等离子室插入环制造技术

本发明专利技术提供了用于减少等离子室中电弧电流或电子向晶片或部件发射的方法和装置。这里公开了一种用在具有晶片支架的处理室中的插入部件（２３４）。所述插入部件包括由诸如硅之类的第一材料和诸如ＳｉＯ↓［２］之类的、电阻抗大于第一材料的第二材料（２３２）形成的复合部件。所述复合部件具有表面（２１４），其适于设置在邻近晶片支架（２１５）处，且由第二材料制成。一方面，处理室还具有适于围住晶片支架的外部件（２２５）。所述复合部件具有表面（２１６），其适于设置在邻近外部件处，且由第二材料制成。另一方面，所述复合部件具有表面（２３０），其适于设置在邻近半导体晶片（１１０）处，且由第二材料制成。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于半导体晶片处理系统的等离子室，更具体地涉及用于减少等离子室中电弧击穿或电子发射的改进设备和方法。
技术介绍
用于半导体晶片处理系统的等离子室普遍包括用于支撑这些室内的半导体晶片的晶片支架。某些晶片支架是基座(pedestal)，通常由铝或不锈钢制成，具有晶片可置于其上的顶端平面。其他晶片支架同时包括基座和通常用来固定晶片的静电吸盘。静电吸盘(Electrostatic Chuck，ESC)一般被支撑在基座上，且包括具有嵌入电极的介电层。为了在晶片和吸盘的支撑表面之间产生夹持力，将电极连接到电源，通常是高电压的直流电源。晶片支架组件通常置于用于完成化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)或蚀刻工艺的处理室的中央。为便于这些工艺的有效应用，经常在处理室中靠近处理晶片的表面形成等离子。为生成这种等离子，通常将一种处理气体引入处理室内，并将能量耦合到该处理气体以形成等离子。这种能量通常由耦合到射频(RF)功率源的天线或电极提供。例如，在电容性耦合的双电极等离子室中，可以在接地的室壁和支撑ESC的基座之间应用射频功率。在一种操作中，晶片置于ESC的支撑表面上，将处理气引入处理室中，通过将等离子生成能量和处理气耦合来产生等离子，最后吸持电压(chucking voltage)作用在ESC电极上。通常，吸持电压作用在电极和接地的处理室壁之间。这样，导电的等离子使得晶片相对于室壁有一个穿越暗区的小的电压降，这些暗区形成在晶片和等离子以及等离子和室壁之间。结果，电荷积聚在介电层的支撑表面上以及与该支撑表面相对的晶片表面上。每个表面上的电荷极性相反。结果，库仑力使得电荷相互吸引，并使晶片保持在ESC的支撑表面上。ESC可包括柔性电路，而柔性电路包括夹在上、下介电层之间的薄导电层，例如铜。介电层通常由聚酰亚胺或某些其他的柔性介电材料形成。在一些实施例中，柔性电路的厚度在6-9密尔之间(0.15-0.23毫米)。授予Shamouilian等人并转让给本专利技术的同一受让人的美国专利No.5,822,171中更详细地公开了叠层型(laminant-type)ESC。经常利用诸如酚醛-丁缩醛之类的粘合剂将柔性电路粘在基座的顶端表面上。基座通常是铝，但也可由诸如不锈钢之类的其他材料制成。在一些实施例中，柔性电路的直径比处理晶片的直径小4-10毫米，从而使得晶片完全地覆盖ESC的表面。这样，晶片防止了ESC暴露在等离子中。处理室的与晶片支架一起起作用的其他常规部件可包括绝缘环和聚焦环或顶环。在某些情况下，绝缘环和顶环被制做成单个部件。绝缘环通常呈环形，置于基座上并围住ESC。顶环通常也呈环形，其置于绝缘环上，并围住ESC和晶片。在一些实施例中，晶片伸出ESC边缘外的部分一般与聚焦环和绝缘环隔开，从而有利于晶片恰当地坐落在ESC上。但是，由于这些部件之间形成的间隙，所以可能发生所不期望的ESC或基座到晶片边缘的电流电弧。这种电弧可能造成对晶片边缘的点蚀损害，从而降低了晶片产率。在描述本专利技术之前，将解释常规磁增强等离子室的一个实例的整个操作。但是，本专利技术可用在各种等离子室中。图1示出了适合蚀刻或化学气相沉积(CVD)的磁增强、双电极、电容性耦合的等离子室100。利用感应耦合线圈、电子枪、微波发生器和其他等离子源，也可生成等离子。真空室100由圆柱形侧壁102、圆形底壁104和圆形顶壁或盖106密封。盖106和底壁104可以是电介质或金属。电接地的阳极电极108装在盖106的底部。可对阳极电极108打孔，作为处理气进入室内的气体入口。侧壁102可以是电介质或金属。如果是金属，则优选非磁性材料的金属，例如阳极氧化铝，这样不会干扰室外电磁线圈产生的磁场。如果侧壁是金属，则它可作为阳极的一部分。半导体晶片或工件110装在阴极电极112或基座上，而阴极电极112或基座位于室的较下端。真空泵(未示出)通过排气支管114抽出室内气体，并使室内总气压保持在一个足够低的水平，以方便等离子的生成，通常在10毫托到20托的范围内，压力范围的下限和上限分别是蚀刻和CVD工艺的典型压力。射频功率源116通过射频通孔117和一串耦合电容器118连接到阴极电极112或基座。射频功率源116提供阴极电极112和接地的阳极电极108之间的射频电压，这个电压将室内气体激发成等离子状态。等离子具有相对于阴极或阳极电极的按时间平均的正的直流电势或电压，这种电势或电压使离子化的处理气组分加速轰击阴极和/或阳极电极。等离子的磁性增强经常是通过阴极和阳极电极之间的区域中的直流磁场来实现的。磁场方向横穿室的纵向轴，即横穿在阴极和阳极电极之间延伸的轴。各种形式结构的永久磁体或电磁体可被用来提供这种横向磁场。一种这样的结构是图1中所示的线圈对120，它们设置在圆柱形室侧壁102的相对侧上。这两个线圈120与直流电源(未示出)串联且同相，以使它们产生附加在这两个线圈之间的区域中的横向磁场。这些磁场可机械地或电子地旋转，从而易于达到均匀。场强也可以变化。为使在等离子室内进行的等离子增强半导体制备工艺的速度达到最大，通常认为使射频功率与基座或阴极电极112区域的等离子的任意耦合最小是较好的，而不是使与直接位于晶片110后面(即被覆盖)区域的等离子耦合最小。换句话说，通常认为所期望的是使阴极侧面的射频功率的耦合最小，或者如果阴极直径大于晶片直径，使围绕晶片周边(perimeter)的阴极上表面的部分的射频功率的耦合最小。这样等离子壳层(plasma sheath)的离子流集中到阴极电极112的被晶片110所占的阴极表面区域。例如，图1示出了围绕圆柱形阴极电极112的侧边的圆柱形电介质或绝缘防护板122，以及覆盖围绕晶片110的阴极顶端表面部分的电介质或绝缘环124。在用于处理硅(Si)晶片的室中，通常使用高纯度石英作为电介质材料，这是因为石英通常不会向室内释放大量的污染物。通过增加电介质的厚度，并选择低介电常数的电介质材料，可使射频功率耦合达到最小。在这种设计中，对着阴极的等离子壳层区域与晶片区域更一致。通过将绝缘环124(图1)替换为一种改进绝缘环，晶片110上方的离子流的空间均匀性可进一步得到改善。参照图2，所示绝缘环202适于围住ESC 206。绝缘环202具有一个更薄的环形部分204，其与直接位于晶片110周边外面的ESC 206的边缘相邻。环形部分204通常足够薄，这样，在射频功率源116(图1)的频率(通常是13.56MHz)下它的电阻抗会足够低，从而使得射频功率源116的足够的射频功率通过环形部分204(图2)耦合到等离子，以促使晶片表面上的等离子壳层在环形部分204上方径向地向外延伸。硅插入环208覆盖绝缘环202的薄部分204，并设置在邻近绝缘环202的垂直侧壁217的位置处。插入环208可由纯硅、硅或多晶硅制成。应该注意，这些材料象晶片一样可进行蚀刻。(虽然由硅制成，但认为一层极薄的厚度小于100埃的二氧化硅(SiO2)薄膜会在环208的表面上自然形成，这是由暴露在氧气或大气中所导致的自然氧化而引起的。)这种构造的环往往在晶片110边缘处提供更均匀的等离子分布。换句话说，插入环208可增加晶片对等离子的有效尺寸。插入环208的另一个目的是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用在具有晶片支架的处理室中的插入部件，所述插入部件包括：由第一材料和第二材料组成的复合部件，所述第二材料的电阻抗大于所述第一材料；所述复合部件具有适于设置在邻近所述晶片支架处的第一表面；且所述第一表面由所述第二材 料制成，厚度超过１００埃。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马绍铭，马哈茂德达伊默尼，克拉斯比约克曼，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]