[發明專利]用于在等離子體工藝中順序交替以優化襯底的方法和裝置

有效

• 申請號: 200580047715.1
• 申請日: 2005-12-16
• 公開（公告）號: CN101287860A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發明（設計）人: 阿德里安·基爾邁森;塔瑪拉克·潘杜姆索波爾恩;阿爾弗德·科弗
• 申請（專利權）人: 朗姆研究公司
• 主分類號: C23F1/00
• 分類號: C23F1/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 余剛;尚志峰

技術領域

本發明總的來說涉及襯底制造技術，具體地，涉及用于在等離子體工藝之間順序交替以優化襯底的方法和裝置。

背景技術

在諸如使用在平板顯示器制造中的襯底(例如，半導體片或玻璃板)的處理中，經常使用等離子體。例如，作為襯底處理的一部分，將襯底分成多個管芯(die)或矩形區域，每個管芯或矩形區域都將成為集成電路。接著，通過一系列步驟處理襯底，其中，選擇性地去除(蝕刻)和沉積材料。

通常，為了主要可接受諸如蝕刻速率、均勻性、選擇性、蝕刻輪廓等的等離子體工藝特性，經常會調節工藝變量。蝕刻速率是在蝕刻工藝中材料被多快去除的測量值。這是工藝的重要特性，因為它直接影響蝕刻工藝的生產量。可以通過測量蝕刻工藝之前和之后的膜厚并將厚度差除以蝕刻時間來計算蝕刻速率。

均勻性是襯底表面上的蝕刻速率一致性的程度。其一般通過在蝕刻工藝之前或之后某些點的厚度并計算這些點處的蝕刻速率來測量。選擇性是不同材料(尤其是與不應去除的材料相比而必須蝕刻的材料)之間的蝕刻速率之比。輪廓是蝕刻的垂直程度。通常，特征壁的表面均勻性越大，輪廓就越好。

在這組工藝變量中，可以調節的工藝變量是工藝時間、RF功率、室壓、氣體成分、氣流、襯底偏壓、RF頻率等。然而，雖然理論上優化每個等離子體工藝特性的每個變量都是有益的，但實際上通常難以實現。一般，僅能夠在窄參數窗內維持最佳的工藝條件，因此，從可制造性的觀點來看是不實際的。通過調節一個變量來改進一個特性，可能會劣化另一個特性。

通常，存在三種類型的用于蝕刻襯底上各層的蝕刻工藝：純化學蝕刻、純物理蝕刻、和反應離子蝕刻。

純化學蝕刻通常不包括物理轟擊，而是中性分子(中性物)與襯底上的材料(例如，Al等)的化學反應。隨后，取決于工藝，化學反應速率可以非常快或非常慢。例如，基于氟的分子易于與襯底上的介電材料進行化學反應，其中，基于氧的分子易于與襯底上的有機材料(例如，光刻膠)進行化學反應。

通常稱作濺射的純離子蝕刻被用于從襯底移除材料(例如，氧化物等)。通常，諸如氬的惰性氣體在等離子體中被電離，然后朝向帶負電的襯底加速。純離子蝕刻是各向異性(即，主要沿一個方向)且非選擇性的。即，由于大多數材料的濺射速率類似，所以對特定材料的選擇性非常差。另外，純離子蝕刻的蝕刻速率一般很低，這通常取決于離子轟擊的通量和能量。

還被稱作離子增強蝕刻的反應離子蝕刻(RIE)結合了化學和離子工藝，以從襯底上去除材料(例如，光刻膠、BARC、TiN、氧化物等)。一般地，等離子體中的離子通過撞擊襯底表面來增強化學工藝，然后使表面上原子的化學鍵斷裂，以使它們更易于與化學工藝的分子發生反應。由于離子蝕刻主要是垂直的，而化學蝕刻既是垂直的又是水平的，所以垂直方向的蝕刻速率將比水平方向的蝕刻速率快很多。另外，RIE傾向于具有各向異性的輪廓。

然而，純化學蝕刻和RIE蝕刻都遇到的一個問題為不均勻的蝕刻速率。蝕刻速率通常是在蝕刻工藝中材料被多快去除的測量值。通常，通過測量蝕刻工藝之前和之后的厚度并將厚度差除以蝕刻時間來計算蝕刻速率。

一般地，在局部蝕刻速率可由表面處的化學反應或由傳送到襯底表面的有限蝕刻劑主導的情況下，襯底邊緣處的蝕刻速率一般較高。即，由于對于給定量的蝕刻劑，很少的襯底表面區域可用于給定量的蝕刻劑的蝕刻，所以易于導致更大的蝕刻速率。

現在參照圖1，示出了等離子體處理系統部件的簡化圖。通常，一組適當的氣體從氣體分配系統122通過入口109流進室102。這些等離子體處理氣體可隨后在噴射器108處被電離以形成等離子體110，從而處理(例如，蝕刻或沉積)用邊緣環(edge?ring)115定位在靜電卡盤116上的襯底114(例如，半導體襯底或玻璃板)的暴露區域。此外，襯里117在等離子體和等離子體處理室之間提供了阻熱層，也有助于在襯底114上優化等離子體110。

感應線圈131通過介電窗104與等離子體分隔，并且通常在等離子體處理氣體中感應出隨時間變化的電流，以產生等離子體110。該窗既保護感應線圈免受等離子體110的影響，又可以使生成的RF場透入等離子體處理室。匹配網絡132除了在導線130a和130b處與感應線圈131連接以外，還可以與RF發生器138連接。匹配網絡132試圖將通常運行于13.56MHz及50ohms的RF發生器138的阻抗與等離子體110的阻抗相匹配。