半导体衬底的密度可变等离子体处理制造技术

本发明专利技术描述了用于生成密度可变等离子体的方法和硬件。例如，在一实施方式中，处理站包括喷头和衬底架，所述喷头包括喷头电极，所述衬底架包括被构造来支撑衬底的台面，其中所述衬底架被设置在所述喷头的下方。所述衬底架包括设置在所述衬底架的内侧区域中的内电极和设置在所述衬底架的外侧区域中的外电极。所述处理站进一步包括被配置来在位于所述喷头和所述衬底架之间的等离子体区域中生成等离子体的等离子体发生器，以及被配置来控制所述等离子体发生器、所述内电极、所述外电极和所述喷头电极以实现所述等离子体区域的外侧部分中的等离子体密度大于所述等离子体区域的内侧部分中的等离子体密度的控制器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体衬底的密度可变等离子体处理 相关申请的交叉参考本申请要求2010年12月22日提交的、申请号为12/976，391、名称为“VARIABLE-DENSITY PLASMA PROCESSING OF SEMICONDUCTOR SUBSTRATES”的美国专利申请的优先权，该申请的全部内容出于全部目的作为参考并入本文。
技术介绍
许多半导体衬底处理工具在处理过程中使用等离子体。在一些等离子体辅助的处理工具中，等离子体可在衬底的边缘造成不均匀的处理，导致衬底厚度的不均匀性。图案化有这种厚度不均匀性的膜是困难的，因为光刻工具难以将图案精确地转印到不均匀的膜上。
技术实现思路
因此，本文所描述的各种实施方式涉及产生密度可变的等离子体，该等离子体在等离子体区域的外侧部分(outer portion)比在等离子体区域的内侧部分(innerportion)具有更大的等离子体密度。例如，在一实施方式中，半导体衬底处理站包括喷头(showerhead)和衬底架(substrate holder),所述喷头包括喷头电极,所述衬底架包括台面(mesa)，所述台面包括被构造来支撑衬底的台面表面，其中所述衬底架被设置在所述喷头的下方。所述衬底架包括设置在所述衬底架的内侧区域(inner region)中的内电极和设置在所述衬底架的外侧区域(outer region)中的外电极。所述处理站还包括被配置来在位于所述喷头和所述衬底架之间的等离子体区域中生成等离子体的等离子体发生器，以及被配置来控制所述等离子体发生器、所述内电极、所述外电极和所述喷头电极以通过使所述外电极耦合于所述内 电极和所述喷头电极中的一者来实现所述等离子体区域的外侧部分中的等离子体密度大于所述等离子体区域的内侧部分中的等离子体密度的控制器。提供
技术实现思路
是用来以简化的形式介绍精选出来的构思，这些构思在下面具体实施方式部分会作进一步描述。提供
技术实现思路
的目的不是要标识所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不是要用来限定所要求保护的主题的范围。此外，所要求保护的主题并不受限于解决本公开的任意部分中所述的任意缺点或全部缺点的实施方式。附图说明图1示意性地示出了根据本公开的实施方式的示例半导体衬底处理站。图2示出了根据本公开的实施方式的衬底架的剖面立体顶视图。图3示出了图2中所示的衬底架的立体底视图。图4示出了图2和3中所示的衬底架的剖面侧视图。图5示出了图4中所示的衬底架的部分5的特写横截面视图。图6示出了根据本公开的实施方式的和衬底架一起使用的示例电极组。图7示出了根据本公开的实施方式的和衬底架一起使用的另一示例电极组。图8示出了根据本公开的实施方式的和衬底架一起使用的另一示例电极组。图9示出了根据本公开的实施方式的和衬底架一起使用的另一示例电极组。图10示出了阐释通过在半导体衬底处理站中生成密度可变等离子体来处理半导体衬底的方法的实施方式的流程图。图11示意性地示出了根据本公开的实施方式的另一示例处理站。图12根据本公开的实施方式示出了说明电容控制电路的调节和分配给内电极和外电极的功率的量之间的关系的图形。图13根据本公开的实施方式示出了说明电极功率供应、处理站压强和密度可变等离子体的电流密度之间的关系的图形。图14根据本公开的实施方式示出了说明电极功率供应、处理站压强和密度可变等离子体的电流密度之间的关系的另一图形。图15示意性地示出了根据本公开的实施方式的另一示例处理站。图16根据本公开的实施方式示出了说明电流密度和功率分配之间的关系的图形和表格。图17示意性地示出了根据本公开的实施方式的另一示例处理站。图18示意性地示出了根据本公开的实施方式的另一示例处理站。图19示出了说明根据本公开的实施方式的多个处理站电极配置的径向电流密度分布(profile)的图形。图20示意性地示出了根据本公开的实施方式的另一示例处理站。图21示意性地示出了根据本公开的实施方式的示例多站处理工具。具体实施例方式用于等离子体辅助半导体衬底处理站(例如，等离子体蚀刻工具和/或等离子体增强化学气相沉积工具)的等离子体可通过利用两个电容耦合板将射频(RF)场施加到低压气体来生成。所述板之间的气体通过RF场的离子化点燃等离子体，在等离子体放电区域中产生自由电子。这些电子被RF场加速且可与气相反应物分子碰撞。这些电子与反应物分子的碰撞可形成参与衬底处理的基团种类。在一些实施例中，等离子体区域可被形成在衬底表面正上方。在一非限制性的实施例中，由等离子体生成的反应物基团可在衬底上沉积膜侧。在另一非限制性的实施例中，由等离子体生成的蚀刻剂基团可蚀刻衬底表面。等离子体放电区域由在等离子体的边界处形成的鞘围绕。在一些等离子体辅助处理工具(包括但不限于上述的沉积工具和蚀刻工具)中，鞘的位置和等离子体密度的大小(magnitude)可导致衬底的边缘附近的不均勻处理,造成衬底范围内(within-substrate)的厚度不均匀性。例如，根据工艺条件，衬底可具有凸面不均匀性或凹面不均匀性。图案化具有厚度不均匀性的膜会是困难的。例如，下游的光刻工具会难以将图案精确地转印到不均匀的膜上。过去避免工艺不均匀性的方法是使用工艺专用的硬件，所述工艺专用硬件可能不兼容 于不同工艺。例如，一些过去的方法包括在衬底边缘提供惰性陶瓷材料以抑制等离子体的一部分、使用具有不均匀分布的孔的等离子体气体分配喷头、以及使用盘形衬底支撑表面以跨越(across)衬底调节RF耦合。因此，可以理解的是，在工艺之间(比如，在蚀刻和沉积之间、在不同的工艺化学物质之间，等等)改变工具会牵涉到喷头的更换和/或衬底支撑件的更换。这些更换除了与改变工艺相关的停工期的费用，还可导致更高的消耗性部件的损耗。因此，本文所公开的各种实施方式涉及在半导体衬底处理站中使用多个电极形成、调节和控制密度可变等离子体以纵贯衬底表面调节等离子体密度。例如，在一实施方式中，密度可变等离子体可被调节和控制来实现靠近衬底边缘的等离子体区域的外侧部分中的等离子体密度大于远离衬底边缘的等离子体区域的内侧部分中的等离子体密度。因此，可以理解的是，本文所记载的一些实施方式可被用来避免或减少在半导体衬底处理站的处理过程中的衬底范围内的不均匀性，而本文所记载的另一些实施方式可被用来减缓或补偿在处理站的处理过程中引入(incoming)衬底范围内的不均勻性。进一步地，本文所公开的各种实施方式涉及控制和调节密度可变等离子体以在等离子体被点燃时和/或在等离子体被熄灭时引导飘浮颗粒远离衬底表面。如前所述，在处理过程中，等离子体可被形成于衬底表面上方，这可提供更大的等离子体密度并提高衬底处理速度。然而，因各种沉积和蚀刻反应可能在等离子体内形成小颗粒。这些小颗粒电气“飘浮”使得电子和离子电流在颗粒表面上保持平衡。由于电子通常比离子具有更高的迁移率，所以颗粒会变得带负电荷。因此，这些颗粒会被困在等离子体鞘边界，在等离子体鞘边界，来自中性物质和电离物质的正对沉积表面的分子拖曳力平衡正对等离子体放电区域的静电力。熄灭等离子体消灭了可导致颗粒落在衬底表面上的静电力。分布于衬底表面的颗粒可呈现为界面粗糙度缺陷或界面形态缺陷并可最终降低器件的性能和可靠性。减轻由等离子体产生的颗粒引起的缺陷的一些方法包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.12.22 US 12/976,3911.一种半导体衬底处理站，其包括 包括喷头电极的喷头； 包括台面的衬底架，所述台面包括被构造来支撑衬底的台面表面，所述衬底架被设置在所述喷头的下方，且所述衬底架包括设置在所述衬底架的内侧区域中的内电极和设置在所述衬底架的外侧区域中的外电极； 等离子体发生器，其被配置来在位于所述喷头和所述衬底架之间的等离子体区域中生成等离子体；以及 控制器，其包括存储在存储器中并能够由处理器执行以控制控制所述等离子体发生器、所述内电极、所述外电极和所述喷头电极从而通过使所述外电极耦合于从所述内电极和所述喷头电极中的一者选定的第二电极来实现所述等离子体区域的外侧部分中的等离子体密度大于所述等离子体区域的内侧部分中的等离子体密度的指令。2.如权利要求1所述的处理站，其中所述内电极的几何中心与所述台面表面的几何中心以及与所述外电极的几何中心是同中心的。3.如权利要求1所述的处理站，其中由所述等离子体发生器供给的高频功率在所述外电极和所述第二电极之间进行分派，且其中由所述等离子体发生器供给的低频功率只被供应给所述外电极和所述第二电极中的一者。4.如权利要求1所述的处理站，其中所述控制器被配置来改变电气连接到所述外电极的功率支路的阻抗以影响所述外电极和所述第二电极之间的功率平衡。5.如权利要求1所述的处理站，其中所述等离子体发生器是第一等离子体发生器，且进一步包括与所述外电极和所述第二电极电气通信的第二等离子体发生器，所述控制器被配置来控制所述外电极与所述第一等离子体发生器以及所述第二电极与所述第二等离子体发生器，所述第一等离子体发生器和所述第二等离子体发生器彼此锁相。6.如权利要求5所述的处理站，其进一步包括被配置来匹配所述第一等离子体发生器和所述第二等离子体发生器各自的阻抗以阻尼所述外电极和所述第二电极之间的功率振荡的同步匹配网络电路。7.如权利要求1所述的处理站，其进一步包括被配置来将功率分派给与所述外电极电气连接的第一功率支路以及与所述第二电极电气连接的第二功率支路的双支路分配电路。8.一种用于半导体衬底处理站的衬底架，其包括 包括介电材料的台面，所述台面具有被构造来支撑衬底的顶面； 设置在所述顶面下方第一平面中的内电极；以及 设置在所述顶面下方第二平面中的外电极； 其中介电材料的第一层将所述内电极和所述外电极隔开，且其中介电材料的第二层将所述内电极与所述外电极二者都和所述顶面隔开。9.如权利要求8所述的衬底架，其中所述内电极的几何中心与所述台面的几何中心以及与所述外电极的几何中心是同中心的。10.如权利要求9所述的衬底架，其中所述外电极是大体上环形的，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯文·詹宁斯，穆罕默德·萨布里，爱德华·奥古斯提尼亚克，苏尼尔·卡普尔，道格拉斯·凯尔，
申请(专利权)人：诺发系统公司，
类型：
国别省市：