CN115472524A - 半导体制程系统、处理方法及电浆蚀刻系统 - Google Patents

半导体制程系统、处理方法及电浆蚀刻系统 Download PDF

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Abstract

一种半导体制程系统、处理方法及电浆蚀刻系统，半导体制程系统包含具有盖的制程腔室。系统包含位于盖上的加热器和配置以控制加热器的控制器。控制器操作加热器以提供盖的选定温度分布。

Description

半导体制程系统、处理方法及电浆蚀刻系统
技术领域
本揭露是有关于一种半导体制程系统、处理方法及电浆蚀刻系统。
背景技术
对于提高电子装置(包含智能手机、平板计算机、桌上型计算机、笔记型计算机和许多其他类型电子装置)的计算能力的需求一直存在。集成电路为这些电子装置提供计算能力。提高集成电路计算能力的一种方法是增加半导体基板的给定面积可以包含的晶体管和其他集成电路特征的数量。
为了继续缩小集成电路中特征的尺寸，实施了各种薄膜沉积和蚀刻技术。这些技术可以形成非常薄的薄膜。可以通过各种蚀刻技术在薄膜中形成小特征。然而，在某些情况下，特征的尺寸在晶圆的所有区域中可能不均匀。如果晶圆上的特征尺寸不均匀，那么从晶圆上切下的集成电路可能不符合规格。因此，一些集成电路甚至整个晶圆可能会报废。
发明内容
在本揭露的一或多个实施方式中，一种半导体制程系统包含制程腔室、晶圆支撑件、盖、加热器、温度感测器以及控制器。晶圆支撑件于制程腔室中，并配置以支撑制程腔室中的晶圆。盖封闭制程腔室并位于晶圆支撑件上方。加热器于盖上，并配置以于半导体制程中加热盖。温度感测器耦接至盖，并配置以产生指示盖的温度的数个感测器信号。控制器耦接至温度感测器以及加热器，并配置以基于感测器信号控制加热器。
在本揭露的一或多个实施方式中，一种处理方法包含：支撑晶圆于制程腔室内；于晶圆上执行制程于制程腔室中；于执行制程的同时，利用位于制程腔室的盖上方的加热器加热盖；感测制程腔室的盖的温度；以及利用控制器根据盖的温度操作加热器。
在本揭露的一或多个实施方式中，一种电浆蚀刻系统包含电浆蚀刻制程腔室、数个加热元件、一或多个温度感测器以及控制器。电浆蚀刻制程腔室具有一盖。加热元件位于盖上。温度感测器耦接至盖，并配置以产生指示盖的温度的数个感测器信号。控制器配置以通过基于感测器信号选择性地操作加热元件来控制盖的温度。
附图说明
当结合附图阅读时，得以自以下详细描述最佳地理解本揭露。需强调的是，根据本领域的标准实务，各种特征并未按比例绘制且仅用于说明目的。事实上，为了论述清楚起见，可任意地增大或减少各种特征的尺寸。
图1是根据一个实施方式的半导体制程系统的功能方块图；
图2A是根据一个实施方式的电浆蚀刻系统的说明；
图2B至图2E是根据一些实施方式的电浆蚀刻腔室的盖的俯视图；
图2F是根据一个实施方式的加热元件的说明；
图2G是根据一个实施方式的制程腔室的盖的温度图表；
图3A至图3D是根据一个实施方式的在蚀刻制程的各个阶段的晶圆的剖面图；
图4是根据一个实施方式的用于操作半导体制程系统的方法的流程图。
【符号说明】
100:半导体制程系统
102:制程腔室
103:内部体积
104:晶圆
106:半导体制程设备
108:晶圆支撑件
110:控制器
112:盖
114:加热器
116:加热元件
117,119,132:电性连接器
118:温度感测器
120:电性连接器/垫
121:底板
122:轮毂
123:底面
124:侧壁
125:顶面
126:盖环
128:夹具
130:电极
134:流体入口
136:流体出口
140:外环
142:轮辐
150:加热线圈
200:电浆蚀刻系统
202,204,206,208:曲线
302:光阻结构
304:金属层
306,310:介电层
308:半导体层
400:方法
402,404,406,408,410:步骤
D:距离
具体实施方式
在以下描述中，针对集成电路晶片内的各种层和结构描述了许多厚度和材料。特定尺寸和材料以各种实施方式的实施例的方式给出。根据本揭露，所属技术领域中具有通常知识者将认识到，在不脱离本揭露的范围的情况下，可以在许多情况下使用其他尺寸和材料。
以下揭露内容提供用于实施本揭露的不同特征的许多不同实施方式或实施例。以下描述部件及排列的特定实施方式以简化本揭露。当然，此些仅为实施方式，且并不意欲为限制。举例来说，在以下叙述中，形成第一特征在第二特征上方或之上可以包含第一和第二特征直接接触形成的实施方式，并且还可以包含在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，使得第一和第二特征可以不直接接触。另外，本揭露可以在各个实施方式中重复参考数字和/或字母。该重复是出于简单和清楚的目的，并且其本身并不指示所叙述的各种实施方式和/或配置之间的关系。
另外，为了便于描述，可在本文中使用像是“在……下面”、“在……下方”、“下部”、“在……之上”、“上部”及其类似术语的空间相对术语，以描述如诸图中所绘示的一个元件或特征与另一(另一些)元件或特征的关系。除了诸图中所描绘的定向以外，此些空间相对术语意欲涵盖元件在使用中或操作中的不同定向。元件可以其他方向(旋转90度或以其他方向)，且可同样相应地解释本文中所使用的空间相对描述词。
在以下描述中，阐述了某些具体细节以提供对本揭露的各种实施方式的透彻理解。然而，所属技术领域中具有通常知识者将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本揭露。在其他情况下，未详细描述与电子部件和制造技术相关联的众所周知的结构以避免不必要地模糊本揭露的实施方式的描述。
除非上下文另有要求，在整个说明书和权利要求书中，词语“包含”及其变体，例如“包含”(comprises)和“包含”(comprising)应以开放的、包容性的意义来解释，即，如“包含但不限于”。
诸如第一、第二和第三之类的序数的使用不一定意味着排序的顺序感，而是可以仅区分行为或结构的数个实施例。
在整个说明书中对“一实施方式”或“一个实施方式”的引用意味着结合实施方式描述的特定特征、结构或特性被包含在至少一个实施方式中。因此，在本说明书各处出现的短语“在一实施方式中”或“在一个实施方式中”不一定都指代相同的实施方式。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施方式中以任何合适的方式组合。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，除非内容另有明确规定，否则单数形式“一”(a)、“一”(an)和“该”(the)包含多个所指对象。还应注意，除非内容另有明确规定，否则术语“或”通常以其包含“和/或”的含义使用。
本揭露的实施方式提供优于传统半导体制程系统的许多优点。本揭露的实施方式通过选择性地加热半导体制程系统的盖来促进晶圆上特征的均匀性。制程系统的盖的温度会影响正在处理的晶圆的温度。本揭露的实施方式提供具有加热元件阵列的盖，加热元件阵列可以在半导体制程期间选择性地操作以确保横跨盖的选定温度分布。在此制程中仔细控制盖的温度可促进晶圆中的均匀特征。这使得从晶圆切割的集成电路将具有统一的特征和功能。更少的集成电路和晶圆将被报废。因此，晶圆产量大大增加。
图1是根据一个实施方式的半导体制程系统100的功能方块图。半导体制程系统100包含用于在晶圆104上执行一个或多个半导体制程的半导体制程腔室102。半导体制程系统100包含半导体制程设备106、晶圆支撑件108和控制器110。半导体制程系统100的部件协同运作以在晶圆104上执行半导体制程并确保半导体制程成功。
在一个实施方式中，晶圆104是半导体晶圆。通常，半导体晶圆在制造过程中经历大量制程。这些制程可以包含薄膜沉积、光阻图案化、蚀刻制程、掺杂物植入制程、退火制程和其他类型的制程。在完成所有制程步骤之后，晶圆104将被切割成数个单独的集成电路。
晶圆的温度会影响各种半导体制程。如果晶圆的温度不均匀，则晶圆中形成的特征在晶圆的各个区域可能不均匀。晶圆顶面的温度会受到许多因素的影响。举例来说，制程腔室102包含盖112。盖112的温度可以影响晶圆104的顶面的温度。
半导体制程系统100包含加热器114。加热器114加热盖112。因此，加热器114可以控制盖112的温度。这又可以促进形成在晶圆104中的特征的均匀性。
加热器114包含数个加热元件116。加热元件116产生热。加热元件116的阵列分布以促进盖112的选择性加热。加热元件116的分布使得当晶圆104位于晶圆支撑件108上时，盖112的底面的每个区域直接位于加热元件116之一的下方。大量加热元件116分布在盖112上可以帮助确保盖112的所有区域被均匀加热。这可以帮助确保在半导体制程期间晶圆104的温度在整个晶圆104的所有区域是均匀的。如果晶圆104的温度在整个晶圆104的顶面上实质上均匀，那么在许多情况下它是更有可能正常完成半导体制程。
在半导体制程期间加热盖112的一种可能方式是在盖112上放置一个大的加热元件，例如，位于盖112上的加热线圈。然而，这种方法的一个问题是它通常会导致盖112的整个表面的温度不均匀。这是因为盖112的中心部位可以被加热到比盖的周边区域的温度更高的温度。这又会导致晶圆104的顶面的中心区域比晶圆104的周边区域具有更高的温度。晶圆104表面上不均匀的温度分布可能导致半导体制程失败。举例来说，如果在薄膜的蚀刻制程期间晶圆104的顶面的中心部位比晶圆104的周边区域更热，则薄膜的特征在晶圆104的中心区域中可以具有不同的尺寸，即中央区域的薄膜可以比周边区域的薄膜厚。这可能导致集成电路具有不匹配的特性和性能，甚至根本无法发挥功用。
在一个实施方式中，半导体制程系统100通过提供加热元件116的阵列来克服这个问题。因为加热器114包含均匀分布在盖112的顶面下方的大量加热元件116，所以加热元件116可以均匀地加热盖112。因此，盖112的底面可以在中心和周边区域具有实质上均匀的温度。在薄膜蚀刻制程的实施例中，这会产生具有均匀厚度和其他物理特性的薄膜。
在一个实施方式中，加热元件116通过一个或多个电性连接器117连接到控制器110。控制器110控制加热元件116的功能。尤其，控制器110可以活化或去活化加热元件116。活化加热元件116对应以使加热元件116产生热。去活化加热元件116对应以使加热元件116停止产生热。此外，控制器110可以控制加热元件116产生多少热。因此，控制器110可以通过使加热元件116增加或减少热输出来升高或降低盖112的温度。
尽管图1中未绘示，但在一个实施方式中，控制器110可以包含一个或多个电源。电源可以向加热元件116供电以使得加热元件116能够产生热。或者，控制器110连接到与加热元件116连接的电源。在这种情况下，控制器110通过控制电源到加热元件116的输出来控制加热元件116。
在一个实施方式中，加热元件116是电加热元件。电加热元件116可包含导电体或电阻器。加热元件116通过使电流通过导电体或电阻器来产生热。每个加热元件116可包含相应的导电线圈。加热元件116通过使电流通过导电线圈来产生热。在不脱离本揭露的范围的情况下，可以使用其他类型的加热元件116。
在一个实施方式中，控制器110配置以选择性地控制每个加热元件116。在这种情况下，控制器110可以选择性地活化每个单独的加热元件116。因此，控制器110能够活化一些加热元件116而无需活化其他加热元件116。另外，控制器110可以控制各种加热元件116以产生不同热量的热。在一些情况下，加热盖112的一些区域比其他区域还多可能是有益的。晶圆支撑件108和控制器110能够选择性加热晶圆104的不同区域。
在一个实施方式中，控制器110配置以选择性地控制每个加热元件116产生多少热。控制器110选择性地使一些加热元件116产生比其他加热元件116更多的热量。在一个实施例中，盖112的周边区域可能倾向于比盖112的中央区域散逸更多的热。因此，为了确保盖112的温度均匀，控制器110可以控制外围的加热元件116产生比中央的加热元件116更多的热以将晶圆104的周边区域可以更大量的散热考虑进去。电性连接器117可以包含大量的电性连接器117，其能够选择性地加热单独的加热元件116。
在一个实施方式中，盖112包含一个或多个温度感测器118。温度感测器118配置以感测盖112的温度。温度感测器118可以被定位以与盖112热接触。热接触使温度感测器118能够感测盖112的温度。或者，温度感测器118可以位于盖112附近，但不与盖112热接触。
在一个实施方式中，温度感测器118通过数个电性连接器119电性连接到控制器110。温度感测器118可以产生指示加热元件116、晶圆支撑件108和/或晶圆104的温度的感测器信号。温度感测器118可以将感测器信号传递到控制器110。每个温度感测器118可以向控制器110提供单独的感测器信号。来自温度感测器118的单独的感测器信号指示在温度感测器118处或邻近温度感测器118的位置的盖112的温度。
在一个实施方式中，控制器110可以响应于来自温度感测器118的感测器信号来控制加热元件116。控制器110可以响应于来自温度感测器118的感测器信号选择性地活化或去活化单独的加热元件116。控制器110可以响应于来自温度感测器118的感测器信号来调整单独的加热元件116的热输出。
在一个实施方式中，盖112包含用于每个加热元件116的相应温度感测器118。因此，对于每个加热元件116，相应温度感测器118产生指示与加热元件116邻近的盖112的温度的感测器信号。在这种情况下，控制器110接收每个单独加热元件116的感测器信号。然后控制器110可以响应于相应的感测器信号来调整单独加热元件116的热输出，以便产生或维持盖112的选定热分布。
在一个实施方式中，每个加热元件116的相应温度感测器118感测加热元件116下方区域处的盖112的温度。因此，对于每个加热元件116，相应盖112位于加热元件116上方区域处。控制器110接收每个单独的加热元件116的感测器信号。然后，控制器110可以响应于相应的感测器信号来调整每个单独的加热元件116的热输出，以便产生或维持盖112的选定热分布。
半导体制程系统100包含半导体制程设备106。半导体制程设备106辅助执行半导体制程。半导体制程设备106可以包含辅助薄膜沉积制程、蚀刻制程、离子植入制程、退火制程、光刻制程和其他类型制程的设备。半导体制程设备106可以包含用于在半导体制程腔室102内产生电浆的部件。一些半导体制程设备106可以整个位于半导体制程腔室102内。一些半导体制程设备106可以部分地位于半导体制程腔室102内，并且部分地在半导体制程腔室102外部。一些半导体制程设备106可以整个位于半导体制程腔室102外部。
半导体制程设备106可以包含用于管理半导体制程腔室102内的流体流动的设备。制程设备可以包含用于将气体或流体引入半导体制程腔室102中的部件，用于从半导体制程腔室102中去除气体或流体，并且用于监视和控制半导体制程腔室102内的气体的流动、存在或组成。半导体制程设备106可以包含用于在半导体制程腔室102的内部中保持选定压力的设备。
半导体制程设备106可以包含用于产生电场、电压、磁场、电信号或其他类型的电效应的电子部件。因此，半导体制程设备106可包含电极、导线、射频电源、发射器、接收器或可用于半导体制程的其他类型的电气设备。
在一个实施方式中，控制器110通过一个或多个电性连接器120通讯地耦接至半导体制程设备106。控制器110可以通过控制半导体制程设备106来控制半导体制程。控制器110可以响应来自温度感测器118的感测器信号来调整半导体制程设备106的操作。举例来说，在一些情况下，基于晶圆104的温度调整进入沉积腔室的沉积材料或其他流体的流量可能是有益的。在其他情况下，基于晶圆104中的温度调整半导体制程腔室102内电浆产生的参数可能是有益的。控制器110可以响应于来自温度感测器118的感测器信号进行这些调整。
在一个实施方式中，控制器110可以响应于温度感测器118提供的感测器信号使半导体制程设备106完全停止半导体制程。为了避免对半导体晶圆104的严重损坏，在一些在这种情况下，控制器110可以决定最好的行动方案是完全停止半导体制程，直到可以进行其他调整或修理。
在一个实施方式中，控制器110可以包含半导体制程腔室102外部的部位、半导体制程腔室102内的部位和/或在云端内执行的部位。因此，控制器110可以在数个位置分布有各种处理、记忆体和数据传输资源。控制器110还可以包含云端中的虚拟记忆体、处理和数据传输资源。
图2A是根据一个实施方式的电浆蚀刻系统200的说明。电浆蚀刻系统200是关于图1所叙述的半导体制程系统的一个实施例。电浆蚀刻系统200包含制程腔室102。制程腔室102定义了内部体积103。晶圆支撑件108定位在内部体积103内。晶圆104定位在晶圆支撑件108上。电浆蚀刻系统200配置以在晶圆104上执行电浆蚀刻制程。电浆蚀刻制程通过去除晶圆的暴露区域中的材料来定义晶圆104的表面材料中的图案。制程腔室102包含侧壁124、底板121和盖112。侧壁124、底板121和盖112共同封闭内部体积103。
在一个实施方式中，流体入口134位于底板121中。流体出口136也位于底板121中。蚀刻流体经由流体入口134被提供到内部体积103中。排出的流体和碎屑经由流体出口136从内部体积103中去除。许多其他方案可用于在电浆蚀刻制程期间将蚀刻流体提供到内部体积103中，以及用于从内部体积103去除排出的流体和碎屑，而不脱离本揭露的范围。
在一个实施方式中，电浆蚀刻系统200包含位于制程腔室102外部的电极130。射频电压经由电性连接器(电引线)132施加在电极130之间。施加在电极130之间的射频电压使电浆形成在内部体积103内的晶圆104与盖112之间。尤其，射频电压可以导致由经由流体入口134被提供到内部体积103中的蚀刻流体形成电浆。电浆化的蚀刻流体蚀刻晶圆104。电极130可以包含导电线圈、导电板或用于在内部体积103内产生电场以便在内部体积103内产生电浆的其他导电结构。
电浆的温度和晶圆104的温度可以影响电浆在蚀刻制程期间的蚀刻速率。晶圆104表面上的不均匀温度分布会导致在晶圆104的各个区域的蚀刻速率不同。不同的蚀刻速率会导致不同的特征尺寸。当形成非常小的特征时，即使特征尺寸的微小差异也会导致由晶圆104的各个区域形成的集成电路的功能存在巨大差异。
盖112的底面123的温度会对电浆和晶圆104的输出表面内的温度分布产生影响。因此，电浆蚀刻系统200包含位于盖112上的加热器114。加热器114可以加热盖112。通过小心控制加热器114，可以控制在盖112的底面123上的温度分布。
加热器114可包含如关于图1所述的数个加热元件116(图2A中未绘示)。数个加热元件116可分布成使得盖112的各个区域可被选择性地加热。以此方式，可以小心地控制盖112的温度分布。加热元件116可以通过电性连接器117耦接至控制器110。虽然图2A中仅绘示了一个电性连接器117，但在一个实施例中，加热器114包含数个加热元件116，可以存在一个或多个电性连接器117连接到每个加热元件116。
在一个实施方式中，电浆蚀刻系统200包含位于盖112与加热器114之间的垫120。垫120可以直接放置在盖112的顶面125上。然后，加热器114可以直接位于垫120上。垫120可以帮助保护盖112免受加热器114损坏。垫120可以具有5mm与50mm之间的厚度，但是在不脱离本揭露的范围的情况下可以使用其他厚度。
垫120可以包含聚合物材料。金属或其他导热材料可以嵌入材料的聚合物内以帮助将热从加热器114分配到盖112。垫120内的金属可以包含铜或其他合适的材料。在另一个实施例中，垫120可以包含陶瓷材料。在不脱离本揭露的范围的情况下，垫120可以包含其他材料。
在一个实施方式中，盖环126位于侧壁124上并固定到盖112。夹具128耦接至盖环126。夹具128将加热器114和垫120固定到盖112。或者，加热器114和垫120可以以其他方式固定到盖112。举例来说，垫120可以通过黏着材料耦接至盖112。加热器114可以通过黏着材料耦接至垫120。在不脱离本揭露的范围的情况下，可以使用用于将加热器114和垫120固定到盖112的其他方法。
在一个实施方式中，盖112包含轮毂122。轮毂122位于盖112的中心。轮毂122可以包含用于将流体传递到内部体积103中的通道。或者，轮毂122可以包含用于将电线通入内部体积103的通道。
电浆蚀刻系统200包含数个温度感测器118。温度感测器118可以位于盖112上或盖112中的不同位置。温度感测器118可以通过电性连接器119耦接至控制器110。
在一个实施方式中，温度感测器118是热电偶。热电偶产生指示盖112的相应区域处的温度的电压。在不脱离本揭露的范围的情况下，可以使用其他类型的温度感测器118。
图2A指示了温度感测器118位于盖112内。然而，温度感测器118可以位于盖112上的其他位置。举例来说，温度感测器118可以位于盖112的底面123上的位置。温度感测器118可以位于盖112的顶面125上。在一些情况下，一些温度感测器可以位于盖112内，而其他温度感测器位于底面123上。
控制器110从温度感测器118接收感测器信号。控制器110响应于来自温度感测器118的信号来控制加热器114。控制器110可以基于温度信号控制加热器114的输出。控制器110可以基于来自邻近温度感测器118的温度信号来控制每个加热元件116的输出。控制器110可以在盖112的底面123上实现均匀的温度分布。或者，控制器110可以实现盖112的底面120上不同的选定温度分布。
尽管未在图2A中绘示，电浆蚀刻系统200可以包含射频电源，射频电源经由电性连接器132向电极130提供射频电压。控制器110可以控制射频电源的函数。
图2B是根据一个实施方式的包含加热器114的盖112的俯视图。加热器114包含外环140。加热器114还包含从外环140向盖112的轮毂122延伸的数个轮辐142。一些轮辐142一直延伸到轮毂122。其他轮辐142没有一直延伸到轮毂122。
在一个实施方式中，加热器114的外环140和轮辐142对应于单一加热元件。在这种情况下，控制器110可以选择性地启动单独的轮辐142或外环140。相反地，启动加热器114导致外环140和每个轮辐142产生热。电阻元件可以嵌入加热器114中，缠绕穿过外环140和每个轮辐142。控制器110可以使电流穿过电阻元件，从而使电阻元件在每个轮辐142和外环140中产生热。这将加热盖112。
在一个实施方式中，外环140和每个轮辐142可以相对于彼此选择性地活化。在这种情况下，单独的电性连接器117(未绘示)将每个轮辐142连接到控制器110。控制器110选择性地活化每个轮辐142和外环140以产生热。在这种情况下，外环140和每个轮辐142对应于单独的加热元件116。
垫120位于加热器114与盖112的顶面125之间。垫120可具有与加热器114完全相同的形状。在图2B的俯视图中，垫120不可见，因为垫120具有与加热器114相同的形状并且垫120在加热器114下方。在这种情况下，顶面125在轮辐142之间是可见的。加热器114的面积可以大于垫120的面积或者可以与垫120的面积相同。因此，用于操作半导体制程系统100的方法可以包含用加热器114产生热，将热从加热器114传递到具有比加热器114更大的加热面积的垫120，以及将热从垫120传递到盖112。
或者，垫120可以是圆形的，并且可以覆盖盖112的整个顶面125。在这种情况下，垫120在轮辐142之间是可见的并且加热器114与垫120之间的接触区域之间小于垫120和盖112之间的接触面积。因此，用于操作半导体制程系统100的方法可以包含用加热器114产生热，将热从加热器114传递到具有比加热器114更大的加热面积的垫120，以及将热量从垫120传递到盖112。因为垫120完全覆盖盖112，所以垫120促进盖112的均匀加热。
盖112是圆形的。盖112可以具有在约200mm与约300mm之间的半径。轮毂122可以具有在约20mm与约50mm之间的半径。盖环126横向围绕盖112。夹具128将加热器114的外环140固定到盖112。盖环126可以是盖112的整体部分。盖112和轮毂122可以具有不脱离本揭露的范围的其他半径。
图2C是根据一些实施方式的电浆蚀刻系统200的盖112的俯视图。在图2C的视图中，为清楚起见，加热器114显示为带有阴影图案。加热器114以螺旋形在盖112上排列。螺旋加热器114可包含电阻元件或可产生热的另一发热元件。在此实施例中，控制器110(未绘示)选择性地活化或去活化整个螺旋加热器114。
垫120位于加热器114与盖112的顶面125之间。在一些实施方式中，垫120具有与加热器114相同的螺旋图案并且在图2C中不可见。相反地，盖112的顶面120在螺旋加热器114的部位之间是可见的。或者，垫120可以具有覆盖盖112的整个顶面125的圆形形状。在这种情况下，垫120在加热器114的部位之间是可见的。
图2D是根据一些实施方式的包含加热器114的电浆蚀刻系统200的盖112的俯视图。在图2D中，加热器114包含分布在盖112上方的数个加热元件116。每个加热元件116可以被选择性地活化以产生热。每个加热元件116可以包含电阻元件，电流可以选择性地通过电阻元件以产生热。尽管未在图2D中绘示，每个加热元件116可以通过一个或多个电性连接器117耦接至控制器110。
控制器110可以选择性地控制每个加热元件116以在盖112的底面123上产生选定的热分布剖面。在一个实施例中，选定的温度分布剖面可以是横跨底部的实质上均匀的温度分布盖112的底面123。在其他实施例中，选定的温度分布剖面可以在盖112的底面123的一些区域中具有更高的温度。
尽管未在图2D中绘示，电浆蚀刻系统200可包含用于每个加热元件116的相应温度感测器118。每个温度感测器118可位于底面123上或位于对应加热元件116下方的盖112内。控制器110从加热元件116接收感测器信号并响应于感测器信号控制加热元件116。
加热元件116可以具有不同于图2D中所示的那些形状。每个加热元件116可以是圆形、矩形或具有不同于图2D中所示的形状。
图2E是根据一个实施方式的电浆蚀刻系统200的盖112的俯视图，盖112包含分布在盖112上的数个加热元件116。每个加热元件116加热盖112的相应区域。如图2E所示，这些区域分布在同心环中。每个加热元件116可以被选择性地活化以产生热。每个加热元件116可以包含电阻元件，电流可以选择性地通过电阻元件以产生热。尽管图2E中未绘示，但每个加热元件116可通过一个或多个电性连接器117耦接至控制器110。
控制器110可以选择性地控制每个加热元件116以在盖112的底面123上产生选定的热分布剖面。在一个实施例中，选定的温度分布剖面可以是横跨盖112的底面123的实质上均匀的温度分布。在其他实施例中，选定的温度分布剖面可以在盖112的底面123的一些区域中具有更高的温度。
尽管未在图2E中绘示，电浆蚀刻系统200可包含用于每个加热元件116的相应温度感测器118。每个温度感测器118可位于底面123上或位于对应加热元件116下方的盖112内。控制器110从加热元件116接收感测器信号并响应于感测器信号控制加热元件116。
加热元件116可以具有不同于图2E所示的那些形状。每个加热元件116可以是圆形、矩形或具有不同于图2D中所示的形状。
图2F是根据一个实施方式的加热元件116的俯视图。图2F的加热元件116是可用于图1至图2E的加热器114中的一种类型的加热元件的一个实施例。加热元件116产生热以在电浆蚀刻制程期间加热盖112。
在一个实施方式中，加热元件116包含加热线圈150。当电流通过加热线圈150时，加热元件116产生热。加热线圈150可以包含导电材料，例如铜、钨或当电流通过加热线圈150时产生热的其他导电材料。加热线圈150还可以包含电阻器。加热线圈150可以包覆有绝缘材料。根据本揭露，所属技术领域中具有通常知识者将了解到，在不脱离本揭露的范围的情况下，许多配置和材料可用于加热线圈150。
在一个实施方式中，加热线圈150连接到两个电性连接器117。两个电性连接器117可以耦接至控制器110(见图1)或耦接至由控制器110控制的电源。控制器110可以经由两个电性连接器117选择性地使电流传递到加热线圈150。尤其，可以在电性连接器117之间施加电压以使电流传递到加热线圈150。
在一个实施方式中，如之前关于图1至图2D所描述的，每个加热线圈150可以由控制器110选择性地控制。因此，每个加热元件116可以包含耦接至控制器110的两个或更多个电性连接器117。然后，控制器110可以经由电性连接器117选择性地活化、去活化或调整通过加热线圈150的电流。
图2G是根据一个实施方式说明的盖112中的温度变化的曲线图，盖112包含分布在如前所述的盖112中的各个位置处的数个加热元件116。图2G包含四个中心温度中每一个的相应曲线。曲线202对应于盖112的中心区域处的温度为约78℃的实施例。在曲线202中，盖112的中心处与盖112的边缘处的温度之间的变化小于3％。曲线204对应于盖112的中心区域处的温度为约84℃的实施例。在曲线204中，盖112的中心处与盖112的边缘处的温度之间的变化小于1％。曲线206对应于盖112的中心区域处的温度为约89℃的实施例。在曲线206中，盖112的中心处与盖112的边缘处的温度之间的变化小于3％。曲线208对应于盖112的中心区域处的温度为约92℃的实施例。在曲线208中，盖112的中心处与盖112的边缘处的温度之间的变化小于1％。图2G绘示了通过使用如上所述的数个加热元件116可以在盖112中实现非常均匀的温度分布。
图3A至图3D是根据一些实施方式的在电浆蚀刻制程的连续步骤中的晶圆104的剖面图。电浆蚀刻制程可由关于图2A至图2E描述的电浆蚀刻系统200来执行。在图3A中，晶圆104包含介电层310、于介电层310上的半导体层308、于半导体层308上的介电层306、于介电层306上的金属层304和于金属层304上的光阻结构302。光阻结构302充当用于图案化晶圆104的遮罩。
在一些实施方式中，介电层310包含厚度介于约300埃与约500埃之间的氧化硅。半导体层308包含厚度介于200埃与400埃之间的硅。介电层306包含厚度介于400埃与600埃之间的氮化硅。金属层304包含厚度介于150埃与200埃之间的钛。光阻结构302的厚度介于400埃与600埃之间。在不脱离本揭露的范围的情况下，其他厚度和材料可用于晶圆104的各种结构。
在图3B中，金属层304已经通过第一电浆蚀刻步骤被图案化。第一电浆蚀刻步骤根据图3A的光阻结构302的图案对金属层304进行图案化。第一电浆蚀刻步骤包含将蚀刻流体引入内部体积103。从蚀刻流体产生电浆。电浆化蚀刻流体蚀刻金属层304的暴露部位，在光阻结构302的图案中留下金属层304。在第一电浆蚀刻步骤期间，控制器110控制加热器114以保持盖112的底面123(见图2A)的选定温度分布。在第一电浆蚀刻步骤之后，去除光阻结构302，留下如图3B所示的结构。
在图3C中，介电层306已经通过第二电浆蚀刻步骤被图案化。第二电浆蚀刻步骤根据图3B的金属层304的图案来图案化介电层306。第二电浆蚀刻步骤包含将蚀刻流体引入内部体积103。从蚀刻流体产生电浆。电浆化蚀刻流体蚀刻介电层306的暴露部位，使介电层306留在光阻结构302的图案中。在第二电浆蚀刻步骤期间，控制器110控制加热器114以维持盖112的底面123(见图2A)的选定温度分布。在第二电浆蚀刻步骤之后，去除金属层304，留下如图3C所示的结构。
在图3D中，半导体层308已经通过第三电浆蚀刻步骤被图案化。第三电浆蚀刻步骤根据图3C的介电层306的图案来图案化半导体层308。第三电浆蚀刻步骤包含将蚀刻流体引入内部体积103。从蚀刻流体产生电浆。电浆化的蚀刻流体蚀刻半导体层308的暴露部位，使半导体层308留在光阻结构302的图案中。在第三电浆蚀刻步骤期间，控制器110控制加热器114以保持盖112的底面123(见图2A)的选定温度分布。在第三个电浆蚀刻步骤之后，去除介电层306，留下如图3D所示的结构。
相对于图3A至图3D绘示和描述的制程导致半导体层308具有选定的图案。该图案存在于晶圆104上的许多位置。在一个实施例中，半导体层308的剩余结构之间的距离D在晶圆104的所有区域中是相同的。这部分是由于控制盖112的底面123的温度分布。盖112的底面123的温度分布可以影响晶圆104的温度分布。通过在电浆蚀刻制程中的各个步骤期间控制晶圆104的温度分布，半导体层308的结构之间的距离D在晶圆104的各个区域中实质上是恒定的。
电浆蚀刻制程可以包含比关于图3A至图3D所描述的步骤更多或更少的步骤。在不脱离本揭露的范围的情况下，可以利用步骤中的其他组合和步骤的变化。
图4是根据一个实施方式的用于操作半导体制程系统的方法400的流程图。方法400可以利用关于图1至图3D描述的系统、组件和制程。在步骤402，方法400包含在制程腔室内支撑晶圆。晶圆的一个实施例是图1的晶圆104。制程腔室的一个实施例是图1的制程腔室102。在步骤404，方法400包含在制程腔室中对晶圆执行制程。在步骤406，方法400包含在执行半导体制程的同时用位于制程腔室的盖上方的加热器加热盖。盖的一个实施例是图1的盖112。加热器的一个实施例是图1的加热器114。在步骤408，方法400包含感测制程腔室的盖的温度。在步骤410，方法400包含利用控制器基于盖的温度操作加热器。控制器的一个实施例是图1的控制器110。
在一个实施方式中，一种半导体制程系统包含制程腔室、制程腔室中的晶圆支撑件并且晶圆支撑件配置以支撑制程腔室中的晶圆、封闭制程腔室并且位于晶圆支撑件上方的盖、以及加热器在盖上并配置以在半导体制程期间加热盖。系统包含耦接至盖并配置以产生指示盖的温度的感测器信号的温度感测器。系统包含耦接至温度感测器和加热器并配置以基于感测器信号控制加热器的控制器。
在一些实施方式中，半导体制程系统进一步包含垫位于盖的顶面上，加热器位于垫上。
在一些实施方式中，控制器配置以控制加热器以促进盖的选定温度分布。
在一些实施方式中，温度感测器系热电偶。
在一些实施方式中，加热器包含数个加热元件设置以加热盖的相应区域。
在一些实施方式中，半导体制程系统进一步包含数个温度感测器耦接至盖，且每一温度感测器配置以产生指示盖于相应位置处的温度的感测器信号。
在一些实施方式中，控制器配置以响应于感测器信号选择性地控制每一加热元件。
在一些实施方式中，控制器配置以控制加热元件以促进盖的底面上的均匀温度分布。
在一些实施方式中，加热器于盖上呈螺旋状。
在一些实施方式中，加热器包含外环以及数个轮辐。轮辐自外环向内延伸。
在一个实施方式中，一种处理方法包含将晶圆支撑在制程腔室中，在制程腔室中对晶圆执行制程，以及使用位于制程腔室的盖上方的加热器加热盖，同时执行半导体过程。方法包含感测制程腔室的盖的温度并且利用控制器基于盖的温度操作加热器。
在一些实施方式中，处理方法进一步包含利用控制器控制加热器以产生均匀温度分布横跨盖。
在一些实施方式中，加热盖包含利用控制器选择性地操作加热器的数个加热元件。
在一些实施方式中，感测盖的温度包含感测盖的温度于数个位置。
在一些实施方式中，制程系电浆蚀刻制程。
在一个实施方式中，电浆蚀刻系统包含电浆蚀刻制程腔室，电浆蚀刻制程腔室包含盖、位于盖上的数个加热元件、耦接至盖并配置以产生指示盖的温度的感测器信号的一个或多个温度感测器，以及配置以通过基于感测器信号选择性地操作加热元件来控制盖的温度的控制器。
在一些实施方式中，电浆蚀刻系统进一步包含一或多个电极配置以产生电浆于电浆蚀刻制程腔室内。
在一些实施方式中，每一加热元件包含相应加热线圈。
在一些实施方式中，电浆蚀刻系统进一步包含垫位于加热元件与盖之间。
在一些实施方式中，垫包含导电材料嵌入聚合物中。
本揭露的实施方式提供优于传统半导体制程系统的许多优点。本揭露的实施方式通过选择性地加热半导体制程系统的盖来促进晶圆上特征的均匀性。制程系统的盖的温度会影响正在处理的晶圆的温度。本揭露的实施方式提供具有加热元件阵列的盖，加热元件阵列可以在半导体制程期间被选择性地操作以确保横跨盖的选定温度分布。在此制程中小心控制盖的温度可促进晶圆中的均匀特征。这使得从晶圆切割的集成电路将具有统一的特征和功能。更少的集成电路和晶圆将被报废。因此，晶圆产量大大增加。
可以组合上述各种实施方式以提供进一步的实施方式。如有必要，可以修改实施方式的方面，以采用各种专利、申请和出版物的概念来提供更进一步的实施方式。
根据以上详细描述，可以对实施方式进行这些和其他改变。一般而言，在权利要求书中，所使用的术语不应被解释为将申请专利范围限于说明书和权利要求书中揭露的特定实施方式，而应被解释为包含所有可能的实施方式以及其等效物的全部范围。因此，申请专利范围不受本揭露的限制。
前述内容概述了几个实施方式的特征，使得所属技术领域中具有通常知识者可以更好地理解本揭露的各态样。所属技术领域中具有通常知识者应当理解，他们可以容易地将本揭露用作设计或修改其他制程和结构的基础，以实现与本文介绍的实施方式相同的目的和/或实现相同的优点。所属技术领域中具有通常知识者还应该认识到，这样的等效构造不脱离本揭露的精神和范围，并且在不脱离本揭露的精神和范围的情况下，它们可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (10)

1.一种半导体制程系统，其特征在于，包含：
一制程腔室；
一晶圆支撑件，于该制程腔室中，并配置以支撑该制程腔室中的一晶圆；
一盖，封闭该制程腔室并位于该晶圆支撑件上方；
一加热器，于该盖上，并配置以于一半导体制程中加热该盖；
一温度感测器，耦接至该盖，并配置以产生指示该盖的一温度的多个感测器信号；以及
一控制器，耦接至该温度感测器以及该加热器，并配置以基于该些感测器信号控制该加热器。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包含一垫位于该盖的一顶面上，该加热器位于该垫上。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，其中该控制器配置以控制该加热器以促进该盖的一选定温度分布。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，其中该温度感测器是一热电偶。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，其中该加热器包含多个加热元件设置以加热该盖的一相应区域。
6.一种处理方法，其特征在于，包含：
支撑一晶圆于一制程腔室内；
于该晶圆上执行一制程于该制程腔室中；
于执行该制程的同时，利用位于该制程腔室的一盖上方的一加热器加热该盖；
感测该制程腔室的该盖的一温度；以及
利用一控制器根据该盖的该温度操作该加热器。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包含利用该控制器控制该加热器以产生一均匀温度分布横跨该盖。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，其中加热该盖包含利用该控制器选择性地操作该加热器的多个加热元件。
9.一种电浆蚀刻系统，其特征在于，包含：
一电浆蚀刻制程腔室，具有一盖；
多个加热元件，位于该盖上；
一或多个温度感测器，耦接至该盖，并配置以产生指示该盖的一温度的多个感测器信号；以及
一控制器，配置以通过基于该些感测器信号选择性地操作该些加热元件来控制该盖的该温度。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，进一步包含一或多个电极配置以产生一电浆于该电浆蚀刻制程腔室内。
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