TW516123B - Stepped upper electrode for plasma processing uniformity - Google Patents

Description

516123 五、發明説明（ 發明背景 發明範缚 一本'明大體上係關於高能量輻射或電漿之蝕刻，且尤我 種方法及衣備，用以於積體半導體電路的製造過程中， 控制一晶圓之晶粒邊緣處之該蝕刻速率。 相關技術之說明 自I960年代中期，積體半導體電路已成為大多數電子系 統之主要構件。這些小型的電子裝置可含有數以千計的電 晶體以及其他的電路’其構成微電腦中央處理單元之記憶 體及邏輯次系 '統。低的成本、高的可靠度、以及料電腦 晶二的速度使其成為現代數位電子工程之—項無所不在的 特徵。 積體電路晶片的製造典型上係始於—薄的、抛光的高 純，、早晶之半導體材料基板（諸如碎或鍺），稱為”晶圓" 。每個晶圓係經過一連串的物理及化學加工步驟，其於 該晶圓上形成不同的電路結構。於該製造過程中，不同 型式的薄膜會利用不同的技術沈積於該晶圓上，諸如熱 氧化以產生二氧化矽薄膜、化學蒸汽沈積以產生矽、二 氧化矽、以及氮化矽薄膜、以及濺射或其他技術以產生 其他的金屬薄膜。 於半導體晶圓上沈積一薄膜:之後，半導體之獨特電子特 性，係藉由使用稱為掺雜之—加工製程，將選定之不純物 取代進入該半導體晶格中所產生。該摻雜後之晶圓之後會 均勻的塗佈一薄層的感光劑，或輻射感應劑材料，稱為”阻 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇 X 297公釐） 五 、發明説明（ U於5亥電路中界定電子路徑之微小的幾 至該阻抗劑卜，菇士 _。I 木S轉和 ， 9 一知之凸版印刷加工。於該凸版印 1 口工過程t，該積體電路之圖樣會⑽於— :::蓋遮罩，，’且之後光學分解、投射、並轉換至以該阻抗 d復盖之垓光感應塗佈層上。 之後該凸版印刷之阻抗劑係透過—種已知的蝕刻加工， 轉換至該下方的半導體材料之結晶表面上。傳統的敍刻加 工使用濕式的化學製品’其已證實會為該晶圓上所成形 之外形之尺寸及外觀比（亦㈣所造成⑽之高度*寬 比例）所限制。因此，能夠裝填於一單_濕式㈣晶圓:之 電路的數量，以及因此該電Η置之最終尺寸 學蝕刻加工製成所限制。 s馮化 隨後已經發展乾式、活性離子㈣、以及離子 銑削技術’用以克服化學姓刻的相關限制。尤其，電㈣ 刻能夠使得所產生之該垂直姓刻率，相當的大於該水平姓 刻率’如此所造成之該㈣外形之外觀比可以被適當的控 制。事實上，《蝕刻能夠於接近i微米厚度之薄膜上，形 成非常微七的外形，具有高的外觀比。 於電㈣刻加卫過程中，藉由將大量的能源加人一低壓 氣體中’而將-電聚係成形於該晶圓之遮罩表面上方。此 -過程的完成’通常係於大約請1λ氣壓力下之氣體中， 產生電子排放。該所產生之電毁可能含有離子、自由基、 以及具有高動能之自然物種。藉由調整欲餘刻之該基板之 電壓，於該電聚中排出之微粒可導向，以打擊在該晶圓之 -5- 516123 五、發明説明（3 未遮罩之區域，且藉此去除該基板上之原子。 藉由使用與該㈣刻金屬間具有化學反應性之氣體，該 钱刻加工製程可以更力 — 人+將 更力有效的進仃。故所謂的”反應離子蝕 乂。沙。"水之能讀刻效應，以及該氣體之化學#刻效應 6、’工心現6午多種化學活化劑，會造成過度的電極 才貝耗。 J里想的狀況係將該電漿均勻的分佈該晶圓的表面，以便 2夠在整個晶圓的表面上，獲得均勾的㈣速率。舉例而 吕’頒予—等人之美國專利第4,792,378號及第4,82〇,371 唬中：揭示一種蓮蓬頭電極，用以透過該電極上的多個孔 刀佈乳版〇故些專利大體上揭示一種氣體散佈碟，具有開 、、-置其可凋整以配合存在於一反應室内之特別的壓 :梯度’肖以將一均勻之氣體蒸汽流動，提供至一半導體 晶圓上。該氣體散佈碟所期望的功能如同一選擇性的遮蔽 ’以抵銷該碟下方的壓力梯度，且用以分佈於該晶圓之整 個表面上，提供通過該蓮蓬頭電極之一均勻的流動。任何 電漿排放系統中的不連續或不規則，諸如泵送口，亦會影 響該蓮蓮頭下方所產生之該電漿的密度。 ㈢/ f為該積體電路之製造過程對於微粒及不潔的污染物係 相當敏感，甚至小於i微米的^浮微粒物質，亦必須於該飯 d力過私中，防止與該晶圓:之表面接觸。因此，經常期 望f電聚限制在立即覆蓋且環繞該晶圓基板之區域。舉例 而吕，Sakata等人（美國專利第4,61〇,774號）揭示一種環狀壁 %濺射標的，其可於該濺射加工過程中將易於由該 本紙張尺度適财S㈣標準(⑽）城格(⑽χ 297公爱) -6- 516123 A7 _____ B7 __ 五、發明説明（4 ) 電漿逸散的這些電子，驅使及返回至該中心。同樣的， Ishii等人（美國專利第5,57i，366號）揭示一種氣體供給裝置， 用於一電漿處理裝備，具有一環狀突起，環繞其之周邊， 其可插作以將氣體集中於該欲加工之目標之標的表面。 Maydan等人（美國專利第5,643,394號）揭示一種電漿室蓋， 具有一環狀反射器，設計以聚焦一注射氣體，朝向一欲加 工之晶圓之中心。 電蒙處理典型於一平行板反應器裝置處理，其中該反應 器體積係由一對封閉間隔的電極板所界定。用以加工半導 體基板’諸如矽晶圓，之平行板電漿處理反應器之範例， 係揭示於美國專別第4,96〇,488號、第5,〇74,456號、第 5,569,356號、以及第6,073,577號中。然而，於一平行板電 黎反應器中平面電極之用途，可於橫過該基板之表面上， 造成一非均勻之電漿密度。典型上，於接近該基板邊緣之 區域中’該電漿密度係小於該角落處之密度。因此，於一 電裝钱刻加工‘過程中，使用一傳統的平行板反應器可於接 近欲加工之該基板之邊緣，造成減低的蝕刻速率。 特別形之電極以被揭示，以增進電漿加工過程中之均勻 性。舉例而言’見％Mundt等人（美國專利第4,297，162號）、 Kim等人（美國專利第5 99〇〇16號）、Mallon (美國專利第 5,628,869 號）、Donohue 等人（美國專利第 6 010 636 號）、 Sahmian (美國專利第5 716,485號）、Zajac (美國專利第 4,230,5 15號）。亦見於兩共同擁有之專利，頒予Mundt等人（ 美國專利第5,472,565號及美國專利第5,714,031號）。 本紙張尺度適财@ g家標準(CNS) M規格(⑽㈣了公复) 五、發明説明（5 發明概述 本發明提供—種電極，用於— a 有-中央部分，包括 '電水反應至内。該電極具 ^ 括夕個氣體出口，诵過兮今触， 工虱體可由該電極之一義哈 。/乳體出口，加 極之-周邊部且面輸送出…梯係位於該電 央部分。該梯可增加至f—r之該電極之該中 該電漿的密度。节雪 ^之孩暴路表面相鄰處成形之 该電極之該中央 一較佳實施例中，誃 、 紐上為平面。於 M , L 士 σκ弟可疋位於該電極之一外邻用、喜 側’如此使該電極延伸越過該梯。夕"周邊之内 本發明亦提供—種方法— 祐。兮七、+ a 電漿室内處理一丰邕雜甘 板^方法包括··將_基板支撑於氏+M基 加工氣體至該室内；形成一電喂，广極上；供給— 露表面相冑；以及以該電' 上部電極之-暴 電極具有一中央部分及—二：：丰導體基板。該上部 之一暴露表面凸出，且μ ^刀包括一梯，由其 。該梯提供一預伸環繞至少部分之該中央部分 、、疋之局部化的電漿密度，鱼哕電極之兮 暴露表面相鄰。該上部電極可為—一…亥電極之該 中央部分，其具有一式夕 ·、、、連逄碩電極，具有一 體排入該室内。3夕個虱體出口，用以將該加工氣 本發明亦提供一種電漿室，用以制、土 電漿室包括一頂部電極及 ：”半導體裝置。該 面相互面向，且相互間隔二r二別具有個別的表 極包括-基板支樓。該頂部電極包括：：隙。該底部電 梯，由其之周邊部分突出 央料’以及- 伸％繞至少部分之該中央 -8. 6 五、發明說明（ 部分0該梯影響該挺厂丄 相鄰處成形之言^ 域中’與該頂部電極之該暴露表面 JS X电忒的局部化密度。該室亦可包括4鉍 蜋，固定於該底部+托 匕栝邊緣 之該梯作用，夢以:邊緣環可關連於該上部電極上 定之局部化的電^度與該電極之該暴露表面相鄰之一預 附圖之簡單說明 本發明現將進-步參考下列圖示加以說明： 圖1 A顯示根據本發 ^ . 哕帝 ^月之一貫靶例之一梯狀上部電極，其 "包。糸固定於一平行板電漿裝置中； 回帝Ή根據本發明之另-實施例之具有整體梯之一平 订反包装裝置之該晶圓邊、緣區域之詳細内容； 度 =顯示根據本發明之另一實施例之具有可調整厚 細 刀離梯之一平行板電漿裝置之該晶圓邊緣區之 内容； 圖2Α顯不根據本發明之—單一晶圓平行板電聚裝置之^ 晶圓邊緣區域之詳細内容；

,，係為圖形，顯示利用圖2Α之配置，以8.6英忖id J 梯狀上部電極，橫過-晶圓對於氈覆氧化蝕刻之蝕刻速ϋ 輪廓相較於使用傳統之平板上部電極之蝕刻速率之奉 廓； 圖2C係為一圖形，顯示於81>8(}中蝕刻接點之該蝕刻深方 上该梯之效應，具有〇.2微米之蝕刻寬度以及大約9:ι之外_ 比； 圖2D係為一圖形，顯示環繞位於該底部電極上之該晶 -9- 516123 五、發明説明（ 邊緣環上，改變該傾斜量之該則速率輪廓上之 之輪廊，相較=1於㈣氧化㈣之钱刻速率 輪廊，於使用傳統之平板破上部電極之-刻速率之 BP=?:—圖形’’示利用-件切梯狀上部電極，於 η,目父於使用—傳統之平板矽上部之電極之蝕刻接點 之綠蝕刻深度； 圖4A顯示一雷極 •置，匕括一上部石夕電極，具有一笔 ::::D)矽梯’具有—外部周邊，由該電極之外部周邊向 圖4B係為—圖形’顯示使用圖4A之該配置 之該内側直徑之效應，在該蝕刻速率之輪廓。 ® 4C係為—圖形’顯示使用圖4A之該配置 狀（HER)之遠材料之則速率輪廓上之效應。 圖5仏為圖形’顯示梯内徑於該蝕刻速率輪廓之效應， 相較於一平板矽電極。 圖Dir、為钱刻外形之顯微圖#，其巾圖6A及6B係為顯 微圖片’分別顯示利用一平板石夕上部電極，姓刻進入一晶 圓之該邊緣及中央區域之外形’以及圖6C及6D係為顯微圖 片，分別顯示利用_ 士致上^ ^ A , 梯狀石夕上部電極，I虫刻進入一晶圓之 該邊緣及中央區域之外形；以及 圖7係為一圖形’顯示該電漿退出壓力對應RF動力比例， 裝 晶粒窄矽梯 該熱邊緣環 訂 -10 使用具有不同的梯狀幾何之梯狀碎上部電極對應-平板狀 矽上部電極。 “ 發明之詳細說明 本發明提供一種新穎的配置，用 ，處理的物，諸罐圓、平板顯示 改良之電漿處理之達成，係藉由修正該欲處理之基板之一 邊緣區域中之電襞密度。改良之均勾性可透過一梯電極之 使用而達成。進-步的改良可藉由修改環繞該欲加工之基 板之一熱的邊緣環（Hot Edge Ring ; HER)之材料、外形及/ 或動力而達成。 根據本*明之該梯狀電極可應用至電漿i虫刻加工過程中 將=便增加-平行板電聚反應室中接近晶圓之邊緣處之電 又如此以於在整個晶粒基板上，產生更加均勻的蝕 X、、率雖下文中將以其對於電漿蝕刻的優點，說明本 《明’但本發明亦用於其他需要均勻密度之電漿的應用中 ’諸如電漿強化化學蒸汽沈積及電漿清理。 立月提供種連蓬頭電極，具有一中央部分及一周邊 j刀具有τ梯，該梯可控制該點及所形成之電漿之局部化 山又垓周邊σ卩分包括至少一梯，位於該電極面向半導體 基板，諸如晶1]，之表面上。該該梯可具有特別的形狀， 以藉由變化由該底部電極所關:連之該局部化動力，而改變 該電聚密度。利用位於一頂部電極上之一梯，與該底部電 極上之-邊緣環相結合，而能夠以平均的較大程度的控制 X邊本蝕刻速率。II由於該梯及邊緣環使用不同的材料， -11 - 五、發明説明（9 於該邊緣區域通過該電毁的聯結 整。另外，辞说另、喜緣s 了以進一步加以調 改，以產生一需要的：：：：：同的幾何外形亦可以修 ，該梯係定位於該電= 於—較佳實施例中 該電極延伸超過晶粒梯 二内側，如此使得 ^ ^ ^ , 幸乂 k貫施例中，該電才圣 “中央部分及/或該電極 ° 平面的。 之伸起過该梯之部分係大體上 本發明亦關於一種以一雷將泠w , 包括……4 ^處理一半導體基板之方法， 掩呈* Ώ # a電聚，該相對電 極具有一周邊部分，包括至少一 炻夕兮田t · 歸δ亥梯局部強化與該電 才之戎周邊部分相鄰之電漿密 之邊緣姓刻速率。 错此而能夠控制該晶圓 根據本發明之該梯狀電極提供多個優點 於電t處理期間，於諸如矽晶圓之^ ^ _ 7日日®之一基板之邊緣附近，允 “《密度之局部化增強或強化。該梯之外形、尺寸以 及位置’#由其本身或支撐該基板之—底部電極上之一邊 緣環共同作用’可對不同的加工系統，最佳化的提供均句 :蝕刻。再者’該蝕刻之均勻度可以最佳&，而不致於顯 著的影響其他蝕刻的特性’諸如於該晶圓之中央處之蝕刻 速率。該梯狀電極亦適用於許多不同的電極材料及加工氣 體。 - 於本發明中，接近該晶圓邊緣處之蝕刻速率係藉由變 化聯結通過該電漿之該局部化動力所控制。亦即，藉由 放置一梯或突起與該上部電極，於接近該晶圓之邊緣處 -12- 五 、發明説明（ 品或中更多的電流係聯結通過节+將 極上之該梯亦使爷兩將& 、q电水。於該上部電 不々使4兒漿保護套 助於保持更均勻化的電裝密度，=:，輪廓’而有 该離子的能量。 t曰加δ亥邊緣區域中 連逄頭電極係為一較佳之梯 加以使用。該蓮蓬頭電描田总 /、根據本發明而 該電極夕士批、，、極取好包括多個氣體出口，延伸於 °目’的别端與後端表面 ; 位於該前端表面之一中央部 1 =體出口可被定 近該電極之前端表面之區域中。工氣體排至接 面之一周邊部分環适j 〃 。亥連逄頭電極之該前端表 位於該電極之該周邊 、邛刀。该梯係定 伸環繞該電極之該至少部分’最好係完全，延 A % ^ ^ s ·· 、〇刀。该接控制位於與該電極之1 =面相鄰處，成形之_之局部化密度：:； 狀連逄頭電極之一較佳將 已括4梯 置。 电水反應室係為一半導體蝕刻裝 該頂部電極可以杯彳 石山何適當的材料成形，諸如石W、石々 石反化矽以及鋁。該梯可 敕 .土、矽、 令件（亦即機械或其他方法成形於 之:體之 一分離件並藉由連結（亦即冶全 牛之材科中），或可為 電極表面上。該梯可盘極=者)或其他方式固定於該- 。與該電極相同，該梯=二材料或不同材料所製造 石夕或鋁等材料所f ^ 碎 ' 碳化 ，所製造。然而’該梯可由介電材料，諸如石英 於本發明之另一較 a例中，於該上部電極上之該梯 本紙張尺度 516123 A7

裝 訂

k 五、 發明説明（12 於本發明之另—較佳實施例中，—電㈣❹於制造/ 半導體裝置，包括一頂部電彳；衣 * p电極及—底部電極，具有個別的

表面相互面向，且互相間隔 /、, 1U W 括-…β 4 —空隙。該底部電極包 二 部電極包括-中央部分及-梯定位於 〜頂邛龟極之一周邊部分，且 F刀延伸環繞該頂部電 之该中央部分。該梯控制相鄰該頂部電極之該 面 所形成該電漿之局部化密度。 乂 j於該«室之另-較佳實施例中，於該加工過程中續頂 ::電極接地且該底部電極係供給動力。然而，兩電極，可 二極可接地且該頂部電極可供給 於另-較佳實施例中，該底部電極進_步包括一奉獻的 、緣壤’環繞-靜電夾頭（ESC)。該邊緣環係為—可取代之 構件’可於-基板之加工過程中，易於變熱，且因此可稱 為-熱邊緣環(賊)。該邊緣環可由導體的電極材料所製造 ’諸如Sic及石夕，或介電材料所製造，諸如石英。藉由將該 邊緣環充電，可指定聯結通過該電聚之程度，以於欲加工 之-基板之該外側部分，提供一預定之局部化“邊緣”蝕刻 速率。SiC ’具有低的電容阻抗，將大致上較石夕產生一更快 的邊緣敍刻速率。石英及其他的介電體於該邊緣姓刻速率 上將具有較低的效應。 - 下文中所探討的多個附圖會顯示使用梯狀及傳統平板上 部電極配置之蝕刻速率均勻性之圖形。 圖1A顯示根據本’發明之一平行板電漿裝置之戴面視圖。 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公I) -15- A7 B7 五、發明説明（13 ) ^ ^極1〇在其周圍部份具有-梯11 ’該梯具有-内徑 ⑽及-外徑_基板或晶圓15安裝在_包含靜電爽 頭16之基板支撐件19±，該基板支撐件亦包含—邊緣環η ^物18。梯"包含-傾斜的内部表面，面向該晶圓 一 P表面平行與该該晶圓15以及一外部表面垂直於 該晶圓1 5，該外邻矣；此— 外。卩表面係定位於該電極1〇之一外部周邊之 内側。 圖1 sB顯示根據本發明之另一實施例之平行板電聚裝置 之4曰曰圓邊緣區域之細節。該上部電極iq係為—單件式 ^塊電極’具有-整體的梯11。該梯U具有—厚度⑴及 内P表面1 2 ’其與該上部電極之該中央部分形成一角 度U)。該梯亦具有一底部表面13及一外部表面ι4，其與 平行於該電極之該大體上平面之中央部分一平面形成一 又（r )如同圖1A之該實施例，該梯"係定位於該邊 緣環1 7之相對側面。 ^圖。，4不根據本發明之另_實施例之平行板電聚裝置之 該晶圓邊緣區谈^Γ 一 f p ° έ亥上部電極1 〇包括一梯3 0，以一 分離件的材料所开彡土、 α _ 立千-十斤形成所不之一凹槽32係延伸進入該晶粒 上，：極之該暴露表面。該分離梯配合進入該凹槽Μ，並 /¾極之表面大出。該梯3〇關於該電極之該暴露表面之 旱又可藉由引動為3丨調整：，該引動器透過該上部地及 之一開口 33連接至該梯。該引動器31之位置及由此該梯之 厚度可因此被調整至-適當i，諸如藉由該加X室外部所 控制之-機構。此一配置使得該有效梯厚度，能夠被調整 -16-

五、發明說明（14 B7 而然須置換該梯或該整個上部電極，舉例而言諸如，當 加工不同的基板及/或使用不同的加工氣體化學物品時。再 者藉由使用此一配置，該梯之厚度可於一多階段電漿加 工之步驟間（例如，雙花紋加工過程）變換，而無須開啟該電 漿室。 圖2 A顯不根據本發明之一實施例之平行板電漿裝置之該 曰曰圓邊緣區域之細節，其中該梯延伸至該電極之該外部邊 緣。一半導體基板為一晶圓22之型式，固定於一基板支撐 利用一靜電夾頭23。於所示之該實施例中，該晶圓具 有8英吋（2〇0mm)的直徑。然而，請瞭解本發明亦可應用至 其他尺寸之晶圓或墓板。對於一8英吋的晶圓而言，該梯21 之該内徑（ID)可設定為8.6英吋，如此使得該梯以始於超過 該晶_之邊緣外側ο」英对處。該梯外徑係同於該電極 (10.35英吋）之外徑，且該梯因此接觸一固定的圍體27。該 固定的圍體與-可移動之限制環28作用，以將該電製聚焦 與該晶圓表面上。該梯21具有_傾斜的表面與該電極之該 ，露表面形成-15〇度的角度⑷，且該梯之厚度係為〇125 央寸；及-碎熱邊緣環24環繞該基板支標 26。該邊緣環之内制表面料，以與該晶圓表面垂直之一 平面形成一角“。該上部電極2〇係由石夕物，且該梯 2 1 (丁、顯不為^ 一分離壞，直因卞“ t . 固疋（經由任何適當的技術，諸如 連接或機械固定）於該上部電極上。 一雙頻率平行板電漿 動力（雙頻率）係僅施 於下文中該圖形之數據係藉由使用 餘刻反應器所產生。於所有的情況下 -17-

516123 A7 --------- 57 五、發明説明（15 ) " -----〜· 加於該下部電極且該上部電極係接地，而該電極間之空隙 係大約1.3 c m。 圖2B係® $，顯示利用圖2八⑽）之配置之熟覆式氧化 钱刻，相較於利用傳統之平板上部電極（鲁）之鼓覆式氧化餘 xj之4蝕刻速率輪廓。於兩狀況下，係使用一矽熱邊緣環 '及石英如、、Ό環，且姓刻係於下列之條件下進行：1 5〇〇 pm 27 MHeRF動力；11〇〇 Watts 2則2之好動力；在 曰曰圓上52 mTorr之室壓力；135 sccm(標準狀態立方公分每 分鐘）之氬氣；15 sccm2C4F8氣體；1〇 sccm氧氣；底部電 極溫度-1 0 C，以及60秒的加工時間。 曰該圖形顯示為埃/分鐘之蝕刻速率，為由該晶圓中心所測 夏之該晶圓位置之函數。由圖可得知，該梯於該晶圓邊緣 處在蝕刻速率均勻性方面造成了戲劇性的改善。每個圖 形旁的數字係為蝕刻速率的平均值及蝕刻速率均勻性。蝕 刻速率均勻性係由下列方程式所計算： [(隶大-最小）/2*平均]* 1〇〇 〇/0 其中最大係為蝕刻速率的最大數值，且最小係為蝕刻速率的 最小數值:該蝕刻速率係利用購自Rud〇lph Techn〇1〇gies之橢 圓計，藉以測量蝕刻之前與之後晶圓的厚度。接近該晶圓邊 緣之0.5 mm的面積係排除於該厚度測量之外。之後於該邊緣 排除區域12 mm的範圍内，係每〇·5 mm量測一次。於該晶圓 之中央區域，量測會採取較低的頻率。 圖2C係一圖形，顯示kBPSG中接點之該蝕刻深度上該梯 的效應。該接點具有蝕刻寬度〇·2微米以及大約9.丨的外觀比 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公爱) 516123 A7

五、發明説明（17 熱邊緣環材料，使用s 之該蝕刻速率之效應。lxSl亦具有增強接近該晶圓邊緣處 圖形，顯示利用一整體（一件式）之si梯狀上 覆式熱氧化钱刻中，相較於利用-傳統平板 之—&覆式氧化㈣之錢刻速率輪廟。 傾斜匕梯為0.125英叶後’且具有，度之 工條：该：刻加工係使用與前文圖2Β所述相同之加 於^ 了。—Μ熱邊緣環及-石英聯結環係被使用。 、矢刀、’里之該姓刻速率係描緣為該晶圓表面上由該晶圓中 心所測量之位置的函數。 由圖中可得知，該梯於接近該晶 “處之姓刻速率均句性上，產生一動態的強化。每個 圖形旁的數字係、為平㈣刻速率及㈣速率均勾性。 圖3Β係為一圖形’顯示於咖中利用前述之該相同的整 體义梯狀上部電極，在接點之該㈣深度該梯之效應。該接 點具有0.2微米之钱刻寬度，以及大約9:1的外觀比。前文圖 2C中所述之3亥加工條件將再被使用。該上部圖形（)顯示蝕 刻深度為使用該梯狀電極之位置之函數。該下部圖形（春）顯 示使用傳同平板Si上部電極由該晶圓邊緣所測量之位置的 凼數。由圖中可得知’於該上部電極上該整體之梯增加該 外貌上該蝕刻深度之均勻性。每個圖形旁的數字係為該平 均蝕刻深度及該蝕刻深度均勻性。該蝕刻深度係由sem所 決定。 圖4A顯示一電極配置包括一上部電極4〇具有_窄的（小 OD)之Si梯41。該梯係〇·125英吋厚，且具有8.25英吋之内 -20- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X 297公釐) 516123 A7 — B7 五、發明説明（18 ) 徑。一 8英吋晶圓42係顯示固定於一靜電夾頭45上。該 下部電極46亦包括一石英聯結環44及一邊緣環43。該邊 緣環43具有60。傾斜角（点）。由於該梯之小的外徑，因此 該梯48之外側表面與該固定的圍體47之内部表面間具有 一間隔空隙。一限制環49亦被顯示。於此一配置下利用 S i熱邊緣環，於前文圖2 B中所述之加工條件下，產生 一穩定的電漿。 圖4B係為一圖形，顯示利用圖4a之配置，梯内徑於該钱 刻速率輪廓上之效應。一氈覆式熱氧化晶圓係利用於前文 圖2B中所述之相同加工條件，進行蝕刻。於兩情況下之該 邊緣環材料，然而係為Sic而非si。該8〇英吋m之梯（籲）及 8.25英吋ID之梯（_)兩者皆造成邊緣快速的輪廓。然而，該 8.0英忖Π)之梯造成一較低的整體姓刻速率。 圖4Cir、為一圖形，顯示由SiC至石英改變該邊緣環材料的 效應。一氈覆式熱氧化晶圓係利用於前文圖2β中所述之相 同加工條件，進行蝕刻。圖4八之電極配置係被使用的。該 下部圖形（_)顯示兔用一石英熱邊緣環之該蝕刻速率輪廓。 4上部圖形（φ )使用一 Sic熱邊緣環之蝕刻速率。該介電體 石央之邊緣環減少該晶圓邊緣處之聯結，且因此於接近該 晶圓之邊緣處造成一相當低的,刻速率。該圖形之該邊緣 至邊緣的非均勻性，可能係歸因於該梯與該上部電極安置 錯誤或非均勻之接點。 圖5係為一圖形’顯示係利用於前文圖2B中所述之加工條 -21 - 件對A後式熱氧化姓刻，梯之ID對該姓刻速率輪靡之 效應。於所有的情況下’具有—標準15度傾斜之—S1邊緣 環及一石英聯結環俏姑佶田 衣係被使用的。該梯係由Si所製造，且具 有0 · 1英忖的厚度。於該上部φ 、 4电極具有8.25英忖内徑之梯（_ )’可獲彳寸一邊緣快速之輪廓。 + Ψ ^ 具有8.6央吋内徑之梯（▲)， 可獲付^一大體上平i曰的敲歹丨丨；φ .玄*击人十 -的蝕刻速率輪廓。具有9 〇英吋内徑之梯 (·)，該梯之效應會大大的读I α » # 的減小，且泫邊緣蝕刻速率會急速 的滑落。為達比較的目的，4丨丨m^ 利用傳統平板S i之上部電極（▼) 的該I虫刻速率亦被顯示。 圖6A-6D係為顯銜圖片，鞀 ^ ^ l 口 a 鋇不蝕刻進入一氈覆式熱氧化 晶圓之外貌。於圖6A及6B中，係利闬勹人 丁上L Λ ^ τ 你利用包含一平板上部電極 之電極配置I虫刻所得之外餘同 _ 于 < 外说。圖6八顯不接近該晶圓邊緣處 之該蝕刻外貌，而圖6Β顯示蛀折外曰问1 ^ ”、、貝不接近该晶圓中心處之該蝕刻外 貌。如圖6Α及6Β中所示，兮違从> w仏 遠邊緣之外貌並不如該中心外貌 一般的深蝕刻，因為接近兮曰圓、真妓由 ^日日圓邊、、木處之該低的钱刻速率 。於圖6C及6D中，係利用呈右厘 ⑺，、頁V子度0.1央吋及内徑8·6英吋 之梯的上部電極，姓刻所得之外呤 ‘ J伃之外说。圖0C顯示接近該晶圓 邊緣處利用該梯狀電極之該飯列外％ Λ棘到外说，而圖6D顯示接近該 晶圓中心處利用該梯狀電極之兮從衣丨k > 兒位哀餘刻外貌。如圖6C及6D所 示，已蝕刻後之該邊緣及中本#夕认枯 ‘ ιλ 水叹甲夬處之外貌，有幾乎相同的深 度0 形，退出的壓 圖7係為一圖形，顯示對於不同梯幾何外 -22- 516123 A7 B7 五、發明説明（2〇 力對應該RF動力的比例。退出的壓力係低於該電漿不再 持績時之壓力。該RF動力比例係為以頻率27 MHz施加至 該下部電極的動力的總量，比上以頻率2廳所施加之動 力的總量。此一測試的進行，係使用表丨所列之該上部電 極幾何圖樣。 圖不 電極型式 梯内徑 (英吋） 梯外徑 (英吋） 梯厚度 (英对） ▲ 分離梯 8.6 10.35 .1 ♦ 整體梯 8.7 10.35 .125 整體梯 8.8 10.35 .125 • 平板電極 8.6 9 .1 X 分離梯 N/A N/A N/A • 整體梯 8.8 9.5 .125 如同圖7中之圖案所示，具有較小外徑（9及9·5英吋）之該 梯狀上部電極，相較於該大外徑（10.35英吋）之梯狀上部電 極，使泫電漿維持於一較低的壓力。於該上部電極上該小 OD梯之外側的空隙，提供額外的體積，用以為該電漿佔據 。可以確4言此一額外的體積使得該電漿被維持於較低的壓 力。 表π顯示li刻速率均勻性可以根據本發明之梯狀上部電 極，而實際加以改良。三個不同型式的晶圓係被加以測試 :氈覆式熱氧化、圖樣熱氧化以及BPSG接點。氈覆式熱氧 化晶圓的測量係利用橢圓計，沿著該晶圓之直徑（邊緣至邊 -23- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 516123 五、發明説明（21 緣）進行測量。BPSG接點深度的測量係利用SEM，沿著一半 徑（中央至邊緣）進行測量。圖樣熱氧化晶圓之測量係利用輪 廓曲線計，且沿著邊緣至邊緣進行。該梯狀電極係為一以 電極，具有Ο·1英吋的Si梯，其具有150度的傾斜角（α)。 矣ΤΤ

蝕刻速率均勻性所指定之百分比係利用下列方程式計算： [(最大-最小）/2*平均]* 1 〇〇〇/〇 由表II可以得知，該梯灿φ 士 3梯狀電極的使用大大的增加該蝕 速率均勻性。 該梯之内側及外側表面最好 取計具有構造，以於該電極及哕 梯之頂部間提供一逐漸的 研旳過渡區域。於一較佳實施例中， 該梯具有-一梯形的橫剖面， J ^而該梯之内側及外側表面，與 該電極之大體上平面的中I 、 ^干央部分，形成一90度或更大 度。然而’该梯可具有直他 一他的棱切面外形。該梯之内側及 外側表面並非必須為平面，而 而可為凹面或凸面。該梯亦可 具有非平面的上部表面。棗 _ , 例而g，該梯之橫切面可為二 角形的或半球體，或者兮说1^ 亥梯可採用某些其他的結構，包括 -24- 複雜的曲率。 如剐文所特別提及者，相 該内徑或配置，可加以調整，^曰達:圓之邊緣之該梯的 輪廊。該梯之該内徑可小於，=到：預期之_速率 二該梯之位置可關於其他的加工參數:=晶圓之直 供该預期夕h +丨、+ 以δ周整，精以接 的參數，包括，梯率：廓。用以決定敍刻速率輪廓之其他 邊緣環之角度或度數)以及該梯之之材料。該 刻速率輪斤h 製造該環之材料，亦可影響該敍 介命值亦即’藉由改變該梯及該邊緣環之該材料之 :U底部電極的聯結會於該晶圓邊緣區域變化 二該邊緣環係為介電材料，諸如石英，動力將； 忒晶圓，超過該邊緣環。然而，若，一更佳之導 ’諸如石夕或碳化石夕’係被用作為該邊緣環，則該動 可聯結較大的程度通過該邊緣環以及該晶圓。 於该平行板電浆裝置中該電極間之距離，會相當的影塑 :梯區域中該蝕刻速率輪廓。一般而言，當該空隙的寬‘ 、於上。卩電極之该梯對控制邊緣餘刻速率的影響越 ^然而，若以一非常小的空隙寬度利用梯狀電極，可能-會造成該邊緣區域中電漿的不穩定。該適當的空隙寬度的 選擇’部分取決於加工過程中所使用之氣體的壓力。於較 南之氣體壓力下（>75 mTorr至1 Torr)，該空隙寬度，舉 例而言’可在範圍1.〇至15cm之間。於低壓時（1〇-75 mT〇rr) ’ 1.3至2·0 cm的空隙寬度可能係較佳的。該空隙寬度亦可關 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公爱) 516123 五、發明説明（23 連於把加於該電極上之該動力之頻率而加以調整。已經 現低的頻率與較大的空隙寬度，係有功效的，而 率可與較小的空隙寬度—起使用。 ^ 雖然a附圖所示之該梯完全延伸環繞該電極之該前端表面 之中央。，但亦有可能包括—或多個梯，其僅部分 伸環繞該電極之周邊。 ;的加工氣體將取決於欲餘刻之材料。對介電材料， 諸如乳化續，該加工氣體可包括，…以及氟碳化物，諸如 =、他以及CHF3。然而，這些材料僅為範例。再者， 孩氣體可於該钱刻過程中改變。 雖然5亥電極業已說明並描繪於附圖中，稱為f，頂部"或” 上F a極4裝置亦可具有構造使得欲#刻之該基板， 被支撐使其加工側面向下，而非如圖所示面向上。夾且 裝置於本技藝中係已知的，其可用以達成此一定向。再 者具有非圓形晶圓形狀之基板，亦可利用本發明加工 ’、、i而於β亥上邛电極上之該梯，一般與欲加工之標的 的外形相一致。 雖然本發明業已關於其之較佳實施例加以說明，精於本 技藝者將可瞭解’纟文中未明確指出之附加物、刪除、修 改以及代用品，亦可以推；f十而χ、五匕 J 以進仃而不延背本發明附屬之申請專 利範圍中所界定之精神及範圍^ -26- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公爱)

Claims (1)

1. 516123 第090125260號專利申請案 g 中文申請專利範圍修正本(91年11月） C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種蓮蓬頭電極，用於一電漿反應室内，該電極包括： 一中央部分； 多個氣體出口位於該電極之該中央部分，通過該中央 部分加工氣體可由該電極之一暴露表面輸送出；以及 一梯由該電極之該暴露表面突出，該梯係定位於該電 極之一周邊部分，且至少部分延伸環繞該電極之該中央 部'分，該梯控制相鄰於該電極之該暴露表面所形成之該 電漿之局部化密度。 2. 如申請專利範圍第1項之電極，其中該電極之該中央部分 大體上平面的。 3. 如申請專利範圍第2項之電極，其中該梯具有一内側表面 ，相鄰於該電極之該中央部分、一底部表面大體上平行 於該電極之該大體上平面之表面以及一外部表面，相 對於該内部表面。 4. 如申請專利範圍第1項之電極，其中該梯由該電極之外側 周邊向内定位，如此使得該電極之一部分延伸超過該梯 〇 5. 如申請專利範圍第3項之電極，其中該梯之内側表面，關 於該電極之大體上平面之中央部分，形成一純角。 6. 如申請專利範圍第5項之電極，其中該内側表面，關於該 電極之大體上平面之中央部分，形成90度或更大的角度 ，且該梯之外側表面，與平行於該電極之大體上平面之 中央部分之一平面，形成90度或更大的角度。 7. 如申請專利範圍第1項之電極，其中該梯係為整體零件之 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 516123 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 一件式一體的梯狀電極。 8. 如申請專利範圍第1項之電極，其中該梯形成為分離件， 且連接在該電極之該暴露表面上。 9. 如申請專利範圍第1項之電極，其中該梯包括一分離件， 可移動的固定於該電極之一凹槽中，如此使得該梯之厚 度可以被調整。 10. 如申請專利範圍第1項之電極，其中該梯完整的延伸環繞 該電極之該中央部分 。 11. 如申請專利範圍第1項之電極，其中製造該電極之材料係 由碎、碳化碎、石墨以及4呂所構成之群組中選出。 12. —種於電漿室内處理半導體基板之方法，該方法包括： 將該半導體基板支撐於一底部電極上； 將加工氣體供給至該室； 形成一電漿，與一上部電極之暴露表面相鄰；以及 以該電漿處理該半導體基板；

   其中該上部電極具有一中央部分及一周邊部分環繞該 中央部分，該周邊部分包括一梯，由其之一暴露表面凸 出，且至少部分延伸環繞該中央部分，該梯提供成形相 鄰於該電極之該暴露表面之該電漿之一預定之局部化密 度。 13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該上部電極係為一 蓮蓬頭電極包括多個氣體出口，且晶粒加工氣體係通過 該氣體出口，排入該室内。 14. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該梯係由電極之外 -2- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 516123 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 側周邊向内側定位，如此使得該電極之部分延伸超過該 梯。 15. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該半導體基板包括 一半導體晶圓，且該加工步驟包括以該電漿蚀刻該半導 體晶圓。 16. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該上部電極係接地 ，且該底部電極會於該加工步驟中供給動力。 17. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該電漿室另包括一 邊緣環，固定於該底部電極上，該邊緣環包括一凹下的 部分，位於固定於該底部電極之該半導體基板之外側周 邊之下方，至少部分之該邊緣環面向該梯，且與其共同 作用以提供該電漿之該預定之局部化密度。 18. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該梯包括一材料之 分離件可移動的固定於該上部電極中之一凹槽内，如此 使得該梯之厚度可以調整且該方法進一步包括步騾，移 動該梯以提供一預期之梯厚度。 19. 一種用以製造半導體裝置之電漿室，該電漿室包括一頂 部電極及一底部電極具有個別的表面相互面向，且相互 間隔藉以於其間界定一空隙，該底部電極包括一基板支 撐，且該頂部電極具有一暴露表面，包括一中央部分及 一梯由其之一周邊部分凸出，且至少部分延伸環繞該中 央部分，該梯控制成形相鄰於該頂部電極之該暴露表面 之該電漿之局部化密度。 20. 如申請專利範圍第19項之電漿室，其中該頂部電極係為 -3- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 516123 A B c D 七、申請專利範圍 一蓮蓬頭電極包括多個氣體出口，加工氣體可通過該出 口而輸送進入該室内。 21. 如申請專利範圍第19項之電漿室，其中該頂部電極之該 中央部分係為大體上的平面。 22. 如申請專利範圍第19項之電漿室，另包括一邊緣環固定 於該底部電極，該邊緣環包括一凹下部份，位於固定於 該下部電極之該半導體基板之外側周邊之下方。 23. 如申請專利範圍第21項之電漿室，其中該梯具有一内側 表面，與該頂部電極之該中央部分相鄰、一底部表面大 體上平行於該大體上平面之該該頂部電極之中央部分、 以及一外側表面相對於該内側表面。 24. 如申請專利範圍第23項之電漿室，其中該梯之内侧表面 與該梯之外側表面兩者，關於平行於該大體上平面之中 央部分之一平面，形成一 90度或更大的角度。 25. 如申請專利範圍第19項之電漿室，其中該梯包括一分離 件可移動的固定於該頂部電極上之一凹槽内，如此使得 該梯之厚度係可調整的。 26. 如申請專利範圍第19項之電漿室，其中該梯係成形為一 分離件，且連接至該頂部電極之該暴露表面。 27. 如申請專利範圍第22項之電漿室，其中該電漿室係為一 半導體蝕刻裝備。 28. 如申請專利範圍第22項之電漿室，其中該頂部電極之製 造材料係由矽、碳化矽、石墨以及鋁所構成之群組中選 出，且該邊緣環之製造材料係由石英、矽、碳化矽、石 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 516123 A BCD 々、申請專利範圍 墨以及鋁所構成之群組中選出。 29. 如申請專利範圍第22項之電漿室，其中該邊緣環包括一 傾斜的表面，與該凹下部份相鄰。 30. 如申請專利範圍第29項之電漿室，其中該傾斜表面關 於垂直於基板支撐於其上之該底部電極之表面之一平面 ，形成一 5至60度的角度。 31. 如申請專利範圍第22項之電漿室，其中該邊緣環之製造 材料係由石英、碎、碳化碎、石墨以及銘所構成之群組 中選出。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐）