帶有介電間隔環的邊緣環組件的制作方法

專利名稱：帶有介電間隔環的邊緣環組件的制作方法
帶有介電間隔環的邊緣環組件背景技術在下述說明中，對某些結構及方法進行了參考，但是，這些參 考不應當必然解釋為7 "人這些結構和方法限定為在相關適用的法 規規定下的現有技術。申請人保留證明任何參考的主題不構成現有 技術的權利。在半導體處理領域，等離子體處理室一^:用于蝕刻在基片上形 成的一個或多個層。在蝕刻過程中，基片支撐于該室內的基片支撐 件表面上。基片支撐件可包括圍繞該基片支撐件(即，圍繞該基片) 設置的邊緣環，用于將等離子體限制在該基片之上的體積，和/或保 護該基片支撐件(其通常包括夾緊機構)免受等離子體侵蝕。該邊 緣環(有時稱為聚焦環)可以是犧牲(即，可消耗的)部件。以下 共有美國專利描述了導電和非導電邊緣環美國專利No. 5,805,408; 5,998,932; 6,013,984; 6,039,836以及6,383,931。光刻技術可用于在半導體基片表面中形成幾何圖案。在光刻處 理過程中，圖案(例如集成電路圖案)可由掩模或中間掩模投影， 并傳遞到在基片表面形成的光敏(例如，光刻膠)涂層上。相應地， 等離子體蝕刻可用于將在光刻膠層中形成的圖案傳遞到在該基片 上形成的^立于光刻力交層之下的一個或多個層。在等離子體蝕刻過程中，通過在低壓下將大量的能量添加到氣 體(或氣體混合物)，從而在基片表面上方形成等離子體。該等離 子體可包括離子、自由基以及具有高動能的中性物質。通過調整基片的電位，可引導等離子體中的帶電物質撞擊該基片的表面，并由 此從基片上去除物質(例如，原子)。通過使用可與待蝕刻材料化學反應的氣體，可更有效地進行等 離子體蝕刻。所以，所謂的"反應性離子蝕刻"將等離子體的高能 蝕刻效應與反應性氣體的化學蝕刻效應相結合。但是，在等離子體 蝕刻過程中，除了蝕刻半導體材料的一層或多層外，光刻膠層也可 被等離子體去除。來自于光刻膠和/或作為蝕刻副產物而形成聚合物的剩余物，其可能不一皮期望地(undesirably)再沉積在基片的側邊緣(例如，斜 面邊緣)或下側。可在后續處理過程中揮發的斜面聚合物，可能會 對處理產量具有負面影響。為了最大化地產量，期望在基片的下側 和斜面邊緣上減少聚合物的堆積。發明內容在第一個實施方式中， 一種適于圍繞在等離子體蝕刻室中的基 片支撐件表面的邊緣環組件包括邊緣環，該邊緣環尺寸適于位于設 在基片支撐件表面上的基片的周緣部分之下，并提供在該基片的下 部周緣表面和該邊緣環的上表面之間的隙距，以及在該邊緣環和該 基片支撐件表面之間的介電間隔環，該介電間隔環尺寸適于提供在 該基片的下表面和該介電間隔環的上表面之間的隙3巨。當該邊鄉彖環組件安裝于等離子體蝕刻室中時，在該邊》彖環和該 介電間隔環之間的環形間隙和/或在該介電間隔環和該基片支撐件 表面之間的環形間隙^尤選i也小于0.25mm，并且該介電間隔環的上 表面和該邊緣環的最靠內的上表面優選地是大體上共面的。該邊纟彖環組件優選地配置為在該基片支撐件表面的平面和該介電間隔環的最靠上表面的平面之間的距離小于約0.25mm,并且 在該基片支撐件表面的平面和該邊緣環徑向內部的上表面的平面 之間的距離小于約0.25mm。由此，當基片設置于該基片支撐件表 面時，在該基片下表面和該介電間隔環上表面之間的間隙優選地小 于約0.25mm,并且在該基片下表面詳口該邊》彖環徑向內部的上表面 之間的間隙優選地小于約0.25mm。在一個實施方式中，該邊纟彖環 的徑向外部比該介電間隔環厚。在進一步的實施方式中， 一種等離子體蝕刻室，其包括邊緣環 組件，該邊緣環組件適于圍繞在等離子體蝕刻室中的基片支撐件表 面。該基片支撐件優選地包括在形成下部電極的基^反的上表面上的 靜電卡盤。該邊緣環組件可在耦合環之上，該耦合環在該基板的周 緣部分之上。基片可安裝在該基片支撐件表面上，從而該基片的外 部邊緣突出該介電間隔環和該邊緣環的徑向內部。優選的介電間隔環的寬度(例如，從約0.5到2.5mm)有效地 將該邊纟彖環與該基一反電絕纟彖，并且其高度(例如，l到3mm)有效 地最小化在該介電間隔環和該基片之間的間隙內的聚合物沉積。至 少 一個氣體通道可延伸并通過該耦合環或該基纟反，該氣體通道適合 于提供熱傳遞氣體到該邊緣環和/或該介電間隔環的鄰近表面。優選的等離子體蝕刻室包括平行板反應器，其具有面向該基片 支撐件表面的上部噴頭電極。該基板可包括RF驅動電極和/或該基 片支撐件表面可包括在基板的上表面上的靜電卡盤。該邊^^環組件優選地適于減小下列項中的至少一個(i)該邊 纟象環和該基板之間的RF耦合，(ii)該邊纟彖環和該基^反之間的電弧 放電，以及(m)在支撐于該基片支撐件表面上的基片的下側和/ 或邊纟彖的聚合物沉積。一種蝕刻在等離子體蝕刻室中的半導體基片上的層的方法，該 等離子體蝕刻室具有邊^彖環組件，該方法包括在設置于該室內部的 基片支撐件表面上支撐該基片，向該室提供蝕刻氣體，鄰近該基片 的暴露表面將該蝕刻氣體激勵成等離子體狀態，以及利用該等離子 體蝕刻在該半導體基片上的一個或多個層。由于該介電間隔環的等 離子體侵蝕，在蝕刻預定數量的半導體基片后，該介電間隔環可從 該室中移除，并用另一個的介電間隔環代盧l。根據再 一 個實施方式，介電間隔環尺寸適于提供在設置于等離 子體蝕刻室中基片支撐件表面上的基片的下表面和該介電間隔環 的上表面之間的隙距，該介電間隔環尺寸進一步設為適于被邊緣環 圍繞，該邊緣環尺寸適于位于該基片之下并提供在該基片的下表面 和該邊纟彖環的上表面之間的隙距。當該介電間隔環和該邊》彖環安裝于該等離子體蝕刻室內時，該 介電間隔環的上表面和該邊緣環最靠內的上表面優選地是大體上 共面的。該介電間隔環可與耦合環的上表面或基板的上表面結合(bond),并且該介電間隔環和該耦合環中的任一種由石英制成， 或均由石英制成。在進一步的實施方式中，該介電間隔環可包4舌在 耦合環的徑向內表面上形成的軸向向上延伸部分。


圖1是平行板等離子體蝕刻反應器的示意圖；圖2示出了才艮據一個實施方式，包括有安裝在耦合環上的邊緣 環組件的平行板等離子體蝕刻反應器；圖3示出了根據進一步的實施方式，包括有邊緣環組件的平行板等離子體蝕刻反應器；以及圖4示出了根據另一個實施方式，包括有安裝在基板上的邊緣 環組件的平行板等離子體蝕刻反應器。
具體實施方式
在平行板等離子體蝕刻反應器中，其中通過噴頭電極提供處理 氣體，并且由通過向該噴頭電極和/或底部電極提供RF能量而生成 的等離子體對支撐在該底部電極上半導體基片等離子體蝕刻，通過 在該底部電極和該等離子體之間的RF耦合可影響等離子體均一 性。為提高等離子體均一性，邊緣環組件圍繞在等離子體蝕刻反應 器中的基片支撐件表面。該邊緣環組件包括邊鄉彖環和介電間隔環， 設置為該介電間隔環圍繞該基片支撐件表面，并且該邊緣環圍繞該 介電間隔環。圍繞該基片支撐件表面的邊》彖環組件的整合可減少在 基片的下側及沿該基片邊緣的聚合物的堆積，和/或增加了該基片的 等離子體蝕刻均一性。在一個優選的實施方式中，該介電間隔環是擱在圍繞該基片支 撐件表面的元件表面上的獨立部4牛。該元件可以是在該介電間隔環 和該邊纟彖環之下，或者是該基+反的一部分的耦合環。在一個備選的 實施方式中，該介電間隔環可通過導熱性人造橡膠粘結劑接合到該元件。在更進一步優選的實施方式中，該介電間隔環和耦合環可以 是一體的部件。通過提供介電間隔環，可減小在該邊緣環和該基板之間的RF 耦合。另外，如以下更詳細解釋的，在該基片支撐件表面和該邊緣環之間插入介電間隔環，可減少在基片的等離子體蝕刻過程中，在導電的邊緣環和該基片支撐件/基板之間的電弧放電(arcing )傾向， 和/或減少在支撐于基片支撐件表面的基片的下側和/或邊緣上的聚 合物沉積。 一種等離子體蝕刻室包括該邊緣環組件，以及一種蝕刻 半導體基片的方法包括在包括該邊緣環組件的等離子體蝕刻室中 蝕刻該半導體基片。該邊緣環組件適于圍繞等離子體蝕刻反應器中的基片支撐件 表面。在對支撐或夾持在該基片支撐件表面上的基片進行等離子體 蝕刻過程中，該邊緣環組件可將等離子體集中在該基片上方和/或通 過該基片集中RF功率。確信該邊緣環可提高等離子體蝕刻效果， 并降低等離子體反應器部件的磨損。另外，該介電間隔環和該邊緣 環可以是一次性的部件，這些部件可保護該基片支撐件和/或基板免 受等離子體侵蝕。等離子體室通常用于通過向該室提供包括一種或多種氣體的 蝕刻氣體以及向該蝕刻氣體施加能量以將該氣體激勵成等離子體 狀態，而蝕刻在基片上的材料層。多種等離子體室設計是熟知的， 其中射頻(RF)能量、^t波能量和/或^t場可用于產生和維持中等 密度或高密度的等離子體。該邊纟彖環組件可整合入電感耦合、螺^t波(helicon )、電子回 旋共振、平行板、或其它類型的等離子體室。例如，在變壓器耦合 等離子體(TCP )反應器中或在電子回旋共振(ECR)反應器中 可產生高密度的等離子體。變壓器耦合等離子體反應器(其中RF 能量感應津禺合進入反應器)可乂人California, Fremont的Lam Research Corporation得到。在共有美國專利No.5，948，704中披露了可4是供高 密度等離子體的高流量等離子體反應器的一個示例，因此通過引用 結合其7>開。平4亍*反反應器、電子回S走共4展(ECR)反應器、以及 變壓器耦合等離子體(TCP )反應器在以下共有的美國專利中披露No. 4,340,462; 4,948,458; 5,200,232以及5,820,723，因此通過 引用結合其公開。例如，可在平行板蝕刻反應器中產生等離子體，例如在共有的 美國專利No. 6,090,304中描述的雙頻等離子體蝕刻反應器，因此通 過引用結合其/>開。 一種優選的平行板等離子體蝕刻室為雙頻電容 式耦合等離子體反應器，其包括上部噴頭電極和下部電極，該下部 電極(例如，基板)具有基片支撐件，例如整合入該下部電極的上 表面的靜電卡盤。為說明的目的，這里根據平行板類型的等離子體 蝕刻室描述該邊纟彖環組件的實施方式。圖1說明了平行板等離子體蝕刻反應器。該等離子體蝕刻反應 器100包括室110、入口裝載鎖(load lock) 112、以及可選的出口 裝載鎖114,其進一步的細節在美國共有專利No. 6,824,627中描述， 由此通過引用結合其整體。該裝載鎖112和114 (如提供的話)包括移動設備，以將基片 (例如晶片)從基片供應(supply ) 162通過室110移出至晶片容器 164。裝載鎖泵176可在裝載鎖112和114中才是供期望的真空壓力。真空泵172 (例如渦輪泵)適于保持該室內期望的壓力。在等 離子體蝕刻過程中，該室壓力是受控的，并且優選地保持在足以維 持等離子體的水平。過高的室壓力會不利地導致蝕刻停止，而過低的室壓力會導致等離子體消失。在中等密度的等離子體反應器中， 例如平行板反應器，優選地該室壓力保持在低于約200 mTorr的壓 力下(侈'H口，小于100 mTorr或小于50 mTorr )。該真空泵可連4妾到在該反應器壁內的出口 ，并可利用閥173調 節流，以控制該室內的壓力。優選;也，當蝕刻氣體流入該室時，該 真空泵能夠4呆持該室內4氐于200 mTorr的壓力。該室110包4舌上部電才及組件120，該上部電才及組件120包4舌上 部電才及125(例如，噴頭電4及)，以及下部電才及組件140，該下部電 極組件140包括基板(即，下部電極)160和形成于該基板160上 表面內的基片支撐件表面150。該上部電才及組件120安裝于上部框 架(housing ) 130內。該上部沖匡架130可利用才幾構132垂直移動， 以調整上部電才及125和基片支撐件表面150之間的間隙。蝕刻氣體源170可連4妄到該才醫架130，以將包括有一種或多種 氣體的蝕刻氣體輸送到上部電4及組件120。在一個優選的蝕刻反應 器中，該上部電極組件包括氣體分配系統，可用于將反應物和/或載 體氣體輸送到鄰近基片表面的區域。可包括一個或多個氣體環、噴 射器和/或噴頭的氣體分配系統(例如，噴頭電^L)在共有美國專利 No. 6,333,272; 6,230,651; 6，013，155和5,824,605中4皮露，因jt匕通 過引用合并其公開。該上部電極125優選地包括噴頭電極，其包括多個孔(圖未示) 以分配通過那里的蝕刻氣體。該噴頭電才及可包括一個或多個垂直隔 開的折流板(baffle plate ),該折流板可促進所期望的蝕刻氣體分配。 上部和下部電極可由任何合適的材料形成，例如石墨、硅、碳化硅、鋁(例如，陽才及氧4匕鋁)或它們的組合。熱傳遞液體源174可連才妻 到上部電才及組件120，以及另一個熱傳遞液體源可連4妄到基板160。共有美國專利No. 6,019,060 (由此通過引用結合其公開)披露 了 一種等離子體限制環組件。由于在進行蝕刻的基片上方的等離子 體限制，在基片表面的壓力可能高于為反應器室設置的真空壓力。 為保持低的室壓力，優選地，將惰性載體氣體以約50到500標準 立方厘米每分鐘(sccm)的流率添力口到該室。對于200mm的基片 蝕刻氣體混合物中單個反應性成分的單個流率通常在約1到 200sccm的范圍，以及對于更大的基片流率更高。等離子體密度指該等離子體蝕刻區域內的陽離子密度。通常， 等離子體密度是提供給電極的功率的函數。較高的功率趨于產生較高密度的等離子體，其依賴于其它參數，通過產生大流量的離子到 該基片表面，該等離子體可增加先前在基片上形成的層的蝕刻率。中等密度等離子體的特征為其包括從約101()到1011離子/cm3的離子 密度，而高密度等離子體通常具有從約IO"到1012離子/cn^或更大 的離子密度。在一些實施方式中，上部電4及或下部電才及可以是通電電才及，而 下部電極或上部電才及的另一個為電4妾地(回3各)的電才及。在另一些 實施方式中，上部電才及和下部電才及均可帶電，并且這兩個電才及相對 于電壓互相不同相通電。在平行一反反應器中，功率源178可才是供射 頻(RF)功率到上部電才及125和/或基一反(即，下部電才及)160。該反應器可以是單頻、雙頻或多頻等離子體反應器。在雙頻率 等離子體反應器中，例如，可經過匹配網纟備以兩種不同頻率對該上 部和/或下部電極提供RF功率而產生等離子體。例如，低頻(如 2MHz)可應用于下部電4及，而4交高的頻率(^27MHz)可應用于 上部電纟及。或者，該上部電4及可電4妄:t也，而RF功率可以兩個或更 多不同的頻率(例如，約10-60MHz以及低于約10MHz)應用于該 下4卩電才及。在蝕刻過程中，可對基片應用連續的或非連續的RF偏置。RF 偏置可確定陽離子流量撞擊該基片表面的能量。RF功率優選地在 約50到3000瓦特的范圍內，而對于200mm的基片應用于該下部 電極的RF偏置功率可在0到3000瓦特的范圍內。優選地，該下部 電極具有的表面面積可使RF偏置功率向該基片提供約0-8瓦特/cm2 以及優選地至少2瓦特/cm2的功率。通過向該下部電極提供RF功率，相對于該基片表面可形成DC 鞘電壓(sheath voltage )。該鞘電壓是該偏置功率的函數，并且本質 上不依賴于等離子體產生。高偏置功率產生大的鞘電壓，并且在蝕 刻過程中可導致高能離子轟擊該基片表面。在平行板反應器中電極之間的間隙寬度會影響介電層的蝕刻 率。期望的間隙寬度的選取部分取決于在蝕刻過程中使用的室壓 力。通常，在專交高室壓力下(例如，乂人約75mTorr到lTorr),優選 的間隙寬度為約1到1.5cm。在較低室壓力下(例如，低于約 75mTorr)，可使用較大的間隙寬度，如約1.3到2.5cm的間隙寬度。 另外，該間隙寬度可選為關于應用到該電才及的頻率的函H通常， 對于介電層的蝕刻，對于高頻率選取較小的間隙寬度是更優選的， 而對于低頻率而言選取較大的間隙寬度是更優選。在中等密度的平 行板反應器中，在上部電極和支撐基片的下部電極之間的間隙可以 是約1到2.5cm。下部電極組件240的細節，包括根據第一實施方式的邊緣環組 <牛270，在圖2中示出。該下部電才及纟且4牛240包4舌具有法蘭262的 基板260,以及如靜電卡盤(ESC)的基片支撐件250包括在該基 板上表面內形成的基片支撐件表面254。該基板(下部電極)可包 括導電材料，并且該ESC可包括陶瓷材料，具有埋入其中的電招^ 252。該ESC可與基板的上表面結合。下部電極可通過RF源和用 于才是供RF匹配的附力口電^各(attendant circuitry )等進4亍供電。該下 部電極優選地是溫度受控的，并可選地包括加熱設置。基片支撐件 表面254適于支撐單一的半導體基片，例如200mm或300mm的晶 片。如圖2的實施方式所示，邊緣環280和介電間隔環285支撐在 耦合環290 (例如石英耦合環)的上表面上，該耦合環2卯擱在基 板260的法蘭262上。該耦合環2卯可利用或不利用機械的或粘結的扣件(如多個螺釘224)支撐在該基板上。可將基片210支撐/夾 持在基片支撐件表面上，從而優選地突出于該介電間隔環285和邊 纟彖環280的至少徑向內部281。該基片支撐件250優選地包括在該支撐件內的通道，用于在基 片210和支撐件表面254之間提供足夠阻止光刻膠在基片上燃燒的 量的氦，以冷卻在等離子體蝕刻過程中的基片210。優選地，在等 離子體蝕刻過程中，該基片保持在低于約140。C的溫度。在中等密 度的等離子體反應器中，該基片支撐件優選地冷卻至約-20到80°C 的溫度，從而將該基片保持在期望的溫度。為該基片保持在期望的溫度，可以約1到30 Torr的壓力在該 基片和該基片支撐件表面之間的間隔內提供氦。另外，可通過調節 RF偏置的水平和ESC溫度以及此處描述的其他參數，來控制基片 溫度。共有的美國專利No. 6,140,612披露了 一種通過將加壓氣體？ 1 入基片和基片支撐件表面之間的間隔來控制基片溫度的方法，因此 通過引用結合其公開。耦合環290可選地包括位于其上表面的邊緣環卡盤(圖未示)。 該邊緣環卡盤(如果提供)可以是單極或雙極卡盤，并可使用合適 的電連接由DC電源4是供DC電力。邊纟彖環卡盤可用于將邊緣環280 (例如硅邊緣環)與耦合環固定。共有美國專利No. 6,475,336披露 了靜電式夾持的邊緣環的細節，因此通過引用結合其公開。邊緣環280可由半導體或導電材料制成，例如硅(例如，單晶 石圭或多晶石圭)或石圭石灰化物(例如，化學氣相沉積硅石友化物)。因為 邊緣環將會直接暴露于等離子體，因此優選的邊緣環由高純度材料 制成。用于邊緣環的其它材料包括鋁氧化物、鋁氮化物、硅氮化物、 石英等。邊》彖環可以是電漂浮(electrically floating)或電井禺4妻DC 地。為減少基片支撐件和/或基板對等離子體中離子/反應性物質的 暴露，優選地該基片支撐件尺寸適于該基片突出該基片支撐件表面。仍參照圖2，該基片可突出基片支撐件表面約1至2mm，其突 出介電間隔環285和邊鄉彖環280徑向內部281 (例如，介電間隔環和在該基片的周^彖下延伸的邊鄉彖環的一部分)。因此，介電間隔環 的徑向寬度優選地小于該基片突出基片支撐件表面的量。在一種優選的邊》彖環組件中，邊緣環280的徑向內邊續j妻觸或 設置為靠近介電間隔環285徑向外邊緣，以及介電間隔環285的徑 向內邊緣接觸或設置為靠近基片支撐件和/或基板260的外部邊緣。 "靠近"是指邊緣環和介電間隔環之間的間隙(例如，環形間隙) 或介電間隔環和基片支撐件表面之間的間隙小于約0.25mm，更優 選地小于約0.12mm。因此，介電間隔環和邊緣環大體上覆蓋耦合 環290 (或邊纟彖環卡盤，若一是供)的頂部表面，乂人而可減小耦合環 的頂部表面對等離子體的反應性物質和/或離子的暴露。在一個實施 方式中，該介電間隔環可與耦合環結合(即，耦合環的上表面可與 介電間隔環的下表面結合)。熱傳遞氣體(如氦)可用于改進在邊緣環組件和基板之間的熱傳遞。可由氣體源230通過氣體通道232將該熱傳遞氣體4是供到邊 々矣ft"》ft乂iLi田入rr ，nn 1、^ri aa資工 j3U/a:蟲武y^壬: "onJt i- ,^n夕o^v,i，>j_i_ , , ,| r《n 口 "i， ^-^,鬥^ w j"i — utiv ， ,r"/一"^vr巧口 w、 A7VF 4口^^^/人^ri^u間的界面。氣體通道232可延伸并在圍繞基板260隔開的一處或多 處通過基板260和耦合環290,例如，延伸通過螺釘224內的通道。在一些實施方式中，在基片支撐件和介電間隔環之間和/或在介 電間隔環和邊《彖環之間具有間隙，該一個或多個間隙內的氦流可減 少蝕刻氣體和/或揮發性副產物的進入并因此減少等離子體蝕刻過 禾呈中聚合物沉積。18仍參考圖2，基片向外地隔開的邊緣環的內表面優選地形成為 與大體上垂直于基片表面的平面形成一個角度。因此，優選的邊緣環包括徑向內部281以及徑向外部，其中徑向內部其厚度小于徑向 外部的厚度，并且該徑向外部的厚度大于該介電間隔環的厚度。介 電間隔環的上表面和邊鄉彖環徑向最靠內部的上表面優選地i殳置于 盡可能靠近基片的下側。才艮據優選的實施方式，介電間隔環的上表 面和邊緣環徑向最靠內上表面基本上是共面的，并配置為在突出基 片支撐件表面上的那部分基片之下。或者，介電間隔環的上表面可 以比邊》彖環的上部徑向內表面4交高或4交4氐。在介電間隔環和基片之間以及在邊鄉彖環徑向內部和基片之間 的隙距(clearance gap)是考慮到在等離子體蝕刻過程中該介電間 隔環和邊緣環的熱膨脹。優選地，在介電間隔環的上表面和基片的 底部表面之間具有隙距G，而在邊緣環的上部內表面和基片的底部 表面之間具有隙距G，。期望在介電間隔環和基片之間以及在邊緣環 和基片之間^是供充分的間隙，/人而在蝕刻過程中，介電間隔環和/ 或邊緣環的熱膨脹不會將基片抬離基片支撐件表面。優選的介電間隔環的寬度有效地將該邊緣環與基澤反電絕纟彖，并 且其高度有效地在基片的等離子體蝕刻過程中最小化介電間隔環 和基片之間的間隙(G)。通過最小化間隙G,可最小化該基片下側 或斜面邊纟彖的聚合物沉積。介電間隔環可具有正方形或矩形的沖黃截面。示范性的介電間隔 環具有約0.5mm至2.5mm的寬度，更優選地約0.8至1.2mm，以 及具有約1至3mm的高度，更優選地約2.4至2.8mm。根據一個優 選的實施方式，介電間隔環適于安裝在基片支撐件表面上的基片突 出之下，并且在介電間隔環和基片之間的隙距(G )小于約0.25mm。 根據另外的優選的實施方式，基片支撐件表面所在的平面與介電間 隔環上表面所在的平面之間的距離優選地小于約0.25mm,并且基片支撐件表面所在的平面與邊桑彖環徑向內部的上表面所在平面之間的距離優選地小于約0.25mm。適于用作介電間隔環的材料包括陶瓷材料，如硅氧化物(比如 石英)或鋁氧化物，以及聚合物材，如Dupont Vespel 、 Dupont Kapton 等。優選的介電間隔環由石英制成。才艮據進一步的實施方式，用于邊《彖環組件的一種備選的幾何架 構包括改良的耦合環。參考圖3,下部電極組件340包括改良的耦 合環390，，該耦合環390，包括在其內部徑向表面上軸向向上延伸部 分385。與圖2的實施方式(其包括分開的耦合環和介電間隔環) 對比，在圖3的實施方式中，津禺合環和介電間隔環配置為安裝于基 板360上的整體的、單一的部件。因此，該改良的耦合環的軸向向 上延伸部分385適于代替分開的介電間隔環。可利用或不利用機械 或粘結扣件將該改良的耦合環3卯，支撐在基板360上。在圖3的實施方式中，邊纟彖環380可大體上與關于圖2的實施 方式所描述的邊緣環相同，邊緣環380擱在改良的耦合環390，的外 部法蘭部分。可由石英制成的改良的耦合環390，可擱在或連接(例 如，通過螺釘324 )到基板360的法蘭部分362。熱傳遞氣體(如氦)可用于改進在該改良的井禺合環組件和基才反 之間的熱4專遞。可由氣體源330通過氣體通道332爿夸該熱傳遞氣體 提供到改良的耦合環390，和基板360之間的界面，和/或改良的耦合 環3卯，和邊緣環380之間的界面。氣體通道332可延伸并在圍繞基 板360隔開的 一處或多處通過基才反360和改良的耦合環390，，例如， 延伸通過螺4丁324內的通道。基片向外地隔開的邊緣環380的上部內表面優選地成形為與大 體上垂直于基片表面的平面形成一個角度。基片支撐件350可包括ESC，其具有基片支撐件表面354和埋入其中的電才及352。該ESC 可與基板360的上表面結合。邊纟彖環380徑向內表面382 4妻觸或"i殳置為靠近該軸向向上延伸 部分385的徑向外表面386,并且軸向向上延伸部分385的徑向內 表面387接觸或設置為靠近基片支撐件350和/或基板360的徑向外 表面。邊纟彖環380的徑向內部381和改良的耦合環390，的軸向向上延 伸部分385均在基片310的突出部分下延伸。才艮據一個優選的實施 方式，軸向向上延伸部分385的上表面與邊纟彖環的最靠內上表面基 本上是共面的，并配置為在突出基片支撐件表面的那部分基片之 下。或者，改良的耦合環3卯，軸向向上延伸部分385的上表面可以 高于或低于邊緣環的上部內表面。優選地，在軸向向上延伸部分385 的上表面和基片底部表面之間有隙距G，并且在邊》彖環380的上部 內表面和基片的底部表面之間有隙距G，。才艮據一個優選的實施方式，改良的耦合環390，的軸向向上延伸 部分385適于安裝在基片支撐件表面上的基片的突出之下，并且隙 3巨(G)小于約0.25mm。用于蝕刻介電材料(如Si02)的等離子體蝕刻反應器的示例性 才乘作條4牛如下晶片直徑約200mm或300mm;在基片上的介電材 料厚度至少為約200nm;介電材料密度至少為理論密度的約90%; 下部電才及溫度為約(TC到約90°C;室壓力為約0 Torr到2 Torr,優 選地高至約200 mTorr;基片溫度為約20。C到20CTC ，優選地2CTC 到50°C;蝕刻氣體流率為約10sccm到l,OOOsccm;在上部電4及和下 部電才及之間傳IIT的總的雙頻率功率至少為約2,500瓦特；并且用于 介電材料的蝕刻時間至少為約1分鐘。多種蝕刻氣體可用于蝕刻不同的介電材料。蝕刻氣體可包括一 種或多種含卣素氣體、 一種或多種含氧氣體和/或一種或多種含氮氣 體。典型的蝕刻氣體混合物可包括例如含氯氣體，例如，但不限于，Cl2、 HCl和BCl3;含氟氣體，例如，^旦不限于，CF4、 C2F6、 C3F8、 C4F8、 CHF3、 CH2F2、 CH3F、 NF3和SF6;含氧氣體，例如，^f旦不 限于，02、 CO、 H20和S02;含氮氣體，例如，^f旦不限于，N2、 NH3,以及惰性和其它氣體，例如，j旦不限于，He、 Ne、 Kr、 Xe 和Ar。蝕刻氣體混合物優選地包括惰性載體氣體。在對如氧化物、氮 化物或其結合的介電材料進行等離子體蝕刻的過程中，載體氣體可 濺射該介電材料，這有利于增加總體的蝕刻率。重的稀有氣體具有 ^氐電離電^[立并可形成離子，其在《合定的RF功率下可加強該濺射速 度。另外，稀有氣體的低電離電位可助于在基片表面生成均一的等 離子體。示范性的載體氣體包括氦、氖、氬、氪和/或氙。氬是一種 優選的惰性載體氣體。這些和其它氣體可組合使用在蝕刻氣體混合 物中。一種在2300Exelan⑧或Exelan HPT雙頻中等密度平行板等離子 體室內(可乂人CA, Fremont的Lam Research Corporation 4尋到)實 施的示范性的介電蝕刻處理，將在以下描述，其中在主蝕刻步驟中 蝕刻氣體化學制劑為八氟環丁烷(C4F8)、 二氟曱烷(CH2F2)、氮 (N2)和氬(Ar)的混合物。可使用的其它蝕刻步驟中，其可能包 括其它蝕刻氣體。盡管氣體混合物最佳的流率和比例可根據等離子 體蝕刻反應器的選擇、基片尺寸等而改變，但在蝕刻位于300mm 硅晶片上的硅氧化物層的情況下，可以以下流率將蝕刻氣體的單個 組分提供給反應器室2至20sccm的六氟-l,3-丁二烯(C4F6); 2 至20sccm的C4F8; 1至10sccm的CH2F2; 50至200sccm的四氟甲 火充(CF4 ); 50至200sccm的N2; 200至800sccm的Ar; 100至400sccm的一氧4匕石灰(CO );以及100至400sccm的氧(02 )。在蝕刻過程 中，室壓力可設置在1至500mTorr,優選地5到200mTorr。在主 蝕刻步驟過程中，C4Fs的流率與CHbF2的流率比可以是0.5到4， 優選地1到3，以達到相對于該;故蝕刻結構的其它層的期望的選褲: 性程度。在介電蝕刻過程中，上部電才及優選地電4妄地，并且向下部電極 提供一個或多個功率水平(及頻率)的RF功率。另外，上部電極 優選地包括噴頭電才及，該噴頭電才及可包括雙氣體輸送構造，其中， 該噴頭電才及包括兩個或多個氣體輸送穿過區域，例如中心區域以及 圍繞該中心區域的徑向(邊緣)區域。在雙氣體輸送設置中，可控 制通過中心區i或和通過圍繞環繞延伸的邊《彖區i或的蝕刻氣體的流 率(即，可控制流率比)。共有的美國專利No.6，245,192披露了等 離子體蝕刻反應器的一個示例，此反應器包括帶有雙氣體輸送設置 的噴頭電極，通過引用將該披露結合入此處。介電層可包括氮化硅、非摻雜或摻雜硅氧化物(例如，氟化的 硅氧化物)、旋涂玻璃、硅酸鹽玻璃(例如磷酸硼硅酸鹽玻璃(BPSG ) 或磷酸鹽硅酸鹽玻璃(PSG))、非摻雜或摻雜的熱生長氧化物、非 摻雜或摻雜的四乙氧基硅烷(TEOS)沉積的硅氧化物、以及無機 或有機的低介電常數(即，低k)層。這些層可形成大馬士革結構 (damascene structure )的一吾卩分。用于介電才才泮牛的才參雜4勿可包4舌， ^f旦不限于，硼、氟、磷和/或砷。介電層可在半導體基片上形成，或者介電層可在導體或半導體 層上形成。例如，介電層可覆于例如多晶硅、包括鋁、銅、鈦、鵠、 鉬的金屬層、氮化物(例如氮化鈥)、硅化物(例如硅化鈦、硅化 鈷、硅化鴒、硅化鉬等)的導體或半導體層。圖4示出了邊緣環組件如何安裝在基^反上而非耦合環上的一種變化。如圖4所示，邊纟彖環組件的470的介電間隔環485和邊緣環 480支撐于基板460的表面上，并且基片410支撐于基片支撐件450 的支撐件表面454上，該基片支撐件450并入基玲反460的中心部分， 從而該基片支撐件的表面垂直地高于在基片突出之下的邊緣環組 件部件的上表面。為促進從邊緣環組件470到基板460的熱傳遞， 氣體供應430可通過一個或多個通道432提供熱傳遞氣體進入邊緣 環組件的部件與基板和/或基片支撐件之間的界面內。 一種優選的熱 傳遞氣體為氦。確信邊緣環組件可用于獲得對半導體基片的更均 一 的等離子 體蝕刻。特別地，邊緣環組件可用于操縱基片邊緣附近的RF阻抗 ^各徑。可通過選4,用于介電間隔環和邊纟彖環的材料來控制RF阻抗 路徑。通常，從通電的下部電極通過基片支撐件和基片到等離子體的 RF阻抗路徑，可能與從該下部電極的周緣部分到等離子體的RF阻 抗^各徑不同。來自于基片支撐件和基片的邊緣效應可導致縱貫該基 片的不均一的等離子體密度，這可導致不均一的蝕刻。不期望受限于理論，確信該介電間隔環減少了進入邊緣環的 RF耦合以及增加了進入基片周緣的RF耦合。通過增加進入基片周 緣的RF耦合，可增加在基片周緣的蝕刻率。圍繞基片支撐件整合 介電間隔環還減少了在基片邊緣下側以及沿該基片邊緣的聚合物 的堆積。這種聚合物通常在蝕刻步-驟過禾呈中產生(例如，作為蝕刻 光刻膠和/或介電材料的副產物)。當完成介電蝕刻后，測量斜面聚合物(例如，在基片下側和/ 或邊緣的聚合物)的堆積。當圍繞基片支撐件未整合介電間隔環時， 在完成10秒鐘(第一過蝕刻)和30秒鐘(第二過蝕刻)的標準過蝕刻時間的蝕刻處理后，7見察到55-65nm的斜面聚合物堆積。增加 過蝕刻時間可7見察到增加的殺+面聚合物堆積。4吏用介電間隔環可導致凍牛面聚合物堆積的量的減少。通過在邊 緣環和基片支撐件之間整合介電間隔環(2.62mm高x0.965mm寬)， 在標準過蝕刻后以及在標準過蝕刻時間增加50%后(即15秒鐘的 第一過蝕刻和45秒鐘的第二過蝕刻)，基片大體上沒有斜面聚合物。 ^旦在進一步增加過蝕刻時間后，可》見察到斜面聚合物堆積。表l結 合優選的介電蝕刻處理，將斜面聚合物堆積程度總結作為過蝕刻時 間函數(以納米，nm為單4立測量)。表1介電間隔環對斜面聚合物堆積的影響過蝕刻條件斜面聚合物(無介電間隔環)斜面聚合物(帶有介電間隔環)標準55-65nm無+50%>65nm無+75%>65nm 16nm+ 100%>65nm~30nm+200%>65nm~75nm一種在等離子體蝕刻室中蝕刻半導體基片的優選的方法，包括 在該等離子體蝕刻室內基片支撐件的支撐件表面上安裝基片，提供 蝕刻氣體進入該室中，激勵該蝕刻氣體，以在基片的暴露表面附近 產生等離子體，以及利用該等離子體蝕刻該基片，其中包括邊緣環 和介電間隔環的邊緣環組件圍繞該基片支撐件。該邊緣環圍繞該基 片支撐件，并且介電間隔環置于該邊》彖環和該基片支撐件之間。因 為該介電間隔環為；肖耗部件，所以當蝕刻預定數量的半導體基片 后，它可,人室中移除并以另外的介電間隔環^l換。盡管在附圖中將這些電極稱為以及描述為"上部"或"下部" 電極，但是具有整合入其中的邊緣環組件的等離子體蝕刻室應當這 樣構成將正被蝕刻基片保持(即，夾持)為被處理側朝下而非朝上。 另外，邊緣環組件可用于蝕刻非圓形的基片。此處所〗吏用的術語"包括(comprise )，,或"包括(comprising )，， 用于指定一定的(stated)特征、步驟或部件的存在；但使用這些用 語并不排除一個或多個其它特征、步驟、部件或其集合的增加或存在。與具體地以及單獨地指出以將各單個參考通過引用整體并入 此處的范圍相同，所有上述的參考引用通過引用整體并入此處。盡管本發明已根據優選的實施方式進行了描述，但是，應當理解，可采耳又對本領i或沖支術人員顯而易見的變化和》務正。這些變化和曰月的泉卩l苗.圍內。
權利要求
1.一種邊緣環組件，其適于圍繞在等離子體蝕刻室中的基片支撐件表面，所述邊緣環組件包括邊緣環，其尺寸適于位于設在所述室內的基片支撐件表面上的基片之下，并提供在所述基片的下表面和所述邊緣環的上表面之間的隙距；以及在所述邊緣環和所述基片支撐件表面之間的介電間隔環，所述介電間隔環的尺寸適于在位于所述基片支撐件表面上的基片的下表面和所述介電間隔環的上表面之間提供隙距。
2. 才艮據沖又利要求1所述的邊多彖環組件，其中，所述介電間隔環與 耦合環的上表面或基板的上表面結合。
3. 4艮據4又利要求1所述的邊緣環組件，其中，在所述邊緣環和所 述介電間隔環之間的徑向間隙和/或在所述介電間隔環和所述 基片支撐件表面之間的徑向間隙小于0.25mm。
4. 才艮據一又利要求1所述的邊》彖環組件，其中，所述介電間隔環具 有從約0.5mm到2.5mm的寬度，以及乂人約lmm到3mm的高度。
5. 根據權利要求1所述的邊緣環組件，其中，所述介電間隔環包 括在耦合環徑向內表面上形成的軸向向上延伸的部分。
6. 才艮據一又利要求1所述的邊《彖環組件，其中，當所述介電間隔環 和所述邊纟彖環安裝于所述室中時，所述介電間隔環的上表面和 所述邊緣環的最靠內的上表面大體上是共面的。
7. 才艮據沖又利要求2所述的邊鄉彖環組件，其中，所述介電間隔環和 /或所述耦合環由石英制成。
8. 根據權利要求1所述的邊緣環組件，其中，所述邊緣環由硅、 石圭碳化物、鋁氧化物、鋁氮化物、石圭氮化物、石英或其組合制 成。
9. 才艮據斗又利要求1所述的邊纟彖環組件，其中，所述邊纟彖環的徑向 外部比所述介電間隔環厚。
10. 根據權利要求2所述的邊緣環組件，進一步包括至少一個延伸 通過所述耦合環或所述基板的氣體通道，所述氣體通道適于提 供熱傳遞氣體到所述邊緣環和/或所述介電間隔環的鄰近表面。
11. 一種等離子體蝕刻室，其包括邊纟彖環組件，所述邊纟彖環組件適 于圍繞在所述等離子體蝕刻室中的基片支撐件表面，所述等離 子體蝕刻室包括基片支撐件，其具有基片支撐件表面；邊緣環，其尺寸適于位于基片之下，并在位于所述室內 的所述基片支撐件表面上的基片的下表面和所述邊緣環的上 表面之間纟是供隙3巨；以及在所述邊緣環和所述基片支撐件表面之間的介電間隔 環，所述介電間隔環的尺寸適于在位于所述基片支撐件表面上 的所述基片的下表面和所述介電間隔環的上表面之間提供隙 距。
12. 根據權利要求11所述的等離子體室，其中，基片被安裝在所 述基片支撐件表面上，使得所述基片的外部邊緣突出所述介電 間隔環和所述邊舌彖環的^圣向內部。
13. 根據權利要求12所述的等離子體室，其中，所述介電間隔環 具有有效地將所述邊緣環與所述基板電絕緣的寬度，以及具有有效地最小化在所述介電間隔環和所述基片之間的間隙內的 聚合物沉積的高度。
14. 根據權利要求11所述的等離子體室，其中，在所述基片支撐 件表面的平面和所述介電間隔環上表面的平面之間的距離小 于約0.25mm，并且在所述基片支撐件表面的平面和所述邊緣 環徑向內部的上表面的平面之間的距離小于約0.25mm。
15. 根據權利要求12所述的等離子體室，其中，在所述基片下表 面和所述介電間隔環上表面之間的間隙小于約0.25mm ，并且 在所述基片下表面和所述邊》彖環^圣向內部的上表面之間的間 隙小于約0.25mm。
16. 根據權利要求11所述的等離子體室，其中，所述等離子體蝕 刻室包括平行才反反應器，所述平行板反應器具有面向所述基片 支撐件的上部噴頭電極。
17. 根據權利要求11所述的等離子體室，其中，所述基片支撐件 包括射頻驅動電極。
18. 根據權利要求11所述的等離子體室，其中，所述基片支撐件 包括靜電卡盤。
19. 根據權利要求11所述的等離子體室，其中，所述邊緣環組件 適于減小下列項中的至少一項(i)所述邊纟彖環和所述基板之 間的射頻耦合，(ii)所述邊緣環和所述基板之間的電弧放電， 以及(iii)在支撐于所述基片支撐件表面上的基片的下側和/ 或邊緣上的聚合物沉積。
20. —種蝕刻在如權利要求11所述的等離子體蝕刻室中的半導體 基片上形成的層的方法，所述方法包>^舌以下步驟在設置于所述室的內部的所述基片支撐件表面上支撐所 述半導體基片；向所述室提供蝕刻氣體；鄰近所述基片的暴露表面形成等離子體；以及利用所述等離子體蝕刻在所述半導體基片上形成的一個 或多個層。
21. —種替換在如權利要求11所述的等離子體蝕刻室中的所述介 電間隔環的方法，包括在蝕刻預定數量的半導體基片后，從所 述室中移除所述介電間隔環，并利用另 一個介電間隔環替換所 述介電間隔環。
22. —種介電間隔環，其尺寸適于在位于等離子體蝕刻室中的基片 支撐件表面上的基片的下表面和所述介電間隔環的上表面之 間提供隙距，所述介電間隔環尺寸進一步設為使得被邊緣環圍 繞，所述邊緣環尺寸適于位于所述基片之下，并在所述基片的 下表面和所述邊纟彖環的上表面之間沖是供隙距。
23. 根據權利要求22所述的介電間隔環，其中，所述介電間隔環 具有/人約0.5mm到2.5mm的寬度，以及乂人約lmm到3mm的高度。
24. 根據權利要求22所述的介電間隔環，其中，所述介電間隔環 包括在耦合環徑向內表面上形成的軸向向上延伸的部分。
25. 根據權利要求22所述的介電間隔環，其中，當所述介電間隔 環和所述邊緣環安裝于所述等離子體蝕刻室中時，所述介電間 隔環的上表面和所述邊緣環的最靠內的上表面大體上是共面 的。
26. 根據權利要求22所述的介電間隔環，其中，所述介電間隔環 由石英制成。
27. 根據權利要求22所述的介電間隔環，其中，所述介電間隔環 具有從約0.95mm到l.Omm的寬度，以及具有乂人約2.5mm到 2.7mm的高度。
28. 根據權利要求22所述的介電間隔環，其中，所述介電間隔環 適于圍繞等離子體蝕刻室中的靜電卡盤，并且所述介電間隔環 具有小于支撐在所述靜電卡盤上的晶片的突出量的寬度。
29. 根據權利要求24所述的介電間隔環，其中，所述介電間隔環 和并馬合環由單塊石英材并+構成。
全文摘要
邊緣環組件圍繞等離子體蝕刻室中基片支撐件表面。該邊緣環組件包括邊緣環和介電間隔環。該介電間隔環圍繞該基片支撐件表面并且在徑向方向上被該邊緣環圍繞，該介電間隔環配置為將該邊緣環與該基板絕緣。圍繞該基片支撐件表面整合該邊緣環組件可降低在基片下側和沿該基片邊緣的聚合物堆積，并可增加基片的等離子體蝕刻均一性。
文檔編號H01L21/302GK101238553SQ200680028968
公開日2008年8月6日 申請日期2006年7月24日 優先權日2005年8月8日
發明者安德烈亞斯·菲舍爾, 巴巴克·卡德庫達彥, 杰里米·張 申請人:朗姆研究公司