具有傾斜約束環(huán)的等離子體處理系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有傾斜約束環(huán)的等離子體處理系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)。一種等離子體室包括基座、上部電極、以及環(huán)形構(gòu)件。所述基座具有支撐晶片的中心區(qū)域和外接中心區(qū)域的臺階區(qū)域。傾斜區(qū)域外接臺階區(qū)域，傾斜區(qū)域具有從所述臺階區(qū)域向下傾斜的頂表面，使得所述頂表面的內(nèi)邊界和所述中心區(qū)域之間的垂直距離小于所述頂表面的外邊界和所述中心區(qū)域之間的垂直距離。所述上部電極被耦合到射頻電源。所述環(huán)形構(gòu)件的內(nèi)周邊被限定成當(dāng)所述環(huán)形構(gòu)件被設(shè)置在所述基座上時圍繞所述基座的中心區(qū)域，并且所述環(huán)形構(gòu)件的一部分具有隨所述環(huán)形構(gòu)件的半徑增大而增大的厚度。
【專利說明】
具有傾斜約束環(huán)的等離子體處理系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體處理領(lǐng)域，且更具體地涉及具有傾斜約束環(huán)的等離子體處理系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0001]在半導(dǎo)體制造中，電容耦合等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)和原子層沉積(ALD)工藝的生產(chǎn)率總體上受益于等離子體約束。通過約束等離子體以在晶片上并略微超出晶片的邊緣運(yùn)行，避免了對用等離子體填充整個處理室的需求。這通過減少在處理過程中消耗的化學(xué)物質(zhì)和功率的量而提高了該工藝的效率。
[0002]用于約束在室中的等離子體的一種已知方法涉及使用包圍晶片的約束環(huán)。通常由氧化鋁(Al2O3)制成的約束環(huán)是平坦的，并且約束環(huán)的厚度是恒定的。約束環(huán)產(chǎn)生高阻抗路徑，并減小了局部電場。這用于局部抑制超出晶片邊緣的等離子體。在晶片上等離子體密度增大，從而導(dǎo)致更快的處理(例如，較高的沉積速率處理)。
[0003]使用平坦約束環(huán)的等離子體約束的一個顯著缺點(diǎn)是徑向方向上的電阻抗的變化不僅是急劇的，而且非?？拷倪吘壈l(fā)生。阻抗的急劇變化調(diào)制晶片邊緣附近的等離子體的均勻性。因此，在晶片邊緣的不均勻沉積是經(jīng)常發(fā)生的。具有均勻厚度的平坦約束環(huán)通常被用來既提供約束又提供所需要的接近晶片邊緣的可接受的處理均勻性。然而，通常這兩個目標(biāo)是矛盾的，在晶片邊緣發(fā)生的沉積仍然是不均勻的。
[0004]就是在這種背景下，產(chǎn)生了本發(fā)明的實施方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一示例性的實施方式中，一種等離子體室包括基座、布置在所述基座上的上部電極、以及被配置成設(shè)置在所述基座上的環(huán)形構(gòu)件。被配置成在處理過程中支撐半導(dǎo)體晶片的所述基座具有形成為支撐所述半導(dǎo)體晶片的中心區(qū)域。所述中心區(qū)域具有基本上平坦的頂表面。臺階區(qū)域被形成為外接所述中心區(qū)域，所述臺階區(qū)域具有在低于所述中心區(qū)域的所述頂表面的位置處形成的頂表面。所述基座具有形成為外接所述臺階區(qū)域的傾斜區(qū)域，所述傾斜區(qū)域具有在內(nèi)邊界和外邊界之間延伸的頂表面。所述傾斜區(qū)域的所述頂表面被形成為從所述臺階區(qū)域向下傾斜，使得所述傾斜區(qū)域的所述頂表面的內(nèi)邊界和所述中心區(qū)域之間的垂直距離小于所述傾斜區(qū)域的所述頂表面的外邊界和所述中心區(qū)域之間的垂直距離，所述垂直距離沿垂直于所述中心區(qū)域的所述頂表面的方向測得。所述基座電連接到基準(zhǔn)接地電位。
[0006]布置在所述基座上的上部電極與噴頭成為整體，所述噴頭用于在處理期間輸送沉積氣體到所述等離子體室內(nèi)。所述上部電極被耦合到射頻(RF)電源，所述RF電源能操作來點(diǎn)燃在所述基座和所述上部電極之間的等離子體，以在處理期間促進(jìn)所述半導(dǎo)體晶片上的材料層的沉積。
[0007]所述環(huán)形構(gòu)件被配置成設(shè)置在所述基座上，所述環(huán)形構(gòu)件的內(nèi)周邊被限定成當(dāng)所述環(huán)形構(gòu)件被設(shè)置在所述基座上時圍繞所述基座的所述中心區(qū)域，并且所述環(huán)形構(gòu)件的一部分具有隨所述環(huán)形構(gòu)件的半徑增大而增大的厚度。
[0008]在一實施方式中，所述環(huán)形構(gòu)件的所述一部分的所述厚度隨所述環(huán)形構(gòu)件的半徑增大而線性增大。在一實施方式中，所述環(huán)形構(gòu)件的所述一部分的所述厚度隨著所述基座的所述傾斜區(qū)域的斜率增大而增大。
[0009]在一實施方式中，所述環(huán)形構(gòu)件包括具有頂表面和側(cè)表面的下臺階區(qū)域，所述下臺階區(qū)域被配置成使得當(dāng)所述半導(dǎo)體晶片被布置在所述基座的所述中心區(qū)域上時，所述半導(dǎo)體晶片的邊緣設(shè)置在所述下臺階區(qū)域的頂表面上方。在一實施方式中，所述環(huán)形構(gòu)件被配置成能沿垂直于所述基座的中心區(qū)域的垂直方向移動，使得當(dāng)環(huán)形圈沿所述垂直方向被抬升時，所述環(huán)形構(gòu)件將所述半導(dǎo)體晶片抬升離開所述基座的中心區(qū)域。
[0010]在一實施方式中，所述基座的所述臺階區(qū)域設(shè)置有用以支撐所述環(huán)形構(gòu)件的三個或更多個最小的接觸區(qū)，并且所述環(huán)形構(gòu)件在由所述最小的接觸區(qū)支撐時，所述環(huán)形構(gòu)件不與所述基座的所述傾斜區(qū)域物理接觸。
[0011]在一實施方式中，具有隨所述環(huán)形構(gòu)件的半徑增大而增大的厚度的所述環(huán)形構(gòu)件的一部分使得在等離子體被點(diǎn)燃時圍繞所述基座的中心區(qū)域的阻抗逐漸增大。在一實施方式中，所述基座的所述傾斜區(qū)域使得在等離子體被點(diǎn)燃時所述基座的所述中心區(qū)域和周邊之間的阻抗逐漸增大，其中所述基座的所述周邊比所述中心區(qū)域具有較高的阻抗。在一實施方式中，當(dāng)所述等離子體被點(diǎn)燃時，所述逐漸增大的阻抗起到逐漸約束在所述半導(dǎo)體晶片上的等離子體的作用。
[0012]在另一示例性實施方式中，一種用于處理襯底的室包括:設(shè)置在所述室內(nèi)的上部電極和設(shè)置在所述上部電極下方的基座。所述上部電極被配置為與射頻(RF)電源耦合。被配置成與基準(zhǔn)接地電位耦合的基座具有形成為在所述襯底存在時支撐所述襯底的中心區(qū)域，所述中心區(qū)域具有基本上平坦的頂表面。所述基座具有形成為外接所述中心區(qū)域的臺階區(qū)域，所述臺階區(qū)域具有在低于所述中心區(qū)域的所述頂表面的位置處形成的頂表面。此夕卜，所述基座具有形成為外接所述臺階區(qū)域的傾斜區(qū)域，所述傾斜區(qū)域具有在內(nèi)邊界和外邊界之間延伸的頂表面。所述傾斜區(qū)域的所述頂表面被形成為從所述臺階區(qū)域向下傾斜，使得所述傾斜區(qū)域的所述頂表面的內(nèi)邊界和所述中心區(qū)域之間的垂直距離小于所述傾斜區(qū)域的所述頂表面的外邊界和所述中心區(qū)域之間的垂直距離，所述垂直距離沿垂直于所述中心區(qū)域的頂表面的方向測得。
[0013]在一實施方式中，所述室還包括被配置成設(shè)置在所述基座上的環(huán)形構(gòu)件。所述環(huán)形構(gòu)件的內(nèi)周邊被限定成當(dāng)所述環(huán)形構(gòu)件被設(shè)置在所述基座上時圍繞所述基座的所述中心區(qū)域。此外，所述環(huán)形構(gòu)件的一部分具有隨所述環(huán)形構(gòu)件的半徑增大而增大的厚度。
[0014]在一實施方式中，具有隨所述環(huán)形構(gòu)件的半徑增大而增大的厚度的所述環(huán)形構(gòu)件的一部分具有楔形的橫截面。在一實施方式中，所述環(huán)形構(gòu)件的下表面的至少一部分被配置為坐落在所述基座的所述傾斜區(qū)域上，并且所述環(huán)形構(gòu)件的頂表面的至少一部分被構(gòu)造成基本上平行于所述基座的所述中心區(qū)域。
[0015]在一實施方式中，所述環(huán)形構(gòu)件包括具有頂表面和側(cè)表面的下臺階區(qū)域，所述下臺階區(qū)域被配置成使得當(dāng)所述襯底被布置在所述基座的所述中心區(qū)域上時，所述襯底的邊緣設(shè)置在所述下臺階區(qū)域的頂表面上方。
[0016]在又一示例性實施方式中，一種基座包括:中心區(qū)域、臺階區(qū)域和傾斜區(qū)域。所述中心區(qū)域具有基本上平坦的頂表面。所述臺階區(qū)域被形成為外接所述中心區(qū)域，所述臺階區(qū)域具有在低于所述中心區(qū)域的所述頂表面的位置處形成的頂表面。所述傾斜區(qū)域被形成為外接所述臺階區(qū)域，所述傾斜區(qū)域具有在內(nèi)邊界和外邊界之間延伸的頂表面。所述傾斜區(qū)域的所述頂表面被形成為從所述臺階區(qū)域向下傾斜，使得所述傾斜區(qū)域的所述頂表面的內(nèi)邊界和所述中心區(qū)域之間的垂直距離小于所述傾斜區(qū)域的所述頂表面的外邊界和所述中心區(qū)域之間的垂直距離，所述垂直距離沿垂直于所述中心區(qū)域的所述頂表面的方向測得。
[0017]在一實施方式中，所述傾斜區(qū)域被定向成使得由所述傾斜區(qū)域的所述頂表面限定的線相對于由所述中心區(qū)域的頂表面限定的水平線限定從I度至45度的角度。在一實施方式中，所述角度是從5度至30度。
[0018]在又一示例性實施方式中，一種環(huán)形構(gòu)件具有:中心部、內(nèi)延伸部和外延伸部。所述中心部具有內(nèi)邊界和外邊界。所述中心部還具有頂表面和底表面，所述頂表面和所述底表面限定所述中心部的厚度。所述中心部的底表面被定向成相對于由所述中心部的所述頂表面限定的線呈一定角度，使得所述中心部的厚度從所述內(nèi)邊界到所述外邊界增大。
[0019]所述內(nèi)延伸部從所述中心部的所述內(nèi)邊界延伸，所述內(nèi)延伸部具有頂表面和底表面。所述頂表面和所述底表面限定所述內(nèi)延伸部的厚度，所述內(nèi)延伸部的厚度小于所述中心部的在所述中心部的所述內(nèi)邊界處的厚度。
[0020]所述外延伸部從所述中心部的外邊界延伸，所述外延伸部具有頂表面和底表面。該頂表面和該底表面限定所述外延伸部的厚度，所述外延伸部的厚度小于所述中心部的在所述中心部的所述外邊界處的厚度。此外，所述外延伸部的頂表面與所述中心部的所述頂表面是共面的。
[0021]在一實施方式中，所述外延伸部是第一外延伸部，并且所述環(huán)形構(gòu)件還包括從所述中心部的所述外邊界延伸的第二外延伸部，所述第二外延伸部具有頂表面和底表面。該頂表面和該底表面限定所述第二外延伸部的厚度，所述第二外延伸部的厚度小于所述中心部的在所述中心部的所述外邊界處的厚度。此外，所述第二外延伸部的底表面與所述中心部的所述底表面是共面的。
[0022]在一實施方式中，所述環(huán)形構(gòu)件還包括從所述中心部的所述外邊界延伸的第三外延伸部。所述第三外延伸部具有頂表面和底表面，所述第三外延伸部的所述頂表面與所述第一外延伸部的所述底表面間隔開并基本上平行。所述第三外延伸部的所述底表面與所述第二外延伸部的所述頂表面間隔開并基本上平行。
[0023]具體而言，本發(fā)明的一些方面可以闡述如下:
1.一種等離子體室，其包括:
基座，其被配置成在處理過程中支撐半導(dǎo)體晶片，所述基座具有形成為支撐所述半導(dǎo)體晶片的中心區(qū)域，所述中心區(qū)域具有基本上平坦的頂表面，所述基座具有形成為外接所述中心區(qū)域的臺階區(qū)域，所述臺階區(qū)域具有在低于所述中心區(qū)域的所述頂表面的位置處形成的頂表面，所述基座具有形成為外接所述臺階區(qū)域的傾斜區(qū)域，所述傾斜區(qū)域具有在內(nèi)邊界和外邊界之間延伸的頂表面，所述傾斜區(qū)域的所述頂表面形成為從所述臺階區(qū)域向下傾斜，使得所述傾斜區(qū)域的所述頂表面的內(nèi)邊界和所述中心區(qū)域之間的垂直距離小于所述傾斜區(qū)域的所述頂表面的外邊界和所述中心區(qū)域之間的垂直距離，所述垂直距離沿垂直于所述中心區(qū)域的所述頂表面的方向測得，所述基座電連接到基準(zhǔn)接地電位；
布置在所述基座上的上部電極，所述上部電極與噴頭成為整體，所述噴頭用于在處理期間輸送沉積氣體到所述等離子體室內(nèi)，所述上部電極被耦合到射頻(RF)電源，所述RF電源能操作來點(diǎn)燃在所述基座和所述上部電極之間的等離子體，以在處理期間促進(jìn)在所述半導(dǎo)體晶片上的材料層的沉積；以及
被配置成設(shè)置在所述基座上的環(huán)形構(gòu)件，所述環(huán)形構(gòu)件的內(nèi)周邊被限定成當(dāng)所述環(huán)形構(gòu)件被設(shè)置在所述基座上時圍繞所述基座的所述中心區(qū)域，并且所述環(huán)形構(gòu)件的一部分具有隨所述環(huán)形構(gòu)件的半徑增大而增大的厚度。
2.根據(jù)條款I(lǐng)所述的等離子體室，其中，所述環(huán)形構(gòu)件的所述一部分的所述厚度隨所述環(huán)形構(gòu)件的所述半徑增大而線性增大。
3.根據(jù)條款I(lǐng)所述的等離子體室，其中，所述環(huán)形構(gòu)件的所述一部分的所述厚度隨著所述基座的所述傾斜區(qū)域的斜率增大而增大。
4.根據(jù)條款I(lǐng)所述的等離子體室，其中所述環(huán)形構(gòu)件包括具有頂表面和側(cè)表面的下臺階區(qū)域，所述下臺階區(qū)域被配置成使得當(dāng)所述半導(dǎo)體晶片被布置在所述基座的所述中心區(qū)域上時，所述半導(dǎo)體晶片的邊緣設(shè)置在所述下臺階區(qū)域的所述頂表面上方。
5.根據(jù)條款4所述的等離子體室，其中所述環(huán)形構(gòu)件被配置成能沿垂直于所述基座的所述中心區(qū)域的垂直方向移動，使得當(dāng)環(huán)形圈沿所述垂直方向被抬升時，所述環(huán)形構(gòu)件將所述半導(dǎo)體晶片抬升離開所述基座的所述中心區(qū)域。
6.根據(jù)條款I(lǐng)所述的等離子體室，其中所述基座的所述臺階區(qū)域設(shè)置有用以支撐所述環(huán)形構(gòu)件的三個或更多個最小的接觸區(qū)，并且所述環(huán)形構(gòu)件在由所述最小的接觸區(qū)支撐時，所述環(huán)形構(gòu)件不與所述基座的所述傾斜區(qū)域物理接觸。
7.根據(jù)條款I(lǐng)所述的等離子體室，其中具有隨所述環(huán)形構(gòu)件的半徑增大而增大的厚度的所述環(huán)形構(gòu)件的所述一部分使得在所述等離子體被點(diǎn)燃時圍繞所述基座的所述中心區(qū)域的阻抗逐漸增大。
8.根據(jù)條款I(lǐng)所述的等離子體室，其中所述基座的所述傾斜區(qū)域使得在所述基座的所述中心區(qū)域和周邊之間的阻抗逐漸增大，其中，當(dāng)所述等離子體被點(diǎn)燃時，所述基座的所述周邊比所述中心區(qū)域具有較高的阻抗。
9.根據(jù)條款8所述的等離子體室，其中當(dāng)所述等離子體被點(diǎn)燃時，所述逐漸增大的阻抗起到逐漸約束在所述半導(dǎo)體晶片上的所述等離子體的作用。
10.一種用于處理襯底的室，其包括:
設(shè)置在所述室內(nèi)的上部電極，所述上部電極被配置為與射頻(RF)電源耦合；以及
設(shè)置在所述上部電極下方的基座，所述基座被配置成與基準(zhǔn)接地電位耦合，所述基座具有形成為在所述襯底存在時支撐所述襯底的中心區(qū)域，所述中心區(qū)域具有基本上平坦的頂表面，所述基座具有形成為外接所述中心區(qū)域的臺階區(qū)域，所述臺階區(qū)域具有在低于所述中心區(qū)域的所述頂表面的位置處形成的頂表面，所述基座具有形成為外接所述臺階區(qū)域的傾斜區(qū)域，所述傾斜區(qū)域具有在內(nèi)邊界和外邊界之間延伸的頂表面，所述傾斜區(qū)域的所述頂表面形成為從所述臺階區(qū)域向下傾斜，使得所述傾斜區(qū)域的所述頂表面的內(nèi)邊界和所述中心區(qū)域之間的垂直距離小于所述傾斜區(qū)域的所述頂表面的外邊界和所述中心區(qū)域之間的垂直距離，所述垂直距離沿垂直于所述中心區(qū)域的所述頂表面的方向測得。
11.根據(jù)條款10所述的室，其還包括:
被配置成設(shè)置在所述基座上的環(huán)形構(gòu)件，所述環(huán)形構(gòu)件的內(nèi)周邊被限定成當(dāng)所述環(huán)形構(gòu)件被設(shè)置在所述基座上時圍繞所述基座的所述中心區(qū)域，并且所述環(huán)形構(gòu)件的一部分具有隨所述環(huán)形構(gòu)件的半徑增大而增大的厚度。
12.根據(jù)條款11所述的室，其中具有隨所述環(huán)形構(gòu)件的所述半徑增大而增大的厚度的所述環(huán)形構(gòu)件的所述一部分具有楔形的橫截面。
13.根據(jù)條款11所述的室，其中，所述環(huán)形構(gòu)件的下表面的至少一部分被配置為坐落在所述基座的所述傾斜區(qū)域上，并且其中所述環(huán)形構(gòu)件的頂表面的至少一部分被構(gòu)造成基本上平行于所述基座的所述中心區(qū)域。
14.根據(jù)條款13所述的室，其中所述環(huán)形構(gòu)件包括具有頂表面和側(cè)表面的下臺階區(qū)域，所述下臺階區(qū)域被配置成使得當(dāng)所述襯底被布置在所述基座的所述中心區(qū)域上時，所述襯底的邊緣設(shè)置在所述下臺階區(qū)域的所述頂表面上方。
15.—種基座，其包括:
中心區(qū)域，其具有基本上平坦的頂表面；
形成為外接所述中心區(qū)域的臺階區(qū)域，所述臺階區(qū)域具有在低于所述中心區(qū)域的所述頂表面的位置處形成的頂表面；以及
形成為外接所述臺階區(qū)域的傾斜區(qū)域，所述傾斜區(qū)域具有在內(nèi)邊界和外邊界之間延伸的頂表面，所述傾斜區(qū)域的所述頂表面形成為從所述臺階區(qū)域向下傾斜，使得所述傾斜區(qū)域的所述頂表面的內(nèi)邊界和所述中心區(qū)域之間的垂直距離小于所述傾斜區(qū)域的所述頂表面的外邊界和所述中心區(qū)域之間的垂直距離，所述垂直距離沿垂直于所述中心區(qū)域的所述頂表面的方向測得。
16.根據(jù)條款15所述的基座，其中所述傾斜區(qū)域被定向成使得由所述傾斜區(qū)域的所述頂表面限定的線相對于由所述中心區(qū)域的所述頂表面限定的水平線限定從I度至45度的角度。
17.根據(jù)條款16所述的基座，其中所述角度是從5度至30度。
18.—種環(huán)形構(gòu)件，其包括:
具有內(nèi)邊界和外邊界的中心部，所述中心部具有頂表面和底表面，所述頂表面和所述底表面限定所述中心部的厚度，所述中心部的所述底表面被定向成相對于由所述中心部的所述頂表面限定的線呈一定角度，使得所述中心部的所述厚度從所述內(nèi)邊界到所述外邊界增大；
從所述中心部的所述內(nèi)邊界延伸的內(nèi)延伸部，所述內(nèi)延伸部具有頂表面和底表面，該頂表面和該底表面限定所述內(nèi)延伸部的厚度，所述內(nèi)延伸部的所述厚度小于所述中心部的在所述中心部的所述內(nèi)邊界處的厚度；以及
從所述中心部的所述外邊界延伸的外延伸部，所述外延伸部具有頂表面和底表面，該頂表面和該底表面限定所述外延伸部的厚度，所述外延伸部的所述厚度小于所述中心部的在所述中心部的所述外邊界處的厚度，并且所述外延伸部的所述頂表面與所述中心部的所述頂表面是共面的。
19.根據(jù)條款18所述的環(huán)形構(gòu)件，其中所述外延伸部是第一外延伸部，并且所述環(huán)形構(gòu)件還包括從所述中心部的所述外邊界延伸的第二外延伸部，所述第二外延伸部具有頂表面和底表面，該頂表面和該底表面限定所述第二外延伸部的厚度，所述第二外延伸部的所述厚度小于所述中心部的在所述中心部的所述外邊界處的厚度，并且所述第二外延伸部的底表面與所述中心部的所述底表面是共面的。
20.根據(jù)條款19所述的環(huán)形構(gòu)件，其還包括:從所述中心部的所述外邊界延伸的第三外延伸部，所述第三外延伸部具有頂表面和底表面，所述第三外延伸部的所述頂表面與所述第一外延伸部的所述底表面間隔開并基本上平行，以及所述第三外延伸部的所述底表面與所述第二外延伸部的所述頂表面間隔開并基本上平行。
[0024]本發(fā)明的其它的方面和優(yōu)點(diǎn)根據(jù)下面的詳細(xì)描述、結(jié)合附圖將變得顯而易見，附圖以舉例的方式圖解了本公開的原理。
【附圖說明】
[0025]圖1是根據(jù)一示例性實施方式圖解襯底處理系統(tǒng)的概略圖。
[0026]圖2A是根據(jù)一示例性實施方式圖解在等離子體處理系統(tǒng)中的等離子體約束的簡化橫截面圖的示意圖，該等離子體處理系統(tǒng)包括橫截面為楔形的承載環(huán)。
[0027]圖2B是示出圖2A所示的等離子體處理實施例的阻抗(Z)與距離的關(guān)系曲線圖。
[0028]圖2C是根據(jù)一示例性實施方式表示450毫米晶片(有2mm邊緣排除區(qū))的歸一化沉積厚度與基于使用以下基座的模型運(yùn)行的晶片的位置的關(guān)系曲線圖:I)容納平坦聚焦環(huán)的典型基座，和2)容納橫截面為楔形的聚焦環(huán)的傾斜的基座。
[0029]圖3A根據(jù)示例性實施方式示出了被配置為容納橫截面為楔形的約束環(huán)的基座的橫截面圖。
[0030]圖3B是根據(jù)一示例性實施方式示出了接觸支撐構(gòu)件的位置的基座的頂視圖。
[0031]圖3C是根據(jù)一示例性實施方式的在基座的臺階區(qū)域和傾斜區(qū)域之間的過渡部位的放大圖。
[0032]圖3D是根據(jù)另一示例性實施方式的在基座的臺階區(qū)域和傾斜區(qū)域之間的過渡部位的放大圖。
[0033]圖3E是根據(jù)又一示例性實施方式的在基座的臺階區(qū)域和傾斜區(qū)域之間的過渡部位的放大圖。
[0034]圖4A根據(jù)一示例性實施方式示出了上面設(shè)置有半導(dǎo)體晶片和環(huán)形構(gòu)件的基座的橫截面圖。
[0035]圖4B根據(jù)另一示例性實施方式示出了上面設(shè)置有半導(dǎo)體晶片和環(huán)形構(gòu)件的基座的橫截面圖。
[0036]圖4C根據(jù)又一示例性實施方式示出了上面設(shè)置有半導(dǎo)體晶片和環(huán)形構(gòu)件的基座的橫截面圖。
[0037]圖5A到圖5C示出了基座和環(huán)形構(gòu)件的另外的配置，該另外的配置可用于提供改善在晶片邊緣的處理均勻性的逐漸增大的阻抗。
[0038]圖6是顯示用于控制襯底處理系統(tǒng)的控制模塊的方框圖。
【具體實施方式】
[0039]在下面的描述中，闡述了許多具體細(xì)節(jié)以便提供對示例性實施方式的透徹理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯而易見的是，這些示例性實施方式可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)中的一些的情況下實施。在其它實例中，工藝操作和實施細(xì)節(jié)如果已經(jīng)公知，則沒有詳細(xì)描述。
[0040]在以下實施方式中，公開了具有傾斜約束環(huán)的等離子體處理系統(tǒng)。傾斜約束環(huán)被配置成圍繞所述襯底(例如，晶片)的位置，并設(shè)計成以漸進(jìn)的方式影響在約束環(huán)的內(nèi)徑和外徑之間的阻抗。由傾斜約束環(huán)促進(jìn)的阻抗的逐漸增加有助于改善等離子體約束，并消除在晶片邊緣的阻抗的急劇變化，阻抗的急劇變化可能不利地影響晶片邊緣附近的處理的均勻性。本文具體參考圖2A、3A-3E、4A-4C和5A-5C示出和描述的傾斜約束環(huán)和傾斜基座區(qū)域的實施方式有助于改善等離子體約束并使得較好的處理均勻性能夠?qū)崿F(xiàn)。
[0041 ]圖1是圖解襯底處理系統(tǒng)100的示意圖，襯底處理系統(tǒng)100被用于處理襯底101。在一實施方式中，襯底是硅晶片。該系統(tǒng)包括具有下室部分102b和上室部分102a的室102。中心柱被配置來支撐基座140，其在一實施方式中是接地電極。在所圖解的實施例中，噴頭150經(jīng)由匹配網(wǎng)絡(luò)106電耦合到電源104。在其它實施方式中，基座140可被供電，而噴頭150可接地。電源由控制模塊110 (例如控制器)控制?？刂颇K110被配置為通過執(zhí)行工藝輸入和控制108來操作襯底處理系統(tǒng)100。工藝輸入和控制108可包括工藝配方(比如功率電平、定時參數(shù)、工藝氣體、晶片101的機(jī)械運(yùn)動等)以例如在晶片101上沉積或形成膜。
[0042]中心柱也被示出為包括升降銷120，其可由升降銷控制裝置122控制。升降銷120被用于從基座140抬升晶片101以允許末端執(zhí)行器拾取晶片并在被末端執(zhí)行器放置后降低晶片101。襯底處理系統(tǒng)100還包括連接到工藝氣體114 (例如，來自設(shè)施的氣體化學(xué)品供應(yīng)源)的氣體供應(yīng)歧管112。根據(jù)被執(zhí)行的處理，控制模塊110通過氣體供應(yīng)歧管112控制工藝氣體114的輸送。選定的氣體流入噴頭150并被分配在限定于噴頭150的面向晶片101的面和停留在基座140上的晶片1I的頂表面之間的容積空間中。
[0043]所述工藝氣體可被預(yù)先混合或不預(yù)先混合。合適的閥和質(zhì)量流量控制機(jī)構(gòu)可被用來確保在工藝的沉積和等離子體處理階段中輸送正確的氣體。工藝氣體經(jīng)由合適的出口排出室102。真空栗(例如，一或二階機(jī)械干式栗和/或渦輪分子栗)將工藝氣體抽出并通過閉環(huán)控制的限流設(shè)備(比如節(jié)流閥或擺閥)在反應(yīng)器內(nèi)維持合適的低壓。
[0044]繼續(xù)參考圖1，承載環(huán)200圍繞基座140的外部區(qū)域。承載環(huán)被配置為在往來于基座運(yùn)輸晶片期間支撐晶片。承載環(huán)200被配置為坐落在承載環(huán)支撐區(qū)域上，承載環(huán)支撐區(qū)域是在基座140中心的晶片支撐區(qū)域下面的臺階。承載環(huán)200包括其環(huán)形構(gòu)件的外邊緣側(cè)(例如，外徑)和其環(huán)形構(gòu)件最靠近晶片101所在處的晶片邊緣側(cè)(例如，內(nèi)徑)。承載環(huán)200的晶片邊緣側(cè)包括多個接觸支撐構(gòu)件，多個接觸支撐構(gòu)件被配置來在承載環(huán)200被蜘蛛式叉180抬升時抬升晶片101。因此，承載環(huán)200與晶片101—起被抬升且可被轉(zhuǎn)動到另一個站(例如，在多站系統(tǒng)中)。
[0045]如圖1所示，承載環(huán)200具有楔形的橫截面，承載環(huán)的較薄部分朝向內(nèi)半徑，而承載環(huán)的較厚部分朝向外半徑。為了容納承載環(huán)200的斜底表面，基座140設(shè)置有傾斜的表面，該傾斜的表面與承載環(huán)200的斜底表面的斜度相匹配。承載環(huán)200厚度的逐漸變化導(dǎo)致阻抗的逐漸變化，從而使等離子體的梯度平緩，并使得晶片邊緣的沉積均勻，如將在下面更詳細(xì)地解釋的。關(guān)于橫截面為楔形的約束環(huán)的結(jié)構(gòu)的其它細(xì)節(jié)都在下面參照圖2A、3A-3E、4A-4C和5A-5C進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
[0046]圖2A是根據(jù)一示例性實施方式圖解在等離子體處理系統(tǒng)中的等離子體約束的簡化橫截面圖的示意圖，該等離子體處理系統(tǒng)包括橫截面為楔形的承載環(huán)。如圖2A所示，等離子體在等離子體處理系統(tǒng)100內(nèi)在晶片101的頂表面和噴頭150的底表面之間限定的空間被點(diǎn)燃，噴頭150也用作電極。標(biāo)號D1U3和D4表示相對于晶片101和承載環(huán)200的位置。如圖2A所示，位置DHi于晶片101的表面上在所述基座140的中心區(qū)域上的一個點(diǎn)處，位置D2位于晶片的邊緣，而位置D3和D4位于承載環(huán)200的頂表面上方。位置D1、D2、D3和D4中的每一個位置處的阻抗分別為ZhZ^Z3和Z4。標(biāo)號叾5表示在外邊界處的阻抗，該外邊界如承載環(huán)200的外徑，其對應(yīng)于基座140的外邊界。
[0047]圖2B是示出圖2A所示的等離子體處理實施例的阻抗(Z)與距離的關(guān)系曲線圖。阻抗根據(jù)承載環(huán)200的厚度調(diào)制，因為承載環(huán)是由介電材料形成的，例如，由氧化鋁(Al2O3)形成。因此，在圖2A所示的實施例中，rLmvu。阻抗最低的，因為位置0!位于晶片上方，而不是位于形成承載環(huán)的介電材料上方(參見圖2A)。隨著承載環(huán)200的厚度沿徑向方向增大(由于承載環(huán)的楔形的橫截面)，阻抗從Z2逐漸增大到Z5，如圖2B中的曲線所示。這種阻抗的增大充當(dāng)對晶片101上方的等離子體的漸進(jìn)的約束。
[0048]如在圖2A中所示，勾勒出等離子體鞘的形狀的虛線表示等離子體密度逐漸從在晶片上(參照位置Dl)的最大值轉(zhuǎn)變到在承載環(huán)和基座的外邊界處的最小值。由承載環(huán)200的楔形的橫截面提供的逐漸變化的阻抗的顯著好處是，在晶片上方(見，例如，點(diǎn)Dl)的阻抗和在晶片101邊緣附近的承載環(huán)上方(參見靠近點(diǎn)D2的區(qū)域，例如，剛好在點(diǎn)D2內(nèi)至剛好在點(diǎn)D2外的區(qū)域)的阻抗是相似的，比如，大致相同的。在這方面，注意，等離子體的形狀(由虛線所示)在點(diǎn)DjPD2之間的區(qū)域中是相當(dāng)穩(wěn)定的。此外，比較于圖2B的曲線所示的ZdPZ1的相對值。
[0049]圖2C是表示450毫米晶片(有2mm邊緣排除區(qū))的歸一化沉積厚度與基于使用以下基座的模型運(yùn)行的晶片的位置的關(guān)系曲線圖:I)容納平坦聚焦環(huán)的典型基座，和2)容納橫截面為楔形的聚焦環(huán)的傾斜的基座。如圖2C中所示，曲線I示出了利用典型的基座時的歸一化厚度，而曲線2示出了利用傾斜的基座時的歸一化厚度。在例如晶片位置-220和-222之間的曲線I的斜率的相對急劇增大表明在利用典型的基座時朝向晶片的邊緣發(fā)生非均勻沉積。在相同的晶片的位置(-220和-222)之間的曲線2的斜率的較不急劇的增大表明在利用傾斜的基座時朝向晶片的邊緣發(fā)生的沉積比在利用典型的基座時的沉積較均勻。
[0050]圖3A根據(jù)示例性實施方式示出了被配置為容納橫截面為楔形的約束環(huán)的基座的橫截面圖。如圖3A中所示，基座140包括中心區(qū)域140a、臺階區(qū)域140b、以及傾斜區(qū)域140c。注意，圖3A中沒有按比例繪制，以方便基座的特征的說明和描述。中心區(qū)域140a的頂表面70基本上是平的，使得中心區(qū)域可以在處理過程中支撐半導(dǎo)體晶片。臺階區(qū)域140b外接中心區(qū)域140a。在一個實施例中，臺階區(qū)域140b具有在從0.25英寸到I英寸的范圍內(nèi)的寬度。臺階區(qū)域140b的頂表面80位于中心區(qū)域140a的頂表面以下。在一個實施例中，臺階區(qū)域140b的頂表面80位于中心區(qū)域140a的頂表面70下方0.25英寸處。在另一個實施例中，臺階區(qū)域140b的頂表面80位于中心區(qū)域140a的頂表面70的下面，其距離在從稍大于零英寸至0.25英寸的范圍內(nèi)。傾斜區(qū)域140c外接臺階區(qū)域140b。傾斜區(qū)域140c在內(nèi)邊界和外邊界之間延伸。在一個實施方式中，內(nèi)邊界是臺階區(qū)域140b的外邊緣，而外邊界是基座140的外徑(OD)。[0051 ]傾斜區(qū)域140c的頂表面90從臺階區(qū)域140b向下傾斜。在一個實施方式中，傾斜區(qū)域140c的頂表面90的內(nèi)邊界和中心區(qū)域140a之間的垂直距離小于所述傾斜區(qū)域的頂表面的外邊界(例如，外徑)與中心區(qū)域之間的垂直距離。在本實施方式中，垂直距離沿垂直于中心區(qū)域140a的頂表面70的方向測量。如圖3A所示，傾斜區(qū)域140 c被定向成使得由傾斜區(qū)域的頂表面90限定的線相對于由中心區(qū)域140a的頂表面70限定的水平線限定角Θ。在一個實施方式中，角Θ是在從I度到45度的范圍內(nèi)。在其它實施方式中，角Θ可以是在從5度至30度的范圍內(nèi)，或在從5度至20度的范圍內(nèi)。
[0052]基座140可以設(shè)置有接觸支撐構(gòu)件30，接觸支撐構(gòu)件30被稱為最小的接觸區(qū)(MCA)，以使表面之間能精密地配合。例如，接觸支撐構(gòu)件30可以提供在中心區(qū)域140a以在處理過程中支撐半導(dǎo)體晶片。接觸支撐構(gòu)件30還可以提供在臺階區(qū)域140b中，從而支撐坐落在基座上的環(huán)形構(gòu)件，以提供等離子體約束，如將在下面更詳細(xì)描述的。圖3B是根據(jù)一示例性實施方式的基座140的頂視圖，其圖解了接觸支撐構(gòu)件30的位置。如圖3B所示，六個接觸支撐構(gòu)件30圍繞中心區(qū)域140a的外部部分基本上均勻地間隔開。這些MCA使得在處理過程中能與設(shè)置在中心區(qū)域140a上的半導(dǎo)體晶片的下側(cè)精密接觸。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，在中心區(qū)域設(shè)置的MCA的數(shù)目可以變化以適應(yīng)特定應(yīng)用的需要。在圖3B所示的示例性實施方式中，三個接觸支撐構(gòu)件30圍繞基座140的臺階區(qū)域140b基本上均勻地間隔開。這些MCA使得能與坐落在基座上的環(huán)形構(gòu)件的下側(cè)精密接觸，以便例如，在所述環(huán)形構(gòu)件被配置為用作承載環(huán)的情況下，環(huán)形構(gòu)件的一部分可以進(jìn)而與半導(dǎo)體晶片的下側(cè)精密接觸。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，超過三個的MCA可以被設(shè)置在臺階區(qū)域內(nèi)，以滿足特定應(yīng)用的需要。
[0053]圖3C是根據(jù)一示例性實施方式的在基座的臺階區(qū)域和傾斜區(qū)域之間的過渡部位的放大圖。如圖3C中所示，臺階區(qū)域140b的頂表面80與傾斜區(qū)域140c的頂表面90在過渡部位60 (過渡部位60還在圖3A示出)相交。頂表面80是大致平坦的表面，而頂表面90從頂表面80以一定角度向下傾斜，如以上參考圖3A所描述的。
[0054]圖3D是根據(jù)另一示例性實施方式的在基座的臺階區(qū)域和傾斜區(qū)域之間的過渡部位的放大圖。如圖3D所示，臺階區(qū)域140b的頂表面80和傾斜區(qū)域140c的頂表面90’之間的過渡部位60是彎曲部分。遠(yuǎn)離過渡部位60，頂表面80是與圖3C所示的非曲表面類似的非曲表面。同樣，遠(yuǎn)離過渡部位60，頂表面90’是從頂表面80向下傾斜的非曲表面，類似于圖3C中所示的頂表面90。
[0055]圖3E是根據(jù)又一示例性實施方式的在基座的臺階區(qū)域和傾斜區(qū)域之間的過渡部位的放大圖。如在圖3E中所示，臺階區(qū)域140b的頂表面80與傾斜區(qū)域140c的頂表面90”在過渡部位60相交。頂表面80是基本平坦的表面，而頂表面90”從頂表面80逐個臺階地下降。換言之，頂表面90”是從臺階區(qū)域140b的頂表面80處的較高的點(diǎn)朝基座的外徑(OD)處的較低的點(diǎn)下降的一系列臺階，其中，較高的點(diǎn)和較低的點(diǎn)相對于基座140的中心區(qū)域140a的頂表面70確定(見圖3A)。
[0056]圖4A根據(jù)一示例性實施方式示出了上面設(shè)置有半導(dǎo)體晶片和環(huán)形構(gòu)件的基座的橫截面圖。如圖4A所示，半導(dǎo)體晶片1I被支撐在基座140的中心區(qū)域140a上。晶片1I通過接觸支撐構(gòu)件30支撐，如以上所指出的，接觸支撐構(gòu)件30被稱為最小的接觸區(qū)(MCA)。所述MCA將晶片1I支撐在基座140的中心區(qū)域140a的上面，使得晶片的下側(cè)與基座的中心區(qū)域的頂表面70間隔開。晶片101的邊緣延伸超出基座140的中心區(qū)域140a的邊緣(在圖4A中標(biāo)示為“晶片邊緣”的虛線表示晶片邊緣相對于基座的位置)。
[0057]環(huán)形構(gòu)件210被設(shè)置在基座140上，使得環(huán)形構(gòu)件的內(nèi)周邊圍繞基座的中心區(qū)域140a。環(huán)形構(gòu)件210包括中心部210a、內(nèi)延伸部210b和外延伸部210c。中心部210a具有限定中心部的厚度的頂表面75和底表面76。底表面76以相對于由所述中心部210a的頂表面75所限定的線呈一定角度定向，使得中心部的厚度從中心部的內(nèi)邊界到中心部的外邊界增大。因此，環(huán)形構(gòu)件210的中心部210a的厚度隨環(huán)形構(gòu)件的半徑增大而線性增大。這樣，環(huán)形構(gòu)件210的中心部210a具有楔形的橫截面。如本文所使用的，短語“楔形的橫截面”是指構(gòu)件(或構(gòu)件的一部分)的具有從較厚的邊緣或邊界到較薄的邊緣或邊界逐漸變細(xì)的厚度的橫截面，其中所述較薄的邊緣或邊界不必逐漸變細(xì)成點(diǎn)。在一個實施方式中，中心部210a的厚度根據(jù)基座140的傾斜區(qū)域140c的斜率的增大而增大。
[0058]內(nèi)延伸部210b從環(huán)形構(gòu)件210的中心部210a的內(nèi)邊界延伸。內(nèi)延伸部210b具有由內(nèi)延伸部的頂表面和底表面限定的厚度。在一個實施方式中，內(nèi)延伸部210b的厚度小于中心部210a的在中心部的內(nèi)邊界處的厚度。如圖4A所示，內(nèi)延伸部210b的結(jié)構(gòu)限定可以接納晶片1I的邊緣的下臺階區(qū)域，晶片1I的邊緣在基座140的中心區(qū)域140a上向外伸出。下臺階區(qū)域由內(nèi)延伸部210b的頂表面和從內(nèi)延伸部的頂表面向中心部210a的頂表面75延伸的側(cè)表面限定。如圖4A中所示，晶片1I的邊緣被布置在內(nèi)延伸部21 Ob的頂表面上，而晶片的頂表面與中心部210a的頂表面75基本共面。另外，中心部210a的頂表面75基本上平行于基座140的中心區(qū)域140a的頂表面70。
[0059]如圖4A所示，環(huán)形構(gòu)件210通過接觸支撐構(gòu)件30(例如，MCA)支撐。特別是，內(nèi)延伸部210b的底表面由設(shè)置在基座140的臺階區(qū)域140b中的三個(或更多個)MCA支撐。MCA將環(huán)形構(gòu)件210支撐在基座140上方，使得環(huán)形構(gòu)件的中心部210a的底表面76與基座的傾斜區(qū)域140c的頂表面90間隔開。此外，內(nèi)延伸部210b的底表面與基座140的臺階區(qū)域140b的頂表面80間隔開。標(biāo)記為“過渡區(qū)域”的虛線是指基座140的臺階區(qū)域140b過渡到基座的傾斜區(qū)域140c的區(qū)域。
[0060]外延伸部210c從環(huán)形構(gòu)件210的中心部210a的外邊界延伸。外延伸部210c具有由外延伸部的頂表面和底表面限定的厚度。在一個實施方式中，外延伸部210c的厚度小于中心部210a的在中心部的外邊界處的厚度。此外，外延伸部210c的頂表面與中心部210a的頂表面75共面。如圖4A所示，具有在外延伸部210c的底表面和基座140的傾斜區(qū)域140c的頂表面90之間限定的空間。該空間限定真空縫隙VS以進(jìn)一步增強(qiáng)環(huán)形構(gòu)件的約束作用，如將在下面更詳細(xì)地描述。真空縫隙VS的寬度被構(gòu)造為足夠窄以防止等離子體進(jìn)入到真空縫隙。[0061 ]在一個實施方式中，環(huán)形構(gòu)件210由氧化鋁(Al2O3)形成。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，環(huán)形構(gòu)件可以由其它適當(dāng)?shù)碾娊橘|(zhì)材料形成。在圖4A中示出的環(huán)形構(gòu)件210運(yùn)行以約束等離子體，從而可以稱為“約束環(huán)”。在一些情況下，所述環(huán)形構(gòu)件210還可以用作“承載環(huán)”，例如，如圖4A-4C所示。其結(jié)果是，該承載環(huán)的升降也將升降晶片，使得例如晶片可以被移動到另一處理站。應(yīng)當(dāng)理解的是，環(huán)形構(gòu)件210可以被配置成使得所述環(huán)形構(gòu)件不用作承載環(huán)(參見，例如，圖5C中所示的環(huán)形構(gòu)件210-3的構(gòu)造)。在其它實施方式中，環(huán)形構(gòu)件210可以被稱為“聚焦環(huán)”。在每種情況下，環(huán)形構(gòu)件210運(yùn)行以約束等離子體，并且還使得阻抗逐漸增大。
[0062]圖4B根據(jù)另一示例性實施方式示出了上面設(shè)置有半導(dǎo)體晶片和環(huán)形構(gòu)件的基座的橫截面圖。在圖4B中所示的實施方式與在圖4A中所示的實施方式是相同的，不同的是，環(huán)形構(gòu)件的構(gòu)造已被修改為包括兩個外延伸部。如圖4B中所示，環(huán)形構(gòu)件210’包括外延伸部210c-l和210c-2，其中每一個均從中心部210a’的外邊界延伸。外延伸部210c-l和210c-2中的每一個具有限定相應(yīng)外延伸部的厚度的頂表面和底表面。外延伸部2l0c-l和210c-2中的每一個的厚度小于中心部210a’的在中心部的外邊界處的厚度。此外，夕卜延伸部21c-1的頂表面與中心部210a’的頂表面75是共面的。外延伸部210c-2的底表面與中心部210a’的底表面76是共面的。這樣，外延伸部210c-2的底表面相對于外延伸部210c-2的頂表面以一定的角度定向。
[0063]如圖4B中所示，真空縫隙VS被限定在外延伸部210C-1和210C-2之間的環(huán)形構(gòu)件210’的外周邊。更具體地說，真空縫隙VS被限定在外延伸表面210c-l的底表面和外延伸部210C-2的頂表面之間。真空縫隙的寬度被選擇為足夠窄，以防止等離子體被維持在真空縫隙中。在一個實施例中，所述真空縫隙的寬度在從0.020英寸到0.100英寸的范圍內(nèi)。真空縫隙的存在增大了阻抗，因為真空介電常數(shù)比任何固體材料的介電常數(shù)低。增大的阻抗增大了由環(huán)形構(gòu)件所提供的約束作用。
[0064]圖4C根據(jù)又一示例性實施方式示出了上面設(shè)置有半導(dǎo)體晶片和環(huán)形構(gòu)件的基座的橫截面圖。在圖4C中所示的實施方式與在圖4B中所示的實施方式是相同的，不同的是，環(huán)形構(gòu)件的構(gòu)造已被修改為包括三個外延伸部。如在圖4C中所示，環(huán)形構(gòu)件210”包括外延伸部210c-l”、210c-2”、和210c-3。外延伸部210c-l”和210c_2”的構(gòu)造類似于圖4B所示的外延伸部210c-l和210c-2的構(gòu)造。從環(huán)形構(gòu)件210”的中心部210a”的外邊界延伸的外延伸部210c-3具有頂表面和底表面。外延伸部210c-3的頂表面與外延伸部210c-l”的底表面間隔開并基本平行。外延伸部210C-3的底表面與外延伸部210C-2”的頂表面間隔開并基本平行。這樣，兩個真空縫隙VS限定在環(huán)形構(gòu)件210’的外周邊內(nèi)。第一真空縫隙限定在外延伸部210c-l”和210c-3之間，而第二真空縫隙限定在外延伸部210c-3和210c-2”之間。如圖4C中所示，相比于第二真空縫隙，第一真空縫隙延伸到環(huán)形構(gòu)件210”內(nèi)更深。各個真空縫隙VS的寬度被選擇為足夠窄，以防止等離子體被維持在該真空縫隙內(nèi)。真空縫隙的存在用于增大阻抗，因為真空介電常數(shù)比任何固體材料的介電常數(shù)低。
[0065]圖5A到圖5C示出了基座和環(huán)形構(gòu)件的另外的配置，該另外的配置可用于提供改善在晶片邊緣的處理均勻性的逐漸增大的阻抗。在圖5A所示的實施例中，基座已被修改以排除臺階區(qū)域(參見，例如，在圖3A中所示的臺階區(qū)域140b)。如圖5A中所示，基座140-1包括中心區(qū)域140a-l和傾斜區(qū)域140c-l。環(huán)形構(gòu)件已被修改，以排除內(nèi)延伸部(參見，例如，圖4A所示內(nèi)延伸部210b)。如圖5A所示，環(huán)形構(gòu)件210-1的中心部210a-l具有形成于其中以容納晶片101的延伸超出基座140-1的中心區(qū)域140a-l的外邊緣的部分的下臺階區(qū)域。中心部210a-l的底表面76具有與基座140-1的傾斜區(qū)域140c-l的頂表面90的斜率相匹配的斜率。
[0066]在圖5B所示的實施例中，環(huán)形構(gòu)件已被修改以除去外延伸部(參見，例如，圖4A所示的外延伸部210c)。如圖5B所示，環(huán)形構(gòu)件210-2的厚度從容納晶片101的下臺階區(qū)域的外邊緣到環(huán)形構(gòu)件的外徑(OD)線性增大，環(huán)形構(gòu)件的外徑(OD)與基座140-1的OD是共面的。因此，環(huán)形構(gòu)件210-2的橫截面是楔形的。
[0067]在圖5C所示的實施例中，環(huán)形構(gòu)件已被修改以除去容納晶片的延伸超出基座的中心區(qū)域的部分的下臺階區(qū)域。如在圖5C中所示，基座140-2的傾斜區(qū)域140C-2包括具有不同斜率的兩個區(qū)域。這兩個區(qū)域在圖5C中標(biāo)記為“A”和“B”。環(huán)形構(gòu)件210-3的底表面以兩個不同的角度定向，以使底表面的形狀與基座140-2的傾斜區(qū)域140C-2的形狀相匹配。利用這種結(jié)構(gòu)，當(dāng)環(huán)形構(gòu)件210-3安置在基座140-2上時，對應(yīng)于環(huán)形構(gòu)件的內(nèi)周邊的整個垂直表面是垂直于基座140-2的中心區(qū)域140a-2的頂表面70的。
[0068]應(yīng)該理解的是，圖4A-4C和圖5A-5C是未按比例繪制的以方便對基座和環(huán)形構(gòu)件的特征的說明和描述。因此，本文所提供的實施例是特征的各種形狀、方向、角度、定位和尺寸的示例。這些實施例當(dāng)然將在具體的實現(xiàn)方式被配置以用于工作處理室時被考慮。此外，不同的工作處理室在不同的條件下進(jìn)行操作并處理不同的配方，從而可驅(qū)動對特征的形狀、相對位置、相對方向、維度和具體尺寸的修改。
[0069]圖6是示出了用于控制上述系統(tǒng)的控制模塊600的方框圖。在一個實施方式中，圖1的控制模塊110可包括示例部件中的一些。例如，控制模塊600可包括處理器、存儲器和一或多個接口?？刂颇K600可被用于部分地基于感測值來控制系統(tǒng)中的設(shè)備。僅舉例而言，控制模塊600可基于感測值和其它控制參數(shù)來控制閥602、過濾器加熱器604、栗606以及其它設(shè)備608中的一或多個?？刂颇K600從僅作為示例的壓力計610、流量計612、溫度傳感器614和/或其它傳感器616接收感測值?？刂颇K600還可被用于在前體輸送和膜沉積的過程中控制工藝條件?？刂颇K600通常將包括一或多個存儲器設(shè)備和一或多個處理器。
[0070]控制模塊600可控制前體輸送系統(tǒng)和沉積裝置的活動?？刂颇K600執(zhí)行包括指令集的計算機(jī)程序，所述指令集用于控制工藝時序、輸送系統(tǒng)溫度、跨越過濾器的壓差、閥位置、氣體混合物、室壓、室溫、晶片溫度、RF功率電平、晶片卡盤或基座位置以及特定工藝的其它參數(shù)?？刂颇K600還可監(jiān)控壓差以及將氣相前體輸送從一或多個路徑自動切換到一或多個其它路徑。存儲在與控制模塊600相關(guān)聯(lián)的存儲器設(shè)備上的其它計算機(jī)程序可在一些實施方式中被采用。
[0071]通常會有與控制模塊600相關(guān)聯(lián)的用戶界面。用戶界面可包括顯示器618(例如顯示屏和/或該裝置和/或工藝條件的圖形軟件顯示器)以及諸如指點(diǎn)設(shè)備、鍵盤、觸摸屏、話筒等用戶輸入設(shè)備620。
[0072]用于控制前體輸送、沉積和工藝序列中的其它工藝的計算機(jī)程序可以任何常用計算機(jī)可讀編程語言:例如，匯編語言、C、C++、或其它編寫。編譯的目標(biāo)代碼或腳本由處理器執(zhí)行以執(zhí)行程序中所識別的任務(wù)。
[0073]控制模塊參數(shù)與工藝條件有關(guān)，比如，例如過濾器壓差、工藝氣體組分和流率、溫度、壓強(qiáng)、等離子體條件(比如RF功率電平和低頻RF頻率)、冷卻氣壓、以及室壁溫度。
[0074]系統(tǒng)軟件可以許多不同方式被設(shè)計或配置。例如，多種室部件子例程或控制對象可被編寫來控制執(zhí)行創(chuàng)造性的沉積工藝所需要的室部件的操作。用于此目的的程序或程序段的示例包括襯底放置代碼、工藝氣體控制代碼、壓強(qiáng)控制代碼、加熱器控制代碼和等離子體控制代碼。
[0075]襯底放置程序可包括用于控制用來將襯底裝載到基座或卡盤上以及用來控制襯底和其它室部件(比如氣體入口和/或標(biāo)靶)之間的間隔的室部件的程序代碼。工藝氣體控制程序可包括用于控制氣體組分和流率以及可選地用于在沉積之前使氣體流入室中以便穩(wěn)定室中的壓強(qiáng)的代碼。過濾器監(jiān)控程序包括將測定的差與預(yù)定值進(jìn)行比較的代碼和/或用于切換路徑的代碼。壓強(qiáng)控制程序可包括用于通過調(diào)整例如室的排放系統(tǒng)中的節(jié)流閥來控制室中的壓強(qiáng)的代碼。加熱器控制程序可包括用于控制流向用于加熱前體輸送系統(tǒng)中的部件、襯底和/或該系統(tǒng)的其它部分的加熱單元的電流的代碼?？商娲兀訜崞骺刂瞥绦蚩煽刂苽鳠釟怏w(比如氦)到晶片卡盤的輸送。
[0076]在沉積過程中可被監(jiān)控的傳感器的示例包括但不限于質(zhì)量流量控制模塊、壓力傳感器(比如壓力計610)和位于輸送系統(tǒng)、基座或卡盤中的熱電耦(例如溫度傳感器614)。經(jīng)適當(dāng)編程的反饋和控制算法可與來自這些傳感器的數(shù)據(jù)一起用來維持希望的工藝條件。前述內(nèi)容描述了本發(fā)明的實施方式在單或多室半導(dǎo)體處理工具中的實施。
[0077]在一些實現(xiàn)方式中，控制器是系統(tǒng)的一部分，該系統(tǒng)可以是上述實施例的一部分。這種系統(tǒng)可以包括半導(dǎo)體處理設(shè)備，該半導(dǎo)體處理設(shè)備包括一個或多個處理工具、一個或多個處理室、用于處理的一個或多個平臺和/或具體的處理組件(晶片基座、氣流系統(tǒng)等)。這些系統(tǒng)可以與用于控制它們在處理半導(dǎo)體晶片或襯底之前、期間和之后的操作的電子器件一體化。電子器件可以稱為“控制器”，該控制器可以控制一個或多個系統(tǒng)的各種元件或子部件。根據(jù)處理要求和/或系統(tǒng)的類型，控制器可以被編程以控制本文公開的任何工藝，包括控制工藝氣體輸送、溫度設(shè)置(例如，加熱和/或冷卻)、壓強(qiáng)設(shè)置、真空設(shè)置、功率設(shè)置、射頻(RF)產(chǎn)生器設(shè)置、RF匹配電路設(shè)置、頻率設(shè)置、流率設(shè)置、流體輸送設(shè)置、位置及操作設(shè)置、晶片轉(zhuǎn)移進(jìn)出工具和其它轉(zhuǎn)移工具和/或與具體系統(tǒng)連接或通過接口連接的裝載鎖。
[0078]廣義而言，控制器可以定義為接收指令、發(fā)布指令、控制操作、啟用清潔操作、啟用端點(diǎn)測量等等的具有各種集成電路、邏輯、存儲器和/或軟件的電子器件。集成電路可以包括存儲程序指令的固件形式的芯片、數(shù)字信號處理器(DSP)、定義為專用集成電路(ASIC)的芯片和/或一個或多個微處理器或執(zhí)行程序指令(例如，軟件)的微控制器。程序指令可以是以各種單獨(dú)設(shè)置(或程序文件)的形式傳送到控制器的指令，該設(shè)置定義用于在半導(dǎo)體晶片或系統(tǒng)上或針對半導(dǎo)體晶片或系統(tǒng)執(zhí)行特定過程的操作參數(shù)。在一些實施方式中，操作參數(shù)可以是由工藝工程師定義的用于在制備晶片的一或多個(種)層、材料、金屬、氧化物、硅、二氧化硅、表面、電路和/或管芯期間完成一個或多個處理步驟的配方(recipe)的一部分。
[0079]在一些實現(xiàn)方式中，控制器可以是與系統(tǒng)集成、耦合或者說是通過網(wǎng)絡(luò)連接系統(tǒng)或它們的組合的計算機(jī)的一部分或者與該計算機(jī)耦合。例如，控制器可以在“云端”或者是fab主機(jī)系統(tǒng)的全部或一部分，從而可以允許遠(yuǎn)程訪問晶片處理。計算機(jī)可以啟用對系統(tǒng)的遠(yuǎn)程訪問以監(jiān)控制造操作的當(dāng)前進(jìn)程，檢查過去的制造操作的歷史，檢查多個制造操作的趨勢或性能標(biāo)準(zhǔn)，改變當(dāng)前處理的參數(shù)，設(shè)置處理步驟以跟隨當(dāng)前的處理或者開始新的工藝。在一些實施例中，遠(yuǎn)程計算機(jī)(例如，服務(wù)器)可以通過網(wǎng)絡(luò)給系統(tǒng)提供工藝配方，網(wǎng)絡(luò)可以包括本地網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)。遠(yuǎn)程計算機(jī)可以包括允許輸入或編程參數(shù)和/或設(shè)置的用戶界面，該參數(shù)和/或設(shè)置然后從遠(yuǎn)程計算機(jī)傳送到系統(tǒng)。在一些實施例中，控制器接收數(shù)據(jù)形式的指令，該指令指明在一個或多個操作期間將要執(zhí)行的每個處理步驟的參數(shù)。應(yīng)當(dāng)理解，參數(shù)可以針對將要執(zhí)行的工藝類型以及工具類型，控制器被配置成連接或控制該工具類型。因此，如上所述，控制器可以例如通過包括一個或多個分立的控制器而為分布式，這些分立的控制器通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起并且朝著共同的目標(biāo)(例如，本文所述的工藝和控制)工作。用于這些目的的分布式控制器的實施例可以是與結(jié)合以控制室上的工藝的一個或多個遠(yuǎn)程集成電路(例如，在平臺水平或作為遠(yuǎn)程計算機(jī)的一部分)通信的室上的一個或多個集成電路。
[0080]在非限制性的條件下，示例性的系統(tǒng)可以包括等離子體蝕刻室或模塊、沉積室或模塊、旋轉(zhuǎn)清洗室或模塊、金屬電鍍室或模塊、清潔室或模塊、倒角邊緣蝕刻室或模塊、物理氣相沉積(PVD)室或模塊、化學(xué)氣相沉積(CVD)室或模塊、原子層沉積(ALD)室或模塊、原子層蝕刻(ALE)室或模塊、離子注入室或模塊、軌道室或模塊、以及在半導(dǎo)體晶片的制備和/或制造中可以關(guān)聯(lián)上或使用的任何其它的半導(dǎo)體處理系統(tǒng)。
[0081]如上所述，根據(jù)工具將要執(zhí)行的一個或多個工藝步驟，控制器可以與一個或多個其它的工具電路或模塊、其它工具組件、組合工具、其它工具界面、相鄰的工具、鄰接工具、位于整個工廠中的工具、主機(jī)、另一個控制器、或者在將晶片的容器往來于半導(dǎo)體制造工廠中的工具位置和/或裝載口搬運(yùn)的材料搬運(yùn)中使用的工具通信。
[0082]出于闡釋和描述的目的已經(jīng)提供了實施方式的上述說明。它無意于窮盡或限制本發(fā)明。特定實施方式的單個元件或特征一般并不受限于該特定實施方式，而是在適用的情況下可以互換以及可被用在選定的實施方式中，即使沒有特別示出或描述。同樣也可以多種方式變化。這樣的變化不被認(rèn)為是對本發(fā)明的背離，且所有這樣的修改意在被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0083]因此，本示例性實施方式的公開旨在是說明性的，而不是限制本公開的范圍，本公開的范圍在下面的權(quán)利要求和其等同方案中闡述。雖然公開的示例性實施方式已經(jīng)為了清楚理解的目的進(jìn)行了詳細(xì)描述，但將顯而易見的是，某些改變和修改可以在以下權(quán)利要求的范圍內(nèi)實施。在下面的權(quán)利要求中，元件和/或步驟不暗示任何特定的操作順序，除非在權(quán)利要求中明確說明或本公開隱含地要求。
【主權(quán)項】
1.一種等離子體室，其包括: 基座，其被配置成在處理過程中支撐半導(dǎo)體晶片，所述基座具有形成為支撐所述半導(dǎo)體晶片的中心區(qū)域，所述中心區(qū)域具有基本上平坦的頂表面，所述基座具有形成為外接所述中心區(qū)域的臺階區(qū)域，所述臺階區(qū)域具有在低于所述中心區(qū)域的所述頂表面的位置處形成的頂表面，所述基座具有形成為外接所述臺階區(qū)域的傾斜區(qū)域，所述傾斜區(qū)域具有在內(nèi)邊界和外邊界之間延伸的頂表面，所述傾斜區(qū)域的所述頂表面形成為從所述臺階區(qū)域向下傾斜，使得所述傾斜區(qū)域的所述頂表面的內(nèi)邊界和所述中心區(qū)域之間的垂直距離小于所述傾斜區(qū)域的所述頂表面的外邊界和所述中心區(qū)域之間的垂直距離，所述垂直距離沿垂直于所述中心區(qū)域的所述頂表面的方向測得，所述基座電連接到基準(zhǔn)接地電位； 布置在所述基座上的上部電極，所述上部電極與噴頭成為整體，所述噴頭用于在處理期間輸送沉積氣體到所述等離子體室內(nèi)，所述上部電極被耦合到射頻(RF)電源，所述RF電源能操作來點(diǎn)燃在所述基座和所述上部電極之間的等離子體，以在處理期間促進(jìn)在所述半導(dǎo)體晶片上的材料層的沉積；以及 被配置成設(shè)置在所述基座上的環(huán)形構(gòu)件，所述環(huán)形構(gòu)件的內(nèi)周邊被限定成當(dāng)所述環(huán)形構(gòu)件被設(shè)置在所述基座上時圍繞所述基座的所述中心區(qū)域，并且所述環(huán)形構(gòu)件的一部分具有隨所述環(huán)形構(gòu)件的半徑增大而增大的厚度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體室，其中，所述環(huán)形構(gòu)件的所述一部分的所述厚度隨所述環(huán)形構(gòu)件的所述半徑增大而線性增大。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體室，其中，所述環(huán)形構(gòu)件的所述一部分的所述厚度隨著所述基座的所述傾斜區(qū)域的斜率增大而增大。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體室，其中所述環(huán)形構(gòu)件包括具有頂表面和側(cè)表面的下臺階區(qū)域，所述下臺階區(qū)域被配置成使得當(dāng)所述半導(dǎo)體晶片被布置在所述基座的所述中心區(qū)域上時，所述半導(dǎo)體晶片的邊緣設(shè)置在所述下臺階區(qū)域的所述頂表面上方。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子體室，其中所述環(huán)形構(gòu)件被配置成能沿垂直于所述基座的所述中心區(qū)域的垂直方向移動，使得當(dāng)環(huán)形圈沿所述垂直方向被抬升時，所述環(huán)形構(gòu)件將所述半導(dǎo)體晶片抬升離開所述基座的所述中心區(qū)域。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體室，其中所述基座的所述臺階區(qū)域設(shè)置有用以支撐所述環(huán)形構(gòu)件的三個或更多個最小的接觸區(qū)，并且所述環(huán)形構(gòu)件在由所述最小的接觸區(qū)支撐時，所述環(huán)形構(gòu)件不與所述基座的所述傾斜區(qū)域物理接觸。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體室，其中具有隨所述環(huán)形構(gòu)件的半徑增大而增大的厚度的所述環(huán)形構(gòu)件的所述一部分使得在所述等離子體被點(diǎn)燃時圍繞所述基座的所述中心區(qū)域的阻抗逐漸增大。8.一種用于處理襯底的室，其包括: 設(shè)置在所述室內(nèi)的上部電極，所述上部電極被配置為與射頻(RF)電源耦合；以及 設(shè)置在所述上部電極下方的基座，所述基座被配置成與基準(zhǔn)接地電位耦合，所述基座具有形成為在所述襯底存在時支撐所述襯底的中心區(qū)域，所述中心區(qū)域具有基本上平坦的頂表面，所述基座具有形成為外接所述中心區(qū)域的臺階區(qū)域，所述臺階區(qū)域具有在低于所述中心區(qū)域的所述頂表面的位置處形成的頂表面，所述基座具有形成為外接所述臺階區(qū)域的傾斜區(qū)域，所述傾斜區(qū)域具有在內(nèi)邊界和外邊界之間延伸的頂表面，所述傾斜區(qū)域的所述頂表面形成為從所述臺階區(qū)域向下傾斜，使得所述傾斜區(qū)域的所述頂表面的內(nèi)邊界和所述中心區(qū)域之間的垂直距離小于所述傾斜區(qū)域的所述頂表面的外邊界和所述中心區(qū)域之間的垂直距離，所述垂直距離沿垂直于所述中心區(qū)域的所述頂表面的方向測得。9.一種基座，其包括: 中心區(qū)域，其具有基本上平坦的頂表面； 形成為外接所述中心區(qū)域的臺階區(qū)域，所述臺階區(qū)域具有在低于所述中心區(qū)域的所述頂表面的位置處形成的頂表面；以及 形成為外接所述臺階區(qū)域的傾斜區(qū)域，所述傾斜區(qū)域具有在內(nèi)邊界和外邊界之間延伸的頂表面，所述傾斜區(qū)域的所述頂表面形成為從所述臺階區(qū)域向下傾斜，使得所述傾斜區(qū)域的所述頂表面的內(nèi)邊界和所述中心區(qū)域之間的垂直距離小于所述傾斜區(qū)域的所述頂表面的外邊界和所述中心區(qū)域之間的垂直距離，所述垂直距離沿垂直于所述中心區(qū)域的所述頂表面的方向測得。10.—種環(huán)形構(gòu)件，其包括: 具有內(nèi)邊界和外邊界的中心部，所述中心部具有頂表面和底表面，所述頂表面和所述底表面限定所述中心部的厚度，所述中心部的所述底表面被定向成相對于由所述中心部的所述頂表面限定的線呈一定角度，使得所述中心部的所述厚度從所述內(nèi)邊界到所述外邊界增大； 從所述中心部的所述內(nèi)邊界延伸的內(nèi)延伸部，所述內(nèi)延伸部具有頂表面和底表面，該頂表面和該底表面限定所述內(nèi)延伸部的厚度，所述內(nèi)延伸部的所述厚度小于所述中心部的在所述中心部的所述內(nèi)邊界處的厚度；以及 從所述中心部的所述外邊界延伸的外延伸部，所述外延伸部具有頂表面和底表面，該頂表面和該底表面限定所述外延伸部的厚度，所述外延伸部的所述厚度小于所述中心部的在所述中心部的所述外邊界處的厚度，并且所述外延伸部的所述頂表面與所述中心部的所述頂表面是共面的。
【文檔編號】H01J37/32GK106024567SQ201610192032
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月30日
【發(fā)明人】愛德華·奧古斯蒂尼克, 崎山幸則, 譚泰德, 法亞茲·謝赫
【申請人】朗姆研究公司