[發明專利]分布式多區等離子體源的系統、方法及設備

有效

• 申請號: 201280056601.3
• 申請日: 2012-11-07
• 公開（公告）號: CN103959918B
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發明（設計）人: 阿里·沙基;理查德·戈特朔;蘇海勒·本澤若克;安德魯·考;西德哈斯·P·納加卡蒂;威廉·R·安特里
• 申請（專利權）人: 朗姆研究公司
• 主分類號: H05H1/02
• 分類號: H05H1/02
• 代理公司: 上海勝康律師事務所31263
• 代理人: 李獻忠

技術領域

本發明總體上涉及等離子體反應室，并且更具體地講，涉及等離子體反應室與晶片處理室分開的方法、系統和設備。

背景技術

圖1A是典型的平行板電容式等離子體處理室100的側視圖。圖1B是典型的平行板電容式等離子體處理室100中處理的襯底102的俯視圖。典型的等離子體處理室100包括頂電極104、用于支撐將被處理的襯底102的襯底支架106。襯底支架106還可以是底電極。頂電極104通常是具有多個入口109的噴頭型電極。多個入口109允許處理氣體110穿過處理室100的寬度進入。

典型的平行板電容式等離子體反應器100用于處理圓形平面襯底。通用工藝是電介質蝕刻和其他蝕刻工藝。這種等離子體反應器通常存在中性物質從中心到邊緣固有的不均勻性。

雖然這些系統有效，但是由于在襯底的中心存在的流速、有效氣體停留時間以及一種或多種氣體化學物質的一項或多項與邊緣存在的流速、有效氣體停留時間以及一種或多種氣體化學物質相比存在差異，因此一些系統的中性氣體物質會產生中心到邊緣的不均勻性。一種或多種氣體化學物質可以是由氣相離解、置換和重組反應產生的。

作為實例，隨著處理氣體被引導穿過處理室的寬度，在頂電極104與底電極106之間形成等離子體112，并且等離子體形成。通過等離子體112的自由基和中性物質與襯底102的表面發生反應形成了等離子體副產物118。等離子體副產物118被抽到襯底的側邊并且被抽到泵108中。等離子體副產物可以包括一種或多種離解反應物(例如，CF4+e^-→CF3+F+e^-)和/或一種或多種離子(例如，CF4+e^-→CF3⁺+F))和/或一種或多種激發物(例如，Ar→Ar⁺+e^-)和/或一種或多種附屬物(例如，CF4+e^-→CF3+F^-)和/或一種或多種二元反應物(例如，CF3+H→CF2+HF)。

等離子體副產物118還可以包括蝕刻副產物，蝕刻副產物包括蝕刻劑、F、CFx、SiF2、SiF4、Co、CO2。蝕刻副產物還可以在等離子體112中離解。

在等離子體處理期間還會發生重組。重組產生重組產物120。當來自等離子體112的自由基和中性物質沖擊例如頂電極104的底面的表面時典型地發生重組。重組產物120然后從襯底102的側邊被提取到泵108中，類似于等離子體副產物118。等離子體重組產物120可以包括一個或多個壁或表面反應(例如，F+CF→CF2和/或H+H→H2和/或O+O→O2和/或N+N→N2)。等離子體重組產物120還可以包括CFx在處理室100的壁或其他內表面上形成聚合物的沉積。

應該指出的是，如圖1A所示，僅僅為了清楚的目的，等離子體副產物從襯底102的一側被提取出，并且重組產物120從襯底102的相對側被提取出。在實際操作中，本領域的技術人員會認識到重組產物120和等離子體副產物118互相混合并且從襯底102的兩側被提取到泵108或其他裝置中。

隨著等離子體處理的進行，重組產物120和等離子體副產物118的濃度從襯底102的中心到邊緣發生變化。因此，等離子體112中的處理氣體、自由基和中性物質的濃度也會相應地發生變化。因此，有效等離子體處理(在這種情況下是蝕刻)從襯底102的中心到邊緣發生變化。然而，有多種處理室配置和結構能夠用于減少或控制等離子體。

由于這些控制，等離子體的自由基和中性物質大部分集中在襯底102的中心部分102A上方的等離子體處理區114A和116A中的襯底102的中心。另外，自由基和中性物質的濃度在一定程度上較少地集中在襯底102的中間部分102B上方的中間等離子體處理區114B和116B。再者，自由基和中性物質的濃度更稀疏且更少地集中在襯底102的邊緣部分102C上方的邊緣等離子體處理區114C和116C。

因此，襯底102的中心部分102A上方的中心等離子體處理區114A和116A等離子體處理發生最快，襯底102的中間部分102B上方的中間等離子體處理區114B和116B等離子體處理發生稍慢，并且襯底的邊緣部分102C上方的邊緣等離子體處理區114C和116C等離子體處理發生更慢。這導致襯底102的中心到邊緣的不均勻性。