專利名稱：具有動態(tài)氣體分布控制的等離子體加工系統(tǒng)的制作方法
有關(guān)申請的交叉引用本申請與以下同時提出的美國專利申請相關(guān)申請?zhí)朜o09/439661，名稱“IMPROVED PLASMA PROCESSINGSYSTEMS AND METHODS THEREFOR”；(律師案卷號NoLAM1P122/P0527)；申請?zhí)朜o09/470236，名稱“PLASMA PROCESSING SYSTEMWITH DYNAMIC GAS DISTRIBUTION CONTROL”；(律師案卷號NoLAM1P123/P0557)申請?zhí)朜o09/439675，名稱“TEMPERATURE CONTROLSYSTEM FOR PLASMA PROCESSING APPARATUS”；(律師案卷號NoLAM1P124/P0558)申請?zhí)朜o09/440418，名稱“METHOD AND APPARATUS FORPRODUCING UNIFORM PROCESS RATES”；(律師案卷號NoLAM1P129/P0560)申請?zhí)朜o09/440794，名稱“MATERIALS AND GASCHEMISTRIES FOR PLASMA PROCESSING SYSTEMS”；律師案卷號NoLAM1P128/P0561)申請?zhí)朜o09/439759，名稱“METHOD AND APPARATUS FORCONTROLLING THE VOLUME OF PLASMA”；(律師案卷號NoLAM1P129/P0593)上述的每件申請在此作為參考引用。
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路的制造，特別涉及改進(jìn)的等離子體加工系統(tǒng)，以增強蝕刻加工。
相關(guān)技術(shù)描述基于半導(dǎo)體的器件，例如，集成電路或平板顯示器的制造中，多個材料層可以交替地淀積在襯底表面上以及由襯底表面刻蝕出。在制造工藝中，各種材料層，例如磷硼硅酸鹽玻璃(BPSG)、多晶硅、金屬等淀積在襯底上。用現(xiàn)有的技術(shù)，如光致抗蝕工藝將淀積層圖形化，然后，蝕刻掉淀積層的有關(guān)部分，以形成各種特征，如互連線、通路、溝槽等。
可用各種已知技術(shù)完成蝕刻工藝，包括等離子體增強蝕刻。等離子體增強蝕刻中，通常在等離子體加工室內(nèi)進(jìn)行實際的蝕刻。通常設(shè)置適當(dāng)?shù)难谀?，例如，光刻膠掩模，以在襯底晶片表面上形成所需的圖形。在有襯底晶片的等離子體加工室內(nèi)，用合適的蝕刻源氣體(或多種氣體)形成等離子體。用等離子體蝕刻沒被掩模保護(hù)的區(qū)域，由此形成所需的圖形。按該方式，蝕刻掉部分淀積層以形成互連線、通路、溝槽和其它特征。重復(fù)淀積和蝕刻工藝直到得到要求的電路為止。
為了便于描述，

圖1畫出適合于制造基于半導(dǎo)體的器件的簡化的等離子體加工設(shè)備100。簡化的等離子體加工設(shè)備100包括有靜電吸盤(ESC)104的等離子體加工室102。制造中，靜電吸盤104起電極作用，并支承晶片106(即襯底)。用釋放到晶片加工室102中的合適的蝕刻源氣體蝕刻晶片106的表面。蝕刻源氣體經(jīng)噴頭108釋放。也可以經(jīng)諸如氣體分配板中的孔等其它機(jī)構(gòu)釋放等離子體加工源氣體。真空板110與晶片加工室102的壁112保持密封接觸。設(shè)在真空板110上的線圈114耦連到射頻(RF)電源(未示出)，并用于觸發(fā)(點火)由等離子體加工源氣體經(jīng)噴頭108釋放的等離子體。采用RF電源(未示出)的蝕刻工藝中，靜電吸盤104通常也被施加有RF功率。此外，還包括泵116，用于從等離子體加工室102經(jīng)管道118抽出加工氣體和氣體產(chǎn)物。
正如本行業(yè)技術(shù)人員公知的那樣，愛蝕刻工藝中，必須嚴(yán)格控制等離子體加工室內(nèi)的多個參數(shù)，以保持高精度蝕刻結(jié)果。影響蝕刻結(jié)果的工藝參數(shù)包括氣體組分，等離子體激勵和加工室條件等。由于蝕刻精度(和生成的基于半導(dǎo)體的器件的性能)對這些工藝參數(shù)高度敏感，所以要求對它們精確控制。為了更精確，必需嚴(yán)格控制蝕刻工藝，以獲得所需的蝕刻特性，例如，選擇性、蝕刻速度、蝕刻外形等等。在現(xiàn)代集成電路中，控制蝕刻工藝有更顯著的作用。例如，現(xiàn)代集成電路的特征是尺寸減小，以常規(guī)方法采用常規(guī)的等離子體加工系統(tǒng)蝕刻出所需的特征越來越困難。因此，要制造現(xiàn)代的集成電路必需更嚴(yán)格地控制蝕刻工藝。
為此，需要有能更好控制蝕刻工藝的改進(jìn)的等離子體加工系統(tǒng)。
發(fā)明概述一般地說，本發(fā)明涉及對等離子體加工系統(tǒng)中的蝕刻工藝的技術(shù)改進(jìn)。按本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明能用于增強包括等離子體加工室的等離子體加工系統(tǒng)中蝕刻工藝的控制。等離子體加工室連接到氣流系統(tǒng)?？捎脷饬飨到y(tǒng)控制多種氣體釋放到等離子體加工室的多個不同位置。而且，氣流系統(tǒng)能控制釋放到等離子體加工室內(nèi)的氣體總量，體積和相關(guān)流動。
可用多種方式實現(xiàn)本發(fā)明，包括系統(tǒng)，設(shè)備，機(jī)器或方法。以下描述本發(fā)明的幾個實施例。
按本發(fā)明一個實施例的等離子體加工系統(tǒng)包括用于加工襯底的等離子體加工室；耦連到等離子體加工室的氣流系統(tǒng)。氣流系統(tǒng)控制流入等離子體加工室的至少兩個不同區(qū)域的輸入氣體的流動。例如，至少兩個不同區(qū)域可選自頂中心區(qū)，上周邊區(qū)，和下周邊區(qū)。
按本發(fā)明另一實施例的等離子體加工系統(tǒng)包括方位上大致對稱的圓柱形等離子體加工室，在加工室內(nèi)點火并保持等離子體以進(jìn)行加工，等離子體加工室無獨立的等離子體發(fā)生室，等離子體加工室有一個上端和一個下端；位于等離子體加工室上端的耦連窗；襯底放在等離子體加工室中加工時，設(shè)在襯底界定的板上方的RF天線裝置；設(shè)在襯底界定的平面上方的電磁裝置；電磁裝置被構(gòu)型為使電磁裝置被施加至少一個直流電流時，在電磁加工室內(nèi)貼近RF天線區(qū)中的靜磁場布局發(fā)生徑向變化，徑向變化有影響襯底上加工均勻性的作用；耦連到電磁裝置的DC(直流)電源，DC電源具有控制器，以改變至少一個直流電流的大小，由此改變等離子體加工室中貼近天線的區(qū)域內(nèi)磁場布局的徑向變化，以改善襯底上的加工均勻性；耦連到等離子體加工室的氣流系統(tǒng)，氣流系統(tǒng)控制流入等離子體加工室中至少兩個不同區(qū)域的輸入氣體的流動。
按本發(fā)明一個實施例的用于加工襯底的等離子體加工系統(tǒng)包括方位大致對稱的等離子體加工室，在加工室中將等離子體點火和保持以進(jìn)行加工，等離子體加工室無分隔等離子體發(fā)生室。等離子體加工室有上端和下端；位于等離子體加工室上端的耦連窗；襯底放在等離子體室內(nèi)加工時，設(shè)在襯底界定的平面上方的RF天線裝置；設(shè)在襯底界定的平面上方的電磁裝置，電磁裝置被構(gòu)型為使電磁裝置被施加至少一個直流電流時，等離子體加工室內(nèi)貼近RF天線的區(qū)域內(nèi)靜磁場強度和布局徑向變化，徑向變化影響襯底上的加工均勻性；耦連到電磁裝置的DC電源，DC電源有控制器，以改變至少一個直流電流的大小，由此改變等離子體加工室中貼近天線的區(qū)域內(nèi)的磁場布局的徑向變化，以改善襯底上的加工均勻性；和耦連到等離子體加工室的氣流系統(tǒng)，其中，氣流系統(tǒng)控制釋放到等離子體加工室內(nèi)第一和第二區(qū)域的輸入氣體，所述第一區(qū)域是等離子體加工室內(nèi)的頂中央?yún)^(qū)域，第二區(qū)域是等離子體加工室的周邊區(qū)域。
本發(fā)明有多種優(yōu)點。其中，本發(fā)明用以增強分布控制例如中性組分的分布均勻性。此外，還能用本發(fā)明更好地控制蝕刻工藝而不必限制某些其它的蝕刻工藝參數(shù)，例如，蝕刻工藝中用的壓力、淀積功率、材料等。而且，本發(fā)明具有靈活性，以改變中性組分的分布。不同的蝕刻工藝可以調(diào)節(jié)中性組分，甚至在相同蝕刻工藝的不同步驟也可以調(diào)節(jié)中性組分。
通過以下結(jié)合附圖用實施例對本發(fā)明原理的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將變得更清楚。
附圖簡述通過以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述將容易理解本發(fā)明，附圖中相同的引用號代表相同的構(gòu)件。其中圖1畫出了適用于蝕刻襯底的等離子體加工系統(tǒng)；圖2畫出了按本發(fā)明一個實施例的包括氣流系統(tǒng)的等離子體加工系統(tǒng)；圖3畫出了按本發(fā)明另一實施例的包括氣流系統(tǒng)的等離子體加工系統(tǒng)；圖4畫出了按本發(fā)明又一實施例的包括氣流系統(tǒng)的等離子體加工系統(tǒng)；圖5畫出了按本發(fā)明特別實施例的包括與氣流系統(tǒng)結(jié)合的磁裝置的等離子體加工系統(tǒng)。
發(fā)明的詳細(xì)描述本發(fā)明涉及在等離子體加工系統(tǒng)中進(jìn)行蝕刻加工采用的改進(jìn)的設(shè)備和方法。本發(fā)明能改善注入等離子體加工室中的加工氣體的注入控制。結(jié)果，能更好控制蝕刻工藝，這對于隨后獲得更小的特征尺寸變得越來越重要。本發(fā)明還會減少被蝕刻過的襯底上的缺陷，因此，能提高制造合格率。
以下將參見圖1至5描述本發(fā)明的該方案的實施例。但是，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)了解，這里參見這些附圖所作的詳細(xì)描述只是為了解釋發(fā)明，但發(fā)明范圍不受這些實施例限制。
一個實施例中，公開了包括等離子體加工室的等離子體加工系統(tǒng)。等離子體加工室連接到氣流系統(tǒng)。用氣流系統(tǒng)控制釋放到等離子體加工室的氣體釋放。氣流系統(tǒng)接受輸入氣體并將其傳送到等離子體加工室。按本發(fā)明的特別實施例，用氣流系統(tǒng)兩個或的更多的出口把輸入氣體傳輸?shù)降入x子體加工室。每個出口把氣體輸送到等離子體加工系統(tǒng)中的所需的不同區(qū)域。此外，用氣流系統(tǒng)調(diào)節(jié)釋放的氣體量，例如，氣體流量。按此方式，能控制輸送到等離子體加工室內(nèi)的氣體位置和氣體量。調(diào)節(jié)釋放進(jìn)等離子體加工室內(nèi)氣體位置和氣體量，以進(jìn)行更好的工藝控制。
半導(dǎo)體制造中，可在半導(dǎo)體晶片或襯底上形成特征。更具體地說，在半導(dǎo)體晶片或襯底上可依次淀積各種材料的多層膜層。之后，蝕刻掉所選擇的淀積層的部分，以形成互連線、溝槽和其它特征。為便于理解本發(fā)明，圖2畫出了按本發(fā)明一個實施例的等離子體加工系統(tǒng)200。等離子體加工系統(tǒng)200包括等離子體加工室202，等離子體加工室設(shè)有晶片支承機(jī)構(gòu)例如靜電吸盤(ESC)206。晶片(襯底)204放在等離子體加工室202內(nèi)的靜電吸盤(ESC)206上。ESC 206也叫做底電極，它可被連接到RF電源(圖中未示出)。
用釋放進(jìn)等離子體加工室202中的合適的等離子體加工源氣體蝕刻晶片206表面。源氣體可以是單一氣體或多種氣體的混合氣體。以下將更詳細(xì)描述將等離子體加工源氣體釋放到等離子體加工室202中的方式。真空板212與晶片加工室202的壁214保持密封接觸。設(shè)在真空板212上的線圈216耦連到RF電源(未示出)，用于觸發(fā)(點火)由等離子體加工源氣體釋放到等離子體加工室202中的等離子體。靜電吸盤206在用RF電源(未示出)的蝕刻工藝中通常也加有RF功率。還包括泵218，用泵218經(jīng)管道220抽出等離子體加工室202中的加工氣體或氣體產(chǎn)物。
等離子體加工系統(tǒng)200包括氣流系統(tǒng)221，以控制輸入等離子體加工室202的等離子體加工源氣體。氣流系統(tǒng)221能更好控制向等離子體加工室202內(nèi)釋放氣體。氣流系統(tǒng)221包括氣流控制器222。氣流控制器222接收從氣源(未示出)經(jīng)進(jìn)口224供給的源氣體。源氣體可以是單一氣體也可以是多種氣體的混合氣體。氣流控制器222還包括出口226和228，它們以受控制的方式給等離子體加工室202的不同部位供給源氣。
氣體出口226和228可按照源氣體輸送到等離子體加工室202內(nèi)的不同區(qū)域的方式連接到等離子體加工室202。例如，如圖2所示，出口226可構(gòu)型為把源氣體供給等離子體加工室202中的頂中央?yún)^(qū)，出口228構(gòu)成為把源氣體供給等離子體加工室202的上周邊區(qū)。通常，頂中央?yún)^(qū)在晶片204的正上方，上周邊區(qū)是在真空板212附近的壁214處。
等離子體加工室202可用其它機(jī)構(gòu)將源氣體導(dǎo)引到等離子體加工室的適當(dāng)部位。源氣體能供給真空板212中設(shè)置有開口的頂中央?yún)^(qū)。因此，源氣體從源氣體控制器222經(jīng)出口226再經(jīng)開口供給等離子體加工室202。等離子體加工室202的上周邊區(qū)的源氣體引入更復(fù)雜。等離子體加工系統(tǒng)200包括設(shè)在真空板212與等離子體加工室202的壁214的上表面之間的環(huán)230。通常環(huán)230與真空板212之間以及壁214的上表面與環(huán)230之間緊密密封。氣體通道室231與環(huán)230形成一個整體，或者，氣體通道室231耦連到環(huán)230。氣體通道室231形成在等離子體加工室202沿外圍延伸的氣體通道232。例如，在一個特定實施例中，按等距離形成多個開口16(例如孔)。此外，在環(huán)230中設(shè)一系列孔234。這些孔圍繞環(huán)230外圍以大致相等的距離設(shè)置，并在氣體通道232與等離子體室202的上部區(qū)、內(nèi)部區(qū)之間設(shè)有多個開口。出口228給氣體通道232供給源氣體，氣體通道232再經(jīng)全部孔234輸入源氣體，由此，把源氣體供給等離子體加工室202內(nèi)的邊緣(或壁)附近。例如，在一個特定例中，按等距離構(gòu)成開口16。
此外，氣體流動系統(tǒng)221還能控制輸入不同區(qū)域的氣體量，即總量或流量，以把氣體輸入等離子體加工室內(nèi)的不同區(qū)域。為了更完善，還能用氣流系統(tǒng)221確定供給加工室內(nèi)特定區(qū)域的氣體量。一個實施例中，氣流控制器222能控制經(jīng)每個出口226和228的源氣流。例如，氣流控制器222接收到的源氣體總量的70％用一個出口(例如出口226)導(dǎo)引到第一區(qū)，而源氣體總量的其余的30％用另一出口(例如出口228)導(dǎo)引到另一區(qū)。因此，可調(diào)節(jié)氣流控制機(jī)構(gòu)，使多個出口向不同區(qū)域輸送不同的氣體量。用各種已知的機(jī)構(gòu)，例如閥門系統(tǒng)，構(gòu)成氣流控制器222，以控制每個氣體出口輸送的氣量。而且，通常用控制信號236控制氣流控制器222。
入口224接收到的輸入氣體可以是預(yù)先混合在一起(例如預(yù)混合)的多種氣體的混合氣體。或者，輸入氣體經(jīng)兩個或兩個以上單獨的進(jìn)口分別供給，氣體在氣流控制器222中混合，之后，作為混合氣體由出口226，228釋放到等離子體加工室202。
通常，入口224接收按特定的氣體流量比預(yù)先混合的多種氣體的混合氣體。例如，以氟化碳?xì)夂脱鯕獍?∶1的流量比經(jīng)氣流控制器222混合而成的氟化碳和氧氣的混合氣體作源氣體流入等離子體加工室202。氣流系統(tǒng)可構(gòu)型為把相同的混合氣體，即，有相同流量比的氣體輸?shù)降入x子體加工室202中的多處?；蛘?，氣流系統(tǒng)221能控制多種氣體的流量比，把不同流量比的氣體輸?shù)降入x子體加工室內(nèi)的不同部位。
注意，按本發(fā)明的一個實施例，氣流系統(tǒng)221能釋放由氣流系統(tǒng)221接收到的混合氣體變化而成的混合氣體。例如，氣流系統(tǒng)221接收到氟化碳?xì)馀c氧氣按1.5(氟化碳?xì)?∶1(氧氣)的流量比混合的混合氣體，由出氣口可輸出不同的流量比。例如，一個出口能釋放氟化碳?xì)馀c氧氣的流量比為1∶1的混合氣體，而另一出口釋放氟化碳?xì)馀c氧氣的流量比為2∶1的氣體，等等。需要知道的是，可以調(diào)節(jié)氣體流量比使得一個出氣口只輸送與其它氣體或混合氣體不同的特定氣體。
因此，氣流系統(tǒng)221允許輸入氣體釋放到等離子體加工室202中所需的區(qū)域。此外，氣體量，例如流入該區(qū)域的氣體流量可用氣流系統(tǒng)221調(diào)節(jié)。而且，氣流系統(tǒng)221可調(diào)節(jié)釋放進(jìn)等離子體室中的不同氣體的相對流量比。因此，用于不同的工藝相(如蝕刻工藝)時，釋放到特定區(qū)域的氣體量、體積或相對流量作相應(yīng)的調(diào)整。例如，氣流系統(tǒng)221為蝕刻工藝的每個階段設(shè)置一個等離子體加工氣體的流量值，之后，在同一蝕刻工藝的后續(xù)狀態(tài)中調(diào)節(jié)等離子體蝕刻氣體的流量。
盡管圖2中源氣體被供給到頂周邊區(qū)以及上周邊區(qū)，通常，源氣體可供給等離子體加工室中多處不同區(qū)域。例如，源氣體可供給下周邊區(qū)。這種源氣體可經(jīng)等離子體加工室壁的孔供給等離子體加工室。另一例子，氣體可供給到襯底周圍的下部區(qū)域，例如，晶片204的邊緣附近的區(qū)域。例如這種源氣體可經(jīng)由晶片204的邊緣附近的ESC 206釋放。
圖3畫出了按本發(fā)明另一實施例的適合于輸送和釋放輸入氣體到頂周邊區(qū)以及下周邊區(qū)的簡化的等離子體加工系統(tǒng)300。等離子體加工系統(tǒng)300包括氣流系統(tǒng)221，以便如圖2所示的等離子體加工室200那樣，控制向等離子體加工室202的氣體輸送。該特定實施例中，氣流控制器222包括出口302和304，出口302以控制的方式把源氣體供給等離子體加工室202的頂中央?yún)^(qū)，出口304以控制的方式把源氣體供給等離子體加工室202的下周邊區(qū)。
此外，正如本行業(yè)技術(shù)人員所了解的，如果需要，可用兩個以上的出氣口把氣體輸送到等離子體加工室內(nèi)各個不同的區(qū)域。圖4畫出了按本發(fā)明另一實施例的氣流系統(tǒng)400，它適合于控制向等離子體加工室的氣體輸送。氣流系統(tǒng)400包括氣流控制器402。氣流控制器402通過入口404和406接收源氣體。氣流控制器402接收的源氣體可以是單一種氣體，也可以是多種氣體的混合氣體。如圖4所示，氣流系統(tǒng)400包括以控制的方式把氣體輸送到等離子體加工室的不同區(qū)域用的出氣口408、410和412。例如用出氣口408、410和412按控制的方式把氣體供給3個不同區(qū)域，例如等離子體加工室202的頂中央?yún)^(qū)，上周邊區(qū)和下周邊區(qū)。此外，氣流系統(tǒng)402構(gòu)型為能調(diào)節(jié)由出氣口408、410和412輸送到不同區(qū)域的氣量。
如圖4所示，用兩個進(jìn)氣口(404和406)用來接收由出氣口408、410和412輸送到不同區(qū)域的源氣。每個進(jìn)氣口404和406能接收不同氣體或多種氣體的不同混合氣體。要知道，釋放到區(qū)域中的氣體流量和/或氣體流量比的值可以不同于進(jìn)氣口404和406接收到的氣體流量和/或氣體流量比的值。換句話說，氣流系統(tǒng)400可以確定和調(diào)節(jié)釋放進(jìn)等離子體加工室的不同區(qū)域的氣體流量。例如，釋放到一個區(qū)域與釋放到與之不同的區(qū)域的氣體流量不同，此外，釋放到一個區(qū)域或全部區(qū)域的氣體的流量與氣流系統(tǒng)400接收到的氣體的流量不同。還要注意，盡管氣流系統(tǒng)構(gòu)型為把氣體釋放到3個區(qū)域，但這并不表明在蝕刻工藝中任何特定時間都要把氣體釋放到所有區(qū)域。例如，在蝕刻工藝中的特定點可完全截斷流到出氣口408的氣體。在蝕刻工藝中，氣體流入?yún)^(qū)域可以在開始進(jìn)行或隨后再繼續(xù)等等。
可用各種機(jī)構(gòu)給等離子體加工室202供給源氣體。例如，用諸如在等離子體加工室102的壁中構(gòu)建氣環(huán)或開口例如口或孔來供給源氣體。還要注意，在有氣體分配板(GDP)的等離子體加工系統(tǒng)中，源氣可由設(shè)在GDP中的孔圖形輸送。無論蝕刻工藝中等離子體加工室202中的源氣體是如何到達(dá)的，之后，源氣體均被激勵以觸發(fā)等離子體。等離子體蝕刻晶片204的表面。在一種實施方式中，源氣體含氟化碳?xì)夂脱鯕獾幕旌蠚怏w。除該源氣體外，其它氣體也能流入等離子體加工室102中。這些其它氣體通常是與源氣體混合的但能分開。例如，諸如氬氣等其它氣體可以作為稀釋劑或淀積前體(depositionprecursor)被釋放到等離子體加工室202中。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，可在多個其它適當(dāng)配置的加工室內(nèi)實施本發(fā)明。例如，本發(fā)明可用于，通過電容性耦連的并行電極板、通過電感性耦合的RF源(如螺旋形的、螺旋諧振器和與變壓氣耦連的等離子體(TCP))，向等離子體輸送能量的加工室中。TCP等離子體加工系統(tǒng)可以從Lam Research Corporation of Fremont，California購買到。合適的加工室的其它例子包括感應(yīng)等離子體源(IPS)，去耦等離子體源(DPS)，和雙極環(huán)形磁鐵(DRM)。
正如在
背景技術(shù)：
中注意到的，在現(xiàn)代集成電路制造中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員仍然在更好地控制蝕刻工藝方面遇到了困難。例如，重要的蝕刻工藝參數(shù)是等離子體加工室中等離子體的分布。正如本技術(shù)領(lǐng)域公知的，為了工藝更完善，需要將等離子體加工條件與帶電荷組分和中性組分相聯(lián)系。如眾所周知的，諸如正負(fù)氣體離子等帶電荷組分對蝕刻工藝有明顯影響。中性組分也影響蝕刻工藝，例如，某些中性氣體組分會與襯底晶片反應(yīng)，其它一些中性組分會吸附到加工室的壁上等。因此，還要求控制中性等離子體組分的分布，因為它能明顯改善蝕刻工藝。此外，極需提供能增強對中性和帶電荷組分分布的控制的等離子體加工系統(tǒng)和方法。正如本行業(yè)技術(shù)人員所了解的，控制中性的和帶電荷的組分的分布能明顯改善蝕刻工藝。
而且，還需要更好地控制等離子體分布而不限制某些蝕刻工藝參數(shù)。為了更完善，某些參數(shù)能影響等離子體組分的分布。這些參數(shù)包括功率分布、加工室的操作壓力、形成晶片襯底的各種材料的產(chǎn)品規(guī)范和吸附系數(shù)。盡管這些參數(shù)中的一個或多個參數(shù)影響等離子體組分的分布，其缺點是要限定這些參數(shù)才能更好地控制等離子體的分布。例如，限定構(gòu)成晶片的材料，這是極不希望出現(xiàn)的事。
圖5畫出按本發(fā)明另一實施例的等離子體加工系統(tǒng)500，它能更好控制中性組分和帶電荷組分的分布。等離子體加工系統(tǒng)500包括典型的RF天線裝置502，和典型的上磁鐵裝置504。圖5所示例中，RF天線裝置502和上磁鐵裝置504位于等離子體加工室506上方。晶片500可以設(shè)在等離子體加工室506內(nèi)的吸盤510上。正如與本申請同時申請的No.09/439661(Att.Dkt.No.LAM1P122)號、名稱為“IMPROVEDPLASMA PROCESSING SYSTEMS AND METHODS THEREFOR”的美國專利申請(以下叫做參考申請)所述的，RF天線裝置502和上磁鐵裝置504可設(shè)在其它位置。
圖示的RF天線裝置502耦連到RF電源512，它給RF天線裝置502供給頻率范圍為0.4MHz至50MHz的RF能量。在特定實施例中，上磁鐵裝置504包括承載按相反方向運行的DC電流的兩個同軸磁性線圈。圖示的上磁鐵裝置504耦連到可變直流(DC)電源514，它構(gòu)型為能改變加到上磁鐵裝置504的電磁線圈的直流電流的大小和/或方向。注意，等離子體加工系統(tǒng)500還可以有其它裝置。例如，參考申請中所述的，沿等離子體加工室外圍設(shè)定的磁性桶形裝置(未示出)。
參考申請中所述的等離子體加工系統(tǒng)500的磁裝置或其它磁裝置能顯著增強蝕刻工藝控制。更具體地說，其中，磁裝置影響帶電荷組分的分布，能更好控制等離子體分布。更好的控制等離子體分布，因而也會增強對蝕刻工藝的控制。但是，與帶電荷組分不同，中性組分對磁場響應(yīng)不明顯。
如圖5所示，氣流系統(tǒng)516可與磁裝置504結(jié)合使用?？捎脷饬飨到y(tǒng)516更好地控制中性氣體組分的分布。由此能更進(jìn)一步增強對蝕刻工藝的控制。例如，用氣流系統(tǒng)516把氣體輸送到等離子體加工室的不同區(qū)域，例如按與圖2所示的等離子體加工系統(tǒng)200所述的相同方式。此外，氣流系統(tǒng)516被構(gòu)型為能調(diào)節(jié)輸送到特定區(qū)域的氣量。因此，采用諸如參考申請所述的帶有磁裝置的氣流系統(tǒng)516能更均勻的控制蝕刻工藝。
一般認(rèn)為通過改變時間，例如輸入氣體在等離子體加工室內(nèi)所用的平均時間，和/或例如輸入氣體在“熱區(qū)”所用的平均時間，能影響中性組分的分布。這里用的“熱區(qū)”是指輸入氣體的激勵區(qū)。例如，輸入氣體能在等離子體加工室頂表面附近的區(qū)域內(nèi)被激勵。通過改變輸送到加工室中的氣體的位置和氣量，可以調(diào)節(jié)中性組分在等離子體加工室和/或熱區(qū)中的耗用的時間。例如，釋放到等離子體加工室上部區(qū)域的氣體分子處在等離子體加工室內(nèi)的平均時間一般比較長。相反，釋放到等離子體加工室下部的氣體處在等離子加工室內(nèi)的平均時間一般較短，因為這部分氣體更容易被較快地從等離子加工室中抽出。
本發(fā)明有許多優(yōu)點。一個優(yōu)點是，本發(fā)明操作增強了對中性組分和/或等離子體組分的分布控制，能更好控制蝕刻工藝。另一優(yōu)點是，能更好控制蝕刻工藝但不會限制某些其它參數(shù)，例如，壓力和功率分布等。還有一個優(yōu)點是，本發(fā)明具有靈活性，在不同的蝕刻工藝能改變中性和/或等離子體組分的分布，以及在同一蝕刻工藝的不同階段也能改變中性和/或等離子體組分的分布。
正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解的，可用本發(fā)明形成各種蝕刻的特征，如接點、互連通路等等。而且，本發(fā)明還能與各種特定的蝕刻技術(shù)結(jié)合使用，例如雙波紋(dual damascene)、平整技術(shù)、剝離光刻膠，清潔加工室等等。
盡管只詳細(xì)描述了本發(fā)明的幾個實施例，但要了解，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的前提下，本發(fā)明還有許多其它的具體實施形式。因此，本發(fā)明的這些實施例只是為了說明而不是限制本發(fā)明，發(fā)明不限于這里所做的詳細(xì)描述，在所附權(quán)利要求書界定的發(fā)明范圍內(nèi)還可以作出變型。
權(quán)利要求
1.一種等離子體加工系統(tǒng)，所述等離子體加工系統(tǒng)包括用于等處襯底的等離子體加工室；和氣流系統(tǒng)，它耦連到所述等離子體加工室，所述氣流系統(tǒng)控制輸入到所述等離子體加工室的至少兩個不同區(qū)域的輸入氣體流動。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，至少兩個不同區(qū)域包括頂中央?yún)^(qū)和上周邊區(qū)。
3.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，至少兩個不同區(qū)域包括頂中央?yún)^(qū)和下周邊區(qū)。
4.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，至少兩個不同區(qū)域包括頂中央?yún)^(qū)、下周邊區(qū)和上周邊區(qū)。
5.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，至少兩個不同區(qū)域包括襯底附近的下部區(qū)。
6.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，所述等離子體加工系統(tǒng)包括吸盤和包括襯底邊緣附近的下部區(qū)的至少兩個不同區(qū)域，其中，輸入氣體通過吸盤釋放。
7.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，所述氣流系統(tǒng)控制輸入所述等離子體加工室的至少兩個不同區(qū)域的輸入氣體的量或體積。
8.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，所述氣流系統(tǒng)控制輸入所述等離子體加工室的至少兩個不同區(qū)域的輸入氣體的流量。
9.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，輸入氣體至少包括第一和第二氣體，其中，所述氣流系統(tǒng)單獨控制輸入所述等離子體加工室的至少兩個不同區(qū)域的至少第一和第二氣體的相對流量。
10.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，所述等離子體加工系統(tǒng)還包括耦連到所述等離子體加工室的氣體輸送環(huán)；其中所述氣流系統(tǒng)控制輸入到所述氣體輸送環(huán)的輸入氣體的量或體積，由此，把輸入氣體供給所述等離子體加工室的周邊區(qū)域。
11.如權(quán)利要求10所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體輸送環(huán)設(shè)在等離子體加工室的上部，由此，氣體輸送環(huán)把輸入氣體供給到所述等離子體加工室的上周邊區(qū)。
12.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，所述等離子體加工室包括至少一個內(nèi)壁，所述氣流系統(tǒng)包括至少一個進(jìn)氣口，用于接收要輸送到所述等離子體加工室的輸入氣體；至少第一和第二出氣口，每個出氣口能把輸入氣體輸送到等離子體加工系統(tǒng)；和其中，至少部分輸入氣體經(jīng)第一和第二出氣口輸送到等離子體加工室。
13.如權(quán)利要求12所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，至少部分輸入氣體釋放進(jìn)第二區(qū)，第一區(qū)是等離子體加工室中的頂中央?yún)^(qū)，通過第一出氣口將輸入氣體釋放進(jìn)第一區(qū)域。
14.如權(quán)利要求12所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，至少部分輸入氣體釋放進(jìn)第二區(qū)域，第一區(qū)域是環(huán)繞等離子體加工室內(nèi)壁的上周邊區(qū)，通過第二出氣口將輸入氣體釋放進(jìn)第二區(qū)域。
15.如權(quán)利要求12所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，至少部分輸入氣體釋放進(jìn)第二區(qū)域，第二區(qū)域是環(huán)繞等離子體加工室內(nèi)壁的下周邊區(qū)，通過第二出氣口將輸入氣體釋放進(jìn)第二區(qū)域。
16.如權(quán)利要求12所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，氣流系統(tǒng)接收用于確定由第一和第二出氣口中的每個出氣口輸入等離子體加工室的輸入氣體的量或體積的氣流控制信號。
17.如權(quán)利要求16所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，氣流控制信號確定由第一和第二出氣口中的每個出氣口輸入等離子體加工室的氣體輸送流量。
18.如權(quán)利要求16所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，輸入氣體至少包括第一和第二氣體，其中，所述氣流控制信號單獨確定輸入所述等離子體加工室的至少兩個不同區(qū)域的至少第一和第二氣體的相對流量。
19.一種用于加工襯底的等離子體加工系統(tǒng)，包括大致為圓柱形的等離子體加工室，在該加工室中，等離子體被點火和保持述以用于加工，所述等離子體加工室無單獨的等離子體發(fā)生室，所述等離子體加工室有上端和下端；設(shè)于所述等離子體加工室上端的耦連窗；射頻天線裝置，當(dāng)所述襯底設(shè)在所述等離子體加工室中進(jìn)行加工時，該天線裝置設(shè)在所述襯底確定的平面的上方；設(shè)在由所述襯底確定的所述平面的上方的電磁裝置，所述電磁裝置構(gòu)型為，當(dāng)至少一個直流電流被施加到所述電磁裝置時，所述等離子體加工室內(nèi)貼近所述射頻天線的區(qū)域中靜磁場布局按徑向變化，所述徑向變化用于影響所述襯底的加工均勻性；耦連到所述電磁裝置的直流電源，所述直流電源有控制器，以改變至少一個直流電流的大小，由此改變所述等離子體加工室內(nèi)貼近所述天線的所述區(qū)域內(nèi)的所述磁場布局的徑向變化，以改善所述襯底的所述加工均勻性；耦連到所述等離子體加工室的氣流系統(tǒng)，所述氣流系統(tǒng)控制輸入所述等離子體加工室的至少兩個不同區(qū)域的輸入氣體流動。
20.如權(quán)利要求19所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，至少兩個不同區(qū)域包括頂中央?yún)^(qū)和上周邊區(qū)。
21.如權(quán)利要求19所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，至少兩個不同區(qū)包括頂中央?yún)^(qū)和下周邊區(qū)。
22.如權(quán)利要求19所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，至少兩個不同區(qū)包括頂中央?yún)^(qū)、下周邊區(qū)和上周邊區(qū)。
23.如權(quán)利要求19所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，所述氣流系統(tǒng)控制輸入所述等離子體加工室的至少兩個不同區(qū)的輸入氣體的量或體積。
24.如權(quán)利要求19所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，所述氣流系統(tǒng)控制輸入所述等離子體加工室的至少兩個不同區(qū)的輸入氣體的流量。
25.如權(quán)利要求19所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，輸入氣體至少包括第一和第二氣體，其中，所述氣流系統(tǒng)單獨控制輸入所述等離子體加工室的至少兩個不同區(qū)的至少第一和第二氣體的相對流量。
26.如權(quán)利要求19所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，所述等離子體加工系統(tǒng)還包括耦連到所述等離子體加工室的氣體輸送環(huán)，其中，所述氣流系統(tǒng)控制輸入到所述氣體輸送環(huán)的輸入氣體的量或體積，由此，把輸入氣體供給所述等離子體加工室的周邊區(qū)。
27.如權(quán)利要求26所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體輸送環(huán)設(shè)在等離子體加工室的上部，由此，氣體輸送環(huán)把輸入氣體輸送到所述等離子體加工室的上周邊區(qū)域。
28.如權(quán)利要求19所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，所述等離子體加工室包括至少一個內(nèi)壁，所述氣流系統(tǒng)包括至少一個進(jìn)氣口，它接收將要流入等離子體加工室的輸入氣體；至少第一和第二出氣口，每個出氣口能把輸入氣體輸送到等離子體加工系統(tǒng)；其中，至少部分輸入氣體經(jīng)所述第一和第二出氣口輸送到等離子體加工室。
29.如權(quán)利要求28所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，至少部分輸入氣體釋放進(jìn)第二區(qū)域，第一區(qū)域是等離子體加工室內(nèi)的頂中央?yún)^(qū)，由第一出氣口將輸入氣體釋放到第一區(qū)域。
30.如權(quán)利要求28所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，至少部分輸入氣體釋放進(jìn)第二區(qū)域，第一區(qū)域是環(huán)繞等離子體加工室內(nèi)壁的上周邊區(qū)，由第二出氣口將輸入氣體釋放到第二區(qū)域。
31.如權(quán)利要求28所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，至少部分輸入氣體釋放進(jìn)第二區(qū)域，第二區(qū)域是環(huán)繞等離子體加工室內(nèi)壁的下周邊區(qū)，由第二出氣口將輸入氣體釋放到第二區(qū)域。
32.如權(quán)利要求28所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，氣流系統(tǒng)接收用于確定由第一和第二出氣口中的每個出氣口輸送到等離子體加工室內(nèi)的輸入氣體的量和體積的氣流控制信號。
33.如權(quán)利要求32所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，氣流控制信號確定由第一和第二出氣口中的每個出氣口輸送到等離子體加工室內(nèi)的氣體流量。
34.如權(quán)利要求32所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，輸入氣體至少包括第一和第二氣體，其中，所述氣流控制信號單獨確定輸入所述等離子體加工室的至少兩個不同區(qū)域的至少第一和第二氣體的相對流量。
35.如權(quán)利要求19所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，至少兩個不同區(qū)域包括襯底附近的下部區(qū)域。
36.如權(quán)利要求19所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，等離子體加工系統(tǒng)包括吸盤，和包括襯底邊緣附近的下部區(qū)域至少兩個不同區(qū)域，其中，輸入氣體經(jīng)過吸盤釋放。
37.用于加工襯底的等離子體加工系統(tǒng)，包括大致是圓柱形的等離子體加工室，在該等離子體加工室內(nèi)等離子體被點火和保持以用于所述加工，所述等離子體加工室無單獨的等離子體發(fā)生室，所述等離子體加工室有上端和下端；設(shè)于所述等離子體加工室上端的耦連窗；RF天線裝置，當(dāng)所述襯底被放在所述等離子體加工室中進(jìn)行所述加工時，RF天線裝置設(shè)在所述襯底確定的平面的上方；位于所述襯底確定的平面的上方的電磁裝置，所述電磁裝置構(gòu)型為，當(dāng)至少一個直流電流被施加到所述電磁裝置上時，所述等離子體加工室內(nèi)貼近所述射頻天線的區(qū)域中的靜磁場布局按徑向變化，所述徑向變化用于影響所述襯底上的加工均勻性；耦連到所述電磁裝置的直流電源，所述直流電源有控制器，用于改變至少一個直流電流的大小，由此改變所述等離子體加工室內(nèi)貼近所述射頻天線的區(qū)域中的磁場布局的徑向變化，以改善所述襯底的加工均勻性；耦連到所述等離子體加工室的氣流系統(tǒng)，其中，所述氣流系統(tǒng)控制釋放進(jìn)等離子體加工室內(nèi)的第一和第二區(qū)域的輸入氣體，第一區(qū)域是等離子體加工室內(nèi)的頂中央?yún)^(qū)，第二區(qū)域是等離子體加工室的周邊區(qū)。
全文摘要
一種等離子體加工系統(tǒng),包括等離子體加工室,它能提供增強蝕刻工藝控制。等離子體加工室連接到氣流系統(tǒng)。氣流系統(tǒng)用于控制輸入等離子體加工室中不同區(qū)域的氣體釋放。此外,可用氣流控制機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)釋放的氣量,例如氣體流量。以此方式,能控制輸送到等離子體加工室內(nèi)的氣體位置和氣量。能夠調(diào)節(jié)釋放到等離子體加工室內(nèi)的氣體位置和氣量可以更好控制中性組分的分布,這又會增強對蝕刻工藝的控制。
文檔編號H05H1/46GK1423825SQ00818382
公開日2003年6月11日 申請日期2000年11月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月15日
發(fā)明者A·D·拜利三世, A·M·舍普, D·J·赫姆克爾, M·H·維爾科克森 申請人:蘭姆研究有限公司