TW201324577A - 等離子體處理裝置及應用於等離子處理裝置的邊緣環 - Google Patents

Abstract

本發明提供了一種用於等離子處理裝置以及用於該等離子體處理裝置的邊緣環，其中，所述等離子處理裝置包括：一個反應腔體，反應腔體圍繞一個基座，基座上固定有待加工基片，基座與反應腔體頂壁之間的空間構成一個等離子加工區，其中所述邊緣環安裝在基座上靠近並環繞所述基片，所述邊緣環上表面暴露到所述等離子加工區，其中所述邊緣環包括一個本體部分和位於本體部分上表面的鍍層部分，所述鍍層為TiN材料。通過邊緣環上鍍含鈦材料層可以減輕自由基對掩膜的破壞。

Description

等離子體處理裝置及應用於等離子處理裝置的邊緣環

本發明關於半導體製造領域，尤其關於一種用於等離子體處理裝置中圍繞處理基片的邊緣環。

半導體技術在銅互連技術中需要對絕緣材料進行等離子刻蝕。隨著臨界尺寸(CD)的縮小精度要求也越來越高。在絕緣層刻蝕中典型的有雙大馬士刻蝕(dual damascene，簡稱DD)技術，也就是在同一個製程裏完成對絕緣層材料溝道和通孔的刻蝕。在DD這個刻蝕技術中會用到極薄的TiN材料作為掩膜刻蝕下方的絕緣材料層，如Low-K材料。這層TiN材料由於極其薄，小於10 nm，通常只有約幾十埃(Å)，所以在刻蝕過程中很容易被破壞。掩膜層被破壞會導致下方刻蝕形成的溝槽開口處形成斜面，這會使得溝槽的可靠性下降。經過發明人的研究和實驗發現對TiN掩膜造成破壞的主要因素是等離子刻蝕中產生的自由基(radical)，而在等離子刻蝕機特別是電容耦合型等離子刻蝕機中通常在處理基片邊緣位置的自由基濃度要遠大於處理基片中心位置的濃度。這就造成了刻蝕結果與自由基濃度分佈相對應的不均勻。

因此，業內需要能夠簡單有效地改善邊緣效應，提高製程均一性。

針對背景技術中的上述問題，本發明提出了能夠改 善均一性的等離子處理裝置和用於等離子體處理裝置的邊緣環。

本發明第一方面提供一種應用於等離子體處理裝置的邊緣環，其中，所述等離子處理裝置包括，一個反應腔體，反應腔體圍繞一個基座，與基座相對的反應腔體包括一個頂壁，基座內包括一個電極連接射頻電源，基座上固定有待加工基片，基座與反應腔體頂壁之間的空間構成一個等離子加工區， 一個邊緣環安裝在基座上靠近並環繞所述基片，所述邊緣環上表面暴露到所述等離子加工區，其中所述邊緣環包括一個本體部分和位於本體部分上表面的鍍層部分，所述鍍層為含鈦材料。含碳材料包括TiN、氧化鈦、氟化鈦之一。

其中該等離子處理腔可以是電容耦合的也可以是電感耦合型的等離子反應腔。安裝在基座上待處理的基片包括TiN掩膜和掩膜下待刻蝕的絕緣材料層，通過等離子處理形成雙大馬士圖形的溝槽和通孔。所述TiN掩膜厚度小於10 nm。

以下結合附圖，對本發明的具體實施方式進行說明。

圖1是本發明一個具體實施例的等離子處理裝置的結構示意圖。如圖1所示，本發明提供了一種應用於等離子體處理裝置100的用於承載基片20的基座22，其中，所述基片20位於所述基座22上方。所述基座22上還包括一個基片固定裝置21，典型的如靜電夾盤 或者機械夾盤。基座內包括射頻電極連接到射頻電源向等離子反應區發送射頻能量。等離子處理裝置還包括一個同時作為氣體噴淋頭的上電極11，所述氣體噴淋頭連接到氣源110。

基臺上圍繞基片固定裝置和基片的還包括一個邊緣環10，該邊緣環10可以具有不同的材質，可以是導體、半導體、或者絕緣體如矽、碳化矽、石英等，這些材料構成了邊緣環的本體部分。這些邊緣環通過材料和形狀的設計可以起到調節基片邊緣區域電場大小和方向分佈的作用，也能保護基台下方部件不會被等離子體腐蝕，還能影響基片邊緣區域的溫度和聚合物沉積。在具體的邊緣環材料選擇過程中可以根據每個反應腔使用時不同的製程需求來選擇。

在本發明利用TiN為薄掩膜層刻蝕雙大馬士結構時，由於等離子與自由基在整個晶片上分佈是不均勻的，通常自由基(radical)在邊緣位置的濃度會遠大於中晶片中心位置的濃度。所以在邊緣位置的TiN薄掩膜會更快的被破壞造成下面的刻蝕目標層出現不希望的刻蝕現象。而這些被破壞的分子一部分被排氣系統抽走了，一部分仍然留在基片表面擴散開來。

本發明方法在邊緣環包括一個本體部分上添加一層表面鍍層，該鍍層為TiN薄膜，本體構成了邊緣環的基本形狀，鍍層的厚度遠小於本體部分。在反應過程中大量的自由基到達邊緣環後一部分會與基片表面的掩膜層TiN反應，另一部分會與邊緣環10表面的TiN材料反應，這樣就消耗掉了原本在基片週邊邊緣環10上 方區域的大量自由基。這樣基片邊緣區域的自由基濃度會遠大於基片週邊區域，所以會向低濃度的邊緣環10位置擴散，同時整個基片上方的自由基也向週邊擴散。所以通過在基片週邊的邊緣環上鍍一層TiN材料薄膜，使得整個刻蝕過程中在基片上方的自由基濃度相對于現有技術都會減小，其中基片上方的邊緣區域由於離邊緣環最近減小的幅度最大。最終達到本發明的目的保護TiN掩膜層，抵消了由於反應腔結構原因造成的自由基分佈不均。

在本發明邊緣環10表層的TiN鍍膜被消耗之後可以取出邊緣環再次鍍膜，實現迴圈利用。而且除了TiN以外其他能夠與自由基反應而且反應後的產物不會對等離子處理造成不良影響的材料也可以被鍍到邊緣環表面。比如氧化鈦，或者氟化鈦，均可以達到本發明目的。

其中在邊緣環本體部分上鍍膜屬於習知技術，可以用CVD方法或者噴塗等都可以實現，在此不再贅述。

本發明除了可以用於如圖1所示的電容耦合型等離子體處理腔，也可以用於其他等離子反應腔如電感耦合式反應腔，兩者的區別是電感耦合式反應腔外圍繞的是電感線圈通過絕緣層材料構成的窗口將射頻能量發射到反應腔中。

儘管本發明的內容已經通過上述較佳實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此， 本發明的保護範圍應由所附的專利範圍來限定。

100‧‧‧等離子體處理裝置

110‧‧‧氣源

10‧‧‧邊緣環

11‧‧‧上電極

20‧‧‧基片

21‧‧‧基片固定裝置

22‧‧‧基座

圖1是本發明的實施例的等離子刻蝕裝置的結構示意圖。

100‧‧‧等離子體處理裝置

110‧‧‧氣源

10‧‧‧邊緣環

11‧‧‧上電極

20‧‧‧基片

21‧‧‧基片固定裝置

22‧‧‧基座

Claims (12)

1. 一種等離子體處理裝置，包括：一個反應腔體，該反應腔體圍繞一個基座，與該基座相對的該反應腔體包括一個頂壁，該基座內包括一個電極連接射頻電源，該基座上固定有待加工基片，該基座與該反應腔體頂壁之間的空間構成一個等離子加工區，一個邊緣環安裝在該基座上靠近並環繞該基片，該邊緣環上表面暴露到該等離子加工區，其中該邊緣環包括一個本體部分和位於該本體部分上表面的鍍層部分，該鍍層為含鈦材料。
2. 如申請專利範圍第1項所述之等離子體處理裝置，其中該反應腔體頂壁包括一個上電極。
3. 如申請專利範圍第1項所述之等離子體處理裝置，其中該等離子體反應腔體包括一個連接有射頻電源的線圈位於該反應腔體上方。
4. 如申請專利範圍第1項所述之等離子體處理裝置，其中該等離子處理裝置應用於以TiN為掩膜刻蝕下方的絕緣材料層。
5. 如申請專利範圍第4項所述之等離子體處理裝置，其中該絕緣材料層為Low-K材料。
6. 如申請專利範圍第4項所述之等離子體處理裝置，其中該TiN掩膜厚度小於10 nm。
7. 如申請專利範圍第1項所述之等離子體處理裝置，其中該含鈦材料包括氮化鈦、氧化鈦、氟化鈦之一。
8. 一種應用於等離子處理裝置的邊緣環，該等離子處理裝置包括：一個反應腔體，該反應腔體圍繞一個基座， 該基座上固定有待加工基片，該基座與該反應腔體頂壁之間的空間構成一個等離子加工區，其中該邊緣環安裝在該基座上靠近並環繞該基片，該邊緣環上表面暴露到該等離子加工區，其中該邊緣環包括一個本體部分和位於該本體部分上表面的鍍層部分，該鍍層為含鈦材料。
9. 如申請專利範圍第8項所述之應用於等離子體處理裝置的邊緣環，其中該等離子處理裝置包括應用於以TiN為掩膜刻蝕下方的絕緣材料層。
10. 如申請專利範圍第9項所述之應用於等離子體處理裝置的邊緣環，其中該絕緣材料層為Low-K材料。
11. 如申請專利範圍第9項所述之應用於等離子體處理裝置的邊緣環，其中該TiN掩膜厚度小於10 nm。
12. 如申請專利範圍第8項所述之應用於等離子體處理裝置的邊緣環，其中該含鈦材料包括氮化鈦、氧化鈦、氟化鈦之一。