使用多個流動途徑的自由基化學調制及控制的制作方法
【專利說明】使用多個流動途徑的自由基化學調制及控制
[0001]相關申請案的交叉引用
[0002]本申請案主張于2012年9月21日提出申請、標題為「Radical ChemistryModulat1n and Control Using Multiple Flow PathwaysJ 的美國臨時申請案第61/704，241號的權益。該申請案的整體揭示內容為了所有目的以引用的方式并入本文中。
技術領域
[0003]本技術系關于半導體制程及設備。更具體而言，本技術系關于具有多個等離子體配置的處理系統。
【背景技術】
[0004]集成電路系藉由在基板表面上產生復雜的圖案化的材料層的制程而變得可能。于基板上產生圖案化材料需要用于移除暴露材料的受控方法。化學蝕刻系用于各種目的，包括將在光阻層內的圖案轉印至下伏層內、使層變薄，或使已經存在于表面上的特征結構的橫向尺寸變薄。通常，需要具有蝕刻一種材料比蝕刻另一材料更快的蝕刻制程以促進例如圖案轉印制程。此類蝕刻制程對于第一材料據說是選擇性的。由于材料、電路及制程的多樣性，蝕刻制程已經發展具有對于各種材料的選擇性。
[0005]濕式HF蝕刻傾向于移除在其他電介質及半導體材料上的氧化硅。然而，濕式制程不能穿透一些受約束溝槽且濕式制程有時使剩余材料變形。在形成于基板處理區域內的本端等離子體中產生的干式蝕刻可穿透更多受約束溝槽且對精密剩余結構變形較少。然而，本端等離子體可在該等等離子體放電時經由電弧的產生而損壞基板。
[0006]因此，存在對于用于在半導體基板上選擇性蝕刻材料及結構的改良的方法及系統的需要，該等改良的方法及系統允許在前驅物化學及蝕刻參數上的更多控制。該等及其他需要系藉由本技術來解決。
【發明內容】
[0007]本發明描述了關于半導體處理腔室的系統及方法。示例性腔室可包括與腔室的第一出入口流體耦接的第一遠端等離子體系統及與腔室的第二出入口流體耦接的第二遠端等離子體系統，該示例性腔室經配置以在腔室的處理區域內容納半導體基板。系統亦可包括腔室中的氣體分配組件，該氣體分配組件可經配置以輸送第一前驅物及第二前驅物兩者進入腔室的處理區域內，同時保持第一前驅物及第二前驅物彼此流體隔離，直至該等前驅物經輸送進入腔室的處理區域內為止。第一出入口可靠近腔室的頂部或位于腔室的頂部處，且第二出入口可靠近腔室的側部或位于腔室的側部處。
[0008]氣體分配組件可包括上板及下板，且上板及下板可彼此耦接以界定在板之間的容積。板的耦接可提供經由上板及下板的第一流體通道且提供經由下板的第二流體通道。該耦接亦可提供經由下板自容積的流體出入口，且第一流體通道可與在板之間的容積及第二流體通道隔離。可經由與腔室中的第二出入口流體耦接的氣體分配組件的側面流體地進入該容積。
[0009]腔室可經配置以經由腔室中的第一出入口及經由氣體分配組件中的第一流體通道自第一遠端等離子體系統提供第一前驅物進入腔室的處理區域內。腔室亦可經配置以經由腔室中的第二出入口自第二遠端等離子體系統提供第二前驅物進入腔室內、進入上板與下板之間所界定的容積內及經由氣體分配組件中的第二流體通道進入腔室的處理區域內。氣體分配組件可經配置以防止第二前驅物經由氣體分配組件的上板的流動。第一遠端等離子體系統可包括第一材料且第二遠端等離子體系統可包括第二材料。第一材料可基于第一前驅物的組成而選定，且第二材料可基于第二前驅物的組成而選定。第一材料及第二材料在所揭示實施例中可為不同材料。第一遠端等離子體系統及第二遠端等離子體系統可選自由以下各者組成的群組:RF等離子體單元、電容式耦接等離子體單元、電感式耦接等離子體單元、微波等離子體單元及環形等離子體單元。第一遠端等離子體系統及第二遠端等離子體系統可經配置以在介于約1W至高于1kW或約1kW之間的功率值下操作。第一遠端等離子體系統可經配置以在第一功率值下操作，該第一功率值系基于第一前驅物的組成而選定，且第二遠端等離子體系統可經配置以在第二功率值下操作，該第二功率值系基于第二前驅物的組成而選定。系統可經配置以在不同于彼此的功率值下操作第一遠端等離子體單元及第二遠端等離子體單元。
[0010]用于半導體處理腔室的操作方法可包括使第一前驅物經由第一遠端等離子體系統流動進入半導體處理腔室內。方法亦可包括使第二前驅物經由第二遠端等離子體系統流動進入半導體處理腔室內。第一前驅物及第二前驅物可在處理腔室的處理區域內組合，且該第一前驅物及該第二前驅物可在進入腔室的處理區域之前保持彼此流體隔離。在所揭示實施例中，第一前驅物可包括含氟前驅物，且第二前驅物可包括含氫前驅物。
[0011]此類技術可提供優于習知技術的大量益處。舉例而言，改良的等離子體輪廓可基于不同前驅物用于不同等離子體系統中的每一者。另外，系統劣化可基于具有不同等離子體系統而較低，該等不同等離子體系統由特定于防止在每一系統中處理的特定前驅物劣化的材料形成。該等及其他實施例，以及許多的該等及其他實施例的優勢及特征結構系連同下文描述及附圖而更詳細地描述。
【附圖說明】
[0012]所揭示技術的本質及優勢的進一步理解可藉由參考本說明書及圖式的剩余部分而實現。
[0013]圖1圖示示例性處理工具的一個實施例的頂部平面圖。
[0014]圖2圖示示例性處理腔室的示意性橫截面圖。
[0015]圖3A至圖3D圖示根據所揭示技術的示例性噴淋頭配置的示意圖。
[0016]圖4圖示根據所揭示技術的處理腔室的簡化橫截面圖。
[0017]圖5圖示根據所揭示技術的用于半導體處理腔室的操作方法的流程圖。
[0018]在隨附圖式中，相似的部件及/或特征可具有相同部件符號。此外，相同類型的各種部件可藉由在部件符號的后繼的以破折號及在類似部件之間區分的第二符號來辨別。若在本說明書中僅使用第一部件符號，則描述可在不考慮第二部件符號的情況下適用于具有相同第一部件符號的類似部件中的任一者。
【具體實施方式】
[0019]本技術包括用于半導體處理的系統，該等系統提供改良的流體輸送機構。某些干式蝕刻技術包括利用遠端等離子體系統以提供自由基流體物質進入處理腔室內。2012年4月4日提出申請的共同轉讓的專利申請案第13/439079號中描述了示例性方法，該申請案在與本文所主張態樣及描述一致的范圍內以引用的方式并入本文。當使用可包括若干自由基物質的干蝕刻劑配方時，由不同流體產生的自由基物質可與遠端等離子體腔室不同地相互作用。舉例而言，用于蝕刻的前驅物流體可包括含氟前驅物及含氫前驅物。遠端等離子體系統的等離子體孔穴以及至處理腔室的分配部件可經涂布或加襯里以提供保護而免受反應性自由基的影響。舉例而言，鋁等離子體孔穴可被涂布有氧化物或氮化物，該氧化物或氮化物將保護孔穴免受氟自由基的影響。然而，若前驅物亦含有氫自由基，則氫物質可將氧化鋁轉換或還原回至鋁，在此時氟可與鋁直接反應而產生諸如氟化鋁的不期望副產物。
[0020]習知技術已通過對部件的定期維護及置換來處理該等不期望副作用，然而，本系統藉由通過各單獨的流體途徑提供自由基前驅物進入處理腔室內而克服此需要。藉由利用兩個或兩個以上遠端等離子體系統，其中每一遠端等離子體系統經設置以輸送單獨的前驅物流體，每一系統可基于正在輸送的流體而被分開保護。發明人亦已意外地確定:藉由通過各單獨的遠端等離子體系統提供前驅物物質，每一流體的特定解離及等離子體特性可被定制從而提供改良的蝕刻性能。因此，本文描述的系統依據化學調制提供改良的靈活性。該等及其他益處將在下文詳細地描述。
[0021]盡管接下來的揭示內容將常規地標識利用所揭示技術的具體蝕刻制程，但將容易理解的是:系統及方法可同等地應用于如可能發生在所描述腔室中的沉積及清洗制程。因此，本技術不應被視為僅受限于蝕刻制程。
[0022]圖1圖示根據所揭示實施例的沉積、蝕刻、烘烤及/或固化腔室的處理工具100的一個實施例的頂部平面圖。在圖式中，一對FOUP (前開式標準艙)102供應基板(例如，指定直徑的半導體晶圓)，該等基板可藉由機械手臂104接收且該等基板在被置放至串列制程腔室109a-c的基板處理區段108a-f中的一者內之前被置放至低壓保持區106中。第二機械手臂110可用來將來自保持區106的基板傳送至處理腔室108a-f及自處理腔室108a-f向回傳送。
[0023]串列制程腔室109a_c的基板處理區段108a_f可包括用于沉積、退火、固化及/或蝕刻基板或基板上的薄膜的一或多個系統部件。示例性薄膜可為可流動電介質，但許多類型的薄膜可由處理工具形成或處理。在一個配置中，處理腔室的兩對串列處理區段(例如，108c-d及108e-f)可用來在基板上沉積電介質材料，且第三對串列處理區段(例如，108a-b)可用來退火所沉積電介質。在另一配置中，處理腔室的兩對串列處理區段(例如，108c-d及108e-f)可經設置以在基板上既沉積電介質薄膜且退火電介質薄膜，而第三對串列處理區段(例如，108a-b)可用于所沉積薄膜的紫外線固化或電子束固化。在又另一配置中，所有三對串列處理區段(例如，108a-f)可經配置以在基板上沉積且固化電介質薄膜或將特征結構蝕刻至所沉積薄膜內。