用于邊緣關(guān)鍵尺寸均勻性控制的工藝套件的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 本公開的背景
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本文的實(shí)施例大致上涉及在等離子體處理期間控制沿基板邊緣的關(guān)鍵尺度(criticaldimension)的均勾性。更具體而言，這些實(shí)施例涉及可調(diào)諧環(huán)形工藝套件及所 述可調(diào)諧環(huán)形工藝套件的使用的方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 在等離子體處理腔室中執(zhí)行各種半導(dǎo)體制造工藝，諸如，等離子體輔助蝕刻、物 理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積，在等離子體處理腔室中，半導(dǎo)體工作件在處理期間與蓋環(huán) (coverring)嚙合。例如，在配置成用于蝕刻工作件的等離子體處理腔室中，半導(dǎo)體基板被 安裝在所述處理腔室內(nèi)的基板支撐底座上?；逯蔚鬃饘匐姌O，射頻（RF)偏壓可 施加于所述金屬電極。等離子體從提供至處理腔室的工藝氣體的混合物中形成。處理腔室 內(nèi)的壓力由栗來(lái)維持，所述栗還將副產(chǎn)物從所述腔室中移除。電源耦合至在基板支撐底座 內(nèi)部的電極，以便在電極上產(chǎn)生相對(duì)于等離子體的負(fù)偏壓。偏壓從等離子體中吸引離子以 轟擊工作件，從而促進(jìn)所需的制造工藝。因?yàn)殡姌O是經(jīng)負(fù)偏置的，因此基板支撐底座通常被 稱作陰極。
[0004] 陰極通常由蓋和襯墊（liner)環(huán)繞以保護(hù)所述陰極免受由于離子轟擊導(dǎo)致的損 害。例如，可利用襯墊來(lái)環(huán)繞陰極的諸側(cè)壁，同時(shí)利用蓋環(huán)來(lái)覆蓋陰極的上表面?；灞欢?位在蓋環(huán)內(nèi)，同時(shí)被支撐在底座上。來(lái)自腔室中形成的等離子體氣體的離子經(jīng)陰極偏置以 對(duì)準(zhǔn)基板。然而，在蝕刻期間，來(lái)自等離子體的離子具有自然的散布角，所述自然的散布角 易于攻擊形成在基板中的特征的諸側(cè)壁。此外，在蓋環(huán)中的偏置與基板導(dǎo)致跨所述基板的 表面的離子的非均勻性不同。
[0005] 隨著用于形成半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的幾何形狀限制被推動(dòng)為技術(shù)限制，在小型關(guān)鍵 尺度結(jié)構(gòu)的制造中對(duì)于精確的工藝控制的需求已變得越來(lái)越重要。關(guān)鍵尺度（諸如，互連、 穿孔、溝槽、觸點(diǎn)、器件、柵極和其他特征以及設(shè)置在上述各者之間的電介質(zhì)材料的寬度或 間距）對(duì)應(yīng)地被減小。然而，等離子體氣體的非均勻性導(dǎo)致不良的處理結(jié)果，在等離子體氣 體接觸所述環(huán)的、靠近基板的邊緣之處尤其如此。
[0006] -些器件配置要求深特征蝕刻以形成所需的結(jié)構(gòu)。由于在腔室內(nèi)的離子的不均勻 的分布，與具有高深寬比的特征的深特征蝕刻相關(guān)聯(lián)的挑戰(zhàn)是控制通過(guò)具有不同的特征密 度的多個(gè)層所形成的特征的蝕刻速率以及幾乎垂直的側(cè)壁的形成。由于蝕刻工藝期間跨基 板表面的等離子體的不均勻性導(dǎo)致的不良的工藝控制可能造成不規(guī)則的結(jié)構(gòu)輪廓和接線 邊緣粗糙度，進(jìn)而導(dǎo)致所形成結(jié)構(gòu)的不良的接線完整性和不精確的關(guān)鍵尺度。在蝕刻期間 形成的蝕刻副產(chǎn)物的不規(guī)則的輪廓和生長(zhǎng)可能逐漸地阻擋用于制造結(jié)構(gòu)的開口，進(jìn)而導(dǎo)致 被蝕刻的結(jié)構(gòu)的弓起的、扭曲的、傾覆的或扭轉(zhuǎn)的輪廓。
[0007] 因此，隨著特征幾何結(jié)構(gòu)向更高的深寬比進(jìn)展，維持高效且精確的蝕刻速率以在 基板上進(jìn)行控制不會(huì)使上層的蝕刻不足（under-etching)或是過(guò)度蝕刻（over-etching) 到下層中（特別是跨基板的不同區(qū)域）已變得越來(lái)越困難。未能在基板上形成所設(shè)計(jì)的特 征或圖案可能造成不期望的缺陷，且不利地影響后續(xù)的工藝步驟，最終使最終的集成電路 結(jié)構(gòu)的性能降級(jí)或無(wú)法實(shí)現(xiàn)最終的集成電路結(jié)構(gòu)的性能。
[0008] 新興的3DNAND架構(gòu)涉及交替的電介質(zhì)層的疊層，所述架構(gòu)增強(qiáng)了對(duì)于蝕刻系統(tǒng) 施加的需求。蝕刻系統(tǒng)必須能夠使跨高達(dá)80:1的深寬比的整個(gè)基板的輪廓控制精確。由 于關(guān)鍵尺度（CD)收縮并且制造者將更多器件組裝在單個(gè)基板上，因此需要用于蝕刻適用 于下一代半導(dǎo)體器件的高深寬比特征的改進(jìn)的方法和設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的實(shí)施例提供可調(diào)諧環(huán)組件、具有可調(diào)諧環(huán)組件的等離子體處理腔室以 及用于調(diào)諧等離子體工藝的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，可調(diào)諧環(huán)組件包含：外陶瓷環(huán)，所述 外陶瓷環(huán)具有被暴露的頂表面和底表面；以及內(nèi)硅環(huán)，所述內(nèi)硅環(huán)經(jīng)配置以與外陶瓷環(huán) 配合以限定重疊區(qū)域，內(nèi)硅環(huán)具有內(nèi)表面、頂表面以及形成在內(nèi)表面與頂表面之間的槽 口（notch)，內(nèi)表面限定環(huán)組件的內(nèi)徑，槽口的尺寸被設(shè)置為接受基板的邊緣，內(nèi)硅環(huán)的頂 表面的外側(cè)部（outerportion)經(jīng)配置以在重疊區(qū)域中接觸外陶瓷環(huán)的底表面的內(nèi)側(cè)部 (innerportion)，并且位于外陶瓷環(huán)的底表面的內(nèi)側(cè)部下方。
[0010] 在另一個(gè)實(shí)施例中，提供等離子體處理腔室。等離子體處理腔室包含設(shè)置在腔室 體中的基板支撐底座?；逯蔚鬃揖哂性O(shè)置在所述基板支撐底座中的陰極電極。環(huán)組 件設(shè)置在基板支撐件上。環(huán)組件包含內(nèi)硅環(huán)，所述內(nèi)硅環(huán)經(jīng)配置以與外陶瓷環(huán)配合來(lái)限定 重疊區(qū)域。外陶瓷環(huán)具有被暴露的頂表面和底表面。內(nèi)硅環(huán)具有內(nèi)表面、頂表面以及形成在 內(nèi)表面與頂表面之間的槽口。內(nèi)表面限定環(huán)組件的內(nèi)徑。槽口的尺寸被設(shè)置為接受基板的 邊緣。內(nèi)硅環(huán)的頂表面的外側(cè)部經(jīng)配置以在重疊區(qū)域中接觸外陶瓷環(huán)的底表面的內(nèi)側(cè)部， 并且位于外陶瓷環(huán)的底表面的內(nèi)側(cè)部下方，使得重疊設(shè)置在陰極電極上方。
[0011] 在又一個(gè)實(shí)施例中，提供用于利用環(huán)組件來(lái)調(diào)諧蝕刻速率的方法。所述方法包含 以下步驟：蝕刻由環(huán)組件圍繞的第一基板，所述環(huán)組件具有陶瓷外環(huán)和硅內(nèi)環(huán)，陶瓷外環(huán)與 硅內(nèi)環(huán)配合以限定重疊區(qū)域；替換陶瓷外環(huán)和硅內(nèi)環(huán)中的至少一者以改變重疊區(qū)域；以及 在具有被改變的重疊區(qū)域的環(huán)組件存在的情況下，蝕刻第二基板。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 因此，為了實(shí)現(xiàn)并能夠更詳細(xì)地理解以上陳述的本文中的諸實(shí)施例的特征的方 式，可通過(guò)參照實(shí)施例來(lái)獲得上文中簡(jiǎn)要概述的本發(fā)明的更特定的描述，在所附附圖中示 出這些實(shí)施例中的一些。
[0013] 圖1描繪根據(jù)實(shí)施例的、具有可調(diào)諧環(huán)組件的等離子體處理腔室。
[0014] 圖2描繪圖1中所描繪的可調(diào)諧環(huán)組件的、示出內(nèi)環(huán)和外環(huán)的的部分截面視圖。
[0015] 圖3示出內(nèi)環(huán)與外環(huán)的重疊部分。
[0016] 圖4示出描繪了環(huán)組件的各種配置的蝕刻速率的圖形。
[0017] 為了促進(jìn)對(duì)實(shí)施例的理解，在可能的情況下，已使用完全相同的附圖標(biāo)記來(lái)指定 各附圖所共有的完全相同的元件。構(gòu)想了 一個(gè)實(shí)施例的元件和特征可有益地并入其他實(shí)施 例中而無(wú)需進(jìn)一步的陳述。
[0018] 然而，應(yīng)當(dāng)注意，附圖僅示出本發(fā)明的示例性實(shí)施例，并且因此不應(yīng)被視為限制本 發(fā)明的范圍，因?yàn)楸景l(fā)明可承認(rèn)其他同等有效的實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 本發(fā)明的實(shí)施例提供可調(diào)諧環(huán)組件，所述可調(diào)諧環(huán)組件允許經(jīng)歷等離子體處理而 使跨基板表面的等離子體離子的橫向均勻性受控制。通過(guò)修改沿基板邊緣的離子的混合物 和濃度，可調(diào)諧環(huán)組件允許對(duì)沿基板邊緣的關(guān)鍵尺度的控制。有益的是，可調(diào)諧環(huán)組件允許 在層疊式電路或三維集成電路（3D1C)中的高深寬比（HAR)特征的蝕刻，同時(shí)維持對(duì)特征 的關(guān)鍵尺度的控制。
[0020] 新穎的可調(diào)諧環(huán)組件在外側(cè)邊緣處提供被暴露的頂石英表面，并且在內(nèi)側(cè)邊緣處 提供被暴露的頂表面。內(nèi)側(cè)邊緣處的硅表面經(jīng)配置以在蝕刻工藝期間在等離子體處理腔室 中的基板下方部分地延伸。石英表面部分地覆在硅表面上方。重疊的量可經(jīng)調(diào)整或調(diào)諧以 控制沿基板邊緣鄰近硅表面的的蝕刻。環(huán)組件的石英表面可與硅表面重疊的百分比范圍從 約0%至約100%，以便基本上控制在基板中以及圍繞基板邊緣的等離子體離子的流動(dòng)。
[0021] 圖1示出具有可調(diào)諧環(huán)組件130的示例性處理腔室100。示例性處理腔室100 配置為蝕刻處理腔室，且適用于將一個(gè)或更多個(gè)材料層從基板上去除?？蛇m于從本發(fā)明 獲益的工藝腔室的一個(gè)示例是可從位于加利福尼亞州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司獲得的 AppliedCENTURA：?Avatar?Etch處理腔室。構(gòu)想了其他工藝腔室（包含來(lái)自其他制 造商的那些工藝腔室）可適于實(shí)踐本發(fā)明的實(shí)施例。
[0022] 處理腔室100包含腔室體105,所述腔室體由腔室蓋組件110圍繞，并且在所述腔 室體105中限定處理腔室容積152。腔室體105具有側(cè)壁112和底部118以及耦合至所述 腔室體105的接地屏蔽組件126。側(cè)壁112具有襯墊115,用以保護(hù)側(cè)壁112并且延長(zhǎng)處理 腔室100的諸個(gè)維護(hù)周期之間的時(shí)間。腔室體105和處理腔室100的相關(guān)部件的尺度并不 受限，并且一般成比例地大于待處理的基板120的尺寸（size)?；宄叽绲氖纠哂?150mm直徑、200mm直徑、300mm直徑和450mm直徑的基板120,等等。
[0023] 腔室體105可由鋁材或其他適合的材料制造?；宕嫒《丝?113穿過(guò)腔室體105 的側(cè)壁112而形成，從而便于基板120進(jìn)入或離開處理腔室100的傳送。存取端口 11