，帶有面積減小的孔的氣體分配板的底視圖。
本發(fā)明的氣體分配板涉及導致晶片中心和邊緣之間非均勻腐蝕的幾個因素。這些因素的其中之一涉及處理室的中心與邊緣之間出現(xiàn)的工作壓力差，導致非均勻腐蝕的另一個因素與抽入處理室中的腐蝕氣體的速度有關。
參照圖1A，它表示具有高腐蝕率的深槽腐蝕的典型結構的200mm半導體晶片10的一部分。在處理室的上電極和晶片10之間設置27mm間隙的TEL84DRM處理室28(圖1B)中腐蝕晶片10。由包括焊盤氮化層14和焊盤TEOS層16的深槽腐蝕硬掩模12覆蓋的塊硅構成晶片10。用序號18表示的虛線描繪了構圖后和深腐蝕前的焊盤TEOS層16。實線描繪了在深槽腐蝕期間是如何腐蝕焊盤TEOS層16的。更具體地說，實線20描繪了在腐蝕后焊盤TEOS層16的最大厚度T，實線22描繪了剩余硬掩模的垂直部分，該部分是在深槽24和26的開口之間的晶片10上保留的焊盤TEOS層16部分的厚度t。
圖1B示出TEL84DRM處理室28，它包括產(chǎn)生圖1A所示腐蝕結構的現(xiàn)有技術的陽極氣體分配板32(GDP)。處理室28使用在腐蝕期間用于支撐晶片10的陰極晶片卡盤30。GDP32包括上板34和下板36。氣體輸入管道38使腐蝕氣體供給源42連接到上板34上中心定位的氣體進入孔40上，并將腐蝕氣體導入上板34和下板36之間的空間44中。多個氣體排出孔46均勻分布在下板36上，并延伸至晶片10的邊緣。在深槽腐蝕期間，由腐蝕氣體供給源42供給的腐蝕氣體(如箭頭50所示)，通過氣體輸入管道38，經(jīng)氣體進入孔40到達上板34和下板36之間的空間44。腐蝕氣體穿過氣體排出孔46從上板34和下板36之間的空間44流出，均勻地分布在晶片10的表面上。利用真空泵56，經(jīng)固定于晶片卡盤30之下的排氣口54，從處理室中抽出腐蝕氣體50和腐蝕生成物氣體52。
在圖1C和1D中用曲線描繪了產(chǎn)生圖1A所示結構的焊盤TEOS的腐蝕率。圖1C示出對于在標準處理壓力和超過標準40％的更高處理壓力的兩種情況下進行的深槽腐蝕，腐蝕選擇性與距晶片中心距離之間關系的曲線。圖1D示出對于在標準處理壓力和在超過標準40％更高處理壓力兩種情況下進行的深槽腐蝕，在最大TEOS厚度和剩余硬掩模的垂直部分之間的厚度差與距晶片中心的距離之間的關系曲線。
如圖1C所示，對于標準處理壓力下的深槽腐蝕，相對焊盤TEOS層的腐蝕選擇性隨著向晶片的外邊緣的移動而下降。當使用超過標準40％的較高腐蝕處理時，腐蝕氣體的濃度增加，并且焊盤TEOS層的選擇性有預定的增加。但是，選擇性僅在晶片的中心或其附近明顯地增加。如圖1D所示，在使用標準處理壓力的晶片外邊緣出現(xiàn)選擇性下降，使最大TEOS厚度和外殼側的高度之間的厚度差增加。但是，由于增加的處理壓力在晶片的中心比在晶片的邊緣對腐蝕選擇性的影響更大，所以當從晶片的中心移向晶片邊緣時，處理壓力增加40％會導致不期望增加的這種厚度差。該信息表明系統(tǒng)的氣體流動力學僅在晶片的中心而不在晶片的邊緣產(chǎn)生主要的壓力增加。可以認為，這種結果是由處理室中心的壓力與處理室邊緣的壓力之間存在明顯差別而造成的，其中晶片的邊緣與處理室的邊緣對準。
能夠引起腐蝕處理的非均勻性的其它因素包括在深槽腐蝕期間產(chǎn)生的腐蝕生成物。在腐蝕期間，必須通過處理室的真空泵將腐蝕生成物以及腐蝕氣體從襯底輸送出去。圖1B所示的現(xiàn)有抽真空方法產(chǎn)生如圖2A和2B所示的結果。如圖所示，現(xiàn)有抽真空方法允許在晶片上的壓力差和腐蝕氣體以及腐蝕生成物的不同擴散系數(shù)，從而產(chǎn)生腐蝕氣體和腐蝕生成物的分布。圖2A表示對于200mm晶片來說，從邊緣到邊緣跨越整個晶片的腐蝕氣體濃度和腐蝕生成物濃度兩者是如何變化的。對于直徑更大的晶片和更高的腐蝕率，腐蝕氣體/腐蝕生成物的分布現(xiàn)象會更加惡化。如圖2B所示，它描述了腐蝕率達到1500nm/min和更高，對應于在300mm的晶片和處理室的上電極之間帶有20mm間隙的TEL84DRM的腐蝕結構?？梢钥闯?，晶片中心的腐蝕氣體和腐蝕生成物濃度C1C和C2C分別明顯不同于在晶片邊緣的腐蝕氣體和腐蝕生成物濃度C1E和C2E。因此，比較晶片中心的氣體體積與晶片邊緣上的氣體體積，可以預料，氣體混合物和腐蝕氣體及腐蝕生成物的壓力明顯不同。
參見圖3A和3B，它們表示本發(fā)明的GDP60。GDP60包括上板62和下板64，下板距上板62一定間隔，以便限定空間或集流腔72。通過空間72，多個彼此隔開的圓柱管道68在上板62和下板64之間延伸。各管道68限定氣體通道69。在上板62和下板64之間延伸的周邊表面71上限定多個彼此隔開的氣體進入孔70，不過，如果需要，氣體進入孔還可以形成在上板62上。下板64包括多個彼此隔開的氣體排出孔66。
由于由GDP60實現(xiàn)腐蝕氣體供給源和腐蝕氣體/腐蝕生成物的抽出，所以本發(fā)明的GDP60能夠使晶片，特別是300mm數(shù)量級以上的大直徑晶片在最小腐蝕氣體流和壓力限制的情況下均勻地腐蝕。
圖3C示出在處理室86例如TEL84DRM處理室中安裝的GDP60。環(huán)形氣體輸入管道76圍繞GDP60延伸，并包括多個支管74，支管74把腐蝕氣體供給源(未示出)連接到沿表面71確定的氣體進入孔70上，以便將腐蝕氣體88導入上板62和下板64之間的空間72。用普通的閥門控制通過氣體輸入管道76的腐蝕氣體88的流動。多個氣體排出孔66均勻地分布在下板64上，并向外延伸到晶片84的邊緣。在深槽腐蝕期間，從腐蝕氣體供給源將腐蝕氣體(如箭頭88所示)，通過氣體輸入管道76和支管74，并經(jīng)氣體進入孔70送到上板62和下板64之間的空間72。腐蝕氣體88通過氣體排出孔66從空間72流出，并均勻地分布在晶片84的表面上。為了在GDP60中提供均勻的氣體壓力，氣體排出孔66具有確保在GDP60的下板64和晶片84表面之間明顯的壓力落差的尺寸。通過由GDP60的管道68限定的氣體通道69和在GDP60上固定的抽真空口78，利用真空泵80，把腐蝕氣體88和腐蝕生成物氣體90從處理室中抽出，真空泵控制GDP60的上板62和下板64之間的腐蝕氣體壓力。因此，本發(fā)明的GDP60在晶片84表面上的氣體壓力形成局部平衡的小單元，即腐蝕氣體88和腐蝕生成物90的局部壓力在晶片上大致恒定。因此，在晶片84邊緣的氣體體積與靠近晶片84中心的氣體體積中具有同樣的腐蝕氣體和腐蝕生成物的氣體濃度。
圖3D用曲線描述對300mm晶片使用本發(fā)明的GDP的結果。圖3D表示相對于晶片位置的腐蝕氣體和腐蝕生成物的濃度。由圖可知，腐蝕氣體的濃度幾乎與晶片上的位置無關。同樣，腐蝕生成物的濃度也幾乎與晶片上的位置無關。這表明在晶片邊緣上的氣體體積與在中心的氣體體積中應該有大致相同的腐蝕氣體和腐蝕生成物的氣體濃度。因此，本發(fā)明的GDP60在跨越晶片的氣體處理室中均勻地產(chǎn)生局部平衡的小單元。因此，即使當使用直徑300mm以上的晶片時，在整個晶片上的腐蝕率也基本均勻，即在晶片邊緣的腐蝕率與靠近中心的腐蝕率相等。
參照圖4A和4B，表示處理期間在200mm晶片上的芯片分布。在處理室內(nèi)同心地放置晶片100。在處理期間，晶片100的中心位于GDP60的中心之下。由于芯片110的矩形形狀，所以排列于晶片100上的芯片在晶片100的周邊104上產(chǎn)生空的區(qū)域。因此，在晶片100的中心，稱為負載的所需腐蝕氣體88的量高于晶片100周邊104上的量。
圖4B表示在典型的晶片腐蝕處理中，在200mm晶片100上有256MbDRAM芯片110時，負載與距離之間關系的曲線圖。在半徑75mm至100mm之間的轉變區(qū)域負載從中心值下降，并在超過100mm后變?yōu)?。對于更大的晶片，該問題會擴大。
按照本發(fā)明說明的技術，可實現(xiàn)更均勻的腐蝕率。參照圖5，在晶片周邊上的負載因芯片的缺少變小。在晶片周邊氣體排出孔66a和氣體通道69a的尺寸與減小的負載相關地減小。300mm的晶片最好采用在半徑超過75mm后帶有氣體排出孔66a和氣體通道69a的GDP60。在75mm的半徑內(nèi)，氣體排出孔66和氣體通道69的面積大約是孔和通道的一半。被減小的面積有利于適配在轉換區(qū)域和在300mm晶片的周邊減小的負載。還可以考慮使孔66和通道69在GDP60上預定位置有預定的面積，以便在晶片上調(diào)整不同的負載條件時適配氣流。通過建立把負載條件連同均勻氣體濃度一起進行考慮的條件，實現(xiàn)腐蝕處理的改善。
應該指出，上述實施例僅僅是示例性的，本領域的技術人員利用在功能上等效的部件可對這些實施例中的上述部件進行變化和改進。所有這些改進以及對本領域技術人員來說顯而易見的其它改進，都包括在由權利要求書所限定的本發(fā)明范圍內(nèi)。
權利要求
1．一種用于半導體處理室中的氣體分配板，所述氣體分配板用于分配在處理室中待處理的半導體晶片表面上的氣體，它包括基本為平面的部件，帶有在整個半導體晶片表面上分配反應氣體的氣體排出孔裝置，所述氣體排出孔裝置包括在所述平面部件上限定的多個孔，所述多個孔在預定位置有不同的面積，以調(diào)整腐蝕氣體流；和泵裝置，用于在晶片處理期間抽出在半導體晶片表面上產(chǎn)生的反應生成物氣體，所述泵裝置包括穿過所述平面部件延伸的多個管道，所述多個管道有孔，所述孔在預定位置有不同的面積，以調(diào)整反應氣體和反應生成物氣體流；其中，所述氣體排出孔和所述泵裝置同時作用，以便在晶片處理期間，在整個半導體晶片表面上基本維持反應氣體的預定濃度和反應生成物氣體的預定濃度。
2．如權利要求1的氣體分配板，其中，所述各氣體排出孔的所述多個孔在距所述氣體分配板的中心點的第一半徑距離內(nèi)有第一面積，在超過所述第一半徑距離之后有第二面積；和所述多個管道的各個所述孔在距所述氣體分配板的中心點的第一半徑距離內(nèi)有第一面積，在超過所述第一半徑距離之后有第二面積。
3．如權利要求2的氣體分配板，其中，所述第一半徑距離是75毫米。
4．如權利要求2的氣體分配板，其中，對于氣體排出孔的所述孔和多個管道的所述孔來說，所述第二面積是所述第一面積的一半。
5．如權利要求1的氣體分配板，其中，所述基本平面的部件包括第一基本平面的部件和距所述第一部件一定間隔的第二基本平面的部件。
6．如權利要求5的氣體分配板，其中，所述氣體排出孔與所述第二平面部件有關，所述泵裝置與所述第一和第二平面部件有關。
7．如權利要求5的氣體分配板，其中，還包括在所述第一和第二平面部件之間延伸的壁，所述壁包括氣體進入裝置，該裝置把反應氣體引入在所述第一和第二平面部件之間限定的空間內(nèi)。
8．如權利要求7的氣體分配板，其中，所述氣體進入裝置包括沿所述壁限定的多個孔。
9．一種半導體處理室，包括卡盤，用于支撐半導體晶片；和在所述卡盤上彼此隔開的氣體分配板，用于分配在晶片處理期間安裝于所述卡盤上的半導體晶片表面的氣體，所述氣體分配板包括基本平面的部件，帶有在整個半導體晶片表面上分配反應氣體的氣體排出孔，所述氣體排出孔包括在所述平面部件上限定的多個孔，所述多個孔在預定位置有不同的面積，以調(diào)整腐蝕氣體流；和泵裝置，用于在晶片處理期間抽出在半導體晶片表面上產(chǎn)生的反應生成物氣體，所述泵裝置包括穿過所述氣體分配板延伸的多個管道，所述多個管道有孔，所述孔在預定位置有不同的面積，以調(diào)整反應氣體和反應生成物氣體流；其中，所述氣體排出孔和所述泵裝置同時作用，以便在晶片處理期間，在整個半導體晶片表面上基本維持反應氣體的預定濃度和反應生成物氣體的預定濃度。
10．如權利要求9的半導體處理室，其中，所述各氣體排出孔的所述多個孔在距所述氣體分配板的中心點的第一半徑距離內(nèi)有第一面積，在超過所述第一半徑距離之后有第二面積；和所述多個管道的各個所述孔在距所述氣體分配板的中心點的第一半徑距離內(nèi)有第一面積，在超過所述第一半徑距離之后有第二面積。
11．如權利要求10的半導體處理室，其中，所述第一半徑距離是75毫米。
12．如權利要求10的半導體處理室，其中，對于氣體排出孔的所述孔和多個管道的所述孔來說，所述第二面積是所述第一面積的一半。
13．如權利要求9的半導體處理室，其中，所述基本平面的部件包括第一基本平面的部件和距第一部件一定間隔的第二基本平面的部件。
14．如權利要求13的半導體處理室，其中，所述氣體排出孔與所述第二平面部件有關，所述泵裝置與所述第一和第二平面部件有關。
15．如權利要求13的半導體處理室，其中，所述氣體分配板包括在所述第一和第二平面部件之間延伸的壁，所述壁包括氣體進入裝置，該裝置把反應氣體引入到在所述第一和第二平面部件之間限定的空間中。
16．如權利要求15的半導體處理室，其中，所述氣體進入裝置包括沿所述壁限定的多個孔。
17．如權利要求13的半導體處理室，其中，所述泵裝置還包括使所述管道內(nèi)產(chǎn)生真空的真空泵，所述真空操作使反應氣體和反應生成物氣體排出所述半導體處理室。
18．一種用于半導體晶片腐蝕室中的氣體分配板，所述氣體分配板用于分配在該室中待腐蝕的半導體晶片表面上的氣體，它包括第一基本平面的部件和距第一部件一定間隔的第二基本平面的部件；在所述第一和第二平面部件之間延伸的壁，所述壁包括多個腐蝕氣體進入孔，該孔把腐蝕氣體引入到所述第一和第二平面部件之間限定的空間中；多個排出孔，用于分配半導體晶片表面上的腐蝕氣體，所述多個排出孔在距所述氣體分配板的中心點的第一半徑距離內(nèi)有第一面積，在超過所述第一半徑距離之后有第二面積，以調(diào)整腐蝕氣體流；和泵裝置，用于在晶片處理期間抽出在半導體晶片表面上產(chǎn)生的反應生成物氣體，所述泵裝置包括通過所述第一平面部件和第二平面部件延伸的多個管道，所述多個管道有孔，所述管道的孔在距所述氣體分配板的中心點的第一半徑距離內(nèi)有第一面積，在超過所述第一半徑距離之后有第二面積，以調(diào)整反應氣體和反應生成物氣體流；其中，所述多個氣體排出孔和所述泵裝置同時作用，以便在晶片處理期間，在整個半導體晶片表面上基本維持腐蝕氣體的預定濃度和腐蝕生成物氣體的預定濃度。
19．如權利要求18的氣體分配板，其中，所述第一半徑距離是75毫米。
20．如權利要求18的氣體分配板，其中，對于所述排出孔和多個管道的所述孔來說，所述第二面積是所述第一面積的一半。
全文摘要
用于半導體處理室的氣體分配板包括氣體分配板,用于分配在處理室中待處理的半導體晶片表面上的氣體。氣體分配板有帶氣體排出孔的基本平面的部件,分配在半導體晶片表面的反應氣體,氣體排出裝置包括在平面部件中限定的多個孔,多個孔在預定位置有不同的面積,調(diào)整腐蝕氣體流。泵用于在晶片處理期間抽出在半導體晶片表面上產(chǎn)生的反應生成物氣體。泵包括通過平面部件延伸的多個有孔管道,孔在預定的位置有不同面積,調(diào)整反應氣體和反應生成物氣體流。
文檔編號H01L21/302GK1213848SQ98118718
公開日1999年4月14日 申請日期1998年8月27日 優(yōu)先權日1997年9月19日
發(fā)明者卡爾·P·馬勒, 伯特蘭·弗利特納, 克勞斯·羅伊思納 申請人:西門子公司, 國際商業(yè)機器公司