CN101086953A - 半导体基底处理装置、方法和介质 - Google Patents

半导体基底处理装置、方法和介质 Download PDF

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Abstract

公开了一种半导体基底处理装置。所述半导体基底处理装置能够将具有相同频率的RF能量提供到上电极和下电极，以产生不同程度的均匀性，并且控制RF能量的能量比，从而提高半导体基底的处理均匀性。所述装置包括：真空室，用于容纳半导体基底；上电极和下电极，置于所述真空室中；RF能量供应器，用于将具有相同频率的RF能量提供到上电极和下电极；控制器，用于控制从RF能量供应器供应到上电极和下电极的RF能量的能量比。

Description

半导体基底处理装置、方法和介质
技术领域
本发明涉及一种使用等离子体的半导体制造工艺中的蚀刻和沉积工艺，更具体地讲，本发明涉及一种半导体基底处理装置、方法和介质，本发明能够增强处理等离子体的均匀性，以控制蚀刻均匀性。
背景技术
通常，半导体制造工艺包括等离子体蚀刻或沉积工艺，在所述蚀刻和沉积工艺中，作为目标基底的半导体基底受到等离子体的蚀刻或沉积。在各种等离子体蚀刻装置或等离子体沉积装置中，通常使用平面型电感耦合等离子体处理装置。
平面型电感耦合等离子体处理装置包括平行地置于真空室中的一对平面电极(上电极和下电极)，以在将处理气体供应到真空室中的同时，通过将RF(射频)施加到电极之一上来在电极之间产生RF电场。RF电场使得反应室中的气体激发为等离子体，等离子体发出离子和电子，从而通过利用等离子体的离子和电子使半导体基底受到蚀刻和沉积而作为半导体预处理。
对于这种半导体预处理，真空室采用高功率的RF能量供应器，该RF能量供应器将RF能量供应到室内电极上，以将反应室中的气体激发为等离子体。这里，RF能量供应器的频率和功率影响该工艺的特性。
最初，真空室采用单一RF能量供应器。然而，随着半导体基底集成度的增加，半导体基底处理要求的特性也已增加。在这一点上，已经开发了采用两种频率的半导体基底处理装置，并且，近年来，也已开发了采用三种频率的半导体基底处理装置。
图1A示出了在第6423242号美国专利中公开的半导体基底处理装置的RF能量供应系统，为采用两种频率的半导体基底处理装置中的一种。
在图1A中，两个RF能量供应器7和9分别连接到平行置于真空室1中的上电极3和下电极5上，从而将不同的RF能量供应到上电极3和下电极5。在RF能量中，具有较低频率的RF能量被用于控制等离子体的成分中的离子的能量，具有较高频率的RF能量被用于控制离子的密度，从而提高蚀刻速率(或沉积速率)。
图2A示出了第4579618号美国专利中公开的用于半导体基底处理装置的RF能量供应系统，为另一种采用两种频率的半导体基底处理装置。
在图2A中，两个RF能量供应器15和17被连接到置于真空室11中的下电极13上，使得不同的RF能量仅被供应到下电极13上。具有较低频率的RF能量被用于控制等离子体的成分中的离子的能量，具有较高频率的RF能量被用于控制离子的密度，从而提高蚀刻速率(或沉积速率)。
同时，随着半导体工艺需要更高的蚀刻速率，需要更高的等离子体密度(由于更高的等离子体密度提高蚀刻速率)，因此，如图1A和2A中示出的适于采用两种不同频率的RF能量供应系统已经被改造为采用更高的频率。然而，对于采用高频率的RF能量供应系统，高频率在电极3和5或13上产生正弦波，这在工艺的蚀刻均匀性上导致问题，如图1B和2B所示。
此外，由于传统系统不能调整供应到电极3和5或13上的RF能量的能量比，因此，传统系统在蚀刻均匀性的调整上遭遇失败。
为了解决这些问题，已经提议一种包括改造的上电极来实现工艺均匀性的技术。然而，该技术存在不能克服由于半导体基底处理的条件变化而引起的均匀性改变的问题。
发明内容
为了解决上述和其它问题，已经研究出本发明，本发明的一方面在于提供一种半导体基底处理装置，该装置能够将具有相同频率的RF能量供应到用于产生不同均匀程度的上电极和下电极，并且能够控制RF能量的能量比，从而增强半导体基底上的处理均匀性。
在下面的描述中，将部分阐述本发明的其它方面、特点和/或优点，另外的部分，通过描述将是清楚的，或者通过实施本发明来了解。
根据本发明的一方面，提供了一种半导体基底处理装置，包括：真空室，用于容纳半导体基底；上电极和下电极，置于真空室中；RF(射频)能量供应器，用于将具有相同频率的RF能量供应到上电极和下电极；控制器，用于控制从RF能量供应器供应到上电极和下电极的RF能量的能量比。
RF能量供应器可包括连接到上电极和下电极的一对或更多高频能量供应器。
每个高频能量供应器可具有2MHz或更高的可用频率。
RF能量供应器还可包括连接到下电极的低频能量供应器。
低频能量供应器可具有低于高频能量提供器的频率的可用频率。
根据本发明的另一方面，提供了一种半导体基底处理装置，包括：真空室，用于容纳半导体基底；气体供应器，用于供应用于处理真空室中的半导体基底的气体；RF(射频)能量供应器，用于供应RF能量，以从供应的气体产生等离子体；控制器，用于控制供应到置于真空室中的上电极和下电极上的RF能量的总量和RF能量的比。
控制器可以使得具有相同频率的高RF能量供应到上电极和下电极。
RF能量可以被从多个RF能量供应器供应到上电极和下电极。
根据本发明的另一方面，提供了一种半导体基底处理装置，包括：真空室，用于容纳半导体基底；上电极和下电极，置于所述真空室中；高频能量供应器，连接到上电极和下电极上，用于将高频RF(射频)能量供应到上电极和下电极；低频能量供应器，连接到下电极，用于将低频RF能量供应到下电极；控制器，用于控制供应到上电极和下电极的RF能量的能量比，其中，所述控制器被结合到高频能量供应器上。
高频能量供应器可包括一对或更多RF能量供应器，用于将具有相同频率的高频RF能量供应到上电极和下电极。
高频能量供应器的每一个可具有2MHz或更高的可用频率。
低频能量供应器可具有低于2MHz的可用频率。
根据本发明的一方面，提供了一种半导体基底处理装置，所述装置包括控制器，所述控制器控制施加到用于容纳半导体基底的真空室中的上电极和下电极的具有相同频率的RF(射频)能量的能量比。
低频能量供应器可以被连接到下电极并将低于RF能量的频率的频率供应到下电极。
低频能量供应器可具有低于2MHz的可用频率。
RF能量可具有2MHz或更高的可用频率。
根据本发明的一方面，提供了一种蚀刻和沉积方法，包括：将半导体基底装载到真空室中；将具有相同频率的RF(射频)能量提供到置于真空室中的上电极和下电极；控制供应到上电极和下电极上的RF能量的能量比。所述方法还可将低频能量供应到下电极，其中，低频能量具有的频率低于RF能量的频率。
一种计算机可读介质，存储有控制至少一个处理器执行本发明的方法的指令。
附图说明
通过下面结合附图对示例性实施例进行的描述，本发明的这些和/或其它方面、特点和优点将会变得清楚和更易于理解，其中：
图1A示出用于传统半导体基底处理装置的RF能量供应系统的一个例子；
图1B示出了图1A的RF能量供应系统的蚀刻均匀性；
图2A示出了用于传统半导体基底处理装置的RF能量供应系统的另一例子；
图2B示出了图2A的RF能量供应系统的蚀刻均匀性；
图3是示出根据本发明的示例性实施例的用于半导体基底处理装置的RF能量供应系统的结构的框图；
图4是示出根据本发明的示例性实施例的半导体基底处理装置的RF能量比的改变引起的蚀刻均匀性的改变的表；
图5是描述根据本发明的示例性实施例的半导体基底处理装置的蚀刻均匀性和RF能量比之间的关系的曲线示图；
图6是示出根据本发明的示例性实施例的根据半导体基底处理装置的RF能量比的蚀刻速率和蚀刻均匀性之间的关系的表；
图7是示出根据本发明的示例性实施例的蚀刻和沉积方法的流程图。
具体实施方式
现在，将对本发明的示例性实施例进行详细描述，其例子示于附图中。其中，相同的标号始终表示相同的元件。下面，通过参照附图描述示例性实施例以解释本发明。
图3是示出根据本发明的示例性实施例的用于半导体基底处理装置的RF能量供应系统的结构的框图。
参照图3，根据本发明示例性实施例的半导体基底处理装置包括真空室20、上电极22和下电极24、气体供应器26、RF能量供应器和控制器40。
真空室20是由等离子体在其中执行半导体制造处理的处理室。在真空室20中，通过施加RF能量使所供应的气体激发为等离子体，用于对装载到真空室20中的半导体基底50进行蚀刻处理。
上电极22是板形的导体，置于真空室20的上部，并且将RF能量供应到真空室20中，以将供应的气体激发为等离子体。
下电极24是另一个板形的导体，与上电极22平行地置于真空室20的下部，并像上电极22那样，将RF能量供应到真空室20中，以将供应的气体激发为等离子体，同时允许将包括半导体基底50的处理目标放置在其上。
气体供应器26供应用于处理装载到真空室20中的半导体基底50的气体。
RF能量供应器用于将最好在几KHz到几GHz范围内的RF能量供应到上电极22和下电极24。
RF能量供应器包括：第一高频能量供应器28和第二高频能量供应器30，连接到上电极22和下电极24上，用于将2MHz或更高频率的较高频率能量供应到上电极22和下电极24；第一高频匹配箱32箱和第二高频匹配箱34，匹配较高频率能量的阻抗，以使得从第一高频能量供应器28和第二高频能量供应器30供应的RF能量的最大能量被传送到上电极22和下电极24；低频能量供应器36，连接到下电极24，以将具有较低频率的RF能量提供到下电极24，所述较低频率低于第一高频能量提供器28和第二高频能量提供器30的较高频率；低频匹配箱38，匹配较低频率能量的阻抗，以使得从较低频率能量供应器36供应的RF能量的最大能量被传送到下电极24。
控制器40用于控制第一高频能量供应器28和第二高频能量供应器30的能量供应比，以控制供应到上电极22和下电极24的RF能量的能量比。为此，控制器40控制第一高频能量供应器28和第二高频能量供应器30，以控制供应到置于真空室20中的上电极22和下电极24的RF能量的总量和RF能量的比。
下面，将描述本发明的示例性实施例的半导体基底处理装置的操作和效果。
与传统的RF能量供应系统不同，根据本发明示例性实施例的用于半导体基底处理装置的RF能量供应系统将具有相同高频的RF能量供应到上电极22和下电极24，通过控制供应到上电极22和下电极24的高频RF能量的能量比来改变蚀刻均匀性，从而使得能够根据半导体基底处理的条件的改变来调整蚀刻(或沉积)均匀性。
随着半导体制造工艺的执行，通过开关(未示出)的操作，将处理气体从气体供应器26供应到真空室20，并通过第一高频匹配箱32和第二高频匹配箱34以及低频匹配箱38，将RF能量从第一高频能量供应器28和第二高频能量供应器30以及从低频率能量供应器36供应到真空室20中的上电极22和下电极24。
因此，供应的气体在真空室20中被激发为等离子体，并通过使用等离子体的离子和电子对位于下电极24上的半导体基底50执行蚀刻(或沉积)处理。
此时，控制器40可以通过控制供应到上电极22和下电极24的高频RF能量的比来改变等离子体的离子和电子的密度分布，从而调整蚀刻(或沉积)均匀性以及蚀刻速率(或沉积速率)，其中，所述高频RF能量的比影响对位于下电极24上的半导体基底50的蚀刻(或沉积)处理。
图4是示出根据本发明示例性实施例的半导体基底处理装置的RF能量比的改变引起的蚀刻均匀性的改变的表，其中，从RF能量供应系统提供到上电极22和下电极24的RF能量比分别被调整为10∶0、7∶3和0∶10。从该表可以得出，当供应到上电极22和下电极24的RF能量比为7∶3时，蚀刻均匀性比其它RF能量比更进一步提高。
同样地，由于根据本发明示例性实施例的半导体基底处理装置的RF能量供应系统能够在将具有相同频率的高频RF能量供应到上电极22和下电极24上的同时通过控制RF能量比(即，功率比)来控制蚀刻速率，因此，可以根据处理条件的改变通过仅改变能量比来控制工艺参数，而不用改变硬件。
图5是描述根据本发明示例性实施例的半导体基底处理装置的蚀刻均匀性和RF能量比之间的关系的曲线示图。从图5可以得出，当分别以70％和30％将RF能量供应到上电极22和下电极24上时，相应于位置的蚀刻速率维持不变，并且可以根据供应到上电极22和下电极24上的RF能量的比而不同地控制蚀刻速率。
图6是示出根据图4和图5中的示出的RF能量率的蚀刻速率和蚀刻均匀性之间的关系的表。从图6可以看出，在将相同的频率施加到上电极22和下电极24上时，可以通过控制能量比来控制工艺的特性。
图7是示出根据本发明的示例性实施例的蚀刻和/或沉积方法的流程图。如图7所示，半导体基底被装载到真空室中(S100)。在操作S110中，具有相同频率的RF(射频)能量被供应到真空室中的上电极和下电极上。控制供应到上电极和下电极的RF能量的能量比(S120)，可将低频能量供应到下电极(S130)。操作S100至S130可以以任意顺序执行，也可同时执行这些操作中的两个或更多的操作。
从上述描述可知，根据本发明示例性实施例的半导体基底处理装置和方法提供的有益效果为：可以通过将具有相同频率的RF能量提供到用于产生不同程度的均匀性的上电极和下电极并控制RF能量的能量比来控制半导体基底的处理均匀性。
此外，根据本发明示例性实施例的半导体基底处理装置和方法提供的另一有益效果为：可根据处理的条件的改变来改变RF能量的能量比来控制工艺参数，而不用改变硬件。
除了上面描述的示例性实施例，也可通过执行介质/媒介(例如，计算机可读介质/媒介)上的计算机可读代码/指令来实现本发明的示例性实施例。所述介质/媒介可以是任何允许存储和/或传输计算机可读代码/指令的介质/媒介。所述介质/媒介还可包括计算机可读代码/指令、数据文件、数据结构等中的一种或其组合。代码/指令的例子包括机器代码(例如，由编译器产生的代码)以及包含可以通过使用翻译器由计算装置等执行的较高级别的代码的文件。
计算机可读代码/指令可以以各种方式被记录/传送到介质/媒介中，介质/媒介的例子包括磁存储媒介(例如，软盘、硬盘和磁带等)、光学媒介(例如，CD-ROM或DVD)、磁光学媒介(例如，光软盘)、硬件存储装置(例如，只读存储介质、随机存取存储介质、闪速存储器等)和存储/传输媒介(如，传输信号的载波)，这些介质可包括计算机可读代码/指令、数据文件、数据结构等。存储/传输媒介的例子可包括有线和/或无线传输媒介。例如，存储/传输媒介可包括光学电线/线路、波导、以及金属电线/线路等，包括载波传输信号规范指令、数据结构、数据文件等。所述介质/媒介还可以是分布的网络，从而以分布的方式存储/发送和执行计算机可读代码/指令。所述介质/媒介还可以是因特网。所述计算机可读代码/指令可以由一个或多个处理器来执行。一个或多个处理器的例子可以是控制器40。计算机可读代码/指令还可在专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)中的至少一个中执行或包含在其中。控制器40可以是一个或多个ASIC或FPGA。
此外，硬件设备可以被配置为当作一个或更多软件模块，以执行上述示例性实施例中的操作。
这里使用的术语“模块”表示(但不限于)执行特定任务的软件或硬件组件。模块可以被有利地配置为驻留在可寻址存储介质/媒介上，并被配置为在一个或多个处理器上执行。因此，模块可包括例如组件(例如，软件组件、面向对象的软件组件、类组件和任务组件)、处理、函数、属性、进程、子程序、程序代码的代码段、驱动器、固件、微码、电路、数据、数据库、数据结构、表、阵列和变量。组件和模块中提供的功能性可以被结合为更少的组件和模块，或者被进一步分为附加的组件和模块。此外，组件和模块可以操作设备中设置的至少一个处理器(例如，中央处理单元(CPU))。
计算机可读代码/指令和计算机可读介质/媒介可以是为了本发明的目的专门设计和构造的，或者它们可以是计算机硬件和/或计算机软件领域技术人员公知的并且可得到的。
尽管已经示出和描述了本发明的一些示例性实施例，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以在这些实施例中作出改变。

Claims (20)

1、一种半导体基底处理装置，包括：
真空室，用于容纳半导体基底；
上电极和下电极，置于真空室内；
RF能量供应器，将具有相同频率的RF能量供应到上电极和下电极；
控制器，控制从RF能量供应器供应到上电极和下电极的RF能量的能量比。
2、如权利要求1所述的装置，其中，RF能量供应器包括连接到上电极和下电极的一对或更多的高频能量供应器。
3、如权利要求2所述的装置，其中，所述高频能量供应器的每一个都具有2MHz或更高的可用频率。
4、如权利要求2所述的装置，其中，所述RF能量供应器还包括连接到下电极的低频能量供应器。
5、如权利要求4所述的装置，其中，所述低频能量供应器具有低于高频能量供应器的频率的可用频率。
6、一种半导体基底处理装置，包括：
真空室，用于容纳半导体基底；
气体供应器，供应用于处理真空室中的半导体基底的气体；
RF能量提供器，用于供应RF能量，以从供应的气体产生等离子体；
控制器，控制供应到置于真空室中的上电极和下电极的RF能量的总量以及RF能量的比。
7、如权利要求6所述的装置，其中，所述控制器使具有相同频率的高RF能量供应到上电极和下电极。
8、如权利要求7所述的装置，其中，所述RF能量被从多个RF能量供应器供应到上电极和下电极。
9、一种半导体基底处理装置，包括：
真空室，用于容纳半导体基底；
上电极和下电极，置于真空室中；
高频能量供应器，连接到上电极和下电极上，用于将高频RF能量供应到上电极和下电极；
低频能量供应器，连接到下电极上，用于将低频RF能量供应到下电极；
控制器，控制供应到上电极和下电极的RF能量的比，其中，所述控制器结合到高频能量供应器上。
10、如权利要求9所述的装置，其中，高频能量供应器包括一对或更多RF能量供应器，用于将具有相同频率的高频RF能量供应到上电极和下电极。
11、如权利要求9所述的装置，其中，每个高频能量供应器具有2MHz或更高的可用频率。
12、如权利要求9所述的装置，其中，低频能量供应器具有低于2MHz的可用频率。
13、一种包括控制器的装置，所述控制器控制施加到用于容纳半导体基底的真空室中的上电极和下电极上的具有相同频率的RF能量的能量比。
14、如权利要求13所述的装置，还包括连接到下电极的低频能量供应器，所述低频能量供应器将低于RF能量的频率的频率供应到下电极。
15、如权利要求14所述的装置，其中，所述低频能量供应器具有低于2MHz的可用频率。
16、如权利要求13所述的装置，其中，RF能量具有2MHz或更高的可用频率。
17、一种蚀刻和沉积方法，包括：
将半导体基底装载到真空室中；
将具有相同频率的RF能量供应到置于真空室中的上电极和下电极；
控制供应到上电极和下电极的RF能量的能量比。
18、如权利要求17所述的方法，还包括：将低频能量供应到下电极，其中，所述低频能量具有的频率低于RF能量的频率。
19、一种计算机可读介质，存储有用于控制至少一个处理器来执行权利要求17的方法的指令。
20、一种计算机可读介质，存储有用于控制至少一个处理器来执行权利要求18的方法的指令。
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