双等离子体源反应器处理晶片中离子与中性物质比控制制造技术

本文中公开的技术涉及双等离子体源反应器处理晶片中离子与中性物质比控制，具体涉及用于蚀刻衬底的方法和装置。板组件将反应室划分成下子室和上子室。板组件包括具有贯穿的孔的上板和下板。当使上板中的孔与下板中的孔对准时，离子和中性物质可经过板组件进入下子室。当这些所述孔不对准时，防止离子通过组件同时中性物质受到小得多的影响。因此，可通过控制孔对准面积的大小来调整离子通量:中性物质通量的比率。在某些实施方式中，板组件的一个板具体化成一系列同轴的、可独立运动的注入控制环。此外，在一些实施方式中，上子室具体化为被绝缘材料的壁隔离的一系列同轴的等离子体区。

【技术实现步骤摘要】
双等离子体源反应器处理晶片中离子与中性物质比控制
本专利技术总体上涉及半导体制造领域，更具体地涉及双等离子体源反应器处理晶片中离子与中性物质比的控制。
技术介绍
半导体制造中被频繁使用的一种操作是蚀刻操作。在蚀刻操作中，将一种或多种材料从部分制造的集成电路中部分或完全地除去。等离子体蚀刻被经常采用，特别是在相关几何形状较小，采用高宽深比或者需要精密的图案转印的情况下。通常，等离子体包含电子、离子和自由基。自由基和离子与衬底发生相互作用，以便蚀刻衬底上的特征、表面和材料。 由于器件尺寸缩小，因而等离子体蚀刻工艺需要日益地精密和均匀以便制造出高质量产品。减小器件尺寸的一个驱动因素是在每个衬底中提供更多的器件。一个相关的因素是从平面结构变化到三维晶体管结构(例如，逻辑器件的FinFET栅结构)和先进的存储结构(例如，磁电阻式随机存储器(MRAM)和电阻式随机存储器(ReRAM))。为了实现这种精密和均匀的工艺，必须基于若干相关因素(例如，将使用器件的应用、相关的化学过程、衬底的灵敏度等)来优化不同的工艺。在其它因素中，在蚀刻工艺中可优化的一些重要变量包括到达衬底的离子通量、到达衬底的自由基通量、和这两个通量之间的相关比率。 因为以不同的方式来优化不同工艺，所以适合于第一蚀刻工艺的装置可能并不适合于第二蚀刻工艺。部分地由于处理装置中的有限空间以及半导体制造设备的成本，理想的是半导体制造装置能够在衬底上方提供大范围的处理条件。此外，理想的可能是半导体器件能够在加工期间在衬底的不同部分上方提供大范围的处理条件以解决某些几何不均匀性的问题。在对大衬底(例如，300mm、特别是450mm的直径)进行加工的情况下该考虑事项是特别重要的，因为在这种大工件中几何不均匀性更加严重。这样，可将单个装置用于许多不同应用以获得均匀的结果。本文中描述的技术尤其可用于实施多步骤蚀刻工艺(诸如与FinFET结构相关的蚀刻工艺)和后段制程(BEOL)加工(诸如某些双镶嵌工艺)，特别是当在大衬底上实施时。本文公开的实施方式尤其可用于某些先进技术节点，诸如40nm节点、1nm节点、和7nm节点。
技术实现思路
本文中的某些实施方式涉及用于蚀刻衬底的装置和方法。在本专利技术实施方式的一个方面，用于蚀刻衬底的装置包括(a)反应室、(b)位于反应室中由此将反应室划分成上子室和下子室的板组件；其中该板组件包括:Q)第一板和Qi)第二板，该第二板包括可独立地相对于第一板旋转的至少两个大致同轴的板部，其中第一板和第二板具有延伸穿过各板的厚度的孔，(c)连通到上子室的一个或多个气体入口 ；(d)被设计或构造成从反应室中排出气体的、连通到反应室的一个或多个气体出口 ；和(e)被设计或构造成在上子室中生成等离子体的等离子体发生源。 在一些实施方式中，所述装置包括至少三个大致为同轴的板部。在这些或其它情况下，在板组件的至少一个板中的孔的至少部分可具有在约0.2-0.4之间的宽深比。板组件的至少一个板可具有在约40-60%之间的开放面积。在某些实施方案中，第二板的板部包含绝缘材料，第一板包含导电材料。将上子室划分成由一个或多个绝缘壁分隔开的多个同轴的等离子体区。在各种实施方式中，控制器可用于执行蚀刻方法。例如，控制器可被设计或构造成使一个或多个同心板部旋转，以便控制衬底上中心到边缘的蚀刻条件。控制器也可被设计或构造成使至少第一同心板部相对于第一板运动以便确定第一和第二板中孔的方位，从而控制离子与自由基的通量比。 在本专利技术的实施方式的另一方面，提供了一种用于蚀刻衬底的装置，该装置包括:(a)具有上子室和下子室的反应室，其中上子室包括至少两个大致为同轴的等离子体区，其中一个或多个绝缘壁使各等离子体区与其它等离子体区隔离；(b)位于上子室和下子室之间并且包括第一板和第二板的板组件，其中每个板具有延伸穿过板厚度的孔，并且其中第二板可相对于第一板旋转；(c)连通到上子室的一个或多个气体入口 ；(d)被设计或构造成从下子室中排出气体的、连通到下子室的一个或多个气体出口 ；和(e)被设计或构造成在上子室中产生等离子体的等离子体发生源。 所述装置还可包括平移致动机构，该机构被设计或构造成使板组件的至少一个板朝向和远离板组件的其它板而运动，使得第一板与第二板之间的距离是可变的。在一些情况下，至少一个板可被设计或构造成充当将气体输送至上子室或下子室的喷头。通常在第一板与第二板之间存在某个距离。在一些实施方式中，此距离是在约l_6mm之间。板组件的至少一个板可具有在约3-20_之间厚度。可使用各种类型的等离子体发生源。在一个实例中，等离子体发生源被设计或构造成产生电感耦合等离子体。同心等离子体区的数量也可以变化。在一些实施方式中，上子室包括至少三个大致为同轴的等离子体区。各种实施方案采用构造成执行蚀刻方法的控制器。在一个实例中，控制器被设计或构造成独立地控制在同心等离子体区中的等离子体发生并由此控制衬底上中心到边缘的条件。控制器也可被设计或构造成使至少一个同心板部相对于第一板运动以便确定第一板和第二板的孔方位，从而控制离子与自由基的通量比。 在所公开的实施方式的另一方面，提供了一种蚀刻衬底的方法，该方法包括(a)将衬底接纳在蚀刻装置的反应室中，该蚀刻装置包括(i)位于反应室中并由此将反应室划分成上子室和下子室的板组件,其中该板组件包括第一板和第二板,其中第二板包括至少两个同心部，其中同心部可独立地相对于第一板旋转，并且其中第一板和第二板具有延伸穿过每个板厚度的孔，(ii)连通到上子室的一个或多个气体入口，(iii)被设计或构造成从下子室中排出气体的、连通到下子室的一个或多个气体出口，和(iv)被设计或构造成在上子室中产生等离子体的等离子体发生源；(b)使等离子体发生气体流入上子室并产生等离子体；(C)使存在于等离子体中的中性物质从上子室经过板组件流入下子室；和(d)蚀刻衬底。 所述方法还可包括使板组件的上板与下板中至少一些孔对准，以便离子从上子室穿过板组件流入下子室。在一些情况下，利用板组件的不同部分来获得不同的自由基与离子的通量比。例如，穿过板组件的第一部的自由基与离子的第一通量比可以不同于穿过板组件的第二部的自由基与离子的第二通量比。在一些实施方式中，所述方法还包括通过使第二板的至少一个同心部旋转来控制穿过板组件的自由基与离子的通量比。所述方法还可包括向位于下子室中的衬底支撑件施加偏置。向衬底支撑件施加的偏置可在下子室中产生等离子体。然而，在其它情况下，向衬底支撑件施加偏置并不在下子室中产生等离子体。在某些情况下，所述方法可包括向板组件的一个或多个板施加偏置。在一个【具体实施方式】中，向第二板的不同的同心板部施加不同水平的偏置。所述方法还可包括使一个或多个同心板部旋转，以便控制衬底上的中心到边缘的蚀刻条件。 在所公开的实施方式的另一方面，提供了一种蚀刻衬底的方法，该方法包括(a)将衬底接纳在蚀刻装置的反应室中，该蚀刻装置具有:(i)上子室和下子室，其中上子室包括至少两个大致为同轴的等离子体区，其中一个或多个绝缘壁将各等离子体区与其它等离子体区隔离，(ii)位于上子室和下子室之间并且包括第一板和第二板的板组件，其中每个板具有延伸穿过板本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于蚀刻衬底的装置，其包括：(a)反应室，(b)位于所述反应室中由此将所述反应室划分成上子室和下子室的板组件，其中所述板组件包括：(i)第一板，和(ii)第二板，其包括至少两个大致同轴的能独立地相对于所述第一板旋转的板部，其中所述第一板和第二板具有延伸穿过各板的厚度的孔，(c)连通到所述上子室的一个或多个气体入口，(d)被设计或构造成从所述反应室中排出气体的、连通到所述反应室的一个或多个气体出口，和(e)被设计或构造成在所述上子室中产生等离子体的等离子体发生源。

【技术特征摘要】
2013.09.20 US 14/033,2411.一种用于蚀刻衬底的装置，其包括: (a)反应室， (b)位于所述反应室中由此将所述反应室划分成上子室和下子室的板组件，其中所述板组件包括: (i)第一板，和 (?)第二板，其包括至少两个大致同轴的能独立地相对于所述第一板旋转的板部，其中所述第一板和第二板具有延伸穿过各板的厚度的孔， (c)连通到所述上子室的一个或多个气体入口， (d)被设计或构造成从所述反应室中排出气体的、连通到所述反应室的一个或多个气体出口，和 (e)被设计或构造成在所述上子室中产生等离子体的等离子体发生源。2.根据权利要求1所述的装置，包括至少三个大致为同轴的板部。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述板组件的至少一个板中的至少部分的所述孔具有在约0.2-0.4之间的宽深比。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述板组件的至少一个板具有在约40-60%之间的开放面积。5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中所述第二板的所述板部包含绝缘材料，所述第一板包含导电材料。6.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中所述上子室被划分成被一个或多个绝缘壁隔离的多个同轴的等离子体区。7.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，还包括控制器，所述控制器被设计或构造成使一个或多个同轴板部旋转以便控制所述衬底上的中心到边缘的蚀刻条件。8.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，还包括控制器，所述控制器被设计或构造成使至少第一同轴板部相对于所述第一板运动以便确定所述第一板和第二板的孔的方位从而控制离子与自由基的通量比。9.一种用于蚀刻衬底的装置，其包括: (a)包括上子室和下子室的反应室，其中所述上子室包括至少两个大致同轴的等离子体区，其中通过一个或多个绝缘壁将每个等离子体区与其它等离子体区隔离； (b)位于所述上子室和下子室之间且包括第一板和第二板的板组件，其中每个板具有延伸穿过所述板的厚度的孔，并且其中所述第二板能相对于所述第一板旋转； (C)连通到所述上子室的一个或多个气体入口 ； (d)被设计或构造成从所述下子室中排出气体的连通到所述下子室的一个或多个气体出口 ；和 (e)被设计或构造成在所述上子室中产生等离子体的等离子体发生源。10.根据权利要求9所述的装置，还包括平移致动机构，所述平移致动机构被设计或构造成使所述板组件的至少一个板朝向和远离所述板组件的其它板运动，使得所述第一板与第二板之间的距离是可变的。11.根据权利要求9所述的装置，其中所述板中的至少一个被设计或构造成充当将气体输送至所述上子室或下子室的喷头。12.根据权利要求9所述的装置，其中所述第一板与第二板之间的距离是在约1-6皿之间。13.根据权利要求9所述的装置，其中所述板组件的至少一个板的厚度是在约3-20臟之间。14.根据权利要求9-13中任一项所述的装置，其中所述等离子体发生源被设计或构造成产生电感耦合等离子体。15.根据权利要求9-13中任一项所述的装置，其中所述上子室包括至少三个大致为同轴的等离子体区。16.根据权利要求9-13中任一项所述的装置，还包括控制器，所述控制器被设计或构造成独立地控制在所述同轴的等离子体区中的等离子体发生并由此控制所述衬底上的中心到边缘的蚀刻条件。17.根据权利要求9-13中任一项所述的装置，还包括控制器，所述控制器被设计或构造成使至少一个同轴的板部相对于所述第一板运动以便确定所述第一和第二板的孔的方位从而控制离子与自由基通量比。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉金德尔·迪恩赛，南尚基，阿列克谢·马拉赫塔诺夫，埃里克·A·赫德森，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US