技術(shù)領(lǐng)域

本公開關(guān)于諸如半導(dǎo)體晶片的工件的等離子體處理，以及工藝不均勻性的降低。

背景技術(shù)：

在傳統(tǒng)的等離子體處理中，處理過的晶片可能由于不同的蝕刻環(huán)境而遭受不均勻應(yīng)力造成的局部不均勻性、不均勻的膜組成物(對于沉積工藝)、不均勻的CD(特征的臨界尺寸)。這可能是由于引入的晶片之間的差異或處理腔室的特性中的差異(例如，在轉(zhuǎn)盤式處理腔室中，旋轉(zhuǎn)的晶片經(jīng)歷前緣和后緣的自由基停留時間差異或不同的局部溫度)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

一種等離子體反應(yīng)器，包含：處理腔室以及在該處理腔室中的工件支座，該腔室包含面對該工件支座的下頂板；覆蓋在該下頂板上方并面對該下頂板的上頂板以及覆蓋在該上頂板上方的氣體分配器；在該上頂板與下頂板之間界定多個空腔的多個腔壁，該氣體分配器包含至該多個空腔中的相應(yīng)空腔的多個氣流路徑；在該下頂板中與該多個空腔中的相應(yīng)空腔對齊的多個出口孔；以及鄰接該多個空腔中的相應(yīng)空腔的相應(yīng)功率施加器、電源、耦接到該等功率施加器中的相應(yīng)功率施加器的多個功率導(dǎo)體、以及耦接在該電源與該多個功率導(dǎo)體之間的功率分配器。

在一個實施例中，該多個腔壁包含電介質(zhì)腔壁。

在進(jìn)一步的實施例中，該電源包含RF發(fā)電機(jī)，且其中該等相應(yīng)功率施加器中的每個功率施加器由該多個腔壁中的對應(yīng)腔壁與該多個空腔中的對應(yīng)空腔的內(nèi)部分隔。

在一個實施例中，該功率施加器包含電極以用于將RF功率電容地耦合到該多個空腔中的對應(yīng)空腔中。在此實施例中，每個電極都可以圍繞該多個空腔中的對應(yīng)空腔的一部分。

在另一個實施例中，該功率施加器包含線圈天線以用于將RF功率感應(yīng)地耦合到該多個空腔中的對應(yīng)空腔中。在此實施例中，該線圈天線可以包含導(dǎo)體，該導(dǎo)體盤繞該多個空腔中的對應(yīng)空腔的一部分。

在又進(jìn)一步的實施例中，該電源為直流發(fā)電機(jī)，該等功率施加器中的每個功率施加器皆包含用于直流放電的電極，且其中該等電介質(zhì)腔壁中的每個腔壁皆配置成使對應(yīng)的電極暴露于該多個空腔中的對應(yīng)空腔的內(nèi)部。

在一個實施例中，該功率分配器包含耦接在該發(fā)電機(jī)的輸出與該等功率導(dǎo)體中的相應(yīng)功率導(dǎo)體之間的多個開關(guān)。

在一個實施例中，該等離子體反應(yīng)器進(jìn)一步包含處理器，該處理器依據(jù)用戶定義的指令單獨地控制該多個開關(guān)。

在一個實施例中，該等離子體反應(yīng)器進(jìn)一步包含工藝氣源和氣體分配器，該氣體分配器包含多個閥，該多個閥耦接在該工藝氣源與該多個空腔中的相應(yīng)空腔之間。該工藝氣源可以包含不同氣體物種的多個氣源，其中該多個閥中的相應(yīng)閥耦接在該多個氣源中的相應(yīng)氣源與該多個空腔中的相應(yīng)空腔之間。在一個實施例中，該等離子體反應(yīng)器進(jìn)一步包含處理器，該處理器依據(jù)用戶定義的指令單獨地控制該多個閥。

在一個實施例中，該等離子體反應(yīng)器進(jìn)一步包含遠(yuǎn)程等離子體源，該遠(yuǎn)程等離子體源被耦接以將等離子體副產(chǎn)物遞送到該多個空腔。

在一個實施例中，該處理腔室進(jìn)一步包含圓柱形側(cè)壁，該反應(yīng)器進(jìn)一步包含感應(yīng)耦合的等離子體源，該感應(yīng)耦合的等離子體源包含線圈天線及RF發(fā)電機(jī)，該線圈天線纏繞該圓柱形側(cè)壁，該RF發(fā)電機(jī)通過阻抗匹配耦接到該線圈天線。

在一個實施例中，一種等離子體反應(yīng)器包含：處理腔室以及在該處理腔室中的工件支座；覆蓋在該工件支座上方的氣體分配器；在該氣體分配器下方界定多個空腔的多個腔壁，該氣體分配器包含至該多個空腔中的相應(yīng)空腔的多個氣流路徑；鄰接該多個空腔中的相應(yīng)空腔的相應(yīng)功率施加器、電源、耦接到該等功率施加器中的相應(yīng)功率施加器的多個功率導(dǎo)體、以及耦接在該電源與該多個功率導(dǎo)體之間的功率分配器；以及工藝氣源和氣體分配器，該氣體分配器包含多個閥，該多個閥耦接在該工藝氣源與該多個空腔中的相應(yīng)空腔之間。

在進(jìn)一步的實施例中，一種在等離子體反應(yīng)器中處理工件的方法，該等離子體反應(yīng)器包含等離子體點源的陣列，該等離子體點源的陣列分布在該工件的表面上方，所述方法包含以下步驟：在該工件上進(jìn)行等離子體工藝；觀察橫跨該工件的該表面的工藝速率的空間分布中的不均勻性；以及通過進(jìn)行以下步驟中的至少一者來降低該不均勻性：

(a)調(diào)整該等離子體點源的陣列之中的等離子體源功率級的分配，或

(b)調(diào)整該等離子體點源的陣列之中的氣流的分配。

附圖說明

因此，為了可以詳細(xì)理解所得的本實用新型的示例性實施例的方式，可參照在所附附圖中示出的本實用新型實施例得出以上簡要概述的本實用新型的更具體的描述。應(yīng)當(dāng)理解的是，本文中未討論某些眾所周知的工藝，以免模糊本實用新型。

圖1A為具有等離子體點源的陣列的第一實施例的簡化圖。

圖1B為圖1A的實施例中的等離子體點源的放大平面圖。

圖2A和圖2B繪示等離子體點源的陣列的不同布置。

圖3繪示其中等離子體點源采用等離子體直流放電的實施例。

圖4繪示其中等離子體點源采用感應(yīng)耦合的實施例。

圖5繪示圖1A的實施例采用遠(yuǎn)程等離子體源的變型。

圖6繪示圖4的實施例采用遠(yuǎn)程等離子體源的變型。

圖7繪示圖1A的實施例除了等離子體點源的陣列以外還具有腔室寬的感應(yīng)耦合源的變型。

為了便于理解，已在可能處使用相同的附圖標(biāo)記來指附圖共有的相同元件。構(gòu)思的是，可以將一個實施例的元件和特征有益地并入其他實施例中而無需進(jìn)一步詳述。然而，應(yīng)注意的是，附圖僅示出本實用新型的示例性實施例，因此不應(yīng)被視為限制本實用新型的范圍，因本實用新型可認(rèn)可其他等同有效的實施例。

具體實施方式

介紹：

等離子體源由大量的或一個陣列的單獨受控的局部等離子體點源組成，這允許在用戶界定的區(qū)域上在空間和時間上控制帶電粒子物種(電子、負(fù)和正離子)和自由基。

使用能夠在空間和時間上控制的等離子體源能夠校正局部的不均勻性。這可以通過在產(chǎn)生帶電粒子和自由基的不同等離子體點源中啟動或關(guān)閉等離子體產(chǎn)生來實現(xiàn)。替代地或另外地，這可以通過改變至不同等離子體點源的工藝氣流來實現(xiàn)。例如，氣流可以被啟動或關(guān)閉和/或可以改變用于每個等離子體點源的氣體混合物。使用者可以選擇在局部等離子體點源中被離子化或分解的氣體。使用者可以進(jìn)一步選擇放電的時間或持續(xù)時間。

人們可以通過在不同的同時局部氣體放電中并行操作不同的氣體化學(xué)過程(空間控制)或通過在同一局部放電中局部交替氣體化學(xué)過程來改變局部放電化學(xué)過程。

人們可以使整個工件(晶片)經(jīng)受恒定的負(fù)直流偏壓、但局部吸引離子來布植、或蝕刻或沉積。

可以將等離子體點源的陣列與傳統(tǒng)非局部等離子體源(諸如電容耦合的大電極等離子體源或感應(yīng)耦合的等離子體源)組合，并實時校正等離子體生成中的局部不均勻性。

可以將等離子體點源的陣列與遠(yuǎn)程等離子體源(例如遠(yuǎn)程自由基源)組合。自由基處理步驟之后可以接著等離子體處理步驟，在等離子體處理步驟中人們可以改變成分和局部停留時間。過去的解決方案通過改變經(jīng)過基板支座中的局部加熱元件的電流而著重于溫度的局部變化。本文描述的實施例添加到現(xiàn)有的解決方案，并實現(xiàn)局部化學(xué)過程，并且影響帶電粒子和自由基的產(chǎn)生，而不是只依賴溫度來加速反應(yīng)。

實施例：

圖1A和圖1B描繪具有使用RF頻率電容耦合的多個等離子體點源90的實施例。點源90可被布置成各種配置，諸如圓形(圖2A)或派形(圖2B)。圖1A的實施例包括具有處理區(qū)域92的工藝腔室主體100，處理區(qū)域92被圓柱形側(cè)壁102、下頂板104以及底板106包圍。工件支座94在處理區(qū)域92內(nèi)支撐工件96。真空泵108可以通過底板106耦接到處理區(qū)域92。支撐在上圓柱形側(cè)壁126上的上頂板110覆蓋在下頂板104上方并支撐氣體分配器112。下頂板104包括氣體出口孔114的陣列。在圖1A的實施例中，點源90是圓柱形腔115的陣列，圓柱形腔115被電介質(zhì)圓柱形腔壁116包圍，每個電介質(zhì)圓柱形腔壁116都平行于圓柱形側(cè)壁102的對稱軸并與相應(yīng)的一個氣體出口孔114對齊。電介質(zhì)圓柱形腔壁116被相應(yīng)的圓柱形電極118環(huán)繞。

每個等離子體點源90都是局部的，其中每個氣體出口孔114的面積相對于下頂板104或上頂板110的面積或相對于腔室主體100的直徑是較小的。在一個實施例中，每個氣體出口孔114的面積都不超過下頂板104或上頂板110的面積或腔室主體100的面積的5％。

在圖1A和圖1B的描繪的實施例中，每個氣體出口開口114的形狀都是圓形，并與圓柱形腔115的形狀一致。然而，在其他實施例中，每個氣體出口孔114都可以具有任意的形狀，并且可以不與圓柱形腔115的形狀一致。例如，每個氣體出口孔114都可以具有非圓形的形狀(例如橢圓形)，或可以具有多邊形的形狀或線性狹縫的形狀或一些前述形狀的組合。如果氣體出口孔114的形狀不與圓柱形腔115一致，則在一個實施例中，可以引入適配器(未示出)來提供氣體出口孔114與圓柱形腔115之間的氣體密封。

上頂板110具有氣體入口開口119的陣列，每個氣體入口開口119都與相應(yīng)的一個圓柱形腔115對齊。氣體分配器112通過氣體入口開口119將工藝氣體供應(yīng)到圓柱形腔115中。單獨的功率導(dǎo)體120將功率引導(dǎo)到相應(yīng)的圓柱形電極118中的單獨一個。功率分配器122將功率從電源124分配到功率導(dǎo)體120。在一個實施例中，電源124是交流(AC)發(fā)電機(jī)或具有射頻(RF)阻抗匹配的RF發(fā)電機(jī)。在相關(guān)的實施例中，例如，電源124的頻率可以是從直流(D.C.)到超高頻(UHF)的任何頻率。在一個實施例中，通過將RF功率從圓柱形電極118通過電介質(zhì)圓柱形腔壁116電容耦合到圓柱形腔115中而在圓柱形腔115中產(chǎn)生等離子體。下頂板104將圓柱形電極118與等離子體隔離。

氣體分配器112從多個氣體供應(yīng)器250接收不同的氣體物種，并依據(jù)用于不同圓柱形腔115的不同的使用者特定的氣體配方通過相應(yīng)的氣體入口開口119將不同的氣體混合物分配到不同的圓柱形腔115。例如，氣體分配器112可以包括由處理器254依據(jù)用戶定義的指令單獨控制的氣體閥252的陣列，該指令限定用于單獨圓柱形腔115的氣體混合物。氣體閥252的陣列在多個氣體供應(yīng)器250與氣體入口開口119之間耦接到圓柱形腔115。

在一個實施例中，功率分配器122單獨地控制供應(yīng)到每個功率導(dǎo)體120的功率。例如，功率分配器122可以包括電開關(guān)262的陣列，電開關(guān)262由處理器254依據(jù)用戶定義的指令獨立地控制?？梢酝ㄟ^脈寬調(diào)制來控制功率，并且用戶定義的指令可以限定用于單獨圓柱形腔115的功率的單獨開/關(guān)持續(xù)時間(或工作周期)。電開關(guān)262的陣列耦接在電源124與功率導(dǎo)體120之間。

在第一實施例中，下頂板104由電介質(zhì)材料形成，而上頂板110由導(dǎo)電材料形成。在第二實施例中，下頂板104鄰接由導(dǎo)電材料形成的下板190，并且下板190和上頂板110都接地。以這種方式，等離子體源位于兩個接地的板(即下板190與上頂板110)之間。

圖3描繪其中等離子體由直流放電產(chǎn)生并且電源124是直流發(fā)電機(jī)的實施例。每個電介質(zhì)圓柱形腔壁116都終止于對應(yīng)的圓柱形電極118上方。這個特征可以使每個圓柱形電極118直接暴露于等離子體，以促進(jìn)直流放電。

圖4描繪圖1A的實施例的變型，其中圓柱形電極118被單獨的感應(yīng)線圈210取代，以在每個圓柱形腔115內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)耦合的等離子體。每個感應(yīng)線圈210都纏繞在對應(yīng)的圓柱形電介質(zhì)壁116的底部部分，如圖4所描繪。在圖4的實施例中，變化的磁場在圓柱形腔115中產(chǎn)生變化的電場，這進(jìn)而產(chǎn)生封閉轉(zhuǎn)動的振蕩的等離子體電流。

圖5描繪圖1A的實施例的另一個變型，其中包括遠(yuǎn)程等離子體源220和自由基分配板280。自由基分配板280從遠(yuǎn)程等離子體源220將自由基引導(dǎo)到單獨的圓柱形腔115中。遠(yuǎn)程等離子體源220可以包括由電源224驅(qū)動的等離子體源功率施加器222。遠(yuǎn)程等離子體源220可以進(jìn)一步包括含有期望自由基物種的前驅(qū)物的受控氣源226。還有一些遠(yuǎn)程產(chǎn)生的化學(xué)活性自由基在晶片的處理中發(fā)揮關(guān)鍵作用的工藝。然而，可能需要遵循使用等離子體處理步驟的自由基處理。具有在空間上和時間上可控制的等離子體源有助于解決自由基的不均勻性。在自由基壽命短(重新結(jié)合成為惰性中性粒子)的情況下，具有可控制的等離子體密度可以有助于再生重要的自由基。

圖6描繪圖4的實施例的變型，其中包括遠(yuǎn)程等離子體源220和自由基分配板280。在圖6的實施例中，將遠(yuǎn)程等離子體源220與圖4的感應(yīng)耦合的等離子體源(即感應(yīng)耦合的線圈210)組合。與圖1A的實施例的電容耦合的等離子體源相比，感應(yīng)耦合的等離子體源(線圈210)能夠在不同的(較低的)壓力狀態(tài)(例如低于25毫托)下操作。

圖7描繪圖1A的實施例的變型，其中將等離子體點源90的陣列與較大的非局部感應(yīng)耦合的等離子體源組合。圖7的非局部感應(yīng)耦合的等離子體源包括圍繞圓柱形側(cè)壁102的螺旋狀纏繞的線圈天線240。螺旋狀纏繞的線圈天線240由RF發(fā)電機(jī)242通過RF阻抗匹配244驅(qū)動。在圖7的實施例中，圓柱形側(cè)壁102由非金屬材料形成，以使RF功率能夠通過圓柱形側(cè)壁102感應(yīng)地耦合。下板190保護(hù)單獨的等離子體點源(對應(yīng)于單獨的圓柱形腔115)免受較大的感應(yīng)耦合的等離子體源(對應(yīng)于螺旋狀纏繞的線圈天線240)破壞。

單獨的等離子體點源90(對應(yīng)于單獨的圓柱形腔115)是可單獨控制的。這使得能夠在空間和時間上控制等離子體分布?？梢砸越档偷入x子體分布不均勻性的方式運用這種控制。

控制模式：

電源124可以以不同的模式對每個等離子體點源90供電。在第一模式中，每個等離子體點源90消耗固定量的功率，并且控制系統(tǒng)使用電開關(guān)262的陣列接通或斷開供應(yīng)到等離子體點源的功率。在一個示例中，每個點源在接通時消耗約3瓦特的恒定量。電開關(guān)262的陣列基本上依命令將功率施加到單獨的等離子體點源90。等離子體密度與被接通的等離子體點源90的數(shù)量有關(guān)。以這種方式，被遞送到每個等離子體點源90的凈功率可以通過脈寬修改來控制。

在第二模式中，所控制的是被遞送到每個等離子體點源90的功率的水平。并且，至單獨等離子體點源90(或等離子體點源90的組)的氣體成分可以被氣體分配器112改變。因此，不同的等離子體點源90不必具有相同的氣體放電成分。每個等離子體點源90都具有固定的地址。至每個等離子體點源90的功率和/或氣流可以被有針對性地單獨接通或斷開。

依據(jù)一個方法，測量橫跨工件表面的工藝速率的空間分布。工藝速率分布中的不均勻性是通過建立供應(yīng)到等離子體點源90的陣列的功率的開/關(guān)工作周期的空間分布來補(bǔ)償，功率的開/關(guān)工作周期的空間分布實際上是測得的工藝速率空間分布的倒數(shù)。換句話說，開/關(guān)功率工作周期的分布在測得的工藝速率分布具有極小值的位置具有極大值，并且在測得的工藝速率分布具有極大值處具有極小值。

依據(jù)另一個方法，工藝速率分布中的不均勻性通過建立供應(yīng)到等離子體點源90的陣列的工藝氣流的開/關(guān)工作周期的空間分布來補(bǔ)償，工藝氣流的開/關(guān)工作周期的空間分布實際上是測得的工藝速率空間分布的倒數(shù)。換句話說，開/關(guān)氣流工作周期的分布在測得的工藝速率分布具有極小值的位置具有極大值，并且在測得的工藝速率分布具有極大值處具有極小值。

優(yōu)點：

主要的優(yōu)點是空間上和時間上完全控制帶電粒子和活性自由基的產(chǎn)生。這使得能夠?qū)植繋щ娏Ｗ雍突钚宰杂苫姆植歼M(jìn)行空間上和時間上的控制。

雖然前述是針對本實用新型的實施例，但仍可以在不偏離本實用新型的基本范圍的情況下設(shè)計出本實用新型的其他和進(jìn)一步的實施例，而且本實用新型的范圍是由所附權(quán)利要求書確定。