等离子体处理室的压强控制阀总成以及快速交替方法技术

一种压强控制阀总成包括具有入口、出口和导管的壳体；入口连接到等离子体处理室的内部且出口连接到真空泵。在其中具有第一组平行槽的固定开槽阀板被固定在导管中使得从室排出进入导管的气体穿过第一组平行槽。在其中具有第二组平行槽的可移动开槽阀板相对于固定开槽阀板可移动以便调整室中的压强。附着到可移动开槽阀板的驱动机构在第一和第二位置之间快速移动可移动开槽阀板以使室中的压强从较高的压强改变到较低的压强或者从较低的压强改变到较高的压强。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】等离子体处理室的压强控制阀总成以及快速交替方法
本专利技术涉及位于真空泵和处理半导体衬底的等离子体处理室之间的压强控制阀总成。该压强控制阀总成可被用于在经历多步骤处理的半导体衬底的处理过程中在等离子体室中产生快速的压强改变，其中室压的改变是希望的。
技术介绍
在半导体工业中，博世(Bosch)法是已被广泛用于制造深直(高深宽比)特征(具有比如数十到数百微米的深度)的等离子体蚀刻工艺，比如槽和通孔。博世法包括蚀刻步骤和沉积步骤的交替循环。博世法的细节可在美国专利No.5,501,893中找到，该专利通过参考并入本文。博世法可在配置有高密度等离子体源(如电感耦合等离子体(ICP)源)结合射频(RF)偏置衬底电极的等离子体处理装置中执行。博世法中所使用的用于蚀刻硅的工艺气体可以是蚀刻步骤中的六氟化硫(SF6)和沉积步骤中的八氟环丁烷(C4F8)。在下文中，蚀刻步骤中所使用的工艺气体和沉积步骤中所使用的工艺气体分别被称为“蚀刻气体”和“沉积气体”。在蚀刻步骤中，SF6促进硅(Si)的自发且各向同性的蚀刻；在沉积步骤中，C4F8促进保护性聚合物层在蚀刻结构的侧壁和底部上的沉积。博世法在蚀刻步骤和沉积步骤之间循环地交替，使得深结构能够被限定到有掩模的硅衬底中。基于蚀刻步骤中存在的高能且定向的离子轰击，从前面的沉积步骤涂布在蚀刻结构的底部中的任何聚合物膜会被移除以暴露硅表面以进一步蚀刻。侧壁上的聚合物膜会保留，因为它不会受到直接的离子轰击，从而抑制横向蚀刻。美国专利公布No.2009/0242512公开了多步骤博世型工艺的实施例，其中室压在钝化膜的沉积过程中为35毫托(mTorr)持续5秒，在低压蚀刻步骤过程中为20毫托持续1.5秒，在高压蚀刻步骤过程中为325毫托持续7.5秒(见表4.2.1)或者在沉积过程中为35毫托持续5秒，在低压蚀刻过程中为20毫托持续1.5秒，在高压蚀刻过程中为325毫托持续7.5秒以及在低压蚀刻过程中为15毫托持续1秒(见表4.2.2)。室压的变化在其它工艺中是希望的，其它工艺比如原子层沉积、等离子体增强CVD、在掩模材料中等离子体蚀刻开口和去除掩模材料的多步骤工艺、在其中蚀刻剂气体浓度周期变化或不同的材料层被后续蚀刻的多步骤等离子体蚀刻工艺。为了减少总的处理时间，这种周期性过程的高压和低压阶段之间的过渡期的减少会是希望的。例如，美国专利公开No.2009/0325386公开了用于在约数十毫秒中快速调整低容积真空室中的压强的电导限制元件。'386公开文献陈述了在处理过程中，在多个压强周期中在处理区域中可流入单种化学物质，或者在多个压强周期中引入不同种的化学物质，其中高压或低压的时间范围从0.1秒至2秒。
技术实现思路
根据一实施方式，在其中处理半导体衬底的等离子体处理室的压强控制阀总成包括壳体、固定开槽阀板、可移动开槽阀板以及在第一和第二位置之间移动可移动开槽阀板的驱动机构。所述壳体包括入口、出口和在所述入口和所述出口之间延伸的导管，其中所述入口适于连接到所述等离子体处理室的内部且所述出口适于连接到真空泵，所述真空泵在处理所述衬底的过程中使所述等离子体处理室保持在希望的压强设定点。优选的等离子体处理是保护性聚合物的沉积和将高深宽比特征蚀刻在所述室中经受处理的半导体衬底中的快速交替阶段。所述固定开槽阀板在其中包括第一组平行槽且所述固定开槽阀板被不能移动地固定在所述导管中使得从所述室排出的气体进入所述导管并穿过所述第一组平行槽。所述可移动开槽阀板在其中包括第二组平行槽且所述可移动开槽阀板被所述驱动机构在所述第一和第二位置之间移动以实现室压的改变。例如，在所述第一位置，所述可移动开槽阀板可完全阻塞或部分阻塞所述第一组平行槽以减小气体流导(gasflowconductance)和增大室压。在所述第二位置，所述可移动开槽阀板可将所述第一组槽与所述第二组槽对准以增大气体流导和降低所述室压。所述驱动机构可操作来在所述第一和第二位置之间快速移动所述可移动开槽阀板。所述可移动开槽阀板的运动的优选方向是线性运动。在具有附着到室的出口的压强控制阀总成的室中处理半导体衬底的方法中，所述方法包括通过将所述可移动开槽阀板置于所述第一位置同时供应处理气体给所述室而将室压从较低压强调整到较高压强以及通过将所述可移动开槽阀板置于所述第二位置同时供应相同或不同的处理气体给所述室而将室压从较高压强调整到较低压强。所述室优选地是电感耦合等离子体(ICP)室，其中RF能量通过介电窗被传送到室中。用于300mm直径晶片的单晶片处理的ICP室可具有上至100升的室容积且室中的压强设定值可从20毫托变化到300毫托。本文所述的压强控制阀总成可被安装在真空泵和具有超过60升的室容积的ICP室的出口之间且室中的压强改变的快速循环可通过所述可移动开槽阀板的往复线性运动实现。在一实施方式中，所述处理可包括利用蚀刻和沉积的交替步骤在硅中等离子体蚀刻开口，其中第一处理气体包括持续供应少于1.3秒且被激发成等离子体状态同时保持室压在150毫托以上的含氟气体而第二处理气体包括持续供应少于0.7秒且被激发成等离子体状态同时保持室压在130毫托以下的含碳氟气体(fluorocarboncontaininggas)。所述方法可进一步包括蚀刻步骤之前的聚合物清理步骤，其中所述聚合物清理步骤通过持续供应聚合物清理气体至少200毫秒且将所述聚合物清理气体激发成等离子体状态同时保持室压在150毫托以下来执行。进一步的处理包括沉积工艺，其中在所述室压在不同的设定点之间循环时，室压在供应相同或不同处理气体的同时反复变化。例如，可在不同的室压供应不同的处理气体或者可按不同的流率供应相同的处理气体。附图说明图1示出了可被用于执行半导体衬底的快速交替处理的等离子体处理系统和压强控制阀。图2A示出了现有技术的压强控制阀系统。图2B示出了图2A中所示的系统的节流阀的俯视图。图3A示出了包括具有固定开槽阀板和可移动开槽阀板的节流阀总成的压强控制系统。图3B示出了处于横向偏移位置的可移动开槽阀板，在该位置，固定开槽阀板和可移动开槽阀板中的平行槽被对准且流体连通。图3C示出了开槽阀板的实施方式，其中可移动阀板具有5个平行槽而固定阀板具有6个平行槽。具体实施方式现在将参考附图中所示的本专利技术的一些优选实施方式详细描述本专利技术。在下面的描述中，陈述了许多具体细节以便提供对本专利技术的透彻理解。但对本领域技术人员而言，显然，本专利技术可在没有这些具体细节的一些或全部的情况下实施。另一方面，公知的工艺步骤和/或结构没有被详细描述以免不必要地模糊本专利技术。本文所使用的术语“约”应当被解释为包括所列举的值往上或往下浮动多达10％的值。本文所描述的是等离子体处理室的压强控制阀总成，其中快速的压强改变是希望的。例如，半导体衬底的深特征可通过在不同的室压使蚀刻和钝化(保护性材料层的沉积)阶段快速交替来加工。压强控制阀总成被设计来最小化使等离子体处理室中的压强改变所花的时间。博世法的一个局限是被蚀刻的深特征的粗糙化的侧壁。该局限是由于博世法中所使用的循环性蚀刻/沉积方案且在本领域中被称为侧壁“扇贝边(scalloping)”。就许多器件应用而言，希望的是最小化这种侧壁粗糙部或扇贝边。扇贝边的范围通常测定为扇贝长本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在其中处理半导体衬底的等离子体处理室的压强控制阀总成，包括：具有入口、出口和在所述入口和所述出口之间延伸的导管的壳体，所述入口适于连接到所述等离子体处理室的内部且所述出口适于连接到真空泵，所述真空泵在所述室中的半导体衬底的处理过程中使所述等离子体处理室保持在希望的压强设定点；固定开槽阀板，其中具有第一组平行槽且其被不能移动地固定在所述导管中使得从所述室排出进入所述导管的气体穿过所述第一组平行槽；可移动开槽阀板，其中具有第二组平行槽且其相对于所述固定开槽阀板能移动到第一和第二位置以便在所述第一位置比在所述第二位置在更大程度上阻塞所述第一组平行槽；以及驱动机构，其附着到所述可移动开槽阀板且能操作来在所述第一和第二位置之间快速移动所述可移动开槽阀板以使所述室中的压强从较高的压强改变到较低的压强或者从较低的压强改变到较高的压强。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.07 US 13/290,6571.一种在其中处理半导体衬底的等离子体处理室的压强控制阀总成，包括：具有入口、出口和在所述入口和所述出口之间延伸的导管的壳体，所述入口适于连接到所述等离子体处理室的内部且所述出口适于连接到真空泵，所述真空泵在所述等离子体处理室中的半导体衬底的处理过程中使所述等离子体处理室保持在希望的压强设定点；固定开槽阀板，其中具有第一组平行槽且其被不能移动地固定在所述导管中使得从所述等离子体处理室排出进入所述导管的气体穿过所述第一组平行槽；所述导管中的可移动开槽阀板，其中具有第二组平行槽且其相对于所述固定开槽阀板能移动到第一和第二位置以便在所述第一位置比在所述第二位置在更大程度上部分阻塞所述第一组平行槽；以及驱动机构，其附着到所述可移动开槽阀板且能操作来在所述第一和第二位置之间快速移动所述可移动开槽阀板以使所述等离子体处理室中的压强从较高的压强改变到较低的压强或者从较低的压强改变到较高的压强；其中，所述固定开槽阀板和所述可移动开槽阀板是圆形的，所述第一和第二组平行槽具有均匀宽度W和不同长度，并且其中，当所述可移动开槽阀板定位在所述第一位置时，所述第一和第二组平行槽提供10％至20％的穿过所述固定开槽阀板和所述可移动开槽阀板的开口区域，当所述可移动开槽阀板定位在所述第二位置时，所述第一和第二组平行槽提供25％至50％的穿过所述固定开槽阀板和所述可移动开槽阀板的开口区域。2.如权利要求1所述的压强控制阀总成，其中所述驱动机构包括步进马达，所述步进马达在100毫秒内将所述可移动开槽阀板从所述第一位置移动到所述第二位置。3.如权利要求1所述的压强控制阀总成，其中所述固定开槽阀板和所述可移动开槽阀板的一半上的槽是其另一半上的槽的镜像。4.如权利要求1所述的压强控制阀总成，其中所述第一和第二组平行槽提供30％至50％的穿过所述固定开槽阀板和所述可移动开槽阀板中的每一个的开口区域。5.如权利要求1所述的压强控制阀总成，其中所述固定开槽阀板和所述可移动开槽阀板具有半径R，所述第一和第二组平行槽的所述均匀宽度为0.1R。6.如权利要求1所述的压强控制阀总成，其中所述固定开槽阀板和所述可移动开槽阀板中每个板的所述槽被隔开距离D，所述距离D等于或大于所述槽的均匀宽度W。7.如权利要求1所述的压强控制阀总成，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：米尔扎弗·阿巴查夫，卡梅利娅·鲁苏，布莱恩·麦科米林，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US