具双频偏压源及单频等离子体产生源的蚀刻腔室制造技术

技术编号:3154225 阅读:217 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
一种在晶片制造工艺中选择性控制腔室等离子体的方法及装置。此方法包括将制造工艺气体供应于腔室中的待处理晶片上方,并提供高频射频电力至等离子体产生单元,点燃该制造工艺气体形成等离子体。之后,将调变射频电力讯号耦接偏压单元,并依据特定制造工艺处方进行该晶片的制造工艺。此装置包括一个偏压单元及一个等离子体产生单元,其中偏压单元系设置于腔室中,适于承载晶片;等离子体产生单元系设置于偏压单元及晶片上。第一电源系与等离子体产生单元耦接,第二电源系与偏压单元耦接,第三电源系与偏压单元耦接,并且第二和第三系提供调变讯号给偏压单元。(*该技术在2023年保护过期,可自由使用*)

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施例是有关于半导体晶片的制造工艺,且特别是有关于与蚀刻和等离子体相关的集成电路制造程序及设备。现有技术半导体制造中的晶片制造工艺腔室有利用等离子体来进行蚀刻和沉积制造工艺的,其系利用各种的技术来控制等离子体密度和等离子体组份的速度。例如,磁场加强型等离子体腔室系利用磁场来增加等离子体中带电粒子的密度,藉以增加等离子体加强型沉积及蚀刻制造工艺的速率。增加制造工艺的速率是非常有利的,因为制造半导体组件的成本和制造工艺所需的时间成正比。在进行等离子体增强制造工艺时,例如是反应性离子蚀刻制造工艺,可移除晶片特定区域上的材料,而实质上在晶片上形成组件的构件/图案(例如,晶体管、电容器、导线、介层窗等)。在晶片的特定区域上形成罩幕,则可在进行蚀刻时保护该区域。在进行蚀刻制造工艺时,整个晶片的蚀刻率的均匀度是非常重要的,其可确保晶片各个位置可以精准地蚀刻形成图案。蚀刻制造工艺的均匀度与蚀刻制造工艺中等离子体的控制习习相关。例如,美国专利第6354240号揭露在反应腔室周围设置磁场,以提供磁场限制,在低压环境维持高的等离子体密度。然而,在进行深沟渠蚀刻时,晶片长时间暴露于蚀刻剂中,蚀刻罩幕可避免全部的晶片表面遭受蚀刻,仅裸露出未受保护的表面。亦即,深沟渠制造工艺受限于保护罩幕以及待蚀刻材料之间的选择比,选择比愈高则所蚀刻的沟渠的深度就愈深。
技术实现思路
本专利技术提供一种蚀刻腔室,其导入三种射频频率,其中一个射频系用以产生并维持等离子体,另二个射频系用以施加偏压给偏压单元(例如晶片底座)。这三个频率可改善等离子体的控制,增加蚀刻制造工艺的制造工艺窗(process window)。强化等离子体密度和离子能量的控制可改善蚀刻剂的覆盖性,并提供较大的制造工艺窗。特别是,本专利技术系提供一种在晶片制造工艺中控制腔室等离子体的装置。此装置包括一偏压单元及一等离子体产生单元,其中偏压单元系设置于腔室中,适于承载一晶片;等离子体产生单元系设置于邻近偏压单元处。等离子体产生(顶)电源系耦接至等离子体产生单元,而底(偏压)电源系耦接至偏压单元,以提供一调变该等离子体的调变讯号。本专利技术亦提供一种在晶片制造工艺中选择性控制腔室等离子体的方法,此方法包括将制造工艺气体供应至腔室中的待处理晶片上方,并提供高频射频电力至等离子体产生单元,点燃该制造工艺气体形成等离子体。之后,将调变射频电力讯号耦接偏压单元,并依据特定制造工艺处方进行该晶片的制造工艺。附图说明图1系绘示双频偏压等离子体腔室系统的剖面示意图。图2系绘示图1的等离子体腔室系统的上视剖面图。图3系绘示在晶片制造工艺中选择性控制等离子体的方法的流程图。图4系绘示第二实施例的一种双频偏压等离子体腔室系统的剖面示意图。图5A-5D本专利技术所使用的射频波形例的图形。主要单元符号说明100双频偏压腔室系统102腔体 104顶盖(lid)组件106可抽真空腔室108腔室底部110控制器112中央处理单元(CPU)114内存116支持电路120基底支座121上表面122侧壁124静电卡盘126冷却板127底座基板130卡盘电极132基底入口134高压直流电电源供应器140制造工艺区150第一偏压电源供应器151、155匹配网络154第二偏压电源供应器159气体管线160气体面板161匹配网络162高频射频电源164排气烟囱 166排气信道172顶盖174等离子体产生单元176通孔或狭缝182、183、184、185线圈400等离子体腔室系统401晶片404天线406制造工艺腔室410控制器414内存420晶片支座421支座422导电主体427节流阀440制造工艺区448气体源449气体导管450偏压电源(偏压电力供应器)451、455匹配网络454偏压电力供应器460体面板461匹配网络462等离子体电源464真空泵 472拱顶474气体入口具体实施方式为让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附图式,作详细说明如下。本专利技术提供一种用来进行高高宽比深沟渠蚀刻的装置,特别是,一种具有双频率偏压源和单频率等离子体产生源的制造工艺腔室。待处理的晶片系固持在腔室的支座上。单频等离子体产生源系耦接至位于待处理晶片上方的等离子体产生单元;而具有不同频率的一对偏压源系耦接至支座,使支座做为一个偏压单元。图1系依据本专利技术第一实施例所绘示的双频偏压腔室系统100的剖面示意图。更具体地说,图1所绘示的是可用来形成高高宽比沟渠的腔室系统(系统)100。通常,系统100包括一个腔体102及一个顶盖组件104,其可界定出一个可以用来进行基底制造工艺的可抽真空腔室106。在一实施例中,系统100是加州圣塔拉拉市的应用材料公司所生产的MxP型蚀刻系统。有关MxP型蚀刻系统,在2002年6月11日提出申请的美国专利第6403491号中有详细说明,其内容并入本案参考之。此外,另一种晶片制造工艺系统亦可以考虑,如eMAX型系统、PRODUCERe型系统、HOT型系统、ENABLER型系统,这些系统亦是由加州圣塔拉拉市的应用材料公司所生产。系统100还包括一个气体面板160以及一个排气烟囱(exhauststack)164。气体面板160系经由数条气体管线159来与腔室106耦接,以供应制造工艺气体。排气烟囱164系经由排气信道166来与腔室106耦接,以维持真空环境并排出废气和污染物。此外,控制器110系与系统100的数个组件耦接,以有效控制腔室106中所进行的制造工艺(例如,沉积和蚀刻制造工艺)。腔体102包括至少一个侧壁122以及一个腔室底部(chamberbottom)108。在一实施例中,至少一个侧壁122的外表面呈多角形(如八角形或大体上呈矩形),内表面呈环状或圆柱状。而且,至少一个侧壁122可电性接地。腔体102可以由无磁性金属(non-magnetic metal)如阳极镀铝(anodized aluminum)等来制成。腔体102包含一个基底入口132,其可通过位于制造工艺平台(processing platform)的狭缝阀(slit valve)(未图示)以选择性关闭。顶盖组件104系设置于侧壁122上方,其在腔室106中限定出一个制造工艺区140。通常,顶盖组件104包括一个顶盖172以及一个装设在顶盖172底部的等离子体产生单元(例如,电源或阳极)174。顶盖172可以介电材料制成,例如是氧化铝(Al2O3),或无磁性金属如阳极镀铝。等离子体产生单元174可由导电材料制成,如铝,不锈钢等。此外,等离子体产生单元174经由一匹配网络161与一高频射频电源162耦接。高频射频电源(顶端电源)162在约为40-180MHz的频率下所提供的射频电力约为100瓦特至7500瓦特,其可点燃腔室106中的气体混合物并维持等离子体。等离子体产生单元174具有通孔或狭缝176,供气体扩散。亦即,等离子体产生单元174亦是作为一个喷器头(showerhead),其在点火时可供应制造工艺气体在制造工艺区140形成等离子体。制造工艺气体(例如CF4、Ar、C4F8、C4F6、C8F4、CHF3、Cl2、HBr、NF3、N2、He、O2及/或其组合)系由外部气体面板160经本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在晶片制造工艺中控制腔室等离子体的装置,包括:一偏压单元,设置于该腔室中,适于承载一晶片;一等离子体产生单元,设置于该偏压单元上方;一第一电源,与该等离子体产生单元耦接;以及一第二电源,与该偏压单元耦接, 并提供一调变讯号给该偏压单元。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2002-8-9 60/402,291;US 2003-1-14 10/342,5751.一种在晶片制造工艺中控制腔室等离子体的装置,包括一偏压单元,设置于该腔室中,适于承载一晶片;一等离子体产生单元,设置于该偏压单元上方;一第一电源,与该等离子体产生单元耦接;以及一第二电源,与该偏压单元耦接,并提供一调变讯号给该偏压单元。2.如权利要求1所述的在晶片制造工艺中控制腔室等离子体的装置,其特征在于该偏压单元包括一基底支座。3.如权利要求2所述的在晶片制造工艺中控制腔室等离子体的装置,其特征在于该偏压单元更包括至少一卡盘电极,其设置于该基底支座中。4.如权利要求2所述的在晶片制造工艺中控制腔室等离子体的装置,其特征在于该偏压单元更包括一冷却板,其形成于该该基底支座中。5.如权利要求2所述的在晶片制造工艺中控制腔室等离子体的装置,其特征在于该偏压单元更包括一底座基板,其形成于该该基底支座中。6.如权利要求1所述的在晶片制造工艺中控制腔室等离子体的装置,其特征在于该等离子体产生单元更包括一气体扩散器,其设置于该腔室上方。7.如权利要求1所述的在晶片制造工艺中控制腔室等离子体的装置,其特征在于该等离子体产生单元更包括线圈天线,其设置于一位于该腔室上方的顶盖上。8.如权利要求1所述的在晶片制造工艺中控制腔室等离子体的装置,其特征在于该第一电源在约为0MHz至约为180MHz频率下所提供的电力约为0瓦特至约为7500瓦特。9.如权利要求1所述的在晶片制造工艺中控制腔室等离子体的装置,其特征在于该第二电源可提供多个调变脉冲波形。10.如权利要求9所述的在晶片制造工艺中控制腔室等离子体的装置,其特征在于该些调变脉冲波形的电压幅度在约为100至7500伏特之间,工作周期约为10至90百分比。11.如权利要求1所述的在晶片制造工艺中控制腔室等离子体的装置,其特征在于该第二电源包括一中间射频电源,其与该偏压单元耦接;以及一低射频电源,其与该偏压单元耦接。12.如权利要求10项所述的在晶片制造工艺中控制腔室等离子体的装置,其中该低射频电源可提供一第一射频电力讯号给该偏压单元,该第一射频电力讯号在约为100KHz至约为6MHz频率下约为10瓦特至约为7500瓦特;该调变射频电力讯号系提供一第二射频电力讯号至该偏压单元,该第二射频电力讯号在约为10KHz至约为60MHz频率下约为10瓦特至约为7500瓦特;以及其中该第二射频电力讯号是依据该第一射频电力讯号来调变。13.如权利要求12项所述的在晶片制造工艺中控制腔室等离子体的装置,其特征在于该第一及该第二电力讯号的功率分别为2MHz及13.56MHz。14.如权利要求12项所述的在晶片制造工艺中控制腔室等离子体的装置,其特征在于该第一射频电力讯号的波形系选自于正弦波及方波所组成的族群。15.一种在晶片制造工艺中选择性控制腔室等离子体的方法,包括将一制造工艺气体供应至该腔室中之一待...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈津渊法兰克F赫许丹瑞卓根V波德兰斯尼克
申请(专利权)人:应用材料有限公司
类型:发明
国别省市:US[美国]

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