等离子体系统及使用该系统进行处理的方法技术方案

本公开涉及等离子体系统及使用该系统进行处理的方法。其中等离子体系统包括等离子体室，其包括室壁，具有设置在室壁内的第一焦线和第二焦线。第一天线在第一焦线处设置在等离子体室内。室壁被配置为将来自第一天线的辐射聚焦到第二焦线上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及工艺设备，并且在具体实施例中，涉及等离子体系统以及使用该等离子体系统处理设备的方法。
技术介绍
在许多电子和其他应用中使用半导体器件。半导体器件包括形成在半导体晶圆上的集成电路，通过在半导体晶圆上方沉积许多类型的薄膜材料并且图案化薄膜材料来形成集成电路。半导体工业的进步需要以较低的成本实现较高的性能。改进产品质量是制造半导体器件的另一挑战。例如，蚀刻薄膜涉及保持均匀的蚀刻速率(横跨晶圆和晶圆内)以及期望的方向性的挑战。类似地，在沉积临界层之前，必须均匀地清洁表面。半导体处理系统也受制造成本约束。因此，期望减少处理时间(或增加产量)和降低停工时间(或维护时间)，但是同时提高产品质量。基于等离子体的处理通常被用于蚀刻、清洁和灰化工艺。例如，常用的等离子体系统包括蚀刻机、平行板系统、高密度等离子体系统、溅射蚀刻系统等。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例，一种等离子体系统包括等离子体室，该等离子体室包括室壁，具有设置在室壁内的第一焦线(focalline)和第二焦线。第一天线设置在等离子体室内，位于第一焦线处。室壁被配置为将来自第一天线的辐射聚焦在第二焦线上。根据本专利技术的实施例，处理半导体晶圆的方法包括：在等离子体室内放置半导体晶圆。等离子体室包括室壁和第一天线，具有设置在等离子体室内的第一焦线和第二焦线。第一天线设置在第一焦线处，并且半导体晶圆设置在第二焦线处。对等离子体室内的第一天线供电以生成电磁辐射。室壁被配置为将来自第一天线的电磁辐射聚焦到第二焦线。附图说明为了更完整地理解本专利技术及其优势，现在结合附图进行以下描述，其中：图1A至图1D示出了根据本专利技术实施例的等离子体系统，其中图1A示出了等离子体系统的截面图，其中图1B示出了等离子体系统的侧视图，其中图1C示出了等离子体系统的顶视图，其中图1D示出了等离子体系统的投影图。图2A和图2B示出了根据本专利技术实施例的包括椭圆形室壁的等离子体系统，其中图2A示出了根据本专利技术实施例的等离子体系统的截面图，其中图2B示出了根据本专利技术实施例的等离子体系统的侧视图。图3A和图3B示出了根据本专利技术另一实施例的包括双椭圆室壁的等离子体系统，其中图3A示出了等离子体系统的侧视图，其中图3B示出了等离子体系统的投影图。图4示出了根据本专利技术又一实施例的包括具有四个椭圆柱部分的室壁的等离子体系统的侧视图。图5示出了根据本专利技术实施例的等离子体系统的侧视图。图6示出了根据本专利技术又一实施例的等离子体系统的侧视图。图7示出了根据本专利技术又一实施例的等离子体系统的等离子体源的侧视图。图8A至图8C示出了根据本专利技术实施例的利用等离子体蚀刻进行的制造工艺的各个阶段中的半导体器件的截面图。图9A和图9B示出了根据本专利技术实施例的利用等离子体灰化进行的制造工艺的各个阶段中的半导体器件的截面图。图10A和图10B示出了根据本专利技术实施例的用于等离子体清除浮渣(descumming)工艺的等离子体系统的应用。具体实施方式任何等离子体系统的一个挑战是蚀刻度量(诸如蚀刻速率和产量)、蚀刻的方向性、蚀刻的均匀性、选择性、变化(例如，裸片-裸片、晶圆-晶圆、批次-批次)和其他特征之前的权衡，同时使得制造成本最小化，诸如由于系统的复杂度、晶圆吞吐量、部件替换以及设备停工时间而导致的从初始建设费用增加的成本。典型的等离子体工艺涉及二者之间的折中。在典型的等离子体蚀刻系统中，诸如氩的惰性气体被馈送到低压的等离子体室中。可以通过横跨等离子体室施加电压来在等离子体室内生成等离子体，其中通过射频功率或微波能量等来提供电能。所生成的等离子体包括离子化惰性气体原子以及中性反应化学物。离子化惰性原子被室中的电场吸引或加速，而中心化学物不会如此。离子化惰性原子经过室，并且它们中的一些轰击晶圆表面。相对地，中性化学物扩散通过等离子体室并到达晶圆表面。因此，例如，晶圆上的蚀刻速率可依赖于入射离子的数量、化学物的数量、反应化学物的粘附系数。增加离子相对于化学物的相对含量导致更多的物理蚀刻，因为更多的离子碰撞将被蚀刻的层的表面。相对地，减小离子相对于化学物的相对含量导致更多的化学蚀刻，因为更多的中性化学物到达将被蚀刻的层的表面。典型地，化学蚀刻导致各向同性蚀刻，而物理蚀刻导致各向异性蚀刻。典型地，在筒状反应器中执行各向同性蚀刻。在这种反应器中，通过去除和/或减少蚀刻的物理分量来最小化蚀刻的各向异性特性。然而，化学蚀刻是扩散占优工艺，并且导致晶圆产量的降低和/或晶圆-晶圆变化的增加。在本专利技术的各个实施例中，使用椭圆或椭圆体形状的等离子体室来描述具有改进和降低的制造成本同时基本不损害质量或产量的蚀刻/灰化/清洁系统。本专利技术的各个实施例描述了重新设计的筒状反应器以提高晶圆位置处的等离子体激励和反应体密度的效率，从而显著提高了蚀刻速率而不劣化变化。将使用图1描述本专利技术的示例性实施例，然后使用图2至图7描述使用这些概念的各种附加实施例。使用图8至图10描述使用等离子体系统的设备的制造的实施例。图1A示出了根据本专利技术实施例的等离子体系统的截面图。图1B示出了根据本专利技术实施例的等离子体的局部侧视图。图1C示出了根据本专利技术实施例的等离子体系统的局部顶视图。图1D示出了等离子体系统的投影图。参照图1A，等离子体系统是微波等离子体系统，并且包括具有室壁10的等离子体室100。等离子体室100包括一个或多个入口和出口(例如，入口30和出口40)，用于引入和去除等离子体处理中使用的气体。入口30和出口40可以通过精细的流动阀来控制以精确地监控和控制进出等离子体室100的气体的组成和流速。等离子体室100可以利用适当气压下的等离子体气体而疏散和增压。附加的真空泵耦合至等离子体室100以在预期处理晶圆时疏散等离子体室。在各个实施例中，气压可以较低，例如10mTorr至200mTorr。例如，等离子体气体可以包括惰性气体，诸如氩气、氙气、氮气、氦气。等离子体气体还可以包括附加的反应气体，诸如CF4、O2、XeF2、C2H6、Cl2、SF6、HBr、NF3、CHCl3、CHF3、C4F8等。实际的等离子体化学物取决于所需的选择性和被蚀刻的材料以及期望的方向性。天线20设置在等离子体室100内，并且被配置为发射用于生成离子的电磁辐射，即，在等离子体室100内离子化等离子体气体。典型的天线可以是偶极子天线，天线的总长度是激励频率的波长的一半的奇数倍(1/2λ、3/2λ、5/2λ等)。天线包括金属导体，金属导体又优先地不会对暴露给等离子体工艺的材料产生污染风险。天线还可以分别被保护涂层或金属衬层涂覆或环绕。在一个实施例中，天线20可以是杆状天线，从其表面发射前进(travelling)波。因此，在这种实施例中，辐射在杆的轴处是最大的。在另一实施例中，天线20可以是谐振天线，诸如单极或偶极子发射波。如图1B和图1C所示，室壁10从一侧具有椭圆形状但是在其他维度上为圆柱(这还在图1D的投影图中示出)。在图1D中示出了椭圆柱形的室壁10。在各个实施例中，室壁10包括凹面，使得在室壁10处反射的所有微波辐射都被重新聚焦在等离子体室100内的单线处。在各个实施例中，天线20位于第一焦线F1处，而反射辐射被重新聚焦在第二焦线F2处。在一些实施例中，天线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体系统，包括：等离子体室，包括室壁，所述等离子体室包括第一焦线和第二焦线；以及第一天线，设置在所述等离子体室内，位于所述第一焦线处，其中所述室壁被配置为将来自所述第一天线的辐射聚焦到所述第二焦线上。

【技术特征摘要】
2015.07.29 US 14/812,7841.一种等离子体系统，包括：等离子体室，包括室壁，所述等离子体室包括第一焦线和第二焦线；以及第一天线，设置在所述等离子体室内，位于所述第一焦线处，其中所述室壁被配置为将来自所述第一天线的辐射聚焦到所述第二焦线上。2.根据权利要求1所述的等离子体系统，其中所述室壁包括椭圆形状。3.根据权利要求2所述的等离子体系统，其中所述室壁包括椭圆柱。4.根据权利要求1所述的等离子体系统，其中所述室壁包括椭圆体形状。5.根据权利要求1所述的等离子体系统，其中所述第一天线是电磁辐射的源，并且其中所述室壁包括用于所述电磁辐射的反射材料。6.根据权利要求1所述的等离子体系统，其中所述电磁辐射包括微波。7.根据权利要求1所述的等离子体系统，还包括：卡盘，用于保持设置在所述等离子体室中的晶圆，其中所述卡盘被配置为在所述第二焦线处保持所述晶圆。8.根据权利要求1所述的等离子体系统，还包括设置在所述等离子体室的第三焦线处的第二天线，其中所述室壁被配置为将来自所述第二天线的辐射聚焦到所述第二焦线上。9.根据权利要求1所述的等离子体系统，还包括：第二天线，设置在所述等离子体室的第三焦线处；第三天线，设置在所述等离子体室的第四焦线内，其中所述室壁被配置为将来自所述第二天线和所述第三天线的辐射聚焦到所述第二焦线上。10.根据权利要求1所述的等离子体系统，还包括：第二天线，设置在所述等离子体室的第三焦线内；第三天线，设置在所述等离子体室的第四焦点内；第四天线，设置在所述等离子体室的第五焦线内，其中所述室壁被配置为将来自所述第二天线、所述第三天线和所述第四天线的辐射聚焦到所述第二焦线上。11.根据权利要求1所述的等离子体系统，其中所述室壁与所述第一焦线之间的最近距离与所述室壁与所述第二焦线之间的最近距离相同。12.根据权利要求1所述的等离子体系统，其中所述第一天线...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·恩格尔哈特，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE