[發明專利]使用電容耦合式等離子體的半導體處理系統及方法

無效

• 申請號: 201180065903.2
• 申請日: 2011-12-20
• 公開（公告）號: CN103329251A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: J-G·楊;M·L·米勒;X·陳;祝基恩;Q·梁;S·文卡特拉馬;D·盧博米爾斯基
• 申請（專利權）人: 應用材料公司
• 主分類號: H01L21/205
• 分類號: H01L21/205;H01L21/3065
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 何焜

相關申請案的交叉引用

本申請案是2011年10月3日提出申請的標題名稱為“SEMICONDUCTOR?PROCESSING?SYSTEM?AND?METHODS?USING?CAPACITIVELY?COUPLED?PLASMA（使用電容耦合式等離子體的半導體處理系統及方法）”的美國專利申請No.13/251,663的PCT申請，并且與2011年1月18日提出申請的標題名稱為“SEMICONDUCTOR?PROCESSING?SYSTEM?AND?METHODS?USING?CAPACITIVELY?COUPLED?PLASMA（使用電容耦合式等離子體的半導體處理系統及方法）”的美國臨時專利申請案第61/433,633號相關且主張所述臨時專利申請案的權益，所述專利申請案和臨時專利申請案二者的全部揭示內容出于所有目的通過引用的方式并入本文。

發明背景

用于制造半導體集成電路的等離子體沉積及蝕刻工藝已廣泛使用數十年。這些工藝通常包含從產生等離子體的氣體中形成等離子體，產生等離子體的氣體暴露于處理腔室內部的功率充足的電場中以使得氣體離子化。使這些氣體形成為等離子體所需的溫度可遠低于以熱方式離子化相同氣體所需的溫度。因此，等離子體產生工藝可用來在顯著低于可能藉由簡單加熱氣體進行的腔室處理溫度下從啟動氣體產生反應性自由基及離子物種。這允許等離子體從基板表面沉積和/或蝕刻材料而無需將基板溫度上升至閾值之上，將基板溫度上升至閾值之上將熔融、分解或者以其他方式損壞基板上的材料。

示例性等離子體沉積工藝包括在基板晶圓的暴露表面上的諸如氧化硅之類的介電性材料的等離子體輔助化學氣相沉積(PECVD)。常規PECVD包含混合處理腔室內的氣體和/或沉積前驅物，及從氣體觸發等離子體以產生在基板上反應且沉積材料的反應物種。等離子體通常接近于基板的暴露表面定位以促進反應產物的有效沉積。

類似地，等離子體蝕刻工藝包括將基板的經選擇部分暴露至等離子體活化的蝕刻物種，活化的蝕刻物種在化學上發生反應和/或在物理上濺射基板的材料。等離子體蝕刻的材料的移除速率、選擇性及方向可利用對蝕刻劑氣體、等離子體激發能及在基板與帶電等離子體物種之間的電偏置以及其他參數的調整來進行控制。一些等離子體技術，諸如高密度等離子體化學氣相沉積(HDP–CVD)依靠同步的等離子體蝕刻及沉積以產生基板上的特征結構。

盡管通常等離子體環境對基板的破壞少于高溫沉積環境，但是等離子體環境仍產生制造挑戰。由于高能等離子體過蝕刻淺溝及間隙，所以蝕刻精度可能成為問題。等離子體中的高能物種，尤其離子化物種可在經沉積材料中產生不希望有的反應，不希望有的反應不利地影響材料的性能。因此，需要在制造期間對接觸基板晶圓的等離子體部件提供更精確控制的系統及方法。

發明內容

描述了用于在等離子體與暴露于等離子體和/或等離子體的流出物的基板晶圓表面之間的環境的改良控制的系統及方法。改良控制可藉由定位在等離子體與基板之間的離子抑制元件至少部分地實現，離子抑制元件減少或消除到達基板的離子帶電物種的數目。在基板上的等離子體輔助蝕刻和/或沉積期間，調整到達基板表面的離子物種的濃度允許對蝕刻速度、蝕刻選擇性及沉積化學性質（以及其他參數）的更精確控制。

在一些實例中，離子抑制元件可為基板處理腔室的氣體/前驅物輸送設備的部分。舉例而言，定位在等離子體區域與基板的間的腔室內部的噴淋頭可既作為氣體及前驅物的分配部件又作為離子抑制器，離子抑制器減少從等離子體區域穿過噴淋頭前進至基板的離子化物種的數量。在額外實例中，離子抑制元件可為在等離子體區域與基板之間的具有一個或更多開孔的隔板，等離子體流出物可經由所述一個或更多開孔從等離子體區域傳遞至基板。開孔的尺寸、位置及幾何形狀、隔板與基板之間的距離以及隔板上的電偏置以及其他特性可經選擇以控制到達基板的帶電物種的數量。在一些情況下，隔板亦可作為幫助產生且界定處理腔室中的等離子體區域的電極。

本發明的實施例包括具有定位于處理腔室內部的電容耦合式等離子體(CCP)單元的基板處理系統。CCP單元可包括在第一電極與第二電極之間形成的等離子體激發區域。第一電極可包括多個第一開孔以準許第一氣體進入等離子體激發區域，且第二電極可包括多個第二開孔以準許活化氣體離開等離子體激發區域。系統可進一步包括氣體入口及基座，氣體入口用于供應第一氣體至CCP單元的第一電極，基座可操作以支撐基板。基座定位在氣體反應區域下方，活化氣體從CCP單元前進進入氣體反應區域。