适合于蚀刻高纵横比结构的真空处理室制造技术

本发明专利技术的实施方式提供一种适合用于蚀刻高纵横比结构的诸如处理室的装置。在其他实施方式中，公开了能在高纵横比蚀刻期间获得优良结果的不同的处理室部件。例如，在一个实施方式中，提供处理室包括具有其中设置有喷头组件和衬底支撑组件的室体。喷头组件包括至少两个流体地隔离的充气室，能透射光学计量信号的透光区，以及穿过喷头组件形成的多个气体通路，将充气室流体地耦合至室体的内部容积。在其他实施方式中，提供了有益于等离子体蚀刻高纵横比结构的新型阴极衬垫、上部外衬垫、下部外衬垫、衬底支撑组件、盖组件、喷头组件和石英环的至少其中之一。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施方式-般涉及用于在半导体衬底等中蚀刻高纵横比结构的 真空处理室及其中使用的部件。
技术介绍
更快、更大功率集成电路(IC)器件对于IC制造技术的要求引入了新的挑战，包括需要蚀刻高纵横比结构，诸如在如半导体晶片的衬底上的沟槽或通 孔。例如，在一些动态随机存储器应用中使用的深沟槽存储结构需要蚀刻进入半导体衬底的深的高纵横比沟槽。 一般在反应离子蚀刻(RIE)工艺中利用氧 化硅掩模执行深的硅酮沟槽蚀刻。在蚀刻高纵橫比结构中已经显示出强大(robust)性能的一种传统系统是 CENTURA HART 蚀刻系统，可从位于加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材 料有限公司获得。HARTTM蚀刻系统利用磁增强反应离子刻蚀技术(MERIE) 反应器能够蚀刻具有纵横比达到70:1的沟槽，同时保持从中心到边缘5%的沟 槽深度的均匀性。然而，为了能够制造具有亚90nm临界尺寸的集成电路，电 路设计者己经提出要求要在甚至更高纵横比的情况下改善均匀沟槽的均匀性。 这样，可期待改进蚀刻性能以使实现下一代器件成为可能。因此，需要一种用于蚀刻高纵横比特征的改进装置。
技术实现思路
本专利技术的实施方式提供一种诸如处理室的装置，其适合于蚀刻高纵横比 结构。在其他实施方式中，公开不同的室部件能在高纵横比蚀刻期间获得优良 的处理结果。例如，在一个实施方式中提供了包括具有喷头组件和衬底支撑组 件的处理腔室。该喷头组件包括至少两个流体地隔离的充气室(plenum),可 透射光学计量信号的区域，以及多个穿过喷头组件形成的气体通道，喷头组件 将充气室流体地耦合至腔室主体的内部容积或空间(interiorvolume)。在其他实施方式中，提供有益于等离子体蚀刻高纵横比特征的新型阴极衬垫、上外部 衬垫、下外部衬垫、衬底支撑组件、盖组件、喷头组件和石英环的至少其中之在一个实施例中，处理腔室包括腔室主体，其具有位于其中的喷头组f牛和衬底支撑组件。喷头组件包括至少两个流体地隔离的充气室(plenum),可 透射光学计量信号的区域，以及多个穿过喷头组件形成的气体通道，喷头组i牛 将充气室流体地耦合至腔室主体的内部容积或空间。在另一个实施例中，处理腔室包括腔室主体，其具有位于其中的喷头组 件和衬底支撑组件。喷头组件包括内部气体流动区、外部气体流动区和可透射 光学计量信号的区域。所述内部和外部区彼此是流体地隔离的。衬底支撑组件 包括至少两个独立可控制的且横向隔开的温度区。设置光学计量系统，以通过 喷头组件的可透射区域观察腔室主体的内部容积。衬底支撑组件具有偏压电、源 和至少两个耦合到其上的等离子体电源。在另一个实施例中，处理腔室包括具有位于其中的气体分配板和衬底支 撑组件的室主体。气体分配板具有一组外部气流？L、 一种内部气流孔和一组光 学计量孔。内部气体流动区是通过第一组气流孔流体地耦合到腔室主体内部容 积。外部气体流动区与内部区隔离，并通过第二组气流孔耦合到所述内部容积。 陶瓷插塞具有多个孔并与光学计量孔和窗口对齐。衬底支撑组件被安置在腔室 主体中并具有至少两个独立可控制的且横向隔开的温度区。安置光学计量系统 以便通过窗口、插塞中的孔和光学计量孔限定的光学通道观察腔室主体的内部 容积。衬底支撑组件具有偏压电源和至少两个耦合到其中的等离子体电源。在另一个实施例中，提供了一种用于刻蚀高纵横比部件的方法，其包括 向混合歧管提供多种气体，控制从混合歧管流到处理腔室中不同区域的混合气 体比率；并旁路混合歧管向处理腔室的至少一个区域提供至少一种直接注入气 体。在另一个实施例中，提供包括耦合到上部的气体分配板的喷头组件。气体 分配板具有一组外部气流孔、 一组内部气流孔和一组光学计量孔。所述上部具 有流体地耦合到外部气流孔组的第一充气室，和流体地耦合到内部气流孔组的 第二充气室。这些充气室在上部内流体地隔离。陶瓷插塞穿过上部并具有与光 学计量孔对齐的光学透射区。附图说明为了能够详细地理解本专利技术的上述特征的方式，更具体地描述上诉简要概 括的本专利技术，可参考实施方式进行，这些实施方式中的一些在附图中进行说明。 然而，应该注意，附图仅说明本专利技术的一般实施方式，而不能被认为是限制它 的范围，因为本专利技术可以包括其它等效的实施方式。图1是本专利技术的处理室的-一个实施方式的剖面图2是喷头的一个实施方式的剖面图3是图2的喷头的插塞的一个实施方式的透视图4是图2的喷头的剖面图5是图2的喷头的另一个横截面图6是沿着图5的剖切线6~6剖开的喷头的部分剖面图7是喷头的另一个实施方式的剖面图8是说明用于图i的处理室的气体的线路和控制的气体控制的一个实施方式的示意图9-10A-B是衬垫的一个实施方式的透视和部分剖面图11A是支撑覆盖环的一个实施方式和阴极衬垫的一个实施方式的衬底支座组件的部分剖面图；以及图11B是沿着图11A的剖切线11B—11B剖开的阴极衬垫的剖面图； 图11C是沿着图11A的剖切线11C一11C剖开的阴极衬垫的仰视图； 图11D是沿着图11A的剖切线11C一11C剖开的阴极衬垫的仰视图，其示出冷却通道的一个实施方式；图IIE是沿着图IID的剖切线IIE—IIE剖开的阴极衬垫的部分剖面图IIF是阴极衬垫的部分剖面图，其示出冷却通道；图12A-B是说明升降销导引组件的两个实施方式的衬底支撑组件的部分 剖面图13A-B是衬底支撑组件的一个实施方式的部分仰视图； 图13C是图13A-B的衬底支撑组件的一个实施方式的部分仰视图； 图14是盖组件的另一实施方式的等视图，其示出基座和帽(cap); 图15A是图14的基座的剖面图；图15B-C是图14的基座的部分剖面图16是图14的基座的俯视图17是图14的盖组件的帽的等视图18是喷头组件的一个实施方式的等视图19是图18的喷头组件的剖面图；以及 '图20是图18的喷头组件的部分剖面图。为了利于理解，只要可能，相同的附图标记代表各个图中共有的相同的元 件。如果没有进一歩的叙述，应该设想或认为一个实施方式中的元件有利地可 以有利地用在其它实施方式中。具体实施例方式图1是适合于在衬底144中蚀刻高纵横比结构的处理室100的一个实施方 式的剖面图。尽管示出了处理室IOO包括有优异蚀刻性能的多个特征，可以设 想可以使用其它的处理室，以得益于在此公开的本专利技术的一个或多个特征。处理室100包括室主体102和封闭内部容积106的盖104。室主体102 — 般由铝、不锈钢或其他适合的材料制成。室主体102 —般包括侧壁108和底 110。衬底进气口 (未示出) 一般在侧壁108中形成且由狭缝阀选择地密封， 以利于衬底144自处理室IOO进入和出去。在室主体102中形成有排气口 126 且连接内部容积106到泵系统128。泵系统128 —般包括用于排气和调整处理 室100的内部容积106的压力的一个或多个泵和节流阀。在一个实施方式中， 泵系统128保持内部容积106内部的压强一般地在约10毫托(mTorr)到约 20托(Torr)之间的工作压强。衬垫118、 178用于保护室主体102的侧壁108。衬垫118、 178可包括温 度控制结构，诸如电阻加热器或用于冷却流体的通道。在一个实施方式中，阴 极衬垫118包括形成在法兰121中的导管120，法兰支撑室底本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理室，包括：　具有内部容积的室主体；　喷头组件，其耦接至所述室主体的顶并具有在其中形成的至少两个流体地隔离的充气室，可透射光学计量信号的区域，以及多个穿过该喷头组件形成的气体通道，将充气室流体地耦合至腔室主体的内部容积或空 间；以及　设置在所述室主体中的衬底支撑组件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-5-3 11/381,523;US 2006-5-31 11/421,2081. 一种处理室，包括具有内部容积的室主体；喷头组件，其耦接至所述室主体的顶并具有在其中形成的至少两个流体地隔离的充气室，可透射光学计量信号的区域，以及多个穿过该喷头组件形成的气体通道，将充气室流体地耦合至腔室主体的内部容积或空间；以及设置在所述室主体中的衬底支撑组件。2. 根据权利要求1所述的处理室，其特征在于，所述衬底支撑组件进一 步包括静电卡盘；以及热调节板，设置在所述静电卡盘下方并具有至少两个独立可控温度区。3. 根据权利要求1所述的处理室，其特征在于，至少两个独立可控温度 区横向隔开。4. 根据权利要求1所述的处理室，其特征在于，进一步包括衬垫，其使所述衬底支撑组件的侧部与所述室主体的内部容积隔离，所述 衬垫具有上部较大直径部分和下部较小直径部分。5. 根据权利要求4所述的处理室，其特征在于，所述衬垫包含钇。6. 根据权利要求4所述的处理室，其特征在于，所述衬垫包括Y203。7. 根据权利要求4所述的处理室，其特征在于，进一步包括 覆盖环，其设置在所述衬底支撑组件上并具有两个向下定向的脊，该脊限定俘获所述衬垫的上终端的狭槽。8. 根据权利要求1所述的处理室，其特征在于，进一步包括与所述衬底支撑组件耦合的多个等离子电源。9. 根据权利要求8所述的处理室，其特征在于，进一步包括.-围绕所述室主体设置的多个磁铁。10. 根据权利要求1所述的处理室，其特征在于，进一步包括具有耦合至混合歧管的多个气体源的气体仪表盘，所述混合歧管流体地耦合至所述喷头组件的充气室；以及至少一种直接注入气体，其流体地耦合至所述充气室至少其中之一并旁路所述混合歧管。11. 根据权利要求1所述的处理室，其特征在于，进一歩包括 混合歧管；与所述混合歧管耦合的多个第一气体源；以及在所述混合歧管和所述喷头组件的充气室之间流体地耦合的流动控制器， 所述流动控制器配置为控制流向所述充气室的气体比率。12. 根据权利要求ll所述的处理室，其特征在于，进一步包括 流体地耦合至所述充气室至少其中之一并旁路所述混合歧管的至少一种注入气体。13. 根据权利要求n所述的处理室，其特征在于，所述喷头组件进一步包括面向由大块钇制造的所述衬底支撑组件的气体分配板。14. 一种处理室，包括 具有内部容积的室主体；喷头组件，其耦合至所述室主体的顶部并具有内部气体流动区、外部气体 流动区和可透射光学计量信号的区域；衬底支撑组件，其设置在所述室主体中并具有至少两个独立可控制的且 横向隔开的温度区；光学计量系统，其设置为以通过喷头组件的可透射区域观察腔室主体的内部容积；与所述衬底支撑组件耦合的偏压电源； 以及与所述衬底支撑组件耦合的至少两个等离子体电源。15. 根据权利要求14所述的处理室，其特征在于，进一步包括 壁衬垫，使所述室主体的内壁与内部容积隔离；以及阴极衬垫，使所述衬底支撑组件的侧部与内部容积隔离，其中所述衬垫 由钇、钇合金或钇的氧化物形成，或涂敷。16. 根据权利要求15所述的处理室，其特征在于，进一步包括 陶瓷覆盖环，设置在所述衬底支撑组件上并具有两个向下定向的脊，其限定所述阴极衬垫的上终端。17. 根据权利要求14的处理室，其特征在于，进一步包括与混合歧管耦合的具有多个气体源的气体仪表盘，所述混合歧管耦合至 所述喷头组件的各个区；以及流体地耦合至所述区至少其中之一并旁路所述混合歧管的至少一种直接 注入气体。18. 根据权利要求14所述的处理室，其特征在于，迷一歩包括 混合歧管； ' 耦合至所述混合歧管的多个第一气体源；在所述混合歧管和所述喷头组件的区之间流体地耦合的流动控制器，所 述流动控制器配置为控制流向所述区中的气体比率。19. 根据权利要求18所述的处理室，其特征在于，进一步包括 与所述充气室至少其中之一流体地耦合并旁路所述混合歧管的至少一种直接注入气体。20. 根据权利要求14所述的处理室，其特征在于，所述喷头组件进一步包括面向由钇制造的所述衬底支撑组件的气体分配板； 具有限定在其中的区的多个喷头板；以及陶瓷插塞，其设置为穿过所述喷头板至少其中之一的中心并具有限定在 其中的透射区。21. —种处理室，包括 具有内部容积的室主体组件；设置在内部容积并具有一组外部气流孔、 一组内部气流孔和一组光学计量孔的气体分配板；穿过第一组气流孔流体地耦合到所述内部容积的内部气体流动区； 外部气体流动区，与所述内部区隔离并通过第二组气流孔耦合至所述内部容积；具有与所述光学计量孔对齐的多个孔的陶瓷插塞； 与所述插塞对齐的窗口；衬底支撑组件，设置在所述室主体中并具有至少两个独立可控且横向隔 开的温度区；光学计量系统，设置为以便通过窗口、插塞中的孔和光学计量孔限定的光学通道观察腔室主体的内部容积；与衬底支撑组件耦合的偏压电源；以及 与所述衬底支撑组件耦合的至少两个等离子体电源。22. 根据权利要求21所述的处理室，其特征在于，所述气体分配板包含钇。23. 根据权利要求21所述的处理室，其特征在于，所述气体分配板包含 Y203。 '24. —种用于蚀刻高纵横比结构的方法，包括 向混合歧管提供多种气体；控制从混合歧管流到其中设置有衬底的处理腔室中不同区域的混合气体比率；旁路混合歧管向处理腔室的至少一个区域提供至少一种直接注入气体；以及使用由所述混合气体以及至少 一种直接注入气体形成的等离子体蚀刻衬底。25. 根据权利要求24所述的方法，其特征在于，进一步包括 独立控制衬底和支撑所述衬底的衬底支架之间传递的热量。26. —种用于半导体处理系统的工艺套件，包括 环形主体；从所述主体的底表面延伸的第一脊；从所述主体的底表面向所述第一脊内延伸的第二脊；从所述主体的底表面延伸距离比第二脊大且比第一脊小的第三脊。27. 根据权利要求26所述的工艺套件，其特征在于，进一步包括-具有内部区和外部区的顶表面，其中所述内部区的高度大于所述外部区。28. 根据权利要求27所述的工艺套件，其特征在于，进一步包括 限定在顶表面上所述内部区和所述外部区之间的倾斜区。29. 根据权利要求26所述的工艺套件，其特征在于，进一步包括 从所述主体径向向内延伸的小突出部。30. 根据权利要求29所述的工艺套件，其特征在于，所述小突出部为环形。31. 根据权利要求29所述的工艺套件，其特征在于，所述小突出部进一步包括从所述主体的顶表面凹陷的顶表面。32. 根据权利要求26所述的工艺套件，其特征在于，所述主体进一步包括石英。33. —种用于半导体处理系统的工艺套件，包括 环形石英主体；从所述主体的底表面延伸的第一脊； 从所述主体的底表面向所述第一脊内延伸的第二脊；从所述主体的底表面延伸距离大于第二脊且小于第一脊的第三脊；以及 具有内部区和外部区的顶表面，其中所述内部区具有的高度所述大于外 部区。34. 根据权利要求33所述的工艺套件，其特征在于，进一步包括 限定在顶表面上的所述内部区和所述外部区之间的倾斜区。35. 根据权利要求33所述的工艺套件，其特征在于，进一步包括从所述主体径向向内延伸的环形小突出部。36. 根据权利要求35所述的工艺套件，其特征在于，所述小突出部进一步包括从所述主体的顶表面凹陷的顶表面。37. —种用于半导体处理系统的工艺套件，包括环形石英主体；从所述主体的底表面延伸的第一脊； 从所述主体的底表面向所述第一脊内延伸的第二脊； 从所述主体的底表面延伸距离大于第二脊且小于第一脊的第三脊； 具有内部区和外部区的顶表面，其中所述内部区具有的高度所述大于外 部区；以及限定在所述顶表面在所述内部区和外部区之间的倾斜区； 在所述主体的顶表面下方的一高度处从所述主体径向向内延伸的环形小 突出部。38. —种适合用于覆盖半导体处理室的内壁的至少一部分的衬垫，所述衬垫包括具有上边和下边的圆柱主体；形成在所述上边中的啮合部件，其配置为啮合第二衬垫的匹配结构；以及形成在所述圆柱主体的衬垫的底边中的槽口。39. 根据权利要求38所述的衬垫，其特征在于，所述主体进一步包括 铝。40. 根据权利要求39所述的衬垫，其特征在于，所述衬垫涂覆有Y203。41. 根据权利要求38所述的衬垫，其特征在于，所述主体的内表面涂覆 有丫203。42. 根据权利要求38所述的衬垫，其特征在于，所述主体是以下情况至 少之一由钇或其氧化物形成或涂覆。43. 根据权利要求38所述的衬垫，其特征在于，所述啮合部件进一步包 括一半槽舌接合。44. 一种适合用于覆盖半导体处理室的内壁的至少一部分的衬垫，所述 衬垫包括具有上边和下边的圆柱主体，其中所述主体是以下情况至少之一由钇或其氧化物形成或涂覆；构造为啮合第二衬垫的配合结构的上边；以及 形成在所述圆柱主体的衬垫的底边中的槽口 。45. 根据权利要求44所述的衬垫，其特征在于，所述主体进一步包括 铝。46. 根据权利要求44所述的衬垫，其特征在于，所述主体的内表面涂覆 有丫203。47. 根据权利要求44所述的衬垫，其特征在于，所述啮合部件进一步包 括一半槽舌接合。48. —种适合用于覆盖半导体处理室的内壁的至少一部分的衬垫，所述 衬垫包括具有上边、下边、内壁和外壁的圆柱主体；沉积在所述主体的内壁上的钇或其氧化物至少其中之一的涂层；以及形成在所述主体的衬垫的底边中的槽口。49. 根据权利要求48所述的衬垫，其特征在于，所述上边进一步包括 梯状的啮合部件。50. —种适合用于覆盖半导体处理室的内壁的至少一部分的衬垫，所述衬垫包括具有上边和下边的圆柱主体； 从所述主体的上边径向向外延伸的法兰； 形成在所述主体的外表面中的凹口；以及 '设置在所述凹口中并穿过所述主体形成的狭槽。51. 根据权利要求50所述的衬垫，其特征在于，进一步包括 '从所述主体的内表面径向向内延伸的唇缘。52. 根据权利要求51所述的衬垫，其特征在于，进一歩包括 具有形成在其中的0型环凹槽的上表面。53. 根据权利要求50所述的衬垫，其特征在于，所述凹口进一步包括.-多个固定孔。54. 根据权利要求50所述的衬垫，其特征在于，所述主体的下边进一步包括构造为与第二衬垫配合的第二啮合部件。55. 根据权利要求54所述的衬垫，其特征在于，所述啮合部件进一步包括一半槽舌接合。56. 根据权利要求50所述的衬垫， 穿过所述主体形成的孔。57. 根据权利要求56所述的衬垫， 具有在其中设置有所述孔的凹陷。58. 根据权利要求50所述的衬垫， 铝。59. 根据权利要求58所述的衬垫，其特征在于，进一步包括:其特征在于，进一步包括:其特征在于，所述主体进一步包括:其特征在于，所述衬垫涂覆有￥20360.根据权利要求50所述的衬垫，其特征在于，所述主体的内表面用Y203涂〗61.根据权利要求50所述的衬垫，其特征在于，所述主体是以下情况至少之一由钇或其氧化物形成或涂覆。62. 根据权利要求50所述的衬垫，其特征在于，所述啮合部件进一步包 括一半槽舌接合。63. 根据权利要求50所述的衬垫，其特征在于，所述法兰是多边形。64. 根据权利要求63所述的衬垫，其特征在于，所述多边形法兰进一步 包括斜切的角度。65. —种适合用于覆盖半导体处理室的内壁的至少一部分的衬垫，所述 衬垫包括具有上边和下边的圆柱主体，其中，所述主体是以'下情况至少之一由 钇或其氧化物形成或涂覆；从所述主体的上边径向向外延伸的法兰； 形成在所述下边中并构造为与第二衬垫配合的啮合部件； 形成在所述主体的外表面中的凹口；以及 设置在所述凹口中并形成经过所述主体的狭槽。66. 根据权利要求65所述的衬垫，其特征在于，进一步包括唇缘，从所述主体的内表面径向向内延伸并具有在其中形成有O型凹槽 的上表面。67. 根据权利要求65所述的衬垫，其特征在于，所述凹口进一步包括 多个固定孔。68. 根据权利要求65所述的衬垫，其特征在于，所述法兰为多边形并包 括至少两个斜切的角度。69. —种适合用于覆盖半导体处理室的内壁的至少一部分的衬垫，所述 衬垫包括具有上边、下边、外壁和内壁的圆柱铝主体； 沉积在所述主体的内壁上的钇或其氧化物至少其中之一的涂层； 从所述主体的上边径向向外延伸的法兰；形成在所述下边中并配置为与第二衬垫配合的梯状啮合部件； 从所述主体的内表面径向向内延伸并具有在其中形成有O型环凹槽的唇缘；形成在所述主体的外表面中并具有多个固定孔的凹口 ，形成在所述主体的外壁中的凹陷； 设置在所述凹陷中并穿过主体形成的孔；以及设置在所述凹口中并穿过所述主体形成的狭槽。70. —种适合用于覆盖半导体处理室的内壁的至少一部分的衬垫，所述 衬垫包括具有上部较大直径部分和下部较小直径部分的圆柱主体；以及 延伸经过所述主体内部直径的法兰；以及 穿过所述法兰形成的至少三个升降销切口 。71. 根据权利要求70所述的衬垫，其特征在于，迸一步包括 形成在所述法兰的上表面中的0型凹槽。72. 根据权利要求70所述的衬垫，其特征在于，进一步包括 将所述上部较大直径部分与所述下部较大直径部分耦合的倾斜外表面。73. 根据权利要求70所述的衬垫，其特征在于，所述法兰从所述上部较 大直径部分延伸。74. 根据权利要求70所述的衬垫，其特征在于，所述主体进一歩包...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维E克特内兹，丹尼斯M库索，德克兰斯坎伦，法里德阿布阿梅里，赫蒂道，吉姆忠义何，杰弗里威廉迪茨，杰维科迪内维，凯丽A麦克多诺，罗伯特S克拉克，萨布哈什德什，夏尔玛帕玛锡，小平周，亚历山大帕特森，约翰P霍兰，
申请(专利权)人：应用材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]