專利名稱：具有雙軸向氣體注入和排放的等離子體處理室的制作方法
具有雙軸向氣體注入和排放的等離子體處理室
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體特征尺寸不斷變小，努力使半導(dǎo)體制造工藝跟上步伐。制造工藝中的一種類型涉及暴露半導(dǎo)體晶片于等離子體或其他形式的反應(yīng)氣體以在晶片上沉積材料，或從晶片上去除材料。更小的特征尺寸，要求更精確的材料沉積和蝕刻的控制，而這又需要對如何將晶片暴露于等離子體/反應(yīng)氣體進(jìn)行更精確的控制。這些更精確的控制要求可包括在整個晶片的等離子體的均勻性的更精確的控制，跨過晶片的等離子體密度的更精確的控制，和/或?qū)Ρ┞督o晶片的等離子體的駐留時間的更精確的控制，等等。在這種背景下，產(chǎn)生了本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施方式中，公開了半導(dǎo)體晶片處理裝置，其包括電極和氣體分配單元。該電極被暴露于等離子體產(chǎn)生容積(volume)，并且被限定為傳輸射頻(RF)功率給該等離子體產(chǎn)生容積。該電極具有限定為保持暴露于該等離子體產(chǎn)生容積的襯底的上表面。該氣體分配單元被設(shè)置在等離子體產(chǎn)生容積的上方，且在與所述電極基本平行的方向上。該氣體分配單元被限定為包括被限定為將等離子體處理氣體的輸入流沿著基本垂直于該電極的上表面的方向引導(dǎo)到該等離子體產(chǎn)生容積中的氣體供給端口的布置。該氣體分配單元被進(jìn)一步限定為包括每個延伸通過該氣體分配單元以將該等離子體產(chǎn)生容積與排放區(qū)域流體連接的通孔的布置。該通孔中的每一個被限定為將來自該等離子體產(chǎn)生容積的等離子體處理氣體的排放流沿著基本上垂直于該電極的上表面的方向引導(dǎo)。在另一個實施方式中，公開了 用于半導(dǎo)體晶片處理的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括限定為具有內(nèi)腔的室。該系統(tǒng)還包括布置在該室的所述內(nèi)腔內(nèi)的卡盤。該卡盤具有限定為保持暴露于等離子體產(chǎn)生容積中的襯底的上表面。而且，該卡盤被限定為提供RF功率給該等離子體產(chǎn)生容積。該系統(tǒng)還包括設(shè)置在卡盤上，并限定為圍繞和包圍該等離子體產(chǎn)生容積的周邊的外周結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括氣體分配單元，其設(shè)置在該外周結(jié)構(gòu)上并被限定為以與該卡盤的該上表面基本上平行的關(guān)系延伸穿過該等離子體產(chǎn)生容積。該氣體分配單元被限定為包括限定為引導(dǎo)等離子體處理氣體的輸入流進(jìn)入等離子體產(chǎn)生容積的氣體供給端口的布置。該氣體分配單元被進(jìn)一步限定為包括通孔的布置。該系統(tǒng)還包括限定在室內(nèi)的在該氣體分配單元上方的排放區(qū)域，以便使得該通孔中的每一個延伸貫通該氣體分配單元以流體連接該等離子體產(chǎn)生容積到該排放區(qū)域。該系統(tǒng)還包括流體連接到該排放區(qū)域以從該排放區(qū)域除去氣體的泵。在另一個實施方式中，公開了一種用于半導(dǎo)體晶片處理的方法。該方法包括在與氣體分配單元基本平行的方向上保持半導(dǎo)體晶片以使得等離子體處理容積在該半導(dǎo)體晶片和該氣體分配單元之間形成的操作。該方法還包括使等離子體處理氣體從該氣體分配單元內(nèi)沿著基本垂直于該半導(dǎo)體晶片的方向流入該等離子體處理容積的操作。該方法進(jìn)一步包括將等離子體處理氣體排放流從該等離子體處理容積內(nèi)沿基本垂直于所述半導(dǎo)體晶片的方向引導(dǎo)通過該氣體分配單元的操作，從而使通過該氣體分配單元的該離子體處理氣體排放流是來自該等離子體處理容積內(nèi)的唯一的該等離子體處理氣體排放流。本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)將通過下面以舉例的方式闡述本發(fā)明的、結(jié)合附圖進(jìn)行的詳述而變得更加明顯。


圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式所述的半導(dǎo)體晶片處理裝置；
圖1B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式所述的具有箭頭示出通過該氣體分配單元的氣體流和排放流的圖1A的室；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式所述的圖1A的室的替代結(jié)構(gòu)；
圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式所述的氣體分配單元的仰視圖3B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式所述的氣體分配單元的俯視圖3C示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式所述的氣體供給端口的橫截面；
圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式所述的布置在氣體分配單元的上表面上的流控制板；
圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式所述的被定位成使得限定在其中的孔式樣允許流通過限定在下伏的氣體分配單元內(nèi)的全部通孔的流控制板的俯視圖4C示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式所述的被定位成使得限定在其中的孔式樣允許流僅通過限定在下伏的氣體分配單元內(nèi)的部分通孔的流控制板的仰視圖4D示出了根據(jù)本發(fā)明的一 個實施方式所述的由多個同心的可旋轉(zhuǎn)流控制板限定的流控制板組件的俯視圖；以及
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式所述的用于半導(dǎo)體晶片處理的方法的流程圖。
具體實施例方式在下面的說明中，為了提供對本發(fā)明的全面理解，闡述了多個具體的細(xì)節(jié)。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可以不通過這些具體細(xì)節(jié)中的一些或全部來實施本發(fā)明。在其它情形下，為了避免不必要地使本發(fā)明變得不清楚，未詳細(xì)描述公知的處理操作。本文公開了一種半導(dǎo)體晶片處理裝置，其使得等離子體的駐留時間和跨過整個晶片的均勻性能精確控制，從而實現(xiàn)需要快速和均勻的處理氣體注入和泵出的晶片制造工藝。這些需要快速和均勻的處理氣體注入和泵出的晶片制造工藝的示例包括，但不限于，原子層蝕刻和原子層沉積。該裝置包括布置在等離子體產(chǎn)生區(qū)域的上方的氣體分配單元，被保持在靜電卡盤上的晶片位于其下方且暴露于該等離子體產(chǎn)生區(qū)域。該氣體分配單元被限定為將等離子體處理氣體以基本均勻的方式向下朝著該晶片提供。該氣體分配單元還被限定為以基本上均勻的方式從該晶片向上排放等離子體處理氣體。因此，如在下面更詳細(xì)描述的，所述氣體分配單元提供軸向的氣體注入和排放。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的半導(dǎo)體晶片處理裝置。該裝置包括室100，室100由頂板100A、底板100B和壁100C形成。在一個實施方式中，壁100C形成了鄰接的圓柱形壁100C。在其它實施方式中，壁100C可具有其它構(gòu)造，只要室100的內(nèi)腔100D能夠與室100外部的外界環(huán)境隔離即可。多個密封件139布置在室頂板100A、底板100B和壁100C之間以有利于室100的內(nèi)腔100D與外界環(huán)境的隔離。在各個實施方式中，室100的頂板100A、底板100B和壁100C可由這樣的金屬形成該金屬具有良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，并且能夠與在晶片處理期間暴露于內(nèi)腔100D的處理氣體化學(xué)兼容。例如，在各個實施方式中，諸如鋁、不銹鋼等金屬可用于形成室100的構(gòu)件。而且，密封件139可以是彈性密封件或消耗性(consumable)金屬密封件，或任何其它類型的密封材料，只要密封件139能夠與暴露于內(nèi)腔100D的處理材料化學(xué)兼容并且密封件139提供內(nèi)腔100D與室100外部的外界環(huán)境的充分隔離即可。應(yīng)當(dāng)理解的是，在其它實施方式中，一個或多個額外的板或部件可根據(jù)需要布置在頂板100A、底板100B或壁100C中的任一個或多個的外部，以滿足室100的特定部署條件或其它構(gòu)思。另外，頂板100A、底板100B和/或壁100C能夠適當(dāng)?shù)鼐o固到這些額外的板或部件上以適合于特定的實施方案。包括頂板100A、底板100B和壁100C的室100的結(jié)構(gòu)由導(dǎo)電材料制成并且與基準(zhǔn)接地電位電連接。室100包括排放口 135，排放口 135提供內(nèi)腔100D與外部的排放泵137之間的流體連接，使得負(fù)壓能夠通過排放口 135施加以從內(nèi)腔100D內(nèi)移除氣體和/或顆粒。在一個實施方式中，室100還包括閘閥102，閘閥102形成在室壁100C的剖面內(nèi)以使能將晶片113插入到內(nèi)腔100D中以及相應(yīng)地將晶片113從內(nèi)腔100D中移除。在其閉合狀態(tài)，閘閥102被限定為保持內(nèi)腔100D與外界環(huán)境的隔離。在各個實施方式中，排放泵137能夠以不同的方式來實現(xiàn)，只要排放泵137能夠在排放口 135處施加抽吸力以從室100的內(nèi)腔100D中抽出流體流即可。等離子體處理裝置被布置在室100的內(nèi)腔100D內(nèi)。該等離子體處理裝置包括形成在卡盤107A/B和氣體分配單元115之間的等離子體產(chǎn)生容積109。更具體地，等離子體產(chǎn)生容積109位于卡盤107A/B的上方和氣體分配單元115的下方，卡盤107A/B的上表面和氣體分配單元115的下表面布置在彼此基本平行的方向。外圍結(jié)構(gòu)構(gòu)件108也被布置以包繞在氣體分配單元115和卡盤107A/B的上表面之間的等離子體產(chǎn)生容積109的周邊。如上所述的，卡盤107A/B被布置在腔室100的內(nèi)部腔室100D內(nèi)，在等離子體產(chǎn)生容積109的下方?？ūP107A/B包括主體部分107A和電極部分107B。在一個實施方式中，卡盤主體107A是從室100的壁100C設(shè)置的懸臂。在一個實施方式中，卡盤107A/B是靜電卡盤，具有被限定為傳輸RF功率給等離子體產(chǎn)生容積109的電極107B?？ūP107B的電極部分的上表面被限定為保持暴露于等離子體產(chǎn)生容積109的襯底113(8卩，晶片113)。在一個實施方式中，石英聚焦墊圈149被布置在卡盤107A的主體上且圍繞卡盤107B上的襯底113接納/保持區(qū)域的周邊。卡盤107還被限定為包括冷卻通道和/或加熱元件的構(gòu)造，從而使能進(jìn)行襯底113和等離子體產(chǎn)生容積109的溫度控制。卡盤107A/B被限定為在內(nèi)腔100D內(nèi)如箭頭123所指示地垂直地移動。通過這種方式，卡盤107A/B能夠被降低以通過閘閥102接受/提供襯底113，并且能夠被升高以形成等離子體產(chǎn)生容積109的下表面。而且，能夠通過控制卡盤107B的垂直位置來設(shè)定和控制跨過等離子體產(chǎn)生容積109的垂直距離，垂直于卡盤107B和氣體分配單元115測量得到該垂直距離?？邕^等離子體產(chǎn)生容積109的 垂直距離能夠被設(shè)定以實現(xiàn)充分的中央到邊緣的等離子體均勻性和密度，并且還能夠被設(shè)定以避免通過流自氣體分配單元115的氣體供給端口 119的氣體的噴射流打印到晶片113上。在各個實施方式中，跨過等離子體產(chǎn)生容積109的垂直距離能夠被設(shè)定在從大約Icm延伸到大約5cm的范圍內(nèi)。在一個實施方式中，跨過等離子體產(chǎn)生容積109的垂直距離能夠被設(shè)定在約2cm。應(yīng)當(dāng)理解，跨過等離子體產(chǎn)生容積109的垂直距離被控制，以便能夠快速排空等離子體產(chǎn)生容積109，并從而能夠精確控制在等離子體產(chǎn)生容積109內(nèi)等離子體的駐留時間?？ūP107B的電極部分被限定為將RF功率從RF功率源111供給到等離子體產(chǎn)生容積109。應(yīng)當(dāng)理解的是，RF功率源111通過匹配網(wǎng)絡(luò)連接以能將RF功率傳輸?shù)娇ūP107B的電極部分。如之前所討論的，在一個實施方式中，氣體分配單元115電氣連接到基準(zhǔn)接地電位，以便使氣體分配單元115用作等離子體產(chǎn)生容積109的RF功率回路中的基準(zhǔn)接地電極。氣體分配單元115被保持在等離子體產(chǎn)生容積109和周邊結(jié)構(gòu)構(gòu)件108的上方的固定的位置處。氣體分配單元115被限定為通過氣體供給端口 119的布置將等離子體處理氣體提供到等離子體產(chǎn)生容積109。氣體分配單元115被進(jìn)一步限定為包括通孔117的布置，以提供從等離子體產(chǎn)生容積109的流體排放。通孔117中的每一個延伸貫通氣體分配單元115的板，從該板上表面通到其下表面 。圖1B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式所述的具有示出通過氣體分配單元115的氣體流和排放流的箭頭的圖1A的室。正如圖1A和IB所示的，等離子體處理氣體從一個或多個等離子體處理氣體供給源118A/118B被供給到氣體分配單元115。等離子體處理氣體流過氣體分配單元115以及流出氣體供給口 119進(jìn)入等離子體產(chǎn)生容積109。等離子體處理氣體從等離子體產(chǎn)生容積109通過氣體分配單元115的通孔117排放進(jìn)入排放歧管103。在圖1A和IB的實施方式中，等離子體產(chǎn)生容積109被密封，使得等離子體處理氣體僅通過氣體分配單元115的通孔117排放到排放歧管103。在一個實施方式中，排放歧管103通過閥101連接到真空泵102。閥101可以被操作以使泵102與排放歧管103流體連接/流體斷開，從而將排放歧管103內(nèi)的壓強(qiáng)能被釋放到泵102，以使得在壓強(qiáng)較高的等離子體產(chǎn)生容積109內(nèi)的等離子體處理氣體會流過氣體分配單元115的通孔117，進(jìn)入較低壓強(qiáng)的排放歧管103，通過閥101，到泵102，以從等離子體產(chǎn)生容積109排放等離子體處理氣體。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的室100的替代的配置。在本實施方式中，氣體分配單元115的通孔117與室100的內(nèi)腔100D流體連通。在本實施方式中，等離子體處理氣體通過氣體分配單元115的通孔117從等離子體產(chǎn)生容積109直接排放進(jìn)入室100的內(nèi)腔100D。通過泵137，該室的內(nèi)腔100D內(nèi)的等離子體處理氣體經(jīng)由排放口 135被去除。在本實施方式中，室100的內(nèi)腔100D使用作為排放歧管。因此，圖1A和IB的實施方式所述的外部結(jié)構(gòu)構(gòu)件104被除去。并且，頂板100A由不包括閥101以及與泵102的連接件的頂板100E替換。在本實施方式中，室100的內(nèi)腔100D內(nèi)的壓強(qiáng)可相對于等離子體產(chǎn)生容積109內(nèi)的壓強(qiáng)進(jìn)行控制，進(jìn)而控制通過氣體分配單元115的通孔117的等離子體處理氣體排放流率。應(yīng)當(dāng)理解的是，由氣體分配單元115所提供的雙軸等離子體處理氣體輸入和排放使晶片113的等離子體處理在晶片113上具有基本均勻的中心到邊緣的等離子體密度。更具體地，由氣體分配單元115所提供的雙軸向等離子體處理氣體輸入和排放防止在等離子體產(chǎn)生容積109內(nèi)徑向的等離子體處理氣體流，其可能導(dǎo)致中心到邊緣的等離子體密度分布的徑向非均勻性。另外，當(dāng)需要時，由氣體分配單元115所提供的雙軸等離子體處理氣體輸入和排放使晶片113的等離子體處理在晶片113上具有明顯短的等離子體滯留時間。圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的氣體分配單元115的仰視圖。氣體供給端口 119和通孔117中的每一個均被限定為通過氣體分配單元115的下表面開放式流體連通。氣體供給端口 119的布置散布在通孔117的布置之間。氣體供給端口 119通過氣體分配單元115與一個或多個等離子體處理氣體供給源118A/B接通,使得在氣體供給端口 119和氣體分配單元115內(nèi)的通孔117之間不存在直接的流體連通。圖3B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式所述的氣體分配單元115的俯視圖。通孔117中的每一個均被限定為通過氣體分配單元115的上表面開放式流體連通。然而，氣體供給端口 119不通過氣體分配單元115的上表面流體暴露。因此，氣體供給端口 119被限定為使等離子體處理氣體僅流入等離子體產(chǎn)生容積109。相反，通孔117被限定為能使從等離子體產(chǎn)·生容積109流體連通到排放歧管103 (或到圖2的實施方式中的內(nèi)腔100D)。流體流經(jīng)氣體分配單元115的通孔117主要是通過等離子體產(chǎn)生容積109和排放歧管103(或圖2的實施方式中的內(nèi)腔100D)之間的壓強(qiáng)差來控制的。應(yīng)當(dāng)理解的是，氣體分配單元115充當(dāng)RF回路電極、等離子體處理氣體歧管、以及流體流動擋板。在各個實施方式中，氣體分配單元115可由這樣的金屬形成這種金屬為良好的導(dǎo)電體和導(dǎo)熱體，并且與在等離子體產(chǎn)生容積109中要進(jìn)行的處理化學(xué)兼容，諸如鋁、不銹鋼、等等。在各個實施方式中，氣體分配單元115可電氣連接至基準(zhǔn)接地電位或偏置電壓以實現(xiàn)氣體分配單元115的RF回路電極功能。因此，氣體分配單元115提供用于等離子體產(chǎn)生容積109的接地電極。在一個實施方式中，電極107B和氣體分配單元115形成接近一對一的功率到接地的表面面積。相對于電極107B的氣體分配單元115的配置使得能夠在等離子體產(chǎn)生容積109內(nèi)形成電容耦合等離子體。在一個實施方式中，被暴露于等離子體的氣體分配單元115的部分由耐等離子體材料覆蓋物保護(hù)。在一個實施方式中，耐等離子體材料形成為涂層。在另一實施方式中，耐等離子體材料形成保形地覆蓋氣體分配單元115的保護(hù)結(jié)構(gòu)，例如，板。在這些實施方式中的任一實施方式中，耐等離子體材料被固定到氣體分配單元115,以確保該耐等離子體材料和氣體分配單元115之間的足夠的電傳導(dǎo)性和熱傳導(dǎo)性。在耐等離子體保護(hù)結(jié)構(gòu)的實施方式中，通過一定數(shù)量的緊固件，或當(dāng)放置在氣體分配單元設(shè)置115的下方時通過在氣體分配單元115和外周結(jié)構(gòu)108之間的擠壓，該保護(hù)結(jié)構(gòu)可以被固定到氣體分配單元115。在各種實施方式中，用于保護(hù)氣體分配單元115的耐等離子體腐蝕涂層/保護(hù)結(jié)構(gòu)，可由硅酮、碳化硅、氧化硅、氧化釔、或基本上任何其它的為等離子體處理提供足夠的耐等離子體性、導(dǎo)電性、和傳熱性的材料制成，其中，該材料暴露于該等離子體處理。氣體分配單元115被限定為可替換構(gòu)件。不同版式/配置的氣體分配單元115可被限定為具有不同的氣體供給端口 119和通孔117的布置。另外，在等離子體使氣體分配單元115或其功能劣化的情形下，可以更換氣體分配單元115。氣體供給端口 119和通孔117中的每個均被限定為使通過其中的流體流最優(yōu)化，同時防止等離子體不利地侵入到其中。經(jīng)氣體供給端口 119和通孔117中的每個的流體流率以及到氣體供給端口 119和通孔117中的每個的等離子體侵入率與其尺寸成正比。因此，需要限定氣體供給端口 119和通孔117中的每個以使其尺寸足夠小從而防止等離子體不利地侵入到其中，同時保持足夠大從而提供足夠的通過其中的流體流。在各個實施方式中，氣體供給端口 119的直徑的尺寸在從大約O.1mm延伸到大約3_的范圍內(nèi)。在各個實施方式中，通孔117的直徑的尺寸在從大約O. 5mm延伸到大約5mm的范圍內(nèi)。然而,應(yīng)當(dāng)理解的是，在各個實施方式中，氣體供給端口 119和通孔117可分別被限定為具有基本上任何直徑尺寸，只要該直徑尺寸在提供充分抑制等離子體侵入其中的同時提供足夠的通過其中的流體流即可。因為通往氣體供給端口 119的流體流壓強(qiáng)直接可控，所以可以將氣體供給端口119限定為具有足夠小的尺寸以基本上防止等離子體侵入到氣體供給端口 119中。然而，正確的是避免將氣體供給端口 119限定為如此小以至于導(dǎo)致通過氣體供給端口 119的超聲波流體流。為了避免來自氣體供給端口 119的超聲波流體流,氣體供給端口 119可被限定為其在氣體分配單元115的下表面的出口處具有擴(kuò)散器的形狀。圖3C示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式所述的氣體供給端口 119的截面。氣體供給端口 119被顯示為在其從氣體分配單元115的出口位置處具有擴(kuò)散器形狀307。氣體分配單元115包括與氣體供給端口 119的布置流體連接的內(nèi)部氣體供給通道。這些內(nèi)部氣體供給通道與一個或多個等離子體處理氣體供給源118A/B流體連接。盡管為了便于說明，圖1A、圖1B和圖2的實施方式顯示了兩個等離子體處理氣體供給源118A/B，但應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)氣體分配單元115和室100的特定的配置，基本上任何數(shù)量的等離子體處理氣體供給源118A/B/C/D等可被連接以供應(yīng)等離子體處理氣體到氣體分配單元115。并且應(yīng)當(dāng)理解的是，內(nèi)部氣體供給通道和相關(guān)的氣體供給端口 119被限定在通孔117的布置之間，使得等離子體處理氣體在進(jìn)入通孔117之前被分配到等離子體產(chǎn)生容積109。在一個實施方式中，諸如圖3A中所描繪的，氣體分配單元115內(nèi)的內(nèi)部氣體供給通道被限定為跨越氣體分配單元115的下表面將氣體供給端口 119的布置流體分離成多個同心區(qū)域/區(qū)115么、1158、115(，使得能夠單獨(dú)地控制等離子體處理氣體到多個同心區(qū)域/區(qū)115A、115B、115C中的每個內(nèi)的氣體供給端口 119的流率。在一個實施方式中，每個同心徑向區(qū)域/區(qū)115A、11 5B、115C內(nèi)的氣體供給端口 119與相應(yīng)的氣流控制裝置305A、305B、305C接通，使得能夠獨(dú)立地控制到每個同心徑向區(qū)域/區(qū)115A、115B、115C的等離子體處理氣體的供給。將氣體供給端口 119分離成獨(dú)立可控的多個同心區(qū)域/區(qū)115A、115B、115C提供了等離子體產(chǎn)生容積109內(nèi)的中央到邊緣的氣體供給控制，這轉(zhuǎn)而有利于等離子體產(chǎn)生容積109內(nèi)的中央到邊緣的等離子體均勻性控制。盡管圖3A的示例性實施方式示出了三個同心的氣體供給區(qū)域/區(qū)115八、1158、115(，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，氣體分配單元115可被限定為包括更多或更少的獨(dú)立可控的氣體供給區(qū)域/區(qū)。例如，在另一實施方式中，氣體分配單元115被限定為包括兩個獨(dú)立可控的同心的氣體供給區(qū)域/區(qū)。在一個實施方式中，通孔117的數(shù)量大于氣體供給端口 119的數(shù)量，以從等離子體產(chǎn)生容積109提供足夠的流體排放流。而且，通孔117可被限定為具有比氣體供給端口119大的尺寸，以從等離子體產(chǎn)生容積109提供足夠的流體排放流。然而，如之前所討論的，通孔117的尺寸被限定以防止等離子體從等離子體產(chǎn)生容積109中不利地侵入到通孔117中。在一個實施方式中，流控制板被布置在氣體分配單元115的上表面上以控制那些開通以從等離子體產(chǎn)生容積109排放流體的通孔117。圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的布置在氣體分配單元115的上表面302上的流控制板401。在一個實施方式中，流控制板401被限定為具有在從大約3mm延伸至大約6mm的范圍內(nèi)的厚度403的盤。流控制板401盤被限定為具有足以覆蓋通孔117以控制通過通孔117的流的直徑。在一個實施方式中，流控制板401盤被限定為具有覆蓋氣體分配單元115的上表面的直徑。在一個實施方式中，流控制板401由導(dǎo)電且導(dǎo)熱材料制成，并且被緊固到氣體分配單兀115以確保流控制板401和氣體分配單兀115之間充分的電傳導(dǎo)和熱傳導(dǎo)。在一個實施方式中，流控制板401可通過多個緊固件而被緊固到氣體分配單元115。而且，在各個實施方式中，流控制板401可由諸如上文針對氣體分配單元115所討論的耐等離子體涂層覆蓋和保護(hù)。在一個實施方式中，多種式樣的孔被限定為貫通流控制板401。流控制板401內(nèi)的多種式樣的孔中的每個與氣體分配單元115內(nèi)的不同組通孔117對準(zhǔn)。流控制板401在氣體分配單元115的上表面上在流控制板401相對于氣體分配單元115的上表面的特定旋轉(zhuǎn)位置處的布置對應(yīng)于流控制板401內(nèi)的多種式樣的孔中的特定一個與氣體分配單元115內(nèi)的其相應(yīng)組通孔117的對準(zhǔn)。延伸貫通流控制板401的多種式樣的孔中的每個被限定為暴露氣體分配單元115內(nèi)的不同數(shù)量或不同空間式樣的通孔117。因此，能夠通過將流控制板401設(shè)定在相對于氣體 分配單元115的上表面的特定旋轉(zhuǎn)位置處來控制通過氣體分配單元115的流體排放。圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的被定位成使得限定于其中的孔405式樣能讓流通過限定在下伏的氣體分配單元115內(nèi)的全部通孔117的流控制板401的俯視圖。圖4C示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的被定位成使得限定于其中的孔405式樣僅能讓流通過限定在下伏的氣體分配單元115內(nèi)的通孔117的一部分的流控制板401的俯視圖。而且，在其它實施方式中，流控制板401中的多種式樣的孔405被限定為提供通過氣體分配單元115的不同空間式樣的流體排放流。圖4D示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的由多個同心可旋轉(zhuǎn)流控制板407A、407B.407C限定的流控制板組件401A的俯視圖。每個同心可旋轉(zhuǎn)流控制板407A、407B、407C能夠被獨(dú)立地設(shè)定以提供中央到邊緣的控制，通過中央到邊緣的控制使得氣體分配單元117內(nèi)的通孔117打開或關(guān)閉。具體地，流控制板組件401A包括中央盤407A和多個同心環(huán)407B/407C，多個同心環(huán)407B/407C以同心方式布置在氣體分配單元115的上表面上。應(yīng)當(dāng)理解的是，圖4D的特定構(gòu)造是通過舉例的方式提供的。其它實施方式可以包括與圖4D所示不同的多個同心可旋轉(zhuǎn)流控制板。中央盤407A和多個同心環(huán)407B/407C中的每個分別包括延伸貫通其中的多種式樣的孔。多種式樣的孔中的每個與氣體分配單元115內(nèi)的不同組通孔117對準(zhǔn)，使得中央盤407A和同心環(huán)407B/407C中的每個在氣體分配單元115的上表面上相對于氣體分配單元115的上表面的特定旋轉(zhuǎn)位置處的布置對應(yīng)于多種式樣的孔中的特定一個與氣體分配單元115內(nèi)的其相應(yīng)組通孔117對準(zhǔn)。延伸貫通中央盤407A和同心環(huán)407B/407C的多種式樣的孔中的每個被限定為暴露氣體分配單元115內(nèi)的不同數(shù)量或不同空間式樣的通孔117。應(yīng)當(dāng)理解的是，等離子體產(chǎn)生容積109的尺寸被設(shè)置為容納約束等離子體。約束等離子體的有益之處在于，能夠通過控制等離子體區(qū)域內(nèi)(即，等離子體產(chǎn)生容積109內(nèi))的容積、壓強(qiáng)和流來控制其駐留時間。等離子體駐留時間影響離解過程，其為自由基/中性粒子形成的因素。并且，等離子體駐留時間影響在晶片113上發(fā)生的沉積或蝕刻的量，其是在執(zhí)行諸如原子層沉積或原子層蝕刻等短的駐留時間的工藝中的重要的因素。等離子體產(chǎn)生容積109小且其壓強(qiáng)和溫度可被很好地控制。在各個實施方式中，下部的等離子體處理容積109內(nèi)的壓強(qiáng)能夠被控制在從大約5mTorr延伸至大約IOOmTorr,或者從大約IOmTorr延伸至大約30mTorr,或者從大約IOOmTorr延伸至大約ITorr,或者從大約200mTorr延伸至大約600mTorr的范圍內(nèi)。應(yīng)當(dāng)理解，因為氣體被垂直地泵出，由氣體分配單元115提供的雙軸向等離子體處理氣體輸入/排放能夠在整個晶片113上實現(xiàn)精確的壓強(qiáng)均勻性控制，其中被垂直地泵出是與被徑向地泵出相對的，后者將導(dǎo)致跨越晶片113的徑向壓強(qiáng)分布。雙軸向等離子體處理氣體輸入/排放還使得能在要求短的等離子體駐留時間(例如小于一毫秒)的低流應(yīng)用(諸如原子層沉積或原子層蝕刻)中進(jìn)行駐留時間的精確控制。圖5示出了 根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式所述的用于半導(dǎo)體晶片處理的方法的流程圖，所述方法包括操作501，其用于沿與氣體分配單元基本平行的方向保持半導(dǎo)體晶片，以使得等離子體產(chǎn)生容積在半導(dǎo)體晶片和該氣體分配單元之間形成。在一個實施方式中，該氣體分配單元被限定為在整個等離子體處理容積上方延伸的板。此外，在一個實施方式中，該半導(dǎo)體晶片被保持在卡盤的上表面。該方法還包括使等離子體處理氣體沿基本垂直于該半導(dǎo)體晶片的方向從該氣體分配單元內(nèi)流入該等離子體處理容積的操作503。此外，執(zhí)行操作505以引導(dǎo)來自該等離子體處理容積內(nèi)的等離子體處理氣體排放流沿著基本垂直于該半導(dǎo)體晶片的方向通過該氣體分配單元。通過該氣體分配單元的等離子體處理氣體排放流是來自該等離子體處理容積內(nèi)的唯一的等離子體處理氣體排放流。該方法進(jìn)一步包括將RF功率傳輸?shù)降入x子體處理容積以將等離子體處理氣體轉(zhuǎn)換成暴露給半導(dǎo)體晶片的等離子體的操作507。在一個實施方式中，保持半導(dǎo)體晶片的卡盤被操作作為電極以將RF功率傳輸?shù)降入x子體處理容積。并且在該方法中，來自氣體分配單元的等離子體處理氣體的排放流被接收到排放區(qū)域內(nèi)。泵被操作以提供抽吸力給流體連接到該排放區(qū)域的閥。并且，該閥被操作以控制離開該排放區(qū)域的排放流，并從而控制排放流從等離子體產(chǎn)生容積通過氣體分配單元進(jìn)入該排放區(qū)域。在一個實施方式中，操作503包括使等離子體處理氣體從在氣體分配單元內(nèi)的多個獨(dú)立可控的氣體供給區(qū)流入等離子體處理容積中。在該實施方式中，通過多個氣體供給區(qū)中的每一個的等離子體處理氣體相應(yīng)的流率是受控的以使能夠控制跨越半導(dǎo)體晶片的等離子體密度。并且，在該實施方式的一個實施中，該多個獨(dú)立可控的氣體供給區(qū)跨越氣體分配單元同心地限定。此外，在一個實施方式中，以脈沖的方式執(zhí)行使等離子體處理氣體從氣體分配單元內(nèi)流入等離子體處理容積，并引導(dǎo)來自等離子體處理容積內(nèi)的等離子體處理氣體排放流通過氣體分配單元，以控制暴露給半導(dǎo)體晶片的等離子體的駐留時間。盡管已經(jīng)參照多個實施方式對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但應(yīng)理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀前面的說明書并研究附圖時將意識到其各種改動、添加、替換和等同方案。因此，本發(fā)明旨在包含落在本發(fā)明的真正主旨和范圍內(nèi)的所有這樣的改動、添加、替換和等同方案。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體晶片處理裝置，其包括 暴露于等離子體產(chǎn)生容積的電極，所述電極被限定為將射頻(RF)功率傳輸?shù)剿龅入x子體產(chǎn)生容積，所述電極具有被限定為保持暴露于所述等離子體產(chǎn)生容積的襯底的上表面；以及 氣體分配單元，其設(shè)置在所述等離子體產(chǎn)生容積上方且在與所述電極基本平行的方向上，所述氣體分配單元被限定為包括被限定為沿著基本垂直于所述電極的所述上表面的方向?qū)⒌入x子體處理氣體的輸入流引導(dǎo)到所述等離子體產(chǎn)生容積的氣體供給端口的布置，所述氣體分配單元被進(jìn)一步限定為包括每個都延伸通過所述氣體分配單元以將所述等離子體產(chǎn)生容積與排放區(qū)域流體連接的通孔的布置，其中，所述通孔中的每個被限定為將來自所述等離子體產(chǎn)生容積的所述等離子體處理氣體的排放流沿著基本垂直于所述電極的所述上表面的方向引導(dǎo)。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體晶片處理裝置，其中，所述電極形成所述等離子體產(chǎn)生容積的下表面，且其中，所述氣體分配單元被限定為板，所述板被形成為將所述等離子體產(chǎn)生容積與所述排放區(qū)域分離，使得所述板的下表面提供所述等離子體產(chǎn)生容積的上邊界。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體晶片處理裝置，其中，所述板包括內(nèi)部氣體供給通道，所述內(nèi)部氣體供給通道流體連接到限定在所述板的所述下表面以將所述等離子體處理氣體分配到所述等離子體產(chǎn)生容積的所述氣體供給端口的布置。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體晶片處理裝置，其中，所述氣體供給通道被限定為將所述氣體供給端口的布置流體分離成跨過所述板的所述下表面的多個同心區(qū)域，以便使所述等離子體處理氣體到在所述多個同心區(qū)域中的每一個內(nèi)的所述氣體供給端口的流率獨(dú)立地受控。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體晶片處理裝置，其中，所述氣體分配單元由導(dǎo)電材料制成，且與基準(zhǔn)接地電位電連接，以使得所述氣體分配單元為所述等離子體產(chǎn)生容積提供接地電極。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體晶片處理裝置，其中，所述電極能夠沿朝向和遠(yuǎn)離所述氣體分配單元的方向移動以便提供對延伸跨過所述等離子體產(chǎn)生容積的與所述電極和所述氣體分配單元兩者均垂直的距離的控制。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體晶片處理裝置，其進(jìn)一步包括 排放歧管，其布置在所述氣體分配單元的上方以形成所述排放區(qū)域； 閥，其流體連接到所述排放歧管；以及 泵，其流體連接到所述閥，以提供抽吸力到所述閥，其中，所述閥能操作以控制來自所述等離子體產(chǎn)生容積的排放流通過所述氣體分配單元。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體晶片處理裝置，其進(jìn)一步包括 室，其被限定為包繞所述電極和所述氣體分配單元在所述室的內(nèi)腔內(nèi)，其中，所述室的所述內(nèi)腔形成所述排放區(qū)域； 泵，其流體連接到所述室的所述內(nèi)腔，以提供抽吸力到所述室的所述內(nèi)腔；以及 閥，其被設(shè)置以控制緣于由所述泵提供的所述抽吸力的來自所述室的所述內(nèi)腔的流體流。
9.一種用于半導(dǎo)體晶片處理的系統(tǒng)，其包括室，其被限定為具有內(nèi)腔； 卡盤，其布置在所述室的所述內(nèi)腔內(nèi)，所述卡盤具有被限定為保持暴露于等離子體產(chǎn)生容積的襯底的上表面，所述卡盤被限定為將射頻(RF)功率供給到所述等離子體產(chǎn)生容積； 外周結(jié)構(gòu)，其被布置在所述卡盤上并被限定為圍繞和包繞所述等離子體產(chǎn)生容積的周邊； 氣體分配單元，其被設(shè)置在所述外周結(jié)構(gòu)上并被限定為以與所述卡盤的所述上表面基本平行的關(guān)系延伸跨過所述等離子體產(chǎn)生容積，所述氣體分配單元被限定為包括被限定為引導(dǎo)等離子體處理氣體的輸入流進(jìn)入所述等離子體產(chǎn)生容積的氣體供給端口的布置，所述氣體分配單元被進(jìn)一步限定為包括通孔的布置； 排放區(qū)域，其被限定在所述室內(nèi)在所述氣體分配單元的上方，以使得所述通孔中的每一個延伸通過所述氣體分配單元，從而將所述等離子體產(chǎn)生容積流體連接到所述排放區(qū)域；以及 泵，其流體連接到所述排放區(qū)域以將氣體從所述排放區(qū)域去除。
10.如權(quán)利要求9所述的用于半導(dǎo)體晶片處理的系統(tǒng)，其中，所述氣體供給端口中的每一個被限定為引導(dǎo)所述等離子體處理氣體的輸入流沿著基本垂直于所述卡盤的所述上表面的方向進(jìn)入所述等離子體產(chǎn)生容積；以及 其中所述通孔中的每一個被限定為將來自所述等離子體產(chǎn)生容積的所述等離子體處理氣體的所述排放流沿著基本垂直于所述卡盤的所述上表面的方向引導(dǎo)。
11.如權(quán)利要求9所述的用于半導(dǎo)體晶片處理的系統(tǒng)，其中，所述氣體分配單元由導(dǎo)電材料制成，且與基準(zhǔn)接地電位電連接，以使得所述氣體分配單元為所述等離子體產(chǎn)生容積提供接地電極。
12.如權(quán)利要求9的用于半導(dǎo)體晶片處理的系統(tǒng)，其中，所述卡盤能夠沿朝向和遠(yuǎn)離所述氣體分配單元的方向移動以便提供對延伸跨過所述等離子體產(chǎn)生容積的與所述卡盤的所述上表面和所述氣體分配單元兩者均垂直的距離的控制。
13.一種用于半導(dǎo)體晶片處理的方法，其包括 保持半導(dǎo)體晶片在與氣體分配單元基本平行的方向上，以使得等離子體處理容積在所述半導(dǎo)體晶片和所述氣體分配單元之間形成； 使等離子體處理氣體從所述氣體分配單元內(nèi)沿著基本垂直于所述半導(dǎo)體晶片的方向流入所述等離子體處理容積；以及 將來自所述等離子體處理容積內(nèi)的等離子體處理氣體排放流沿基本垂直于所述半導(dǎo)體晶片的方向引導(dǎo)通過所述氣體分配單元，從而通過所述氣體分配單元的所述等離子體處理氣體排放流是來自所述等離子體處理容積內(nèi)的唯一的所述等離子體處理氣體排放流。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述氣體分配單元被限定為在所述等離子體處理容積的整個上方延伸的板。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其進(jìn)一步包括 將射頻(RF)功率傳輸?shù)剿龅入x子體處理容積以將所述等離子體處理氣體轉(zhuǎn)變?yōu)楸┞督o所述半導(dǎo)體晶片的等離子體。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述半導(dǎo)體晶片被保持在卡盤的上表面上，且其中，所述卡盤被操作作為電極以將所述RF功率傳輸?shù)剿龅入x子體處理容積。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，使所述等離子體處理氣體從所述氣體分配單元內(nèi)流入所述等離子體處理容積，以及將來自所述氣體分配單元內(nèi)的所述等離子體處理氣體排放流引導(dǎo)通過所述氣體分配單元是以脈沖的方式進(jìn)行的，以控制暴露給所述半導(dǎo)體晶片的等離子體的駐留時間。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述等離子體處理氣體從所述氣體分配單元內(nèi)的多個獨(dú)立可控的氣體供給區(qū)流入所述等離子體處理容積。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其進(jìn)一步包括 控制通過所述多個氣體供給區(qū)中的每一個的等離子體處理氣體的流率以控制跨過所述半導(dǎo)體晶片的等離子體密度。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述多個獨(dú)立可控的氣體供給區(qū)跨過所述氣體分配單元被同心限定。
21.如權(quán)利要求13所述的方法，其進(jìn)一步包括 接收從所述氣體分配單元流到排放區(qū)域的所述等離子體處理氣體排放流； 操作泵以提供抽吸力給流體連接到所述排放區(qū)域的閥；以及 操作所述閥來控制來自所述等離子體產(chǎn)生容積的排放流通過所述氣體分配單元。
全文摘要
一種電極被暴露于等離子體產(chǎn)生容積，并被限定為將射頻功率傳輸?shù)皆摰入x子體產(chǎn)生容積，且包括用于保持暴露于該等離子體產(chǎn)生容積的襯底的上表面。氣體分配單元被布置在該等離子體產(chǎn)生容積的上方，且在與該電極基本平行的方向上。該氣體分配單元包括用于將等離子體處理氣體的輸入流沿基本垂直于該電極的上表面的方向上引導(dǎo)到該等離子體產(chǎn)生容積的氣體供給端口的布置。該氣體分配單元還包括每個延伸通過該氣體分配單元以將該等離子體產(chǎn)生容積與排放區(qū)域流體連接的通孔的布置。該通孔中的每一個將來自等離子體產(chǎn)生容積的等離子體處理氣體的排放流沿著基本上垂直于該電極的上表面的方向引導(dǎo)。
文檔編號H01L21/3065GK103053012SQ201180038241
公開日2013年4月17日 申請日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月4日
發(fā)明者拉金德·丁德薩, 阿列克謝·馬拉哈托夫, 安德魯·D·貝利三世 申請人:朗姆研究公司