具有可调双频分压的等离子体反应器制造技术

提供一种用于处理衬底的设备和方法。用于处理衬底的所述设备包括具有第一电极的室；设置在所述室内并提供第二电极的衬底支架；与所述第一电极或所述第二电极电连接的高频电源；与所述第一电极或所述第二电极电连接的低频电源；并且与一个或多个所述电极之间的可变阻抗元件连接。所述可变阻抗元件可以被调节，以便控制在所述第一电极和所述第二电极之间的自偏置分压。本发明专利技术的实施例充分地减少所述电极的腐蚀，保持工艺均匀性、提高用于形成高高宽比亚四分之一微米互连特征结构的蚀刻工艺的精度，并且提供提高的蚀刻率，这缩短集成电路的生产时间并降低生产成本。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般关于衬底处理室，特别是，本专利技术关于用于给处理室输送功率的一种方法和设备。
技术介绍
在半导体器件的制造中，等离子体蚀刻和反应离子蚀刻(RIE)在某些工件如衬底的精确蚀刻中已经成为很重要的工艺。一般可以在相同设备中进行的等离子体蚀刻和反应离子蚀刻之间的差别通常源自处理室中采用的不同压力范围和受激反应物质的平均自由程的相应产生的差别。这里将这两种工艺统称为等离子体蚀刻。等离子体蚀刻是干蚀刻技术，并且同常规的湿蚀刻相比，具有很多优点，其中在该湿蚀刻中工件一般被浸在装有液体蚀刻剂材料的容器中。其中一些优点包括更低的成本、减少的污染问题、与危险化学物质的减少接触、提高的维数控制、提高的均匀性、改进的蚀刻选择性、以及提高的工艺灵活性。随着集成电路密度的增加，器件特征结构尺寸减小到0.25微米以下，同时器件特征结构的高宽比(即特征结构高度与特征结构宽度的比)增加到10∶1以上。需要提高蚀刻工艺的精度以形成这些具有高高宽比的小器件特征结构。此外，期望获得提高的蚀刻率以提高制造集成电路的产量和降低成本。一种等离子体蚀刻室利用两个平行板电极产生和在板电极之间保持工艺气体的等离子体。通常，平行板等离子体蚀刻室包括上电极和下电极。下电极通常用作衬底保持器，衬底(或晶片)设置在下电极上。蚀刻工艺在暴露于等离子体的衬底表面上进行。通常，一个或多个电极与电源连接。在特定平行板反应器中，这些电极与高频电源连接。与上电极连接的电源通常以比与下电极连接的电源更高的频率工作。这种配置被认为可以避免对设置在衬底上的材料的损害。另一平行板反应器具有与下电极连接的两个电源。这两电源各以不同的频率工作，以便控制被处理的衬底的相应的蚀刻特性。另一平行板反应器包括三个电极。第一电极适于支撑衬底并与低频AC电源连接。第二电极与第一电极平行设置并与地面连接。设置在第一和第二电极之间的第三电极(即室主体)由高频AC电源供电。另一常规设备提供单一供电电极反应器。高和低频电源与单电极耦合，以努力提高工艺灵活性、控制和残余物的去除。单电极反应器包括多级无源滤波器网络，该网络用于执行将电源与电极耦合及将低频电源与高频电源隔离开的功能，以及使由该反应器表示的非线性载荷中的这两个频率的混频而产生的不希望的频率衰减的功能。下面专利文献中有对双频平行板反应器的更详细的描述1984年8月7日公布的，授予Tegal公司的名称为“等离子体反应器设备及方法”的美国专利US4464223；1996年4月30日公布的，授予得克萨斯仪器有限公司(Texas Instruments Inc.)的名称为“蚀刻半导体材料中的洁净沟槽的方法和设备”的美国专利US5512130；1986年4月1日公布的，授予Tegal公司的名称为“等离子体反应器设备”的美国专利4579618；以及1993年12月21日公布的，名称为“等离子体工艺装置”的美国专利US5272417。在平行板等离子体蚀刻室中通常遇到的一个问题是在蚀刻工艺期间还蚀刻了暴露于室中的等离子体中的上电极的表面的材料。随着上电极被蚀刻工艺腐蚀，上电极的材料性能发生改变并引起室中处理参数的变化，这导致衬底的不一致或对衬底的非均匀处理。此外，上电极的使用寿命可能短并且可能必须频繁更换，这就增加了半导体器件的生产成本。因此，需要一种平行板等离子体蚀刻系统，该系统能显著地减少上电极腐蚀并且保持工艺的均匀性。可期望该等离子体蚀刻系统能提高该蚀刻工艺的精度，以形成高高宽比的亚四分之一微米的互连结构。还可期望该等离子体蚀刻系统能提供提高的蚀刻率，以缩短集成电路制造时间和降低生产成本。
技术实现思路
本专利技术一般提供一种平行板等离子体蚀刻系统，其可以充分地减少上电极的腐蚀和保持工艺的均匀性。所述等离子体蚀刻系统可提高蚀刻工艺的精度，以形成高高宽比的亚四分之一微米(sub-quarter-micron)的互连结构(feature)。所述等离子体蚀刻系统还可提供提高的蚀刻率，这可缩短集成电路的制造时间并且降低生产成本。在一个方式中，本专利技术提供用于处理衬底的一种设备，所述设备包括具有电极的室、设置在所述室中的衬底支架(substrate support)、与所述电极电连接的高频电源、与所述电极电连接的低频电源，以及连接在所述衬底支架和电接地端之间的可变阻抗元件(variableimpedance element)。在一个实施例中，所述电极包括气体分配器(gas distributor)，并且所述电极和所述衬底支架形成平行板电极。所述高频电源适于以在约13.56MHz和约500MHz之间的频率输送功率，而所述低频电源适于以在约100KHz和约20MHz之间的频率输送功率。所述可变阻抗元件适于调节在所述电极和所述衬底支架之间的自偏置分压(self bias voltagedivision)，并适于在选自所述低频和所述高频中的至少一个的频率下，调节至少一个谐振阻抗(resonant impedance)。在另一方式中，本专利技术提供给工艺室输送功率的一种方法，所述工艺室具有第一电极和形成第二电极的衬底支架，所述方法包括从与所述第一电极连接的高频电源输送高频功率，从与所述第一电极连接的低频电源输送低频功率，以及在所述衬底支架和电接地端之间连接一个可变阻抗元件。在一个实施例中，所述方法还包括调节所述可变阻抗元件以控制在所述第一电极和所述衬底支架之间的自偏置分压(selfbias voltage division)。所述可变阻抗元件可被调节，以在所述低频下，提供第一谐振阻抗，并且在所述高频下，提供第二谐振阻抗。附图说明如前面简要说明的，实现和更详细地了解本专利技术的上述特征、优点和目的的方式可以通过参照附图所示的实施例达到。然而，应该指出的是附图只显示本专利技术的典型实施例，因此不限制本专利技术的范围，本专利技术可以包括其它等效实施例。图1是根据本专利技术方式的处理室的示意剖视图。图2是本专利技术的可变阻抗元件的一个例子的示意图。图3是根据本专利技术方式的另一处理室的示意剖视图。图4是根据本专利技术方式的另一处理室并包括用于高频和低频RF功率的交变地返回的示意剖视图。图5是根据本专利技术方式的处理室的另一实施例的，包括有室匹配的组合的低和高频电源的示意剖视图。图6是根据本专利技术方式的一个处理室的另一实施例的示意剖视图。图7是根据本专利技术方式的一个处理室的另一实施例的示意剖视图。具体实施例方式图1是本专利技术的平行板处理系统100的一个实施例的示意图。所述处理系统100可固定于处理系统平台上并可包括多功能室(multi-purpose chamber)，所述多功能室被配置以执行特定工艺，例如蚀刻工艺。虽然本专利技术是参照一个特定配置结构进行描述的，应该理解，本专利技术可应用于各种配置结构和设计。此外，应该理解所述系统是简化的示意性系统，并且可能是所述处理系统100的组成部分的某些方面未显示。例如，致动器(actuator)、阀门、密封组件等未被显示。本领域技术人员将很容易认识到这些和其它方面可以包括在所述处理系统100中。工艺室100一般包括限定腔(cavity)231的室主体(chamberbody)202，其中所述腔的至少一部分是处理区。所述室主体202包括室壁(chamber wall)204和室底(c本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于处理衬底的设备，所述设备包括：一个室，其具有设置在其中的第一电极；一个衬底支架，其设置在所述室内并在所述室内提供第二电极；一个高频电源，其与所述第一电极或所述第二电极电连接；一个低频电源，其与所述第一 电极或所述第二电极电连接；以及一个或多个可变阻抗元件，这些可变阻抗元件在衬底支架和电接地端之间，与所述第一电极和／或所述第二电极连接。

【技术特征摘要】
US 2001-8-16 09/931,3241.一种用于处理衬底的设备，所述设备包括一个室，其具有设置在其中的第一电极；一个衬底支架，其设置在所述室内并在所述室内提供第二电极；一个高频电源，其与所述第一电极或所述第二电极电连接；一个低频电源，其与所述第一电极或所述第二电极电连接；以及一个或多个可变阻抗元件，这些可变阻抗元件在衬底支架和电接地端之间，与所述第一电极和/或所述第二电极连接。2.如权利要求1所述的设备，其中所述第一电极包括气体分配器。3.如权利要求1所述的设备，其中所述第一电极和所述第二电极形成平行板电极。4.如权利要求1所述的设备，其中所述室按蚀刻室形式配置。5.如权利要求1所述的设备，其中所述高频电源适于以在约13.56MHz和约500MHz之间的频率，输送功率。6.如权利要求1所述的设备，其中所述低频电源适于以在约100KHz和约20MHz之间的频率，输送功率。7.如权利要求1所述的设备，其中所述可变阻抗元件包括至少一个感应器和至少一个电容器。8.如权利要求1所述的设备，其中所述可变阻抗元件包括至少一个感应器和至少一个可变电容器。9.如权利要求1所述的设备，其中所述可变阻抗元件适于调节在所述第一电极和所述第二电极之间的自偏置分压。10.如权利要求1所述的设备，其中所述可变阻抗元件适于在选自所述低频和所述高频的至少一个的频率，调节至少一个谐振阻抗。11.如权利要求1所述的设备，其中所述可变阻抗元件适于在所述低频调节第一谐振阻抗和在所述高频调节第二谐振阻抗。12.如权利要求11所述的设备，其中所述高频功率和所述低频功率输送给一个电极，并且至少一个可变阻抗元件与另一个电极连接。13.如权利要求11所述的设备，其中所述高频功率和所述低频功率输送给相对的电极，并且可变阻抗元件与每个电极连接。14.一种给工艺室输送功率的设备，所述工艺室包括第一电极和形成第二电极的衬底支架，所述设备包括一个高频电源，其与所述第一电极电连接；一个低频电源，其与所述第一电极电连接；以及一个可变阻抗元件，其在所述衬底支架和电接地端之间并与所述衬底支架和电接地端连接。15.如权利要求14所述的设备，其中所述高频电源适于以在约13.56MHz和约500M...

【专利技术属性】
技术研发人员：MS巴恩斯，J霍兰，A佩特森，V托多罗夫，F穆加达姆，
申请(专利权)人：应用材料有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]