CN110914954B - 斜面蚀刻轮廓控制 - Google Patents

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Abstract

提供了用于斜面蚀刻处理的方法和设备，并且包括将衬底放置在容纳设置在所述衬底上方的掩模的处理腔室中，其中所述衬底具有边缘和中心并含有沉积的层。所述方法包括：使等离子体沿着所述掩模的外表面并向所述衬底的所述边缘流动；以及使所述边缘暴露于所述等离子体并用所述等离子体从所述边缘蚀刻所述沉积的层。所述方法还包括：使净化气体从定位在所述掩模的内表面上的两个或更多个开口并向所述衬底的所述中心流动；以及使所述衬底的所述上表面在所述中心处暴露于所述净化气体并使所述净化气体从所述中心沿着所述上表面朝向所述边缘径向地流动，以在所述等离子体和所述净化气体的界面处形成蚀刻轮廓。

Description

斜面蚀刻轮廓控制
背景技术
技术领域
本文描述的实施方式整体涉及用于处理衬底的方法和设备。更具体地，本文描述的实施方式涉及用于斜面蚀刻处理的方法和设备。
相关技术的描述
等离子体处理常用于制造集成电路、平板显示器、磁性介质和其他器件的许多半导体制造工艺。等离子体或电离气体在远程等离子体源(RPS)内被产生并流入处理腔室，并且然后被施加到工件以完成诸如沉积、蚀刻或注入之类的工艺。
然而，诸如其侧面和拐角之类的衬底的倾斜边缘和笔直边缘经历可能与在处理期间在衬底的其他部分处经历的状况不同的状况。这些不同状况影响处理参数，诸如膜厚度、蚀刻均匀性和/或膜应力。在衬底的中心和边缘之间的蚀刻速率和/或膜性质(诸如膜厚度或应力)的差异变得明显并可能导致器件的性能欠佳。
因此，本领域中需要的是一种用于斜面蚀刻处理的改进的方法和设备。
发明内容
本文描述和讨论的实施方式整体涉及用于处理衬底的方法和设备。更具体地，实施方式涉及用于斜面蚀刻处理的方法和设备。在一个或多个实施方式中，所述方法包括将衬底放置在处理腔室内的盖板上，其中所述衬底具有边缘(例如，倾斜或笔直的边缘)和中心并且含有在所述边缘和所述中心上的沉积的层。所述处理腔室包含掩膜，所述掩膜设置在所述衬底上方。所述方法还包括：使等离子体沿着所述掩模的外表面并向所述衬底的所述边缘流动；以及使所述衬底的上表面在所述边缘处暴露于所述等离子体并用所述等离子体从所述边缘蚀刻所述沉积的层。所述方法还包括：使净化气体从定位在所述掩模的内表面上的两个或更多个开口并向所述衬底的所述中心流动；以及使所述衬底的所述上表面在所述中心处暴露于所述净化气体并使所述净化气体从所述中心沿着所述上表面朝向所述边缘径向地流动，以在所述等离子体和所述净化气体的界面处形成蚀刻轮廓。
在其他实施方式中，所述方法包括将衬底放置到处理腔室中，其中所述衬底具有边缘(例如，倾斜或笔直的边缘)和中心并含有在所述边缘和所述中心上的沉积的层。所述处理腔室还包括设置在所述衬底的周围和下方的边缘环和设置在所述衬底上方的掩模。所述方法还包括：使等离子体沿着所述掩模的外表面并向所述衬底的所述边缘流动；以及使所述衬底的上表面在所述边缘处暴露于所述等离子体并用所述等离子体从所述边缘蚀刻所述沉积的层。所述方法还包括：使净化气体从定位在所述掩模的内表面上的两个或更多个开口并向所述衬底的所述中心流动；以及使所述衬底的所述上表面在所述中心处暴露于所述净化气体并使所述净化气体从所述中心沿着所述上表面朝向所述边缘径向地流动，以在所述等离子体和所述净化气体的界面处形成蚀刻轮廓。而且，所述方法包括通过等离子体暴露来加热所述边缘环并通过将热能从所述边缘环传递到所述边缘来加热所述边缘。
在一个或多个实施方式中，提供一种用于蚀刻工艺的处理腔室，所述处理腔室包括：衬底支撑件；盖板，所述盖板设置在所述衬底支撑件上；以及边缘环，所述边缘环设置在所述盖板的周围和下方。所述处理腔室还包括掩模，所述掩模设置在所述盖板上方并含有外表面、内表面以及定位在所述内表面上的两个或更多个开口。所述处理腔室包括远程等离子体系统，所述远程等离子体系统与所述掩模的所述外表面流体连通。
在一个或多个示例中，从一种或多种工艺气体点燃等离子体或以其他方式产生等离子体，并且所述方法还包括通过至少改变所述工艺气体的流率、所述净化气体的流率或这两个流率来调整所述蚀刻轮廓。定位在所述掩模的所述内表面上的所述两个或更多个开口可以包括三个、四个、五个或更多个开口。所述工艺气体可以是或包括N2、O2、NF3、Ar、He或以上项的任何组合，并且净化气体可以是或包括Ar、He或N2或以上项的任何组合。
在一些示例中，所述盖板可设置在衬底支撑件上，所述盖板可具有圆齿状的边缘，和/或所述盖板可包括环绕中心孔径的多个开口。在其他示例中，在所述衬底与所述掩模之间的距离可小于100密耳，且所述边缘可具有约0.6mm至约5mm的径向宽度，诸如小于1.5mm。
附图说明
为了能够详细地理解本公开的上述特征的方式，可以参考实施方式得到以上简要地概述的本公开的更特定的描述，其中一些实施方式在附图中示出。然而，应当注意，附图仅示出了本公开的典型的实施方式，并且因此不应视为对本公开的范围的限制，因为本公开可以允许其他等效实施方式。
图1示出了根据本文讨论和描述的一个或多个实施方式的处理腔室100的示意性剖视图。
图2示出了根据本文讨论和描述的一个或多个实施方式的在图1的腔室中利用的掩模的示意性底视图。
图3示出了根据本文讨论和描述的一个或多个实施方式的在图1的腔室中利用的边缘环的示意性底视图。
图4示出了根据本文讨论和描述的一个或多个实施方式的在图1的腔室中利用的盖板的示意性项视图。
具体实施方式
本文描述的实施方式整体涉及用于处理衬底的方法和设备。更具体地，本文讨论和描述的实施方式涉及用于斜面蚀刻处理的方法和设备。在一个或多个实施方式中，所述方法包括将衬底放置在处理腔室内，其中所述衬底具有边缘(例如，倾斜或笔直的边缘)和中心并且含有在所述边缘和所述中心上的沉积的层。所述处理腔室包含掩膜，所述掩膜设置在所述衬底上方。所述方法还包括：使从一种或多种工艺气体产生的等离子体沿着所述掩模的外表面并向所述衬底的所述边缘流动；以及使所述衬底的上表面在所述边缘处暴露于所述等离子体并用所述等离子体从所述边缘蚀刻所述沉积的层。所述方法还包括：使净化气体(例如，Ar)从定位在所述掩模的内表面上的两个、三个、四个或更多个开口、孔或端口并向所述衬底的所述中心流动；以及使所述衬底的所述上表面在所述中心处暴露于所述净化气体并使所述净化气体从所述中心沿着所述上表面朝向所述边缘径向地流动，以在所述等离子体和所述净化气体的界面处形成蚀刻轮廓。
图1是根据本公开的一个方面的处理腔室100的剖视图。如图所示，处理腔室100是适于蚀刻衬底(诸如衬底154)的蚀刻腔室。可适于从本公开的示例性方面受益的处理腔室的示例是可商购自加利福尼亚州圣克拉拉的应用材料公司(Applied Materials，Inc.，Santa Clara，California)的处理腔室和PrecisionTM处理腔室。设想的是，其他处理系统(包括来自其他制造商的那些)可以适于从本公开的各方面受益。
处理腔室100可以用于各种等离子体工艺。在一个方面中，处理腔室100可以用于用一种或多种蚀刻剂执行干法蚀刻。例如，处理腔室可以用于从前驱物(诸如一种或多种碳氟化合物(例如CF4或C2F6)、O2、NF3或以上项的任何组合)点燃等离子体。在另一个实施方式中，处理腔室100可以用于用一种或多种化学剂的等离子体增强化学气相沉积。
处理腔室100包括腔室主体102、盖组件106、衬底支撑组件104和气体出口160。盖组件106定位在腔室主体102的上部端部处。图1的盖组件106和衬底支撑组件104可以与任何处理腔室一起用于等离子体或热处理。来自其他制造商的腔室也可以与上述部件一起使用。衬底支撑组件104设置在腔室主体102内，并且盖组件106耦接到腔室主体102并将衬底支撑组件104封闭在处理容积120中。腔室主体102包括形成在腔室主体的侧壁中的狭缝阀开口126。狭缝阀开口126选择性地打开和关闭以允许衬底搬运机器人(未示出)进入内部容积120来进行衬底传送。
隔离器110可以是介电材料，诸如陶瓷或金属氧化物，例如氧化铝和/或氮化铝，隔离器110接触电极108，并且将电极108与气体分配器112和与腔室主体102电隔离和热隔离。气体分配器112具有用于允许工艺气体进入处理容积120中的开口118。工艺气体可以经由一个或多个导管114来供应到处理腔室100，并且工艺气体可以在通过开口流到衬底154之前进入气体混合区域116。气体分配器112可以连接至远程等离子体源(RPS)。
衬底支撑组件104可以是任何合适的衬底支撑件，诸如真空吸盘、静电吸盘或受热底座。在一个或多个实施方式中，衬底支撑件是“L”形底座，以节省用于装载锁定安装的空间。支撑组件具有真空吸盘管线、加热管线和探测衬底支撑组件104的温度的热电偶。在其他实施方式中，衬底支撑组件104被配置为支撑衬底154以进行处理。升降机构允许衬底支撑组件104在腔室主体102内在下部传送位置与多个升高工艺位置之间竖直地移动。衬底支撑组件104可以由金属或陶瓷材料形成，例如金属氧化物或氮化物或氧化物/氮化物混合物，诸如铝、氧化铝、氮化铝或氧化铝/氮化铝混合物。加热器122可以耦接到衬底支撑组件104。加热器122可以嵌入在衬底支撑组件104内或耦接到衬底支撑组件104的表面。加热器122可以耦接到延伸在处理腔室100外的电源。
反应物区隔板或掩模150可以是盖组件106的部分，或可以是单独的可拆卸件。掩模150具有圆顶形状主体204，所述圆顶形状主体204具有平坦的底表面。如图1所示，掩模150包括外表面151和内表面153。掩模150的外表面151面向处理腔室100的上部部分，诸如气体分配器112和等离子体源162(例如，远程等离子体源)。等离子体源162邻近掩模150，并且包括挡板或屏蔽件164以将等离子体引导向衬底154。屏蔽件164围绕掩模150延伸，诸如在外表面151上方并包围外表面151。掩模150的内表面153面向处理腔室100的下部部分，诸如衬底支撑组件104和衬底154。如以下进一步描述的，掩模150的外表面151有助于将等离子体和/或工艺气体引导朝向衬底154的边缘，并且掩模150的内表面153有助于将净化气体引导朝向衬底154的中心。
如图1和图2所示，结合起来，掩模150具有接纳一个或多个导管114的圆形孔径。在孔径的中心处，出口包括两个、三个或更多个孔、端口或开口202(图2中示出了三个开口)以形成扼流器来确保净化气体(例如，Ar、He、N2或以上项的混合物)沿着掩模160的下表面在所有方向上均匀地分布。开口202可以包括2、3、4、5个或更多个孔，与仅具有一个用于净化气体的开口相反，这些孔提供净化气体的跨衬底154的上表面的更均匀的流动路径。在一个或多个实施方式中，开口202可以具有均匀的尺寸和形状并等距地间隔开。可以降低掩模150以接触衬底154或使掩模150相对接近衬底154。在一些实施方式中，掩模150可以是石英或其他陶瓷材料，并且可以根据需要来涂覆有Ni或NiO，或者可以是耐化学或耐等离子体材料，诸如氧化钇或氧化钇氧化物。在一个或多个实施方式中，掩模150的底表面(诸如围绕周边)包含镍涂层，所述镍涂层是用于重组蚀刻气体自由基的催化剂。掩模150上的镍涂层减少或消除蚀刻气体自由基流到在掩模160的涂镀或保护区域下方的膜上。因此，掩模160上的镍涂层有助于将膜保留在涂镀区域下方。镍涂层可以是或包括镍、氧化镍、以上项的合金或以上项的组合。
图3示出了根据本公开的一方面的在图1的腔室中利用的边缘环180的示意性项视图。在一个实施方式中，边缘环180邻近接触掩模150而设置。边缘环180具有环形主体306。边缘环180包括用于接合衬底组件104的若干开口304。边缘环180被设置在衬底组件104上。在一个或多个实施方式中，边缘环180可以邻近盖板152设置。边缘环180可以包含陶瓷材料，诸如石英或氧化铝。边缘环180具有多个突起302。突起302可以是圆形凸起、方形、矩形、六边形或任何其他形状。突起302围绕主体306布置。示出了十个突起302，然而可以存在更多或更少的突起302。突起可以围绕边缘环180的主体306的圆周等距地间隔。在一个或多个实施方式中，突起302减少从衬底组件104和衬底164的传热。另外地，边缘环180在衬底的项部和衬底154的底部之间提供压差。在其他实施方式中，边缘环180在衬底154上方提供均匀调平。
在另一个实施方式中，边缘环180设置在衬底154的周围和下方，并且在蚀刻工艺期间，边缘环180当在处理腔室100中时通过等离子体暴露而被加热。一旦边缘环180被加热，吸收的热能就从边缘环180传递到衬底154的边缘。因此，通过从边缘环180的局部加热来加热衬底154的边缘。边缘以最小接触支撑在受热表面(加热器)上，并且因此与以其他方式暴露相比，具有更大的表面积暴露于来自等离子体的自由基和/或离子。通过最小化衬底154的边缘与边缘环180之间的间隙，而在边缘环180和加热器表面上增加等离子体浓度。衬底154的边缘的局部加热增加在衬底上的蚀刻速率。
图4示出了根据本公开的一方面的在图1的腔室中使用的盖板152的示意性项视图。盖板152包括中心孔径402、多个开口404、多个紧固件410、圆齿状的边缘406和多个辐条408。中心孔径402可以是圆形开口、六边形开口、矩形开口或任何其他形状的开口。多个开口404是围绕中心孔径402周向地移位的圆形开口。多个开口404中的每个小于中心孔径402。尽管本公开示出了八个开口404，但是多个开口404可以包括多于或少于八个开口404。在一个或多个实施方式中，开口404围绕中心孔径402均匀地间隔。在另一个实施方式中，在开口404之间的距离是变化的。多个辐条408是盖板152中的沟槽。多个辐条408从包围中心孔径402的圆形沟槽辐射出。多个辐条408是朝着圆齿状的边缘406径向向外延伸的线性沟槽。圆齿状的边缘406包括具有均匀凹痕的波状图案。圆齿状的边缘406可具有圆形边缘、方形边缘或尖锐边缘。当放置在盖板152和吸盘环180上时，圆齿状的边缘406防止衬底滑动。
在操作中，蚀刻衬底的方法开始于将衬底放置在处理腔室内的衬底支撑件上。衬底具有中心和斜边。在相同腔室或不同腔室中进行沉积工艺之后，衬底在衬底的上表面上具有沉积的层(例如，电介质层或任何其他类型的层)。沉积的层可以沉积或以其他方式设置在衬底的中心和边缘上或上方。
将掩模150降低到衬底154上方以将掩模150与衬底154之间的小间隙维持在约0.003英寸至约0.100英寸的范围内。在一些实施方式中，升高衬底154和边缘环180以接触掩模150。在一个或多个实施方式中，在衬底154与掩模150之间的距离小于100密耳，诸如在从约5密耳至约20密耳的范围内，例如约10密耳。边缘环180设置在衬底154的周围/下方。在其他实施方式中，边缘环180设置在盖板152的周围。在另一个实施方式中，边缘环180设置在衬底组件104上方。所述方法通过使等离子体和/或工艺气体邻近衬底154的项部并邻近边缘流动而继续。等离子体和/或工艺气体可以是或包括一种或多种蚀刻剂气体。等离子体和/或工艺气体在边缘处蚀刻沉积的层或材料。等离子体和/或工艺气体可以是或包括N2、O2、NF3、Ar、He或以上项的任何组合。净化气体可以是或包括Ar、He、N2或以上项的任何组合。所述方法还包括使净化气体围绕衬底154的中心流过掩模150的开口202。
在一个或多个示例中，通过RPS或另一个等离子体源将工艺或蚀刻剂气体离子化或以其他方式点燃以产生等离子体。等离子体流动并循着掩模150的项表面，从掩模150的周边向衬底154的周边流动，并蚀刻边缘。当等离子体流动并蚀刻时，净化气体从掩模150的底表面上的开口202流出并流向衬底154的中心，并且然后沿着衬底的表面径向向外流向衬底的边缘。等离子体与净化气体的界面、或工艺气体与净化气体的界面在衬底的边缘处。调节(独立地增加或减少)等离子体和/或工艺气体和净化气体的流率或以其他方式进行调整，以在衬底154的边缘上实现所期望的蚀刻轮廓。
通过使等离子体(例如，蚀刻剂气体或工艺气体)在第一位置处流动并使净化气体在第二位置处流动，可以实现更均匀且受控的蚀刻。另外，在掩模中的各种开口产生小的流量阻塞并且确保净化气体在所有方向上均匀地分布。最后，圆齿状的盖板在衬底放置以及拾取期间提供稳定性。
等离子体蚀刻沉积的层并露出衬底的边缘。在一个或多个示例中，边缘(例如，倾斜或笔直的边缘)可以具有约0.5mm至约5mm的径向宽度，诸如从约0.5mm至小于4mm，从约0.5mm至小于3mm，从约0.5mm至小于2mm，从约0.5mm至小于1.5mm，或从约0.5mm至小于1mm。
尽管前述内容针对的是本发明的实施方式，但是在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以设想本发明的其他和进一步实施方式，并且本发明的范围由所附权利要求书确定。

Claims (20)

1.一种用于处理衬底的方法，所述方法包括：
将衬底放置在处理腔室内的盖板上，其中所述衬底具有边缘和中心并包括在所述边缘和所述中心上的沉积的层，并且其中所述处理腔室包括设置在所述衬底上方的掩模以及设置在所述衬底下方的边缘环，并且其中所述边缘环具有环形主体；
升高所述边缘环以接触所述掩模；
使等离子体沿着所述掩模的外表面并向所述衬底的所述边缘流动；
将所述衬底的上表面在所述边缘处暴露于所述等离子体并用所述等离子体从所述边缘蚀刻所述沉积的层；
使净化气体从定位在所述掩模的内表面上的两个或更多个开口并向所述衬底的所述中心流动；以及
使所述衬底的所述上表面在所述中心处暴露于所述净化气体并使所述净化气体从所述中心沿着所述上表面朝向所述边缘径向地流动，以在所述等离子体和所述净化气体的界面处形成蚀刻轮廓。
2.如权利要求1所述的方法，其中从工艺气体产生所述等离子体，并且所述方法还包括通过至少改变所述工艺气体的流率、所述净化气体的流率或这两个流率来调整所述蚀刻轮廓。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括通过等离子体暴露来加热所述边缘环并通过将热能从所述边缘环传递到所述边缘来加热所述边缘。
4.如权利要求1所述的方法，其中定位在所述掩模的所述内表面上的所述两个或更多个开口包括三个、四个或五个开口。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述盖板设置在衬底支撑件上，并且其中所述盖板具有圆齿状的边缘。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述盖板包括环绕中心孔径的多个开口。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述边缘具有0.5mm至5mm的径向宽度。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述衬底与所述掩模之间的距离小于100密耳。
9.如权利要求1所述的方法，其中从包括N2、O2、NF3、Ar、He或以上项的任何组合的工艺气体产生所述等离子体，并且其中所述净化气体包括Ar、He或N2或以上项的任何组合。
10.一种用于处理衬底的方法，所述方法包括：
将衬底放置到处理腔室中，其中所述衬底具有边缘和中心并包括在所述边缘和所述中心上的沉积的层，并且其中所述处理腔室包括：边缘环，所述边缘环设置在所述衬底的周围和下方；以及掩模，所述掩模设置在所述衬底上方；
升高所述边缘环以接触所述掩模；
使等离子体沿着所述掩模的外表面并向所述衬底的所述边缘流动；
将所述衬底的上表面在所述边缘处暴露于所述等离子体并用所述等离子体从所述边缘蚀刻所述沉积的层；
使净化气体从定位在所述掩模的内表面上的两个或更多个开口并向所述衬底的所述中心流动；
使所述衬底的所述上表面在所述中心处暴露于所述净化气体并使所述净化气体从所述中心沿着所述上表面朝向所述边缘径向地流动，以在所述等离子体和所述净化气体的界面处形成蚀刻轮廓；以及
通过等离子体暴露来加热所述边缘环并通过将热能从所述边缘环传递到所述边缘来加热所述边缘。
11.如权利要求10所述的方法，其中从工艺气体产生所述等离子体，并且所述方法还包括通过至少改变所述工艺气体的流率、所述净化气体的流率或这两个流率来调整所述蚀刻轮廓。
12.如权利要求10所述的方法，其中定位在所述掩模的所述内表面上的所述两个或更多个开口包括三个、四个或五个开口。
13.如权利要求10所述的方法，其中所述边缘具有0.5mm至5mm的径向宽度。
14.如权利要求10所述的方法，其中所述衬底与所述掩模之间的距离小于100密耳。
15.一种用于处理衬底的方法，包括：
将衬底放置在处理腔室内的盖板上，所述衬底具有中心和斜边并包括在所述斜边和所述中心上的介电层，其中所述处理腔室包括设置在所述衬底上方的掩模以及设置在所述衬底下方的边缘环，并且其中所述边缘环包括陶瓷材料；
升高所述边缘环以接触所述掩模；
使工艺气体沿所述掩模的外表面流动并且流动到所述斜边，其中所述工艺气体包括N2、O2、NF3、Ar、He或它们的任何组合，并且其中所述工艺气体被点燃以产生等离子体；
使所述衬底的上表面在所述斜边处暴露于所述工艺气体并蚀刻所述介电层；以及
使净化气体从定位在所述掩模的内表面上的两个或更多个孔向所述衬底的所述中心并邻近所述衬底的顶部流动。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述盖板设置在基板支撑件上。
17.如权利要求15所述的方法，其中所述盖板具有圆齿状的边缘。
18.如权利要求15所述的方法，其中所述盖板具有中央孔径和多个开口，所述多个开口围绕所述中央孔径。
19.如权利要求15所述的方法，其中所述等离子体由邻近所述掩模的等离子体源产生。
20.如权利要求15所述的方法，其中所述衬底与所述掩模之间的距离小于100密耳。
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