[發明專利]用于提高襯底內處理均勻性的動態溫度背部氣體控制

有效

• 申請號: 200880015806.0
• 申請日: 2008-03-11
• 公開（公告）號: CN101681870A
• 公開（公告）日: 2010-03-24
• 發明（設計）人: 拉達·桑達拉拉珍;陳立;麥里特·法克
• 申請（專利權）人: 東京毅力科創株式會社
• 主分類號: H01L21/687
• 分類號: H01L21/687;C23C16/458
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 趙 飛;南 霆

技術領域

本發明涉及控制沿著襯底的處理均勻性。本發明特別涉及在襯底處理過程中控制襯底的溫度和變形，并調整襯底背部上的氣體壓強。

背景技術

在半導體制造中，形成于半導體襯底上的器件的復雜性繼續以高速增加，而例如晶體管門的特征尺寸繼續減小至遠低于93納米(nm)技術節點。結果，制造過程需要愈發精細的單元操作和處理整合方案，以及處理和硬件控制策略來保證器件沿著襯底的均勻制造。例如，在晶體管器件中柵電極結構的制造過程中，需要圖案化系統和蝕刻系統來實現和保持柵極結構的臨界尺寸(Critical?Dimension，CD)既在高深寬比器件內垂直又在器件之間橫向穿過襯底，所述圖案化系統和蝕刻系統促進了形成于襯底上的多層材料膜中的柵極結構的形成。減小襯底上CD的變化，以及輪廓和側壁角度(Side-Wall?Angle，SWA)的變化，能夠改變高性能器件(即速度、能量消耗等)的均勻產率。而且，例如在復雜形貌上沉積保形薄膜的過程中，需要沉積系統不僅在全部平坦表面，例如結構的平場和底部，而且也沿著高深寬比結構的側壁沉積均勻厚度的薄膜。

在材料加工方法中，利用圖案化和蝕刻系統來執行圖案蝕刻，所述圖案蝕刻包括把例如光致抗蝕劑的輻射敏感材料薄層涂覆到襯底的上表面，利用光刻法圖案化所述輻射敏感材料薄層而在其中形成圖案，和利用蝕刻處理把圖案轉印到下面的材料膜。例如，圖案化輻射敏感材料通常包括用輻射敏感材料(例如光致抗蝕劑)涂覆襯底的上表面，然后利用例如光刻系統使輻射敏感材料曝光于電磁(Electro-Magnetic，EM)輻射的幾何圖案，然后利用顯影溶劑去除輻射敏感材料的已輻照區(像用正光致抗蝕劑的情形下)或未輻照區(像用負光致抗蝕劑的情形下)。其后，利用蝕刻處理把在輻射敏感材料薄膜中形成的圖案轉印至下面的多個層，例如等離子干法蝕刻處理。

在等離子干法蝕刻過程中，利用等離子和在等離子參與下的化學反應，沿著襯底上圖案化的細線或在襯底上圖案化的通孔或觸點中來去除或蝕刻材料。等離子蝕刻處理通常包括在處理室中定位具有上覆的圖案化保護層的半導體襯底，所述保護層例如上述光致蝕刻劑層。一旦襯底被定位在處理室中，電離游離氣體混合物以預定義的流速進入處理室中，同時調整真空泵以達到環境處理壓力。之后，??當一小部分現有氣體物質在交變電場存在下被電子電離時形成等離子體，所述交變電場是利用例如電子回旋共振(Electron?Cyclotron?Resonance，ECR)經由電感的或電容的射頻(Radio?Frequency，RF)功率或微波功率傳輸產生的。此外，加熱電子用來電離某些物質周圍氣體物質并產生適合于曝露面蝕刻化學反應的反應物物質。一旦形成等離子體，用等離子體蝕刻襯底的所選表面。調整所述處理以達到適當的條件，包括在襯底的所選區域中，適當濃度的所需反應物和離子組合來蝕刻各種特征(例如，溝槽、通孔、觸點等)。需要蝕刻的這些襯底材料包括二氧化硅(SiO₂)、低介電系數材料、多晶硅和氮化硅。

在所述等離子蝕刻系統中，處理結果沿著襯底的均勻性受到襯底上方處理空間內等離子體密度空間變化的影響，一般表示為電子密度空間分布n_e(r，θ)、處理化學中的空間差異(例如，化學物質的空間分布)和襯底溫度的空間差異。通常，在處理空間中化學物質的停留時間τ(r，θ)可以同等離子體電離數量相關，所述等離子體電離由于化學組分和高能電子之間的相互作用而產生，因此，停留時間可以同處理化學相關；即，停留時間越長，化學組分的電離數量越多，而停留時間越短，化學組分的電離數量越少。

在蝕刻處理中，處理結果的均勻性可以包括沿著襯底的特征臨界尺寸(CD)或沿著襯底的側壁角度(SWA)的空間分布的均勻性(或非均勻性)。例如，在柵極結構形成過程中，一種蝕刻處理或一系列蝕刻處理之后，希望實現沿著襯底的柵極寬度(在所蝕刻特征的頂部和底部上，以及之間的區域)的均勻分布。

因為蝕刻處理受襯底溫度影響，所以襯底溫度的分布可以直接影響處理結果的空間分布。而且，襯底溫度的區域分布，如果可控，可以用來彌補其他處理或系統的非均勻性。在通常的處理系統中，影響襯底溫度的一個要素是襯底和襯底支架之間的熱接觸。例如，當把襯底固定到襯底支架上，為了提高襯底與襯底支架之間的熱導率，把例如氦氣的傳熱氣體進入到襯底背部與襯底支架頂部之間的微小空間。除了在襯底外邊緣處傳熱氣體的一小部分泄露，傳熱氣體到襯底背部的凈流量基本為零。