在面对晶片的电极上感应直流电压的方法和装置的制作方法

专利名称：在面对晶片的电极上感应直流电压的方法和装置的制作方法
在面对晶片的电极上感应直流电压的方法和装置
背景技术：
等离子体处理的进步促进了半导体工业的增长。等离子
体处理可涉及不同的等离子体产生4支术，例如，电感耦合等离子体 处理系统、电容耦合等离子体处理系统、樣l波产生等离子体处理系 统等。在涉及材料的刻蚀和/或沉积以制造半导体器件的处理中，制 造商经常使用电容耦合等离子体处理系统。现在制造的具有新的改进材料、非均质材一牛(dissimilar materials)的复杂堆栈、更薄的层、更小的特征和更紧密的容差的 下一代半导体器件要求等离子体处理系统具有对等离子体工艺参 数的更精确的控制和更宽的操作窗口。因此，基片的等离子体处理 的重要因素要求电容耦合等离子体处理系统具有控制多个与等离 子体相关的工艺参数的能力。控制与等离子体相关的工艺参数的现 有技术方法可包括外部射频(RF)产生器或外部直流电源。为便于讨-i仑，

图1显示了具有耦合于上电才及104的外部射 频产生器124的现有l支术等离子体处理系统100。等离子体处理系统 IOO可以是单频、双频(DFC)或三频射频电容》文电系统(discharge system )。在一个实施例中，射频可包括 f旦不限于2、 27和60MHz。 等离子体处理系统100可以配置为包括，;故置于下电才及106上方的基 片108。考虑这种情况，例如，其中正在对基片108进行处理。在 等离子体处理过程中，有接地通路的射频产生器120可以通过射频匹配118向下电极106供应低射频偏置功率。在一个实施例中，射频 匹配118可一皮用来最大化向该等离子系统的功率输送。来自射频产 生器120的能量趋向于与气体相互作用以在上电极104和下电极106 之间引燃(ignite)等离子体(没有显示该气体和该等离子体以简化 视图)。该等离子体可被用于在基片108上刻蚀和/或沉积材料以创建 电子器件。在图1的实施例中，通过下绝缘体116将下电才及106与4妄地 的底部延伸114电性隔离。通过上部绝缘体112将上电极104与接地 的上外部电才及110电性隔离。考虑这种情况，例如，其中制造商在等离子体处理过程 中想要调整上电极104的电压以对等离子体工艺参数提供额外的控 制。可以通过具有接地通^各的射频匹配122由外部产生器124调整上 电才及104的电压。在图l的实施例中，外部产生器124可以是高射频 功率产生器。另夕卜，图2显示了具有连接到上电极104的外部直流电源 224的现有技术等离子体处理系统200的简图。图2的等离子体处理 系统200类似于图1的上述多频率电容耦合等离子体处理系统IOO。在图2的实施例中，通过具有接地通路的射频滤波器222 将外部直流电源224耦合于上电极104。射频滤波器222通常用于对 不想要的谐波射频能量提供衰减而不对直流电源224带来损耗。不 想要的谐波射频能量是在等离子放电中产生的，而且由射频滤波器 222阻止其返回该直流电源。考虑这种情况，例如，其中，制造商在等离子体处理过 程中想要调整上电极104的直流电势以提供对等离子体工艺参数的附加控制。在图2的实施例中，可以-使用外部直流电源224调整上电 才及104的直;危电势。不幸的是，上述等离子体处理系统要求使用外部射频电 源以改变上电4及的电压或使用外部直流电源以改变上电4及的直流 电势以获得对与等离子体相关的参数的额外控制。外部电源的要求 实现起来是非常昂贵的，而且给器件制造商增加了不应有的经营成 本。

发明内容
在一个实施方式中，本发明涉及一种处理基片的方法。
该方法包括在配置有第 一 电极和第二电才及的等离子体处理室中支
撑该基片。该方法还包括将无源射频(RF )电路耦合于该第二电才及， 该无源射频电鴻4皮配置为调整该第二电4及的射频阻抗、射频电压电 势和直流偏置电势中的一项或多项。上述发明内容<又<又涉及此处揭露的本发明的许多实施方 式中的一个，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围在权利要 求加以阐释。下面在本发明的实施方式部分，并结合附图，对本发 明的这些以及其他特征估文出更加详细的描述。
附图i兌明本发明是以附图各图中的实施例的方式进行描绘的，而 不是通过限制的方式，其中类似的参考标号指示类似的元件，其中图1显示了具有耦合于上电才及的外部射频产生器的现有 技术等离子体处理系统的简图。
图2显示了具有连接到上电极的外部直流电源的现有技 术等离子体处理系统的简图。图3显示了，依照本发明的一个实施方式，在等离子体处 理系统中耦合于具有接直流地(DC ground)的通路的上电极的射 频耦合电路布置的简图。图4显示了，依照本发明的一个实施方式，射频耦合电路 布置的筒图。图5显示了，依照本发明的一个实施方式，在两个不同的 电容值下，射频耦合电路布置对该等离子体处理系统的与等离子体 相关的参数的测量到的影响的数值的图。
具体实施例方式现在参考附图中所示的 一些实施方式对本发明进行详细 描述。在下面的描述中，阐明了许多的具体细节以^是供对本发明的 彻底了解。然而，显然，对本领域的技术人员来说，本发明可以在 没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实现。在其它实例中， 没有对熟知的处理步-骤和/或结构进4于详细描述，以免不必要;也才莫糊 本发明。下面描述了各种实施方式，包括方法和4支术。应当i己住， 本发明还涵盖包括计算机可读介质的制造品，在该计算机可读介质 存储有用于执行本发明技术实施方式的计算机可读指令。计算机可 读介质可包4舌，例如，用于存^f渚计算才几可读代;马的半导体的、^兹的、 光磁的、光学的或其它的形式的计算机可读介质。而且，本发明还 包含用于实现本发明的实施方式的装置。这样的装置可包括用以4丸的装置的例子包括恰当编程过的通用计算才几和/或专用计算装置，也 可包括适于执行与本发明的实施方式有关的计算机/计算装置和专 用的/可编禾呈的电^各的结合。依照本发明的实施方式，提供等离子体处理系统中的射 频接地耦合电路以控制等离子体工艺参数的方法和装置。该射频4妻 地耦合电^各可以连接于具有接直流地的通^各的上电极。本发明的实 施方式使得可以用射频接地耦合电^各调整该上电极上的射频电压 电势和/或直流偏置电压。在本发明的一个或多个实施方式中，可以4吏用射频4妻地 耦合电路控制等离子体工艺参数(例如，等离子体密度、离子能量 和^f匕学物质)。该射频才妄:l也耦合电^各是无源(passive)电^各。例^口，
可以通过产生可变的阻抗丰lr出来进^亍控制。在另一个实施例中，还
可以通过产生可变的电阻来进行控制。在一个实施方式中，该等离子体处理室使用导电耦合构 件以提供从上电极到地的直流电流回路。在一个实施例中，等离子 体处理室可包括耦合于射频*接地耦合电^各的上电极。射频接地耦合 电^各连接于该上电才及，具有到地的直流电流回^各，从而〗吏得该射频 接地耦合电路能够控制该上电极上的射频电压和/或直流偏置。在另 一个实施方式中，该导电耦合构件是环形的，以使得直流电流回路 到该等离子体处理室底部的地的半径一致。在一个实施例中，等离 子体处理室可包4舌导电耦合构件，其可以是配置于该下部延伸环上 方的石圭环，以使得直流电流回^各到地的半径 一致。在另一个实施方式中，该射频接地耦合电路布置一皮配置 为提供可变阻抗输出以使得该上电极的射频电压能够被调整。在一 个实施例中，可以使用电容器(一个或多个)和/或电感器(一个或 多个)产生可变阻抗输出。然而，也可以4吏用包括用于产生可变阻
9抗的相同和/或不同元件的其它装置。与现有4支术不同，无需外部射 频能量产生器也可以控制射频电压。因此，该射频接地耦合电路布 置，也就是无源电路，能够通过射频电压控制等离子体工艺参数而 不需要^f吏用昂贵的外部电源。在一个实施方式中，该射频接地耦合电路布置一皮配置有 可变电阻器，以使得该上电极的直流电势能够被调整。在一个实施 方式中，该射频接地耦合电路布置没有外部直流电源。在本发明的 一个实施方式中，通过经由可变电阻器调整电阻^t可以4空制该上电 极的直流偏置。因此，该上电极的直流偏置变化会影响等离子体参 数。参考下面的附图和讨论，可以更好地理解本发明的特征 和4尤点。图3显示了，依照本发明的一个实施方式，等离子体处玉里 系统300中，耦合于具有到直流地的通路的上电极304的射频耦合电 ^各布置324的简图。等离子体处理系统300可以是单频、双频或三频 射频电容放电系统。在一个实施例中，射频可包括但不限于2、 27 和60MHz。等离子体处理系统300可被配置为包括置于下电极306上 方的基片308。考虑这种情况，例如，其中，正在处理基片308。在等离 子体处理过禾呈中，具有到地的通^各的射频产生器322通过射频匹配 320向下电极306供应低射频偏置功率。来自射频产生器320的射频 能量可以与气体相互作用以在上电极304和下电极306之间引燃等 离子体(没有显示该气体和等离子体以简化-视图)。等离子体可4皮 用来在基片308上刻蚀和/或沉积材料以创建电子器件。在图3的具体实现中，绝》彖体312将上电极304与接地的上 部延伸环310电性隔离。接地的上部延伸310可以是由表面覆盖了石 英层的导电的铝材料制成的。
如图3所示，绝缘体318将下电才及306与直流4妄地的下电才及延伸环314电性隔离，该延伸环314位于该等离子体处理室的底部。在图3的具体实现中，下部延伸环314可以是由表面覆盖了石英层的导电的铝材并+制成的。其它的导电材并+还一皮用于制造下部延伸环314。在现有技术中，可以通过4吏用外部电源实现对该上电极的射频耦合和直流偏置。与现有4支术方法不同，通过l是供到地的直流电流回路以及射频耦合电路布置实现射频耦合和直流偏置。在本发明的一个实施方式中，导电耦合构件316配置于下电才及延伸环314的铝制部分的上方以提供到地的直流电流回^各。导电耦合构件316可以是由硅制成的。或者，导电耦合构件316还可以是由其它导电材料制成的。在图3的具体实现中，导电耦合构件316是环形的。环形有利地在该等离子体处理室底部提供了直流电流回路到的地的半径的一致性。然而，导电耦合构件316可以成形为可以提供直流电流回路到地的一致性的适当的形状，例如圓盘形、轮月台形(doughnut shape )等。在一个实施方式中，上电才及304装备有控制到地的射频耦合的射频耦合电路布置324。与现有4支术实施例不同，射频耦合电路布置324不需要外部电源，也就是无源电路。该射频耦合电^各布置324可以一皮配置有改变阻抗和/或电阻的电^各，分别改变上电极304上的射频电压电势和/或直流偏置电势。图4显示了，依照本发明的一个实施方式，射频耦合电路布置400的筒图。图4的射频耦合电路布置400显示了图3的射频耦合电路布置324的细节。因此，图4是参考图3进行讨论的以帮助理解。在本发明的一个实施方式中，例如，可以通过用于产生
ii可变阻抗输出的电容器(一个或多个)和/或电感器(一个或多个)来实现可变阻抗电路。然而，还可以使用包括用于产生可变阻抗的
相同和/或不同元件的其它装置。在图4的具体实现中，射频耦合电路布置400被配置有与可变电容器(C) 404串联的电感器(L) 402,该电容器具有"t妄;也通^各以产生可变阻抗^IT出。在一些实施方式中，电容器404可具有(但不限于)约20pF到约4，000pF的值(当频率为约2MHz时)。在一些实施方式中，电感器402具有(但不限于)约14nH的值。在本发明的一个实施方式中，射频耦合电路布置400进一步配置有连接到可变电阻器(R) 408和开关410的射频滤波器406
以产生可变电阻llr出。当开关41(H殳置在打开4立置时，该上电才及浮4妄，；殳有电;危;i:危过i亥电^各。依照本发明的一个实施方式，当开关410设置在闭合位置时，该电流通^各趋向于乂人上电才及304穿过等离子体(未示)经由导电耦合构件316流向直流地的下部延伸环314。可变电容器404和电感器402可以配置在该电流通^各中，由此4是供该电流的阻抗。可以通过改变可变电容器404的值调整射频耦合电^各布置400的阻抗。通过由该射频耦合电^各布置400的LC部分改变阻抗，可以控制图3的上电极304的射频电压电势。与现有技术实施例不同，射频耦合电^各布置400不需要外部电源。而且，可变电阻器408可以配置在该电流通^各中以提供该电流的电阻。在一个实施例中，可以通过改变可变电阻器408的1直调整射频耦合电^各布置400的电阻。因此，图3的上电才及304的直流电势可以净皮控制，以4是供直流浮接(其中图4中的开关410打开)和直流地(其中图4中的开关410闭合)之间的直流电势值分级。图5显示了，依照本发明的一个实施方式，在两个不同的电容值下，射频耦合电^各布置对该等离子体处理系统的与等离子体
相关的参数的测量到的影响的数值的图500。图5是参考图3和图4进4亍讨^仑的以帮助;里解。如图5所示，横轴显示了上电极DC设置(setup )。点画线502显示了顶部直流浮4妄i殳置，其中图4的开关410开启。点画线504显示了顶部直流3也_没置，其中图4的开关410闭合。在图5中，纵轴的左手侧显示了晶片直流偏置和上电极直流电压电势测量值(用伏特(V)表示)。图5显示了4艮据该纵轴左手侧的伏特值用实线表示的标出线(plot lines) (506、 508、 510和512)。另夕卜，该纵轴的右手侧显示了用安培(A)表示的上电极直流电流测量值。图5还显示了根据纵轴右手侧的电流值用虚线表示的标出线(514禾口516)。考虑这种情况，例如，其中在等离子体处理过程中，图4的射频耦合电路布置400中的开关410打开。图3的上电极304是浮接的，没有直流电流通^各。在一个实施例中，如图5的标出线514和516的点518所示，当开关410打开时，上电才及304上的直流电流的测定值大体上为O。依照本发明的一个实施方式，例i口，当开关410闭合时，图3的上电才及3044妄;也，有直流电流通^各。在图3的具体实5见中，直流电流从上电极304经由该等离子体到达导电耦合环316 (其设置于该下部伸展314的铝制部分上方)，返回地。与现有技术不同，无需
.频耦合。在等离子体处理过程中，例如，其中图4的开关410闭合，图4的射频耦合电^各布置400的可变电容器404可以;波调整以改变阻抗值。同时或者替代地，图4的可变电阻器408可以被调整以改变电阻值。在一个实施例中，可变电容器404可以被i更置为0.8纳法(nF)的第一电容值或10nF的第二电容值。在0.8和10nF电容设置下测量到的上电才及直流电压电势值分别用标出线506和508表示。如图5所示，与10nF的较大电容值的曲线508相比，0.8nF的较低电容值的标出线506显示了直流电压电势上更大的变化，也就是说，斜率的更大的变4t。另外，通过改变可变电阻器408的电阻值可以调整上电极直流电压电势的^f直。例如，通过改变可变电阻器408的值，标出线506的0.8nF电容设置下直流电压电势值可以#皮调整为沿该标出线506的任何值。在另一个实施例中，用图5的标出线510和512分别4戈表0.8或10nF电容设置下的晶片直流偏置值。依照本发明的一个实施方式，在等离子体处理过程中，当图4的开关410闭合时，与10nF4交大电容值的标出线512相比，0.8nF的较低电容值的标出线510显示了直
流偏置的更大的变化，也就是斜率的更大的变化。相应地，通过改变可变电阻器408的电阻值，可以调整晶片直流偏置的^f直。例如，通过改变可变电阻器408的4直，标出线510的0.8nF电容设置下的晶片直流偏置值可以被调整为沿标出线510的
任何值。在另一个实施方式中，在0.8和10nF电容i殳定下的上电极直流电流值分别用图5的标出线514和516表示。与10nF的较大电容值的曲线516相比，0.8nF的较低电容值的标出线514显示了直流电流
的更大的变化，也就是斜率的更大的变化。
从上文可以看出，本发明的实施方式提供通过使用具有 到地的直流电流通^各的射频耦合电^各，调整上电极上的该射频阻抗 和/或该直流偏置，而控制等离子体工艺参数(例如等离子体密度、 离子能量和化学物质)的方法和装置。该射频耦合电路和该直流地 通路相对容易实现。而且，不需要外部直流电源即可实现控制。通 过消除对外部电源的需要，可以节省成本，同时保持在电容耦合等 离子体处理室中对等离子体处理的控制。尽管本发明是根据几个优选实施方式来进行描述的，然 而，存在落入本发明的范围的变更、置换和等同。而且，此处所4是 供的名称、发明内容和摘要是为了方便，而不应当被用于解释此处 权利要求的范围。还应当注意，有许多实现本发明的方法和装置的 替代方式。尽管此处冲是供了各种实施例，这些实施例意在是对本发 明的i兌明而非限制。而且，在此申请中， 一组"n"个项目指的是 该组中的O个或O个以上的项目。因而，所附斥又利要求的范围意在一皮 解读为包括所有这些落入本发明的真实精神和范围的变更、置换和 等同。
权利要求
1.一种用于在等离子体处理室中处理基片的方法，包含在配置有第一电极和第二电极的所述等离子体处理室中支撑所述基片；配置至少一个电源以在所述第一电极和所述第二电极之间引燃等离子体；以及将无源射频(RF)电路耦合于所述第二电极，所述无源射频电路被配置为调整所述第二电极的射频阻抗、射频电压电势和直流偏置电势中的一项或多项。
2. 根据权利要求1所述的方法，进一步包含直流地。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述直流地包括导电耦合构 件。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中所述导电耦合构件是由硅制
5. 根据权利要求3所述的方法，其中所述导电耦合构件是环形 的。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中所述无源射频电路包括电容 器和电感器中的至少一个。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中所述电容器是可变电容器。
8. 根据权利要求6所述的方法，其中所述电感器是可变电感器。
9. 根据权利要求1所述的方法，其中所述射频耦合电路包括射频 滤波器布置、电阻器和开关。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中所述电阻器是可变电阻器。
11. 一种等离子体处理系统，包含第一电才及； 第二电才及；至少一个电源，所述至少一个电源^皮配置为在所述第一 电极和所述第二电极之间引燃等离子体；耦合于所述第二电极的无源射频(RF)电路，所述无源 射频电路一皮配置为调整所述第二电极的射频阻抗、射频电压电 势和直流偏置电势中的一项或多项。
12. 根据权利要求11所述的等离子体处理系统，进一步包含直流 地。
13. 根据权利要求12所述的等离子体处理系统，其中所述直流地 包括导电耦合构件。
14. 根据权利要求13所述的等离子体处理系统，其中所述导电耦 合构件是由硅制成的。
15. 根据权利要求13所述的等离子体处理系统，其中所述导电耦 合构件是环形的。
16. 才艮据4又利要求11所述的等离子体处理系统，其中所述无源射 频电^各包4舌电容器和电感器中的至少一个。
17. 根据权利要求16所述的等离子体处理系统，其中所述电容器 是可变电容器。
18. 根据权利要求16所述的等离子体处理系统，其中所述电感器 是可变电感器。
19. 根据权利要求11所述的等离子体处理系统，其中所述射频耦 合电3各包括射频滤波器布置、电阻器和开关。
20. 根据权利要求19所述的等离子体处理系统，其中所述电阻器 是可变电阻器。
全文摘要
揭露一种处理基片的方法。该方法包括在配置有第一电极和第二电极的等离子体处理室中支撑该基片。该方法还包括将无源射频(RF)电路耦合于该第二电极，该无源射频电路被配置为调整该第二电极的射频阻抗、射频电压电势和直流偏置电势中的一项或多项。
文档编号H01L21/3065GK101652839SQ200880010799
公开日2010年2月17日 申请日期2008年3月26日 优先权日2007年3月30日
发明者埃里克·赫德森, 安德烈亚斯·菲舍尔, 拉金德尔·德辛德萨, 阿列克谢·马拉赫塔诺夫 申请人:朗姆研究公司