[發明專利]用于半導體制造的內部等離子體格柵

有效

• 申請號: 201410138510.5
• 申請日: 2014-04-08
• 公開（公告）號: CN104103478B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 亞歷克斯·帕特森;哈梅特·辛格;理查德·A·馬什;索斯藤·利爾;瓦希德·瓦赫迪;吳英;薩拉瓦納普里亞·西里拉曼
• 申請（專利權）人: 朗姆研究公司
• 主分類號: H01J37/02
• 分類號: H01J37/02;H01J37/305;H01L21/3065
• 代理公司: 上海勝康律師事務所31263
• 代理人: 李獻忠

相關申請的交叉引用

本申請要求于2013年6月12日提交的，名稱為“INTERNAL PLASMA GRID FOR SEMICONDUCTOR FABRICATION”的美國專利申請No.14/082,009的優先權，該專利申請No.14/082,009要求于2013年4月5日提交的，名稱為“INTERNAL PLASMA GRID FOR SEMICONDUCTOR FABRICATION”的美國臨時申請No.61/809,246的優先權，每一個其全部內容通過引用并入本文，并用于所有目的。

技術領域

本發明總體上涉及半導體制造技術領域，更具體地涉及用于半導體制造的內部等離子體格柵。

背景技術

在半導體生產中經常采用的一個操作是蝕刻操作。在蝕刻操作中，從部分制造的集成電路部分地或全部地去除一種或多種材料。等離子體蝕刻被經常使用，特別是在涉及的幾何形狀是小的，使用高高寬比的，或者需要精確圖案轉移的情況下。

通常，等離子體包含電子、正離子和負離子、和一些自由基。自由基、正離子和負離子與襯底相互作用以蝕刻在襯底上的特征、表面和材料。在蝕刻處理過程中，室線圈執行與在變壓器中的初級線圈的功能類似的功能，而等離子體執行與在變壓器中的次級線圈的功能類似的功能。

隨著從平面晶體管結構發展到3D晶體管結構（如邏輯器件的FinFET柵結構），等離子體蝕刻工藝需要越來越精確和均勻以生產優質的產物。除其他因素外，等離子體蝕刻工藝尤其應具有良好的選擇性、輪廓角、Iso/密加載、和整體均勻性。

蝕刻工藝在被蝕刻的材料和保留的材料之間具有良好的選擇性是有益處的。在FinFET柵極結構的背景下，這意味著應該有被蝕刻的柵極對其它暴露部件（如氮化硅掩模）的良好的選擇性。輪廓角被測量為最近蝕刻（大致垂直）的側壁與水平面之間的夾角。在許多應用中，理想的輪廓角為90度，產生垂直蝕刻開口。有時，局部晶片上的特征密度可影響蝕刻工藝。例如，其中特征是致密的晶片區域與其中特征是較隔離的晶片的區域相比可有所不同地蝕刻（例如，蝕刻更快、更慢、更各向同性、更各向異性等）。由于特征密度的變化產生的差異被稱為I/D加載。在制造過程中將這些差異最小化是有益處的。除了滿足這些和潛在的其它器件特定的要求，蝕刻工藝往往還需要在襯底的整個表面一致地執行（例如，從半導體晶片的中心到邊緣蝕刻特性應該是一致的）。

已經發現在蝕刻先進的結構（如FinFET柵極）時難以實現多個目的，例如上面那些所闡述的目的。

發明內容

本文公開的是用于在半導體器件的制造過程中蝕刻半導體襯底和在其上形成的層的各種方法和裝置。本發明的實施方式的一個方面提供了用于蝕刻襯底上的特征的裝置。所述裝置可包括：室，其限定可以提供等離子體的內部；襯底支架，其用于在蝕刻過程中支撐在所述室中的襯底；等離子體發生器，其用于在所述室內產生等離子體；以及格柵，其將所述等離子體室的所述內部分成靠近所述等離子體發生器的上部子室和靠近所述襯底支架的下部子室，其中所述上部子室的高度是所述下部子室的高度的至少約1/6，并且其中，所述格柵包括基本上徑向向外地延伸的多個槽，該多個槽在所述等離子體在所述室中產生時基本上防止在所述格柵中形成感應電流。

該裝置還可以包括控制器，該控制器被設計或配置為在導致在所述上部子室產生上部區域等離子體和在所述下部子室中產生下部區域等離子體的條件下在所述室中產生所述等離子體，其中，所述下部區域等離子體中的有效電子溫度為約1eV或更低，并且低于所述上部區域等離子體中的有效電子溫度，并且其中，所述下部區域等離子體中的電子密度為約5×10⁹厘米^-3或更低，并且低于所述上部區域等離子體中的電子密度。所述控制器可被進一步設計或配置成施加偏置到格柵和/或所述襯底支架。所述控制器還可被設計或配置為將蝕刻劑氣體輸送到所述室。在一些情況下，所述控制器被設計或配置為在所述等離子體蝕刻所述襯底的同時在所述室中提供小于約2000毫乇的壓強。但是，在一些情況下，所述控制器被設計或配置為在蝕刻過程中在所述室中提供較小的壓強，例如小于約200毫乇的壓強。在其他情況下，所述控制器可被設計或配置為在所述反應室中保持介于約1-20毫乇之間的壓強，或介于5-20毫乇之間的壓強。所述控制器還可被設計或配置為在下部子室中產生離子-離子等離子體的條件的組合。