[发明专利]具有可调电极面积比的受约束等离子体

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造。更具体地，本发明涉及等离子体蚀刻装置。

背景技术

典型的等离子体蚀刻装置包括反应器，在反应器中有一个一种或多种反应气体流过的室。在室内，气体典型地由射频能量离子化成等离子体。等离子体的高反应性离子能够与材料(例如在内部连线(interconnect)之间的介电层，或者在半导体晶片被处理成集成电路(IC)期间在半导体晶片表面上的聚合物掩模)反应。在蚀刻之前，晶片被置于室中并被卡盘或夹持件夹持在合适的位置，卡盘或夹持件将晶片的顶面暴露给等离子体。

在半导体处理中，在每个处理中，沿晶片的蚀刻或沉积率均一性直接影响器件产量。这已经成为对处理反应器的主要资质要求之一，因此在其设计和开发中被认为是非常重要的参数。随着晶片直径尺寸的每次增加，保证各批次集成电路均一性的问题变得更为困难。例如，随着晶片尺寸从200mm增加到300mm，以及每个晶片更小的电路尺寸，边缘排除区缩减到例如2mm。因此，在距晶片边缘2mm之外自始至终保持均一的蚀刻率、形貌以及临界尺寸变得非常重要。

在等离子体蚀刻反应器中，蚀刻参数(蚀刻率、形貌、CD等)的均一性受数种参数影响。保持均一的等离子体释放以及在晶片上的等离子体化学成分对提高均一性而言非常关键。已经设想了很多尝试，以通过操纵经过喷头注射的气流、修改喷头设计以及围绕晶片设置边缘环来改进晶片的均一性。

在具有不同尺寸电极的电容耦合蚀刻反应器中的一个问题是缺少均一的RF耦合，尤其在围绕晶片边缘的区域。图1显示了常规的电容耦合等离子体处理室100，其代表了典型地用于蚀刻基片的示范性等离子体处理室类型。现参考图1，卡盘102，其代表工件夹持件，在蚀刻期间基片(例如晶片104)置于该夹持件上。卡盘102可由任何合适的夹紧技术实现，例如，静电、机械、夹具、真空等。在蚀刻期间，卡盘102在蚀刻期间典型地由双频率源106同时提供双RF频率(低频率及高频率)，例如2MHz和27MHz。

上部电极108位于晶片104上方。上部电极108接地。图1显示了一个蚀刻反应器，其中上部电极108的表面面积比卡盘102和晶片104的表面面积大。在蚀刻期间，等离子体110由通过气体管路112提供的蚀刻剂源气体形成，并且通过排气管路114排出。

当RF功率从RF功率源106提供给卡盘102时，在晶片104上产生等位的场线。该等位场线为穿过晶片104和等离子体110之间的等离子体鞘(sheath)的电场线。

在等离子体处理期间，正离子穿过等位场线加速，以撞击晶片104表面，从而提供期望的蚀刻效果，例如改进蚀刻定向性。因上部电极108和卡盘102的几何形状，沿晶片表面的场线可能是不均一的，并且可在晶片104边缘显著变化。因此，通常提供聚焦环118，以改进沿整个晶片表面的处理均一性。

导电防护罩120大体上围绕聚焦环118。导电防护罩120配置为在等离子体处理室中接地。防护罩120防止了在聚焦环118外部不希望的等位场线的存在。

约束环116可设置于上部电极108和底部电极(例如图2中的卡盘102)之间。通常，约束环116帮助把蚀刻等离子体110约束到晶片104上的区域，以改进处理控制并保证再现性。约束环116以距晶片104预定的半径距离设置，对进一步等离子体扩张形成物理阻隔。但是，因为约束环116的直径不能改变，等离子体110的直径以及由此其横截面对所有处理几乎为固定值。因此，有效电极面积比(定义为接地电极的表面面积除以RF电极的表面面积)对于具有固定设置的约束环的等离子体反应器而言是固定的。

因此，需要一种方法和装置，用于约束具有可调电极面积比的等离子体。本发明的主要目的在于解决这些需要，并提供进一步相关的优点。

发明内容

一种等离子体反应器，包括室、底部电极、顶部电极、第一约束环组、第二约束环组、以及接地扩展部。该顶部和底部电极、该第一和第二约束环组、以及该接地扩展部均封入该室内。该第一约束环组大体上平行于该底部电极和该顶部电极，并围绕在该底部电极和顶部电极之间的第一体积。该第二约束环组大体上平行于该底部电极和该顶部电极，并围绕在该底部电极和顶部电极之间的第二体积。该第二体积至少比该第一体积大。接地扩展部邻近并围绕该底部电极。该第一约束环组和该第二约束环组能够上升和下降，以延伸到该接地扩展部之上的区域内。

附图说明

被结合入并构成本说明书一部分的附图，示出了本发明的一个或多个实施例，并且与具体的描述一起用于解释本发明的原理和实施。

在附图中：