TWI618167B - 具有降低之腐蝕敏感度的製程套件 - Google Patents

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Abstract

本發明主要揭示一種使用於半導體處理腔室的製程套件。在一些實施例中，一用於半導體處理腔室之製程套件包含一主體，其經配置支撐於基材支撐件的周緣，且具有側壁，其界定對應於基材支撐件中間區域的開口。一唇部從主體的側壁延伸至開口內，且其中唇部上表面的一部分在製程期間置於基材下方。主體相對兩側壁間所測量的第一距離係大於橫跨一欲置於開口內之基材上表面之寬度至少7.87毫米。

Description

具有降低之腐蝕敏感度的製程套件
本發明實施例一般應用於半導體製程設備，特別指應用於半導體腔室中的製程套件。
在半導體製程之處理腔室中，一製程套件可置於基材或基材支撐件的暴露表面之上，以免暴露表面受到製程環境(如形成在處理腔室中的電漿)的影響。因此，該製程套件可被該電漿所腐蝕。不幸地，有些製程可能會受製程套件腐蝕的影響。需要在鄰近基材表面處使用電場的蝕刻製程可能會受到製程套件腐蝕的影響，例如，在製程套件腐蝕導致在基材周圍邊緣電場形狀的改變。這些變化可能會導致不需要的結果，例如在高長寬比的蝕刻製程中增加傾斜角(界定為一特徵結構垂直方向與蝕刻進基材所夾的角度)。更進一步而言，這些傳統的製程套件擁有較短的生命週期且需要頻繁的維修以保持在蝕刻製程中有令人滿意的結果。
因而，此領域中需要一種具有降低之腐蝕敏感度及/或改良生命週期的製程套件
一種使用於半導體處理腔室中的製程套件係敘述如 下。在一些實施例中，一製程套件包括一主體，其經配置以支撐於基材支撐件的周圍，且具有側壁，其界定對應於基材支撐件中間區域的開口；和一唇部從主體的側壁延伸至開口內，其中，在製程期間該唇部的部分上表面係經配置以置於基材下方，且其中主體相對兩側壁間所測量的第一距離係大於橫跨一欲置於開口內之基材上表面的寬度至少約7.87毫米。在一些實施例中，介於該唇部之上表面和該主體之上表面間所測量的第二距離係至少約2.3毫米。
使用於半導體處理腔室中的製程套件敘述如下。一般而言，製程期間該製程套件在鄰近基材邊緣有利地提供一更均勻的電場，因此降低不需要的效應，如輪廓傾斜和均勻性。本發明套件更可進一步有利地提供降低之腐蝕敏感度的製程套件，因而延長製程套件的生命週期。
符合於本發明的製程套件可經配置以設在處理腔室中的基材支撐件之上方。例如，第1圖描繪一例示性蝕刻反應器102之示意圖，其可用於實施如本文所討論之實施例。該反應器102可單獨使用或更常做為一積體半導體基材製程系統的製程模件，或群集工具(未示出)，如CENTURA®積體化半導體晶圓製程系統，其可得自加 州聖塔克拉拉之應用材料公司。適當的蝕刻反應器102實例包含半導體設備的DPS(例如DPS®,DPS® II,DPS® AE,DPS® G3聚蝕刻器或其他類似的設備)產品線，半導體設備的ADVANTEDGETM(例如AdvantEdge，AdvantEdge G3)產品線，或其他半導體設備(如ENABLER®，E-MAX®或其他設備)也可得自應用材料公司。以上所列的半導體設備僅為例示性，而其他蝕刻反應器和無蝕設備(例如化學氣相沉積(CVD)反應器，或其他半導體製程設備)可和此文描述之該發明製程套件一起使用。
該反應器102包括：一具有導電性腔壁130的處理腔室110，該導電性腔壁130係連接到接地134；至少一個螺旋管段112，其放置在腔室壁130外部。該腔室壁130包括一可便於清潔該腔室110的陶瓷襯131。該蝕刻製程的副產物和殘餘物在每片晶圓經程序處理後可輕易地從陶瓷襯131移除。該螺旋管段112係由一至少可產生5V的直流(DC)電源154控制。處理腔室110也包含一和噴淋頭132間隔分離的基材支撐件116。該基材支撐件116包括一靜電夾頭126以維持基材100在該噴淋頭132下方。該噴淋頭132可包括複數氣體分布區，因而可使用特定的氣體分布梯度提供不同氣體至腔室110。該噴淋頭132安裝在相對於支撐台座116的上電極128。該電極128係耦合至射頻(RF)源118。
該靜電夾頭126藉由與偏壓源122耦合的匹配網路124，而由直流電源供應器120和支撐台座116所控制。 偏壓源122可選擇性的使用直流或脈衝直流功率。該上電極118係由一阻抗變換器119(例如，一四分之一波長的匹配短截線)耦合至射頻(RF)源118。該偏壓源122係通常能產生一RF訊號，其具有一50kHz到13.56MHz之可調式頻率和介於0和5000瓦的功率。該射頻源118係通常能產生一RF訊號，其具有一約160MHz之可調式頻率和介於0和2000瓦的功率。該腔室110的內部空間係一經由節流閥127與真空泵136耦合的高真空容器。熟知技藝者將了解其他形式的電漿蝕刻腔室可用於實施本發明，包含反應式離子蝕刻(RIE)，電子迴旋加速共振(ECR)腔室和類似物。
一製程套件106係置於該支撐台座116上和置於支撐台座116上的基材100之周圍，以保護該支撐台座116未被基材100所覆蓋的表面。該製程套件106可由適當的材料如矽(Si)、碳化矽(SiC)或其他類似物製造。在一些實施例中，例如和由矽(Si)製造的製程套件比較，由碳化矽(SiC)製造的製程套件106可延長製程套件的生命週期約25到約30個百分比。
該製程套件106在第2圖有更詳細的圖示，第2圖描述置於支撐台座116上方之製程套件106的部分側視圖。該製程套件106包含一主體202，其經配置以支撐於基材116(或該基材支撐件116的靜電夾頭126)周圍邊緣上，且有一朝內徑向延伸的唇部204，其經配置以使其部分置於基材100背側的下方。該主體202可為環 狀，或可為如該基材支撐件116(及支撐該基材100於其上)形狀所決定的任何適當形狀。例如，該基材100可為圓形，如一200毫米或300毫米的半導體晶圓；或另一方面，可為正方形如用於製造太陽能電池或平面顯示器的基材。
該主體202包含一下表面218和一上表面210，其界定為該製程套件106的總厚度。該下表面218係通常經配置以支撐於支撐台座116(或靜電夾盤126)的相對表面上，且通常可為平面的。該上表面210可和基材100之上表面實質平行或可和基材配置成一角度。例如，該上表面可能為傾斜的，或其他經配置以在製程期間降低基材上的污染。例如，當製程材料沉澱在上表面210及遷移並沉積在基材100時，污染物可能出現。在一些實施例中，該上表面210可為粗糙的表面，以保持製程材料在製程中沉積其上。
該主體202包含一內側壁206，其界定對應於該基材支撐件116之中央區域的一開口208。在一些實施例中，例如，當經配置用於直徑300毫米的基材時，該開口208之直徑會介於約297.66到297.76毫米間。其他直徑或尺寸可使用在不同的大小及/或幾何形狀的基材上。在一些實施例中，且如第2圖中所描繪，該基材支撐件116的一上表面，如一部份的靜電夾頭126，可延伸至開口208內。當使用不同基材支撐件和基材配置時，主體202的其他配置係可行的。
該主體202更包含一從該主體202之下部分徑向延伸的唇部204。該唇部204係經配置以置於基材100周圍邊緣的下方。在一些實施例中，該唇部204可從該主體202之側壁206延伸至該開口208內。該唇部204有一上表面212，其中該上表面212的一部分係經配置以置於基材100的周圍邊緣下方。在一些實施例中，該唇部204的上表面212係經配置以設在靠近基材100，但不接觸到基材100之背側。在一些實施例中，該唇部204的上表面212係經配置以設在遠離基材100之背側介於約1密耳和約5密耳間(例如，介於約0.03和約0.13毫米間)。
在一些實施例中，該唇部204可具有一寬度，其被界定為該唇部的內邊緣214和該主體的內側壁206間，其寬度至少為5.14毫米。使用於基材的其他寬度有不同的尺寸。該唇部204可最多延伸至該基材100邊緣下方約1.27毫米。在一些實施例中，一間隙可存在於該唇部214之內邊緣和靜電夾頭126之邊緣之間，如第2圖中所描繪。在一些實施例中，此間隙最多為約0.13毫米。
該唇部204的寬度減去和基材100重疊的部分界定該製程套件之內側壁206與該基材100之邊緣間的間隙220(也等於該開口208的寬度或直徑減去該基材的寬度或直徑)。本案發明人已發現，當製程套件106隨著時間腐蝕時，在側壁206和基材100邊緣間提供一較大的間隙有利地提供較小的傾斜角變化。因此，藉由降低製程 套件腐蝕敏感度，可延長該製程套件的生命週期。因此，該傾斜角敏感度可藉由增加該基材100周圍邊緣和主體202之側壁206間的距離而降低。
例如，一製程套件106的俯視圖係描繪於第3A圖。該製程套件可經配置以使得介於側壁206相對兩部分間所測量之第一距離(或直徑)302超過該基材100之寬度(或直徑)304。在一些實施例中，和如第3圖所示，該第一距離302係相等於一圓的直徑，該圓係由該主體202之側壁206所界定。在一些實施例中，該第一距離302可超過寬度304至少約8毫米。在一些實施例中，該第一距離302可超過該基材100之寬度304介於約7.87到約8.13毫米之間。例如在一些實施例中，配置用於一直徑300毫米的基材時，該第一距離302可介於約307.87和約308.13毫米間或約308毫米。在一些實施例中，假定該基材100與該製程套件106如所示為同心，介於該基材100周圍邊緣和該側壁206的距離係至少約3.94毫米。在一些實施例中，介於該基材100周圍邊緣和該側壁206的距離係至少為4毫米。
回到第2圖，在一些實施例中，該唇部204之上表面212可與於該主體202之上表面210實質平行。在一些實施例中，介於唇部204上表面212和主體202上表面210間的側壁206之高度216係大於或等於約2.3毫米。在一些實施例中，該高度216係介於約2.3毫米和約3.0毫米間，或約2.65毫米。在一些實施例中，該高 度216可最佳化以延長製程套件的生命週期。例如，本案發明人發現控制高度216可用於控制使用該製程套件106之最終製程的傾斜角。如所述，該高度216可最佳化以最大化可接受之傾斜角性能的範圍。例如，在一些實施例中，該製程套件106可經配置以提供一初始的傾斜角，如向外傾斜約0.5度，因而經過一段時間製程套件106的腐蝕導致該傾斜角旋轉過垂直向而最終向內傾斜約0.5度。因而，該製程套件106可經配置以得到一改善之生命週期。其他傾斜角的範圍也可藉由控制該高度216和監控製程套件106的腐蝕量而獲得。
結合以上所述，該上表面212的寬度和該高度216兩者可最佳化以降低製程套件因蝕刻而腐蝕的傾斜角敏感度，也同時最佳化該製程套件106的傾斜角性能，因此延長製程套件的生命週期。
回到第1圖，在操作上，該基材100係放置在有製程套件106置於其上的支撐台座116上。該腔室內部空間係抽氣至一接近真空環境，且氣體150(例如，氬氣)，係從一氣體控制板138經過噴淋頭132而提供至處理腔室110，點燃該氣體時產生電漿。該氣體150係在處理腔室110中藉由施加來自RF源118至上電極128(正極)的功率點燃成電漿152。一磁場係透過該螺旋管段112施加予該電漿152，且該支撐台座116係藉由施加來自該偏壓源112的功率所偏壓。在該基材100的製程期間。在蝕刻腔室110內部空間的壓力係用氣體控制板138和 節流閥127控制。
例如，該電漿152可用於蝕刻一特徵結構(feature)如通孔或溝槽於該基材100。當該基材100被蝕刻時，該製程套件106可影響鄰近該基材100之電場的均勻性，因此在基材內鄰近基材邊緣處影響該特徵結構蝕刻的傾斜角。此外，當該製程套件106係由電漿152蝕刻時，製程套件因而腐蝕。該侵蝕可包含例如高度216的降低、側壁206的蝕刻、閒隙220的增加、和類似者。然而，該製程套件106如以上所討論，有減少腐蝕靈敏度的製程套件106且可增加該製程套件生命週期。
藉由位於牆內及周圍的液體導管(未示出)控制該腔室壁130之溫度。再者，透過一冷卻平板(未示出)調節支撐台座116的溫度來控制該基材100的溫度，該冷卻平板中含通道以循環冷煤。此外，一背側氣體(例如，氦氣(He))係由氣源148提供至通道中，通道係藉由基材100的背側和在靜電夾頭126表面的凹槽產生。該氦氣係用於促使介於台座116和基材100間的熱傳導。該靜電夾頭126係藉由一電阻加熱器(未示出)在夾頭體內加熱以達到一穩態溫度，且該氦氣促使該基材100的均勻加熱。利用該夾頭126的熱控制，該基材係維持在介於10和500度的攝氏溫度之間。
可使用一控制器140以便於腔室110的控制，如上文所述。該控制器140可為任何一用於工業環境以控制不同腔室和子處理器的通用電腦處理器。該控制器140 包括一中央處理單元(CPU)、一記憶體142、和用於CPU 144的支援電路146和耦合該至蝕刻處理腔室110的不同部件以便於控制該蝕刻製程。該記憶體142係耦合至CPU 144。該記憶體142、或電腦可讀取媒體，可為一或多個現存記憶體如隨機處理記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟碟、硬碟或其他本地或遠端之任何形式的數位儲存器。該支援電路146係以一慣用的方式耦合至CPU 144以支援該處理器。這些電路包含快取記憶體(cache)、電源(power supplies)、同步脈衝電路(clock circuits)、輸入/輸出電路(in/out circuitry)和子系統、和其他類似物。一軟體常式104由CPU執行致使反應器執行製程，如蝕刻製程或其他類似物，且該軟體常式通常儲存至記憶體142裡。該軟體常式104也可儲存且/或由一第二CPU(CPU)執行，而該第二CPU係藉由該CPU 144從硬碟遠端控制。
因此，應用於半導體處理腔室的製程套件已在此文敘述提供。製程期間本案製程套件在靠近基材邊緣有利地提供一更均勻的電場，因此降低不需要的效應，諸如輪廓傾斜和均勻性。本發明套件更進一步可有利地提供降低製程套件之腐蝕敏感度，也因而延長該製程套件的生命週期。
雖然前述係針對本發明實施例，但可鑒於本揭示發展出其他及進一步的實施例，且不會背離本發明之基本範圍，以及其由如下申請專利範圍決定的範圍。
100‧‧‧基材
102‧‧‧反應器
104‧‧‧軟體常式
106‧‧‧製程套件
110‧‧‧腔室
112‧‧‧螺旋管段
116‧‧‧支撐
118‧‧‧射頻源
119‧‧‧阻抗變換器
120‧‧‧直流電源
122‧‧‧偏壓源
124‧‧‧匹配網路
126‧‧‧靜電夾頭
127‧‧‧節流閥
128‧‧‧上電極
130‧‧‧導電性腔壁
131‧‧‧陶瓷襯
132‧‧‧噴淋頭
134‧‧‧接地
136‧‧‧真空泵
138‧‧‧氣體控制板
140‧‧‧控制器
142‧‧‧記憶體
144‧‧‧中央處理器
146‧‧‧支援電路
148‧‧‧氣源
150‧‧‧氣體
152‧‧‧電漿
154‧‧‧直流電源
202‧‧‧主體
204‧‧‧唇部
206‧‧‧側壁
208‧‧‧開口
210‧‧‧上表面
212‧‧‧上表面
214‧‧‧開口面緣
216‧‧‧高度
218‧‧‧下表面
220‧‧‧間隙
302‧‧‧第一距離
304‧‧‧寬度
藉由參照上述實施例與發明內容之說明，可詳細了解本發明之前述特徵，其中部分係說明於伴隨之圖示中。然應注意的是，伴隨之圖式僅說明了本發明的典型實施例，因而不應視為對其範疇之限制，亦即本發明亦可用其他等效實施方式。
第1圖示根據本發明部分實施例之具有製程套件置於其中之蝕刻腔室的側視示意圖。
第2圖示根據本發明部分實施例之製程套件的部分側視示意圖。
第3圖示根據本發明部分實施例之一製程套件的俯視圖。
為了清楚表示內容，該等圖示已簡化且非按照比例繪製。為了使其容易了解，已儘可能指定使用相同的元件符號圖示相同的元件。可預期一個實施例中的一些元件可有益於結合在其他實施例中。

Claims (9)

  1. 一種用於半導體處理腔室之製程套件，其包含：一主體，經配置以使其支撐於一基材支撐件之一周緣，且具有側壁，該等側壁界定對應於該基材支撐件的一中央區域的一開口；以及一唇部，從該主體之該等側壁延伸至該開口內，其中該唇部上表面的一部分在製程期間係經配置以置於一基材下方，且其中該主體相對兩側壁間所測量的一第一距離係大於橫跨欲置於該開口內之一基材上表面之一寬度至少7.87毫米，其中該唇部上表面的一寬度係至少5.14毫米，其中介於該唇部上表面與該主體上表面間的一高度係至少2.3毫米，以及其中該唇部上表面經配置以設在遠離該基材之背側介於0.03毫米和0.13毫米之間。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之製程套件，其中該製程套件係經配置以用於一直徑300毫米的一半導體基材。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述之製程套件，其中該主體和唇部包括矽(Si)或碳化矽(SiC)至少其中一者。
  4. 一種用於處理半導體基材的設備，其包含：一半導體處理腔室，具有一基材支撐件置於其中；及 根據申請專利範圍第1至3項中任一項所述之製程套件，置於該基材支撐件上方，使得該主體置於該基材支撐件之一周緣且對應於該基材支撐件的一中央區域。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述之設備，該處理腔室進一步包含：一RF電源，耦合至該處理腔室且經配置以提供該腔室RF功率。
  6. 根據申請專利範圍第5項所述之設備，其中該製程套件係經配置以在鄰近置於該製程套件上之一基材的一周圍邊緣處提供一實質均勻的電場。
  7. 根據申請專利範圍第5項所述之設備，其中該製程套件係經配置以在一基材內之一特徵結構的形成期間，提供介於一0.5度至0.5度間的傾斜角敏感度。
  8. 根據申請專利範圍第7項所述之設備，其中該特徵結構係形成於靠近該基材之一周圍邊緣處。
  9. 根據申請專利範圍第7項所述之設備，其中該特徵結構可包含一或多個的通孔或溝槽。
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