TW201616589A - 半導體基板處理設備中之可調式對流擴散氣流所用的具備中央氣體注射器之陶瓷噴淋頭 - Google Patents

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Abstract

一感應耦合電漿設備包含一真空腔室、一真空源、及一基板支撐體，半導體基板係支撐於該基板支撐體上。一陶瓷噴淋頭，形成真空腔室的上壁。該陶瓷噴淋頭包含一氣體腔室及一中央孔洞，該氣體腔室與多個噴淋頭氣體排氣口流體連通，以將處理氣體供給至真空腔室之內部；並且該中央孔洞配置以容納一中央氣體注射器。一中央氣體注射器，置於該陶瓷噴淋頭之中央孔洞中。該中央氣體注射器包含多個氣體注射器排氣口，以將處理氣體供給至真空腔室之內部。一射頻(RF, Radio Frequency)能源，將該處理氣體激發為電漿狀態，以處理半導體基板。由中央氣體注射器所供給的處理氣體之流率以及由陶瓷噴淋頭所供給的處理氣體之流率可被獨立控制。

Description

半導體基板處理設備中之可調式對流擴散氣流所用的具備中央氣體注射器之陶瓷噴淋頭
本發明係關於半導體基板處理設備，更具體而言，係關於包含中央氣體注射器之陶瓷噴淋頭，其用於可調式地傳輸處理氣體至半導體基板處理設備之真空腔室。
半導體結構係藉由包含(但不限於) 電漿蝕刻、物理氣相沉積(PVD, physical vapor deposition)、化學氣相沉積(CVD, chemical vapor deposition)、電漿輔助化學氣相沉積(PECVD, plasma-enhanced chemical vapor deposition)、原子層沉積(ALD, atomic layer deposition)、電漿輔助原子層沉積(PEALD, plasma-enhanced atomic layer deposition)、原子層蝕刻(ALE, atomic layer etch)、電漿輔助原子層蝕刻(PE-ALE, plasma-enhanced atomic layer etch)、離子植入、或光阻移除之技術，形成於半導體基板處理設備中之半導體基板中。半導體結構可於電漿處理設備中進行處理，該電漿處理設備處理包含一電漿處理腔室(即：真空腔室)、將處理氣體供給至該腔室中之一氣體源、及由該處理氣體產生電漿之一能源。針對該等處理技術使用不同的處理氣體，而針對半導體結構之不同材料的處理亦然。
本說明書中揭露的係為一種感應耦合電漿處理設備。該設備包含一真空腔室、一真空源，適用於自該真空腔室排出電漿處理之處理氣體及副產物、及一基板支撐體，在該真空腔室之內部，半導體基板係支撐於該基板支撐體上。一陶瓷噴淋頭，形成該真空腔室之上壁的，其中該陶瓷噴淋頭包含一氣體腔室以及一中央孔洞，該氣體腔室與其電漿暴露表面中之多個噴淋頭氣體排氣口流體連通，以將處理氣體供給至該真空腔室內部；並且該中央孔洞配置以容納一中央氣體注射器之。一中央氣體注射器，置於該陶瓷噴淋頭的中央孔洞中，其中該中央氣體注射器包含多個氣體注射器排氣口，以將處理氣體供給至真空腔室之內部。一RF能源，其使RF能量通過該陶瓷噴淋頭而感應耦合至該真空腔室中，以將處理氣體激發為電漿狀態，以處理半導體基板。由該中央氣體注射器所供給的處理氣體之流率以及由該陶瓷噴淋頭所供給的處理氣體之流率可被獨立控制。
本說明書中進一步揭露的係為一種感應耦合電漿處理設備之陶瓷噴淋頭。該陶瓷噴淋頭形成該電漿處理設備之真空腔室的上壁。該陶瓷噴淋頭包含一氣體腔室，該氣體腔室與其電漿暴露表面中多個噴淋頭氣體排氣口流體連通，以將處理氣體供給至該真空腔室的內部；及被配置以容納一中央氣體注射器之一中央孔洞。相對於通過該中央氣體注射器所供給之處理氣體的流率，該陶瓷噴淋頭係可操作以獨立控制通過其所供給之該處理氣體的流率。
本說明書中亦揭露一種在感應耦合電漿處理設備中之半導體基板的電漿處理方法。該方法包含將半導體基板放置於一真空腔室中之一基板支撐體上，其中包含一中央氣體注射器的陶瓷噴淋頭之電漿暴露表面形成該真空腔室之一壁，其朝向該基板支撐體。將處理氣體自該中央氣體注射器之氣體注射器排氣口及/或該陶瓷噴淋頭之噴淋頭氣體排氣口供給至該真空腔室中。相互獨立地控制由該陶瓷噴淋頭及該中央氣體注射器所供給之處理氣體的流率。藉由使該RF能源產生之RF能量，通過該陶瓷噴淋頭而感應耦合至該真空腔室中，以將處理氣體激發為電漿狀態，其中該處理氣體係為電漿態，其與半導體基板之暴露表面反應，以藉此處理該半導體基板。
本說明書所揭露的係包含半導體基板處理設備之中央氣體注射器之陶瓷噴淋頭，在該處理設備中，該包含中央氣體注射器之陶瓷噴淋頭適用於將可調式對流擴散處理氣流提供至半導體基板處理設備之真空腔室。該半導體基板處理設備可用於藉由包含(但不限於)電漿蝕刻、PVD、CVD、PECVD、ALD、PEALD、ALE、PE-ALE、離子植入、或光阻移除之技術來處理半導體基板。該半導體基板處理設備較佳為一感應耦合電漿處理設備。為透徹了解本發明實施例，以下敘述中提出多項特定細節。然而，顯而易見地，對於熟習該領域技術者，不須某些或全部的此等特定細節即能夠實施本發明。在其他情況下，為了避免非必要性地混淆本說明書中揭露之實施例，熟知之程序操作則不詳加敘述。
如本說明書中所使用，可調式對流擴散處理氣流係關於包含中央氣體注射器之該陶瓷噴淋頭之下列能力:將對流氣流、擴散氣流、或同時發生之對流氣流及擴散氣流提供至支撐於真空腔室之基板支撐體上的半導體基板之上表面。在一實施例中，陶瓷噴淋頭可為多區的噴淋頭，在其中藉由該噴淋頭之每一個分別的區域所傳輸之處理氣體的流率可被控制。在一實施例中，該中央氣體注射器可為多區的氣體注射器，在其中藉由該氣體注射器之每一個分別的區域傳輸之處理氣體的流率可被控制。此外，如本說明書中所使用，當用語「約」用於與數值相關時，其指涉±10%。
多區的噴淋頭之例示性的實施例可在共同讓與之美國專利申請案第2013/0126486號中發現，該申請案整體併入本文中以做為參考文獻。多區的氣體注射器之例示性的實施例可在共同讓與之美國專利申請案第2010/0041238號中發現，該申請案整體併入本文中以做為參考文獻。
在半導體基板處理中，將處理氣體注入真空腔室的方法及該真空腔室的壓力可影響半導體基板表面之上的化學反應物種之散布，且從而影響半導體基板整體處理之均勻性，此係由於半導體基板的上表面區域上之半導體基板蝕刻副產物的再沉積所致。為了控制基板副產物之再沉積，由包含中央氣體注射器之陶瓷噴淋頭供給至真空腔室內部的處理氣體之氣流較佳可在擴散氣流與對流氣流之間切換、或為對流與擴散氣流，同時真空腔室中的壓力在處理期間為可變化地控制。處理氣體流率及/或真空腔室內之壓力的改變可影響上表面上的副產物之再沉積。舉例而言，當氣體注射器在約10 mT下供給一對流氣流，該副產物再沉積之輪廓為相對均勻，且由半導體基板的中心至邊緣傾斜，反之，對於同樣的氣流在約100 mT之壓力下，該副產物再沉積的徑向非均勻性增加。為了降低副產物之再沉積，該壓力及由設備供給之處理氣體的流速較佳為已控制的(即：已調整的)，以使渦流不會形成於正經處理之半導體基板的上表面之上。依此方式，可降低副產物在真空腔室中之滯留時間。
在一實施例中，雙模式的陶瓷噴淋頭包含中央氣體注射器以將處理氣體注射至半導體基板處理設備，在其中該雙模式的陶瓷噴淋頭適用於將可調式對流擴散處理氣流提供至半導體基板處理設備之真空腔室，如此一來，可針對真空腔室中的壓力變化以及被供給至該真空腔室內部的氣流變化，控制被蝕刻的材料之徑向副產物再沉積作用。該半導體基板處理設備較佳為一感應耦合電漿處理設備。該感應耦合電漿處理設備包含真空腔室、及位於該真空腔室內之基板支撐體，半導體基板支撐於基板支撐體上，並於其上受到電漿處理。該陶瓷噴淋頭形成該真空腔室之上壁，在其中，該陶瓷噴淋頭包含一與在其電漿暴露表面中的多個噴淋頭氣體排氣口流體連通之氣體腔室，如此一來處理氣體可因此被供給至真空腔室內部。多個噴淋頭氣體排氣口較佳被配置以將擴散處理氣流供給至真空腔室的內部。
該陶瓷噴淋頭較佳包含配置以容納中央氣體注射器之中央孔洞。該中央氣體注射器可被真空密封在陶瓷噴淋頭的中央孔洞中。該中央氣體注射器包含多個氣體注射器排氣口以將處理氣體供給至真空腔室的內部。該多個氣體注射器排氣口被配置以在半導體基板處理期間將擴散處理氣流、對流處理氣流、或擴散及對流處理氣流供給至真空腔室的內部。該感應耦合電漿處理設備包含一RF能源，其使RF能量通過陶瓷噴淋頭而感應耦合至真空腔室中，以將處理氣體激發為電漿狀態以處理半導體基板。由中央氣體注射器所供給的處理氣體之流率及由陶瓷噴淋頭所供給的處理氣體之流率較佳地可被獨立控制。
圖1及圖2繪示如本說明書所揭露之包括含中央氣體注射器20的陶瓷噴淋頭30之半導體基板處理設備的實施例。如圖1及圖2所示，感應耦合電漿處理設備10可包含真空腔室40(即電漿蝕刻腔室)。該真空腔室40包含基板支撐體(下電極組件)15以支撐真空腔室40內部之半導體基板5。包含中央氣體注射器20之陶瓷噴淋頭30形成真空腔室40之上壁。較佳地，陶瓷噴淋頭30包含下真空密封表面27，其圍繞其電漿暴露表面37，並與真空腔室40的真空密封表面41形成真空密封。
處理氣體可僅通過氣體注射器20、僅通過陶瓷噴淋頭30、或通過氣體注射器20及陶瓷噴淋頭30兩者而被注射至真空腔室40的內部。由中央氣體注射器20及由陶瓷噴淋頭30所供給至真空腔室40內部之處理氣體的流率較佳為獨立控制。再者，由包含中央氣體注射器20之陶瓷噴淋頭30所供給至真空腔室內部之處理氣體的流率可較佳地在擴散氣流與對流氣流之間交替、或可同時供給對流及擴散氣流。氣體傳輸系統234較佳被配置以控制通過氣體注射器20及/或陶瓷噴淋頭30而供給至真空腔室40內部的處理氣體之參數。藉由氣體傳輸系統234供給至真空腔室內部的處理氣體之參數(如：溫度、流率、及化學成分)較佳係由控制系統385控制。具有快速氣體切換能力之氣體傳輸系統的一例示性實施例可在共同讓與之美國專利第8,673,785號中發現，其整體併入本文中以做為參考文獻。較佳地，真空腔室40中的壓力在處理期間可藉由真空源90而可變化地控制，其中控制系統385較佳地控制真空源90。
一旦處理氣體被引入真空腔室40的內部，該等處理氣體即藉由如天線18之RF源將能量供給至真空腔室40內部而激發為電漿狀態。較佳地，天線18為外部的平面天線，其由RF電源240及RF阻抗匹配網路238供電以將RF能量感應耦合至真空腔室40中。然而，在一另外的實施例中，天線18可為一外部的或內嵌的天線，其為非平面的。藉由將RF功率施加至平面天線所產生之電磁場激發真空腔室40內部之中的處理氣體以形成基板5上方的高密度電漿(如：109 -1012 離子/cm3 )。在蝕刻處理期間，天線18(如：RF線圈) 發揮了類似變壓器中之主線圈的功能，而真空腔室40中所產生之電漿發揮了類似變壓器中之次級線圈的功能。
陶瓷噴淋頭30包含其電漿暴露表面37中的多個噴淋頭氣體排氣口32，以將處理氣體供給至真空腔室40的內部。中央氣體注射器20較佳地被可移動地安置於陶瓷噴淋頭30的中央孔洞35中，其中中央氣體注射器20的真空密封表面38與陶瓷噴淋頭30的中央真空密封表面39形成真空密封。在一實施例中，中央氣體注射器20可包含一凸緣，其形成陶瓷噴淋頭30之階狀孔的真空密封。中央氣體注射器20包含一或更多個氣體注射器排氣口21，以將通過其中之處理氣體供給至真空腔室40的內部。中央氣體注射器20較佳配置於陶瓷噴淋頭30中，以使中央氣體注射器20的末端被置於陶瓷噴淋頭30的電漿暴露表面37之下。
較佳地，如圖1所示，多個噴淋頭氣體排氣口32與氣體腔室31流體連通。氣體腔室31較佳地係由設置於中央氣體注射器20內之至少一噴淋頭氣體供給管道22供給處理氣體。在一更佳的實施例中，氣體腔室31較佳具有至少約10英吋的直徑及約0.06英吋的高度。較佳地，該至少一氣體供給管道22包含自其垂直的通道向外延伸之一或更多個徑向延伸的氣體通道，其中該一或更多個徑向延伸的氣體通道被配置以與陶瓷噴淋頭30之一或更多個別的徑向延伸的氣體通道28對齊，其自界定中央孔洞35之壁向外延伸且與多個噴淋頭氣體排氣口32及氣體腔室31流體連通，如此一來處理氣體可藉由中央氣體注射器20被供給至陶瓷噴淋頭30之氣體腔室31，並因而被傳輸至真空腔室40的內部。
另外，如圖2所示，陶瓷噴淋頭30可包含自陶瓷噴淋頭30的外緣向內延伸之多個徑向延伸的氣體通道33，其中該徑向延伸之氣體通道與氣體腔室31及多個噴淋頭氣體排氣口32流體連通。一包含自噴淋頭30外緣向內延伸之徑向延伸的氣體通道之陶瓷噴淋頭的例示性實施例可在共同讓與之美國專利第8,562,785號中發現，其整體併入本文中以做為參考文獻。
圖3A繪示一可包含依據本說明書揭露之實施例之中央氣體注射器的陶瓷噴淋頭30之實施例。陶瓷噴淋頭30可由一或更多片氧化鋁、氮化矽、氧化矽、單晶矽、石英、或碳化矽所製成。如圖3所示，陶瓷噴淋頭30包含配置以容納中央氣體注射器的中央孔洞35。在一較佳的實施例中，陶瓷噴淋頭30具有約0.4英吋的厚度，及至少約20英吋的直徑。在一較佳的實施例中，陶瓷噴淋頭30為具有兩個或更多個用以供給由其通過之處理氣體的區域之多區的陶瓷噴淋頭，其中由陶瓷噴淋頭30的每一區供給之處理氣體的流率可被獨立控制。舉例而言，第一環形區33可在第一流率下供給處理氣體，而第二環型區34可在第二流率下供給處理氣體。在一另外的實施例中，該等區域可以放射狀配置排列(如：扇形)。較佳地，噴淋頭氣體排氣口32(意即：第一區33中之噴淋頭氣體排氣口32a以及第二區34中之噴淋頭氣體排氣口32b) 具有約0.04英吋的直徑。較佳地，每一個區域皆包含一個與其個別的噴淋頭氣體排氣口流體連通之氣體腔室。在一較佳的實施例中，陶瓷噴淋頭30可包含至少一個配置以容納量測裝置(如：溫度探針)之盲孔36。
圖3B繪示具有中央孔洞35之陶瓷噴淋頭30的中央部分之橫剖面圖。陶瓷噴淋頭30的中央孔洞35較佳具有約1至1.5英吋的直徑。界定陶瓷噴淋頭30之中央孔洞35的垂直之壁35a較佳包含環狀凹槽48設置於其中，該環狀凹槽48可具有約0.15英吋的高度及約0.15英吋的深度。環狀凹槽48可較佳地配置以與容納於孔洞35的中央氣體注射器之凸緣一起形成真空密封。舉例而言，環狀凹槽48可配置以容納一O形環。
圖4繪示一中央氣體注射器20的實施例，其可置於依據本說明書中揭露之實施例的陶瓷噴淋頭中。中央氣體注射器20較佳包含由介電材料(如：石英)所形成的一注射器主體、及一或更多個氣體注射器排氣口21。較佳地，中央氣體注射器20為具有兩個或更多個用以供給由其通過之處理氣體的區域之多區的中央氣體注射器，其中由中央氣體注射器20的每一區供給之處理氣體的流率可被獨立控制。舉例而言，該等區域可藉由一或更多個中央氣體排氣口21a以及多個放射狀氣體排氣口21b所形成，中央氣體排氣口21a較佳係在垂直於半導體基板的暴露表面之軸向上延伸，而放射狀氣體排氣口21b較佳與該軸向呈90∘角延伸以將處理氣體供給至真空腔室40內部。較佳地，該一或多個中央氣體排氣口21a被配置以接收由第一氣體管線供給之處理氣體，而放射狀氣體排氣口21b被配置以接收來自第二氣體管線之處理氣體。另外，一單一氣體管線可將氣體供給至中央氣體排氣口21a及放射狀氣體排氣口21b兩者。中央氣體注射器20可較佳地於次音速、音速、及/或超音速的速度下將處理氣體注射至真空腔室40中。
在一另外的實施例中，中央氣體注射器可包含一或更多個在垂直於半導體基板的暴露表面之軸向上延伸的中央氣體排氣口、及與該軸向呈銳角延伸以將處理氣體供給至真空腔室內部之多個傾斜的氣體排氣口。較佳地，該一或更多個中央氣體排氣口被配置以接收由第一氣體管線供給之處理氣體，而該傾斜的氣體排氣口被配置以接收來自第二氣體管線之處理氣體。在一另外的實施例中，中央氣體注射器20包含一注射器主體，該注射器主體至少包含：第一及第二氣體進氣口、第一及第二氣體通道、與第一及第二氣體排氣口；該第一氣體通道與第一氣體進氣口及第一氣體排氣口流體連通，該第二氣體通道與第二氣體進氣口及第二氣體排氣口流體連通，該第一及第二氣體通道被互相分離以提供可獨立調整之通過第一及第二排氣口的氣體流率。包含一或更多個中央氣體排氣口及多個傾斜的氣體排氣口的一例示性之氣體注射器的實施例可在共同讓與之美國專利第8,025,731號中發現，其整體併入本文中以做為參考文獻。
在一較佳的實施例中，中央氣體注射器20的氣體注射器排氣口21可包含在其表面上的導電屏蔽，其將中央氣體注射器20之多個氣體注射器排氣口21中的電漿引燃最小化。中央氣體注射器20較佳包含凸緣23，其中中央氣體注射器20適於利用介於中央氣體注射器20與陶瓷噴淋頭30之間的O形環而可滑動地裝入陶瓷噴淋頭30之中央孔洞35中。在一另外的實施例中，中央氣體注射器20適於以旋轉閉鎖之配置方式裝入陶瓷噴淋頭30之中央孔洞35中。旋轉閉鎖式氣體注射器安裝配置之一例示性的實施例可在共同讓與之美國專利申請案第2013/0098554號中發現，該申請案整體併入本文中以做為參考文獻。
較佳地，藉由將半導體基板5放置在真空腔室40之基板支撐體15上，可在感應耦合電漿處理設備10(見圖1及圖2)中處理半導體基板，其中形成真空腔室40之壁的陶瓷噴淋頭之電漿暴露表面37朝向基板支撐體15。處理氣體係自中央氣體注射器20之氣體注射器排氣口21、及/或陶瓷噴淋頭30之噴淋頭氣體排氣口32供給至真空腔室40中，其中由陶瓷噴淋頭及中央氣體注射器所供給之處理氣體的流率係互為獨立控制。藉由使RF電源240所產生之RF能量通過陶瓷噴淋頭30而感應耦合至真空腔室40中，以將處理氣體激發為電漿狀態，該處理氣體係為電漿態，其與半導體基板5之暴露表面反應以處理該半導體基板5。較佳地，陶瓷噴淋頭30為包含兩個或更多個區域之多區的陶瓷噴淋頭，其中藉由每一個個別區域所供給之處理氣體的流率為獨立控制。較佳地，中央氣體注射器20為包含兩個或更多個區域之多區的中央氣體注射器，其中藉由每一個個別區域所供給之處理氣體的流率為獨立控制。
由包含中央氣體注射器20之陶瓷噴淋頭30供給至真空腔室40內部之處理氣體的氣流係較佳地在擴散氣流與對流氣流之間切換、或將對流與擴散氣流供給至真空腔室40內部，而處理期間真空腔室中的壓力為可變化地控制，以在半導體基板蝕刻期間控制半導體基板蝕刻副產物的再沉積。再者，當在半導體基板5上蝕刻一層時，通過至少一些氣體注射器排氣口21及噴淋頭氣體排氣口32之氣流的比率為獨立變化，以達到該層之中央至邊緣蝕刻的均勻性。通過至少一些氣體注射器排氣口21及噴淋頭氣體排氣口32之氣流的比率為獨立變化，以降低在半導體基板5上表面的上方之氣體種類的停留時間。
舉例而言，圖5、6、及7繪示可藉由依據本說明書揭露之實施例的半導體基板電漿處理設備而實施之氣流型式的實例。如圖5及圖6所繪示，其顯示僅有中央氣體注射器20之高流率，而渦流150形成於半導體基板上表面的上方，其中蝕刻副產物在半導體基板上表面的上方再循環。藉由蝕刻副產物於半導體基板上表面的上方再循環，半導體基板的上表面上之蝕刻副產物的再沉積增加。然而，如圖7所繪示，藉由利用中央氣體注射器20及陶瓷噴淋頭30供給處理氣流(其中該氣流為獨立控制)，可形成非再循環之氣流155，如此一來該渦流可受到控制。以如此的方式，蝕刻副產物不會於半導體基板上表面的上方再循環，因而降低蝕刻副產物的再沉積，且半導體基板上表面的上方之氣體種類的停留時間降低。因此，藉由利用可調式對流擴散氣流來控制半導體基板上表面的上方之氣流的再循環，半導體基板的上表面上之蝕刻副產物的再沉積可同樣地受到控制。
如控制系統385(見圖1及圖2)之控制系統較佳控制由電漿處理設備、氣體傳輸系統、及/或真空源所實施的處理。非暫態的電腦機器可讀取之媒體可包含用於控制電漿處理設備及氣體傳輸系統之程式指令。用於控制處理操作之電腦程式碼可以任何習知的電腦可讀取程式語言撰寫，例如：組合語言、C、C++、Pascal、Fortran、及其他。藉由處理器執行經編譯之目標碼或腳本，以執行程式中所識別之任務。
儘管本說明書中揭露之實施例已參照其具體實施例詳細描述，但對於熟習該領域技術者，顯而易見地，在不悖離隨附申請專利範圍之範疇的情況下，可進行各種變化及修改，並使用均等物。
5‧‧‧半導體基板 10‧‧‧感應耦合電漿處理設備 15‧‧‧基板支撐體 18‧‧‧天線 20‧‧‧中央氣體注射器/氣體注射器 21‧‧‧氣體注射器排氣口 21a‧‧‧中央氣體排氣口 21b‧‧‧放射狀氣體排氣口 22‧‧‧氣體供給管道 23‧‧‧凸緣 27‧‧‧陶瓷噴淋頭所包含的下真空密封表面 28‧‧‧氣體通道 30‧‧‧陶瓷噴淋頭/噴淋頭 31‧‧‧氣體腔室 32‧‧‧噴淋頭氣體排氣口 32a‧‧‧第一區中之噴淋頭氣體排氣口 32b‧‧‧第二區中之噴淋頭氣體排氣口 33‧‧‧氣體通道/第一環形區/第一區 34‧‧‧第二環形區/第二區 35‧‧‧中央孔洞 35a‧‧‧中央孔洞所界定的垂直之壁 36‧‧‧盲孔 37‧‧‧電漿暴露表面 38‧‧‧中央氣體注射器的真空密封表面 39‧‧‧陶瓷噴淋頭的真空密封表面 40‧‧‧真空腔室 41‧‧‧真空腔室的真空密封表面 48‧‧‧環狀凹槽 90‧‧‧真空源 150‧‧‧渦流 155‧‧‧非再循環之氣流 234‧‧‧氣體傳輸系統 238‧‧‧RF阻抗匹配網路 240‧‧‧RF電源 385‧‧‧控制系統
圖1依據如本說明書所揭露之實施例，繪示半導體基板之電漿處理設備之一實施例。
圖2依據如本說明書所揭露之實施例，繪示半導體基板之電漿處理設備之一實施例。
圖3A繪示可包含中央氣體注射器的陶瓷噴淋頭之一實施例，而圖3B依據如本說明書所揭露之實施例，繪示陶瓷噴淋頭中央部分之橫剖面。
圖4依據如本說明書所揭露之實施例，繪示可置於陶瓷噴淋頭中之中央氣體注射器的一實施例。
圖5依據本說明書所揭露之實施例，繪示可藉由半導體基板之電漿處理設備而實施之氣流型式的一實例。
圖6依據本說明書所揭露之實施例，繪示可藉由半導體基板之電漿處理設備而實施之氣流型式的一實例。
圖7依據本說明書所揭露之實施例，繪示可藉由半導體基板之電漿處理設備而實施之氣流型式的一實例。
5‧‧‧半導體基板
10‧‧‧感應耦合電漿處理設備
15‧‧‧基板支撐體
18‧‧‧天線
20‧‧‧中央氣體注射器/氣體注射器
21‧‧‧氣體注射器排氣口
22‧‧‧氣體供給管道
27‧‧‧陶瓷噴淋頭所包含的下真空密封表面
28‧‧‧氣體通道
30‧‧‧陶瓷噴淋頭/噴淋頭
31‧‧‧氣體腔室
32‧‧‧噴淋頭氣體排氣口
35‧‧‧中央孔洞
37‧‧‧電漿暴露表面
38‧‧‧中央氣體注射器的真空密封表面
39‧‧‧陶瓷噴淋頭的真空密封表面
40‧‧‧真空腔室
41‧‧‧真空腔室的真空密封表面
90‧‧‧真空源
234‧‧‧氣體傳輸系統
238‧‧‧RF阻抗匹配網路
240‧‧‧RF電源
385‧‧‧控制系統

Claims (20)

  1. 一種感應耦合電漿處理設備，包含： 一真空腔室； 一真空源，適用於自該真空腔室排出電漿處理之處理氣體及副產物； 一基板支撐體，在該真空腔室之內部，半導體基板係支撐於該基板支撐體上； 一陶瓷噴淋頭，形成該真空腔室之上壁，其中該陶瓷噴淋頭包含一氣體腔室以及一中央孔洞，該氣體腔室與其電漿暴露表面中之多個噴淋頭氣體排氣口流體連通，以將處理氣體供給至該真空腔室之內部；並且該中央孔洞係配置以容納一中央氣體注射器； 一中央氣體注射器，置於該陶瓷噴淋頭的中央孔洞中，其中該中央氣體注射器包含其暴露表面中的多個氣體注射器排氣口以將處理氣體供給至真空腔室之內部；及 一RF能源，其使RF能量通過該陶瓷噴淋頭而感應耦合至該真空腔室中，以將處理氣體激發為電漿狀態，以處理半導體基板； 其中由該中央氣體注射器所供給的處理氣體之流率以及由該陶瓷噴淋頭所供給的處理氣體之流率可被獨立控制。
  2. 如申請專利範圍第1項之感應耦合電漿處理設備，其中該多個氣體注射器排氣口包含： a. 一或更多個在垂直於半導體基板的暴露表面之軸向上延伸的中央氣體排氣口、以及與該軸向呈銳角延伸之多個傾斜的氣體排氣口，其用以將處理氣體供給至真空腔室之內部，其中該一或更多個中央氣體排氣口被配置以接收由第一氣體管線供給之處理氣體，而該傾斜的氣體排氣口被配置以接收來自第二氣體管線之處理氣體； b. 一或更多個在垂直於半導體基板的暴露表面之軸向上延伸的中央氣體排氣口、及與該軸向呈90∘角延伸之多個放射狀的氣體排氣口，其用以將處理氣體供給至該真空腔室內部，其中一或更多個中央氣體排氣口被配置以接收由第一氣體管線供給之處理氣體，而該放射狀之氣體排氣口被配置以接收來自第二氣體管線之處理氣體；或 c. 在其表面上的一導電屏蔽，該導電屏蔽將中央氣體注射器之多個氣體注射器排氣口中的電漿引燃最小化。
  3. 如申請專利範圍第1項之感應耦合電漿處理設備，其中該中央氣體注射器： a. 包含一注射器主體，其至少包含：第一及第二氣體進氣口、第一及第二氣體通道、與第一及第二氣體排氣口；該第一氣體通道與第一氣體進氣口及第一氣體排氣口流體連通，該第二氣體通道與第二氣體進氣口及第二氣體排氣口流體連通，該第一及第二氣體通道係互相分離以提供可獨立調整之通過第一及第二氣體排氣口的氣體流率； b. 包含一在其外部上之真空密封表面，其中該真空密封表面被配置以與該陶瓷噴淋頭的中央真空密封表面形成真空密封； c. 適於利用介於該中央氣體注射器與該陶瓷噴淋頭之間的O形環而可滑動地裝入該陶瓷噴淋頭之中央孔洞中； d. 適於以旋轉閉鎖之配置方式裝入該陶瓷噴淋頭之中央孔洞中； e. 於次音速、音速、超音速、或其組合的速度下注射處理氣體； f. 包含一或更多個徑向延伸的氣體通道，其自包含於該中央氣體注射器的氣體通道向外延伸，其中該一或更多個徑向延伸的氣體通道被配置以與陶瓷噴淋頭之一或更多個別的徑向延伸的氣體通道對齊，俾使處理氣體可藉由中央氣體注射器被供給至陶瓷噴淋頭之氣體腔室； g. 係由介電材料所製成；或 h. 係被配置以使中央氣體注射器的末端被置於陶瓷噴淋頭的電漿暴露表面之下。
  4. 如申請專利範圍第1項之感應耦合電漿處理設備，其中該陶瓷噴淋頭包含： a. 一圍繞該中央孔洞之中央真空密封表面，其中該中央真空密封表面被配置以與該中央氣體注射器之真空密封表面形成真空密封； b. 一圍繞該電漿暴露表面之下真空密封表面，其中該下真空密封表面被配置以與該真空腔室的真空密封表面形成真空密封； c. 自該噴淋頭的外緣向內延伸之多個徑向延伸的氣體通道，其中該徑向延伸的氣體通道與該多個噴淋頭氣體排氣口流體連通；或 d. 自該噴淋頭之中央孔洞向外延伸之一或更多個徑向延伸的氣體通道，其中該徑向延伸的氣體通道與該多個噴淋頭氣體排氣口流體連通，且其中該徑向延伸之氣體通道被配置以與自包含於該中央氣體注射器之氣體通道向外延伸之徑向延伸的氣體通道對齊。
  5. 如申請專利範圍第1項之感應耦合電漿處理設備，其中 a. 該陶瓷噴淋頭具有約0.4英吋之厚度； b. 該陶瓷噴淋頭具有至少約20英吋之直徑； c. 該陶瓷噴淋頭之中央孔洞具有約1至1.5英吋的直徑； d. 該噴淋頭氣體排氣口具有約0.04英吋的直徑； e. 該陶瓷噴淋頭包含至少一個配置以容納溫度探針之盲孔； f. 界定該陶瓷噴淋頭的中央孔洞之壁部包含設置於其中之環狀凹槽，其中該凹槽具有約0.15英吋的高度及約0.15英吋的深度； g. 該氣體腔室具有至少約10英吋的直徑及約0.6英吋的高度；及/或 h. 該陶瓷噴淋頭由一或更多片氧化鋁、氮化矽、氧化矽、單晶矽、石英、或碳化矽所製成。
  6. 如申請專利範圍第1項之感應耦合電漿處理設備，其中該陶瓷噴淋頭為多區的陶瓷噴淋頭，其具有兩個或更多個區域以通過其而供給處理氣體，其中由該陶瓷噴淋頭的每一個區域所供給之處理氣體的流率可被獨立控制，其中該等區域為環形區域或放射狀區域。
  7. 如申請專利範圍第1項之感應耦合電漿處理設備，其中該中央氣體注射器為多區的中央氣體注射器，其具有兩個或更多個區域以通過其而供給處理氣體，其中由該中央氣體注射器的每一個區域所供給之處理氣體的流率可被獨立控制。
  8. 如申請專利範圍第1項之感應耦合電漿處理設備，更包含 a. 一控制系統，其被配置以控制由該電漿處理設備及/或氣體傳輸系統所實施之處理； b. 一非暫態的電腦機器可讀取之媒體，其包含用於控制該電漿處理設備之程式指令。
  9. 一種感應耦合電漿處理設備之陶瓷噴淋頭，其中該陶瓷噴淋頭形成電漿處理設備之真空腔室的上壁，該陶瓷噴淋頭包含： 一氣體腔室，該氣體腔室與其電漿暴露表面中之多個噴淋頭氣體排氣口流體連通，以將處理氣體供給至該真空腔室的內部；及 被配置以容納一中央氣體注射器之一中央孔洞； 其中相對於通過該中央氣體注射器所供給之處理氣體的流率，該陶瓷噴淋頭係可操作以獨立控制通過其所供給之該處理氣體的流率。
  10. 如申請專利範圍第9項之感應耦合電漿處理設備之陶瓷噴淋頭，其中該陶瓷噴淋頭包含： a. 一圍繞該中央孔洞之中央真空密封表面，其中該中央真空密封表面被配置以與被配置為藉其所容納之中央氣體注射器之真空密封表面形成真空密封； b. 一圍繞其電漿暴露表面之下真空密封表面，其中該下真空密封表面被配置以與該真空腔室的真空密封表面形成真空密封； c. 自該噴淋頭的外緣向內延伸之多個徑向延伸的氣體通道，其中該徑向延伸的氣體通道與該多個噴淋頭氣體排氣口流體連通；或 d. 自該陶瓷噴淋頭之中央孔洞向外延伸之一或更多個徑向延伸的氣體通道，其中該徑向延伸的氣體通道與該多個噴淋頭氣體排氣口及該氣體腔室流體連通，且其中該徑向延伸之氣體通道被配置以與自包含於被配置為藉其所容納之中央氣體注射器中之氣體通道向外延伸之徑向延伸的氣體通道對齊。
  11. 如申請專利範圍第1項之感應耦合電漿處理設備，其中 a. 該陶瓷噴淋頭具有約0.4英吋之厚度； b. 該陶瓷噴淋頭具有至少約20英吋之直徑； c. 該陶瓷噴淋頭之中央孔洞具有約1至1.5英吋的直徑； d. 該噴淋頭氣體排氣口具有約0.04英吋的直徑； e. 該陶瓷噴淋頭包含至少一個配置以容納溫度探針之盲孔； f. 界定該陶瓷噴淋頭的中央孔洞之壁部包含設置於其中之環狀凹槽，其中該凹槽具有約0.15英吋的高度及約0.15英吋的深度； g. 該氣體腔室具有至少約10英吋的直徑及約0.6英吋的高度；及/或 h. 該陶瓷噴淋頭由一或更多片氧化鋁、氮化矽、氧化矽、單晶矽、石英、或碳化矽所製成。
  12. 如申請專利範圍第1項之感應耦合電漿處理設備，其中該陶瓷噴淋頭為多區的陶瓷噴淋頭，其具有兩個或更多個用以通過其而供給處理氣體，其中由該陶瓷噴淋頭的每一個區域所供給之處理氣體的流率可被獨立控制，其中該等區域為環形區域或放射狀區域。
  13. 一種半導體基板之電漿處理方法，其實施於如申請專利範圍第1項之感應耦合電漿處理設備中，該方法包含： 將半導體基板放置於該真空腔室中之基板支撐體上，其中形成該真空腔室之壁的該陶瓷噴淋頭之電漿暴露表面朝向基板支撐體； 將處理氣體自該中央氣體注射器之氣體注射器排氣口及/或該陶瓷噴淋頭之噴淋頭氣體排氣口供給至該真空腔室中； 相互獨立地控制由該陶瓷噴淋頭及該中央氣體注射器所供給之處理氣體的流率； 藉由使該RF能源所產生之RF能量，通過該陶瓷噴淋頭而感應耦合至該真空腔室中，以將處理氣體激發為電漿狀態，該處理氣體係為電漿態，其與半導體基板之暴露表面反應以藉此處理該半導體基板。
  14. 如申請專利範圍第13項之半導體基板之電漿處理方法，其中該陶瓷噴淋頭為包含兩個或更多個區域之多區的陶瓷噴淋頭，其獨立控制通過每一個個別區域的處理氣體之流率。
  15. 如申請專利範圍第13項之半導體基板之電漿處理方法，其中該中央氣體注射器為包含兩個或更多個區域之多區的中央氣體注射器，其獨立控制通過每一個個別區域的處理氣體之流率。
  16. 如申請專利範圍第13項之半導體基板之電漿處理方法，其中由包含該中央氣體注射器之該陶瓷噴淋頭供給至該真空腔室內部的處理氣流係於擴散氣流與對流氣流之間切換、或將對流與擴散氣流供給至該真空腔室之內部，而該真空腔室中的壓力在處理期間為可變化地控制，以於半導體基板之蝕刻期間控制半導體基板之蝕刻副產物的再沉積。
  17. 如申請專利範圍第13項之半導體基板之電漿處理方法，其中該氣體注射器在介電窗的內表面之下延伸，且氣體排氣口以多個方向注射處理氣體，及/或其中該中央氣體注射器及/或該陶瓷噴淋頭於次音速、音速、超音速之速度下注射處理氣體。
  18. 如申請專利範圍第13項之半導體基板之電漿處理方法，其中當在半導體基板上蝕刻一層時，通過至少一些該氣體注射器排氣口及該噴淋頭氣體排氣口之氣流的比率為獨立變化，以達到該層之中央至邊緣蝕刻的均勻性。
  19. 如申請專利範圍第13項之半導體基板之電漿處理方法，其中通過至少一些該氣體注射器排氣口及該噴淋頭氣體排氣口之氣流的比率為獨立變化，以降低在半導體基板之上表面上方之氣體種類的停留時間。
  20. 如申請專利範圍第13項之半導體基板之電漿處理方法，更包含控制半導體基板之上表面上方之氣流的再循環，以藉此控制半導體基板的上表面上之蝕刻副產物的再沉積。
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