[发明专利]用于等离子体腔室的充电格栅

说明书

技术领域

本发明通常涉及半导体制造，尤其涉及一种装置，其包含保持电感耦合等离子体蚀刻装置的电介质窗的状态的充电格栅。

背景技术

在半导体制造过程中，需要经常且重复地进行蚀刻处理。本领域技术人员熟知的蚀刻处理有两种：湿式蚀刻和干式蚀刻。干式蚀刻中的一种是利用电感耦合等离子体蚀刻装置进行的等离子体蚀刻。

等离子体包含各种类型的自由基、电子以及正、负离子。利用各种自由基、正离子和负离子的化学反应来蚀刻晶片的特征、表面以及材料。在蚀刻处理期间，腔室线圈执行类似于变压器中的初级线圈的功能，而等离子体则执行类似于变压器中的次级线圈的功能。

由蚀刻处理所生成的反应产物是挥发性或非挥发性的。挥发性的反应产物与使用过的反应气体通过排气口一起被排出。然而，非挥发性的反应产物则通常会在反应腔室中残留一定的量。非挥发性的反应产物可黏着在腔室壁和电介质窗上。非挥发性反应产物在窗的黏着会干扰蚀刻处理。过量的沉积会导致微粒从窗上脱落到晶片上，从而干扰蚀刻处理。因此，过量的沉积则需要更频繁地清洗腔室壁以及窗，这会不利于晶片的吞吐量。此外，如果窗变成覆盖有导电性的蚀刻副产物的话，那么腔室将足够的磁通量传递到等离子体的能力则会变弱，这会接着造成蚀刻操作的方向性的控制能力的降低，而这些在处理高深宽比轮廓（profile）特征时是非常关键的。

基于前述内容，需要一种用于保护处理腔室的电介质窗的装置和方法，同时保持将足够水平的磁通量传递到等离子体的能力。

发明内容

本发明公开了一种在半导体装置制造期间用于对半导体衬底以及形成在其上的各层进行蚀刻的装置。该装置由在其中进行的蚀刻的腔室来定义。该装置包括用于支撑要被蚀刻的衬底的夹盘，到RF功率及接地端的连接部，位于腔室的上层顶部的电介质窗，以及设置在电介质窗上方的射频（RF）线圈。

进一步设置在腔室中的是充电格栅。该充电格栅是这样一种结构，其从设置于该腔室外部并与独立于提供给线圈的功率的RF功率相连。在一个实施方式中，充电格栅是形成在衬底上的金属层。该衬底设置在窗的上方并且RF线圈设置在充电格栅的上方。

本发明提供了等离子体处理腔室。该腔室包括用于接收衬底的静电夹盘以及连接到腔室顶部的电介质窗。电介质窗的内侧面向静电夹盘上方的等离子处理区域，电介质窗的外侧位于等离子体处理区域的外部。内侧和外侧线圈被设置在电介质窗的外侧上方，并且该内侧和外侧线圈与第一RF功率源相连。充电格栅设置在电介质窗的外侧与内侧和外侧线圈之间。该充电格栅与独立于第一RF功率源的第二RF功率源相连。

在另一个实施方式中，提供了用于等离子体处理的腔室。该腔室包括外壳以及位于外壳中用于支撑晶片的夹盘。外壳的顶部由电介质窗来界定，并且将充电格栅设置在电介质窗的上方。TCP线圈设置充电格栅上。RF功率与充电格栅相连，充电格栅独立于TCP线圈。

在另一个实施方式中，公开了一种用于处理等离子体蚀刻腔室中晶片的方法。该方法包括，将第一RF功率施加到等离子体蚀刻腔室的顶部电介质窗上，其中，该第一RF功率被施加到内侧和外侧线圈；以及，将第二RF功率施加到等离子蚀刻腔室的顶部电介质窗上，其中，该第二RF功率被施加到充电格栅，该充电格栅被设置在内侧和外侧线圈以及电介质窗之间；所述方法还包括将第一RF功率的设定独立于第二RF功率的设定。由第二RF功率所施加的频率和功率水平不同于由第一RF功率所施加的频率和功率水平。

在一个实施方式中，将第二RF功率的频率设定在范围在1.5MHz和2.5MHz之间的低频率上，并且通过充电格栅从等离子体蚀刻腔室中处理的等离子体呈现的负载来调整第二RF功率的频率。

在一个实施方式中，以瓦特为单位的第二RF功率的功率水平与以瓦特为单位的第一RF功率的功率水平彼此独立地被调节。