[發(fā)明專利]消除感應(yīng)耦合等離子體反應(yīng)器中M形狀蝕刻率分布的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810094636.1
• 申請日: 2008-04-24
• 公開（公告）號: CN101295629A
• 公開（公告）日: 2008-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉詩德;李恭泰;瓦倫頓·圖杜羅;金泰旺;安尼蘇爾·卡恩;沙善克·戴斯沙姆克
• 申請（專利權(quán)）人: 應(yīng)用材料公司
• 主分類號: H01L21/00
• 分類號: H01L21/00;H01L21/3065;H01J37/32;H05H1/46;C23F4/00
• 代理公司: 北京東方億思知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司
• 代理人: 趙飛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種襯底處理室。更具體地，本發(fā)明涉及用于改進在感應(yīng)耦合等離子體反應(yīng)器中的蝕刻率均勻性的方法。

背景技術(shù)

用來制造半導體微電子電路的等離子體反應(yīng)器可以采用RF感應(yīng)耦合場來保持從處理氣體形成的等離子體。這樣的等離子體在執(zhí)行蝕刻和沉積處理中是有用的。通常，高頻RF源功率信號施加到反應(yīng)器室頂附近的線圈天線。偏壓RF信號施加到室內(nèi)基座上的半導體晶片或者工件支撐。施加到線圈天線的信號的功率主要確定室內(nèi)等離子體離子密度，而施加到晶片的偏壓信號的功率確定晶片表面處的離子能量。這種線圈天線的一個問題是在線圈天線上的電壓降比較大，這會在等離子體中造成不利影響。這種影響隨著施加到線圈天線的源功率信號的頻率增大而變得更尖銳，因為線圈天線的電阻與頻率成比例。在一些反應(yīng)器中，通過將該頻率限制到諸如2MHz的低范圍來解決這個問題。遺憾的是，在這樣低的頻率下，RF功率耦合到等離子體的效果較差。經(jīng)常在10MHz至20MHz的范圍內(nèi)的頻率下更容易實現(xiàn)穩(wěn)定的高密度等離子體排出。在更低頻率范圍(例如，2MHz)下工作的另一缺點是諸如阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的這些元件的部件尺寸更大，因而更麻煩，成本更高。

線圈天線的另一問題是有效地感應(yīng)耦合到等離子體一般通過增大線圈的匝數(shù)來實現(xiàn)，這形成了較大的磁束密度。這增大了線圈的感應(yīng)電抗，并且由于電阻(主要由等離子體電阻組成)仍然不變，所以電路Q(電路電抗與電阻之比)增大。這又導致在改變室條件期間保持阻抗匹配的不穩(wěn)定性和困難。不穩(wěn)定性尤其在線圈感應(yīng)系數(shù)足夠大，使得在雜散電容組合的情況下，在施加到線圈的RF信號的頻率附近發(fā)生自諧振。因而，必須限制線圈的感應(yīng)系數(shù)，以避免這些后面的問題。

對室頂上的線圈天線(傳統(tǒng)以及交錯型)的一個限制是天線中相鄰導體之間的相互感應(yīng)系數(shù)一般在水平方向-與必須將RF功率感應(yīng)耦合到等離子體的垂直方向大致正交。這是限制能量沉積到等離子體的空間控制的一個重要的因素。本發(fā)明的目的是在空間控制感應(yīng)耦合中克服這個限制。

通常，對于“內(nèi)”和“外”線圈天線，它們物理地徑向或者水平分布(而不是限制到離散的半徑)，使得它們的徑向位置相應(yīng)地擴散。這在水平“薄烤餅”構(gòu)造尤其是這樣。因而，限制了通過改變在內(nèi)和外天線之間施加的RF功率的相對分配而改變等離子體離子分布的徑向分布的能力。這問題在處理直徑較大的(例如，300mm)的半導體晶片上尤其顯著。這是因為隨著晶片尺寸增大，變得更難以在整個晶片表面上保持均勻的等離子體離子密度。可以通過調(diào)節(jié)從頂上的天線施加的磁場的徑向分布來容易地控制等離子體離子密度的徑向分布。真是這個場確定了等離子體離子密度。因而，隨著晶片尺寸增大，要求控制或者調(diào)節(jié)施加的RF場的徑向分布的能力更大。因而，期望地提高內(nèi)和外天線之間施加的RF功率的分配的效果，并且尤其是通過將內(nèi)和外天線的每個限制到離散或者很窄的徑向位置來將其完成。

發(fā)明內(nèi)容

附圖說明

本發(fā)明以示例的方式而不是限制的方式圖示，在附圖中：

圖1是根據(jù)一個實施例的具有兩個可不同調(diào)節(jié)的分別連接到內(nèi)和外線圈天線輸出的單個功率源的感應(yīng)耦合等離子體反應(yīng)器。

圖2是圖示根據(jù)一個實施例用于改進圖1的反應(yīng)器中蝕刻率均勻性的流程圖。

圖3是圖示傳統(tǒng)的反應(yīng)器和根據(jù)一個實施例的反應(yīng)器的蝕刻率的曲線圖。

圖4是圖示根據(jù)一個實施例線圈直徑不同的蝕刻率的曲線圖。

圖5是圖示根據(jù)一個實施例室間隙為5”和室間隙為6”的蝕刻率的曲線圖。

圖6是圖示根據(jù)一個實施例5線圈直徑為12”和線圈直徑為17”，且室間隙為6”的蝕刻率的曲線圖。

具體實施方式

以下描述闡述許多具體的細節(jié)，諸如具體系統(tǒng)、部件、方法等的示例，以提供對本發(fā)明的若干實施例的良好理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是，無需這些具體細節(jié)也可以實施本發(fā)明至少一些實施例。在其它情況下，沒有詳細描述或者在簡單的框圖中提供公知的部件或者方法，以避免不必要地使本發(fā)明不清楚。因而，所闡述的具體細節(jié)僅僅是示例性的。特定的實施例可以根據(jù)這些示例性的細節(jié)改變，并且還可以在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)想到。

描述用于處理襯底的方法和設(shè)備。感應(yīng)耦合等離子體處理反應(yīng)器具有與室頂相鄰布置的內(nèi)線圈天線和外線圈天線。單個功率源具有分別連接到內(nèi)和外線圈天線的兩個可不同調(diào)節(jié)的輸出。對外線圈天線的直徑和室中襯底支撐和室頂之間的間隙進行調(diào)節(jié)，以減小在感應(yīng)耦合反應(yīng)器中“M形狀”蝕刻率分布。