带有介电间隔环的边缘环组件的制作方法

专利名称：带有介电间隔环的边缘环组件的制作方法
带有介电间隔环的边缘环组件背景技术在下述说明中，对某些结构及方法进行了参考，但是，这些参 考不应当必然解释为7 "人这些结构和方法限定为在相关适用的法 规规定下的现有技术。申请人保留证明任何参考的主题不构成现有 技术的权利。在半导体处理领域，等离子体处理室一^:用于蚀刻在基片上形 成的一个或多个层。在蚀刻过程中，基片支撑于该室内的基片支撑 件表面上。基片支撑件可包括围绕该基片支撑件(即，围绕该基片) 设置的边缘环，用于将等离子体限制在该基片之上的体积，和/或保 护该基片支撑件(其通常包括夹紧机构)免受等离子体侵蚀。该边 缘环(有时称为聚焦环)可以是牺牲(即，可消耗的)部件。以下 共有美国专利描述了导电和非导电边缘环美国专利No. 5,805,408; 5,998,932; 6,013,984; 6,039,836以及6,383,931。光刻技术可用于在半导体基片表面中形成几何图案。在光刻处 理过程中，图案(例如集成电路图案)可由掩模或中间掩模投影， 并传递到在基片表面形成的光敏(例如，光刻胶)涂层上。相应地， 等离子体蚀刻可用于将在光刻胶层中形成的图案传递到在该基片 上形成的^立于光刻力交层之下的一个或多个层。在等离子体蚀刻过程中，通过在低压下将大量的能量添加到气 体(或气体混合物)，从而在基片表面上方形成等离子体。该等离 子体可包括离子、自由基以及具有高动能的中性物质。通过调整基片的电位，可引导等离子体中的带电物质撞击该基片的表面，并由 此从基片上去除物质(例如，原子)。通过使用可与待蚀刻材料化学反应的气体，可更有效地进行等 离子体蚀刻。所以，所谓的"反应性离子蚀刻"将等离子体的高能 蚀刻效应与反应性气体的化学蚀刻效应相结合。但是，在等离子体 蚀刻过程中，除了蚀刻半导体材料的一层或多层外，光刻胶层也可 被等离子体去除。来自于光刻胶和/或作为蚀刻副产物而形成聚合物的剩余物，其可能不一皮期望地(undesirably)再沉积在基片的侧边缘(例如，斜 面边缘)或下侧。可在后续处理过程中挥发的斜面聚合物，可能会 对处理产量具有负面影响。为了最大化地产量，期望在基片的下侧 和斜面边缘上减少聚合物的堆积。发明内容在第一个实施方式中， 一种适于围绕在等离子体蚀刻室中的基 片支撑件表面的边缘环组件包括边缘环，该边缘环尺寸适于位于设 在基片支撑件表面上的基片的周缘部分之下，并提供在该基片的下 部周缘表面和该边缘环的上表面之间的隙距，以及在该边缘环和该 基片支撑件表面之间的介电间隔环，该介电间隔环尺寸适于提供在 该基片的下表面和该介电间隔环的上表面之间的隙3巨。当该边乡彖环组件安装于等离子体蚀刻室中时，在该边》彖环和该 介电间隔环之间的环形间隙和/或在该介电间隔环和该基片支撑件 表面之间的环形间隙^尤选i也小于0.25mm，并且该介电间隔环的上 表面和该边缘环的最靠内的上表面优选地是大体上共面的。该边纟彖环组件优选地配置为在该基片支撑件表面的平面和该介电间隔环的最靠上表面的平面之间的距离小于约0.25mm,并且 在该基片支撑件表面的平面和该边缘环径向内部的上表面的平面 之间的距离小于约0.25mm。由此，当基片设置于该基片支撑件表 面时，在该基片下表面和该介电间隔环上表面之间的间隙优选地小 于约0.25mm,并且在该基片下表面详口该边》彖环径向内部的上表面 之间的间隙优选地小于约0.25mm。在一个实施方式中，该边纟彖环 的径向外部比该介电间隔环厚。在进一步的实施方式中， 一种等离子体蚀刻室，其包括边缘环 组件，该边缘环组件适于围绕在等离子体蚀刻室中的基片支撑件表 面。该基片支撑件优选地包括在形成下部电极的基^反的上表面上的 静电卡盘。该边缘环组件可在耦合环之上，该耦合环在该基板的周 缘部分之上。基片可安装在该基片支撑件表面上，从而该基片的外 部边缘突出该介电间隔环和该边缘环的径向内部。优选的介电间隔环的宽度(例如，从约0.5到2.5mm)有效地 将该边纟彖环与该基一反电绝纟彖，并且其高度(例如，l到3mm)有效 地最小化在该介电间隔环和该基片之间的间隙内的聚合物沉积。至 少 一个气体通道可延伸并通过该耦合环或该基纟反，该气体通道适合 于提供热传递气体到该边缘环和/或该介电间隔环的邻近表面。优选的等离子体蚀刻室包括平行板反应器，其具有面向该基片 支撑件表面的上部喷头电极。该基板可包括RF驱动电极和/或该基 片支撑件表面可包括在基板的上表面上的静电卡盘。该边^^环组件优选地适于减小下列项中的至少一个(i)该边 纟象环和该基板之间的RF耦合，(ii)该边纟彖环和该基^反之间的电弧 放电，以及(m)在支撑于该基片支撑件表面上的基片的下侧和/ 或边纟彖的聚合物沉积。一种蚀刻在等离子体蚀刻室中的半导体基片上的层的方法，该 等离子体蚀刻室具有边^彖环组件，该方法包括在设置于该室内部的 基片支撑件表面上支撑该基片，向该室提供蚀刻气体，邻近该基片 的暴露表面将该蚀刻气体激励成等离子体状态，以及利用该等离子 体蚀刻在该半导体基片上的一个或多个层。由于该介电间隔环的等 离子体侵蚀，在蚀刻预定数量的半导体基片后，该介电间隔环可从 该室中移除，并用另一个的介电间隔环代卢l。根据再 一 个实施方式，介电间隔环尺寸适于提供在设置于等离 子体蚀刻室中基片支撑件表面上的基片的下表面和该介电间隔环 的上表面之间的隙距，该介电间隔环尺寸进一步设为适于被边缘环 围绕，该边缘环尺寸适于位于该基片之下并提供在该基片的下表面 和该边纟彖环的上表面之间的隙距。当该介电间隔环和该边》彖环安装于该等离子体蚀刻室内时，该 介电间隔环的上表面和该边缘环最靠内的上表面优选地是大体上 共面的。该介电间隔环可与耦合环的上表面或基板的上表面结合(bond),并且该介电间隔环和该耦合环中的任一种由石英制成， 或均由石英制成。在进一步的实施方式中，该介电间隔环可包4舌在 耦合环的径向内表面上形成的轴向向上延伸部分。


图1是平行板等离子体蚀刻反应器的示意图；图2示出了才艮据一个实施方式，包括有安装在耦合环上的边缘 环组件的平行板等离子体蚀刻反应器；图3示出了根据进一步的实施方式，包括有边缘环组件的平行板等离子体蚀刻反应器；以及图4示出了根据另一个实施方式，包括有安装在基板上的边缘 环组件的平行板等离子体蚀刻反应器。
具体实施方式
在平行板等离子体蚀刻反应器中，其中通过喷头电极提供处理 气体，并且由通过向该喷头电极和/或底部电极提供RF能量而生成 的等离子体对支撑在该底部电极上半导体基片等离子体蚀刻，通过 在该底部电极和该等离子体之间的RF耦合可影响等离子体均一 性。为提高等离子体均一性，边缘环组件围绕在等离子体蚀刻反应 器中的基片支撑件表面。该边缘环组件包括边乡彖环和介电间隔环， 设置为该介电间隔环围绕该基片支撑件表面，并且该边缘环围绕该 介电间隔环。围绕该基片支撑件表面的边》彖环组件的整合可减少在 基片的下侧及沿该基片边缘的聚合物的堆积，和/或增加了该基片的 等离子体蚀刻均一性。在一个优选的实施方式中，该介电间隔环是搁在围绕该基片支 撑件表面的元件表面上的独立部4牛。该元件可以是在该介电间隔环 和该边纟彖环之下，或者是该基+反的一部分的耦合环。在一个备选的 实施方式中，该介电间隔环可通过导热性人造橡胶粘结剂接合到该元件。在更进一步优选的实施方式中，该介电间隔环和耦合环可以 是一体的部件。通过提供介电间隔环，可减小在该边缘环和该基板之间的RF 耦合。另外，如以下更详细解释的，在该基片支撑件表面和该边缘环之间插入介电间隔环，可减少在基片的等离子体蚀刻过程中，在导电的边缘环和该基片支撑件/基板之间的电弧放电(arcing )倾向， 和/或减少在支撑于基片支撑件表面的基片的下侧和/或边缘上的聚 合物沉积。 一种等离子体蚀刻室包括该边缘环组件，以及一种蚀刻 半导体基片的方法包括在包括该边缘环组件的等离子体蚀刻室中 蚀刻该半导体基片。该边缘环组件适于围绕等离子体蚀刻反应器中的基片支撑件 表面。在对支撑或夹持在该基片支撑件表面上的基片进行等离子体 蚀刻过程中，该边缘环组件可将等离子体集中在该基片上方和/或通 过该基片集中RF功率。确信该边缘环可提高等离子体蚀刻效果， 并降低等离子体反应器部件的磨损。另外，该介电间隔环和该边缘 环可以是一次性的部件，这些部件可保护该基片支撑件和/或基板免 受等离子体侵蚀。等离子体室通常用于通过向该室提供包括一种或多种气体的 蚀刻气体以及向该蚀刻气体施加能量以将该气体激励成等离子体 状态，而蚀刻在基片上的材料层。多种等离子体室设计是熟知的， 其中射频(RF)能量、^t波能量和/或^t场可用于产生和维持中等 密度或高密度的等离子体。该边纟彖环组件可整合入电感耦合、螺^t波(helicon )、电子回 旋共振、平行板、或其它类型的等离子体室。例如，在变压器耦合 等离子体(TCP )反应器中或在电子回旋共振(ECR)反应器中 可产生高密度的等离子体。变压器耦合等离子体反应器(其中RF 能量感应津禺合进入反应器)可乂人California, Fremont的Lam Research Corporation得到。在共有美国专利No.5，948，704中披露了可4是供高 密度等离子体的高流量等离子体反应器的一个示例，因此通过引用 结合其7>开。平4亍*反反应器、电子回S走共4展(ECR)反应器、以及 变压器耦合等离子体(TCP )反应器在以下共有的美国专利中披露No. 4,340,462; 4,948,458; 5,200,232以及5,820,723，因此通过 引用结合其公开。例如，可在平行板蚀刻反应器中产生等离子体，例如在共有的 美国专利No. 6,090,304中描述的双频等离子体蚀刻反应器，因此通 过引用结合其/>开。 一种优选的平行板等离子体蚀刻室为双频电容 式耦合等离子体反应器，其包括上部喷头电极和下部电极，该下部 电极(例如，基板)具有基片支撑件，例如整合入该下部电极的上 表面的静电卡盘。为说明的目的，这里根据平行板类型的等离子体 蚀刻室描述该边纟彖环组件的实施方式。图1说明了平行板等离子体蚀刻反应器。该等离子体蚀刻反应 器100包括室110、入口装载锁(load lock) 112、以及可选的出口 装载锁114,其进一步的细节在美国共有专利No. 6,824,627中描述， 由此通过引用结合其整体。该装载锁112和114 (如提供的话)包括移动设备，以将基片 (例如晶片)从基片供应(supply ) 162通过室110移出至晶片容器 164。装载锁泵176可在装载锁112和114中才是供期望的真空压力。真空泵172 (例如涡轮泵)适于保持该室内期望的压力。在等 离子体蚀刻过程中，该室压力是受控的，并且优选地保持在足以维 持等离子体的水平。过高的室压力会不利地导致蚀刻停止，而过低的室压力会导致等离子体消失。在中等密度的等离子体反应器中， 例如平行板反应器，优选地该室压力保持在低于约200 mTorr的压 力下(侈'H口，小于100 mTorr或小于50 mTorr )。该真空泵可连4妾到在该反应器壁内的出口 ，并可利用阀173调 节流，以控制该室内的压力。优选;也，当蚀刻气体流入该室时，该 真空泵能够4呆持该室内4氐于200 mTorr的压力。该室110包4舌上部电才及组件120，该上部电才及组件120包4舌上 部电才及125(例如，喷头电4及)，以及下部电才及组件140，该下部电 极组件140包括基板(即，下部电极)160和形成于该基板160上 表面内的基片支撑件表面150。该上部电才及组件120安装于上部框 架(housing ) 130内。该上部冲匡架130可利用才几构132垂直移动， 以调整上部电才及125和基片支撑件表面150之间的间隙。蚀刻气体源170可连4妄到该才医架130，以将包括有一种或多种 气体的蚀刻气体输送到上部电4及组件120。在一个优选的蚀刻反应 器中，该上部电极组件包括气体分配系统，可用于将反应物和/或载 体气体输送到邻近基片表面的区域。可包括一个或多个气体环、喷 射器和/或喷头的气体分配系统(例如，喷头电^L)在共有美国专利 No. 6,333,272; 6,230,651; 6，013，155和5,824,605中4皮露，因jt匕通 过引用合并其公开。该上部电极125优选地包括喷头电极，其包括多个孔(图未示) 以分配通过那里的蚀刻气体。该喷头电才及可包括一个或多个垂直隔 开的折流板(baffle plate ),该折流板可促进所期望的蚀刻气体分配。 上部和下部电极可由任何合适的材料形成，例如石墨、硅、碳化硅、铝(例如，阳才及氧4匕铝)或它们的组合。热传递液体源174可连才妻 到上部电才及组件120，以及另一个热传递液体源可连4妄到基板160。共有美国专利No. 6,019,060 (由此通过引用结合其公开)披露 了 一种等离子体限制环组件。由于在进行蚀刻的基片上方的等离子 体限制，在基片表面的压力可能高于为反应器室设置的真空压力。 为保持低的室压力，优选地，将惰性载体气体以约50到500标准 立方厘米每分钟(sccm)的流率添力口到该室。对于200mm的基片 蚀刻气体混合物中单个反应性成分的单个流率通常在约1到 200sccm的范围，以及对于更大的基片流率更高。等离子体密度指该等离子体蚀刻区域内的阳离子密度。通常， 等离子体密度是提供给电极的功率的函数。较高的功率趋于产生较高密度的等离子体，其依赖于其它参数，通过产生大流量的离子到 该基片表面，该等离子体可增加先前在基片上形成的层的蚀刻率。中等密度等离子体的特征为其包括从约101()到1011离子/cm3的离子 密度，而高密度等离子体通常具有从约IO"到1012离子/cn^或更大 的离子密度。在一些实施方式中，上部电4及或下部电才及可以是通电电才及，而 下部电极或上部电才及的另一个为电4妾地(回3各)的电才及。在另一些 实施方式中，上部电才及和下部电才及均可带电，并且这两个电才及相对 于电压互相不同相通电。在平行一反反应器中，功率源178可才是供射 频(RF)功率到上部电才及125和/或基一反(即，下部电才及)160。该反应器可以是单频、双频或多频等离子体反应器。在双频率 等离子体反应器中，例如，可经过匹配网纟备以两种不同频率对该上 部和/或下部电极提供RF功率而产生等离子体。例如，低频(如 2MHz)可应用于下部电4及，而4交高的频率(^27MHz)可应用于 上部电纟及。或者，该上部电4及可电4妄:t也，而RF功率可以两个或更 多不同的频率(例如，约10-60MHz以及低于约10MHz)应用于该 下4卩电才及。在蚀刻过程中，可对基片应用连续的或非连续的RF偏置。RF 偏置可确定阳离子流量撞击该基片表面的能量。RF功率优选地在 约50到3000瓦特的范围内，而对于200mm的基片应用于该下部 电极的RF偏置功率可在0到3000瓦特的范围内。优选地，该下部 电极具有的表面面积可使RF偏置功率向该基片提供约0-8瓦特/cm2 以及优选地至少2瓦特/cm2的功率。通过向该下部电极提供RF功率，相对于该基片表面可形成DC 鞘电压(sheath voltage )。该鞘电压是该偏置功率的函数，并且本质 上不依赖于等离子体产生。高偏置功率产生大的鞘电压，并且在蚀 刻过程中可导致高能离子轰击该基片表面。在平行板反应器中电极之间的间隙宽度会影响介电层的蚀刻 率。期望的间隙宽度的选取部分取决于在蚀刻过程中使用的室压 力。通常，在專交高室压力下(例如，乂人约75mTorr到lTorr),优选 的间隙宽度为约1到1.5cm。在较低室压力下(例如，低于约 75mTorr)，可使用较大的间隙宽度，如约1.3到2.5cm的间隙宽度。 另外，该间隙宽度可选为关于应用到该电才及的频率的函H通常， 对于介电层的蚀刻，对于高频率选取较小的间隙宽度是更优选的， 而对于低频率而言选取较大的间隙宽度是更优选。在中等密度的平 行板反应器中，在上部电极和支撑基片的下部电极之间的间隙可以 是约1到2.5cm。下部电极组件240的细节，包括根据第一实施方式的边缘环组 <牛270，在图2中示出。该下部电才及纟且4牛240包4舌具有法兰262的 基板260,以及如静电卡盘(ESC)的基片支撑件250包括在该基 板上表面内形成的基片支撑件表面254。该基板(下部电极)可包 括导电材料，并且该ESC可包括陶瓷材料，具有埋入其中的电招^ 252。该ESC可与基板的上表面结合。下部电极可通过RF源和用 于才是供RF匹配的附力口电^各(attendant circuitry )等进4亍供电。该下 部电极优选地是温度受控的，并可选地包括加热设置。基片支撑件 表面254适于支撑单一的半导体基片，例如200mm或300mm的晶 片。如图2的实施方式所示，边缘环280和介电间隔环285支撑在 耦合环290 (例如石英耦合环)的上表面上，该耦合环2卯搁在基 板260的法兰262上。该耦合环2卯可利用或不利用机械的或粘结的扣件(如多个螺钉224)支撑在该基板上。可将基片210支撑/夹 持在基片支撑件表面上，从而优选地突出于该介电间隔环285和边 纟彖环280的至少径向内部281。该基片支撑件250优选地包括在该支撑件内的通道，用于在基 片210和支撑件表面254之间提供足够阻止光刻胶在基片上燃烧的 量的氦，以冷却在等离子体蚀刻过程中的基片210。优选地，在等 离子体蚀刻过程中，该基片保持在低于约140。C的温度。在中等密 度的等离子体反应器中，该基片支撑件优选地冷却至约-20到80°C 的温度，从而将该基片保持在期望的温度。为该基片保持在期望的温度，可以约1到30 Torr的压力在该 基片和该基片支撑件表面之间的间隔内提供氦。另外，可通过调节 RF偏置的水平和ESC温度以及此处描述的其他参数，来控制基片 温度。共有的美国专利No. 6,140,612披露了 一种通过将加压气体？ 1 入基片和基片支撑件表面之间的间隔来控制基片温度的方法，因此 通过引用结合其公开。耦合环290可选地包括位于其上表面的边缘环卡盘(图未示)。 该边缘环卡盘(如果提供)可以是单极或双极卡盘，并可使用合适 的电连接由DC电源4是供DC电力。边纟彖环卡盘可用于将边缘环280 (例如硅边缘环)与耦合环固定。共有美国专利No. 6,475,336披露 了静电式夹持的边缘环的细节，因此通过引用结合其公开。边缘环280可由半导体或导电材料制成，例如硅(例如，单晶 石圭或多晶石圭)或石圭石灰化物(例如，化学气相沉积硅石友化物)。因为 边缘环将会直接暴露于等离子体，因此优选的边缘环由高纯度材料 制成。用于边缘环的其它材料包括铝氧化物、铝氮化物、硅氮化物、 石英等。边》彖环可以是电漂浮(electrically floating)或电井禺4妻DC 地。为减少基片支撑件和/或基板对等离子体中离子/反应性物质的 暴露，优选地该基片支撑件尺寸适于该基片突出该基片支撑件表面。仍参照图2，该基片可突出基片支撑件表面约1至2mm，其突 出介电间隔环285和边乡彖环280径向内部281 (例如，介电间隔环和在该基片的周^彖下延伸的边乡彖环的一部分)。因此，介电间隔环 的径向宽度优选地小于该基片突出基片支撑件表面的量。在一种优选的边》彖环组件中，边缘环280的径向内边續j妻触或 设置为靠近介电间隔环285径向外边缘，以及介电间隔环285的径 向内边缘接触或设置为靠近基片支撑件和/或基板260的外部边缘。 "靠近"是指边缘环和介电间隔环之间的间隙(例如，环形间隙) 或介电间隔环和基片支撑件表面之间的间隙小于约0.25mm，更优 选地小于约0.12mm。因此，介电间隔环和边缘环大体上覆盖耦合 环290 (或边纟彖环卡盘，若一是供)的顶部表面，乂人而可减小耦合环 的顶部表面对等离子体的反应性物质和/或离子的暴露。在一个实施 方式中，该介电间隔环可与耦合环结合(即，耦合环的上表面可与 介电间隔环的下表面结合)。热传递气体(如氦)可用于改进在边缘环组件和基板之间的热传递。可由气体源230通过气体通道232将该热传递气体4是供到边 々矣ft"》ft乂iLi田入rr ，nn 1、^ri aa资工 j3U/a:虫武y^壬: "onJt i- ,^n夕o^v,i，>j_i_ , , ,| r《n 口 "i， ^-^,鬥^ w j"i — utiv ， ,r"/一"^vr巧口 w、 A7VF 4口^^^/人^ri^u间的界面。气体通道232可延伸并在围绕基板260隔开的一处或多 处通过基板260和耦合环290,例如，延伸通过螺钉224内的通道。在一些实施方式中，在基片支撑件和介电间隔环之间和/或在介 电间隔环和边《彖环之间具有间隙，该一个或多个间隙内的氦流可减 少蚀刻气体和/或挥发性副产物的进入并因此减少等离子体蚀刻过 禾呈中聚合物沉积。18仍参考图2，基片向外地隔开的边缘环的内表面优选地形成为 与大体上垂直于基片表面的平面形成一个角度。因此，优选的边缘环包括径向内部281以及径向外部，其中径向内部其厚度小于径向 外部的厚度，并且该径向外部的厚度大于该介电间隔环的厚度。介 电间隔环的上表面和边乡彖环径向最靠内部的上表面优选地i殳置于 尽可能靠近基片的下侧。才艮据优选的实施方式，介电间隔环的上表 面和边缘环径向最靠内上表面基本上是共面的，并配置为在突出基 片支撑件表面上的那部分基片之下。或者，介电间隔环的上表面可 以比边》彖环的上部径向内表面4交高或4交4氐。在介电间隔环和基片之间以及在边乡彖环径向内部和基片之间 的隙距(clearance gap)是考虑到在等离子体蚀刻过程中该介电间 隔环和边缘环的热膨胀。优选地，在介电间隔环的上表面和基片的 底部表面之间具有隙距G，而在边缘环的上部内表面和基片的底部 表面之间具有隙距G，。期望在介电间隔环和基片之间以及在边缘环 和基片之间^是供充分的间隙，/人而在蚀刻过程中，介电间隔环和/ 或边缘环的热膨胀不会将基片抬离基片支撑件表面。优选的介电间隔环的宽度有效地将该边缘环与基泽反电绝纟彖，并 且其高度有效地在基片的等离子体蚀刻过程中最小化介电间隔环 和基片之间的间隙(G)。通过最小化间隙G,可最小化该基片下侧 或斜面边纟彖的聚合物沉积。介电间隔环可具有正方形或矩形的冲黄截面。示范性的介电间隔 环具有约0.5mm至2.5mm的宽度，更优选地约0.8至1.2mm，以 及具有约1至3mm的高度，更优选地约2.4至2.8mm。根据一个优 选的实施方式，介电间隔环适于安装在基片支撑件表面上的基片突 出之下，并且在介电间隔环和基片之间的隙距(G )小于约0.25mm。 根据另外的优选的实施方式，基片支撑件表面所在的平面与介电间 隔环上表面所在的平面之间的距离优选地小于约0.25mm,并且基片支撑件表面所在的平面与边桑彖环径向内部的上表面所在平面之间的距离优选地小于约0.25mm。适于用作介电间隔环的材料包括陶瓷材料，如硅氧化物(比如 石英)或铝氧化物，以及聚合物材，如Dupont Vespel 、 Dupont Kapton 等。优选的介电间隔环由石英制成。才艮据进一步的实施方式，用于边《彖环组件的一种备选的几何架 构包括改良的耦合环。参考图3,下部电极组件340包括改良的耦 合环390，，该耦合环390，包括在其内部径向表面上轴向向上延伸部 分385。与图2的实施方式(其包括分开的耦合环和介电间隔环) 对比，在图3的实施方式中，津禺合环和介电间隔环配置为安装于基 板360上的整体的、单一的部件。因此，该改良的耦合环的轴向向 上延伸部分385适于代替分开的介电间隔环。可利用或不利用机械 或粘结扣件将该改良的耦合环3卯，支撑在基板360上。在图3的实施方式中，边纟彖环380可大体上与关于图2的实施 方式所描述的边缘环相同，边缘环380搁在改良的耦合环390，的外 部法兰部分。可由石英制成的改良的耦合环390，可搁在或连接(例 如，通过螺钉324 )到基板360的法兰部分362。热传递气体(如氦)可用于改进在该改良的井禺合环组件和基才反 之间的热4专递。可由气体源330通过气体通道332爿夸该热传递气体 提供到改良的耦合环390，和基板360之间的界面，和/或改良的耦合 环3卯，和边缘环380之间的界面。气体通道332可延伸并在围绕基 板360隔开的 一处或多处通过基才反360和改良的耦合环390，，例如， 延伸通过螺4丁324内的通道。基片向外地隔开的边缘环380的上部内表面优选地成形为与大 体上垂直于基片表面的平面形成一个角度。基片支撑件350可包括ESC，其具有基片支撑件表面354和埋入其中的电才及352。该ESC 可与基板360的上表面结合。边纟彖环380径向内表面382 4妻触或"i殳置为靠近该轴向向上延伸 部分385的径向外表面386,并且轴向向上延伸部分385的径向内 表面387接触或设置为靠近基片支撑件350和/或基板360的径向外 表面。边纟彖环380的径向内部381和改良的耦合环390，的轴向向上延 伸部分385均在基片310的突出部分下延伸。才艮据一个优选的实施 方式，轴向向上延伸部分385的上表面与边纟彖环的最靠内上表面基 本上是共面的，并配置为在突出基片支撑件表面的那部分基片之 下。或者，改良的耦合环3卯，轴向向上延伸部分385的上表面可以 高于或低于边缘环的上部内表面。优选地，在轴向向上延伸部分385 的上表面和基片底部表面之间有隙距G，并且在边》彖环380的上部 内表面和基片的底部表面之间有隙距G，。才艮据一个优选的实施方式，改良的耦合环390，的轴向向上延伸 部分385适于安装在基片支撑件表面上的基片的突出之下，并且隙 3巨(G)小于约0.25mm。用于蚀刻介电材料(如Si02)的等离子体蚀刻反应器的示例性 才乘作条4牛如下晶片直径约200mm或300mm;在基片上的介电材 料厚度至少为约200nm;介电材料密度至少为理论密度的约90%; 下部电才及温度为约(TC到约90°C;室压力为约0 Torr到2 Torr,优 选地高至约200 mTorr;基片温度为约20。C到20CTC ，优选地2CTC 到50°C;蚀刻气体流率为约10sccm到l,OOOsccm;在上部电4及和下 部电才及之间传IIT的总的双频率功率至少为约2,500瓦特；并且用于 介电材料的蚀刻时间至少为约1分钟。多种蚀刻气体可用于蚀刻不同的介电材料。蚀刻气体可包括一 种或多种含卣素气体、 一种或多种含氧气体和/或一种或多种含氮气 体。典型的蚀刻气体混合物可包括例如含氯气体，例如，但不限于，Cl2、 HCl和BCl3;含氟气体，例如，^旦不限于，CF4、 C2F6、 C3F8、 C4F8、 CHF3、 CH2F2、 CH3F、 NF3和SF6;含氧气体，例如，^f旦不 限于，02、 CO、 H20和S02;含氮气体，例如，^f旦不限于，N2、 NH3,以及惰性和其它气体，例如，j旦不限于，He、 Ne、 Kr、 Xe 和Ar。蚀刻气体混合物优选地包括惰性载体气体。在对如氧化物、氮 化物或其结合的介电材料进行等离子体蚀刻的过程中，载体气体可 溅射该介电材料，这有利于增加总体的蚀刻率。重的稀有气体具有 ^氐电离电^[立并可形成离子，其在《合定的RF功率下可加强该溅射速 度。另外，稀有气体的低电离电位可助于在基片表面生成均一的等 离子体。示范性的载体气体包括氦、氖、氩、氪和/或氙。氩是一种 优选的惰性载体气体。这些和其它气体可组合使用在蚀刻气体混合 物中。一种在2300Exelan⑧或Exelan HPT双频中等密度平行板等离子 体室内(可乂人CA, Fremont的Lam Research Corporation 4寻到)实 施的示范性的介电蚀刻处理，将在以下描述，其中在主蚀刻步骤中 蚀刻气体化学制剂为八氟环丁烷(C4F8)、 二氟曱烷(CH2F2)、氮 (N2)和氩(Ar)的混合物。可使用的其它蚀刻步骤中，其可能包 括其它蚀刻气体。尽管气体混合物最佳的流率和比例可根据等离子 体蚀刻反应器的选择、基片尺寸等而改变，但在蚀刻位于300mm 硅晶片上的硅氧化物层的情况下，可以以下流率将蚀刻气体的单个 组分提供给反应器室2至20sccm的六氟-l,3-丁二烯(C4F6); 2 至20sccm的C4F8; 1至10sccm的CH2F2; 50至200sccm的四氟甲 火充(CF4 ); 50至200sccm的N2; 200至800sccm的Ar; 100至400sccm的一氧4匕石灰(CO );以及100至400sccm的氧(02 )。在蚀刻过程 中，室压力可设置在1至500mTorr,优选地5到200mTorr。在主 蚀刻步骤过程中，C4Fs的流率与CHbF2的流率比可以是0.5到4， 优选地1到3，以达到相对于该;故蚀刻结构的其它层的期望的选裤: 性程度。在介电蚀刻过程中，上部电才及优选地电4妄地，并且向下部电极 提供一个或多个功率水平(及频率)的RF功率。另外，上部电极 优选地包括喷头电才及，该喷头电才及可包括双气体输送构造，其中， 该喷头电才及包括两个或多个气体输送穿过区域，例如中心区域以及 围绕该中心区域的径向(边缘)区域。在双气体输送设置中，可控 制通过中心区i或和通过围绕环绕延伸的边《彖区i或的蚀刻气体的流 率(即，可控制流率比)。共有的美国专利No.6，245,192披露了等 离子体蚀刻反应器的一个示例，此反应器包括带有双气体输送设置 的喷头电极，通过引用将该披露结合入此处。介电层可包括氮化硅、非掺杂或掺杂硅氧化物(例如，氟化的 硅氧化物)、旋涂玻璃、硅酸盐玻璃(例如磷酸硼硅酸盐玻璃(BPSG ) 或磷酸盐硅酸盐玻璃(PSG))、非掺杂或掺杂的热生长氧化物、非 掺杂或掺杂的四乙氧基硅烷(TEOS)沉积的硅氧化物、以及无机 或有机的低介电常数(即，低k)层。这些层可形成大马士革结构 (damascene structure )的一吾卩分。用于介电才才泮牛的才参杂4勿可包4舌， ^f旦不限于，硼、氟、磷和/或砷。介电层可在半导体基片上形成，或者介电层可在导体或半导体 层上形成。例如，介电层可覆于例如多晶硅、包括铝、铜、钛、鵠、 钼的金属层、氮化物(例如氮化钬)、硅化物(例如硅化钛、硅化 钴、硅化鴒、硅化钼等)的导体或半导体层。图4示出了边缘环组件如何安装在基^反上而非耦合环上的一种变化。如图4所示，边纟彖环组件的470的介电间隔环485和边缘环 480支撑于基板460的表面上，并且基片410支撑于基片支撑件450 的支撑件表面454上，该基片支撑件450并入基玲反460的中心部分， 从而该基片支撑件的表面垂直地高于在基片突出之下的边缘环组 件部件的上表面。为促进从边缘环组件470到基板460的热传递， 气体供应430可通过一个或多个通道432提供热传递气体进入边缘 环组件的部件与基板和/或基片支撑件之间的界面内。 一种优选的热 传递气体为氦。确信边缘环组件可用于获得对半导体基片的更均 一 的等离子 体蚀刻。特别地，边缘环组件可用于操纵基片边缘附近的RF阻抗 ^各径。可通过选4,用于介电间隔环和边纟彖环的材料来控制RF阻抗 路径。通常，从通电的下部电极通过基片支撑件和基片到等离子体的 RF阻抗路径，可能与从该下部电极的周缘部分到等离子体的RF阻 抗^各径不同。来自于基片支撑件和基片的边缘效应可导致纵贯该基 片的不均一的等离子体密度，这可导致不均一的蚀刻。不期望受限于理论，确信该介电间隔环减少了进入边缘环的 RF耦合以及增加了进入基片周缘的RF耦合。通过增加进入基片周 缘的RF耦合，可增加在基片周缘的蚀刻率。围绕基片支撑件整合 介电间隔环还减少了在基片边缘下侧以及沿该基片边缘的聚合物 的堆积。这种聚合物通常在蚀刻步-骤过禾呈中产生(例如，作为蚀刻 光刻胶和/或介电材料的副产物)。当完成介电蚀刻后，测量斜面聚合物(例如，在基片下侧和/ 或边缘的聚合物)的堆积。当围绕基片支撑件未整合介电间隔环时， 在完成10秒钟(第一过蚀刻)和30秒钟(第二过蚀刻)的标准过蚀刻时间的蚀刻处理后，7见察到55-65nm的斜面聚合物堆积。增加 过蚀刻时间可7见察到增加的杀+面聚合物堆积。4吏用介电间隔环可导致冻牛面聚合物堆积的量的减少。通过在边 缘环和基片支撑件之间整合介电间隔环(2.62mm高x0.965mm宽)， 在标准过蚀刻后以及在标准过蚀刻时间增加50%后(即15秒钟的 第一过蚀刻和45秒钟的第二过蚀刻)，基片大体上没有斜面聚合物。 ^旦在进一步增加过蚀刻时间后，可》见察到斜面聚合物堆积。表l结 合优选的介电蚀刻处理，将斜面聚合物堆积程度总结作为过蚀刻时 间函数(以纳米，nm为单4立测量)。表1介电间隔环对斜面聚合物堆积的影响过蚀刻条件斜面聚合物(无介电间隔环)斜面聚合物(带有介电间隔环)标准55-65nm无+50%>65nm无+75%>65nm 16nm+ 100%>65nm~30nm+200%>65nm~75nm一种在等离子体蚀刻室中蚀刻半导体基片的优选的方法，包括 在该等离子体蚀刻室内基片支撑件的支撑件表面上安装基片，提供 蚀刻气体进入该室中，激励该蚀刻气体，以在基片的暴露表面附近 产生等离子体，以及利用该等离子体蚀刻该基片，其中包括边缘环 和介电间隔环的边缘环组件围绕该基片支撑件。该边缘环围绕该基 片支撑件，并且介电间隔环置于该边》彖环和该基片支撑件之间。因 为该介电间隔环为；肖耗部件，所以当蚀刻预定数量的半导体基片 后，它可,人室中移除并以另外的介电间隔环^l换。尽管在附图中将这些电极称为以及描述为"上部"或"下部" 电极，但是具有整合入其中的边缘环组件的等离子体蚀刻室应当这 样构成将正被蚀刻基片保持(即，夹持)为被处理侧朝下而非朝上。 另外，边缘环组件可用于蚀刻非圆形的基片。此处所〗吏用的术语"包括(comprise )，,或"包括(comprising )，， 用于指定一定的(stated)特征、步骤或部件的存在；但使用这些用 语并不排除一个或多个其它特征、步骤、部件或其集合的增加或存在。与具体地以及单独地指出以将各单个参考通过引用整体并入 此处的范围相同，所有上述的参考引用通过引用整体并入此处。尽管本发明已根据优选的实施方式进行了描述，但是，应当理解，可采耳又对本领i或冲支术人员显而易见的变化和》务正。这些变化和曰月的泉卩l苗.围内。
权利要求
1.一种边缘环组件，其适于围绕在等离子体蚀刻室中的基片支撑件表面，所述边缘环组件包括边缘环，其尺寸适于位于设在所述室内的基片支撑件表面上的基片之下，并提供在所述基片的下表面和所述边缘环的上表面之间的隙距；以及在所述边缘环和所述基片支撑件表面之间的介电间隔环，所述介电间隔环的尺寸适于在位于所述基片支撑件表面上的基片的下表面和所述介电间隔环的上表面之间提供隙距。
2. 才艮据冲又利要求1所述的边多彖环组件，其中，所述介电间隔环与 耦合环的上表面或基板的上表面结合。
3. 4艮据4又利要求1所述的边缘环组件，其中，在所述边缘环和所 述介电间隔环之间的径向间隙和/或在所述介电间隔环和所述 基片支撑件表面之间的径向间隙小于0.25mm。
4. 才艮据一又利要求1所述的边》彖环组件，其中，所述介电间隔环具 有从约0.5mm到2.5mm的宽度，以及乂人约lmm到3mm的高度。
5. 根据权利要求1所述的边缘环组件，其中，所述介电间隔环包 括在耦合环径向内表面上形成的轴向向上延伸的部分。
6. 才艮据一又利要求1所述的边《彖环组件，其中，当所述介电间隔环 和所述边纟彖环安装于所述室中时，所述介电间隔环的上表面和 所述边缘环的最靠内的上表面大体上是共面的。
7. 才艮据冲又利要求2所述的边乡彖环组件，其中，所述介电间隔环和 /或所述耦合环由石英制成。
8. 根据权利要求1所述的边缘环组件，其中，所述边缘环由硅、 石圭碳化物、铝氧化物、铝氮化物、石圭氮化物、石英或其组合制 成。
9. 才艮据斗又利要求1所述的边纟彖环组件，其中，所述边纟彖环的径向 外部比所述介电间隔环厚。
10. 根据权利要求2所述的边缘环组件，进一步包括至少一个延伸 通过所述耦合环或所述基板的气体通道，所述气体通道适于提 供热传递气体到所述边缘环和/或所述介电间隔环的邻近表面。
11. 一种等离子体蚀刻室，其包括边纟彖环组件，所述边纟彖环组件适 于围绕在所述等离子体蚀刻室中的基片支撑件表面，所述等离 子体蚀刻室包括基片支撑件，其具有基片支撑件表面；边缘环，其尺寸适于位于基片之下，并在位于所述室内 的所述基片支撑件表面上的基片的下表面和所述边缘环的上 表面之间纟是供隙3巨；以及在所述边缘环和所述基片支撑件表面之间的介电间隔 环，所述介电间隔环的尺寸适于在位于所述基片支撑件表面上 的所述基片的下表面和所述介电间隔环的上表面之间提供隙 距。
12. 根据权利要求11所述的等离子体室，其中，基片被安装在所 述基片支撑件表面上，使得所述基片的外部边缘突出所述介电 间隔环和所述边舌彖环的^圣向内部。
13. 根据权利要求12所述的等离子体室，其中，所述介电间隔环 具有有效地将所述边缘环与所述基板电绝缘的宽度，以及具有有效地最小化在所述介电间隔环和所述基片之间的间隙内的 聚合物沉积的高度。
14. 根据权利要求11所述的等离子体室，其中，在所述基片支撑 件表面的平面和所述介电间隔环上表面的平面之间的距离小 于约0.25mm，并且在所述基片支撑件表面的平面和所述边缘 环径向内部的上表面的平面之间的距离小于约0.25mm。
15. 根据权利要求12所述的等离子体室，其中，在所述基片下表 面和所述介电间隔环上表面之间的间隙小于约0.25mm ，并且 在所述基片下表面和所述边》彖环^圣向内部的上表面之间的间 隙小于约0.25mm。
16. 根据权利要求11所述的等离子体室，其中，所述等离子体蚀 刻室包括平行才反反应器，所述平行板反应器具有面向所述基片 支撑件的上部喷头电极。
17. 根据权利要求11所述的等离子体室，其中，所述基片支撑件 包括射频驱动电极。
18. 根据权利要求11所述的等离子体室，其中，所述基片支撑件 包括静电卡盘。
19. 根据权利要求11所述的等离子体室，其中，所述边缘环组件 适于减小下列项中的至少一项(i)所述边纟彖环和所述基板之 间的射频耦合，(ii)所述边缘环和所述基板之间的电弧放电， 以及(iii)在支撑于所述基片支撑件表面上的基片的下侧和/ 或边缘上的聚合物沉积。
20. —种蚀刻在如权利要求11所述的等离子体蚀刻室中的半导体 基片上形成的层的方法，所述方法包>^舌以下步骤在设置于所述室的内部的所述基片支撑件表面上支撑所 述半导体基片；向所述室提供蚀刻气体；邻近所述基片的暴露表面形成等离子体；以及利用所述等离子体蚀刻在所述半导体基片上形成的一个 或多个层。
21. —种替换在如权利要求11所述的等离子体蚀刻室中的所述介 电间隔环的方法，包括在蚀刻预定数量的半导体基片后，从所 述室中移除所述介电间隔环，并利用另 一个介电间隔环替换所 述介电间隔环。
22. —种介电间隔环，其尺寸适于在位于等离子体蚀刻室中的基片 支撑件表面上的基片的下表面和所述介电间隔环的上表面之 间提供隙距，所述介电间隔环尺寸进一步设为使得被边缘环围 绕，所述边缘环尺寸适于位于所述基片之下，并在所述基片的 下表面和所述边纟彖环的上表面之间冲是供隙距。
23. 根据权利要求22所述的介电间隔环，其中，所述介电间隔环 具有/人约0.5mm到2.5mm的宽度，以及乂人约lmm到3mm的高度。
24. 根据权利要求22所述的介电间隔环，其中，所述介电间隔环 包括在耦合环径向内表面上形成的轴向向上延伸的部分。
25. 根据权利要求22所述的介电间隔环，其中，当所述介电间隔 环和所述边缘环安装于所述等离子体蚀刻室中时，所述介电间 隔环的上表面和所述边缘环的最靠内的上表面大体上是共面 的。
26. 根据权利要求22所述的介电间隔环，其中，所述介电间隔环 由石英制成。
27. 根据权利要求22所述的介电间隔环，其中，所述介电间隔环 具有从约0.95mm到l.Omm的宽度，以及具有乂人约2.5mm到 2.7mm的高度。
28. 根据权利要求22所述的介电间隔环，其中，所述介电间隔环 适于围绕等离子体蚀刻室中的静电卡盘，并且所述介电间隔环 具有小于支撑在所述静电卡盘上的晶片的突出量的宽度。
29. 根据权利要求24所述的介电间隔环，其中，所述介电间隔环 和并馬合环由单块石英材并+构成。
全文摘要
边缘环组件围绕等离子体蚀刻室中基片支撑件表面。该边缘环组件包括边缘环和介电间隔环。该介电间隔环围绕该基片支撑件表面并且在径向方向上被该边缘环围绕，该介电间隔环配置为将该边缘环与该基板绝缘。围绕该基片支撑件表面整合该边缘环组件可降低在基片下侧和沿该基片边缘的聚合物堆积，并可增加基片的等离子体蚀刻均一性。
文档编号H01L21/302GK101238553SQ200680028968
公开日2008年8月6日 申请日期2006年7月24日 优先权日2005年8月8日
发明者安德烈亚斯·菲舍尔, 巴巴克·卡德库达彦, 杰里米·张 申请人:朗姆研究公司