专利名称：具有等离子体源线圈的等离子体室及使用该等离子体室蚀刻晶片的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造半导体器件的设备和方法，且更具体地，涉及一种用于使用等离子体蚀刻半导体晶片的包括等离子体源线圈的等离子体室以及一种用于使用该等离子体室蚀刻晶片的方法。
背景技术：
近20年来，用于制造超大规模集成(ULSI)电路部件的技术迅速发展。ULSI电路部件迅速发展的原因是已开发了能够支持需要最根本技术的制造技术的各种半导体制造设备。来自上述半导体制造设备中的等离子体室已不仅用于普通的蚀刻工艺，而且还用于沉积工艺，从而其应用范围迅速扩大。
等离子体室指的是这样的半导体制造设备，其可以在反应空间中人工地形成等离子体，且可以执行各种工艺，如使用所形成的等离子体进行的蚀刻和沉积。上述等离子体室可以分类为电子回旋共振(ECR)源、螺旋波激发等离子体(HWEP)源、电容耦合等离子体(CCP)源以及电感耦合等离子体(ICP)源等。最近，新提出了适应性等离子体源(APS)，其不仅表现出ICP源特征而且同时表现出CCP源特征。
当使用包括上述等离子体源的上述等离子体室执行半导体晶片的蚀刻工艺时，在半导体晶片的中央和边缘以不同的方式出现临界尺度(CD)。在此情形下，CD指的是执行蚀刻工艺之前的期望蚀刻轮廓与执行蚀刻工艺之后的实际蚀刻轮廓之间的差异。CD既在执行欠蚀刻的第一情形下出现，也在执行过蚀刻的第二情形下出现。以此方式，在半导体晶片的中央和边缘出现不同的CD，导致均一性的恶化。在半导体晶片的中央和边缘由于各种原因而出现不同的CD，例如由于出现了作为由蚀刻工艺生成的副产品的聚合物。典型地，在半导体晶片的中央和边缘不同地产生作为副产品的聚合物的抽运速度。更具体而言，在半导体晶片的边缘生成的聚合物在被抽运出去之前具有短的移动距离，而在半导体晶片的中央部分生成的聚合物在被抽运出去之前具有长的移动距离。因此，与半导体晶片的中央部分的蚀刻程度相比，在半导体晶片的边缘发生过蚀刻，从而出现了与期望蚀刻轮廓相比被过度蚀刻的蚀刻轮廓。根据使用能够生成相对大量聚合物的蚀刻气体还是使用能够生成相对少量聚合物的另一蚀刻气体，可能以多种方式遇到上述问题。
发明内容
技术问题因此，考虑到上述问题而提出了本发明，且本发明的一个目的是提供包括等离子体源线圈的等离子体室，从而在半导体晶片的中央和边缘生成均一的临界尺度(CD)。
本发明的另一目的是提供一种使用包括等离子体源线圈的等离子体室来蚀刻晶片的方法，从而其根据能够生成不同量的作为副产品的聚合物的蚀刻气体而允许在半导体晶片的中央和边缘均一地生成CD。
技术方案根据本发明的一个方面，上述和其它目的可通过提供一种包括以下部分的等离子体室而实现室体，用于由侧壁、下围墙和上室顶来限定能够形成等离子体的反应空间；等离子体源线圈，布置在室顶上，包括布置成具有使用预定值n＝a×(b/m)(其中“a”和“b”都是正整数，而“m”表示对应于大于“2”的整数的单元线圈数目)计算的预定匝数“n”的单元线圈，允许单元线圈从处于中央部分的具有预定半径的中央衬套延伸，并且允许单元线圈沿着中央衬套的圆周螺旋形地布置，从而在反应空间中形成等离子体；以及圆柱形的边缘衬套，其布置在室体的室顶与等离子体源线圈之间，并且与设置在反应空间中的晶片的边缘重叠。
边缘衬套由陶瓷材料或基于聚合物的材料形成。
根据本发明的另一方面，提供了一种等离子体室，包括室体，用于由侧壁、下围墙和上室顶来限定能够形成等离子体的反应空间；以及等离子体源线圈，布置在室顶上，包括多个具有多个匝数的单元线圈，其中该多个单元线圈从具有预定半径的中央衬套延伸，沿着中央衬套的圆周螺旋形地卷绕，且晶片边缘与室顶之间的距离比晶片中央与室顶之间的距离相对长。
单元线圈布置成具有使用预定值n＝a×(b/m)(其中“a”和“b”都是正整数，而“m”表示对应于大于“2”的整数的单元线圈数目)计算的预定匝数“n”。
根据本发明的又另一方面，提供了一种等离子体室，包括室体，用于由侧壁、下围墙和上室顶来限定能够形成等离子体的反应空间的尺寸；以及等离子体源线圈，布置在室顶上，用于允许多个具有多个匝数的单元线圈从处于中央部分的具有预定半径的中央衬套延伸，并且允许单元线圈沿着中央衬套的圆周螺旋形地布置，其中，当单元线圈以从晶片中央部分到晶片边缘的方向布置时，距室顶的距离逐渐增大，从而单元线圈被阶梯式地布置并且在反应空间中形成等离子体。
单元线圈布置成具有使用预定值n＝a×(b/m)(其中“a”和“b”都是正整数，而“m”表示对应于大于“2”的整数的单元线圈数目)计算的预定匝数“n”。
根据本发明的又另一方面，提供了一种用于蚀刻晶片的方法，包括下列步骤a)不仅准备晶片边缘的等离子体密度小于晶片中央部分的另一等离子体密度的第一等离子体源线圈，而且还准备晶片边缘的等离子体密度高于晶片中央部分的另一等离子体密度的第二等离子体源线圈；b)确定蚀刻气体的F/C(氟/碳)比率高还是低；c)如果F/C比率为高，则使用第一等离子体源线圈执行蚀刻工艺；而d)如果F/C比率为低，则使用第二等离子体源线圈执行蚀刻工艺。
第一等离子体源线圈具有凹入型结构，其中，在朝室体的方向上，第一等离子体源线圈在晶片中央部分比在晶片边缘凹入程度大。
第二等离子体源线圈具有凸出型结构，其中，在相反于朝室体的方向上，第二等离子体源线圈在晶片中央部分比在晶片边缘凸出程度大。
步骤b)包括下列步骤如果蚀刻气体的F/C比率高于“2”，则确定蚀刻气体具有高F/C比率；而如果蚀刻气体的F/C比率等于或小于“2”，则确定蚀刻气体具有低F/C比率。
与具有小于或等于“2”的F/C比率的另一蚀刻气体相比，具有大于“2”的F/C比率的蚀刻气体生成较少的作为副产品的聚合物。
具有大于“2”的F/C比率的蚀刻气体指的是包括CF4、C2F6、C3F8和CHF3中的至少一种的蚀刻气体。具有小于或等于“2”的F/C比率的另一蚀刻气体指的是包括C4F8、C5F8、CH3F、CH2F2和C4F6中的至少一种的蚀刻气体。
有利的效果根据本发明的包括等离子体源线圈的等离子体室允许在半导体晶片的边缘生成的等离子体的密度高于在半导体晶片的中央部分生成的等离子体的另一密度。因此，等离子体室可防止在半导体晶片边缘测得的CD值高于在半导体晶片中央部分测得的CD值。本发明的晶片蚀刻方法根据由所使用的蚀刻气体生成的聚合物的量来使用凹入或凸出形等离子体源线圈，从而导致了半导体晶片边缘的CD减小。
根据下面结合附图的详细描述，将更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和其它优点，在附图中
图1是图示了根据本发明的一优选实施例的包括等离子体源线圈的等离子体室的横截面视图；图2示出了图1中所示的中央衬套和等离子体源线圈的外观；图3是图示了图1中所示的置于边缘的衬套(下文中称为边缘衬套)的平面视图；图4是图示了根据本发明的另一优选实施例的包括等离子体源线圈的等离子体室的横截面视图；图5是图示了根据本发明的又另一优选实施例的包括等离子体源线圈的等离子体室的横截面视图；图6是图示了根据本发明的使用等离子体室的晶片蚀刻方法的流程图；图7示出了根据本发明的、图6中的第一等离子体源线圈的外观；以及图8示出了根据本发明的、图6中的第二等离子体源线圈的外观。
具体实施例方式
现在，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。在附图中，相同的参考标号指示相同或类似的元件，尽管这些元件描绘于不同的图中。在下面的描述中，当合并于此的公知功能和配置的详细描述可能使本发明的主题有些不清楚时，将省略该详细描述。
图1是图示了根据本发明的一优选实施例的包括等离子体源线圈的等离子体室的横截面视图。图2示出了图1中所示的中央衬套和等离子体源线圈的外观。图3是图示了图1中所示的边缘衬套的平面视图。
参考图1，根据本发明的一优选实施例的等离子体室100包括室体110和等离子体源线圈120。等离子体室100还包括RF电源单元131和132。
室体110包括由侧壁、下围墙和上室顶限定的预定尺寸的内部空间111。待加工的晶片140设置在内部空间111的底部。为了将晶片140设置在内部空间111的底部，用于支撑晶片140的基座(未示出)被布置在内部空间111的底部。该基座连接到室体110的外部第一RF电源单元131的一个端子。第一RF电源单元131的另一端子接地。
等离子体源线圈120包括中央衬套121、多个单元线圈122和边缘衬套123。中央衬套121和单元线圈122由支撑物125所支撑以便与置于室体110上部的室顶的上表面隔开预定距离。支撑物125可采取多种形式。例如，支撑物125可以指的是布置在单元线圈122与室顶之间的电介质层。此外，支撑物125可以指的是与室顶隔开预定距离的固定物体。在此情形下，在支撑物125与室顶的上表面之间存在空的空间。中央衬套121位于中央部分。以垂直于中央衬套121的中央表面的预定方向突起的支撑棒124布置在中央衬套121的中央部分。支撑棒124连接到第二RF电源单元132的一个端子。第二RF电源单元132的另一端子接地。优选的是，支撑棒124由与中央衬套121相同的材料形成，但如果需要，支撑棒124也可由其它材料形成。
单元线圈122指的是多个单元线圈122a、122b、122c和122d，如图2中所示。单元线圈122从中央衬套121的圆周开始分岔，并螺旋形地卷绕在中央衬套121的圆周上。尽管本发明为了说明起见而使用了为“4”的4个单元线圈122a、122b、122c和122d，但是应当注意，如果需要，单元线圈的数目也可确定为其它数目。换言之，单元线圈布置成具有使用预定值n＝a×(b/m)(其中“a”和“b”都是正整数，而“m”表示对应于大于“2”的整数的单元线圈数目)计算的预定匝数“n”。优选的是，中央衬套121由与单元线圈122a、122b、122c和122d相同的材料形成，但如果需要，其也可由其它材料形成。单元线圈122、中央衬套121和支撑棒124由导电材料形成，可以由相同的导电材料形成，或也可以分别由不同的材料形成。
边缘衬套123配置成圆柱形环的形式，如图3中所示。边缘衬套123由陶瓷材料或基于聚合物的材料形成。如可从图1中的虚线看到的那样，边缘衬套123与晶片140的边缘重叠。在晶片140边缘测得的等离子体密度被边缘衬套123减小，从而在晶片140边缘测得的CD可几乎等于在晶片140中央部分测得的另一CD。
图4是图示了根据本发明的另一优选实施例的包括等离子体源线圈的等离子体室的横截面视图。与图1相比，相同的参考标号指示相同的元件，从而为了描述的方便而在此省略这些相同元件的详细描述。
根据本发明的另一优选实施例，如图4中所示，在等离子体室200中使用的等离子体源线圈220与在等离子体室100中使用的等离子体源线圈120不同。换言之，在等离子体源线圈220中使用的多个单元线圈222a、222b、222c和222d从中央衬套221的圆周开始分岔，并且以与图1中相同的方式螺旋形地卷绕在中央衬套221的圆周上。然而，单元线圈222a、222b、222c和222d与室体110的室顶隔开不同的距离。更详细而言，对于与晶片140中央部分重叠的部分，单元线圈222a、222b、222c和222d与室体110的室顶之间的间距被设定为相对低的值，即第一距离“d1”。对于与晶片140边缘重叠的部分，单元线圈222a、222b、222c和222d与室体的室顶之间的间距被设定为相对高的值，即第二距离“d2”。用于支撑上述单元线圈222a、222b、222c和222d的支撑物225包括与室体110的室顶隔开第一距离“d1”的中央部分、与室体110的室顶隔开第二距离“d2”的边缘部分、以及与室体110的室顶逐渐隔开从第一距离“d1”到第二距离“d2”的预定距离的另一中央部分。室体110的室顶与单元线圈222a、222b、222c和222d在晶片140边缘的距离大于室体110的室顶与单元线圈222a、222b、222c和222d在晶片140中央部分的另一距离。在晶片140边缘测得的等离子体密度相对小于在晶片140中央部分测得的等离子体密度，从而在晶片140边缘测得的CD可几乎等于在晶片140中央部分测得的另一CD。
图5是图示了根据本发明的又另一优选实施例的包括等离子体源线圈的等离子体室的横截面视图。与图1比较，相同的参考标号指示相同的元件，从而为了描述的方便而在此省略这些相同元件的详细描述。
参考图5，在根据本发明的又另一优选实施例的等离子体室300中使用的等离子体源线圈320被阶梯式地布置。更详细而言，单元线圈322a、322b、322c和322d与室体110的室顶隔开不同的距离。特别是，当单元线圈322a、322b、322c和322d以从晶片140中央部分到边缘的方向布置时，单元线圈322a、322b、322c和322d与室体110的室顶依次隔开更长的距离。最靠近晶片140中央部分的单元线圈、即最靠近中央衬套321的第一单元线圈与室体110的室顶隔开第一距离“d3”。在朝晶片140边缘的方向上紧接于上述第一单元线圈的第二单元线圈与室体110的室顶隔开第二距离“d4”。第二距离“d4”比第一距离“d3”长。在朝晶片140边缘的方向上紧接于第二单元线圈的第三单元线圈与室体110的室顶隔开第三距离“d5”。在此情形下，第三距离“d5”比第二距离“d4”长。在朝晶片140边缘的方向上紧接于第三单元线圈的第四单元线圈、即最外面的单元线圈与室体110的室顶隔开第四距离“d6”。在此情形下，第四距离“d6”比第三距离“d5”长。以此方式，当单元线圈322a、322b、322c和322d以从晶片140中央部分到晶片140边缘的方向布置时，它们被布置成阶梯的形式。以此方式，越靠近晶片140边缘，距室体110的室顶的距离就越长。因此，在晶片140边缘测得的等离子体密度逐渐减小，且在晶片140边缘测得的CD也减小，从而在晶片140边缘测得的CD可以与在晶片140中央部分测得的CD平衡。
图6是图示了根据本发明的使用等离子体室的晶片蚀刻方法的流程图。图7示出了图6中的第一等离子体源线圈的外观。图8示出了图6中的第二等离子体源线圈的外观。
参考图6-8，在步骤610，不仅准备晶片边缘的等离子体密度小于晶片中央部分的另一等离子体密度的第一等离子体源线圈，而且还准备晶片边缘的等离子体密度高于晶片中央部分的另一等离子体密度的第二等离子体源线圈。如图7中所示，第一等离子体源线圈具有凹入型结构，从而晶片中央部分比边缘凹入程度大。因此，由支撑物725所支撑的、从衬套721开始分岔的、并螺旋形地围绕衬套721的圆周的多个单元线圈722布置成在晶片中央部分更靠近室体，并布置成在晶片边缘远离室体。在此情形下，尽管室体未在图中示出，但应当注意，室体布置在等离子体源线圈的下部。参考图8，第二等离子体源线圈具有凸出型结构，从而晶片中央部分比边缘凸出程度大。因此，由支撑物825所支撑的、从衬套821开始分岔的、并螺旋形地围绕衬套821的圆周的多个单元线圈822布置成在晶片中央部分远离室体，并布置成在晶片边缘更靠近室体。
在步骤620，确定氟(F)与碳(C)的比率、即F/C比率高还是低。在此情形下，如果蚀刻气体具有高F/C比率，则蚀刻气体能够生成较少的作为副产品的聚合物。例如，上述蚀刻气体指的是CF4、C2F6、C3F8或CHF3等。在此情形下，诸如CF4、C2F6、C3F8或CHF3的蚀刻气体通常具有大于“2”的F/C比率。相反，如果蚀刻气体具有低F/C比率，则蚀刻气体能够生成较多的作为副产品的聚合物。例如，上述蚀刻气体指的是C4F8、C5F8、CH3F、CH2F2或C4F6等，且通常具有小于“2”的F/C比率。
如果蚀刻气体的F/C比率为高，则在步骤630，将第一等离子体源线圈安装到等离子体室。如果蚀刻气体的F/C比率为高，则生成较少的聚合物，从而在晶片边缘发生过蚀刻，由此导致增大的CD。为了防止发生上述问题，必须减小晶片边缘的等离子体密度，从而将在晶片边缘具有低等离子体密度的第一等离子体源线圈安装到等离子体室。此后，在步骤650执行使用包括第一等离子体源线圈的等离子体室的蚀刻工艺。
同时，如果蚀刻气体的F/C比率为高，则在步骤640，将第二等离子体源线圈安装到等离子体室。如果蚀刻气体的F/C比率为低，则生成较多的聚合物。因此，在晶片边缘发生过蚀刻，由此导致CD的出现。为了防止该CD出现，必须增大晶片边缘的等离子体密度，从而在晶片边缘生成大量聚合物。因此，将在晶片边缘具有高等离子体密度的第二等离子体源线圈安装到等离子体室。此后，在步骤650执行使用包括第二等离子体源线圈的等离子体室的蚀刻工艺。
工业可应用性从上面的描述中显而易见的是，本发明不仅可应用于使用与等离子体一起使用的等离子体室的半导体，还可以与该半导体的技术领域类似的方式应用于各种器件和工艺。
尽管已为了说明起见而公开了本发明的优选实施例，但本领域技术人员应理解，在不背离如所附权利要求中公开的本发明的精神和范围的情况下，可以进行添加和替换。
权利要求
1.一种等离子体室，包括室体，用于由侧壁、下围墙和上室顶来限定能够形成等离子体的反应空间；等离子体源线圈，布置在所述室顶上，包括布置成具有使用预定值n＝a×(b/m)(其中“a”和“b”都是正整数，而“m”表示对应于大于“2”的整数的单元线圈数目)计算的预定匝数“n”的单元线圈，允许所述单元线圈从处于中央部分的具有预定半径的中央衬套延伸，并且允许所述单元线圈沿着所述中央衬套的圆周螺旋形地布置，从而在所述反应空间中形成等离子体；以及圆柱形的边缘衬套，其布置在所述室体的室顶与所述等离子体源线圈之间，并且与设置在所述反应空间中的晶片的边缘重叠。
2.根据权利要求1的等离子体室，其中所述边缘衬套由陶瓷材料或基于聚合物的材料形成。
3.一种等离子体室，包括室体，用于由侧壁、下围墙和上室顶来限定能够形成等离子体的反应空间；以及等离子体源线圈，布置在所述室顶上，包括多个具有多个匝数的单元线圈，其中所述多个单元线圈从具有预定半径的中央衬套延伸，沿着所述中央衬套的圆周螺旋形地卷绕，且晶片边缘与所述室顶之间的距离比晶片中央与所述室顶之间的距离相对长。
4.根据权利要求3的等离子体室，其中所述单元线圈布置成具有使用预定值n＝a×(b/m)(其中“a”和“b”都是正整数，而“m”表示对应于大于“2”的整数的单元线圈数目)计算的预定匝数“n”。
5.一种等离子体室，包括室体，用于由侧壁、下围墙和上室顶来限定能够形成等离子体的反应空间的尺寸；以及等离子体源线圈，布置在所述室顶上，用于允许多个具有多个匝数的单元线圈从处于中央部分的具有预定半径的中央衬套延伸，并且允许所述单元线圈沿着所述中央衬套的圆周螺旋形地布置，其中，当所述单元线圈以从晶片中央部分到晶片边缘的方向布置时，距室顶的距离逐渐增大，从而所述单元线圈被阶梯式地布置并且在所述反应空间中形成等离子体。
6.根据权利要求5的等离子体室，其中所述单元线圈布置成具有使用预定值n＝a×(b/m)(其中“a”和“b”都是正整数，而“m”表示对应于大于“2”的整数的单元线圈数目)计算的预定匝数“n”。
7.一种用于蚀刻晶片的方法，包括下列步骤a)不仅准备晶片边缘的等离子体密度小于晶片中央部分的另一等离子体密度的第一等离子体源线圈，而且还准备晶片边缘的等离子体密度高于晶片中央部分的另一等离子体密度的第二等离子体源线圈；b)确定蚀刻气体的F/C(氟/碳)比率高还是低；c)如果F/C比率为高，则使用第一等离子体源线圈执行蚀刻工艺；而d)如果F/C比率为低，则使用第二等离子体源线圈执行蚀刻工艺。
8.根据权利要求7的方法，其中所述第一等离子体源线圈具有凹入型结构，其中，在朝室体的方向上，所述第一等离子体源线圈在晶片中央部分比在晶片边缘凹入程度大。
9.根据权利要求7的方法，其中所述第二等离子体源线圈具有凸出型结构，其中，在相反于朝室体的方向上，所述第二等离子体源线圈在晶片中央部分比在晶片边缘凸出程度大。
10.根据权利要求7的方法，其中所述步骤b)包括下列步骤如果所述蚀刻气体的F/C比率高于“2”，则确定所述蚀刻气体具有高F/C比率；而如果所述蚀刻气体的F/C比率等于或小于“2”，则确定所述蚀刻气体具有低F/C比率。
11.根据权利要求10的方法，其中与具有小于或等于“2”的F/C比率的另一蚀刻气体相比，具有大于“2”的F/C比率的蚀刻气体生成较少的作为副产品的聚合物。
12.根据权利要求11的方法，其中所述具有大于“n”的F/C比率的蚀刻气体指的是包括CF4、C2F6、C3F8和CHF3中的至少一种的蚀刻气体；而所述具有小于或等于“2”的F/C比率的另一蚀刻气体指的是包括C4F8、C5F8、CH3F、CH2F2和C4F6中的至少一种的蚀刻气体。
全文摘要
一种具有等离子体源线圈的等离子体室包括室体、等离子体源线圈和边缘衬套。该室体包括由侧壁、下围墙和上室顶限定的并且形成等离子体的反应空间。布置在该室顶上的等离子体源线圈包括对应于大于“2”的整数的M个单元线圈。该M个具有表示正整数的预定匝数“n”的单元线圈从处于中央部分的具有预定半径的中央衬套延伸，并沿着该中央衬套的圆周螺旋形地布置，从而在该反应空间中形成等离子体。边缘衬套布置在该室体的室顶与该等离子体源线圈之间，并配置成圆柱形的形式以与布置在该反应空间中的晶片的边缘重叠。
文档编号H01L21/3065GK1934683SQ200580008980
公开日2007年3月21日 申请日期2005年3月24日 优先权日2004年3月25日
发明者金南宪 申请人:自适应等离子体技术公司