CN103165374B - 一种等离子体处理装置及应用于等离子处理装置的边缘环 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于等离子处理装置以及用于该等离子体处理装置的边缘环，其中，其中所述等离子处理装置包括：一个反应腔体，反应腔体围绕一个基座，基座上固定有待加工基片，基座与反应腔体顶壁之间的空间构成一个等离子加工区，其中所述边缘环安装在基座上靠近并环绕所述基片，所述边缘环上表面暴露到所述等离子加工区，其中所述边缘环包括一个本体部分和位于本体部分上表面的镀层部分，所述镀层为TiN材料。通过边缘环上镀含钛材料层可以减轻自由基对掩膜的破坏。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种用于等离子体处理装置中围绕处理基片的边缘环。
背景技术
半导体工艺在铜互连工艺中需要对绝缘材料进行等离子刻蚀。随着临界尺寸(CD)的缩小精度要求也越来越高。在绝缘层刻蚀中典型的有双大马士刻蚀(dual damascene简称DD)工艺，也就是在同一个工艺里完成对绝缘层材料沟道和通孔的刻蚀。在DD这个刻蚀工艺中会用到极薄的TiN材料作为掩膜刻蚀下方的绝缘材料层如Low-K材料。这层TiN材料由于及其薄小于10nm，通常只有约几十埃所以在刻蚀过程中很容易被破坏。掩膜层被破坏会导致下方刻蚀形成的沟槽开口处形成斜面，这会使得沟槽的可靠性下降。经过发明人的研究和实验发现对TiN掩膜造成破坏的主要因素是等离子刻蚀中产生的自由基(radical)，而在等离子刻蚀机特别是电容耦合型等离子刻蚀机中通常在处理基片边缘位置的自由基浓度要远大于处理基片中心位置的浓度。这就造成了刻蚀结果与自由基浓度分布相对应的不均匀。
因此，业内需要能够简单有效地改善边缘效应，提高制程均一性。
发明内容
针对背景技术中的上述问题，本发明提出了能够改善均一性的等离子处理装置和用于等离子体处理装置的边缘环。
本发明第一方面提供一种应用于等离子体处理装置的边缘环，其中，所述等离子处理装置包括，一个反应腔体，反应腔体围绕一个基座，与基座相对的反应腔体包括一个顶壁，基座内包括一个电极连接射频电源，基座上固定有待加工基片，基座与反应腔体顶壁之间的空间构成一个等离子加工区，
一个边缘环安装在基座上靠近并环绕所述基片，所述边缘环上表面暴露到所述等离子加工区，其中所述边缘环包括一个本体部分和位于本体部分上表面的镀层部分，所述镀层为含钛材料。含碳材料包括TiN，氧化钛、氟化钛之一。
其中该等离子处理腔可以是电容耦合的也可以是电感耦合型的等离子反应腔。安装在基座上待处理的基片包括TiN掩膜和掩膜下待刻蚀的绝缘材料层，通过等离子处理形成双大马士图形的沟槽和通孔。所述TiN掩膜厚度小于10nm。
附图说明
图1是本发明的实施例的等离子刻蚀装置的台结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的具体实施方式进行说明。
图1是本发明一个具体实施例的等离子处理装置的结构示意图。如图1所示，本发明提供了一种应用于等离子体处理装置100的用于承载基片20的基座22，其中，所述基片20位于所述基座22上方。所述基座22上还包括一个基片固定装置21，典型的如静电夹盘或者机械夹盘。基座内包括射频电极连接到射频电源向等离子反应区发送射频能量。等离子处理装置还包括一个同时作为气体喷淋头的上电极的11，所述气体喷淋头11连接到气源110。
基台上围绕基片固定装置和基片的还包括一个边缘环10，该边缘环10可以具有不同的材质，可以是导体、半导体、或者绝缘体如硅、碳化硅、石英等，这些材料构成了边缘环的本体部分。这些边缘环通过材料和形状的设计可以起到调节基片边缘区域电场大小和方向分布的作用，也能保护基台下方部件不会被等离子体腐蚀，还能影响基片边缘区域的温度和聚合物沉积。在具体的边缘环材料选择过程中可以根据每个反应腔使用时不同的工艺需求来选择。
在本发明利用TiN为薄掩膜层刻蚀双大马士结构时，由于等离子与自由基在整个晶片上分布是不均匀的，通常自由基(radical)在边缘位置的浓度会远大于中晶片中心位置的浓度。所以在边缘位置的TiN薄掩膜会更快的被破坏造成下面的刻蚀目标层出现不希望的刻蚀现象。而这些被破坏的分子一部分被排气系统抽走了，一部分仍然留在基片表面扩散开来。
本发明方法在边缘环包括一个本体部分上添加一层表面镀层，该镀层为TiN薄膜，本体构成了边缘环的基本形状，镀层的厚度远小于本体部分。在反应过程中大量的自由基到达边缘环后一部分会与基片表面的掩膜层TiN反应，另一部分会与边缘环10表面的TiN材料反应，这样就消耗掉了原本在基片外围边缘环10上方区域的大量自由基。这样基片边缘区域的自由基浓度会远大于基片外围区域，所以会向低浓度的边缘环10位置扩散，同时整个基片上方的自由基也向外围扩散。所以通过在基片外围的边缘环上镀一层TiN材料薄膜，使得整个刻蚀过程中在基片上方的自由基浓度相对于现有技术都会减小，其中基片上方的边缘区域由于离边缘环最近减小的幅度最大。最终达到本发明的目的保护TiN掩膜层，抵消了由于反应腔结构原因造成的自由基分布不均。
在本发明边缘环10表层的TiN镀膜被消耗之后可以取出边缘环再次镀膜，实现循环利用。而且除了TiN以外其它能够与自由基反应而且反应后的产物不会对等离子处理造成不良影响的材料也可以被镀到边缘环表面。比如氧化钛，或者氟化钛，均可以达到本发明目的。
其中在边缘环本体部分上镀膜属于公知技术可以用CVD方法或者喷涂等都可以实现，在此不再赘述。
本发明除了可以用于如图1所示的电容耦合型等离子体处理腔，也可以用于其它等离子反应腔如电感耦合式反应腔，两者的区别是电感偶还是反应腔外围绕的是电感线圈通过绝缘层材料构成的窗口将射频能量发射到反应腔中。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种等离子体处理装置，所述等离子处理装置应用于以TiN为掩膜刻蚀下方的绝缘材料层，其中，所述等离子处理装置包括：
一个反应腔体，反应腔体围绕一个基座，与基座相对的反应腔体包括一个顶壁，基座内包括一个电极连接射频电源，基座上固定有待加工基片，基座与反应腔体顶壁之间的空间构成一个等离子加工区，
一个边缘环安装在基座上靠近并环绕所述基片，所述边缘环上表面暴露到所述等离子加工区，其中所述边缘环包括一个本体部分和位于本体部分上表面的镀层部分，所述镀层为含钛材料。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述反应腔体顶壁包括一个上电极。
3.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体反应腔体包括一个连接有射频电源的线圈位于反应腔体上方。
4.根据权利要求1所述等离子体处理装置，其特征在于，所述绝缘材料层为Low-K材料。
5.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述TiN掩膜厚度小于10nm。
6.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述含钛材料包括氮化钛、氧化钛、氟化钛之一。
7.一种应用于等离子处理装置的边缘环，所述等离子处理装置应用于以TiN为掩膜刻蚀下方的绝缘材料层，其中所述等离子处理装置包括：一个反应腔体，反应腔体围绕一个基座，基座上固定有待加工基片，基座与反应腔体顶壁之间的空间构成一个等离子加工区，
其中所述边缘环安装在基座上靠近并环绕所述基片，所述边缘环上表面暴露到所述等离子加工区，其中所述边缘环包括一个本体部分和位于本体部分上表面的镀层部分，所述镀层为含钛材料。
8.根据权利要求7所述的应用于等离子处理装置的边缘环，其特征在于，所述绝缘材料层为Low-K材料。
9.根据权利要求7所述的应用于等离子处理装置的边缘环，其特征在于，所述TiN掩膜厚度小于10nm。
10.根据权利要求7所述的应用于等离子处理装置的边缘环，其特征在于，所述含钛材料包括氮化钛、氧化钛、氟化钛之一。
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