TWI414016B - 進行電漿蝕刻製程的裝置 - Google Patents

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Description

進行電漿蝕刻製程的裝置
本發明之實例實施例是關於一種用於進行電漿蝕刻製程(plasma etching process)之裝置，且更特定言之，是關於一種用於進行自基板之上表面與下表面之邊緣部分以及自基板之側壁有效地移除雜質及/或沾染物的電漿蝕刻製程之裝置。
通常，在用於製造半導體器件(semiconductor device)之沈積製程(deposition process)中，不必要的薄層常常形成於基板之周邊部分上。基板之周邊部分包括晶圓之前表面與後表面的邊緣部分以及晶圓之側壁，且廣泛地被稱為基板之斜角部分。以上不必要之薄層中的多數包括雜質及/或沾染物，使得不必要之薄層通常在用於圖案化基板上之薄層的後續蝕刻製程中產生污染物。
為此，半導體器件之一般製造過程，在基板上形成薄層之沈積製程之後，需要自基板的周邊部分移除不必要之薄層之蝕刻製程。
圖1為說明進行電漿蝕刻製程之習知裝置(下文稱為電漿蝕刻裝置)的橫截面圖。
參看圖1，習知電漿蝕刻裝置10包括處理腔室11、用於支撐半導體基板W之平臺12、固持平臺12之第一絕緣體13、接觸第一絕緣體13之側壁之第一電極14，以及面向第一電極14以及平臺12之第二電極15。諸如晶圓之半 導體基板W包括上面形成有多個薄層的第一表面以及與第一表面相反的第二表面。薄層位於基板W之第一表面之中心部分處且雜質及/或沾染物位於基板W的第一表面之周邊部分處。
將具有高頻之電功率施加至平臺12，且處理腔室11中之處理氣體由高頻電功率激發成電漿。處理氣體之電漿與基板W之周邊部分上的雜質起反應，且經轉變成基態(ground state)。亦即，雜質與電漿進行化學反應且經轉變成化學產物，藉此自基板之周邊部分經蝕刻。然而，存在一問題：即位於基板W之中心部分處之精細圖案(fine pattern)，在於自基板的周邊部分移除不必要之薄層的蝕刻製程之後，可相對於基板的第一表面傾斜。亦即，用於移除不必要之薄層之蝕刻製程，可能難以用使得精細圖案的側壁垂直於基板W之第一表面之方式來進行。特定言之，當對不必要之薄層進行各向異性蝕刻製程時，基板之中心部分上之精細圖案的側壁可能不會形成垂直於基板W之第一表面，使得精細圖案之輪廓可能不垂直於基板。
因此，本發明提供一種電漿蝕刻裝置，其用於以使得經蝕刻之薄層之輪廓均勻且垂直於基板的方式自基板之周邊部分移除不必要之薄層。
根據本發明之態樣，提供一種電漿蝕刻裝置。電漿蝕刻裝置包括處理腔室及平臺位於處理腔室中以用於支撐基板。用於產生電漿之具有多個頻率之電源經施加至平臺。 第一絕緣體環繞平臺之外表面且與平臺電絕緣。第一電極環繞第一絕緣體且對應於基板之周邊部分。第二絕緣體面向平臺，以及第二電極環繞第二絕緣體且面向第一電極。
在實例實施例中，電漿蝕刻裝置可更包括用於提供具有第一頻率之電功率之第一電源，以及用於提供具有不同於第一頻率的第二頻率之電功率之第二電源。第一頻率可自約13.56MHz變化至約27.12MHz，且第二頻率可自約2MHz變化至約13.56MHz。
根據本發明之另一態樣，提供另一種電漿蝕刻裝置。根據另一實例實施例，亦為電漿蝕刻裝置提供處理腔室。平臺位於處理腔室中以用於支撐基板，及用於產生電漿之具有多個頻率之電源經施加至平臺。第一絕緣體環繞平臺之外表面且與平臺電絕緣。第一電極環繞第一絕緣體且對應於基板之周邊部分。第二電極面向第一電極且包括對應於第一電極而朝向基板之邊緣部分突出的突出部分。
在實例實施例中，電漿蝕刻裝置可更包括對應於基板(除其周邊部分外)而插入在平臺與第二電極之間的第二絕緣體。
在實例實施例中，電漿蝕刻裝置可更包括用於提供具有第一頻率之電功率之第一電源，以及用於提供具有不同於第一頻率的第二頻率之電功率之第二電源。第一頻率可自約13.56MHz變化至約27.12MHz且第二頻率可自約2MHz變化至約13.56MHz。
根據本發明之實例實施例，可以側壁可垂直於基板之 表面之方式自基板的周邊部分移除不必要之薄層，使得薄層以輪廓可實質上垂直於基板之表面之方式保留在基板上。此外，在對不必要之薄層進行之蝕刻製程期間，可自基板之周邊部分有效地移除雜質及/或沾染物。
在下文中參考展示本發明之實施例之所附圖式較充分地描述了本發明。然而，本發明可以許多不同形式具體化且不應被解釋為限制於本文所陳述之實施例。相反，提供此等實施例使得此揭露案將為詳盡且完整的，且將充分將本發明之範疇傳達給熟習此項技術者。在圖式中，為清晰起見，可誇示層以及區域之大小以及相對大小。
應瞭解，當一元件或層被稱為在另一元件或層“之上”、“連接至”或“耦接至”另一元件或層時，其可直接在其他元件或層之上、連接至或耦接至其他元件或層，或可存在插入元件或層。相反，當一元件被稱為“直接在另一元件或層之上”、“直接連接至”或“直接耦接至”另一元件或層時，則不存在插入元件或層。在全文中相同參考數字表示相同元件。如本文所使用，術語“及/或”包括相關聯之所列項目之一或多者的任何以及所有組合。
應瞭解，儘管術語第一、第二、第三等可在本文中用於描述多種元件、組件、區域、層及/或區，但不應由此等術語限制此等元件、組件、區域、層及/或區。此等術語僅用於區分一個元件、組件、區域、層或區與另一區域、層或區。因此，在不脫離本發明之教示的情況下，下文所論 述之第一元件、組件、區域、層或區可稱為第二元件、組件、區域、層或區。
空間相對術語(例如，“之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”以及其類似術語)可在本文中用於使描述圖式中所說明之一個元件或特徵與另一(多個)元件或(多個)特徵之關係的描述容易。應瞭解，空間相對術語意欲涵蓋除圖中所繪示之方位以外的使用中或操作中器件的不同方位。舉例而言，若將圖中之器件顛倒，則描述為在其他元件或特徵“下方”或“之下”的元件隨後可被定向為在其他元件或特徵的“上方”。因此，實例術語“下方”可涵蓋上方之方位與下方之方位。可以其他方式(旋轉90度或以其他方位)來定向器件，且使用本文使用之空間相對描述詞進行相應地解譯。
本文中所使用之術語僅出於描述特定實施例之目的且並不意欲限制本發明。如本文所使用，單數形式“一(a/an)”以及“所述”意欲同樣包括複數形式，除非本文另外明確指示。應進一步瞭解，術語“包括(comprises 及/或“comprising)”在用於本說明書時，指定所陳述之特徵、整數、步驟、操作、元件及/或組件的存在，但並不排斥一或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件及/或其群組的存在或添加。
本文參考作為本發明之理想化實施例(以及中間結構)之圖解說明的橫截面說明來描述本發明的實施例。因而，將預期(例如)由於製造技術及/或公差而產生之說明的形 狀變化。因此，不應將本發明之實施例解釋為限於本文所說明的區域之特定形狀，而是包括(例如)由製造所產生之形狀偏差。舉例而言，說明為矩形之植入區域將通常具有圓形或彎曲特徵及/或在其邊緣處之植入濃度梯度而非植入區域至未植入區域之二元變化。同樣，由植入所形成之內埋區域可在內埋區域與表面(植入穿過表面而發生)之間的區域中引起一些植入。因此，圖中所說明之區域本質上為示意性的，且其形狀並不意欲說明器件之一區域的實際形狀且並不意欲限制本發明的範疇。
除非另外定義，否則本文中所使用之所有術語(包括技術術語以及科學術語)具有與一般熟習本發明所屬領域技術者一般理解之含義相同的含義。應進一步理解，諸如在常用辭典中所定義之術語的術語應被解譯為具有與其在相關技術之情形中之含義一致的含義，且除非本文明確地如此定義，否則將不在理想化或過度正式意上加以解譯。
圖2為說明根據本發明之實例實施例之電漿蝕刻裝置的橫截面圖。
參看圖2，根據本發明之實例實施例之電漿蝕刻裝置100可包括處理腔室110、平臺120、第一絕緣體130、第一電極140、第二絕緣體155以及第二電極150。
在實例實施例中，處理腔室110具有內部空間，其中放置諸如晶圓之半導體基板W且對基板W進行一些製程。基板W包括一些精細圖案形成於上面的第一表面以及與第一表面相反之第二表面。
在實例實施例中，平臺120經定位於處理腔室110之底部部分處，且支撐基板W。
平臺120具有對應於基板W之形狀。舉例而言，可根據晶圓將平臺120成形為具有直徑小於晶圓之直徑的圓盤。因此，當將基板W定位於平臺上時，基板W之周邊部分(例如，第一表面與第二表面之邊緣部分以及基板W之側壁)經暴露至周圍環境。因此，處理氣體之電漿接觸基板W之周邊部分，且因此可由處理氣體蝕刻掉基板W的周邊部分上之不必要之薄層。
由施加至平臺120之具有多個高頻的電功率將處理氣體轉變成激發態，藉此形成處理氣體之電漿。經由許多電源將具有多個高頻之電功率施加至平臺120，電源之每一者產生高頻電功率。施加至平臺120之多頻率電功率可允許自基板W之周邊部分均勻地蝕刻掉不必要的薄層。可由多頻率電功率均勻地移除基板W之周邊部分上之雜質，使得基板W之中心部分上之精細圖案可具有可實質上垂直於基板W之第一表面的側壁。亦即，精細圖案之輪廓可實質上垂直於基板W之第一表面。
在實例實施例中，電漿蝕刻裝置可包括用於產生具有第一頻率之第一電功率之第一電源161以及用於產生具有第二頻率之第二電功率之第二電源162。
舉例而言，第一頻率可自約13.56MHz變化至約27.12MHz，且第二頻率可自約2MHz變化至約13.56MHz。
可根據電漿蝕刻製程之處理條件來控制第一以及第二 電功率之第一以及第二頻率。舉例而言，第一電源161可產生具有約13.56MHz之頻率之第一電功率，且第二電源162可產生具有約2MHz之頻率之第二電功率。另外，第一電源161可產生具有約27.12MHz之頻率之第一電功率，且第二電源162可產生具有約2MHz之頻率之第二電功率。另外，第一電源161可產生具有約27.12MHz之頻率之第一電功率，且第二電源162可產生具有約13.56MHz之頻率之第二電功率。
當基板W之周邊部分上之不必要的薄層包括相對高介電材料時，用於移除不必要之薄層之高頻電功率可具有相對寬的能量分佈。具有相對寬的能量分佈之高頻電功率可具有相對較低的頻率。因此，當基板W之周邊部分上之不必要的薄層包括相對高介電材料時，可將具有相對較低頻率之高頻電功率施加至平臺120。
相反地，當基板W之周邊部分上之不必要的薄層包括相對低介電材料時，用於移除不必要之薄層之高頻電功率可具有相對窄的能量分佈。具有相對窄的能量分佈之高頻電功率可具有相對較高的頻率。因此，當基板W之周邊部分上之不必要的薄層包括相對低介電材料時，可將具有相對較高頻率之高頻電功率施加至平臺120。
在實例實施例中，第一絕緣體130環繞平臺120之外表面，使得平臺120可與第一電極140電絕緣。因此，可將平臺120電連接至第一電源161以及第二電源162而無關於第一電極140。
第一電極140環繞第一絕緣體130，且接觸基板W之周邊部分之第二表面。第一電極140藉由第一絕緣體130而與平臺120電絕緣。結果，當將高頻電功率施加至平臺120時，第一電極140電接地。舉例而言，可將第一電極140成形為環。
可將第一電極140電連接至處理腔室110，且因此第一電極140可在處理腔室110電接地的情況下被電接地。因此，當將高頻電功率施加至平臺120且第一電極電連接至處理腔室110時，在第一電極140之上將處理氣體轉變成電漿。處理氣體之電漿可與基板W的周邊部分處之位於第一電極140上之不必要之薄層強烈起反應。
在實例實施例中，第二絕緣體155經定位於處理腔室110之上部部分處，且面向平臺120以及第一絕緣體130。經由第二絕緣體155與第二電極150之間的間隙空間將處理氣體提供至處理腔室110中。
第二絕緣體155可包括多個孔(未圖示)，可將淨化氣體經由孔提供至處理腔室110中。可經由孔將淨化氣體提供至第二絕緣體155與基板W之中心部分之間的空間中。
第二電極150環繞第二絕緣體155且面向第一絕緣體140。舉例而言，第二電極150可定位於處理腔室110之上部部分處且可被成形為環。
可將第二電極150電連接至處理腔室110，且因此第二電極150可在處理腔室110電接地的情況下被電接地。因此，當將高頻電功率施加至平臺120且將第一電極140 以及第二電極150電接地時，在第一電極140與第二電極150之間以及平臺120與第二絕緣體155之間的空間中將處理氣體轉變成電漿。
在實例實施例中，電漿蝕刻裝置100可更包括用於經由第二電極150與第二絕緣體155之間的間隙空間提供處理氣體的氣體提供部180。
氣體提供部180可包括：氣體槽(未圖示)，其用於保存處理氣體；氣體管線181，處理氣體自氣體槽經過氣體管線181；以及控制閥183，其用於控制處理氣體之流動速率。舉例而言，處理氣體可包括蝕刻氣體，諸如四氟化碳(CF4)氣體以及六氟化硫(SF6)氣體。另外，更可將淨化氣體提供至處理腔室110中，藉此自處理腔室110移除蝕刻製程之副產物。舉例而言，淨化氣體可包括惰性氣體，諸如氦(He)氣或氬(Ar)氣。
在實例實施例中，電漿蝕刻裝置100可更包括用於控制第一電源161以及第二電源162的控制器(未圖示)。
控制器控制第一電源161以及第二電源162以給平臺120提供具有適用於處理條件之多個頻率的高頻能量。
根據本發明之本實例實施例，電漿蝕刻裝置可包括處理腔室110、平臺120、第一絕緣體130、第一電極140以及第二電極150，且以上元件之最佳操作可允許自基板W之周邊部分均勻地移除雜質及/或沾染物。結果，位於基板之中心部分處之精細圖案的側壁可實質上垂直於基板W之第一表面。亦即，精細圖案之輪廓可實質上垂直於基板 之第一表面。
圖3為說明根據本發明之實例實施例之電漿蝕刻裝置的橫截面圖。
參看圖3，根據本發明之另一實例實施例之電漿蝕刻裝置200可包括處理腔室210、平臺220、第一絕緣體230、第一電極240以及第二電極250。
本實例實施例之處理腔室210、平臺220、第一絕緣體230以及第一電極240實質上與參看圖2所描述之處理腔室110、平臺120、第一絕緣體130以及第一電極140相同，且因此省略關於處理腔室210、平臺220、第一絕緣體230以及第一電極240之任何其他詳細描述。
第二電極250經定位於處理腔室210之上部部分處，且面向平臺220。舉例而言，可將第二電極250成形為圓盤。
第二電極250之周邊部分對應於第一電極240而朝基板W之邊緣部分突出，藉此在第二電極250之周邊部分處形成突出部分251。因此，第二電極250之突出部分251與第一電極240面向彼此，且因此在基板W之周邊部分處將處理氣體形成為電漿。因此，使用電漿之蝕刻製程集中於基板W之周邊部分，使得可容易地自基板W之周邊部分移除雜質及/或沾染物。
在實例實施例中，電漿蝕刻裝置200可更包括插入在平臺210與第二電極250之間的第二絕緣體270。第二絕緣體270面向基板W(除其周邊部分外)。處理氣體可經 由第二絕緣體270與第二電極250之間的空間而提供至處理腔室210中，且可將其導引至基板W之周邊部分。因此，可對基板W之周邊部分強烈地進行使用電漿之蝕刻製程，藉此自基板W之周邊部分有效地移除雜質及/或沾染物。
圖4為說明在習知電漿蝕刻裝置中已對之進行蝕刻製程的基板之橫截面圖；且圖5為說明在根據本發明之實例實施例之電漿蝕刻裝置中已對之進行蝕刻製程的基板之橫截面圖。
參看圖4，可自基板W之周邊部分103不均勻地蝕刻掉不必要之薄層，使得薄層105之側壁105a相對於基板W之第一表面傾斜。相反，如圖5中所展示，可自基板W之周邊部分103均勻地蝕刻掉不必要之薄層，使得薄層105之側壁105a可實質上垂直於基板W之第一表面。亦即，基板W上之薄層105之輪廓可實質上垂直於基板W的頂面。
根據本發明之實例實施例，可以在側壁垂直於基板之表面之方式自基板的周邊部分移除不必要之薄層，使得薄層可以在輪廓可實質上垂直於基板之表面之方式保留在基板上。此外，在對不必要之薄層進行之蝕刻製程期間，可自基板之周邊部分有效地移除雜質及/或沾染物。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故此發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧電漿蝕刻裝置
11‧‧‧處理腔室
12‧‧‧平臺
13‧‧‧第一絕緣體
14‧‧‧第一電極
15‧‧‧第二電極
100‧‧‧電漿蝕刻裝置
103‧‧‧周邊部分
105‧‧‧薄層
105a‧‧‧側壁
110‧‧‧處理腔室
120‧‧‧平臺
130‧‧‧第一絕緣體
140‧‧‧第一電極
150‧‧‧第二電極
155‧‧‧第二絕緣體
161‧‧‧第一電源
162‧‧‧第二電源
180‧‧‧氣體提供部
181‧‧‧氣體管線
183‧‧‧控制閥
200‧‧‧電漿蝕刻裝置
210‧‧‧處理腔室
220‧‧‧平臺
230‧‧‧第一絕緣體
240‧‧‧第一電極
250‧‧‧第二電極
251‧‧‧突出部分
270‧‧‧第二絕緣體
W‧‧‧半導體基板
圖1為說明用於進行電漿蝕刻製程之習知裝置的橫截面圖。
圖2為說明根據本發明之實例實施例之電漿蝕刻裝置的橫截面圖。
圖3為說明根據本發明之實例實施例之電漿蝕刻裝置的橫截面圖。
圖4為說明在習知電漿蝕刻裝置中已對之進行蝕刻製程的基板之橫截面圖。
圖5為說明在根據本發明之實例實施例之電漿蝕刻裝置中已對之進行蝕刻製程的基板之橫截面圖。
100‧‧‧電漿蝕刻裝置
110‧‧‧處理腔室
120‧‧‧平臺
130‧‧‧第一絕緣體
140‧‧‧第一電極
150‧‧‧第二電極
155‧‧‧第二絕緣體
161‧‧‧第一電源
162‧‧‧第二電源
180‧‧‧氣體提供者
181‧‧‧氣體管線
183‧‧‧控制閥
W‧‧‧基板

Claims (7)

  1. 一種用於進行電漿蝕刻製程之裝置，包括：處理腔室；平臺，其經定位於所述處理腔室中且支撐基板，用於產生電漿之具有多個頻率之電功率經施加至所述平臺；第一絕緣體，其環繞所述平臺之外表面且與所述平臺電絕緣；第一電極，其環繞所述第一絕緣體且對應於所述基板之周邊部分；第二絕緣體，其面向所述平臺；以及第二電極，其環繞所述第二絕緣體且面向所述第一電極。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之用於進行電漿蝕刻製程之裝置，其更包括用於提供具有第一頻率之所述電功率之第一電源以及用於提供具有不同於所述第一頻率的第二頻率之所述電功率之第二電源。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之用於進行電漿蝕刻製程之裝置，其中所述第一頻率自約13.56MHz變化至約27.12MHz，且所述第二頻率自約2MHz變化至約13.56MHz。
  4. 一種用於進行電漿蝕刻製程之裝置，包括：處理腔室；平臺，其經定位於所述處理腔室中且支撐基板，用於產生電漿之具有多個頻率之電功率經施加至所述平臺； 第一絕緣體，其環繞所述平臺之外表面且與所述平臺電絕緣；第一電極，其環繞所述第一絕緣體且對應於所述基板之周邊部分；以及第二電極，其面向所述第一電極，且具有突出部分對應於所述第一電極而朝所述基板之邊緣部分突出。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之用於進行電漿蝕刻製程之裝置，其更包括第二絕緣體對應於所述基板的除其周邊外的部分而插入在所述平臺與所述第二電極之間。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之用於進行電漿蝕刻製程之裝置，其更包括用於提供具有第一頻率之所述電功率之第一電源，以及用於提供具有不同於所述第一頻率的第二頻率之所述電功率之第二電源。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之用於進行電漿蝕刻製程之裝置，其中所述第一頻率自約13.56MHz變化至約27.12MHz，且所述第二頻率自約2MHz變化至約13.56MHz。
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