用于均匀等离子体处理的喷嘴的制作方法

本申请主张于2014年8月15日提出的、标题为“nozzleforuniformplasmaprocessing(用于均匀等离子体处理的喷嘴)”的在先美国非临时专利申请no.14/461,318的权益，该申请以引用方式全部并入本文中。

本发明的实施例涉及电子器件制造的领域，特别是涉及制造用于均匀等离子体处理的喷嘴。

背景技术：

目前，许多的电子系统，例如高压集成电路(ic)、微机电系统(mems)、光电器件及其他电子系统，都需要高深宽比的通孔和沟槽。一般来说，电子部件(例如通孔、沟槽、柱状物)的制造涉及蚀刻半导体基板。通常，高深宽比的硅通孔(tsv)和沟槽是使用波希(bosch)工艺制造的，波希工艺反复交替于等离子体蚀刻和沉积模式之间。通常，波希工艺使用交替的等离子体沉积和蚀刻模式的重复来形成聚合物侧表面钝化层，同时在垂直方向上蚀刻通孔。

目前沉积的聚合物钝化层具有不理想的非均匀轮廓。通孔制造目前受现有的标准喷嘴限制。

一般来说，横跨晶片的等离子体蚀刻和沉积的不均匀性导致电子部件(例如柱状物、通孔及沟槽)的轮廓变化。也就是说，等离子体沉积和蚀刻操作中任一者的任何不均匀性不仅会明显影响通孔深度的均匀性，而且还会影响横跨晶片的轮廓均匀性。另外，横跨晶片的等离子体蚀刻和沉积的不均匀性会引入电子器件缺陷(例如条纹、弯曲及锥形物)。如此一来，横跨晶片的等离子体蚀刻和沉积的不均匀性会影响良率并增加电子器件制造的成本。

技术实现要素：

描述了提供用于均匀等离子体处理的喷嘴的方法和设备。在一个实施例中，一种用于均匀等离子体处理的喷嘴包括入口部及出口部。该入口部具有大致平行于垂直轴延伸的侧表面。该入口部包括多个气体通道。该出口部被耦接到该入口部。该出口部包括多个出口。所述出口中的至少一个相对于该垂直轴成非直角的角度。

在一个实施例中，一种用于均匀等离子体处理的喷嘴包括入口部及出口部。该入口部具有基本上平行于垂直轴的侧表面。该入口部包括多个气体通道。该出口部被耦接到该入口部。该出口部包括多个出口。所述出口中的至少一个相对于该垂直轴成非直角的角度。所述气体通道中的至少一个相对于该垂直轴以一角度延伸。

在一个实施例中，一种用于均匀等离子体处理的喷嘴包括入口部及出口部。该入口部具有基本上平行于垂直轴的侧表面。该入口部包括多个气体通道。该出口部被耦接到该入口部。该出口部包括多个出口。所述出口中的至少一个相对于该垂直轴成非直角的角度。空腔介于该入口部与该出口部之间。

在一个实施例中，一种用于均匀等离子体处理的喷嘴包括入口部及出口部。该入口部具有基本上平行于垂直轴的侧表面。该入口部包括多个气体通道。该出口部被耦接到该入口部。该出口部包括多个出口。所述出口中的至少一个相对于该垂直轴成非直角的角度。该出口部具有凸形形状。

在一个实施例中，一种用于均匀等离子体处理的喷嘴包括入口部及出口部。该入口部具有基本上平行于垂直轴的侧表面。该入口部包括多个气体通道。该出口部被耦接到该入口部。该出口部包括多个出口。所述出口中的至少一个相对于该垂直轴成非直角的角度。该出口部具有凹形形状。

在一个实施例中，一种用于均匀等离子体处理的喷嘴包括入口部及出口部。该入口部具有基本上平行于垂直轴的侧表面。该入口部包括多个气体通道。该出口部被耦接到该入口部。该出口部包括多个出口。所述出口中的至少一个相对于该垂直轴成非直角的角度。该出口部包括至少一个阶梯。

在一个实施例中，一种用于均匀等离子体处理的喷嘴包括入口部及出口部。该入口部具有基本上平行于垂直轴的侧表面。该入口部包括多个气体通道。该出口部被耦接到该入口部。该出口部包括多个出口。所述出口中的至少一个相对于该垂直轴成非直角的角度。该出口部包括相对于该垂直轴以一角度延伸的侧表面。

在一个实施例中，一种用于均匀等离子体处理的喷嘴包括入口部及出口部。该入口部具有基本上平行于垂直轴的侧表面。该入口部包括多个气体通道。该出口部被耦接到该入口部。该出口部包括多个出口。所述出口中的至少一个相对于该垂直轴成非直角的角度。出口的数量大于气体通道的数量。

在实施例中，一种等离子体处理系统包括处理腔室、等离子体源、及被耦接至该等离子体源的喷嘴，该喷嘴用以接收气体以在该处理腔室中产生等离子体。该处理腔室包括台座，该台座用以固持包括基板的工件。该喷嘴包括入口部及被耦接至该入口部的出口部。该入口部包括基本上平行于垂直轴的侧表面。该入口部包括多个气体通道。该出口部包括多个出口。所述出口中的至少一个相对于该垂直轴成非直角的角度。

在实施例中，一种等离子体处理系统包括处理腔室、等离子体源、及被耦接至该等离子体源的喷嘴，该喷嘴用以接收气体以在该处理腔室中产生等离子体。该处理腔室包括台座，该台座用以固持包括基板的工件。该喷嘴包括入口部及被耦接至该入口部的出口部。该入口部包括基本上平行于垂直轴的侧表面。该入口部包括多个气体通道。该出口部包括多个出口。所述出口中的至少一个相对于该垂直轴成非直角的角度。所述气体通道中的至少一个相对于该垂直轴以一角度延伸。

在实施例中，一种等离子体处理系统包括处理腔室、等离子体源、及被耦接至该等离子体源的喷嘴，该喷嘴用以接收气体以在该处理腔室中产生等离子体。该处理腔室包括台座，该台座用以固持包括基板的工件。该喷嘴包括入口部及被耦接至该入口部的出口部。该入口部包括基本上平行于垂直轴的侧表面。该入口部包括多个气体通道。该出口部包括多个出口。所述出口中的至少一个相对于该垂直轴成非直角的角度。空腔介于该入口部与该出口部之间。

在实施例中，一种等离子体处理系统包括处理腔室、等离子体源、及被耦接至该等离子体源的喷嘴，该喷嘴用以接收气体以在该处理腔室中产生等离子体。该处理腔室包括台座，该台座用以固持包括基板的工件。该喷嘴包括入口部及被耦接至该入口部的出口部。该入口部包括基本上平行于垂直轴的侧表面。该入口部包括多个气体通道。该出口部包括多个出口。所述出口中的至少一个相对于该垂直轴成非直角的角度。该出口部具有凸形形状。

在实施例中，一种等离子体处理系统包括处理腔室、等离子体源、及被耦接至该等离子体源的喷嘴，该喷嘴用以接收气体以在该处理腔室中产生等离子体。该处理腔室包括台座，该台座用以固持包括基板的工件。该喷嘴包括入口部及被耦接至该入口部的出口部。该入口部包括基本上平行于垂直轴的侧表面。该入口部包括多个气体通道。该出口部包括多个出口。所述出口中的至少一个相对于该垂直轴成非直角的角度。该出口部具有凹形形状。

在实施例中，一种等离子体处理系统包括处理腔室、等离子体源、及被耦接至该等离子体源的喷嘴，该喷嘴用以接收气体以在该处理腔室中产生等离子体。该处理腔室包括台座，该台座用以固持包括基板的工件。该喷嘴包括入口部及被耦接至该入口部的出口部。该入口部包括基本上平行于垂直轴的侧表面。该入口部包括多个气体通道。该出口部包括多个出口。所述出口中的至少一个相对于该垂直轴成非直角的角度。该出口部包括至少一个阶梯。

在实施例中，一种等离子体处理系统包括处理腔室、等离子体源、及被耦接至该等离子体源的喷嘴，该喷嘴用以接收气体以在该处理腔室中产生等离子体。该处理腔室包括台座，该台座用以固持包括基板的工件。该喷嘴包括入口部及被耦接至该入口部的出口部。该入口部包括基本上平行于垂直轴的侧表面。该入口部包括多个气体通道。该出口部包括多个出口。所述出口中的至少一个相对于该垂直轴成非直角的角度。该出口部包括相对于该垂直轴以一角度延伸的侧表面。

在实施例中，一种等离子体处理系统包括处理腔室、等离子体源、及被耦接至该等离子体源的喷嘴，该喷嘴用以接收气体以在该处理腔室中产生等离子体。该处理腔室包括台座，该台座用以固持包括基板的工件。该喷嘴包括入口部及被耦接至该入口部的出口部。该入口部包括基本上平行于垂直轴的侧表面。该入口部包括多个气体通道。该出口部包括多个出口。所述出口中的至少一个相对于该垂直轴成非直角的角度。出口的数量大于气体通道的数量。

在一个实施例中，形成喷嘴的包括多个气体通道的入口部。该入口部具有基本上平行于垂直轴的侧表面。形成被耦接至该入口部的出口部。该出口部包括多个出口。所述出口中的至少一个相对于该垂直轴成非直角的角度。

在一个实施例中，形成喷嘴的包括多个气体通道的入口部。该入口部具有基本上平行于垂直轴的侧表面。形成被耦接至该入口部的出口部。该出口部包括多个出口。所述出口中的至少一个相对于该垂直轴成非直角的角度。所述气体通道中的至少一个相对于该垂直轴成一角度。

在一个实施例中，形成喷嘴的包括多个气体通道的入口部。该入口部具有基本上平行于垂直轴的侧表面。形成被耦接至该入口部的出口部。该出口部包括多个出口。所述出口中的至少一个相对于该垂直轴成非直角的角度。在该入口部与该出口部之间形成空腔。

在一个实施例中，形成喷嘴的包括多个气体通道的入口部。该入口部具有基本上平行于垂直轴的侧表面。形成被耦接至该入口部的出口部。该出口部包括多个出口。所述出口中的至少一个相对于该垂直轴成非直角的角度。该出口部具有凸形形状。

在一个实施例中，形成喷嘴的包括多个气体通道的入口部。该入口部具有基本上平行于垂直轴的侧表面。形成被耦接至该入口部的出口部。该出口部包括多个出口。所述出口中的至少一个相对于该垂直轴成非直角的角度。该出口部具有凹形形状。

在一个实施例中，形成喷嘴的包括多个气体通道的入口部。该入口部具有基本上平行于垂直轴的侧表面。形成被耦接至该入口部的出口部。该出口部包括多个出口。所述出口中的至少一个相对于该垂直轴成非直角的角度。出口的数量多于气体通道的数量。

在一个实施例中，形成喷嘴的包括多个气体通道的入口部。该入口部具有基本上平行于垂直轴的侧表面。形成被耦接至该入口部的出口部。该出口部包括多个出口。所述出口中的至少一个相对于该垂直轴成非直角的角度。该出口部包括至少一个阶梯。

根据附图及以下的详细描述来看，本发明的其他特征将显而易见。

附图说明

本文所述的实施例通过举例而非限制的方式在附图的图中进行说明，在附图中，类似的附图标记表示类似的要素。

图1图示依据本发明的一个实施例的用于均匀等离子体处理的喷嘴。

图2图示依据本发明的一个实施例的用于均匀等离子体处理的喷嘴。

图3图示依据本发明的一个实施例的用于均匀等离子体处理的喷嘴。

图4图示依据本发明的一个实施例的用于均匀等离子体处理的喷嘴。

图5图示依据本发明的一个实施例的用于均匀等离子体处理的喷嘴。

图6图示用以提高等离子体处理的均匀性的等离子体系统的一个实施例的框图。

图7为依据本发明的一个实施例的等离子体处理腔室的三维视图。

图8图示依据本发明的一个实施例的通过晶片上方的喷嘴的气流的速度分布，该晶片被放在等离子体腔室中。

图9a图示依据本发明的一个实施例的电子器件结构的侧视图。

图9b为类似于图9a的视图910，该图图示依据本发明的一个实施例在开口904中沉积钝化层908。

图9c为类似于图9b的视图920，该图图示依据本发明的一个实施例蚀刻器件层的一部分以蚀穿开口904底部上的钝化层。

图9d为依据本发明的一个实施例在多次重复图9b和图9c描述的蚀刻和沉积操作之后的视图930。

图10图示依据本发明的一个实施例用于各种喷嘴设计的气体速度曲线图。

具体实施方式

在以下的描述中提出许多的具体细节，诸如具体的材料、化学品、元件的尺寸等，以便提供对本发明的一个或更多个实施例的彻底了解。然而，对本领域普通技术人员而言，将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的一个或更多个实施例。在其他情况下，并未非常详细地描述半导体制造工艺、技术、材料、设备等，以避免不必要地混淆本描述。在无需过多实验的情况下，本领域普通技术人员将能够利用所包括的描述来实施适当的功能。

虽然描述了并在附图中图示出本发明的某些示例性实施例，但应当理解的是，这些实施例仅仅说明而非限制本发明，而且本发明并不限于所图示和描述的特定结构和配置，因为本领域普通技术人员可以想出修改。

在整个说明书中，提及“一个实施例”、“另一个实施例”或“实施例”意指结合实施例所描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，出现在说明书全文各处的词组“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都是指同一个实施例。此外，可以在一个或更多个实施例中以任意的适当方式组合特定的特征、结构或特性。

此外，创造性的方面存在于比单一公开实施例的所有特征更少。因此，详细描述后面的权利要求就此被明确地并入此详细描述中，而且每个权利要求本身代表本发明的个别实施例。虽然已经就几个实施例描述了本发明，但本领域技术人员将认同的是，本发明并不限于所描述的实施例，而是可以在所附权利要求的精神和范围内在修改和变更的情况下实施。因此，本描述被视为说明性而非限制性的。

描述了提供用以提高均匀性的大致上平行于用于等离子体处理的晶片的淋洒喷嘴的方法和设备。现有的气体喷嘴具有有限数量的水平和垂直气体通道，而且无法横跨晶片提供均匀的气流速度分布。

在一个实施例中，用以提高均匀性的大致平行于用于等离子体处理的晶片的淋洒喷嘴包括入口部和出口部。该入口部具有大致平行于垂直轴的侧表面。该入口部包括多个气体通道。该出口部被耦接到该入口部。该出口部包括多个出口。所述出口中的至少一个相对于该垂直轴成非直角的角度。在实施例中，喷嘴朝向晶片分配明显比现有的喷嘴设计更均匀的淋洒气体，并有利地提高大致平行于晶片的等离子体处理的均匀性，如以下进一步详细描述的。

在实施例中，喷嘴有利地防止了在喷嘴处的局部等离子体点燃，如以下进一步详细描述的。本文所述的喷嘴的实施例可以被容易地组装并安装到现有的等离子体腔室盖上，从而有利地节省了制造成本，如以下进一步详细描述的。在实施例中，喷嘴提供在晶片中心处的速度大于现有喷嘴设计的气流，如以下进一步详细描述的。在实施例中，喷嘴有利地输出在晶片中心处的速度大于现有喷嘴设计的气流，如以下进一步详细描述的。

一般来说，用于等离子体处理的喷嘴是被设计用以控制等离子体处理腔室中的气流的特性(例如速率、速度、方向、质量、形状、压力或上述特性的任意组合)的装置。在实施例中，等离子体沉积和蚀刻均匀性取决于腔室中的气体分配。在实施例中，蚀刻均匀性取决于电感耦合等离子体(icp)功率分布更甚于腔室中的气体分配，而聚合物的沉积均匀性受气体分配的影响更甚于icp功率分布。在实施例中，使用基于计算流体动力学(cfd)的模型化来识别现有喷嘴的缺点，并开发用于在等离子体处理腔室中的晶片上方的均匀气流分配的喷嘴。

在实施例中，包括以下联系图1-5所描绘的入口部和出口部的喷嘴提供了优点，因为出口喷嘴部分配均匀的淋洒气体到晶片上。在实施例中，联系图1-5所述描绘的喷嘴的气体通道设计有利地防止了在喷嘴处的局部等离子体点燃。在实施例中，以下联系图3-5所描绘的二零件喷嘴提供了优点，因为该二零件喷嘴允许在入口部和出口部之间的空腔内逐渐增加气体，以朝向晶片输出平稳的淋洒状气流。

图1图示依据本发明的一个实施例用于均匀等离子体处理的喷嘴。视图100为喷嘴的俯视三维图。视图110为喷嘴的仰视三维图。视图120为基本上平行于a-a’轴的喷嘴剖视图。如图1所示，喷嘴包括入口部101和出口部106。出口部106和入口部101形成没有空腔的单一连续部件。入口部101包括基本上平行于垂直y轴112的侧表面104。在实施例中，入口部101具有圆筒形形状。在实施例中，出口部106具有圆筒形形状。该入口部具有基本上平行于水平x轴111的顶表面105。在实施例中，顶表面105经配置以提供与处理腔室的现有盖体设计的兼容性。该入口部包括多个气体通道，诸如穿过顶表面105向下到达出口部106的气体通道102和103。在视图100中，穿过顶表面105的气体通道由多个入口孔表示。如视图120所示，气体通道中的至少一个(例如气体通道102)以相对于垂直y轴的角度123延伸。如视图120所示，气体通道中的至少一个(例如气体通道103)大致平行于垂直y轴延伸。

出口部106在入口部101下方。出口部106包括多个气体出口，诸如穿过出口部106的底部的气体出口107、气体出口108及气体出口126。在视图110中，穿过外零件506的底部的气体出口由多个出口孔表示。如视图110和120所示，气体出口107为位于出口部底部的中心附近的气体出口中的一个。气体出口108和126穿过侧表面124。如视图120和110所示，侧表面124以相对于垂直y轴的角度125延伸。在实施例中，气体出口中的至少一个在出口部中以相对于垂直y轴和水平x轴成非直角(90度)的角度延伸。在实施例中，气体出口中的至少一个在出口部中基本上平行于垂直y轴延伸。如图1的视图120所示，气体出口108相对于在向下的方向114上延伸的垂直y轴成锐角121(小于90度角的角度)，并且相对于在向上方向112上延伸的垂直y轴成钝角127(大于90度的角度)。气体出口108相对于在向右的方向111上延伸的水平x轴成锐角122，并且相对于在向左的方向115上延伸的水平x轴成钝角128。如视图120所示，气体出口126相对于垂直y轴和水平x轴成非90度角的角度。

在实施例中，与穿过顶表面105的气体通道相关联的入口孔的数量和与穿过出口部106的外表面的出口相关联的孔的数量相同。在更具体的实施例中，入口孔的数量为约16，并且出口孔的数量为约16。在实施例中，出口部106的出口孔的数量大于入口部101的入口孔的数量。

在实施例中，入口孔直径大于出口孔直径。在实施例中，入口孔直径为约0.08英寸至约0.14英寸。在更具体的实施例中，入口孔直径为约0.12英寸。在实施例中，出口孔直径为约0.03英寸至约0.07英寸。在更具体的实施例中，出口孔直径为约0.05英寸。

图2图示依据本发明的一个实施例用于均匀等离子体处理的喷嘴。视图200为喷嘴的俯视图。视图210为喷嘴的仰视图。视图230为喷嘴的三维视图。视图220为基本上平行于a-a’轴的喷嘴剖视图。

如图2所示，喷嘴包括入口部201和出口部206。出口部206和入口部201形成没有空腔的单一连续部件。入口部201包括基本上平行于水平x轴211的顶表面205及多个气体通道，诸如穿过顶表面205的气体通道202和203。在实施例中，入口部201具有圆筒形形状。入口部201在顶表面205上具有窗袋234，以提供与处理腔室(未示出)的现有盖体设计的兼容性或以其他方式耦接到处理腔室的盖体。

在视图200和230中，气体通道(诸如穿过顶表面205的气体通道202和203)由多个入口孔表示。气体通道中的至少一个相对于基本上平行于垂直y轴212的侧表面204成角度。如视图220所示，气体通道202以相对于垂直y轴212的角度223延伸。如图2所示，气体通道202相对于垂直y轴212成锐角235。在实施例中，入口部201中的气体通道中的至少一个平行于垂直y轴。出口部206在入口部201下方。出口部206包括多个气体出口，诸如以不同角度穿过出口部206的底表面的气体出口207和气体出口208。在视图210中，气体出口(诸如穿过外零件206的底表面的气体出口207和208)以多个出口孔表示。

如图2所示，喷嘴的出口部包括同心的阶梯，诸如第一阶梯224、阶梯228、阶梯229、及在出口部206的底部中心的最后阶梯227。气体出口延伸通过出口部206的壁，使得与出口相关联的孔位于阶梯中的每一个上。如视图210所描绘，出口207的孔在阶梯228上，出口208的孔在阶梯229上。在实施例中，入口部201的气体通道被耦接到出口部206的多个气体出口。如视图220所示，气体通道203被连接到气体出口241和242。

在实施例中，气体出口中的至少一个在出口部中以相对于垂直y轴和水平x轴成非90度的角度延伸。在实施例中，气体出口中的至少一个在出口部中基本上平行于垂直y轴延伸。如视图220所示，气体出口208相对于在向下的方向214上延伸的垂直y轴成锐角221，并且相对于在向上的方向212上延伸的垂直y轴成钝角231。气体出口208相对于在向右方向211上延伸的水平x轴成锐角232，并且相对于在向左的方向215上延伸的水平x轴成钝角233。

如视图220所描绘，第一阶梯224相对于垂直y轴成锐角225，并且最后阶梯227相对于垂直y轴成角度226。在实施例中，第一阶梯224相对于垂直y轴成约30度，随后的阶梯以12度的增量形成，并且最后阶梯227相对于垂直y轴成约90度。在实施例中，阶梯中的每一个包括四个或八个出口孔。如视图210所示，阶梯227具有四个出口孔，阶梯228和229中的每一个具有八个出口孔。

在实施例中，穿过顶表面205的气体通道的入口孔的数量和与穿过出口部206的阶梯底表面的出口相关联的孔的数量相同。在更具体的实施例中，入口孔的数量为约24个，且出口孔的数量为约24个。在实施例中，出口部206的出口孔的数量大于入口部201的入口孔的数量。

在实施例中，入口孔直径大于出口孔直径。在实施例中，入口孔直径为约0.08英寸至约0.14英寸。在更具体的实施例中，入口孔直径为约0.12英寸。在实施例中，出口孔直径为约0.03英寸至约0.07英寸。在更具体的实施例中，出口孔直径为约0.05英寸。

在实施例中，如图1-2所示用以增强到晶片上的淋洒状气流的均匀分布的喷嘴由电介质材料制成，该电介质材料例如陶瓷或其他电介质材料。在实施例中，如图1-2所示的喷嘴经由烧结、研磨、及钻孔工艺或在喷嘴制造的技术领域中普通技术人员已知的其他技术制造。在实施例中，如关于图1所描述的喷嘴的气体通道和出口经由烧结、研磨、及钻孔工艺或在喷嘴制造的技术领域中普通技术人员已知的其他技术形成。

图3图示依据本发明的一个实施例用于均匀等离子体处理的喷嘴。视图300为喷嘴的俯视三维图。视图310为喷嘴的仰视三维图。视图320为基本上平行于a-a’轴的喷嘴剖视图。

如图3所示，喷嘴包括两个部分。第一部分包括入口部301，并且第二部分包括出口部306。如图3所示，出口部306具有凹形形状，使得空腔324在入口部301和出口部306之间形成。出口部306具有凹半径313。在实施例中，出口部306的凹半径为约0.5英寸至约1.5英寸。在更具体的实施例中，出口部306的凹半径为约1英寸。

入口部301包括基本上平行于水平x轴311的顶表面305及多个气体通道，诸如穿过顶表面305的气体通道302和303。在视图300中，气体通道(诸如穿过顶表面305的气体通道302和303)由多个入口孔表示。入口部301具有基本上平行于垂直轴的侧表面304。在实施例中，入口部301具有圆筒形形状。入口部301具有窗袋341，以提供与处理腔室(未示出)的现有盖体设计的兼容性或以其他方式耦接到处理腔室的盖体。

在实施例中，入口部301的气体通道中的至少一个相对于侧表面304具有一角度。在实施例中，在入口部301中的气体通道中的至少一个平行于侧表面304，侧表面304平行于垂直y轴。如图3所示，气体通道302和303平行于垂直y轴。

出口部306在入口部301下方。出口部306包括多个气体出口，诸如以不同角度穿过外零件306的凹形底壁的气体出口307和气体出口308，如视图320所示。在视图310和320中，气体出口(诸如穿过外零件306的凹形底壁的气体出口307和308)以多个出口孔表示。在实施例中，穿过出口部凹形底壁的气体出口中的至少一个相对于垂直y轴和水平x轴成非90度角的角度。在实施例中，穿过出口部凹形底壁的气体出口中的至少一个大致平行于垂直y轴。在实施例中，大致平行于垂直y轴的气体出口中的至少一个穿过出口部凹形底壁的中心。如视图320所示，气体出口308相对于在向下的方向314上延伸的垂直y轴成锐角321。气体出口308相对于在向左的方向315上延伸的水平x轴成锐角331。

在实施例中，与穿过顶表面305的气体通道相关联的入口孔的数量少于与穿过凹形出口部306的出口相关联的孔的数量。在更具体的实施例中，入口孔的数量为约24个，并且出口孔的数量为约84个。在实施例中，入口孔直径大于出口孔直径。在实施例中，入口孔直径为约0.08英寸至约0.14英寸。在更具体的实施例中，入口孔直径为约0.12英寸。在实施例中，出口孔直径为约0.03英寸至约0.07英寸。在更具体的实施例中，出口孔直径为约0.05英寸。

图4图示依据本发明的一个实施例用于均匀等离子体处理的喷嘴。视图400为喷嘴的三维视图。视图410为喷嘴的仰视三维图。视图420为基本上平行于a-a’轴的喷嘴剖视图。

如图4所示，喷嘴包括两个部分。第一部分包括入口部401，并且第二部分包括出口部406。如图4所示，出口部406具有凸形形状，使得空腔424在入口部401和出口部406之间形成。出口部406具有凸半径413。在实施例中，凸半径413为约0.8英寸至约1.8英寸。在更具体的实施例中，凸半径413为约1.24英寸至约1.25英寸。

入口部401包括基本上平行于水平x轴411的顶表面405及多个气体通道，诸如穿过顶表面405的气体通道402和403。在视图400中，气体通道(诸如穿过顶表面405的气体通道402和403)由多个入口孔表示。入口部401具有基本上平行于垂直y轴412的侧表面404。

在实施例中，入口部401具有圆筒形形状。入口部401具有窗袋434，以提供与处理腔室(未示出)的现有盖体设计的兼容性或以其他方式耦接到处理腔室的盖体。

在实施例中，入口部401的气体通道中的至少一个相对于侧表面404具有一角度。在实施例中，在入口部401中的气体通道中的至少一个平行于侧表面404。如图4所示，气体通道402和403平行于侧表面404。

出口部406在入口部401下方。出口部406包括多个气体出口，诸如以不同角度穿过出口部406的凸形底部的气体出口407和气体出口408。在视图410和420中，气体出口(诸如穿过外零件406的凸形底部的气体出口407和408)以多个出口孔表示。支撑特征431在入口部401和出口部406之间的空腔424中。气体出口中的至少一个相对于垂直y轴和水平x轴以非90度角的角度穿过出口部壁。如视图420所示，气体出口408相对于在向下的方向414上延伸的垂直y轴成锐角421。气体出口408相对于在向右的方向411上延伸的水平x轴成锐角432。

在实施例中，与穿过顶表面405的气体通道相关联的入口孔的数量小于与穿过出口部406的凸形底部的出口相关联的孔的数量。在更具体的实施例中，入口孔的数量为约24个，并且出口孔的数量为约110个。在实施例中，入口孔直径大于出口孔直径。在实施例中，入口孔直径为约0.08英寸至约0.14英寸。在更具体的实施例中，入口孔直径为约0.10英寸至约0.12英寸。在实施例中，出口孔直径为约0.03英寸至约0.07英寸。在更具体的实施例中，出口孔直径为约0.05英寸。

在实施例中，在图4所描绘的包括入口部401和出口部406的二零件喷嘴设计中，出口喷嘴部分配均匀的淋洒气体到晶片上。该二零件喷嘴设计提供了优点，因为该设计允许在朝向晶片输出平稳的淋洒状气流之前在入口部和出口部之间的空腔内逐渐增加气体。

在实施例中，如图3-4所示用以增强到晶片上的淋洒状气流的均匀分布的喷嘴由电介质材料制成，该电介质材料例如陶瓷或其他用以增强到晶片上的淋洒状气流的均匀分布的电介质材料。

在实施例中，图3-4所示的二零件喷嘴经由烧结、研磨、及钻孔工艺或在喷嘴制造的技术领域中普通技术人员已知的其他技术制造。在实施例中，关于图3-4所描述的喷嘴的气体通道和出口经由烧结、研磨、及钻孔工艺或在喷嘴制造的技术领域中普通技术人员已知的其他技术形成。

图5图示依据本发明的一个实施例的用于均匀等离子体处理的喷嘴。视图500为喷嘴的俯视三维图。视图510为基本上平行于a-a’轴的喷嘴剖视图。视图520为喷嘴的仰视三维图。如图5所示，喷嘴包括两个零件。内零件501被放在外零件506内。内零件501表示入口部，并且外零件506表示出口部。如图5所示，外零件506的底壁具有凸形形状，使得空腔534在该入口部和该出口部之间形成。出口部506的底壁具有凸半径513。在实施例中，凸半径513为约0.8英寸至约1.8英寸。在更具体的实施例中，该凸半径为约1.24英寸至约1.25英寸。

如视图510所示，内零件501包括上部518和下部519。上部518的直径比下部519的直径更大。上部518被放置支撑特征517，支撑特征517从外零件506的内侧壁突出。内零件501具有基本上平行于水平x轴511的顶表面505及多个穿过顶表面505的气体通道。在视图500中气体通道(诸如穿过顶表面505的气体通道502和503)由多个入口孔表示。内零件501具有基本上平行于垂直轴512的侧表面504。在实施例中，内零件501具有圆筒形形状。内零件501具有窗袋531，以提供与处理腔室(未示出)的现有盖体设计的兼容性或以其他方式耦接到处理腔室的盖体。

如视图520所示，气体通道502和503中的每一个相对于侧表面504成一角度。在实施例中，内零件501中的气体通道中的至少一个(未图示)平行于侧表面504。外零件506包括多个气体出口，诸如以不同角度穿过外零件506的凸形底壁的气体出口507和气体出口508。在视图520中，气体出口(诸如穿过外零件506的凸壁的气体出口507和508)由多个出口孔表示。支撑特征522在内零件501的底部和外零件506的凸壁之间的空腔534中。气体出口中的至少一个相对于垂直y轴和水平x轴以非90度角的角度延伸。如视图520所示，气体出口507相对于在向上的方向511上延伸的垂直y轴成锐角521。气体出口507相对于在向右的方向511上延伸的水平x轴成锐角524。气体出口516穿过外零件底部的中心，如视图520所示。

在实施例中，与穿过顶表面505的气体通道相关联的入口孔的数量小于与穿过外零件506的凸壁的出口相关联的孔的数量。在更具体的实施例中，与气体通道相关联的入口孔的数量为约24个，并且出口孔的数量为约114个。在实施例中，入口孔直径大于出口孔直径。在实施例中，入口孔直径为约0.08英寸至约0.14英寸。在更具体的实施例中，入口孔直径为约0.10英寸至约0.12英寸。在实施例中，出口孔直径为约0.03英寸至约0.07英寸。在更具体的实施例中，出口孔直径为约0.05英寸。

在实施例中，在图5所描绘的包括内入口部501和外出口部506的二零件喷嘴设计中，外出口喷嘴部分配均匀的淋洒气体到晶片上。该二零件喷嘴设计提供了优点，因为该设计允许在朝向晶片输出平稳的淋洒状气流之前在内入口部和外出口部之间的空腔内逐渐增加气体。

在实施例中，如图5所描绘的用于均匀等离子体处理的喷嘴由电介质材料制成，该电介质材料例如陶瓷或其他用以增强到晶片上的淋洒状气流的均匀分布的电介质材料。在实施例中，图5所示的二零件喷嘴经由烧结、研磨、及钻孔工艺或在喷嘴制造的技术领域中普通技术人员已知的其他技术制造。在实施例中，关于图5所描述的喷嘴的气体通道和出口经由烧结、研磨、及钻孔工艺或在喷嘴制造的技术领域中普通技术人员已知的其他技术形成。

图6图示用以提高等离子体处理的均匀性的等离子体系统600的一个实施例的框图。如图6所示，系统600具有处理腔室601。用以固持工件603的可移动台座602被放在处理腔室601中。台座602包括静电夹盘(“esc”)、嵌入esc的直流(dc)电极、及冷却/加热基座。在实施例中，台座602充当移动阴极。在实施例中，esc包括al2o3材料、y2o3或电子器件制造的普通技术人员已知的其他陶瓷材料。直流电源604被连接到台座602的直流电极。

如图6所示，工件603通过开口608被装载并被放在台座602上。在实施例中，工件603被放在基本上平行于水平轴111的台座602上。在实施例中，工件在基板上包括掩模层，如以下关于图9进一步详细描述的。工件可以在半导体晶片上包括掩模，或者工件可以是电子器件制造的普通技术人员已知的其他工件。在至少一些实施例中，工件包括用以制造集成电路、无源(例如电容器、电感器)及有源(例如晶体管、光电检测器、激光器、二极管)微电子器件中任何一者的任何材料。

工件可以包括将这种有源和无源微电子器件与被形成在该有源和无源微电子器件的顶部上的一个或多个导电层分离的绝缘(例如电介质)材料。在一个实施例中，工件包括在半导体基板上方的掩模，该半导体基板包括一个或更多个电介质层，例如二氧化硅、氮化硅、蓝宝石、及其他电介质材料。在一个实施例中，工件包括在包括一个或更多个层的晶片叠层上方的掩模。工件的一个或更多个层可以包括导体层、半导体层、绝缘层或上述层的任意组合。

系统600包括入口，以通过质量流量控制器611将一种或更多种处理气体612输入等离子体源613。包括淋洒喷嘴614的等离子体源613被耦接到处理腔室601，以接收一种或更多种气体612并从该等气体产生等离子体615。在实施例中，淋洒喷嘴614表示以上关于图1-5描述的淋洒喷嘴中的一个。淋洒喷嘴614位于工件603上方。

在实施例中，喷嘴614包括入口部和耦接到该入口部的出口部，如上所述。该入口部具有基本上平行于垂直y轴612的侧表面。该一种或更多种气体通过喷嘴614的入口部的多个气体通道被供应到喷嘴614的出口部的多个出口，以均匀地分布在工件603上方。在实施例中，喷嘴614的气体出口中的至少一个相对于垂直轴成非直角的角度，如上所述。

等离子体源613被耦接到rf电源610。等离子体源613通过淋洒喷嘴614在处理腔室601中利用高频电场从一种或更多种处理气体612产生等离子体615。等离子体615包括等离子体粒子，诸如离子、电子、自由基或上述各项的任意组合。在实施例中，电源610以13.56mhz的频率供应从约0w至约7500w的功率，以产生等离子体115。等离子体偏压功率605经由射频匹配607耦接到台座602(例如阴极)，以激发等离子体。

在实施例中，等离子体偏压功率605以400khz的频率提供不大于3000w的偏压功率。在实施例中，也可以提供等离子体偏压功率606，以例如提供频率从约2mhz至约60mhz的另一个不大于1000w的偏压功率。在实施例中，等离子体偏压功率606和偏压功率605被连接到射频匹配607，以提供双频偏压功率。在实施例中，被施加到台座602的总偏压功率是从约10w至约3000w。

如图6所示，压力控制系统609提供压力到处理腔室601。如图6所示，腔室601经由一个或更多个排气出口616被抽空，以抽空腔室中在处理过程中产生的挥发性产物。在实施例中，等离子体系统600为感应耦合等离子体(“icp”)系统。在实施例中，等离子体系统600为电容耦合等离子体(“ccp”)系统。

控制系统617耦接到腔室601。控制系统617包括处理器618、耦接到处理器618的温度控制器619、耦接到处理器618的存储器620、以及耦接到处理器618的输入/输出装置621。在实施例中，处理器618具有用以控制通过喷嘴614供应一种或更多种气体的配置，以产生等离子体粒子并将该等等离子体粒子均匀地分配于工件603上方。

在实施例中，处理器618具有控制利用等离子体粒子蚀刻工件基板的配置，如以下针对图9进一步详细描述的。在实施例中，处理器618具有控制利用等离子体粒子在基板上沉积一个或更多个层的配置，如以下针对图9进一步详细描述的。

在实施例中，存储器620存储一个或更多个参数，包括压力、电源、偏压功率、气流、或温度中的一者或更多者，以控制一个或更多个层在基板上的沉积，并控制基板的蚀刻，如以下进一步详细描述的。控制系统617经配置以执行本文所述的方法，而且可以是软件或硬件、或软件和硬件的组合。

等离子体系统600可以是所属技术领域中常规的、任何类型的高性能半导体处理等离子体系统，诸如但不限于蚀刻器、清洁器、熔炉、或任何其他用以制造电子器件的等离子体系统。在实施例中，系统600可以代表等离子体系统中的一种，例如由位于美国加州圣克拉拉的应用材料公司(appliedmaterials,inc.locatedinsantaclara,california)制造的etchsilvachamber系统或任何其他等离子体系统。

图7为依据本发明的一个实施例的等离子体处理腔室700的三维视图。等离子体处理腔室700包括腔室主体701，腔室主体701中放置用以固持工件的esc。盖体703被放在腔室主体701上。在实施例中，盖体703由绝缘材料制成，该绝缘材料例如陶瓷或其他绝缘材料。加热垫704在盖体703上。夹具705被用来将如上所述的淋洒喷嘴(未示出)夹持到盖体703，以将淋洒喷嘴放在腔室主体701中的工件(未示出)上方。用以提高上述等离子体处理的均匀性的淋洒喷嘴可被容易地组装并安装到腔室盖703上的进料毂(hub)和窗袋上。腔室700包括附接到腔室主体701的排气出口702，以抽空挥发性产品并保持腔室中的真空。

图8图示依据本发明的一个实施例通过被放在等离子体腔室中的晶片上方的喷嘴的气流的速度分布。示图801图示晶片上方1毫米(mm)距离处的气流速度分布。示图802图示晶片上方10mm距离处的气流速度分布。示图803图示晶片上方5mm距离处的气流速度分布。在实施例中，使用cfd建模技术来分析等离子体处理腔室中晶片上方的气流速度分布。在实施例中，从喷嘴供应的气体包括sf6、c4f8、或上述气体的任意组合。在实施例中，sf6气体的流动速率为约400标准立方厘米每分钟(sccm)。在实施例中，c4f8气体的流动速率为约400sccm。

在实施例中，等离子体腔室中的压力为约140毫托。在实施例中，从等离子体源通过喷嘴供应的气体温度为约95℃。在实施例中，被放在等离子体腔室中的esc的阴极温度为约-10℃。在实施例中，盖体(例如盖体703)的温度为约90℃。等离子体腔室可以是上述等离子体腔室中的任意一个。喷嘴可以是上述喷嘴中的任意一个。在实施例中，气体从图5所描绘的喷嘴进行供应。

如示图801、802及803所示，晶片上方10mm、5mm及1mm距离处的气流速度被保持大体均匀。如示图801所示，中央部808、中间部809、及边缘部807上方的速度被保持在约1.6m/s，这表示大体上均匀的气流分布。对于现有的喷嘴设计来说，晶片上方的气流速度至少变化6倍，如图10所示(曲线1005)。

一般来说，气体死区是指不参与气体循环的气体体积。在实施例中，通过联系图1-5所描述的喷嘴中的任意一个供应的气流自由地向下流到晶片，而且未显现死区。在实施例中，通过联系图1-5所描述的喷嘴中的任意一个供应的气流包括晶片上方约1mm距离处的再循环区，以提高气流的均匀性。

也就是说，与现有的喷嘴设计相比，使用联系图1-5所描述的淋洒喷嘴设计明显改善了在晶片中心上方约1mm距离处的气体分配的均匀性。

图10图示依据本发明的一个实施例的各种喷嘴设计的气体速度曲线图。曲线图1001图示对于不同的喷嘴设计在晶片上方约1mm距离处的相对于弦长1003的速度大小1004。曲线图1002表示曲线图1001的一部分。曲线1005图示现有喷嘴的气体速度大小。曲线1006图示图1所描绘的喷嘴的气体速度大小。曲线1007图示图2所描绘的阶梯喷嘴的气体速度大小。曲线1008图示图3所描绘的凹形喷嘴的气体速度大小。曲线1009图示图4所描绘的凸形喷嘴的气体速度大小。曲线1011图示图5所描绘的凸形喷嘴的气体速度大小。如图10所图示，与现有的喷嘴设计相比，气体速度大小的变化被明显改善了。如图10所图示，气体速度大小的变化从现有设计(曲线1005)的约6降低到图5描绘的设计(曲线1011)的约1.5。

在实施例中，使用如以上联系图1-5所描述的淋洒喷嘴来为波希工艺、背侧通孔显露蚀刻、或其他沉积和蚀刻操作在晶片上方提供均匀的等离子体分布，如以下进一步详细描述的。

图9图示依据一个实施例的电子器件结构900的侧视图。电子器件结构900包括基板。在实施例中，电子器件结构900表示图6所描绘的工件603。在实施例中，基板901包括半导体材料，例如单晶硅(“si”)、锗(“ge”)、硅锗(“sige”)、以iii-v族材料为基础的材料(例如砷化镓(“gaas”))、或上述材料的任意组合。在一个实施例中，基板901包括用于集成电路的金属化互连层。在一个实施例中，基板901包括电子器件，例如晶体管、存储器、电容器、电阻器、光电器件、开关、及由电绝缘层分隔的任何其他有源和无源电子器件，该电绝缘层例如层间电介质、沟槽绝缘层、或电子器件制造技术领域中普通技术人员已知的任何其他绝缘层。在至少一些实施例中，基板901包括经配置以连接金属化层的互连件，例如通孔。在一个实施例中，基板901为包括块状下基板、中间绝缘层、及顶部单晶层的绝缘体上半导体(soi)基板。该顶部单晶层可以包括上面所列的任意材料，例如硅。

器件层902被沉积在基板901上。在实施例中，器件层902包括适合将相邻器件绝缘并防止泄漏的绝缘层。在一个实施例中，器件层902包括氧化物层(例如氧化硅、氧化铝(“al2o3”)、氧化氮化硅(“sion”))、氮化硅层、上述层的任意组合、或由电子器件设计决定的其他电绝缘层。在一个实施例中，器件层902包括层间电介质(ild)，例如二氧化硅。在一个实施例中，器件层902包括聚酰亚胺、环氧树脂、光可限定材料(诸如苯环丁烯(bcb))、以及wpr系列材料、或旋涂玻璃。

在实施例中，器件层902包括导电层。在实施例中，器件层902包括金属(例如铜(cu)、铝(al)、铟(in)、锡(sn)、铅(pb)、银(ag)、锑(sb)、铋(bi)、锌(zn)、镉(cd)、金(au)、钌(ru)、镍(ni)、钴(co)、铬(cr)、铁(fe)、锰(mn)、钛(ti)、铪(hf)、钽(ta)、钨(w)、钒(v)、钼(mo)、钯(pd)、金(au)、铂(pt))、多晶硅、电子器件制造的技术领域中普通技术人员已知的其他导电层、或上述各项的任意组合。在实施例中，器件层902为上述一个或更多个层的堆栈。

器件层902可以使用沉积技术中的一种来沉积，该沉积技术诸如但不限于化学气相沉积(“cvd”)，例如等离子体增强化学气相沉积(“pecvd”)、物理气相沉积(“pvd”)、分子束外延(“mbe”)、金属有机化学气相沉积(“mocvd”)、原子层沉积(“ald”)、或电子器件制造的技术领域中普通技术人员已知的其他沉积技术。

在实施例中，器件层902的厚度为约2纳米(“nm”)至约5微米(“μm”)。图案化掩模903被沉积在器件层902上。在实施例中，掩模903为硬掩模，例如氧化物掩模、抗蚀剂掩模、非晶碳层(acl)掩模、或任何其他掩模，以蚀刻下方的器件层902。在实施例中，掩模903为由位于美国加州圣克拉拉的应用材料公司制造的掺杂硼的非晶碳层(bacl)、或其他的bacl。在实施例中，掩模层903的厚度为约2nm至约5μm。图案化掩模903可以使用电子器件制造的技术领域中普通技术人员已知的沉积和图案化技术形成。

如图9a所示，气体通过喷嘴905供应到处理腔室，以产生等离子体粒子906，用以蚀刻被掩模903暴露出的一部分器件层902，以形成开口904。等离子体粒子906包括离子、电子、自由基、或上述各项的任意组合。在实施例中，喷嘴905表示以上联系图1-5所描述的喷嘴中的一个。等离子体腔室可以是上述等离子体腔室中的一个、或其他等离子体腔室。在实施例中，用以产生等离子体粒子906的气体包括sf6、cf4、o2、或上述气体的任意组合。在实施例中，被蚀刻出的开口904的深度为约10nm至约300nm。

图9b为类似于图9a的视图910，该图图示出依据一个实施例在开口904中沉积钝化层908。钝化层908使用等离子体粒子907进行沉积。等离子体粒子907包括离子、电子、自由基、或上述各项的任意组合。气体通过喷嘴905进行供应，以产生等离子体粒子907。钝化层908通过将等离子体粒子907化学键结于开口904的侧壁和底部911而沉积。钝化层908保护开口904基板的侧壁免于被进一步蚀刻。在实施例中，用以产生等离子体粒子907的气体包括(cfx)n、sifx、c4f8、c4f6、chf3、sif4、或上述气体的任意组合。在实施例中，钝化层908为氟碳((cfx)n)层。在实施例中，钝化层908的厚度是从约1nm至约100nm。

图9c为类似于图9b的视图920，该图图示出依据本发明的一个实施例蚀刻一部分的器件层以蚀穿开口904底部上的钝化层。在蚀刻操作的过程中，轰击器件层的定向等离子体粒子(诸如离子、电子、自由基、或上述各项的任意组合)攻击在开口904的底部911的钝化层，同时保留开口904的侧壁上的钝化层908。等离子体粒子909碰撞钝化层908而暴露出开口的底部部分912。在实施例中，暴露的部分912被向下蚀刻到约10nm至约300nm的深度。

图9d为依据本发明的一个实施例重复图9b和图9c描绘的蚀刻和沉积操作多次之后的视图930。重复图9b和图9c描绘的蚀刻和沉积操作，以向下逐步蚀刻该开口的底部到达基板901，同时保持该开口的侧壁而形成开口913。在实施例中，开口913的深度为约几埃至约数百微米。

在前述的说明书中，参照本发明的具体示例性实施例描述了本发明的实施例。明显的是，可以在不偏离以下权利要求中阐述的本发明实施例的较宽广精神和范围的情况下进行各种修改。因此，应将本说明书和附图视为说明性的意义而非限制性的意义。