半導(dǎo)體處理室電極及其制作方法技術(shù)

一種用等離子體刻蝕工藝加工半導(dǎo)體晶片的工藝系統(tǒng)，該系統(tǒng)的工藝艙包括支撐半導(dǎo)體晶片的支撐卡盤和一對射頻功率源，系統(tǒng)的電極第一表面接收來自置于系統(tǒng)外部工藝氣體源，把工藝氣體送入中心區(qū)；第二個表面的多個的電極開孔相聯(lián)，電極開孔的直徑大于氣體導(dǎo)入孔的直徑。電極開孔位于半導(dǎo)體晶片表面之上電極表面上。電極表面幫助增加電極等離子體鞘層面積，改變了加到晶片表面偏置電壓，從而在不增加等離子體密度的前提下增加了晶片上的離子轟擊能量。（*該技術(shù)在2019年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種半導(dǎo)體制作設(shè)備，尤其是涉及一種改進(jìn)半導(dǎo)體工藝艙電極，以及與制作和裝設(shè)改進(jìn)電極的方法。在半導(dǎo)體制作中，集成電路器件是通過多次工藝過程由半導(dǎo)體晶片制成的，其中諸多工藝過程通常是在工藝艙中進(jìn)行的，在工藝艙中各材質(zhì)層(介質(zhì)層或金屬層)逐層覆蓋并作成圖案形成多層結(jié)構(gòu)。例如，某些層(如SIO2)通常在化學(xué)汽相沉積室(CVD)沉積而成，然后經(jīng)旋轉(zhuǎn)涂覆光刻抗蝕膠并光刻圖形，當(dāng)光刻抗蝕膠圖形在半導(dǎo)體晶片表面形成后，該半導(dǎo)體晶片被置入等離子體刻蝕室以去掉(刻蝕)未被抗蝕膠阻擋部分的下層材料。附圖說明圖1A顯示了一個帶有工藝艙102的半導(dǎo)體工藝系統(tǒng)100，它對半導(dǎo)體晶片進(jìn)行刻蝕加工處理。在這個例子里，室102有一個卡盤104，它用來支撐半導(dǎo)體晶片106，卡盤104還支撐數(shù)個石英環(huán)108，在石英環(huán)108的頂上放著一個環(huán)狀陶瓷支架110，它用來支撐頂電極114，頂電極114用來接收工藝氣體，在工藝處理時工藝氣體分散開進(jìn)入等離子體區(qū)112。頂電極還耦合到雙工器適配盒116a和射頻功率源118a，卡盤104同樣也耦合到雙工器適配盒116a和射頻功率源118b，工藝艙102配備有出口120，出口120用于在工藝過程中抽走室內(nèi)多余的氣體，在工藝進(jìn)行時設(shè)定射頻功率源118a來偏置頂電極114，其工作頻率大約為27MHz，射頻功率源118a主要用于在等離子體區(qū)112內(nèi)產(chǎn)生等離子體，而射頻功率源118b主要用于在等離子體區(qū)112內(nèi)產(chǎn)生偏置電壓，射頻功率源118b的工作頻率一般較低，大約為2MHz。圖1B提供半導(dǎo)體工藝系統(tǒng)100頂電極114的一個比較詳細(xì)的示圖，頂電極114一般有數(shù)個氣體緩沖板122，在它們氣體緩沖板122的表面布滿了孔，這些孔的分布使工藝氣體均勻地分散開通過頂電極114，通過這種方式，氣體緩沖板122保證幾乎同量的氣體通過硅片126的每一個氣體導(dǎo)入孔128，頂電極114還有石墨環(huán)124，石墨環(huán)124用于固定在圖1A的陶瓷支架110上，一旦工藝氣體被允許流出氣體導(dǎo)入孔128，在硅片126表面和晶片106表面之間的區(qū)域內(nèi)將產(chǎn)生等離子體，該區(qū)即為等離子體區(qū)112。在工藝過程進(jìn)行期間，射頻電源118a和射頻電源118b分別加于頂電極114和卡盤104上。一旦工藝氣體通入頂層電極114，就會通過進(jìn)氣孔進(jìn)入等離子體區(qū)112，同時如圖1c所示，有等離子體鞘層131和132出現(xiàn)在等離子體區(qū)112內(nèi)。如圖所示，硅片126上有一個電極表面134，此電極正對著半導(dǎo)體晶片106的表面136。正如我們已經(jīng)在等離子體物理里所了解的那樣，電極表面134表面和晶片表面136分別在等離子體區(qū)112中形成等離子體鞘層131和132。等離子體鞘層邊界被定義在等離子體密度分布曲線133的133a處和133b處，這在圖1D中表示得很明確。等離子體密度分布曲線表明在靠近晶片表面136和頂層電極134處，等離子體密度差不多降到0.這樣，在133a和133b之間，等離子體密度從0逐漸上升到一個常量。因此如圖c所示，電極表面134和晶片表面136能夠保證大多數(shù)等離子體集中在等離子體鞘層131和132之間。隨著對刻蝕越來越小的集成電路器件圖形需求的不斷增加，更難的高長寬比的刻蝕技術(shù)日漸必要。圖1E顯示了晶片襯底106的截面圖140.晶片襯底106上有一沉積的介質(zhì)層140和已刻圖形的光刻膠層142。光刻膠層142有光刻通孔144通到介質(zhì)層140.隨著長寬比不斷提高(即較深和較窄的刻蝕幾何形狀)，用來確定一組可控工藝參數(shù)的工藝窗口也會迅速縮小，當(dāng)工藝窗口縮小時，對工藝參數(shù)的調(diào)整不再改進(jìn)刻蝕速率，刻蝕選擇性或者刻蝕剖面輪廓。代表性的工藝參數(shù)有壓力設(shè)置，氣體流率、電極偏置功率、反應(yīng)物化學(xué)成分等。但是，隨著長寬比不斷增加，改變工藝窗口參數(shù)不再有助于提高工藝艙控制刻蝕過程的能力。例如，當(dāng)需要用光刻膠層142上的圖形窗口144刻蝕如焊接孔之類的孔時，即使用最好的化學(xué)刻蝕氣體也不能一直刻透介質(zhì)層140，此時刻蝕將提早結(jié)束，因?yàn)榉磻?yīng)化合物在刻蝕過程中也會在側(cè)壁和底部沉積聚合物。眾所周知，當(dāng)需要高的長寬比時，沉積的聚合物會嚴(yán)重地阻礙介質(zhì)層140的刻蝕。為了解決這個問題，過去工藝工程師試著在刻蝕時增加工藝艙內(nèi)的含氧量，但很可惜，工藝艙內(nèi)的含氧量的增加會在介質(zhì)層140中產(chǎn)生碗狀的刻蝕148。可以料想，當(dāng)在介質(zhì)層140中產(chǎn)生一個碗狀的刻蝕148時，再要填充碗狀刻蝕148的通孔將有問題。也就是說，由于有碗狀刻蝕孔148，不能再采用常用的在通孔中沉積金屬的填充導(dǎo)體技術(shù)。在先前的技術(shù)中，還有一種方法是通過增加與卡盤104耦合的射頻功率源118b的偏置功率來增加對晶片106表面的離子轟擊能量。但是，當(dāng)射頻功率源118b的偏置電壓增加時，在等離子體區(qū)112中將產(chǎn)生更多的等離子體，這將抵消離子轟擊能量的增加。此外，當(dāng)偏置電壓增加時，進(jìn)入等離子體區(qū)112中的反應(yīng)氣體的分子可能會改變其化學(xué)成分，從而使刻蝕失敗。因此，已經(jīng)觀察到，僅僅增加耦合到卡盤104的射頻功率對提高刻蝕長寬比并無幫助。本專利技術(shù)的目的在于提供一種，使得在不增加等離子體密度和改變反應(yīng)氣體分子化學(xué)成分的前提下增加晶片表面的離子轟擊能量。本專利技術(shù)的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一個用等離子體刻蝕工藝加工半導(dǎo)體晶片的工藝系統(tǒng)，該系統(tǒng)有一個工藝艙，工藝艙有一個放置半導(dǎo)體晶片的支撐卡盤和一對射頻功率源；該系統(tǒng)包括放在系統(tǒng)中半導(dǎo)體晶片上方的一個電極，該電極有一個中心區(qū)，第一表面和第二表面。第一表面用來接收來自放在系統(tǒng)外面的工藝氣體源，并把工藝氣體送進(jìn)中心區(qū)。第二表面有多個的氣體導(dǎo)入孔，它們與相應(yīng)的多個的電極開孔相聯(lián)，電極開孔的直徑大于氣體導(dǎo)入孔的直徑，該多個的電極開孔設(shè)置在位于半導(dǎo)體晶片表面上方的電極表面上。該電極耦合到一對射頻功率源中的一個，并且支撐卡盤耦合到一對射頻功率源中的另一個。該等離子體處于電極的第二表面和晶片表面之間。該第一個等離子體鞘層緊挨著晶片表面，第二個等離子體鞘層緊挨著電極的第二個表面，第二個等離子體鞘層形狀與電極的第二個表面上的電極開孔設(shè)定的出口形狀相仿。該第一個等離子體鞘層有第一個面積以及第二個等離子體鞘層有第二個面積，并且第二個等離子體鞘層的第二個面積大于第二個等離子體鞘層的第一個面積。該電極開孔直徑至少大約為5mm或大于5mm，氣體流入孔的直徑大約為1mm。該電極表面和晶片表面之間的間隔為大約0.75cm和大約4cm之間。該電極的中心區(qū)有兩個或者更多的氣體緩沖板。該電極開孔以六角形圖案遍布在電極的第二個表面上。該第二個等離子體鞘層的第二個面積大約為第一個等離子體鞘層的第一個面積的2至3倍之間。該第二個等離子體鞘層的第二個面積大約是第一個等離子體鞘層的第一個面積的2.7倍。該當(dāng)?shù)诙€等離子體鞘層的第二個面積大于第一個等離子體鞘層的第一個面積時，加到晶片表面的偏置電壓增加，加到電極的第二個表面的偏置電壓減少。該偏置電壓的增加引起作用在晶片表面的離子轟擊能量的增加，因此增強(qiáng)了對刻蝕的控制。一種制作工藝艙頂電極的方法，在一個用等離子體刻蝕工藝加工半導(dǎo)體晶片的工藝艙，該工藝艙包括一個用于支撐半導(dǎo)體晶片的支撐卡盤和一對射頻功率源，該制作工藝艙頂電極的方法有制作頂電極使之有一個中心區(qū)、第一表面和第二表面，第一表面有一個入口，它用來本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用等離子體刻蝕工藝加工半導(dǎo)體晶片的工藝系統(tǒng)，該系統(tǒng)有一個工藝艙，工藝艙有一個放置半導(dǎo)體晶片的支撐卡盤和一對射頻功率源；其特征在于：該系統(tǒng)包括： 放在系統(tǒng)中半導(dǎo)體晶片上方的一個電極，該電極有一個中心區(qū)，第一表面和第二表面。第一表面用來接收來自放在系統(tǒng)外面的工藝氣體源，并把工藝氣體送進(jìn)中心區(qū)。第二表面有多個的氣體導(dǎo)入孔，它們與相應(yīng)的多個的電極開孔相聯(lián)，電極開孔的直徑大于氣體導(dǎo)入孔的直徑，該多個的電極開孔設(shè)置在位于半導(dǎo)體晶片表面上方的電極表面上。

【技術(shù)特征摘要】
...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：安德拉斯庫蒂，李魯民，
申請(專利權(quán))人：拉姆研究公司，
類型：發(fā)明
國別省市：US[美國]