專利名稱：具有降低的腐蝕敏感度的工藝套件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例一般的涉及半導(dǎo)體處理設(shè)備，更具體的涉及用于半導(dǎo)體處理腔室的工藝套件。
背景技術(shù)：
在處理腔室中的半導(dǎo)體處理過(guò)程中，工藝套件可以放置在襯底周圍或襯底支撐件的暴露表面之上，以防止暴露表面受到處理環(huán)境(例如形成于處理腔室中的等離子體)的影響。因此，工藝套件可被等離子體所腐蝕。不幸地，有些工藝會(huì)受到工藝套件腐蝕的影響。例如，由于工藝套件腐蝕導(dǎo)致在鄰近襯底的周圍邊緣處電場(chǎng)的形狀的改變，需要在鄰近襯底表面處使用電場(chǎng)的蝕刻工藝會(huì)受到工藝套件腐蝕的影響。這些變化會(huì)導(dǎo)致不期望的結(jié)果，例如在高深寬比的蝕刻工藝中增加傾斜角(定義為與襯底中所蝕刻的特征的垂直方向所夾的角度)。此外，這些傳統(tǒng)的工藝套件具有較短的使用壽命且需要頻繁的更換以保持在蝕刻工藝中有令人滿意的結(jié)果。因而，本領(lǐng)域中需要具有降低的腐蝕敏感度和/或提高的使用壽命的工藝套件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了用于半導(dǎo)體處理腔室的工藝套件。在一些實(shí)施例中，工藝套件包括主體，其構(gòu)造成放置在襯底支撐件的周緣周圍，并且所述主體具有側(cè)壁，所述側(cè)壁限定了與襯底支撐件的中間區(qū)域相對(duì)應(yīng)的開(kāi)口 ；和唇部，其從主體的側(cè)壁延伸至開(kāi)口中，其中，唇部的上表面的一部分構(gòu)造成在處理過(guò)程中放置在襯底下方，并且其中，主體的相對(duì)側(cè)壁之間所測(cè)量的第一距離比橫跨待放置在開(kāi)口中的襯底的上表面的寬度大至少約7. 87毫米。在一些實(shí)施例中，唇部的上表面和主體的上表面之間所測(cè)量的第二距離至少約2. 3毫米。


以可詳細(xì)了解本發(fā)明的前述特征的方式，通過(guò)參照實(shí)施例，可以對(duì)在上面簡(jiǎn)要概括的本發(fā)明進(jìn)行更加具體的描述，其中部分實(shí)施例在附圖中示出。但是，應(yīng)當(dāng)注意，因?yàn)楸景l(fā)明可采用其它等效實(shí)施方式，附圖僅示出了本發(fā)明的典型實(shí)施例，因而不應(yīng)視為對(duì)其范圍的限制。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的部分實(shí)施例的內(nèi)置有工藝套件的蝕刻反應(yīng)器的示意性側(cè)視圖。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的部分實(shí)施例的工藝套件的部分側(cè)視圖。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的部分實(shí)施例的工藝套件的俯視圖。為了清楚起見(jiàn)，附圖已簡(jiǎn)化且并非按照比例繪制。為了便于理解，已盡可能使用相同的附圖標(biāo)記表示各圖共用的相同組件。期望一個(gè)實(shí)施例中的一些組件可有益的結(jié)合在其它實(shí)施例中。
具體實(shí)施例方式在此提供了用于半導(dǎo)體處理腔室的工藝套件。一般而言，在處理過(guò)程中，工藝套件可以在鄰近襯底的邊緣處有利地提供更均勻的電場(chǎng)，從而降低不期望的效果，如輪廓傾斜和均勻性。創(chuàng)造性的工藝套件還可以有利地提供降低的工藝套件的腐蝕敏感度，從而延長(zhǎng)工藝套件的使用壽命。根據(jù)本發(fā)明的工藝套件構(gòu)造成放置在處理腔室中的襯底支撐件上方。例如，圖1 示出了可用于實(shí)施在此所述的本發(fā)明的實(shí)施例的示例性蝕刻反應(yīng)器102的示意圖。反應(yīng)器
102可單獨(dú)使用或更常用作集成半導(dǎo)體襯底處理系統(tǒng)的處理模塊，或群集工具(未示出)，
㊣
例如可從 Santa Clara，California 的 Applied Materials, Inc.得到的 CENTURA.集成化
半導(dǎo)體晶片處理系統(tǒng)。適當(dāng)?shù)奈g刻反應(yīng)器102的示例包括同樣可從Applied Materials, Inc.得到的DPS 系列的半導(dǎo)體設(shè)備(例如DPS 、DPS II、DPS AE、DPS G3聚蝕刻器等)， ADVANTEDGE 系列的半導(dǎo)體設(shè)備(例如AdvantEdge、AdvantEdge G3)，或其它半導(dǎo)體設(shè)備 (如ENABLER 、E-MAX 等)。以上所列的半導(dǎo)體設(shè)備僅為示例性，其它蝕刻反應(yīng)器和非蝕
刻設(shè)備(例如化學(xué)氣相沉積(CVD)反應(yīng)器，或其它半導(dǎo)體處理設(shè)備)可與在此描述的創(chuàng)造性工藝套件一起使用。反應(yīng)器102包括具有導(dǎo)電性腔室壁130的處理腔室110，該導(dǎo)電性腔室壁130連接到電氣接地134 ；至少一個(gè)螺線管部分112，其放置在腔室壁130外部。腔室壁130包括便于清潔腔室110的陶瓷襯里131。在每片晶片經(jīng)處理之后，蝕刻工藝的副產(chǎn)物和殘余物可輕易地從陶瓷襯里131移除。螺線管部分112由可產(chǎn)生至少5V的直流(DC)電源IM來(lái)控制。處理腔室110還包括與噴淋頭132間隔分離的襯底支撐件116。襯底支撐件116包括靜電卡盤126，該靜電卡盤1 用于將襯底100維持在噴淋頭132下方。噴淋頭132可包括多個(gè)氣體分布區(qū)，因而可使用特定的氣體分布梯度來(lái)將各種氣體提供至腔室110。噴淋頭 132安裝到與襯底支撐件116相對(duì)的上電極128。電極128耦合至射頻(RF)源118。靜電卡盤126通過(guò)與偏壓源122耦合的匹配網(wǎng)絡(luò)124，而由直流電源120和襯底支撐件116來(lái)控制?？蛇x的，偏壓源122可以是直流或脈沖直流源。上電極118通過(guò)阻抗變換器119(例如，四分之一波長(zhǎng)的匹配短截線)耦合至射頻(RF)源118。偏壓源122通常能產(chǎn)生具有50kHz到13. 56MHz的可調(diào)諧頻率和在0與5000瓦之間的功率的RF信號(hào)。射頻源118通常能產(chǎn)生具有約160MHz的可調(diào)諧頻率和在0與2000瓦之間的功率的RF信號(hào)。 腔室110的內(nèi)部空間是經(jīng)過(guò)節(jié)流閥127耦合到真空泵136的高真空容器。本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解，其它形式的等離子體蝕刻腔室可用于實(shí)施本發(fā)明，包括反應(yīng)離子蝕刻(RIE)腔室， 電子回旋共振(ECR)腔室等。工藝套件106設(shè)置在襯底支撐件116上并在襯底支撐件116上所設(shè)置的襯底100 的周圍，以保護(hù)襯底支撐件116未被襯底100所覆蓋的表面。工藝套件106可由適當(dāng)?shù)牟牧?例如硅(Si)、碳化硅(SiC)等)制造。在一些實(shí)施例中，和由硅(Si)制造的工藝套件相比，由碳化硅(SiC)制造的工藝套件106可延長(zhǎng)工藝套件的使用壽命約25到約30個(gè)百分比。工藝套件106在圖2中更詳細(xì)的示出，圖2示出了設(shè)置在襯底支撐件116上方的工藝套件106的部分側(cè)視圖。工藝套件106包括主體202，所述主體202構(gòu)造成放置在襯底
4支撐件116的(或襯底支撐件116的靜電卡盤126的)周圍邊緣上，并且所述主體202具有朝內(nèi)徑向延伸的唇部204，所述唇部204構(gòu)造成部分的放置于襯底100背側(cè)的下方。主體202可為環(huán)狀，或可為由襯底支撐件116(和其上所支撐的襯底100)的形狀所決定的任何適當(dāng)形狀。例如，襯底100可為圓形，如200毫米或300毫米的半導(dǎo)體晶片；或者，可為正方形，如用于制造太陽(yáng)能電池或平面顯示器的襯底。主體202包括下表面218和上表面210，所述下表面218和所述上表面210限定了工藝套件106的總厚度。下表面218通常構(gòu)造成放置在襯底支撐件116(或靜電卡盤126) 的相對(duì)表面上，正因如此，所述下表面218通?？蔀槠矫娴?。上表面210可與襯底100的上表面大致平行，或所述上表面210可構(gòu)造成與襯底成一角度。例如，上表面可以是傾斜的， 或以其它方式構(gòu)造，以在處理過(guò)程中減少襯底上的污染。例如，當(dāng)工藝材料沉積在上表面 210上、和遷移并沉積在襯底100上時(shí)，污染物會(huì)出現(xiàn)。在一些實(shí)施例中，上表面210可以織構(gòu)化，以在處理過(guò)程中保持其上沉積的工藝材料。主體202包含內(nèi)側(cè)壁206，所述內(nèi)側(cè)壁206限定了與襯底支撐件116的中央?yún)^(qū)域相對(duì)應(yīng)的開(kāi)口 208。在一些實(shí)施例中，例如，當(dāng)構(gòu)造用于直徑300毫米的襯底時(shí)，開(kāi)口 208的直徑可以在約四7. 66到四7. 76毫米之間。其它直徑或尺寸可以用于不同大小和/或幾何形狀的襯底。在一些實(shí)施例中，如圖2中所示，襯底支撐件116的上表面(例如靜電卡盤1 的一部分)可延伸至開(kāi)口 208中。當(dāng)使用不同的襯底支撐件和襯底結(jié)構(gòu)時(shí)，主體202的其它構(gòu)造是可行的。主體202還包括從主體202的下部分徑向向內(nèi)延伸的唇部204。唇部204構(gòu)造成放置在襯底100的周圍邊緣的下方。在一些實(shí)施例中，唇部204可從主體202的側(cè)壁206 延伸至開(kāi)口 208內(nèi)。唇部204具有上表面212，其中上表面212的一部分構(gòu)造成放置在襯底 100的周圍邊緣的下方。在一些實(shí)施例中，唇部204的上表面212構(gòu)造成靠近襯底100的背側(cè)，但不接觸到襯底100的背側(cè)。在一些實(shí)施例中，唇部204的上表面212構(gòu)造成距離襯底 100的背側(cè)在約1密耳和約5密耳之間(例如，在約0. 03和約0. 13毫米之間)。在一些實(shí)施例中，唇部204可具有至少為5. 14毫米的寬度，所述寬度被限定為在唇部的內(nèi)邊緣214和主體的內(nèi)側(cè)壁206之間。其他寬度可以用于具有不同尺寸的襯底。唇部204可以在襯底100的邊緣的下方延伸達(dá)約1.27毫米。在一些實(shí)施例中，如圖2所示， 在唇部214的內(nèi)邊緣和靜電卡盤126的邊緣之間可以存在間隙。在一些實(shí)施例中，間隙可以達(dá)到約0. 13毫米。唇部204的寬度減去與襯底100重疊的部分，限定了工藝套件的內(nèi)側(cè)壁206與襯底100的邊緣之間的間隙220(也等于開(kāi)口 208的寬度或直徑減去襯底的寬度或直徑)。發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)工藝套件106隨著時(shí)間腐蝕時(shí)，在側(cè)壁206和襯底100的邊緣之間提供較大的間隙有利地使傾斜角的變化的較小。因此，通過(guò)降低工藝套件的腐蝕敏感度，可以延長(zhǎng)工藝套件的使用壽命。因此，通過(guò)增加襯底100的周圍邊緣和主體202的側(cè)壁206之間的距離，可以降低傾斜角敏感度。例如，圖3A中示出了工藝套件106的俯視圖。工藝套件可以構(gòu)造成，使得在側(cè)壁206的相對(duì)的部分之間所測(cè)量的第一距離(或直徑)302超過(guò)襯底100的寬度(或直徑)304。在一些實(shí)施例中，如圖3所示，第一距離302相等于由主體202的側(cè)壁206所限定的圓的直徑。在一些實(shí)施例中，第一距離302可超過(guò)寬度304至少約8毫米。在一些實(shí)施例中，第一距離302可超過(guò)襯底100的寬度304約7. 87到約8. 13毫米。例如在一些實(shí)施例中，當(dāng)構(gòu)造用于直徑300毫米的襯底時(shí)，第一距離302可在約307. 87和約308. 13毫米之間、或可以為約308毫米。在一些實(shí)施例中，假定如圖所示襯底100與工藝套件106同心，襯底100的周圍邊緣和側(cè)壁206之間的距離為至少約3. 94毫米。在一些實(shí)施例中，襯底100 的周圍邊緣和側(cè)壁206之間的距離為至少約4毫米?；氐綀D2，在一些實(shí)施例中，唇部204的上表面212可與主體202的上表面210大致平行。在一些實(shí)施例中，側(cè)壁206在唇部204的上表面212和主體202的上表面210之間的高度216大于或等于約2. 3毫米。在一些實(shí)施例中，高度216在約2. 3毫米和約3. 0 毫米之間，或?yàn)榧s2. 65毫米。在一些實(shí)施例中，可以優(yōu)化高度216，以延長(zhǎng)工藝套件的使用壽命。例如，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，可以利用控制高度216，來(lái)控制使用工藝套件106的處理所產(chǎn)生的傾斜角。因此，可以優(yōu)化高度216，以使可接受的傾斜角性能的范圍最大。例如，在一些實(shí)施例中，工藝套件106可以構(gòu)造成提供初始的傾斜角，例如向外傾斜約0. 5度，因而經(jīng)過(guò)一段時(shí)間工藝套件106的腐蝕導(dǎo)致傾斜角旋轉(zhuǎn)經(jīng)過(guò)垂直方向并最終達(dá)到向內(nèi)傾斜約0. 5度。 因而，工藝套件106可經(jīng)構(gòu)造，以得到提高的使用壽命。通過(guò)控制高度216并監(jiān)控工藝套件 106的腐蝕量，也可以獲得其它傾斜角范圍。結(jié)合以上所述，可以優(yōu)化上表面212的寬度和高度216兩者，以降低工藝套件因蝕刻而腐蝕的傾斜角敏感度，并同時(shí)優(yōu)化工藝套件106的傾斜角性能，從而延長(zhǎng)工藝套件的使用壽命?；氐綀D1，在操作中，襯底100放置在有工藝套件106置于其上的襯底支撐件116 上。腔室內(nèi)部空間被抽氣達(dá)到接近真空環(huán)境，并且氣體150(例如，氬氣)從氣體控制板138 經(jīng)過(guò)噴淋頭132而被提供至處理腔室110，所述氣體150被激發(fā)時(shí)產(chǎn)生等離子體。通過(guò)將來(lái)自RF源118的功率施加到上電極128(陽(yáng)極)，氣體150在處理腔室110中被激發(fā)成等離子體152。將磁場(chǎng)通過(guò)螺線管部分112施加到等離子體152，并且通過(guò)施加來(lái)自偏壓源122的功率來(lái)對(duì)襯底支撐件116加偏壓。在襯底100的處理過(guò)程中，使用氣體控制板138和節(jié)流閥127來(lái)控制蝕刻腔室110的內(nèi)部空間內(nèi)的壓力。例如，等離子體152可用于在襯底100上蝕刻諸如過(guò)孔或溝槽之類的特征。當(dāng)襯底100被蝕刻時(shí)，工藝套件106可在鄰近襯底100處影響電場(chǎng)的均勻性，從而在鄰近襯底邊緣處影響襯底中所蝕刻的特征的傾斜角。此外，當(dāng)工藝套件106由等離子體152蝕刻時(shí)，工藝套件106因而被腐蝕。腐蝕可包括例如高度216的降低、側(cè)壁206的蝕刻、間隙220的增加等。但是，如上所述的工藝套件106具有減少的工藝套件106的腐蝕敏感度，并且工藝套件的使用壽命可以增加。使用位于腔室壁內(nèi)和腔室壁周圍的液體導(dǎo)管(未示出)來(lái)控制腔室壁130的溫度。此外，通過(guò)經(jīng)由冷卻板(未示出)來(lái)調(diào)節(jié)襯底支撐件116的溫度，來(lái)控制襯底100的溫度，冷卻板中形成通道以循環(huán)冷卻劑。此外，背側(cè)氣體(例如氦(He)氣)由氣源148提供至通道中，通道由靜電卡盤126的表面中的凹槽(未示出)和襯底100的背側(cè)所形成。氦氣用于促進(jìn)支撐件116和襯底100之間的傳熱。靜電卡盤126由卡盤主體內(nèi)的電阻加熱器 (未示出)加熱到穩(wěn)態(tài)溫度，且氦氣促進(jìn)襯底100的均勻加熱。利用對(duì)卡盤1 的熱控制， 襯底100維持在10和500攝氏度之間的溫度。如上所述，可使用控制器140以促進(jìn)對(duì)腔室110的控制?？刂破?40可以是一種任何形式的用于工業(yè)環(huán)境以控制各種腔室和子處理器的通用計(jì)算機(jī)處理器?？刂破?40包括中央處理器(CPU) 144、存儲(chǔ)器142、和用于CPU 144的支持電路146，所述支持電路146耦合至蝕刻處理腔室110的各個(gè)部件以便于控制蝕刻工藝。存儲(chǔ)器142耦合至CPU 144。存儲(chǔ)器142或計(jì)算機(jī)可讀取媒體可以是本地或遠(yuǎn)程的一個(gè)或多個(gè)易于得到的存儲(chǔ)器，例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、軟盤、硬盤或其它任何形式的數(shù)字儲(chǔ)存器。支持電路 146以通常的方式耦合至CPU144以支持處理器。這些電路包含高速緩存、電源、時(shí)鐘電路、 輸入/輸出電路和子系統(tǒng)等。軟件例程104由CPU 144執(zhí)行，以使得反應(yīng)器執(zhí)行工藝(如蝕刻工藝等)，且軟件例程104通常儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器142中。軟件例程104也可儲(chǔ)存在第二 CPU(未示出)中和/或由第二 CPU執(zhí)行，第二 CPU放置在由CPU 144控制的硬件的遠(yuǎn)程。因此，在此提供了用于半導(dǎo)體處理腔室的工藝套件。在處理過(guò)程中，創(chuàng)造性的工藝套件在靠近襯底邊緣處有利地提供了更均勻的電場(chǎng)，從而降低不期望的效應(yīng)，諸如輪廓傾斜和均勻性。創(chuàng)造性的工藝套件還可以有利地提供降低工藝套件的腐蝕敏感度，從而延長(zhǎng)工藝套件的使用壽命。雖然上文針對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例，但是在不脫離本發(fā)明的基本范圍和由權(quán)利要求書(shū)所確定的范圍的情況下，可以得出本發(fā)明的其他和另外的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于半導(dǎo)體處理腔室的工藝套件，其包括主體，其構(gòu)造成放置在襯底支撐件的周圍邊緣，并且所述主體具有側(cè)壁，所述側(cè)壁限定了與所述襯底支撐件的中央?yún)^(qū)域相對(duì)應(yīng)的開(kāi)口 ；和唇部，其從所述主體的所述側(cè)壁延伸至所述開(kāi)口中，其中，所述唇部的上表面的一部分構(gòu)造成在處理過(guò)程中放置在襯底的下方，并且其中，所述主體的相對(duì)的側(cè)壁之間所測(cè)量的第一距離比橫跨待放置在所述開(kāi)口中的所述襯底的上表面的寬度大至少約7. 87毫米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝套件，其中，在所述唇部的上表面和所述主體的上表面之間所測(cè)量的第二距離至少約2. 3毫米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝套件，其中，所述工藝套件構(gòu)造成用于直徑300毫米的半導(dǎo)體襯底。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝套件，其中，所述主體和所述唇部包括硅或碳化硅中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝套件，其中，所述唇部的上表面的寬度至少約5.14毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的工藝套件，其中，所述唇部的上表面與所述主體的上表面之間的高度至少約2. 3毫米。
7.一種用于處理半導(dǎo)體襯底的設(shè)備，其包括半導(dǎo)體處理腔室，在所述半導(dǎo)體處理腔室中設(shè)置有襯底支撐件；和由上述任一權(quán)利要求所限定的工藝套件，所述工藝套件放置在所述襯底支撐件上方， 使得所述主體放置在所述襯底支撐件的周圍邊緣并且所述開(kāi)口與所述襯底支撐件的中央?yún)^(qū)域相對(duì)應(yīng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，所述半導(dǎo)體處理腔室還包括RF電源，其耦合至所述半導(dǎo)體處理腔室，并且所述RF電源構(gòu)造成將RF功率提供到所述半導(dǎo)體處理腔室。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述工藝套件構(gòu)造成在鄰近置于所述工藝套件上的襯底的周圍邊緣處提供大致均勻的電場(chǎng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述工藝套件構(gòu)造成，在置于所述工藝套件中的襯底上形成特征的過(guò)程中，提供約-0. 5度至約0. 5度之間的傾斜角敏感度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述特征形成于靠近所述襯底的周圍邊緣處。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述特征可以包括一個(gè)或多個(gè)過(guò)孔或溝槽。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于半導(dǎo)體處理腔室的工藝套件。在一些實(shí)施例中，用于半導(dǎo)體處理腔室的工藝套件包括主體，所述主體構(gòu)造成放置在襯底支撐件的周緣周圍，并且所述主體具有側(cè)壁，所述側(cè)壁限定了與襯底支撐件的中間區(qū)域相對(duì)應(yīng)的開(kāi)口。唇部從主體的側(cè)壁延伸至開(kāi)口中，其中，唇部的上表面的一部分在處理過(guò)程中放置在襯底的下方。主體的相對(duì)側(cè)壁之間所測(cè)量的第一距離比橫跨待放置在開(kāi)口中的襯底的上表面的寬度大至少約7.87毫米。
文檔編號(hào)H01L21/205GK102203919SQ200980143132
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2009年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月28日
發(fā)明者曉曄·趙, 沙希德·勞夫, 詹森·安德魯·肯尼, 金鐘穆 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司