[发明专利]用于均匀性控制的分段射频电极装置和方法

说明书

背景技术

用来处理等离子体气体环境中的半导体晶片的设备通常将射频(RF)功率从等离子体气体耦合到晶片以实现晶片的表面处理(例如，蚀刻，沉积，等等)。在当前的反应器结构中，RF供电电极接收待处理的晶片或衬底。传统上，RF供电电极是与晶片尺寸相同的单个金属板，通过晶片均匀地耦合高低频功率源。但是，通常RF供电电极不允许处理器控制RF分配，此分配通过RF供电的电极或晶片。

因此，为了控制晶片上的蚀刻速率的均匀性，尤其为了使晶片中央的蚀刻速率能够和晶片边缘的蚀刻速率相匹配，现有的过程参数，例如压强、气体流和高低频率功率比被使用。然而，考虑到多种多样的蚀刻过程，对每一个蚀刻过程来说对蚀刻速率均匀性的控制并非都是可能的。

由于半导体工业向着每个芯片上更小零件的方向发展，且为了节省成本努力将芯片大小过渡到300mm，所以对晶片处理参数的监测和控制将面临新挑战。特别地，保持对晶片的相等的蚀刻或沉积率将变得更加困难，这将导致例如蚀刻深度和分布上的不均匀。因此，期望拥有一种在等离子体气体环境中处理半导体晶片的装置和方法，该装置和方法具有沿整个晶片表面的改进了的处理均匀性。

发明内容

一个实施例涉及功率分段RF供电电极装置，此装置在等离子体反应室中提供对衬底的均匀处理。分段RF供电电极装置包含第一电极；包围第一电极的第二电极；介于第一电极和第二电极之间的电介质材料，其中电介质材料将第一电极和第二电极电气隔离；至少一个在第一频率和第二频率下适合于输出RF功率的双频射频(RF)功率源，其中第一频率和第二频率不同；以及至少一个射频开关，其适合于从至少一个双频功率源至少发送第一或第二频率给第一电极，第二电极，或第一电极和第二电极。

另一个实施例涉及适合于在等离子体处理系统的等离子体反应室中支撑衬底的衬底支架，此衬底支架包含第一电极，包围第一电极的第二电极，和介于第一电极和第二电极之间的电介质材料，其中电介质材料将第一电极和第二电极电气隔离；至少一个双频射频(RF)功率源；至少一个在第一频率和第二频率下适合于输出RF功率的双频射频(RF)功率源，其中第一频率和第二频率不同；以及至少一个射频开关，其适合于从至少一个双频源至少发送第一或第二频率给第一电极，第二电极，或第一电极和第二电极。

另一个实施例涉及在处理等离子体系统中处理衬底的方法，其包含下列步骤：(a)在等离子体反应室中的衬底支架上支撑衬底；(b)在等离子体反应室中用分段RF供电电极产生等离子体，此分段RF供电电极具有第一电极，包围第一电极的第二电极，和介于第一电极和第二电极之间的电介质材料，其中电介质材料将第一电极和第二电极电气隔离；和(c)对来自于双频RF功率源的功率分配的控制，此RF功率源被提供给第一电极和第二电极，使得均匀处理被施加在待处理的衬底表面上，其中对衬底的第一电极和第二电极的功率分配由至少一个开关来执行，此开关适合于从至少一个双频源至少发送第一频率或第二频率给第一电极，第二电极，或第一电极和第二电极。

附图说明

图1图解了根据一个实施例的分段射频电极和开关阵列。

图2图解了根据一个可选实施例的分段射频电极和开关阵列。

图3图解了根据另一个实施例的分段射频电极和开关阵列。

具体实施方式

就半导体晶片而言，通常期望从中央到边缘对晶片的裸露表面进行均匀处理。根据一个实施例，对等离子体密度的控制通过分段RF供电电极来实现，此电极平衡RF功率，使得例如在晶片上蚀刻层的过程中或在晶片上构造层的过程中，耦合到晶片上裸露表面的临近区域的等离子体提供均匀晶片处理。

在处理过程中，分段RF供电电极可被并入机械或静电吸盘配置中以支撑诸如半导体晶片这样的衬底。静电吸盘可包含双极夹或其它类型的电极配置。如果需要，RF供电电极也可被并入等离子体反应室或其它系统中平行板电极配置的上电极，此处其它系统例如感应耦合的等离子体系统和螺旋波等离子体系统。

就处理晶片而言，通常期望在待处理的晶片的裸露表面上方提供均匀等离子体密度。然而，根据对晶片表面的处理，可在晶片表面上方产生非均匀的等离子体密度。例如，晶片中央的等离子体密度可大于边缘的密度，或者反之亦然。根据本发明一个实施例的RF供电电极可提供局部等离子体密度控制，并因此相对于前面已知的电极配置可实现均匀性的大幅改进。