專利名稱：氣體流動擴散器的制作方法
技術領域：
本發明實施例一般地涉及半導體襯底處理系統，更具體而言，本發明 實施例涉及用于控制半導體襯底處理室內的氣體流動的氣體流動擴散器。
背景技術：
集成電路己經發展到能夠在單個芯片上包括數百萬部件(例如，晶體 管、電容器、電阻器等)的復雜器件。芯片設計的發展持續地要求更快的 電路和更大的電路密度。對更大電路密度的需求必須減小集成電路部件的 尺寸。這種器件的特征的最小尺寸在本技術中通常稱為臨界尺寸。臨界尺 寸通常包括諸如線、柱子、開口、線之間的間隙等的特征的最小寬度。
隨著這些臨界尺寸收縮，在襯底上的處理均勻性對維持高產量極為重 要。與在制造集成電路中使用的傳統等離子體蝕刻處理有關的一個問題是 襯底上蝕刻速率的非均勻性，這部分是由于反應性物質和正被蝕刻的襯底 之間的橫向偏移引起的。造成反應性物質趨于從襯底的中心偏移的一個因 素是室排氣口的徑向位置。由于更易于從室的最靠近排氣口的區域泵送氣 體，反應性物質被拉向排氣口，由此變成相對于室以及定位在其中的襯底 的中心偏移。這種偏移造成襯底表面上蝕刻均勻性的損失，這會顯著地影 響性能，并增大制造集成電路的成本。
流動限制裝置可以定位在室內以改變室的傳導性，來補償泵送端口的 偏移。盡管這種技術已經顯示了良好的處理結果，但是尚未實現能夠制造 下一代器件的處理均勻性的水平，并認為至少部分由于不能完全補償正在 處理室內進行處理的襯底上方的傳導不均勻性。因而，隨著線寬和臨界尺 寸持續收縮，仍需要持續改進處理的均勻性使得能夠以實用的制造成本制 造下一代器件。
因而，在本技術中需要一種用于在制造集成電路過程中蝕刻材料層的改進的設備。
發明內容
提供一種用于提供進入處理室的流動的方法和設備。在一個實施例 中，提供一種真空處理室，其包括具有內部體積的室本體，設置在內部體 積中的襯底支撐件和設置在襯底支撐件的襯底支撐表面的平面的下方的泵 送端口。泵送端口位置和內部體積的兒何形狀具有在襯底上產生非對稱處 理結果的構造，其中該襯底設置在襯底支撐件的襯底支撐表面上。處理室 還包括定位在襯底支撐件的襯底支撐表面的平面的上方的氣體分配組件， 其中選擇氣體分配組件的構造以調節處理結果，使得提供泵送端口和內部 體積的幾何形狀引起的處理結果的對稱。
在另一實施例中，提供一種真空處理室，其包括具有內部體積的室本 體，設置在內部體積中的襯底支撐件和具有非對稱分布的氣體噴射端口的 氣體分配組件。
在又一個實施例中，提供一種真空處理室，其包括具有限定內部體積 的側壁和蓋子的室本體、設置在內部體積中的襯底支撐件和氣體分配組 件。氣體分配組件包括耦合到蓋子的氣體分配板和定位在氣體分配板和蓋 子之間的至少一個環，該環具有非對稱分配的氣體噴射端口。
在又一個實施例中，提供一種用于真空處理襯底的方法，其包括將襯 底設置在處理室內襯底支撐件上，使處理氣體橫向流入限定在氣體分配板 的上方，其中氣體分配板定位在處理室中襯底的上方，以及在存在處理氣 體的情況下處理襯底。
在又一個實施例中，提供一種氣體分配組件，其包括具有多個貫通板 形成的孔的氣體分配板和至少一個耦合到氣體分配板的一個環，該孔具有 大致平行于板的中心線的取向，該環具有多個氣體噴射端口，氣體噴射端 口的取向與板的孔的取向不同。
通過參照在附圖中圖示的實施例可以以獲得和詳細理解本發明以上所述的特征的方式更具體地描述以上簡要概括的本發明，其中
圖1是具有本發明的氣體擴散器的一個實施例的示例性處理室的示意 剖視圖2是圖1的氣體擴散器的一個實施例的底切視圖3是沿著圖2的剖切線3-3所取的圖1的氣體擴散器的局部剖視
圖4A是圖示沿著圖2的剖切線4A-4A所取的耦合件的一個實施例的 圖1的氣體擴散器的局部剖視圖4B是耦合件的另一實施例的剖視圖5是沿著圖2的剖切線5-5所取的氣體擴散器的剖視圖6A-6B是沿著圖2的剖切線6A-6A和6B-6B所取的氣體擴散器的 剖視圖7A-7B是用于氣體擴散器的示例的可選實施例的示意仰視圖； 圖8是用于調節半導體制造處理的方法的一個實施例的流程圖；以及 圖9A-9B是用對稱的和非對稱的擴散器獲得的處理結果的示意圖。 然而，要注意，附圖僅僅圖示本發明的典型的實施例，因而不能認為 是對其范圍的限定，因為本發明可以允許其它等同效果的實施例。還可以 想到，不需要其它敘述， 一個實施例的各個特征可以有益地用在其它實施 例中。
具體實施例方式
本發明的實施例一般涉及用于改進在等離子體處理室中半導體襯底上 處理的均勻性的設備。本技術中的技術人員將理解到可以使用其它形式的 等離子體蝕刻室以實施本發明，其包括反應性離子蝕刻(RIE)室、電子 回旋諧振(ECR)室等。此外，本發明的實施例可以用在其中流動控制可 以在處理過程中改進襯底的表面上處理均勻性的任何處理室，諸如原子層 沉積(ALD)室、化學氣相沉積(CVD)室、等離子體增強化學氣相沉積 (PECVD)室、磁性增強等離子體處理室等。
圖1示出了具有本發明實施例的氣體擴散器132的真空處理室102的示意橫截面圖。在圖l所圖示的實施例中，氣態擴散器132調節處理均勻 性，使得能夠補償傳導性或者造成非對稱處理(例如，相對于襯底的中心 線不對稱的處理結果)的其它室的屬性。在其它實施例中，氣體擴散器
132可以用來形成非對稱處理結果。其中有益地利用本發明的處理室的一 個示例是從Santa， California的Applied Material, Inc.購買的ENABLER
處理室。還可以想到本發明可以用來有利于包括來自其它制造商的室的其 它處理室。
在一個實施例中，處理室102包括具有傳導性室壁130和底部108的 真空室本體IIO。室壁130連接到電接地134。蓋子170設置在室壁130上 以封閉在室本體110內限定的內部體積178。至少一個電磁線圈部分112 定位在室壁130的外部。電磁線圈部分112可以選擇性地被能夠產生至少 5V的DC電源154通電，以為處理室102內形成的等離子體處理提供控制 旋鈕。
瓷襯131設置在內部體積178內以便于清潔室102。可以易于將蝕刻 處理的副產品和殘留物以選定的間隔從該瓷襯131除去。
襯底支撐基座116設置在處理室102的底部氣體擴散器132的下方。 處理區域180限定在襯底支撐基座116和擴散器132之間的內部體積178 內。襯底支撐基座U6可以包括用于在處理過程中將襯底114保持在氣體 擴散器132的下方基座116的表面140上的靜電卡盤126。靜電卡盤126 由DC電源120控制。
支撐基座U6可以通過匹配的網絡124耦合到RF偏置源122。偏置源 122 —般能夠產生具有50kHz至13.56MHz的可調頻率和0與500瓦特之 間的功率的RF信號。可選地，偏置源122可以是DC或者脈沖DC源。
支撐基座116還可以包括內外溫度調節區域174、 176。每個溫度調節 區域174、 176可以包括至少一個溫度調節裝置，諸如電阻加熱器或者用 于循環冷卻劑的管道，使得可以控制設置在基座上的襯底的徑向溫度梯 度。具有內外溫度調節區域的一個適合的基座的示例在美國專利申請序列 號10/960,874和11/531,474中描述，這些專利通過引用全部包含于此。
室102的內部是通過排氣口 135耦合到真空泵136的高真空容器，排氣口 108形成穿過室壁130和/或室底部108。設置在排氣口 135中的節流 閥127與真空泵136相結合使用，以控制處理室102內的壓力。排氣口 135和室本體110的內部體積178內的其它流動限制器的位置極大地影響 處理室102內的傳導性和氣體流動分布。
氣體擴散器132提供至少一個處理氣體以非對稱的方式引入到處理區 域180中所通過的管道，該非對稱的方式可以用來調節由其它室部件(例 如，排氣口位置、襯底支撐基座或者其它室部件的幾何形狀)引起的以上 所述的傳導性和氣體流動分布，使得氣體和物質的流動以均勻或者選定的 分布輸送到襯底。氣體擴散器132被用來控制或者調節室中各種處理參數 以提供處理結果的對稱性。氣體擴散器132可以可選地用來控制或者調節 室中各種處理參數以形成處理結果的非對稱性。而且，氣體擴散器132可 以用來相對于襯底114 (其以同心的方式設置在基座116上)的中心線定 位等離子體。而且，可以選定氣體擴散器132的構造來提高處理的均勻性 或者可選地形成處理結果的預定偏差。例如，可以選定氣體擴散器132的 構造以補償室傳導性的方式引導氣體流動進入襯底支撐基座116的上方的 處理區域180。這可以這樣來完成通過將氣體擴散器132構造成，在處 理的過程中將氣體以抵消在等離子體的位置上室傳導性的非對稱效果的非 對稱的方式輸送到處理室、和/或將離子和/或反應性物質輸送到襯底的表 面。
在諸如圖1所示的實施例中，氣體擴散器132包括至少兩個氣體分配 器160、 162、安裝板128和氣體分配板164。氣體分配器160、 162通過 處理室102的蓋子170耦合到一個或者多個氣體面板138。可以獨立地控 制氣體通過氣體分配器160， 162的流動。盡管氣體分配器160、 162被示 出耦合到單個氣體面板138，但是可以想到氣體分配器160、 162可以耦合 到一個或者多個共用和/或單個氣體源。從氣體面板138提供的氣體被輸送 到板128、 164之間限定的區域172，然后離開通過貫通氣體分配板164形 成的多個孔168進入處理區域180。
安裝板128耦合到與支撐基座116相對的蓋子170。安裝板128由RF 導電材料制造或者由其覆蓋。安裝板128通過阻抗變換器119 (例如，四分之一波長匹配短截線)耦合到RF源118。源118通常能夠產生具有約162MHz的可調頻率和約1和200瓦特之間的功率的RF信號。安裝板128 和/或氣體分配板164由RF源118提供功率以維持由處理室102的處理區 域180中存在的處理氣體形成的等離子體。氣體分配器160、 162耦合到安裝或者氣體分配板128、 164中至少一 者。在一個實施例中，氣體分配器160可以定位在氣體分配器162的徑向 內側。氣體分配器160、 162可以同心地相對彼此定向、兩者同心地相對 于基座116的中心線定向、兩者非同心地相對于基座116的中心線定向、 相對于基座的中心線一個同心定向、 一個非同心地定向、或者其它適合的 構造。在圖l所示的實施例中，氣體分配器160、 162不限于同心環。離開擴散器123進入處理區域180的氣體流動的對稱性可以由氣體分 配器160、 162相對彼此和/或基座116的中心線的非同心性來形成。離開 擴散器132進入處理區域180的氣體流動的非對稱性還可以或者可選地如 以下所述通過從氣體分配器160、 162中至少一者流出的氣體的徑向非均 勻性形成。圖2示出了圖1所示的氣體擴散器132的一個實施例的底切圖。氣體 分配板164被切去以示出氣體分配器160、 162的示例性同心取向。在圖2 圖示的實施例中，氣體分配器160、 162示出為同心環。氣體分配器160、 162可以可選地具有各種其它取向，例如至少一個氣體分配器702如圖A 所示可以具有卵形或者橢圓形狀。在另一示例中，如圖7B所示，至少一 個氣體分配器712可以是與出口氣體分配器162非同心。盡管出口氣體分 配器在上方示出為環形，其可以可選地具有以上所述的任何一種構造、或 者圓形內氣體分配器或者非圓形內氣體分配器。還可以想到沒有、 一個或 者所有氣體分配器可以相對于安裝板128的中心線同心定位。安裝板128 一般與基座116的中心線同軸對齊，并因此因與定位在其上的襯底同軸對 齊。返回到圖2，氣體分配器160、 162可以緊固到板128、 164中至少一 者。在一個實施例中，氣體分配器160、 162由多個支架202或者以其它 適合的方式緊固到安裝板128。可選地，氣體分配器160、 162可以在板128、 164之間被壓縮。圖3示出了將外氣體分配器162緊固到安裝板132的支架202的一個 實施例的剖視圖。內氣體分配器160被類似地保持。支架202包括翼片 302和指狀物308。緊固件304延伸通過翼片302中的孔，并與在安裝板 128中形成的螺紋孔306配合。指狀物308可以彎曲或者以其它的方式形 成以在安裝緊固件304時將氣體分配器162保持靠近板132。可以想到， 利用其它技術將氣體分配器保持在適合的位置。圖4A示出了用來將外氣體分配器162連接到氣體面板138的外氣體 分配器162的耦合件400的剖視圖。如圖2所示，內氣體分配器160包括 類似的耦合件402。盡管耦合件400、 402在圖2的實施例中示出偏離180 度，但是耦合件400、 402的取向可以以傳統的方式布置。返回到圖4A，耦合件400包括本體408和桿404。桿404延伸通過在 安裝板128中形成的孔412。在一個實施例中，桿404包括公螺紋部分 410，其使面板螺母414或者其它緊固件能夠將耦合件400緊固到安裝板 128。桿404還包括螺紋部分406，其使耦合件400連接到從氣體面板138 布線的氣體輸送線(未示出)。可以想到，該耦合可以具有適合用于容易 連接到氣體面板和/或安裝板的其它構造。本體408包括安裝凸緣420。安裝凸緣420具有容納密封件(未示 出)的0形環密封套422，該密封件在擰緊面板螺母414時收縮以防止通 過孔412的泄漏。本體408包括將端口 406耦合到橫向孔432的通道430。橫向孔432 具有接收氣體分配器162的開口端440的埋頭孔。氣體分配器162的開口 端440可以由任何適合的方法(例如，通過粘合劑、釬悍、焊接、壓配、 型鍛或者通過適合的氣密配合)被密封到本體408。第二埋頭孔接收氣體 分配器162的閉合端442，使得流入耦合件400的氣體通過端口 406和氣 體分配器162的開口端440流到閉合端。如以下參照圖5進一步描述，氣 體通過多個非對稱端口流出氣體分配器162。圖5是沿著圖2的剖切線5-5所取的氣體分配器162的剖視圖。氣體 分配器162可以類似地構造。氣體分配器162包括多個允許氣體進入區域172的孔。在一個實施例中，內和外噴射端口 502、 504貫通氣體分配器 162形成。氣體噴射端口 502、 504可以在被選定來在氣體擴散器內產生所 需流動和/或者壓力分布的豎向和水平平面中具有任何角方位。在圖5所示 的實施例中，內和外氣體噴射端口 502、 504同心布置，并具有與氣體分 配板164的平面平行的中心線。氣體噴射端口 502、 504的直徑可以不同或者相等。例如，徑向內朝 向氣體噴射端口 504的直徑可以大于徑向外朝向氣體噴射端口 502的直 徑，以將更多氣體提供到氣體擴散器132的內區域。可選地，徑向外朝向 氣體噴射端口 502的直徑可以大于徑向內朝向氣體噴射端口 504的直徑， 以將更多氣體提供到氣體擴散器132的外區域。此外，徑向內朝向孔502沿著氣體分配器162的密度和/或者分布可以 改變。例如， 一個區域中分配器162的每單位長度的徑向內朝向孔504的 數量相對于另一個可以較大。在圖2所示的實施例中，從開口端440測量 起沿著氣體分配器162每單位長度的徑向內朝向孔504的數量和/開口面積 從耦合件400進一步增大。這種布置可以用來允許在耦合件400 (或者其 它選定的區域)附近輸送更多氣體，或者補償沿著分配器的長度的壓力 降，使得與具有對稱分布的孔的分配器相比閉合端442的孔504接收到更 大量的氣體。可以想到，徑向外朝向孔504的密度、開口面積和/或者分布可以與徑 向內朝向孔502的相同或者不同。還可以想到，可以選定單個氣體噴射端 口 502、 504的相對直徑，以在耦合件400附近(或者其它選定的區域) 輸送更多的氣體，或者補償沿著分配器的長度的壓力降，使得與具有對稱 分布的孔的分配器相比，閉合端(或者其它選定的區域)附近的氣體噴射 端口 502、 504接受到更大量的氣體。內氣體分配器160的構造可以類似于或者不同于外氣體分配器162的 構造。在圖2所示的實施例中，內和外氣體分配器160、 162構造成具有 從分配器的開口端測量起每單位長度的孔的密度和/或開口面積增大。此 外，在圖2所示的實施例中，分配器160的耦合件400、 402的位置布置成 沿著分配器從耦合件朝著閉合端延伸的方向，相位之差超過180度。在可12選的實施例中，內和外氣體分配器160、 162構造成在開口端和閉合端之 間具有大致均勻的孔密度，但是從分配器160、 162的開口端到閉合端孔 的直徑逐漸增大。還可以想到，氣體分配器160、 162可以布置成以上任 何的組合。圖6A-B示出了擴散器132的部分128、 164如何耦合在一起以及擴散 器132如何耦合到蓋子組件170的剖視圖。如在圖6A的剖視圖中所示， 緊固件602穿過分配板164中的間隙孔并與安裝板132的螺紋孔配合。如 圖6B的剖視圖所示，緊固件612穿過貫通分配板和安裝板164、 132形成 的間隙孔，并與蓋子組件170中的螺紋孔配合。這種安裝布置允許擴散器 132易于從蓋子組件170卸下，由此便于更換具有不同流動構造的擴散 器。此外，板164、 132可以容易地被分開以允許一個或者多個氣體分配 器160、 162通過卸下和/或松開支架202而被更換，由此允許快速地重新 構造擴散器123，并適于其它處理控制屬性。圖8是用于選擇用于氣體分配器160、 162的構造的示例性方法的一 個實施例的框圖。方法800以方框802開始，利用傳統的氣體擴散器(例 如，具有對稱氣體輸送的擴散器)確定由于室傳導性而引起的處理結果。 在圖9A中示出了在方框802獲得的用于蝕刻處理的處理結果900，圖9A 圖示了橫向和方位角非均勻性。在方框804，假設處理在具有大致均勻傳 導性的室中進行，選擇用于擴散器132的構造到非對稱的處理結果。在方 框804選擇的用于擴散器132的構造補償方框802的非均勻性，使得在方 框806獲得所需的處理結果。在方框806獲得的處理結果902在圖9B中 示出，圖9B圖示了橫向和方位角的蝕刻結果得到顯著提高。可以選擇擴 散器132的構造以如圖9B所示對處理結果定心，或者將非均勻性減至最 小并控制處理結果的橫向偏差。這種處理在改變處理配方時尤其有用。如果一個或者多個氣體速率、 間距、RF功率、電場或者磁場、襯底基座溫度梯度或者其它處理參數改 變造成室內傳導性或者等離子體的位置的偏移，可以通過改變擴散器132 的構造來調節該偏移以提供所需的處理結果。這可以通過更換擴散器或者 擴散器內一個或者多個氣體分配器來完成。這樣，實現了及時和成本有效的處理調節。盡管前述涉及本發明的一些實施例，但是可以在不脫離其基本范圍的 情況下設計本發明的其它和另外實施例，其范圍由以下權利要求確定。
權利要求
1.一種真空處理室，包括具有內部體積的室本體；設置在所述內部體積中的襯底支撐件；泵送端口，其設置在所述襯底支撐件的襯底支撐表面的平面下方，其中，所述泵送端口的位置和所述內部體積的幾何形狀具有在襯底上產生非對稱處理結果的構造，所述襯底設置在所述支撐件的所述襯底支撐表面；以及氣體分配組件，其定位在所述襯底支撐件的所述襯底支撐表面的所述平面的上方，其中，選擇所述氣體分配組件的構造以調節由于所述泵送端口和所述內部體積的幾何形狀引起的處理結果的對稱性。
2. 根據權利要求1所述的真空處理室，其中，選擇所述氣體分配組件 的構造，以使所述泵送端口的位置和所述內部體積的幾何形狀引起的處理 結果大致對稱。
3. 根據權利要求1所述的真空處理室，還包括至少一個線圈，其定位在所述室本體的外部，并可以被通電以橫向調 節所述處理結果的分布。
4. 根據權利要求1所述的真空處理室，其中，所述氣體分配組件還包括內和外氣體噴射端口 ，其可獨立地控制以改變所述處理結果的橫向分布。
5. 根據權利要求4所述的真空處理室，其中，所述氣體分配組件還包括氣體分配板，其定位在所述襯底支撐件和所述內和外氣體噴射端口之間。
6. —種真空處理室，包括-具有內體積的室本體；設置在所述內體積中的襯底支撐件；以及氣體分配組件，其具有非對稱分布的氣體噴射端口。
7. 根據權利要求6所述的真空處理室，其中，選擇所述氣體噴射端口 的分布以產生大致非對稱的處理結果。
8. 根據權利要求6所述的真空處理室，其中，選擇所述氣體噴射端口 的分布以從由所述室本體的流動傳導性產生的非對稱結果產生大致對稱的 處理結果。
9. 一種真空處理室，包括室本體，其具有限定內部體積的側壁和蓋子； 設置在所述內部體積中的襯底支撐件；以及 氣體分配組件，其包括耦合到所述蓋子的氣體分配板；以及至少一個環，其定位在所述氣體分配板和所述蓋子之間，所述環 具有非對稱分布的氣體噴射端口 。
10. 根據權利要求9所述的真空處理系統，其中，所述環的端口還包括與貫通所述氣體分配板形成的氣體流動孔的取向不同的取向。
11. 根據權利要求9所述的真空處理系統，其中，所述氣體分配組件 還包括內環和外環，所述內環和所述外環各具有氣體噴射端口 。
12. 根據權利要求9所述的真空處理系統，其中，所述環的端口大致 垂直于貫通所述氣體分配板形成的孔。
13. —種用于真空處理襯底的方法，包括-將襯底設置在處理室內的襯底支撐件上；使處理氣體橫向流入限定在氣體分配板上方的空間中，所述氣體分配 板定位在所述處理室中所述襯底上方；以及在存在所述處理氣體的情況下處理所述襯底。
14. 根據權利要求13所述的方法，其中，處理還包括等離子體處理、 表面處理、植入、灰化、蝕刻或者沉積。
15. 根據權利要求13所述的方法，其中，使處理氣體橫向流入所述空 間還包括使氣體徑向向內和徑向向外流動。
16. 根據權利要求13所述的方法，其中，使處理氣體橫向流動到所述 空間中還包括使氣體從環徑向流動。
17. 根據權利要求13所述的方法，其中，使處理氣體橫向流入所述空 間中還包括使氣體從內環徑向流動；以及 使氣體從外環徑向流動。
18. —種氣體分配組件，包括氣體分配板，其具有多個貫通所述板形成的孔，所述孔具有大致平行 于所述板的中心線的取向；以及至少一個環，其耦合到所述氣體分配板，所述環具有多個氣體噴射端 口 ，所述氣體噴射端口具有與所述板的所述孔的取向不同的取向。
19. 根據權利要求18所述的氣體分配組件，其中，所述至少一個環包括內環和外環。
20. 根據權利要求18所述的氣體分配組件，其中，所述至少一個環的氣體噴射端口還具有非對稱分布。
全文摘要
本發明提供一種氣體流動擴散器。在一個實施例中，提供一種真空處理室，其包括具有內部體積的室本體、設置在內部體積中的襯底支撐件和具有非對稱分布的氣體噴射端口的氣體分配組件。在另一實施例中，提供一種用于真空處理襯底的方法，其包括將襯底設置在處理室內的襯底支撐件上，使處理氣體橫向流入限定在氣體分配板上方的區域中，其中氣體分配板定位在處理室中襯底的上方，以及在存在處理氣體的情況下對襯底進行處理。
文檔編號H01L21/00GK101308771SQ200810084518
公開日2008年11月19日 申請日期2008年3月21日 優先權日2007年3月21日
發明者丹尼爾·J·霍夫曼, 保羅·比瑞哈特, 周逍平, 詹姆斯·D·卡達希, 馬修·L·米勒 申請人:應用材料公司