具有多個等離子體配置的半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】具有多個等離子體配置的半導(dǎo)體處理系統(tǒng)
[0001]相關(guān)專利申請案的交叉引用
[0002]本申請案主張于2013年3月8日提交的美國非臨時專利申請案第13/791，074號的優(yōu)先權(quán)，所述美國非臨時專利申請案主張于2013年2月8日提交的美國臨時申請案第 61/762，767 號的權(quán)益，兩者標題皆為“Semiconductor Processing Systems HavingMultiple Plasma Conf igurat1ns (具有多個等離子體配置的半導(dǎo)體處理系統(tǒng))”。出于所有目的以引用的方式將上述兩個申請案的全部揭示內(nèi)容并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明技術(shù)涉及半導(dǎo)體工藝及設(shè)備。更具體言的，本發(fā)明技術(shù)涉及具有多個等離子體配置的處理系統(tǒng)。
[0004]背景
[0005]在基板表面上產(chǎn)生錯綜復(fù)雜的圖案化材料層的工藝使得集成電路成為可能。在基板上產(chǎn)生圖案化材料需要用于移除暴露材料的受控方法?；瘜W(xué)蝕刻被用于各種目的，包括用光阻劑將圖案轉(zhuǎn)移至底層中、薄化各層或薄化存在于表面上的特征的橫向尺寸。常常需要具有蝕刻一種材料比蝕刻另一種材料更快的蝕刻工藝促進例如圖案轉(zhuǎn)移工藝。此蝕刻工藝被認為對第一材料具有選擇性。作為材料、電路及工藝的多樣性的結(jié)果，蝕刻工藝已被發(fā)展成具有對各種材料的選擇性。
[0006]濕法HF蝕刻相比其它介電質(zhì)及半導(dǎo)體材料優(yōu)先移除氧化硅。然而，濕法工藝不能穿透一些受約束溝槽及有時使剩余材料變形。在基板處理區(qū)域內(nèi)部形成的本地等離子體中產(chǎn)生的干法蝕刻可穿透更受約束溝槽及展示出精密剩余結(jié)構(gòu)的較少變形。然而，本地等離子體可經(jīng)由因放電產(chǎn)生電弧損壞基板。
[0007]因此，需要一種改良的方法及系統(tǒng)，用于選擇性地蝕刻半導(dǎo)體基板上的材料及結(jié)構(gòu)，所述方法及系統(tǒng)允許對前驅(qū)物化學(xué)品及蝕刻參數(shù)的更多控制。藉由本發(fā)明技術(shù)解決這些及其它需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]關(guān)于半導(dǎo)體處理腔室描述系統(tǒng)及方法。示例性系統(tǒng)可包括腔室，所述腔室經(jīng)配置以在所述腔室的處理區(qū)域中包含半導(dǎo)體基板。所述系統(tǒng)可包括第一遠程等離子體單元，所述第一遠程等離子體單元與腔室的第一入口流體耦合且經(jīng)配置以將第一前驅(qū)物經(jīng)由第一入口傳遞至腔室中。所述系統(tǒng)可更進一步包括第二遠程等離子體單元，所述第二遠程等離子體單元與腔室的第二入口流體耦合且經(jīng)配置以將第二前驅(qū)物經(jīng)由第二入口傳遞至腔室中?？蓪⒌谝蝗肟诩暗诙肟谂c腔室的混合區(qū)域流體耦合，所述混合區(qū)域與腔室的處理區(qū)域分開且與所述處理區(qū)域流體耦合?？膳渲没旌蠀^(qū)域以允許第一前驅(qū)物及第二前驅(qū)物在腔室的處理區(qū)域外部彼此相互作用。
[0009]所述系統(tǒng)可進一步包括安置于腔室的混合區(qū)域與處理區(qū)域之間的裝置。所述裝置可經(jīng)配置以至少部分地抑制導(dǎo)向處理區(qū)域的離子物質(zhì)的流動。所述腔室可進一步包括位于腔室內(nèi)部的氣體分配組件，所述氣體分配組件處于腔室的處理區(qū)域的頂部部分處或腔室的處理區(qū)域上方，且經(jīng)配置以將第一前驅(qū)物及第二前驅(qū)物兩者傳遞至腔室的處理區(qū)域中。氣體分配組件可包括上平板及下平板，且所述等平板可彼此耦合以界定平板之間的容積。平板的耦合可提供穿過上平板及下平板的第一流體通道及穿過下平板的第二流體通道，所述通道經(jīng)配置以提供自容積穿過下平板的流體入口。第一流體通道可與平板與第二流體通道之間的容積流體隔離。經(jīng)由與腔室中的第三入口流體耦合的氣體分配組件的側(cè)面可流體進入所界定的容積，所述第三入口與腔室的第一入口及第二入口分開。
[0010]可將到腔室的第一入口及第二入口與腔室的頂部部分耦合。在實施例中，第一入口及第二入口可彼此分開。亦可將第一入口及第二入口在單個位置處與腔室的頂部部分耦合。可配置第一遠程等離子體單元及第二遠程等離子體單元與單個入口耦合以允許第一前驅(qū)物及第二前驅(qū)物在進入腔室的混合區(qū)域前相互作用。亦可將第一入口及第二入口與腔室的側(cè)面部分耦合，且所述入口可彼此分開或耦合在一起?？蓪⒌谝蝗肟诩暗诙肟谂c氣室流體耦合，所述氣室圍繞腔室徑向分配及經(jīng)配置以在遍及氣室的多個位置處提供入口至腔室的混合區(qū)域。
[0011]處理系統(tǒng)的腔室可進一步包括安置于腔室的混合區(qū)域與處理區(qū)域之間的淋噴頭，所述淋噴頭經(jīng)配置以分配穿過腔室的第一前驅(qū)物及第二前驅(qū)物。淋噴頭可界定圍繞淋噴頭的外部部分安置的多個孔。淋噴頭可不包括圍繞于淋噴頭的內(nèi)部部分的孔，所述內(nèi)部部分至少自淋噴頭的中心點延伸至淋噴頭的約25 %的徑向長度。
[0012]系統(tǒng)的遠程等離子體單元可具有包括第一材料的第一遠程等離子體單元及包括第二材料的第二遠程等離子體單元?？苫诘谝磺膀?qū)物的成分選擇第一材料且可基于第二前驅(qū)物的成分選擇第二材料。第一材料及第二材料可為類似或不同的材料。可配置第一遠程等離子體單元及第二遠程等離子體單元以在約1W至高于或約1kW之間操作。可配置第一遠程等離子體單元以在基于第一前驅(qū)物的成分所選擇的第一功率水平下操作。可配置第二遠程等離子體單元以在基于第二前驅(qū)物的成分所選擇的第二功率水平下操作。可配置系統(tǒng)以在彼此類似或彼此不同的功率水平下操作第一遠程等離子體單元及第二遠程等離子體單元。
[0013]亦描述操作半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的方法。所述方法可包括使第一前驅(qū)物穿過第一遠程等離子體單元流入半導(dǎo)體處理腔室中。所述方法亦可包括使第二前驅(qū)物穿過第二遠程等離子體單元流入處理腔室中?？稍谇皇业幕旌蠀^(qū)域中組合第一前驅(qū)物及第二前驅(qū)物，所述混合區(qū)域流體定位于基板所在的腔室的處理區(qū)域的上游。第一前驅(qū)物可包括含氟前驅(qū)物而第二前驅(qū)物可包括含氧前驅(qū)物?？稍诘谝贿h程等離子體單元中以第一等離子體功率激勵第一前驅(qū)物，且可在第二遠程等離子體單元中以第二等離子體功率激勵第二前驅(qū)物。第一等離子體功率及第二等離子體功率可為彼此類似或不同。
[0014]此技術(shù)相較于習(xí)知系統(tǒng)及技術(shù)可提供眾多益處。舉例而言，可基于前驅(qū)物的個別激勵改良及調(diào)諧蝕刻化學(xué)品。另外，可基于可提供更均勻的氣體混合物的流動路徑提供更大的工藝均勻性。將結(jié)合下文描述及隨附圖式更詳細地描述所述等及其它實施例以及眾多優(yōu)勢及特征。
[0015]附圖簡述
[0016]可藉由參考本說明書的剩余部分及圖式實現(xiàn)對所揭示技術(shù)的本質(zhì)及優(yōu)勢的進一步理解。
[0017]圖1圖示示例性處理工具的一實施例的俯視平面圖。
[0018]圖2A圖示示例性處理腔室的橫截面示意圖。
[0019]圖2B圖示圖2A中所圖示的處理腔室的一部分的細節(jié)圖。
[0020]圖3A至圖3C圖示根據(jù)所揭示的技術(shù)的示例性淋噴頭配置的示意圖。
[0021]圖4圖示根據(jù)所揭示的技術(shù)的示例性淋噴頭的額外平面圖。
[0022]圖5圖示根據(jù)所揭示的技術(shù)的處理腔室的橫截面簡化圖。
[0023]圖6圖示根據(jù)所揭示的技術(shù)的處理腔室的橫截面簡化圖。
[0024]圖7圖示根據(jù)所揭示的技術(shù)的處理腔室的橫截面簡化圖。
[0025]圖8圖示圖7所例示的處理腔室沿線A-A截取的橫截面部分的平面圖。
[0026]圖9圖示根據(jù)所揭示的技術(shù)的處理腔室的橫截面簡化圖。
[0027]圖10圖示圖9所例示的處理腔室沿線B-B截取的橫截面部分的平面圖。
[0028]圖11圖示根據(jù)所揭示的技術(shù)操作半導(dǎo)體處理腔室的方法的流程圖。
[0029]將圖式中的若干者包括作為示意圖。應(yīng)理解，所述圖式出于說明性的目的，且不應(yīng)視為按比例，除非明確如此具體陳述。
[0030]在隨附圖式中，類似部件和/或特征可具有相同組件符號。進一步地，相同類型的各種部件可由組件符號后的短劃線及第二組件符號區(qū)分，所述第二組件符號區(qū)分類似部件。只要本說明書中使用第一組件符號，則所述描述便適用于具有相同第一組件符號的類似部件中的任一者而無關(guān)于第二組件符號如何。
[0031]詳細描述
[0032]本發(fā)明技術(shù)包括用于半導(dǎo)體處理的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)提供改良的流體傳遞機制。某些干法蝕刻技術(shù)包括使用遠程等離子體系統(tǒng)將自由基流體物質(zhì)提供至處理腔室中。在于2012年4月4日提交申請的共同受讓的專利申請案第13/439079號中描述示例性方法，所述專利申請案將在與本文所主張的方面及描述不矛盾的程度上以引用的方式并入本文。當使用可包括若干自由基物質(zhì)的干法蝕刻劑配方時，由不同流體產(chǎn)生的自由基物質(zhì)可與遠程等離子體腔室不同地相互作用。舉例而言，用于蝕刻的前驅(qū)物流體可包括含氟前驅(qū)物及含氧或含氫前驅(qū)物。可將遠程等離子體系統(tǒng)的等離子體空腔以及至處理腔室的分配部件涂覆或排列成行以提供保護免受反應(yīng)性自由基影響。舉例而言，可用氧化物或氮化物涂覆鋁等離子體空腔，此涂覆將保護空腔免受氟自由基影響。然而，若前驅(qū)物亦含有氫基，則氫物質(zhì)可將氧化鋁轉(zhuǎn)換或還原成鋁，在此點處氟可與鋁直接反應(yīng)產(chǎn)生諸如氟化鋁之類的不當副產(chǎn)物。
[0033]常規(guī)技術(shù)已經(jīng)通過定期維護及更換部件處理所述不當副作用，然而，本發(fā)明系統(tǒng)藉由提供自由基前驅(qū)物經(jīng)由獨立流體路徑進入處理腔室中來消除此需要。藉由使用兩個或兩個以上遠程等離子體系統(tǒng)，每個系統(tǒng)被配置成傳遞獨立前驅(qū)物流體，可基于正經(jīng)傳遞的流體單獨保護每個系統(tǒng)。發(fā)明者亦已意外確定，藉由提供前驅(qū)物物質(zhì)穿過獨立遠程等離子體系統(tǒng)，可定制每種流體的具體分解及等離子體特性，從而提供改良的蝕刻性能。因此，就化學(xué)品調(diào)配而言，本文所描述的系統(tǒng)提供改良的靈活性。將在下文中詳細描述這些及其它益處。
[0034]盡管其余揭示內(nèi)容通常將識別使用所揭示技術(shù)的具體蝕刻工藝，但是應(yīng)容易理解，系統(tǒng)及方法可同樣適用于可在所描述的腔室中發(fā)生的沉積及清洗工藝。因此，本發(fā)明技術(shù)不應(yīng)被認為是僅僅限制于蝕刻工藝。
[0035]圖1圖示根據(jù)所揭示的實施例的沉積、蝕刻、烘焙及固化腔室的處理工具100的實施例的俯視平面圖。在圖式中，一對正面開口標準箱(front opening unified pods ；FOUPs) 102供應(yīng)各種大小的基板，由機器人臂104接收所述基板并放置到低壓固持區(qū)域106中，隨后再放置到基板處理腔室108a至108f的一者中，所述基板處理腔室安置于串接區(qū)段109a至109c中?？墒褂玫诙C器人臂110將基板晶片自固持區(qū)域106傳送至基板處理腔室108a至108f及返回?？膳渲妹總€基板處理腔室108a至108f以執(zhí)行眾多基板處理操作，所述處理操作除循環(huán)層沉積(CLD)、原子層沉積(ALD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、蝕刻、預(yù)清洗、脫氣、定向及其它基板工藝外還包括本文所描述的干法蝕刻工藝。
[0036]基板處理腔室108a至108f可包括用于沉積、退火、固化和/或蝕刻基板晶片上的介電膜的一個或多個系統(tǒng)部件。在一種配置中，可使用兩對處理腔室(例如，處理腔室108c-108d及處理腔室108e-108f)以在基板上沉積介電材料，及可使用第三對處理腔室(例如，處理腔室1308a-1308b)以蝕刻經(jīng)沉積的介電質(zhì)。在另一配置中，可將所有三對腔室(例如，腔室108a-108f)配置成蝕刻基板上的介電膜。可在與不同實施例中所示的制造系統(tǒng)分離的腔室中實施所描述的工藝中的任一者或多者。應(yīng)將了解，系統(tǒng)100涵蓋用于介電膜的沉積、蝕刻、退火及固化腔室的額外配置。
[0037]圖2A圖示處理腔室內(nèi)部具有分隔等離子體產(chǎn)生區(qū)域的示例性工藝腔室區(qū)段200的橫截面視圖。在膜蝕刻期間，例如，氮化鈦、氮化鉭、鎢、硅、多晶硅、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧碳化硅等等，可使工藝氣體經(jīng)由氣體入口組件205流入第一等離子體區(qū)域215中。一個或多個遠程等離子體系統(tǒng)(RPS)單元201可任選地包括于系統(tǒng)中，及可處理第一氣體及第二氣體，所述氣體隨后可行進穿過氣體入口組件205。入口組件205可包括兩個或兩個以上不同氣體供應(yīng)通道，其中第二通道(未圖示)可繞過RPS單元201中的任一者(若包括的話)。因此，在所揭示的實施例中，可將前驅(qū)物氣體在未激勵狀態(tài)下傳遞至處理腔室中。在另一實例中，在所揭示的實施例中，經(jīng)由RPS提供的第一通道可用于工藝氣體及繞過RPS的第二通道可用于處理氣體(treatment gas)。在工藝氣體進入第一等離子體區(qū)域215前，可在RPS單元201內(nèi)部激勵工藝氣體。因此，在所揭示的實施例中，下文將常引用到的含氟前驅(qū)物(例如)可穿過RPS 201或繞過RPS單元。將類似地理解此布置涵蓋的各種其它實例。
[0038]圖不了冷卻平板203、面板217、尚子抑制器223、淋噴頭225及上面安置有基板255的基板支撐件265及可根據(jù)所揭示的實施例包括以上各者?；?65可具有熱交換通道，熱交換流體流過所述熱交換通道以控制基板的溫度。此配置可允許冷卻或加熱基板255溫度以維持相對低溫，諸如約_20°C至約200°C之間或中間溫度。熱交換流體可包含乙二醇和/或水。亦可使用嵌入式電阻加熱器組件來電阻加熱可包含鋁、陶瓷或上述組合的基座265的晶片支撐盤，以便實現(xiàn)相對高溫，諸如自至多或約100°C至高于或約1100°C?？稍诨鶅?nèi)部將加熱組件形成為一個或多個環(huán)，且可與支撐盤的周界相鄰布設(shè)加熱器組件的外部部分，同時在具有較小半徑的同心圓的路徑上布設(shè)內(nèi)部部分。連至加熱器組件的電線可穿過基座265的桿，所述桿可進一步經(jīng)配置以旋轉(zhuǎn)。
[0039]面板217可為棱錐形、圓錐形或具有窄頂部部分延伸至寬底部部分的另一類似結(jié)構(gòu)。另外，如圖所示，面板217可為平面并包括用于分配工藝氣體的多個穿透通道。取決于使用RPS 201，等離子體產(chǎn)生氣體和/或等離子體激勵物質(zhì)可穿過面板217中的多個孔(圖2B所示)更加均勻地傳遞至第一等離子體區(qū)域215中。
[0040]示例性配置可包括具有氣體入口組件205通向氣體供應(yīng)區(qū)域2