消除感应耦合等离子体反应器中M形状蚀刻率分布的方法技术

本发明专利技术提供一种消除感应耦合等离子体反应器中Ｍ形状蚀刻率分布的方法。感应耦合等离子体处理室具有带顶的室。第一和第二天线与顶相邻布置。第一天线与第二天线同心。等离子源功率供应耦合到第一和第二天线。等离子源功率供应产生到第一天线的第一ＲＦ功率，和到第二天线的第二ＲＦ功率。衬底支撑设置在室内。第一天线的尺寸和衬底支撑之间的距离使衬底支撑上衬底的蚀刻率大致均匀。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种衬底处理室。更具体地，本专利技术涉及用于改进在感 应耦合等离子体反应器中的蚀刻率均匀性的方法。
技术介绍
用来制造半导体微电子电路的等离子体反应器可以采用RF感应耦合 场来保持从处理气体形成的等离子体。这样的等离子体在执行蚀刻和沉 积处理中是有用的。通常，高频RF源功率信号施加到反应器室顶附近的 线圈天线。偏压RF信号施加到室内基座上的半导体晶片或者工件支撑。 施加到线圈天线的信号的功率主要确定室内等离子体离子密度，而施加 到晶片的偏压信号的功率确定晶片表面处的离子能量。这种线圈天线的 一个问题是在线圈天线上的电压降比较大，这会在等离子体中造成不利 影响。这种影响随着施加到线圈天线的源功率信号的频率增大而变得更 尖锐，因为线圈天线的电阻与频率成比例。在一些反应器中，通过将该 频率限制到诸如2MHz的低范围来解决这个问题。遗憾的是，在这样低 的频率下，RF功率耦合到等离子体的效果较差。经常在10MHz至 20MHz的范围内的频率下更容易实现稳定的高密度等离子体排出。在更 低频率范围(例如，2MHz)下工作的另一缺点是诸如阻抗匹配网络的这 些元件的部件尺寸更大，因而更麻烦，成本更高。线圈天线的另一问题是有效地感应耦合到等离子体一般通过增大线 圈的匝数来实现，这形成了较大的磁束密度。这增大了线圈的感应电 抗，并且由于电阻(主要由等离子体电阻组成)仍然不变，所以电路Q (电路电抗与电阻之比)增大。这又导致在改变室条件期间保持阻抗匹 配的不稳定性和困难。不稳定性尤其在线圈感应系数足够大，使得在杂 散电容组合的情况下，在施加到线圈的RF信号的频率附近发生自谐振。 因而，必须限制线圈的感应系数，以避免这些后面的问题。对室顶上的线圈天线(传统以及交错型)的一个限制是天线中相邻 导体之间的相互感应系数一般在水平方向一与必须将RF功率感应耦合到 等离子体的垂直方向大致正交。这是限制能量沉积到等离子体的空间控 制的一个重要的因素。本专利技术的目的是在空间控制感应耦合中克服这个 限制。通常，对于"内"和"外"线圈天线，它们物理地径向或者水平分 布(而不是限制到离散的半径)，使得它们的径向位置相应地扩散。这 在水平"薄烤饼"构造尤其是这样。因而，限制了通过改变在内和外天线之间施加的RF功率的相对分配而改变等离子体离子分布的径向分布的 能力。这问题在处理直径较大的(例如，300mm)的半导体晶片上尤其 显著。这是因为随着晶片尺寸增大，变得更难以在整个晶片表面上保持 均匀的等离子体离子密度。可以通过调节从顶上的天线施加的磁场的径 向分布来容易地控制等离子体离子密度的径向分布。真是这个场确定了 等离子体离子密度。因而，随着晶片尺寸增大，要求控制或者调节施加 的RF场的径向分布的能力更大。因而，期望地提高内和外天线之间施加 的RF功率的分配的效果，并且尤其是通过将内和外天线的每个限制到离 散或者很窄的径向位置来将其完成。
技术实现思路
附图说明本专利技术以示例的方式而不是限制的方式图示，在附图中 图1是根据一个实施例的具有两个可不同调节的分别连接到内和外 线圈天线输出的单个功率源的感应耦合等离子体反应器。图2是图示根据一个实施例用于改进图1的反应器中蚀刻率均匀性的流程图。图3是图示传统的反应器和根据一个实施例的反应器的蚀刻率的曲 线图。图4是图示根据一个实施例线圈直径不同的蚀刻率的曲线图。图5是图示根据一个实施例室间隙为5"和室间隙为6"的蚀刻率的曲线图。图6是图示根据一个实施例5线圈直径为12"和线圈直径为17"，且 室间隙为6"的蚀刻率的曲线图。具体实施例方式以下描述阐述许多具体的细节，诸如具体系统、部件、方法等的示 例，以提供对本专利技术的若干实施例的良好理解。然而，对于本领域技术 人员明显的是，无需这些具体细节也可以实施本专利技术至少一些实施例。 在其它情况下，没有详细描述或者在简单的框图中提供公知的部件或者 方法，以避免不必要地使本专利技术不清楚。因而，所阐述的具体细节仅仅 是示例性的。特定的实施例可以根据这些示例性的细节改变，并且还可 以在本专利技术的精神和范围内想到。描述用于处理衬底的方法和设备。感应耦合等离子体处理反应器具 有与室顶相邻布置的内线圈天线和外线圈天线。单个功率源具有分别连 接到内和外线圈天线的两个可不同调节的输出。对外线圈天线的直径和 室中衬底支撑和室顶之间的间隙进行调节，以减小在感应耦合反应器中"M形状"蚀刻率分布。图1是根据一个实施例的感应耦合等离子体反应器的框图。反应器 室102由柱形侧壁104和平顶106限定。衬底支撑108可以设置在反应 器室102内，其方位为面向室顶，并定心在室的对称轴线上。衬底支撑 108可以定位在顶124下距离h处。真空泵IIO与室102的排出出口 (未示出)协作。处理气体供应112 将处理通过气体入口 114供应进入室102的内部。本领域的技术人员将 认识到处理气体可以包括不同的成分，例如，用于多晶硅蚀刻的卤化物 气体、用于二氧化硅蚀刻的碳氟化合物气体、或者用于硅化学蒸气沉积 处理的硅烷气体、用于金属蚀刻的含氯气体。气体入口 114在图1中图 示为单个管，在实际应用中可以通过诸如多入口的复杂结构来实现。在从天线130感应进入室102的RF功率的影响下，这些气体将支撑 用于处理衬底116的等离子体。利用适合的前驱体气体，可以执行的等 离子体处理不仅可以包括蚀刻，而且包括诸如化学蒸气沉积的沉积。基座108可以包括导电电极118，其通过阻抗匹配网络120耦合到偏压RF功率源122。室侧壁104可以是诸如铝的金属，而顶106可以是诸 如石英的介质。在本专利技术的其它实施例中，顶106可以是平的，但是也 可以是穹状或者锥形。根据另一实施例，顶106可以是半导体而不是介质。顶124的半导 体材料可以具有最佳的导电性，使得其用作从天线130到RF感应场的窗 口以及电极。在顶106可以采用作电极的情况下，它可以接地(未示 出)或者可以通过匹配网络(未示出)连接到RF功率源(未示出)。室 102和/或者天线130可以具有非柱状的形状(例如，具有方形截面的长 方体形状)。衬底116还可以是非圆形(例如，方形或者其它外部形 状)。衬底116可以包括半导体晶片、或者诸如掩膜光栅的其它物体。如图l所示，天线130可以包括第一天线148和第二天线150，两者 相邻并在室102的顶106上。根据一个实施例，第一天线148可以与第 二天线150同心。第一天线148可以是轴线与室102相同的内线圈天 线。第二天线150可以是轴线与室102相同的外线圈天线。外线圈天线 150可以因而具有的直径D2大于图1中图示的内线圈天线148的直径 Dl。RF功率源组件132可以包括连接到阻抗匹配网络136的一个RF发 生器134。根据一个实施例，阻抗匹配网络136包括串联电容器138和可 变并联电容器140。本领域的技术人员将认识到阻抗匹配网络126不限于 图1所示的电路。实现以单个频率从单个功率源产生两个不同功率电平 的类似效果的其它电路也是可以的。阻抗匹配网络136可以包括第一 RF输出端子144和第二 RF输出端 子146。第一RF输出端子144可以连接在串联电容器138的输入处。第 二RF输出端子146可以连接到串联本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于处理衬底的设备，包括：具有顶的室；与所述顶相邻的第一和第二天线，所述第一天线与所述第二天线同心；等离子体源功率供应，其耦合到所述第一和第二天线；以及衬底支撑，其设置在所述室内，其中，所述第一天 线的尺寸和所述衬底支撑和所述顶之间的距离使所述衬底支撑上的所述衬底的蚀刻率大致均匀。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘诗德，李恭泰，瓦伦顿图杜罗，金泰旺，安尼苏尔卡恩，沙善克戴斯沙姆克，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]