DE202009009293U1

DE202009009293U1 - Gasverteilungselektrode

Info

Publication number: DE202009009293U1
Application number: DE202009009293U
Authority: DE
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 2008-07-07
Filing date: 2009-07-07
Publication date: 2009-10-29
Anticipated expiration: 2019-07-08
Also published as: CN201341268Y; KR200454710Y1; US20100000683A1; US8206506B2; KR20100000514U; MY146761A; JP3150053U; TWM366753U

Abstract

Eine Gasverteilungselektrode zur Verwendung als obere Elektrode einer kapazitiv gekoppelten Plasmaprozesskammer mit:
einer kreisförmige Platte mit einer dem Plasma ausgesetzten Oberfläche auf ihrer Unterseite, einer Montagefläche auf ihrer Oberseite, wobei die Unterseite innere und äußere Stufen an einem äußeren Umfang der Platte beinhaltet;
wobei die innere Stufe einen kleineren Durchmesser als die äußere Stufe hat und die äußere Stufe sich zwischen der inneren Stufe und der Montagefläche befindet, die äußere Stufe so ausgebildet ist, dass sie zu einem sich nach innen erstreckenden Flansch eines Klemmringes passt und die innere Stufe so ausgebildet ist, dass sie zu einem Bereich einer äußeren Elektrode passt, welche die Gasverteilungselektrode so umgibt, dass sich eine innere, sich verjüngende Oberfläche der äußeren Elektrode von der äußeren Kante der dem Plasma ausgesetzten Oberfläche erstreckt;
wobei die Montagefläche eine Vielzahl von Führungsstiftausnehmungen beinhaltet, die ausgebildet sind, um Führungsstifte aufzunehmen, die in einem Muster angeordnet sind,...

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Gasverteilungselektrode („Showerhead”-Elektrode) zur Verwendung als eine obere Elektrode in einer Plasmaprozesskammer, in der Halbleiterkomponenten hergestellt werden können.
Zusammenfassung
Eine Gasverteilungselektrode zur Verwendung als obere Elektrode einer kapazitiv gekoppelten Plasmaprozesskammer umfasst eine kreisförmige Platte mit einer dem Plasma ausgesetzten Oberfläche auf ihrer Unterseite und eine Montagefläche auf ihrer Oberseite. Die Unterseite beinhaltet innere und äußere Stufen an einem äußeren Umfang der Platte. Die innere Stufe hat einen kleineren Durchmesser als die äußere Stufe, und die äußere Stufe befindet sich zwischen der inneren Stufe und der Montagefläche. Die äußere Stufe ist so ausgebildet, dass sie zu einem sich nach innen erstreckenden Flansch eines Klemmringes passt und die innere Stufe ist so ausgebildet, dass sie zu einer inneren Stufe einer äußeren Elektrode passt, welche die Gasverteilungselektrode umgibt, so dass sich eine innere sich verjüngende Oberfläche der äußeren Elektrode von der äußeren Kante der dem Plasma ausgesetzten Oberfläche erstreckt. Die Montagefläche beinhaltet eine Vielzahl von Führungsstiftausnehmungen, die ausgebildet sind, um Führungsstifte aufzunehmen, die in einem Muster angeordnet sind, das mit Führungsstiftlöchern in einer Stützplatte übereinstimmt, gegen die die Platte mittels des Klemmrings gehalten wird und die Platte beinhaltet Prozessgasauslässe, die in einem Muster angeordnet sind, das Gaszuleitungslöchern in der Stützplatte entspricht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A–D zeigen Details der Gasverteilungselektrode, wobei 1A eine Frontansicht zeigt, die die dem Plasma ausgesetzte Oberfläche der Elektrode 504 mit den 13 Reihen von Gaslöchern zeigt, 1B eine Frontansicht der Oberseite 522 mit den 13 Reihen von Gaslöchern und 6 Stiftlöcher 520 zeigt, 1C eine Seitenansicht mit der inneren Stufe am nächsten zur der dem Plasma ausgesetzten Oberfläche und der äußeren Stufe am nächsten zur Oberseite der Elektrode zeigt, und 1D eine vergrößerte Ansicht des Details D von 1C zeigt.
Ausführliche Beschreibung
Die Herstellung integrierter Schaltkreisbausteine beginnt typischerweise mit einer dünnen, polierten Scheibe eines hochreinen, einkristallinen Substrats eines Halbleitermaterials (wie Silizium oder Germanium), genannt ein „Wafer”. Jeder Wafer wird einer Abfolge physikalischer und chemischer Prozessschritte ausgesetzt, die die unterschiedlichen Schaltkreisstrukturen auf dem Wafer bilden. Während des Herstellungsprozesses können verschiedene Arten dünner Filme auf den Wafer aufgebracht werden, wobei unterschiedliche Techniken, wie thermische Oxidation, um Siliziumdioxidfilme zu produzieren, chemische Dampfabscheidung, um Silizium-, Siliziumdioxid- and Siliziumnitridfilme zu produzieren und Sputterätzen oder andere Techniken, um andere metallische Filme zu produzieren, angewendet werden.
Nach der Abscheidung eines Films auf dem Halbleiterwafer werden die besonderen elektrischen Eigenschaften von Halbleitern durch gezieltes Einbringen von Verunreinigungen in das Halbleiterkristallgitter mittels eines Prozesses, der Dotierung genannt wird, hergestellt. Der dotierte Siliziumwafer kann dann gleichmäßig mit einer dünnen Schicht fotosensitiven, oder strahlungssensitiven Materials, genannt Resist, überzogen werden. Kleine geometrische Muster, die die Elektronenbahnen im Schaltkreis festlegen, können dann mittels eines Prozesses, der Lithografie genannt wird, auf den Resist aufgebracht werden. Während dem lithografischen Prozess können die Schaltkreismuster auf eine Glasplatte, genannt „Maske”, gezeichnet werden und dann optisch verkleinert, projiziert und auf die fotoempfindliche Schicht aufgebracht werden.
Das lithografierte Resistmuster wird dann auf die darunterliegende kristalline Oberfläche des Halbleitermaterials übertragen durch einen Prozess, der als Ätzen bekannt ist. Vakuumprozesskammern werden üblicherweise zum Ätzen und zur chemischen Dampfabscheidung (CVD) von Materialien auf Substraten verwendet, wobei ein Ätz- oder Abscheidungsgas der Vakuumkammer zugeführt wird und wobei ein Hochfrequenzfeld (RF) an das Gas angelegt wird, um das Gas in den Plasmazustand anzuregen.
Ein reaktives Ionenätzsystem besteht typischerweise aus einer Ätzkammer mit einer darin befindlichen oberen Elektrode oder Anode und einer unteren Elektrode oder Kathode. Die Kathode hat eine negative Vorspannung gegenüber der Anode und den Behälterwänden. Der zu ätzende Wafer wird mit einer geeigneten Maske abgedeckt und direkt auf die Kathode gelegt. Ein chemisch reaktives Gas wie CF₄, CHF₃, CClF₃, HBr, Cl₂ und SF₆ oder Mischungen davon mit O₂, N₂, He oder Ar wird in die Ätzkammer eingelassen und wird auf einem Druck, der typischerweise im Millitorr-Bereich liegt, gehalten. Die obere Elektrode weist ein Gasloch/Gaslöcher auf, das/die es dem Gas erlauben, gleichmäßig durch die Elektrode in die Kammer einzuströmen. Das elektrische Feld, das zwischen der Anode und der Kathode besteht, dissoziiert das reaktive Gas und bildet dabei Plasma. Die Oberfläche des Wafers wird geätzt durch chemische Wechselwirkung mit den aktiven Ionen und durch Impulsübertrag von den Ionen, die die Oberfläche des Wafers treffen. Das elektrische Feld, das von den Elektroden erzeugt wird, wird die Ionen zur Kathode ziehen, wodurch die Ionen die Oberfläche überwiegend in vertikalen Richtung treffen, so dass der Prozess wohldefinierte vertikal geätzte Seitenwände produziert. Die Ätzreaktorelektroden können oft durch Verbindung zweier oder mehrerer unähnlicher Bauteile mit mechanisch verträglichen und/oder thermisch leitenden Klebemitteln, die eine Vielfalt von Funktionalitäten zulassen, hergestellt werden.
1A–D zeigen Einzelheiten der Gasverteilungselektrode 504. Die Elektrode 504 ist vorzugsweise eine einkristalline Siliziumplatte von hoher Reinheit (weniger als 10 ppm Verunreinigungen) und niedrigem spezifischem Widerstand (0,005 bis 0,02 ohm-cm) mit Führungsstiftlöchern 520 auf einer Oberseite (Montagefläche) 522, die Führungsstifte 524 aufnehmen, und mit Stufen in einer äußeren Kante 526, die auf einen Klemmring (nicht dargestellt) und eine innere Lippe einer äußeren Elektrode (nicht dargestellt) passen. Gaslöcher 528 von geeignetem Durchmesser und/oder Konfiguration (z. B. Löcher mit 0,017 Inch (0,43 mm) Durchmesser) erstrecken sich von der Oberseite zur Unterseite (dem Plasma ausgesetzte Oberfläche) 530 und können in irgendeinem geeigneten Muster angeordnet sein. In der dargestellten Ausführungsform sind die Gaslöcher in 13 umlaufenden Reihen angeordnet, wobei sich vier Gaslöcher in der ersten Reihe in einem Abstand von etwa 0,25 Inch (6,4 mm) von der Mitte der Elektrode, 10 Gaslöcher in der zweiten Reihe etwa 0,7 Inch (17,8 mm) von der Mitte, 20 Gaslöcher in der dritten Reihe etwa 1,25 Inch (31,8 mm) von der Mitte, 26 Gaslöcher in der vierten Reihe etwa 1,95 Inch (49,5 mm) von der Mitte, 30 Gaslöcher in der fünften Reihe etwa 2,3 Inch (58,4 mm) von der Mitte, 36 Gaslöcher in der sechsten Reihe etwa 2,7 Inch (68,6 mm) von der Mitte, 40 Gaslöcher in der siebten Reihe etwa 3,05 Inch (77,5 mm) von der Mitte, 52 Gaslöcher in der achten Reihe etwa 3,75 Inch (95,3 mm) von der Mitte, 58 Gaslöcher in der neunten Reihe etwa 4,1 Inch (104,1 mm) von der Mitte, 62 Gaslöcher in der zehnten Reihe etwa 4,5 Inch (114,1 mm) von der Mitte, 70 Gaslöcher in der elften Reihe etwa 5.2 Inch (132,1 mm) von der Mitte, 74 Gaslöcher in der zwölften Reihe etwa 5,45 Inch (138,4 mm) von der Mitte und 80 Gaslöcher in der dreizehnten Reihe etwa 5,75 Inch (146,1 mm) von der Mitte befinden.
Die Oberfläche der Elektrode beinhaltet 6 Führungsstiftlöcher 520 mit 3 Stiftlöchern in der Nähe der Mitte und 3 Stiftlöchern in der Nähe der äußeren Kante der Elektrode. Die Stiftlöcher können einen Durchmesser von etwa 0,116 Inch (2,9 mm) haben. Die 3 zentralen Stiftlöcher sind radial angeordnet und beinhalten ein Stiftloch einer Tiefe von etwa 0,160 Inch (4,1 mm) in der Mitte der Elektrode und 2 Stiftlöcher einer Tiefe von etwa 0,200 Inch (5,1 mm) im Abstand von etwa 1,60 Inch (40,6 mm) vom zentralen Stiftloch an Positionen zwischen der dritten und der vierten Reihe der Gaslöcher. Die äußeren Stiftlöcher sind etwa 0,100 Inch (2,5 mm) tief und beinhalten ein Stiftloch radial ausgerichtet mit den zentralen Stiftlöchern etwa 6 Inch (15,2 mm) vom zentralen Stiftloch entfernt und zwei Stiftlöcher, die 97,5° bzw. 170° davon versetzt sind, mit dem zweiten und dritten Stiftloch im selben Abstand vom zentralen Stiftloch aber 92,5° zueinander versetzt.
Die äußere Kante weist eine innere Stufe 532 und eine äußere Stufe 534 auf, die so in die Siliziumplatte gearbeitet sind, dass sie sich komplett um die Siliziumplatte herum erstrecken. In einer bevorzugten Ausführungsform hat die Siliziumplatte eine Dicke von etwa 0,400 Inch (10,2 mm) und einen äußeren Durchmesser von etwa 12,560 Inch (319,0 mm), hat die innere Stufe 532 einen inneren Durchmesser von etwa 12,004 Inch (304,9 mm) und einen äußeren Durchmesser von etwa 12,135 Inch (308,3 mm) und erstreckt sich etwa 0,13 Inch (3,3 mm) in die dem Plasma ausgesetzte Oberfläche 530 hinein und hat die äußere Stufe 534 einen inneren Durchmesser von etwa 12,135 Inch (308,3 mm) und einen äußeren Durchmesser von etwa 12,560 Inch (319,0 mm) und erstreckt sich etwa 0,24 Inch (6,1 mm) in die dem Plasma ausgesetzte Oberfläche 530 hinein. Die innere Stufe 532 hat eine vertikale Oberfläche 532a, die etwa 0,13 Inch (3,3 mm) lang ist, und eine horizontale Oberfläche 532b, die etwa 0,065 Inch (1,7 mm) lang ist, und die äußere Stufe 534 hat eine vertikale Oberfläche 534a, die etwa 0,11 Inch (2,8 mm) lang ist und eine horizontale Oberfläche 534b, die etwa 0,218 Inch (5,5 mm) lang ist.
1A zeigt eine Frontansicht, die die dem Plasma ausgesetzte Oberfläche der Elektrode 504 mit den 13 Reihen von Gaslöchern zeigt. 1B zeigt eine Frontansicht der Oberseite 522 mit den 13 Reihen von Gaslöchern und 6 Stiftlöcher 520. 1C zeigte eine Seitenansicht mit der inneren Stufe am nächsten zur der dem Plasma ausgesetzten Oberfläche und der äußeren Stufe am nächsten zur Oberseite der Elektrode. 1D zeigt eine vergrößerte Ansicht des Details D von 1C, die die inneren und äußeren Stufen mit 6 abgerundeten Ecken an der äußeren Kante der Oberseite 522, die äußere Kante der Unterseite 530 und Übergänge zwischen den horizontalen und vertikalen Oberflächen 532a, 532b, 534a, 534b mit Ecken untereinander und die Ober- und Unterseite 522, 530 (z. B. abgerundet mit einem Radius von 0,025 Inch (0,635 mm)) zeigt.
Während die Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen davon beschrieben ist, wird es für den Fachmann offenkundig sein, dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen vorgenommen werden und Äquivalente Mittel eingesetzt werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche zu verlassen.

Claims

Eine Gasverteilungselektrode zur Verwendung als obere Elektrode einer kapazitiv gekoppelten Plasmaprozesskammer mit: einer kreisförmige Platte mit einer dem Plasma ausgesetzten Oberfläche auf ihrer Unterseite, einer Montagefläche auf ihrer Oberseite, wobei die Unterseite innere und äußere Stufen an einem äußeren Umfang der Platte beinhaltet; wobei die innere Stufe einen kleineren Durchmesser als die äußere Stufe hat und die äußere Stufe sich zwischen der inneren Stufe und der Montagefläche befindet, die äußere Stufe so ausgebildet ist, dass sie zu einem sich nach innen erstreckenden Flansch eines Klemmringes passt und die innere Stufe so ausgebildet ist, dass sie zu einem Bereich einer äußeren Elektrode passt, welche die Gasverteilungselektrode so umgibt, dass sich eine innere, sich verjüngende Oberfläche der äußeren Elektrode von der äußeren Kante der dem Plasma ausgesetzten Oberfläche erstreckt; wobei die Montagefläche eine Vielzahl von Führungsstiftausnehmungen beinhaltet, die ausgebildet sind, um Führungsstifte aufzunehmen, die in einem Muster angeordnet sind, das mit Führungsstiftlöchern in einer Stützplatte übereinstimmt, gegen die die Platte mittels des Klemmrings gehalten wird; wobei die Platte Prozessgasauslässe beinhaltet, die in einem Muster angeordnet sind, das Gaszuleitungslöchern in der Stützplatte entspricht, wobei die Gasauslässe in Verbindung mit Gasdurchführungen stehen, die sich zwischen den Ober- und Unterseiten erstrecken.
Die Elektrode von Anspruch 1, wobei die Führungsstiftausnehmungen eine zentrale Stiftausnehmung, mindestens eine Zwischen-Stiftausnehmung auf gegenüberliegenden Seiten der zentralen Stiftausnehmung und eine Vielzahl von umlaufend beabstandeten Stiftausnehmungen in einer äußeren Zone der Oberseite oberhalb der inneren und äußeren Stufen beinhaltet.
Die Elektrode von Anspruch 1, wobei die Platte aus einkristallinem Silizium besteht.
Die Elektrode von Anspruch 1, wobei die Gasauslässe in einem Muster von umlaufenden Reihen angeordnet sind.
Die Elektrode von Anspruch 4, wobei das Muster der Gasauslässe 13 umlaufenden Reihen beinhaltet, die in Gruppen von drei oder vier Reihen angeordnet sind, wobei die radialen Abständen zwischen benachbarten Reihen jeder Gruppe kleiner sind als die radialen Abstände, die benachbarte Gruppen voneinander trennen.
Die Elektrode von Anspruch 1, wobei die äußere Stufe eine horizontale Oberfläche beinhaltet, die sich vom äußeren Umfang um einen ersten Abstand nach innen erstreckt, wobei die innere Stufe eine horizontale Oberfläche beinhaltet, die sich von der äußeren Stufe um einen zweiten Abstand nach innen erstreckt, wobei der erste Abstand mindestens zweimal größer ist als der zweite Abstand.
Die Elektrode von Anspruch 6, wobei die Platte parallele Ober und Unterseiten hat mit einer Dicke zwischen der Ober und Unterseite nicht größer als 0,5 Inch (12,7 mm), die horizontale Oberfläche der äußeren Stufe von der Oberseite um einen ersten vertikalen Abstand beabstandet ist, die horizontale Oberfläche der inneren Stufe von der Unterseite um einen zweiten vertikalen Abstand beabstandet ist, und die horizontale Oberfläche der oberen Stufe von der horizontalen Oberfläche der unteren Stufe durch einen dritten Abstand getrennt ist, wobei der erste vertikale Abstand größer als der zweite vertikale Abstand und der zweite vertikale Abstand größer als der dritte vertikale Abstand ist.