等離子體處理設(shè)備及其操作方法與流程
本發(fā)明有關(guān)等離子體處理設(shè)備及其操作方法。
背景技術(shù)：
等離子體通常用在制造工藝中以于半導(dǎo)體集成電路制造時沉積材料層，也用于蝕刻晶圓上的材料。
在沉積或蝕刻操作中，等離子體在設(shè)備的腔室中形成。腔室中的不同條件會影響制造中的半導(dǎo)體器件的質(zhì)量。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體制造設(shè)備，以及一種操作具有匹配網(wǎng)絡(luò)的半導(dǎo)體制造設(shè)備的方法。
本發(fā)明的一實施例揭示一種半導(dǎo)體制造設(shè)備，其包括反應(yīng)室、支撐件與襯層。反應(yīng)室被配置成用于等離子體工藝，并且有室壁。支撐件被配置成固定晶圓於反應(yīng)室內(nèi)。襯層被配置成圍繞該支撐件，并且具有頂側(cè)與底側(cè)。頂側(cè)可拆卸地掛在室壁上，而底側(cè)則具有多個氣體通道以允許等離子體粒子通過襯層。
上述的半導(dǎo)體制造設(shè)備進一步包括位于反應(yīng)室底部的泵以及耦合到泵的排氣管，并且排氣管是直管。
上述的半導(dǎo)體制造設(shè)備中，多個氣體通道包括位于該底側(cè)之底表面的底部開口。
上述的半導(dǎo)體制造設(shè)備中，底部開口呈圓柱形或錐形。
上述的半導(dǎo)體制造設(shè)備中，襯層進一步包括延伸于頂側(cè)與底側(cè)之間的側(cè)邊，以及位于側(cè)邊與底側(cè)結(jié)合處的拐角。
上述的半導(dǎo)體制造設(shè)備中，多個氣體通道包括位于拐角的拐角開口。
上述的半導(dǎo)體制造設(shè)備中，拐角開口具有相對于底側(cè)的底表面為傾斜的通道。
本發(fā)明的另一實施例揭示一種半導(dǎo)體制造設(shè)備，具有用于標稱壓力下使等離子體起輝的反應(yīng)室，半導(dǎo)體制造設(shè)備包括rf電源與匹配網(wǎng)絡(luò)。rf電源配置為產(chǎn)生射頻信號，并且于第一輸出端與第二輸出端供電。匹配網(wǎng)絡(luò)配置為將rf電源所輸出的功率耦合至反應(yīng)室，并且使反應(yīng)室在低于該標稱壓力之壓力下起輝等離子體。匹配網(wǎng)絡(luò)包括第一電路與第二電路。第一電路因應(yīng)于射頻信號以調(diào)節(jié)電壓等級，并且具有第一電感裝置以輸出調(diào)節(jié)過的電壓等級，而第一電感裝置與一電容電路串聯(lián)于該第一輸出端與參考電壓等級之間。第二電路具有第二電感裝置以提供預(yù)定的電壓等級以點燃等離子體，且第二電感裝置直接耦接于該第二輸出端以及該參考電壓等級之間。
上述的半導(dǎo)體制造設(shè)備中，第一電感裝置之電流最大點與第二電感裝置之電壓最大點對稱于生成等離子體的反應(yīng)室的中心線。
上述的半導(dǎo)體制造設(shè)備中，第二電路的預(yù)定的電壓等級高于該第一電路調(diào)節(jié)過的電壓等級。
上述的半導(dǎo)體制造設(shè)備中，第一電感裝置或第二電感裝置具有平面線圈或螺旋線圈形狀的天線。
上述的半導(dǎo)體制造設(shè)備中，第二電感裝置較第一電感裝置靠近生成等離子體的反應(yīng)室的中心線。
上述的半導(dǎo)體制造設(shè)備中，第一電感裝置和該第二電感裝置255同心地圍繞該中心線。
上述的半導(dǎo)體制造設(shè)備進一步包括屏蔽件，其包圍半導(dǎo)體制造設(shè)備和匹配網(wǎng)絡(luò)。
本發(fā)明的又一實施例揭示一種操作具有匹配網(wǎng)絡(luò)的半導(dǎo)體制造設(shè)備的方法，該方法包括：施加射頻信號到匹配網(wǎng)絡(luò)；因應(yīng)于該rf信號，通過匹配網(wǎng)絡(luò)建立用于生成等離子體的rf能量，該匹配網(wǎng)絡(luò)具有第一節(jié)點和電感裝置，而電感裝置具有耦合到第一節(jié)點的第一終端以及直接耦合到參考電壓等級的第二終端，且具有第一終端和第二終端之間的第二節(jié)點；在第二節(jié)點提供預(yù)定電壓等級；在該預(yù)定電壓等級下點燃等離子體；以及調(diào)節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)rf信號和電感裝置之間的阻抗匹配。
上述操作具有匹配網(wǎng)絡(luò)的半導(dǎo)體制造設(shè)備的方法中，在第二節(jié)點提供預(yù)定電壓的操作包括增加匹配網(wǎng)絡(luò)的電抗。
上述操作具有匹配網(wǎng)絡(luò)的半導(dǎo)體制造設(shè)備的方法中，預(yù)定電壓約高于1000伏特。
上述操作具有匹配網(wǎng)絡(luò)的半導(dǎo)體制造設(shè)備的方法中，在第二節(jié)點提供預(yù)定電壓的操作包括反射來自電感裝置的大部分rf信號。
上述操作具有匹配網(wǎng)絡(luò)的半導(dǎo)體制造設(shè)備的方法中，匹配網(wǎng)絡(luò)包括另一個電感裝置，其具有通過電容裝置耦接到該參考電壓等級的終端。
上述操作具有匹配網(wǎng)絡(luò)的半導(dǎo)體制造設(shè)備的方法進一步包括利用屏蔽件封閉半導(dǎo)體制造設(shè)備。
本發(fā)明的實施例揭示一種半導(dǎo)體器件，其包括第一區(qū)與第二區(qū)。第一區(qū)具有多個器件以第一器件密度排列。第二區(qū)與第一區(qū)相隔開，且具有多個器件以第二器件密度排列，而第二器件密度小于第一器件密度，且第二區(qū)中該多個器件之預(yù)定深度與第一區(qū)中該多個器件之預(yù)定深度相同。其中，第一區(qū)中該多個器件之深度與第二區(qū)中該多個器件之深度的差異相對于該預(yù)定深度為6％～8％。
上述的半導(dǎo)體器件中，第一區(qū)中該多個器件之深度與第二區(qū)中該多個器件之深度的平均差異相對于該預(yù)定深度為7％。
上述的半導(dǎo)體器件中，第一區(qū)中該多個器件的預(yù)定側(cè)面傾角與第二區(qū)中該多個器件的預(yù)定側(cè)面傾角相同，且第一區(qū)中該多個器件的側(cè)面傾角與第二區(qū)中該多個器件的側(cè)面傾角之差異相對于預(yù)定側(cè)面傾角為4％～7％。
上述的半導(dǎo)體器件中，第一區(qū)中該多個器件的側(cè)面傾角與第二區(qū)中該多個器件的側(cè)面傾角之平均差異相對于預(yù)定側(cè)面傾角為6％。
上述的半導(dǎo)體器件中，第一區(qū)中該多個器件的上側(cè)面傾角與下側(cè)面傾角之差異相對于預(yù)定側(cè)面傾角為4％～7％。
上述的半導(dǎo)體器件中，第一區(qū)中該多個器件的上側(cè)面傾角與下側(cè)面傾角之平均差異相對于預(yù)定側(cè)面傾角為5.5％。
使用本發(fā)明的半導(dǎo)體制造設(shè)備以及操作具有匹配網(wǎng)絡(luò)的半導(dǎo)體制造設(shè)備的方法，可以在晶圓處理中提供更高的精確度和可重復(fù)性，還能減少在晶圓上的高密度集成電路中可能改變晶圓質(zhì)量的各種效應(yīng)。例如，減少高密度可能導(dǎo)致的如電流泄漏，非均勻蝕刻，圖案負載效應(yīng)，或微負載效應(yīng)的質(zhì)量問題。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可了解可利用下文揭示的概念與特定實施例為基礎(chǔ)而相當輕易地予以修改或設(shè)計其它結(jié)構(gòu)或工藝，從而實現(xiàn)與本發(fā)明相同的目的。本領(lǐng)域技術(shù)人員亦應(yīng)可了解這類等效的建構(gòu)并無法脫離權(quán)利要求書所提出的本發(fā)明的精神和范圍。
附圖說明
參閱隨附的附圖以及下文詳細的描述可以清楚地理解本發(fā)明的特徵。在此聲明各個特征并未按業(yè)界的標準慣例依比例繪制。事實上，為了清楚的討論，各個特征的尺寸可能任意增大或減小。
圖1a是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的半導(dǎo)體器件的平面圖；
圖1b是根據(jù)本發(fā)明一些實施例沿圖1a中所示的aa'線截取的半導(dǎo)體器件的剖面圖；
圖2a是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的半導(dǎo)體器件的平面圖；
圖2b是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的沿圖2a中所示的bb'線截取的半導(dǎo)體器件的剖面圖；
圖3至5是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的半導(dǎo)體器件的剖面圖；
圖6是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的設(shè)備的剖面圖；
圖7是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的襯層的剖面圖；
圖8是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的襯層的剖面圖；
圖9是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的匹配網(wǎng)絡(luò)的框圖；
圖10是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的操作設(shè)備方法的流程圖；
圖11是根據(jù)本發(fā)明一些實施例匹配阻抗的示意圖。
具體實施方式
如下公開提供了很多不同的實施例或示例，用于實施本發(fā)明的不同特征。如下描述了組件和配置的具體示例，以簡化本揭露。當然，它們僅僅是示例，并不是旨在限制本發(fā)明。例如，以下描述中在第二特征之上或在第二特征上形成第一特征可以包括形成直接接觸的第一特征和第二特征的實施例，還可以包括在第一特征和第二特征之間可以形成附加特征從而使得第一特征和第二特征可以不直接接觸的實施例。此外，本揭露在各個示例中重復(fù)使用附圖標記和/或字母以求簡單和清楚，其本身并不表明所述的各個實施例和/或配置之間的關(guān)系。
此外，空間關(guān)系術(shù)語，例如“之下”、“下方”、“下面”、“之上”、“上方”等，在此用于簡化描述附圖所示的一個單元和特征對另一個單元或特征的關(guān)系。除了附圖中描寫的方向，空間關(guān)系術(shù)語旨在包含使用或操作的裝置的不同方向。設(shè)備可以以其它方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或者在其它方向)，并可以據(jù)此同樣地解釋本文所使用的空間關(guān)系描述語。
隨著一代代半導(dǎo)體技術(shù)，晶體管尺寸減小且晶圓上的半導(dǎo)體器件的密度增加，導(dǎo)致在晶圓處理中需要更高的精確度和可重復(fù)性。在晶圓上的高密度集成電路中，各種效應(yīng)可能改變晶圓的質(zhì)量。例如，高密度可能導(dǎo)致如電流泄漏、非均勻蝕刻、圖案負載效應(yīng)，或微負載效應(yīng)的質(zhì)量問題。
蝕刻過程是現(xiàn)代集成電路(ic)生產(chǎn)中的常見步驟。有不同的蝕刻技術(shù)和方法可以使用，包括等離子體蝕刻。蝕刻過程期間，保持均勻性特別重要。均勻性是指例如所需要的深度的臨界尺寸的蝕刻的均勻性，以及跨晶圓與晶圓到晶圓的蝕刻的均勻性。在微觀層面，蝕刻速率和輪廓取決于特征尺寸和特征分離。微觀均勻性的問題可以分為幾類，包括圖案依賴刻蝕效應(yīng)，一般被稱為圖案負載效應(yīng)。圖案負載效應(yīng)包括宏負載效應(yīng)或微負載效應(yīng)。更具體地說，微負載指用于相同尺寸特征的特征分離上的蝕刻速率的依賴性，并且在晶圓具有局域、高密度區(qū)域時，其由反應(yīng)物耗盡所導(dǎo)致。
從術(shù)語的角度來看，臨界尺寸僅僅指相關(guān)方向上的特征的尺寸(如寬度)。例如，在圖1a所示的半導(dǎo)體器件的平面圖100中，對應(yīng)于晶體管141的特征包括柵結(jié)構(gòu)14，漏極區(qū)15和源區(qū)17。在一些實施方案中，晶體管141是p型金屬氧化物半導(dǎo)體(p-typemetal-oxide-semiconductor，pmos)場效應(yīng)晶體管，n型金屬氧化物半導(dǎo)體(n-typemetal-oxide-semiconductor，nmos)場效應(yīng)晶體管，或互補金屬氧化物半導(dǎo)體(complementarymetal-oxide-semiconductor,cmos)?？梢源嬖诙鄠€具有不同長度或?qū)挾龋行槎?，有些為長的晶體管141。
參見圖1a，電路包括晶體管141，導(dǎo)電材料10，和半導(dǎo)體基板1。晶體管141具有長度l和寬度w，包括兩個柵結(jié)構(gòu)14，中間具有源區(qū)17，漏極區(qū)15，151在所述源區(qū)17兩側(cè)。長度l是從漏極區(qū)15一側(cè)到漏極區(qū)151一側(cè)的長度。寬度w是從漏極區(qū)15的一個表面到同一漏極區(qū)15另一個表面的寬度。在一些實施方案中，所述漏極區(qū)15以長度l142與所述導(dǎo)電材料10隔開。漏極區(qū)15也可以以長度l141與其它的導(dǎo)電材料10隔開。
源區(qū)17以長度l17與導(dǎo)電材料10隔開。一個導(dǎo)電材料10到另一導(dǎo)電材料10之間的距離是l10。根據(jù)電路的設(shè)計，長度l141，l142，l10和l17可以不相同。
參見圖1b，所述電路的剖面圖110沿穿過源區(qū)17和導(dǎo)電材料10的剖面線aa'截取。剖面圖110與導(dǎo)電材料10對準。剖面圖110包括半導(dǎo)體基板1，導(dǎo)電材料10，以及中間層11。中間層11在半導(dǎo)體基板1和導(dǎo)電材料10之間。導(dǎo)電材料10在半導(dǎo)體基板1之上。半導(dǎo)體基板包括凹槽20。凹槽20可以在源區(qū)17和導(dǎo)電材料10之間。凹槽20具有從源區(qū)17頂部到導(dǎo)電材料10頂部的長度l17。凹槽20的底部具有長度l20。在一些實施例中，長度l20比長度l17小。
凹槽21在導(dǎo)電材料之間。導(dǎo)電材料10頂部和另一導(dǎo)電材料10頂部之間的距離是長度l10。凹槽21包括一個與凹槽21的底部表面b結(jié)合的側(cè)面s。底部表面b具有長度l21。在一些實施例中，側(cè)面s為錐形，使得長度l21比l10長度小。在一些實施例中，導(dǎo)電材料10具有高度h3。中間層11具有高度h2。在一些實施例中，對于每一導(dǎo)電材料高度h3是實質(zhì)上相同的。半導(dǎo)體基板1的部分107上具有部分105。部分105具有側(cè)部。所述側(cè)部具有從半導(dǎo)體基板1的底部表面b到頂部表面t橫向測量的高度h1。在一些實施例中，不同的凹槽具有不同或相似的尺寸。例如，長度l20可以大于，等于或小于長度l21。
在圖2a中，電路的平面圖200類似于圖1a所示。在圖2b中，所述電路的剖面圖210沿穿過漏極區(qū)15和另一漏極區(qū)15的剖面線bb'截取。剖面圖210與導(dǎo)電材料10對準。在一些實施例中，由于微負載效應(yīng)，不同凹槽具有不同深度，使得不同凹槽的底部表面比彼此更高或更低。
例如，長度l22是從一個漏極區(qū)15到另一相鄰漏極區(qū)15的長度。導(dǎo)電材料10在漏極區(qū)15的頂部上。導(dǎo)電材料10和中間層11實質(zhì)上是豎直的，使得長度l22從導(dǎo)電材料10的頂部到中間層11的底部實質(zhì)上不變。凹槽23在漏極區(qū)15之間。凹槽23具有底部表面b23。底面表面b23具有長度l23。凹槽23是錐形的，使得長度l23比l22長度小。底部表面b23以高度h4與半導(dǎo)體基板1的頂部表面t隔開。底部表面b23比凹槽21的底部表面b高距離d5。高度h4比部分105的高度h1相差距離d5。
微負載效應(yīng)的一個因素是等離子體處理期間腔室內(nèi)部的工藝氣體壓力。在圖3中，凹槽25與凹槽27相比，由于微負載效應(yīng)。凹槽25比凹槽27淺。凹槽25在其頂部上具有較小開口p25。凹槽27在其頂部具有較大開口p27。
凹槽25在較小開口p25頂部具有長度l251，在凹槽25的頂部表面具有長度l25。凹槽25為錐形，使得長度l251大于長度l25。凹槽25具有從較小開口p25頂部到凹槽25底部表面的高度h25。
凹槽27在較大開口p27頂部具有長度l271，在凹槽27的底部表面具有長度l27。凹槽27為錐形，使得長度l271大于長度l27。凹槽27具有從較大開口p27頂部到凹槽27底部表面的高度h27。
長度l251比長度l271小。高度h25比高度h27小一個長度l57。在一些實施例中，凹槽25比凹槽27的錐度更大，使得長度l251和l25之間的比率大于長度l271和長度27之間的比率。較小開口p25比較大開口p27小。
等離子體粒子30在較小開口p25或較大開口p27之下除去半導(dǎo)體基板1的部分，以分別形成凹槽25或27。一些等離子體粒子30在到達開口之前彼此碰撞。碰撞發(fā)生在所述較小開口p25或較大開口p27之上。等離子體粒子30在碰撞之前會聚到入射路徑33。碰撞后，等離子體粒子30沿偏轉(zhuǎn)路徑34散開。對于具有水平分量的入射路徑33，相應(yīng)偏轉(zhuǎn)路徑34也可以具有在相反方向上的水平分量。對于較小開口p25之上的碰撞，等離子體粒子30更可能會錯過較小開口p25，而更可能會落在較小開口外部的其它區(qū)域。對于較大開口p27之上的碰撞，等離子體粒子30不太可能會錯過較大開口p27，因而并不太可能落在較大開口p27外部的其它區(qū)域。對于較大開口p27之上的碰撞，等離子體粒子30仍可能進入較大開口p27且更容易通過較大開口p27進入凹槽27進行蝕刻。
對于使用等離子體粒子30以蝕刻凹槽25或凹槽27，經(jīng)歷碰撞的等離子體粒子30進入較大開口p27比進入較小開口p25更容易。對于較小開口p25而言，較大開口p27允許更多的碰撞過的等離子體粒子30蝕刻凹槽27。由于能夠蝕刻凹槽27的碰撞過的等離子體粒子30比蝕刻凹槽25的碰撞過的等離子體粒子30多，因此凹槽27比凹槽25更深。這種對不同開口尺寸的非均勻蝕刻是微負載效應(yīng)的原因之一。
對于具有較高碰撞率的等離子體處理，所述微負載效應(yīng)變得更加明顯，使得凹槽更不均勻，以及凹槽深度的變化增加。等離子體粒子30的碰撞率與等離子體粒子30的平均自由路徑有關(guān)。較長的平均路徑與較少的碰撞相關(guān)。在等離子體處理中，大多數(shù)等離子體粒子30的低碰撞率意味著大多數(shù)等離子體粒子30豎直向下運動到晶圓。使包括水平分量的側(cè)向碰撞減少，以允許更多的等離子體粒子30進入較小開口p25進行蝕刻。增加等離子體粒子30的平均自由路徑以減小微負載效應(yīng)。通過減少工藝氣體壓力，是增加等離子體粒子30平均自由路徑的一種方法。
在圖4中，不同的等離子體處理331和332蝕刻半導(dǎo)體基板1，具有不同的結(jié)果。對于微負載效應(yīng)，通過等離子體處理331比等離子體處理332更加明顯。對于具有較多微負載效應(yīng)的等離子體處理331，凹槽開口較小的凹槽深度減小。對于具有較多微負載效應(yīng)的等離子體處理332，凹槽開口較小的凹槽深度實質(zhì)上保持恒定。凹槽開口可以是凹槽的臨界尺寸。臨界尺寸可以是寬度w25，w27，或w28，寬度w28大于寬度w27，寬度w27大于寬度w25。
等離子體處理331之下的凹槽117具有寬度w28，w27和w25。凹槽117分別具有深度d4，d7，和d8，深度d4大于深度d7中，深度d7大于深度d8。
等離子體處理332之下的凹槽115具有寬度w28，w27和w25。凹槽115具有實質(zhì)上恒定的深度d4。無論開口的尺寸，凹槽115均勻地具有深度d4。
在圖5中，凹槽117包括類似于圖4中的微負載效應(yīng)。凹槽117填充有絕緣材料，例如將為隔離結(jié)構(gòu)18的介電材料。凹槽117具有沿橫向側(cè)面s117的彎折部181。錯位19從彎折部181延伸到半導(dǎo)體基板1。錯位19沿橫向側(cè)面s117靠近彎折部181。界面111放置在半導(dǎo)體基板1和中間層11之間。
在圖5中，微負載效應(yīng)不同程度地引起泄漏電流。
在一些實施例中，對于具有較短深度d8的隔離結(jié)構(gòu)18，電荷載流子40更容易從一個部分105運動到另一個部分105。例如，在一些實施例中，部分105是圖2中相鄰的漏極區(qū)15。電荷載流子40穿過隔離結(jié)構(gòu)18下方，并從一個漏極區(qū)泄漏到另一個漏極區(qū)。
在一些實施例中，電荷載流子40通過界面111泄漏。在又一些實施例中，電荷載流子40通過錯位19泄漏。
減少工藝氣體壓力會增加平均自由路徑，增加所述平均自由路徑減小等離子體粒子30的碰撞率，降低碰撞率會減少微負載效應(yīng)，而減少微負載效應(yīng)會減少半導(dǎo)體器件中的泄漏電流問題。
圖6示出半導(dǎo)體制造設(shè)備500。半導(dǎo)體制造設(shè)備500包括等離子體反應(yīng)室59，等離子體反應(yīng)室59包括襯層57，襯層57用于約束等離子體。襯層57的存在可以改變電場的分布，將所述等離子體基本上約束在所述襯層57內(nèi)部的區(qū)域r中并增加等離子體密度。襯層57可以用于阻止等離子體蝕刻等離子體反應(yīng)室59的其它部分，例如室壁55，以保護所述等離子體反應(yīng)室59，從而使等離子體反應(yīng)室59免受損壞。襯層57可以清洗和/或更換。襯層57能加強工藝氣體壓力的均勻性。所述工藝氣體壓力的均勻性對應(yīng)于氣體粒子321的平均自由路徑的均勻性。
區(qū)域r在等離子體反應(yīng)室59中的晶圓70之上。晶圓70包括半導(dǎo)體基板1。經(jīng)受等離子體處理的半導(dǎo)體基板1之上保持均勻的工藝氣體壓力，會有助于半導(dǎo)體基板1上使各個器件晶粒產(chǎn)生均勻的臨界尺寸。典型等離子體反應(yīng)室59中的壓力通過同時引入工藝氣體和抽空等離子體反應(yīng)室59進行控制。對在等離子體反應(yīng)室59中的工藝氣體流動沒有任何限制，則工藝氣體壓力可以從接近供氣口38出口的相對高的壓力到接近排氣口71相對低的壓力形成一個梯度。襯層57部分限制工藝氣體流動使所述襯層57內(nèi)部的壓力梯度減小。降低所述壓力梯度會提升所述氣體壓力的均勻性。
襯層57能約束工藝氣體使其體積較小，從而降低從供氣口38的供氣流量和工藝氣體的消耗流量。
襯層57具有各種特征。襯層57具有在晶圓70上延伸的側(cè)邊83。為了實現(xiàn)工藝氣體壓力和等離子體密度的高度均勻性，襯層57優(yōu)選為對稱的。工藝氣體壓力和等離子體密度的均勻性減少了穿過芯片70的微負載效應(yīng)。在一些實施例中，襯層57對于晶圓70是對稱的，并且避免了側(cè)邊83中的開口。
圖6是半導(dǎo)體制造設(shè)備500的剖面示意圖，所述半導(dǎo)體制造設(shè)備500包括等離子體反應(yīng)室59，襯層57，室壁55，以及電介質(zhì)窗口39(例如具有均勻厚度的平面電介質(zhì)窗口)。電感裝置35放置在電介質(zhì)窗口39之上。所述電感裝置35可以是平面多圈的螺旋線圈，非平面多圈線圈，或具有其它形狀的天線，利用射頻(radiofrequency,rf)電源201通過合適的rf阻抗匹配電路200供電，所述合適的rf阻抗匹配電路200將rf能量電感耦合到等離子體反應(yīng)室59以產(chǎn)生等離子體(例如，高密度等離子體)。匹配電路200還可以是匹配網(wǎng)絡(luò)，用于rf電源201和電感裝置35之間的阻抗匹配。所述匹配電路200可以沿著電感裝置35中的線圈分發(fā)功率以建立用于產(chǎn)生等離子體的rf能量。供氣口38連接到氣體源37，所述氣體源37供應(yīng)進入等離子體反應(yīng)室59的工藝氣體。
電介質(zhì)窗口39正下方是具有正被處理的半導(dǎo)體基板1的晶圓70。所述半導(dǎo)體基板1支撐在基板支撐件58上，所述基板支撐件58包含可受rf偏置的下電極。所述下電極受另一rf電源47進行rf偏置。rf電源47不同于rf電源201。rf電源47通過阻抗匹配電路45耦合到下電極。
圍繞基板支撐件58是一個可移動的對稱的襯層57。襯層57可拆卸地懸掛在室壁55。所述襯層57具有厚度均勻的底側(cè)82，且所述底側(cè)82具有多個氣體通道。襯層57相對于等離子體反應(yīng)室59對稱。襯層57是圓環(huán)的形式，且所述圓環(huán)的中心大致在等離子體反應(yīng)室59的中心線501處。襯層57圍繞所述基板支撐件58?；逯渭?8的中心也大致位于中心線501處。底側(cè)82還可以是緊鄰于基板支撐件58之上的水平部分?；逯渭?8支撐住晶圓70且實質(zhì)上正交于室壁55。在一些實施例中，底側(cè)82大致與所述基板支撐件58在相同平面。基板支撐件58也可以稱為支撐件。所述支撐件放置在鄰近所述等離子體反應(yīng)室59的中間位置。在一些實施例中，所述支撐件從室壁55延伸，并與所述室壁55接觸。
側(cè)邊83是一個厚度均勻的連續(xù)圓筒外壁，其從底側(cè)82的外圍軸向向上延伸。側(cè)邊83實質(zhì)上與所述室壁55平行。側(cè)邊83與室壁55距離一個長度l9。所述側(cè)邊靠近拐角84，拐角84與所述側(cè)邊83和所述底側(cè)82結(jié)合。拐角開口81放置在靠近所述拐角84的位置。側(cè)邊83在所述基板支撐件58之上延伸。基板支撐件58與電介質(zhì)窗口39的距離為高度h7。底側(cè)82具有例如底部開口80的氣體通道。拐角84也具有例如拐角開口81的氣體通道。例如底部開口80或拐角開口81的氣體通道允許氣體粒子321或等離子體粒子通過所述襯層57。在一些實施例中，基板支撐件58低于，等于或高于底側(cè)82。
襯層57具有頂側(cè)88。頂側(cè)88具有用于掛扣在室壁55的突出部。頂側(cè)88與電介質(zhì)窗口39的距離為高度h8。底側(cè)82與電介質(zhì)窗39的距離為高度h5。
等離子體反應(yīng)器室59還包括放置在其底部的泵73。泵73可以是對稱的渦輪泵，其相對于中心線501對稱地排列。泵73可以是增加氣體排出速率的渦輪泵，使得等離子體反應(yīng)室59內(nèi)部產(chǎn)生低壓。在一些實施例中，泵73可降低壓力使壓力低于約1毫托。泵73被對稱地放置在等離子體反應(yīng)室59的中心處，以幫助等離子體反應(yīng)室59內(nèi)部均勻降低壓力。這增加了靠近晶圓70用于等離子體處理的氣體壓力的均勻性。
泵73通過排氣管72耦合到排氣口71。排氣管72是沒有任何轉(zhuǎn)向的直管。排氣管72與半導(dǎo)體制造設(shè)備500的中心線501平行排列。在一些實施例中，排氣口71，排氣管72，或泵73相對于中心線501對稱地排列。
屏蔽件79包圍半導(dǎo)體制造設(shè)備500以及匹配電路200和45。屏蔽件79防止來自外部的電或磁場干擾屏蔽件79內(nèi)部的電場，磁場，或任何電路。屏蔽件79有助于穩(wěn)定由感應(yīng)電或磁場產(chǎn)生的等離子體。屏蔽件79包括上屏蔽件75和下屏蔽件77，以在等離子體處理期間完全封閉半導(dǎo)體制造設(shè)備500。
在圖7中，示出了襯層57的剖面圖。襯層57具有頂側(cè)88，側(cè)邊83和底側(cè)82。頂側(cè)88在側(cè)邊83的頂端上呈環(huán)形。拐角84在側(cè)邊83的底部為環(huán)狀。拐角開口81圍繞拐角84的環(huán)分布。底側(cè)82為環(huán)結(jié)構(gòu)，底部開口80繞整個所述環(huán)結(jié)構(gòu)分布。所述環(huán)結(jié)構(gòu)具有用于圍繞圖6的基板支撐件58的孔822?；闹渭?8可對稱地適配在孔822的中心。在一些實施例中，底側(cè)82為水平側(cè)，其實質(zhì)上與側(cè)邊83正交。在其它一些實施例中，底側(cè)82從側(cè)邊83傾斜一個角度，適于諸如等離子體的氣體粒子321通過氣體通道。
在圖7中，頂側(cè)88包括上表面t88和底表面b88。底表面b88可拆卸的放置在圖6中的室壁55上，使得底表面b88與室壁55的頂部接觸。頂側(cè)88具有從上表面t88到底表面b88豎直測量的厚度th88。頂側(cè)88從側(cè)邊83突出一個長度l88。頂側(cè)88具有圍繞側(cè)邊83的平面環(huán)。
側(cè)邊83是頂側(cè)88下的圓筒形結(jié)構(gòu)。側(cè)邊83具有從內(nèi)表面s831到外表面s832水平測量的厚度th83。側(cè)邊83具有從上表面t88到底側(cè)82的上表面t82的h10。高度h10也是從上表面t88到拐角84近似地測量出的。側(cè)邊83的圓筒形結(jié)構(gòu)具有被內(nèi)表面s831包圍的直徑為d83的圓。
底側(cè)82包括上表面t82和底表面b82。厚度th82從上表面t82至底表面b82豎直地測量。拐角84在上表面t82和側(cè)邊83的內(nèi)表面s831之間結(jié)合。底側(cè)82在襯層57的中心處具有對稱排列的孔822。
孔822呈直徑為d82且其高度大致等于厚度th82的圓柱形。長度l82從拐角84到孔822沿水平方向上測量。底側(cè)82具有散落在孔822四周的底部開口80。底部開口80呈直徑為d80且其高度大致等于厚度th82的圓柱形。直徑d82比d80直徑大得多。底部開口80彼此間的距離大約為長度l80。底部開口80允許氣體粒子321穿過襯層57。在一些實施例中，底部開口80具有錐形形狀，使得底部開口80的頂部表面和底表面不相同。例如，底部開口80的底表面比頂表面小。
拐角開口81設(shè)置在拐角84處。拐角開口81具有側(cè)表面s84。側(cè)表面s84具有沿內(nèi)表面s831從拐角84到拐角開口81最高點直測量的高度h81。側(cè)表面s84與底側(cè)82不平行。底側(cè)82是水平部分。在一些實施例中，側(cè)表面s84垂直于水平部分。側(cè)表面s84與側(cè)邊83平行。側(cè)表面s84與內(nèi)表面s831共面。拐角開口81具有底表面b84。底表面b84具有沿上表面t82從拐角84到最接近孔822最深點平行測量的長度l81。拐角開口80彼此之間的距離近似為長度l811。
拐角開口81包括側(cè)邊83內(nèi)的上表面812。上表面812具有從內(nèi)表面s831處的最高點到外表面s832處的較低點測量的厚度th81。在一些實施例中，較低點位于底表面b82。拐角開口81具有底側(cè)82內(nèi)的下表面814。下表面814從位于上表面t82的最高點到位于底表面b82的較低點。在一些實施例中，較低點位于外表面s832。下表面814以角度m81偏離底表面b82。在一些實施例中，上表面812大致平行于下表面814。在一些其它實施例中，上表面812與下表面814不平行，使得上表面812以不同于角度m81的角度偏離底表面b82。拐角開口81具有相對于底側(cè)82的底表面b82傾斜的通道，以使氣體粒子321朝接近拐角84的方向運動以通過襯層57。這可以防止朝靠近拐角84方向運動的氣體粒子321從內(nèi)表面s831或靠近角84的上表面t82偏轉(zhuǎn)。
在圖8中，示出了氣體粒子321在襯層570內(nèi)穿過的一些可能路徑。除了沒有靠近拐角84的硅角開口81，襯層570類似于圖7中的襯層57。襯層57具有位于底側(cè)82的底部開口80。
在情形571中，氣體粒子321沿入射路徑33向側(cè)邊83運動。氣體粒子321從側(cè)邊83反彈并沿偏轉(zhuǎn)路徑34運動。偏轉(zhuǎn)路徑34指向底側(cè)82并穿過底部開口80。
在情形572中，氣體粒子321沿入射路徑33向側(cè)邊83運動。氣體粒子321從側(cè)邊83和底側(cè)82反彈并沿偏轉(zhuǎn)路徑34運動。偏轉(zhuǎn)路徑34指向孔822之上的區(qū)域，該區(qū)域放置有晶圓70。偏轉(zhuǎn)路徑34包括朝上的豎直部分342，以及斜向晶圓70的水平部分341。偏轉(zhuǎn)路徑34有可能引起與朝下向晶圓70運動的其它氣體粒子322的碰撞。氣體粒子322具有指向區(qū)域78幾乎豎直的方向。區(qū)域78覆蓋待由氣體粒子322蝕刻的晶圓70上的預(yù)定區(qū)域。這樣的碰撞類似于圖3中的碰撞，并可以減少襯層570內(nèi)氣體粒子322的平均自由路徑。例如，如果沒有碰撞，氣體粒子322可以從頂側(cè)88到晶圓70運動一段為高度h10的距離。然而，所述碰撞能縮短氣體粒子322運動的距離。氣體粒子322在接近位置p4處與氣體粒子321碰撞。位置p4低于頂側(cè)88一個高度h11。氣體粒子322運動縮短的距離為高度h10和高度h11之間的高度差。氣體粒子322運動距離的縮短減少了氣體粒子322的平均自由路徑。水平部分341可以使氣體粒子322從區(qū)域78偏離。該碰撞減少了晶圓70上的微負載效應(yīng)。
情形573類似于情形572，除了氣體粒子321先打在底側(cè)82接著打在側(cè)邊83。在情形573中，氣體粒子321沿入射路徑33向底側(cè)82運動。氣體粒子321從底側(cè)82反彈接著從靠近角84的側(cè)邊偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)路徑34指向晶圓70上區(qū)域78之上的區(qū)域。偏轉(zhuǎn)路徑34包括朝上的豎直部分342和指向晶圓70的水平部分341。偏轉(zhuǎn)路徑34容易造成與沿幾乎向下豎直方向朝向晶圓70運動的氣體粒子的碰撞。
情形574類似于情形573或情形572，不同之處在于氣體粒子321打在比情形573或情形572中更靠近角84的位置。打在靠近拐角84位置的氣體粒子321從底側(cè)82和/或靠近拐角84的側(cè)邊83偏轉(zhuǎn)。通過從底側(cè)82偏轉(zhuǎn)，氣體粒子321獲得向下朝向頂側(cè)88運動的豎直部分342。通過從側(cè)邊83偏轉(zhuǎn)，氣體粒子321獲得朝側(cè)邊83斜向運動的水平部分341。偏轉(zhuǎn)路徑34可以引起與其它氣體粒子的碰撞并改變其方向，縮短其平均自由路徑。
圖7中的拐角開口81通過允許氣體粒子321通過拐角84，消除了靠近拐角84的氣體粒子321的偏轉(zhuǎn)。消除了大部分與底側(cè)82和/或側(cè)邊83的偏轉(zhuǎn)，該偏轉(zhuǎn)導(dǎo)致襯層57中的碰撞。具體地，與側(cè)邊83的碰撞引起氣體粒子斜向運動，使得碰撞過的氣體粒子容易錯過預(yù)定的刻蝕區(qū)域，例如區(qū)域78，尤其是當區(qū)域78的尺寸較小時。引起水平部分341的碰撞是斜向碰撞。氣體粒子，如圖3中的等離子體粒子30，相對圖3中的較大開口p27，其更有可能經(jīng)歷斜向碰撞而錯過較小開口p25。對于較小開口p25，少量的水平部分341可以從較小開口p25敲掉氣體粒子。對于較大開口p27，少量的水平部分341可以改變氣體粒子的方向，但仍允許氣體粒子落入較大開口p27。斜向碰撞可以通過從較小開口p25敲掉比從較大開口p27敲掉更多的氣體粒子來引起微負載效應(yīng)。
另一種增加氣體粒子平均自由路徑的方法是通過降低所述氣體粒子的壓力。然而，當所述氣體粒子的壓力降低時，用于點燃來自所述氣體粒子的等離子體的電壓增大。為了提高電壓，第二電感裝置255被直接接地，如圖9所示。
圖9是阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)211的示意圖。阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)211通過rf電源201因應(yīng)于射頻(rf)功率而修改阻抗。阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)211包括第一電路220和第二電路212。阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)211可以是類似于圖6中匹配電路200和電感裝置35的組合。
第一電路220包括電路222﹑第一電感裝置250和電容電路232。第一電路220因應(yīng)于來自rf電源201的射頻(rf)信號，調(diào)節(jié)位于電路222之第一輸出端，即節(jié)點251處的電壓等級。第一電感裝置250輸出調(diào)節(jié)過的電壓等級。節(jié)點251在電路222和第一電感裝置250之間耦合。第一電感裝置250具有在節(jié)點252處的第二端子。節(jié)點252在第一電感裝置250和電容電路232之間耦合。節(jié)點252通過電容電路232耦合到參考電壓等級270。所述參考電壓等級270可以是等于零的接地電壓。第一電感裝置250包括電感。第一電感裝置250的放置類似于圖6中的電感裝置35。第一電感裝置250或第二電路212的第二電感裝置255具有線圈結(jié)構(gòu)以建立rf能量，例如圖6中接近區(qū)域r的電場或磁場。第一電感裝置250或第二電感裝置255可以是具有平面線圈或螺旋線圈形狀的天線。電容電路232具有例如電容器或電感器的電抗組件。電容電路232具有比節(jié)點258和所述參考電壓等級270之間的第二電容大得多的第一電容。節(jié)點251或節(jié)點252的電流或電壓變化取決于第一電感裝置250的電抗(reactance)和電容電路232的電抗。在一些實施例中，電路222是類似于圖6中的匹配電路200。
第二電路212包括電路222和第二電感裝置255。第二電路212在點551處提供預(yù)定的電壓等級。在等離子體點火期間，所述第二電路212的所述預(yù)定的電壓等級高于所述第一電路220的調(diào)節(jié)過的電壓等級。第二電路212提供預(yù)定的電壓等級以點燃等離子體。等離子體點火可以通過使用不同的氣體進行。每種氣體具有不同的最低點火電壓。例如，氮(n2)具有大約250v的點火電壓，氧氣(o2)具有約440v的點火電壓。然而，在毫托量級壓力相對較低的區(qū)域，由于低碰撞率，等離子體點火比較困難。其結(jié)果是，熱點的電壓較高，例如，約800v到1000v。在一些實施例中，預(yù)定的電壓是大約高于1000伏特。
第二電感裝置255包括第一終端259，其耦合到電路222之第二輸出端，即節(jié)點257，以及第二終端258，其直接耦合到參考電壓等級270。
所述rf電源201可以是通過電路222供電到第一電感裝置250或第二電感裝置255的電源。在一些實施例中，第一電感裝置250或第二電感裝置255繞平行于中心線501的軸纏繞，即垂直于圖6中電介質(zhì)窗口39的平面。在一些實施例中，通過第一電感裝置250或第二電感裝置255的rf電流產(chǎn)生在電介質(zhì)窗口39下方、等離子體反應(yīng)室59的r區(qū)域中的rf電磁場，以便將rf功率耦合至等離子體，從而增加圖6中等離子體的密度。
所述電路222可具有兩個以上的電抗組件(reactiveelement)。電感器，電容器，或電感器和電容器的組合可以作為兩個以上的電抗組件使用。所述電容器或電感器可以以并聯(lián)方式或串聯(lián)方式連接到電源。所述兩個以上的電抗組件可具有固定或可變的電容或電感。所述兩個以上的電抗組件是可變的，以調(diào)節(jié)所施加的電壓和電流的相位或大小。
在所施加的電壓的相位和大小通過電路222中的電抗組件改變之后，分布式電壓被施加到第一電感裝置250或第二電感裝置255。在一些實施例中，電路222可以具有以并聯(lián)方式或串聯(lián)方式連接到節(jié)點251或節(jié)點257的電容器。電路222可以因應(yīng)于來自rf電源的rf信號，調(diào)節(jié)第一電感裝置250和/或第二電感裝置255中的分布式電壓或電流。電路222可以改變節(jié)點251和節(jié)點252之間，節(jié)點259和節(jié)點258，或節(jié)點251和節(jié)點259之間的電壓或電流差。
對于按螺旋圈形狀纏繞的第一電感裝置250或第二電感裝置255，由這樣的螺旋線圈提供的圓電流模式產(chǎn)生了環(huán)形等離子體，該環(huán)形等離子體反過來可以引起圖6中在晶圓70處的蝕刻速率的軸向非均勻性。換句話說，由平面線圈天線感應(yīng)產(chǎn)生的e場(e-field)通常是角向的(azimuthal)以產(chǎn)生角向等離子體。
一些用于構(gòu)造如第一電感裝置250或第二電感裝置255的平面線圈天線的耦合線長度在通常操作的一定射頻處具有特定電長度。在一些實施例中，從例如節(jié)點251的第一終端向前行進到例如節(jié)點252的第二終端的電壓和電流波，會部分或完全地在第二終端反射回來。向前的和反射的波的疊加會導(dǎo)致線圈上產(chǎn)生駐波(即，沿線圈長度電壓和電流的周期性變化)。
對于如第二電感裝置255在節(jié)點258接地的線圈，電流在節(jié)點258處于最大值，電壓在節(jié)點258為零。沿線圈向節(jié)點259，電壓增加且電流減小直到到達點551，點551處電長度為90度，所述電壓處于最大值且所述電流處于最小值。在一些實施例中，電壓可以在鄰近其它位置，例如節(jié)點259處達到最大。根據(jù)第二電感裝置255的電長度，點551可位于節(jié)點259和節(jié)點258之間的任何位置。點551可被稱為熱點，最大的電壓位于沿第二電感裝置255的熱點處。通過將節(jié)點258直接接地，最大電壓比在第一電感裝250中的分布式電壓高。
對于如第一電感裝置250的線圈，在一些實施例中，節(jié)點252與電容電路232中的電容耦合，使得線圈中電流在節(jié)點251和節(jié)點252相似，并且在所述線圈中間增加至最大值。電壓則在兩端點，例如節(jié)點251和節(jié)點252處達到最大，并且在所述線圈中間減少至最小值。在一些實施例中，節(jié)點251和節(jié)點252處的最大電壓比第二電感裝置255的點551處的最大電壓小。
電壓在沿線圈長度的方向上變化。例如，在第二電感裝置255中，點551處在最大電壓位置。點551的任一側(cè)的電壓都下降。因此，相較于節(jié)點259，節(jié)點258，或第一電感裝置255，點燃等離子體的能量耦合在點551較高，且相應(yīng)的等離子體更易于在點551處形成。相對高的電壓可通過縮短第二電感裝置255至接地而實現(xiàn)，使得放電可以容易地在低壓環(huán)境中進行，所述低壓通常小于1毫托。
一種天線系統(tǒng)內(nèi)用于改善電感耦合均勻性的系統(tǒng)包括控制所述天線的位置和電流分布，以改善等離子體的均勻性。
根據(jù)一些示例性的實施例，兩個或更多個的螺旋形線圈安置圖6中的電介質(zhì)窗口39上。每個線圈或是平面，或是平面線圈和豎直堆疊的螺旋線圈的組合。所述電容電路232確定第一電感裝置250中電流或電壓最大值或最小值的位置，而電路222中的電抗組件可以改變?nèi)绲谝浑娐?20或第二電路212的每個電路的整體阻抗，因此，在這些多個線圈中的電流大小的比率可以進行調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)所述電流的大小和每個線圈中最大電流的位置，等離子體密度和等離子體的均勻性是可以控制的。
在一些實施例中，所述線圈的電長度可影響沿所述線圈的電壓或電流的均勻性。例如，在一些實施例中，第二電感裝置255具有比第一電感裝置250短的長度。在一些實施例中，第二電感裝置255中的電壓或電流可以比第一電感裝置250中的更均勻。
在一些實施例中，第一電感裝置250和第二電感裝置255是兩個多匝或單匝線圈。所述第二電感裝置255更靠近中心線501，而第一電感裝置250遠離中心線501且更接近圖6中的外部邊界351。在一些實施例中，第一電感裝置250和第二電感裝置255同心地圍繞中心線501。第一電感裝置250和第二電感裝置255相對于中心線501對稱。在圖9中，rf信號通過節(jié)點251和節(jié)點259，分別同時發(fā)送到第一電感裝置250和第二電感裝置255。第一電感裝置250和第二電感裝置255的相對端被分別端接到電容電路232和參考電壓等級270。所述兩個線圈有效地產(chǎn)生更多漸進環(huán)形的等離子體。在一些實施例中，第一電感裝置250和第二電感裝置255中的電流相對于圖6中的中心線501在同一方向上。耦合到來自所述線圈的等離子體的電磁場中的能量在區(qū)域r之上散開，并產(chǎn)生單個扁平環(huán)形的等離子體。對于第一電感裝置250和第二電感裝置255之間的不平衡的電流，電磁場的環(huán)型場可以在中心線501附近或外部邊界351更強。例如，通過增加第一電感裝置250中的電流，等離子體密度可以在外部邊界351附近增加，或者通過增加第二電感裝置255中的電流，等離子體密度可以在中心線501附近增加。
每個線圈都設(shè)置了電路222中的電抗組件，以獲得沿所述線圈更加對稱的電流分布。例如，人們可以調(diào)節(jié)所述電抗組件，使得電流最大值(以及純電阻阻抗點)出現(xiàn)在第一電感裝置250中的最大點550。最大點550可以在從節(jié)點251或節(jié)點252開始的電長度的中點。所述電流在最大點550最高，并在任一側(cè)名義上正弦的方式遠離所述最大點550時降低。人們可以調(diào)節(jié)電容電流232的電容，以實現(xiàn)第一電感裝置250的最大點550附近的最大電流。其結(jié)果是，耦合到等離子體的功率在最大點550下方更高，且對應(yīng)的等離子體密度較高。在一些實施例中，第二電感裝置255中所述最大電流可以在節(jié)點258附近。第一電感裝置250中的最大點550的位置可以調(diào)節(jié)，使得最大點550和所述熱點的位置相對于圖6中的中心線501對稱。最大點550可以在沿相同徑向軸的點551的對側(cè)。因此，第二電感裝置255中在節(jié)點258的更高的功率耦合通過第一電感裝置250的最大點550抵消了高密度等離子體的影響，從而產(chǎn)生更均勻的角向等離子體。作為調(diào)節(jié)電路222或電容電路232的電抗的替代，第一電感裝置250的方位角位置可以物理地相對于第二電感裝置255的方位角位置旋轉(zhuǎn)，使得電第一電感裝置250和第二電感裝置255中的電流最大值在圖6中的中心線501上彼此的對側(cè)出現(xiàn)。
所述匹配網(wǎng)絡(luò)211可以實現(xiàn)所述rf電源201和第一電感裝置250之間和/或所述rf電源201和所述第二電感裝置255之間的阻抗匹配。
匹配網(wǎng)絡(luò)211改變第一電感裝置250和/或第二電感裝置255的阻抗，以匹配例如rf電源201的電源的特性電阻輸出阻抗。在一些實施例中，所述特性阻抗約為50歐姆(ohm)。調(diào)節(jié)電路222中的所述電抗組件，使得在rf電源201的輸出202處的反射功率最小化。匹配網(wǎng)絡(luò)211被調(diào)節(jié)為最小的反射功率。
在圖10中，示出了操作半導(dǎo)體制造設(shè)備500的方法400。圖10示出了用于操作圖6中的半導(dǎo)體制造設(shè)備500的操作流程。操作(或步驟)410施加射頻(rf)信號至圖9中的匹配網(wǎng)絡(luò)211。圖11中的操作410中示出了一些操作410的示例性實施例。操作(或步驟)415提供了在例如圖9中的點551的熱點處的預(yù)定電壓等級。圖11中的操作415中示出了一些操作415的示例性實施例。操作(或步驟)420在預(yù)定電壓等級下點燃等離子體。圖11中的操作420中示出了操作420的一些示例性的實施例。操作(或步驟)425調(diào)節(jié)所述匹配網(wǎng)絡(luò)211以實現(xiàn)所述rf信號和圖9中所述電感裝置250或255之間的阻抗匹配。圖11的操作425中示出了操作425的一些示例性的實施例。操作(或步驟)430實現(xiàn)所述阻抗匹配。圖11中的操作430中示出了操作430的一些示例性的實施例。
在圖11中，產(chǎn)生等離子體的圖表401包括操作(或步驟)410、415、420、425和430。每個操作都代表在產(chǎn)生等離子體過程中的一個階段。等離子體產(chǎn)生在各種半導(dǎo)體制造工藝中是有用的，例如等離子體輔助蝕刻和沉積。等離子體通過自由電子的電場電離和生成在低壓氣體中產(chǎn)生，所述自由電子通過經(jīng)單個電子-氣體分子碰撞的動能轉(zhuǎn)移電離單個氣體分子。所述電子通常在電場中加速，典型電場的是射頻電場。
在一些實施例中，等離子體生成期間，上所述半導(dǎo)體制造設(shè)備500被屏蔽件79封閉，以防止來自外部的電磁場的干擾。所述等離子體在低于預(yù)定壓力的壓力條件下在等離子體反應(yīng)室59生成。在一些實施例中，預(yù)定壓力被設(shè)定為約2毫托(millitorrs)，以減少等離子體處理期間的微負載效應(yīng)。
在操作410中，例如rf電源201的射頻源，用于提供振蕩電流或電壓到例如第一電感裝置250或第二電感裝置255的天線系統(tǒng)，該過程通常通過圖9中的射頻匹配網(wǎng)絡(luò)211進行。振蕩電流通過天線系統(tǒng)共振，誘導(dǎo)出圖6中等離子體反應(yīng)室59內(nèi)的角向電場。與此同時，工藝氣體經(jīng)供氣口38引入所述等離子體反應(yīng)室59，且誘導(dǎo)的電場電離工藝氣體以產(chǎn)生圖6中等離子體反應(yīng)室59內(nèi)的等離子體。所述等離子體接著擊打在晶圓70上，所述晶圓70以諸如基板支撐件58的靜電吸盤的方式固定住，并按所需要的方式處理(例如蝕刻)晶圓70。
在圖11中，在操作410期間，圖9中的匹配網(wǎng)絡(luò)211中的阻抗主要是幾乎沒有電阻的電抗。這發(fā)生在當rf電源201開始提供電力給匹配網(wǎng)絡(luò)211時。rf信號通過所述匹配網(wǎng)絡(luò)211建立rf能量，用于生成因應(yīng)于所述rf信號的等離子體。所述rf能量通過匹配網(wǎng)絡(luò)211從rf信號耦合。圖9中的所述匹配網(wǎng)絡(luò)211具有第一節(jié)點257和第二電感裝置255，所述第二電感裝置255具有耦合到第一節(jié)點257的諸如節(jié)點259第一終端。例如節(jié)點258的第二終端則直接耦合到參考電壓等級270。如點551的第二節(jié)點是在如節(jié)點259的第一終端和如節(jié)點258的第二終端之間的熱點。在一些實施例中，匹配網(wǎng)絡(luò)211包括另一個電感裝置，例如，具有如節(jié)點252的終端的第一電感裝置250，所述節(jié)點252通過電容電路232中的電容裝置耦合到參考電壓等級270。
在操作410中，在一些實施例中，電抗是電容性的，如圖11中的圖表401所示。所述阻抗位于單位圓的點上，所述單位圓指示rf電源201和例如第一電感裝置250和/或第二電感裝置255的負載之間的短路。
在操作410中，所述電壓大多從所述負載反射。例如，傳輸至第一電感裝置250的所述電壓朝rf電源201反射回來。所述反射電壓和所述入射電壓之間的比率為反射系數(shù)的大小。所述反射系數(shù)的大小在操作410期間是統(tǒng)一的，而且?guī)缀跛械膩碜詒f電源201的功率被反射。幾乎沒有等離子體在操作410期間形成。
在操作415中，圖9中匹配網(wǎng)絡(luò)211的阻抗仍然主要是具有低電阻的電抗。在一些實施例中，電路222中的電抗組件被調(diào)節(jié)，以使得所述電容電抗在匹配網(wǎng)絡(luò)211中增加。增加所述電抗以增加第一電感裝置250或第二電感裝置255中的電壓。在操作期間415，所述阻抗仍然位于單位圓的點上，所述單位圓指示rf電源201和所述負載之間的短路。幾乎所有來自rf電源201的功率被反射。
在操作415期間，點551的電壓或電流開始增加，以達到最大電壓，例如第二電感裝置255中所預(yù)定的最大電壓。等離子體反應(yīng)室59的rf能量也在增加，以達到用于等離子體點火的最大能量。在一些實施例中，根據(jù)電路222或電容電路232中電容的變化，在節(jié)點251和節(jié)點252處的電壓也在增加，以達到在第一電感裝置250中的另一最大電壓。在一些實施例中，第二電感裝置255中的所述最大電壓比第一電感裝置250中的高。操作415期間仍然幾乎沒有等離子體在點551下方形成。
在操作415期間，在一些實施例中，點551處的電流減小至第二電感裝置255中的最小值。所述電流從點551向例如節(jié)點259或節(jié)點258的終端增加。
在操作420期間，圖9中匹配網(wǎng)絡(luò)211的阻抗仍然主要是具有低電阻值的電抗。所述容抗約在圖表401中歸一化阻抗的0.5附近達到最大值。
在操作420期間，在一些實施例中，點551處的電壓達到第二電感裝置255中的最大電壓。在一些實施例中，最大電壓是設(shè)置在如點551的第二節(jié)點處的預(yù)定電壓。所述預(yù)定電壓近似在1000伏特(volt)以上。在一些實施例中，節(jié)點251和節(jié)點252處的電壓也達到在第一電感裝置250中的最大電壓。處于最大電壓時，等離子體點火發(fā)生在區(qū)域r中，其在點551下方附近。所述等離子體在預(yù)定的電壓等級下被點燃。在一些實施例中，等離子體點火也會發(fā)生在如節(jié)點251或節(jié)點252的點下方附近，而第一電感裝置250中的最大電壓出現(xiàn)在節(jié)點251或節(jié)點252處。
在操作420期間，點551處的電流從點551向點551的任一側(cè)增加，并在靠近節(jié)點259或節(jié)點258的任一側(cè)達到電流最大值。第二電感裝置255下方的等離子體密度也從靠近點551下方的區(qū)域向節(jié)點259和/或節(jié)點258之下的其它區(qū)域增加。在一些實施例中，第一電感裝置250中的電流也在某些預(yù)定位置達到最大電流值，使得所述等離子體的密度實質(zhì)上是均勻的，且每個最大電流值的位置相對于圖6中的中心線501對稱地排列。
在操作425期間，圖9中匹配網(wǎng)絡(luò)211的阻抗被調(diào)節(jié)，使得電抗和電阻被改變。所述容抗可以從大約在0.5處的最大值到圖表401中的阻抗匹配點之間自動地變化。所述阻抗可以以各種方式在操作425期間被改變。所述阻抗最終達到圖表401中心處，在那里所述線圈的阻抗，例如第一電感裝置250和/或第二電感裝置255的阻抗等于所述rf電源的特性阻抗。從操作420到操作430，所述電阻的歸一化阻抗在約為0至約為1之間改變，所述歸一化阻抗在圖表401中示出。所述電抗的歸一化阻抗在大約0.5至大約1之間變化。
在操作425期間，在一些實施例中，第一電感裝置250或第二電感裝置255中的電壓根據(jù)匹配網(wǎng)絡(luò)211中所述阻抗的調(diào)節(jié)而變化。在等離子體點火之后，該電壓可降低為任一電感裝置255或250中的較低電壓。在一些實施例中，點551處的電壓可以降低到用于等離子體點火的最大電壓之下。
在操作425中，在第一電感裝置250或第二電感裝置255中的電流也根據(jù)匹配網(wǎng)絡(luò)211中阻抗的調(diào)節(jié)而變化。在一些實施例中，操作425是為了實現(xiàn)所述電流的均勻性，使得沿著第一電感裝置250或第二電感裝置255的電流大小的差異減小。第一電感裝置250和第二電感裝置255中的電流大小相對于圖6中的中心線501對稱。所述等離子體密度相對于所述電流的大小形成。大部分所述等離子體在操作425期間形成。
在操作430期間，圖9中匹配網(wǎng)絡(luò)211的阻抗與所述rf電源的阻抗相匹配。所述阻抗的電抗的歸一化阻抗達到0，所述歸一化阻抗在圖表401中示出。所述電阻的歸一化阻抗達到1。
在操作430期間，所述電壓大多傳送到所述負載。例如，傳向節(jié)點251的所述電壓被傳至第一電感裝置250。在操作430期間所述反射系數(shù)的大小幾乎為0，幾乎所有來自rf電源201的功率都被傳送。在一些實施例中，所述電壓降低至一定等級后，該電壓可以在例如蝕刻的等離子體處理期間維持一段時間。大多數(shù)等離子體在操作430期間形成。
在操作430中，第一電感裝置250或第二電感裝置255中的電流被保持，使得等離子體密度在所述等離子體處理操作期間的一定時期內(nèi)保持實質(zhì)上均勻。
利用本發(fā)明實施例的匹配網(wǎng)絡(luò)211與操作設(shè)備方法，可使原先供通入之工藝氣體反應(yīng)并且于一標稱壓力下起輝等離子體的反應(yīng)室59，得于通入相同之工藝氣體下，使等離子體于較低之壓力下起輝，以減少等離子體處理期間的微負載效應(yīng)。標稱壓力系指反應(yīng)室59在無本發(fā)明匹配網(wǎng)絡(luò)211的條件下，通常使等離子體起輝的壓力，例如為3毫托。在一些實施例中，反應(yīng)室59配合匹配網(wǎng)絡(luò)211可使等離子體于較低之壓力下起輝，例如為2毫托。惟本發(fā)明不限于上述實施例之壓力值或范圍，例如在不同之工藝氣體下，上述之標稱壓力會有所不同，因此上述之較低起輝壓力亦隨之而異。
如下表1所示為半導(dǎo)體晶圓中，依據(jù)本發(fā)明所制作之半導(dǎo)體器件于其第一區(qū)與第二區(qū)所測量之數(shù)據(jù)。第一區(qū)與第二區(qū)相隔開，且第一區(qū)之器件密度大于第二區(qū)之器件密度，亦即第一區(qū)為密集區(qū)(r1)而第二為區(qū)稀疏區(qū)(r2)。在表1中，深度d1與d2系指凹槽的底部表面與半導(dǎo)體基板的頂部表面之距離，即便凹槽于后續(xù)制程中將填入例如絕緣材料。在一些實施例中，深度d1與d2的預(yù)定值為2700埃
表1
由表1可發(fā)現(xiàn)因微負載效應(yīng)，密集區(qū)r1的深度d1小于稀疏區(qū)r2的深度d2，而密集區(qū)r1的側(cè)面傾角swa1則大于稀疏區(qū)r2的側(cè)面傾角swa。
如下表2所示為基于表1之數(shù)據(jù)所為之分析。
表2
由表2可知因微負載效應(yīng)，密集區(qū)r1的深度d1與稀疏區(qū)r2的深度d2之最小差異值為
因微負載效應(yīng)，密集區(qū)r1的側(cè)面傾角swa1與稀疏區(qū)r2的側(cè)面傾角swa之最小差異值為3°(晶圓編號3)，而最大差異值為6.5°(晶圓編號11)，其相對于傾角預(yù)定值90°而言，分別有3.33％與7.22％之誤差。此外，密集區(qū)r1的側(cè)面傾角swa1與稀疏區(qū)r2的側(cè)面傾角swa之平均差異值為5.31°，其相對于傾角預(yù)定值90°而言，誤差為5.9％。在一些實施例中，密集區(qū)r1的側(cè)面傾角swa1與稀疏區(qū)r2的側(cè)面傾角swa之差異相對于傾角預(yù)定值而言約為3％至7.5％，較佳者為4％～7％，而平均誤差約為6％。因此，本發(fā)明已有效改善因微負載效應(yīng)所導(dǎo)致的密集區(qū)與稀疏區(qū)的側(cè)面傾角差異。
因開口率(aspectratio)之不同，密集區(qū)r1的側(cè)面傾角swa1與swa2之最小差異值為2°(晶圓編號7)，而最大差異值為7.5°(晶圓編號6)，其相對于傾角預(yù)定值90°而言，分別有2.22％與8.33％之誤差。此外，密集區(qū)r1的側(cè)面傾角swa1與swa2之平均差異值為4.94°，其相對于傾角預(yù)定值90°而言，誤差為5.49％。在一些實施例中，密集區(qū)r1的側(cè)面傾角swa1與swa2之差異相對于傾角預(yù)定值而言約為2％至8.5％，較佳者為4％～7％，而平均誤差約為5.5％。因此，本發(fā)明已有效改善因開口率之不同所導(dǎo)致的密集區(qū)側(cè)面傾角差異。
本發(fā)明的一些實施例提供了一種半導(dǎo)體制造設(shè)備。所述半導(dǎo)體制造設(shè)備包括配置成用于等離子體工藝的腔室。該腔室包括壁，以及用于固定晶圓的支撐件。所述支撐件實質(zhì)上垂直于所述壁。襯層配置成可拆卸地掛在所述壁上。所述襯層包括實質(zhì)上平行于所述壁的側(cè)邊，以及與在拐角處的所述側(cè)邊結(jié)合的水平側(cè)。所述水平側(cè)具有第一開口。第二開口放置在靠近所述拐角的位置。
本發(fā)明的一些實施例提供了一種半導(dǎo)體制造設(shè)備。所述半導(dǎo)體制造設(shè)備包括被配置成建立用于生成等離子體射頻rf能量的匹配網(wǎng)絡(luò)。所述匹配網(wǎng)絡(luò)具有第一電路，以因應(yīng)于射頻rf信號而調(diào)節(jié)電壓等級。所述第一電路具有第一節(jié)點和第一電感裝置，以輸出調(diào)節(jié)過的電壓等級。第二電路具有第二電感裝置。所述第二電感裝置包括耦合到所述第一節(jié)點的第一終端以及直接耦接到參考電壓等級的第二終端。所述第二電路在所述第一終端和所述第二終端之間的第二節(jié)點提供預(yù)定電壓等級。
本發(fā)明的一些實施例提供了一種操作具有匹配網(wǎng)絡(luò)的半導(dǎo)體制造設(shè)備的方法。所述方法包括：將射頻rf信號傳送到所述匹配網(wǎng)絡(luò)；因應(yīng)于所述rf信號，通過所述匹配網(wǎng)絡(luò)建立用于生成等離子體的rf能量，所述匹配網(wǎng)絡(luò)具有第一節(jié)點和電感裝置，所述第一電感裝置具有耦合到所述第一節(jié)點的第一終端以及直接耦接到參考電壓等級的第二終端，以及在所述第一終端和所述第二終端之間的第二節(jié)點；在所述第二節(jié)點提供預(yù)定電壓；在預(yù)定電壓等級下點燃等離子體；以及調(diào)節(jié)所述匹配網(wǎng)絡(luò)以實現(xiàn)所述rf信號和所述電感裝置之間的阻抗匹配。
前面概括了幾個實施例的特征，使得本領(lǐng)域技術(shù)人員可更好地理解本發(fā)明的各個方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白他們可以將本發(fā)明當作基礎(chǔ)，用來設(shè)計或修改用于執(zhí)行相同目的和/或獲得在此介紹的實施例的相同好處的其它過程和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也可意識到這樣等同的構(gòu)造并不脫離本發(fā)明的精神和保護范圍，并且在不脫離本發(fā)明的精神和保護范圍的情況下，他們可以在此做各種改變、替換和修改。
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