等离子体处理设备及其操作方法

摘要

本发明提供了一种半导体制造设备及其操作方法。所述半导体制造设备包括反应室、支撑件与衬层。反应室用于等离子体工艺，并且具有室壁。支撑件固定晶圆於反应室內。衬层围绕支撑件，并且具有顶侧与底侧，顶侧可拆卸地挂在该室壁上，而底侧则具有多个气体通道以允许等离子体粒子通过衬层。

权利要求

1.一种半导体制造设备，其特征在于，包括：

反应室，其被配置成用于等离子体工艺，并且该反应室具有室壁；

支撑件，其被配置成固定晶圆於该反应室內；以及

衬层，其被配置成围绕该支撑件，并且该衬层具有：

顶侧，可拆卸地挂在该室壁上；

底侧，具有多个气体通道以允许等离子体粒子通过该衬层；

延伸于该顶侧与该底侧之间的侧边；以及

位于该侧边与该底侧结合处的直角拐角，其中该多个气体通道包括位于该直角拐角的拐角开口。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括位于该反应室底部的泵以及耦合到该泵的排气管，并且该排气管是直管。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，该多个气体通道包括位于该底侧之底表面的底部开口。

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，该底部开口呈圆柱形或锥形。

5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，该拐角开口具有相对于该底侧的底表面为倾斜的通道。

6.一种半导体制造设备，包括用于标称压力下使等离子体起辉的反应室，其特征在于，包括：RF電源，其配置为产生射频信号，并且于第一输出端与第二输出端供电；以及匹配网络，其配置为將RF電源所輸出的功率耦合至反应室，并且使反应室在低于该标称压力之压力下起辉等离子体，该匹配网络包括：第一电路，其因应于射频信号以调节电压等级，该第一电路具有第一电感装置以输出调节过的电压等级，并且该第一电感装置与一电容电路串联于该第一输出端与参考电压等级之间；

第二电路，其具有第二电感装置以提供预定的电压等级以点燃等离子体，该第二电感装置直接耦接于该第二输出端以及该参考电压等级之间；以及可拆卸地挂在反应室室壁的衬层，该衬层具有：

顶侧；

底侧，具有多个气体通道以允许等离子体粒子通过该衬层；

延伸于该顶侧与该底侧之间的侧边；以及

位于该侧边与该底侧结合处的直角拐角，其中该多个气体通道包括位于该直角拐角的拐角开口。

7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，该第一电感装置之电流最大点与第二电感装置之电压最大点对称于生成等离子体的反应室的中心线。

8.如权利要求6所述的设备，其特征在于，该第二电路的该预定的电压等级高于该第一电路调节过的电压等级。

9.如权利要求6所述的设备，其特征在于，该第一电感装置或第二电感装置具有平面线圈或螺旋线圈形状的天线。

10.如权利要求6所述的设备，其特征在于，该第二电感装置较第一电感装置靠近生成等离子体的反应室的中心线。

11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，该第一电感装置和该第二电感装置255同心地围绕该中心线。

12.如权利要求6所述的设备，其特征在于，进一步包括屏蔽件，其包围该半导体制造设备和该匹配网络。

13.一种用权利要求6所述的半导体制造设备制造的半导体器件，其特征在于，包括：第一区，具有多个器件以第一器件密度排列；以及

第二区，与第一区相隔开，且具有多个器件以第二器件密度排列，第二器件密度小于第一器件密度，且第二区中该多个器件之预定深度与第一区中该多个器件之预定深度相同，其中，第一区中该多个器件之深度与第二区中该多个器件之深度的差异相对于该预定深度为6％～8％。

14.如权利要求13所述的半导体器件，其特征在于，第一区中该多个器件之深度与第二区中该多个器件之深度的平均差异相对于该预定深度为7％。

15.如权利要求13所述的半导体器件，其中第一区中该多个器件的预定侧面倾角与第二区中该多个器件的预定侧面倾角相同，其特征在于，第一区中该多个器件的侧面倾角与第二区中该多个器件的侧面倾角之差异相对于预定侧面倾角为4％～7％。

16.如权利要求15所述的半导体器件，其特征在于，第一区中该多个器件的侧面倾角与第二区中该多个器件的侧面倾角之平均差异相对于预定侧面倾角为6％。

17.如权利要求15所述的半导体器件，其特征在于，第一区中该多个器件的上侧面倾角与下侧面倾角之差异相对于预定侧面倾角为4％～7％。

18.如权利要求17所述的半导体器件，其特征在于，第一区中该多个器件的上侧面倾角与下侧面倾角之平均差异相对于预定侧面倾角为5.5％。

说明书

等离子体处理设备及其操作方法

技术领域

[0001] 本发明有关等离子体处理设备及其操作方法。

背景技术

[0002] 等离子体通常用在制造工艺中以于半导体集成电路制造时沉积材料层，也用于蚀刻晶圆上的材料。

[0003] 在沉积或蚀刻操作中，等离子体在设备的腔室中形成。腔室中的不同条件会影响制造中的半导体器件的质量。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种半导体制造设备，以及一种操作具有匹配网络的半导体制造设备的方法。

[0005] 本发明的一实施例揭示一种半导体制造设备，其包括反应室、支撑件与衬层。反应室被配置成用于等离子体工艺，并且有室壁。支撑件被配置成固定晶圆於反应室內。衬层被配置成围绕该支撑件，并且具有顶侧与底侧。顶侧可拆卸地挂在室壁上，而底侧则具有多个气体通道以允许等离子体粒子通过衬层。

[0006] 上述的半导体制造设备进一步包括位于反应室底部的泵以及耦合到泵的排气管，并且排气管是直管。

[0007] 上述的半导体制造设备中，多个气体通道包括位于该底侧之底表面的底部开口。

[0008] 上述的半导体制造设备中，底部开口呈圆柱形或锥形。

[0009] 上述的半导体制造设备中，衬层进一步包括延伸于顶侧与底侧之间的侧边，以及位于侧边与底侧结合处的拐角。

[0010] 上述的半导体制造设备中，多个气体通道包括位于拐角的拐角开口。

[0011] 上述的半导体制造设备中，拐角开口具有相对于底侧的底表面为倾斜的通道。

[0012] 本发明的另一实施例揭示一种半导体制造设备，具有用于标称压力下使等离子体起辉的反应室，半导体制造设备包括RF電源与匹配网络。RF電源配置为产生射频信号，并且于第一输出端与第二输出端供电。匹配网络配置为將RF電源所輸出的功率耦合至反应室，并且使反应室在低于该标称压力之压力下起辉等离子体。匹配网络包括第一电路与第二电路。第一电路因应于射频信号以调节电压等级，并且具有第一电感装置以输出调节过的电压等级，而第一电感装置与一电容电路串联于该第一输出端与参考电压等级之间。第二电路具有第二电感装置以提供预定的电压等级以点燃等离子体，且第二电感装置直接耦接于该第二输出端以及该参考电压等级之间。

[0013] 上述的半导体制造设备中，第一电感装置之电流最大点与第二电感装置之电压最大点对称于生成等离子体的反应室的中心线。

[0014] 上述的半导体制造设备中，第二电路的预定的电压等级高于该第一电路调节过的电压等级。

[0015] 上述的半导体制造设备中，第一电感装置或第二电感装置具有平面线圈或螺旋线圈形状的天线。

[0016] 上述的半导体制造设备中，第二电感装置较第一电感装置靠近生成等离子体的反应室的中心线。

[0017] 上述的半导体制造设备中，第一电感装置和该第二电感装置255同心地围绕该中心线。

[0018] 上述的半导体制造设备进一步包括屏蔽件，其包围半导体制造设备和匹配网络。

[0019] 本发明的又一实施例揭示一种操作具有匹配网络的半导体制造设备的方法，该方法包括：施加射频信号到匹配网络；因应于该RF信号，通过匹配网络建立用于生成等离子体的RF能量，该匹配网络具有第一节点和电感装置，而电感装置具有耦合到第一节点的第一终端以及直接耦合到参考电压等级的第二终端，且具有第一终端和第二终端之间的第二节点；在第二节点提供预定电压等级；在该预定电压等级下点燃等离子体；以及调节匹配网络，以实现RF信号和电感装置之间的阻抗匹配。

[0020] 上述操作具有匹配网络的半导体制造设备的方法中，在第二节点提供预定电压的操作包括增加匹配网络的电抗。

[0021] 上述操作具有匹配网络的半导体制造设备的方法中，预定电压约高于1000伏特。

[0022] 上述操作具有匹配网络的半导体制造设备的方法中，在第二节点提供预定电压的操作包括反射来自电感装置的大部分RF信号。

[0023] 上述操作具有匹配网络的半导体制造设备的方法中，匹配网络包括另一个电感装置，其具有通过电容装置耦接到该参考电压等级的终端。

[0024] 上述操作具有匹配网络的半导体制造设备的方法进一步包括利用屏蔽件封闭半导体制造设备。

[0025] 本发明的实施例揭示一种半导体器件，其包括第一区与第二区。第一区具有多个器件以第一器件密度排列。第二区与第一区相隔开，且具有多个器件以第二器件密度排列，而第二器件密度小于第一器件密度，且第二区中该多个器件之预定深度与第一区中该多个器件之预定深度相同。其中，第一区中该多个器件之深度与第二区中该多个器件之深度的差异相对于该预定深度为6％～8％。

[0026] 上述的半导体器件中，第一区中该多个器件之深度与第二区中该多个器件之深度的平均差异相对于该预定深度为7％。

[0027] 上述的半导体器件中，第一区中该多个器件的预定侧面倾角与第二区中该多个器件的预定侧面倾角相同，且第一区中该多个器件的侧面倾角与第二区中该多个器件的侧面倾角之差异相对于预定侧面倾角为4％～7％。

[0028] 上述的半导体器件中，第一区中该多个器件的侧面倾角与第二区中该多个器件的侧面倾角之平均差异相对于预定侧面倾角为6％。

[0029] 上述的半导体器件中，第一区中该多个器件的上侧面倾角与下侧面倾角之差异相对于预定侧面倾角为4％～7％。

[0030] 上述的半导体器件中，第一区中该多个器件的上侧面倾角与下侧面倾角之平均差异相对于预定侧面倾角为5.5％。

[0031] 使用本发明的半导体制造设备以及操作具有匹配网络的半导体制造设备的方法，可以在晶圆处理中提供更高的精确度和可重复性，还能减少在晶圆上的高密度集成电路中可能改变晶圆质量的各种效应。例如，减少高密度可能导致的如电流泄漏，非均匀蚀刻，图案负载效应，或微负载效应的质量问题。

[0032] 本领域技术人员应可了解可利用下文揭示的概念与特定实施例为基础而相当轻易地予以修改或设计其它结构或工艺，从而实现与本发明相同的目的。本领域技术人员亦应可了解这类等效的建构并无法脱离权利要求书所提出的本发明的精神和范围。

附图说明

[0033] 参阅随附的附图以及下文详细的描述可以清楚地理解本发明的特徵。在此声明各个特征并未按业界的标准惯例依比例绘制。事实上，为了清楚的讨论，各个特征的尺寸可能任意增大或减小。

[0034] 图1A是根据本发明一些实施例的半导体器件的平面图；

[0035] 图1B是根据本发明一些实施例沿图1A中所示的AA'线截取的半导体器件的剖面图；

[0036] 图2A是根据本发明一些实施例的半导体器件的平面图；

[0037] 图2B是根据本发明一些实施例的沿图2A中所示的BB'线截取的半导体器件的剖面图；

[0038] 图3至5是根据本发明一些实施例的半导体器件的剖面图；

[0039] 图6是根据本发明一些实施例的设备的剖面图；

[0040] 图7是根据本发明一些实施例的衬层的剖面图；

[0041] 图8是根据本发明一些实施例的衬层的剖面图；

[0042] 图9是根据本发明一些实施例的匹配网络的框图；

[0043] 图10是根据本发明一些实施例的操作设备方法的流程图；

[0044] 图11是根据本发明一些实施例匹配阻抗的示意图。

具体实施方式

[0045] 如下公开提供了很多不同的实施例或示例，用于实施本发明的不同特征。如下描述了组件和配置的具体示例，以简化本揭露。当然，它们仅仅是示例，并不是旨在限制本发明。例如，以下描述中在第二特征之上或在第二特征上形成第一特征可以包括形成直接接触的第一特征和第二特征的实施例，还可以包括在第一特征和第二特征之间可以形成附加特征从而使得第一特征和第二特征可以不直接接触的实施例。此外，本揭露在各个示例中重复使用附图标记和/或字母以求简单和清楚，其本身并不表明所述的各个实施例和/或配置之间的关系。

[0046] 此外，空间关系术语，例如“之下”、“下方”、“下面”、“之上”、“上方”等，在此用于简化描述附图所示的一个单元和特征对另一个单元或特征的关系。除了附图中描写的方向，空间关系术语旨在包含使用或操作的装置的不同方向。设备可以以其它方式定向(旋转90度或者在其它方向)，并可以据此同样地解释本文所使用的空间关系描述语。

[0047] 随着一代代半导体技术，晶体管尺寸减小且晶圆上的半导体器件的密度增加，导致在晶圆处理中需要更高的精确度和可重复性。在晶圆上的高密度集成电路中，各种效应可能改变晶圆的质量。例如，高密度可能导致如电流泄漏、非均匀蚀刻、图案负载效应，或微负载效应的质量问题。

[0048] 蚀刻过程是现代集成电路(IC)生产中的常见步骤。有不同的蚀刻技术和方法可以使用，包括等离子体蚀刻。蚀刻过程期间，保持均匀性特别重要。均匀性是指例如所需要的深度的临界尺寸的蚀刻的均匀性，以及跨晶圆与晶圆到晶圆的蚀刻的均匀性。在微观层面，蚀刻速率和轮廓取决于特征尺寸和特征分离。微观均匀性的问题可以分为几类，包括图案依赖刻蚀效应，一般被称为图案负载效应。图案负载效应包括宏负载效应或微负载效应。更具体地说，微负载指用于相同尺寸特征的特征分离上的蚀刻速率的依赖性，并且在晶圆具有局域、高密度区域时，其由反应物耗尽所导致。

[0049] 从术语的角度来看，临界尺寸仅仅指相关方向上的特征的尺寸(如宽度)。例如，在图1A所示的半导体器件的平面图100中，对应于晶体管141的特征包括栅结构14，漏极区15和源区17。在一些实施方案中，晶体管141是p型金属氧化物半导体(p-type metal-oxide-semiconductor，PMOS)场效应晶体管，n型金属氧化物半导体(n-type metal-oxide-semiconductor，NMOS)场效应晶体管，或互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor,CMOS)。可以存在多个具有不同长度或宽度，有些为短，有些为长的晶体管141。

[0050] 参见图1A，电路包括晶体管141，导电材料10，和半导体基板1。晶体管141具有长度L和宽度W，包括两个栅结构14，中间具有源区17，漏极区15，151在所述源区17两侧。长度L是从漏极区15一侧到漏极区151一侧的长度。宽度W是从漏极区15的一个表面到同一漏极区15另一个表面的宽度。在一些实施方案中，所述漏极区15以长度L142与所述导电材料10隔开。漏极区15也可以以长度L141与其它的导电材料10隔开。

[0051] 源区17以长度L17与导电材料10隔开。一个导电材料10到另一导电材料10之间的距离是L10。根据电路的设计，长度L141，L142，L10和L17可以不相同。

[0052] 参见图1B，所述电路的剖面图110沿穿过源区17和导电材料10的剖面线AA'截取。剖面图110与导电材料10对准。剖面图110包括半导体基板1，导电材料10，以及中间层11。中间层11在半导体基板1和导电材料10之间。导电材料10在半导体基板1之上。半导体基板包括凹槽20。凹槽20可以在源区17和导电材料10之间。凹槽20具有从源区17顶部到导电材料
10顶部的长度L17。凹槽20的底部具有长度L20。在一些实施例中，长度L20比长度L17小。

[0053] 凹槽21在导电材料之间。导电材料10顶部和另一导电材料10顶部之间的距离是长度L10。凹槽21包括一个与凹槽21的底部表面B结合的侧面S。底部表面B具有长度L21。在一些实施例中，侧面S为锥形，使得长度L21比L10长度小。在一些实施例中，导电材料10具有高度H3。中间层11具有高度H2。在一些实施例中，对于每一导电材料高度H3是实质上相同的。半导体基板1的部分107上具有部分105。部分105具有侧部。所述侧部具有从半导体基板1的底部表面B到顶部表面T横向测量的高度H1。在一些实施例中，不同的凹槽具有不同或相似的尺寸。例如，长度L20可以大于，等于或小于长度L21。

[0054] 在图2A中，电路的平面图200类似于图1A所示。在图2B中，所述电路的剖面图210沿穿过漏极区15和另一漏极区15的剖面线BB'截取。剖面图210与导电材料10对准。在一些实施例中，由于微负载效应，不同凹槽具有不同深度，使得不同凹槽的底部表面比彼此更高或更低。

[0055] 例如，长度L22是从一个漏极区15到另一相邻漏极区15的长度。导电材料10在漏极区15的顶部上。导电材料10和中间层11实质上是竖直的，使得长度L22从导电材料10的顶部到中间层11的底部实质上不变。凹槽23在漏极区15之间。凹槽23具有底部表面B23。底面表面B23具有长度L23。凹槽23是锥形的，使得长度L23比L22长度小。底部表面B23以高度H4与半导体基板1的顶部表面T隔开。底部表面B23比凹槽21的底部表面B高距离D5。高度H4比部分105的高度H1相差距离D5。

[0056] 微负载效应的一个因素是等离子体处理期间腔室内部的工艺气体压力。在图3中，凹槽25与凹槽27相比，由于微负载效应。凹槽25比凹槽27浅。凹槽25在其顶部上具有较小开口P25。凹槽27在其顶部具有较大开口P27。

[0057] 凹槽25在较小开口P25顶部具有长度L251，在凹槽25的顶部表面具有长度L25。凹槽25为锥形，使得长度L251大于长度L25。凹槽25具有从较小开口P25顶部到凹槽25底部表面的高度H25。

[0058] 凹槽27在较大开口P27顶部具有长度L271，在凹槽27的底部表面具有长度L27。凹槽27为锥形，使得长度L271大于长度L27。凹槽27具有从较大开口P27顶部到凹槽27底部表面的高度H27。

[0059] 长度L251比长度L271小。高度H25比高度H27小一个长度L57。在一些实施例中，凹槽25比凹槽27的锥度更大，使得长度L251和L25之间的比率大于长度L271和长度27之间的比率。较小开口P25比较大开口P27小。

[0060] 等离子体粒子30在较小开口P25或较大开口P27之下除去半导体基板1的部分，以分别形成凹槽25或27。一些等离子体粒子30在到达开口之前彼此碰撞。碰撞发生在所述较小开口P25或较大开口P27之上。等离子体粒子30在碰撞之前会聚到入射路径33。碰撞后，等离子体粒子30沿偏转路径34散开。对于具有水平分量的入射路径33，相应偏转路径34也可以具有在相反方向上的水平分量。对于较小开口P25之上的碰撞，等离子体粒子30更可能会错过较小开口P25，而更可能会落在较小开口外部的其它区域。对于较大开口P27之上的碰撞，等离子体粒子30不太可能会错过较大开口P27，因而并不太可能落在较大开口P27外部的其它区域。对于较大开口P27之上的碰撞，等离子体粒子30仍可能进入较大开口P27且更容易通过较大开口P27进入凹槽27进行蚀刻。

[0061] 对于使用等离子体粒子30以蚀刻凹槽25或凹槽27，经历碰撞的等离子体粒子30进入较大开口P27比进入较小开口P25更容易。对于较小开口P25而言，较大开口P27允许更多的碰撞过的等离子体粒子30蚀刻凹槽27。由于能够蚀刻凹槽27的碰撞过的等离子体粒子30比蚀刻凹槽25的碰撞过的等离子体粒子30多，因此凹槽27比凹槽25更深。这种对不同开口尺寸的非均匀蚀刻是微负载效应的原因之一。

[0062] 对于具有较高碰撞率的等离子体处理，所述微负载效应变得更加明显，使得凹槽更不均匀，以及凹槽深度的变化增加。等离子体粒子30的碰撞率与等离子体粒子30的平均自由路径有关。较长的平均路径与较少的碰撞相关。在等离子体处理中，大多数等离子体粒子30的低碰撞率意味着大多数等离子体粒子30竖直向下运动到晶圆。使包括水平分量的侧向碰撞减少，以允许更多的等离子体粒子30进入较小开口P25进行蚀刻。增加等离子体粒子30的平均自由路径以减小微负载效应。通过减少工艺气体压力，是增加等离子体粒子30平均自由路径的一种方法。

[0063] 在图4中，不同的等离子体处理331和332蚀刻半导体基板1，具有不同的结果。对于微负载效应，通过等离子体处理331比等离子体处理332更加明显。对于具有较多微负载效应的等离子体处理331，凹槽开口较小的凹槽深度减小。对于具有较多微负载效应的等离子体处理332，凹槽开口较小的凹槽深度实质上保持恒定。凹槽开口可以是凹槽的临界尺寸。临界尺寸可以是宽度W25，W27，或W28，宽度W28大于宽度W27，宽度W27大于宽度W25。

[0064] 等离子体处理331之下的凹槽117具有宽度W28，W27和W25。凹槽117分别具有深度D4，D7，和D8，深度D4大于深度D7中，深度D7大于深度D8。

[0065] 等离子体处理332之下的凹槽115具有宽度W28，W27和W25。凹槽115具有实质上恒定的深度D4。无论开口的尺寸，凹槽115均匀地具有深度D4。

[0066] 在图5中，凹槽117包括类似于图4中的微负载效应。凹槽117填充有绝缘材料，例如将为隔离结构18的介电材料。凹槽117具有沿横向侧面S117的弯折部181。错位19从弯折部181延伸到半导体基板1。错位19沿横向侧面S117靠近弯折部181。界面111放置在半导体基板1和中间层11之间。

[0067] 在图5中，微负载效应不同程度地引起泄漏电流。

[0068] 在一些实施例中，对于具有较短深度D8的隔离结构18，电荷载流子40更容易从一个部分105运动到另一个部分105。例如，在一些实施例中，部分105是图2中相邻的漏极区15。电荷载流子40穿过隔离结构18下方，并从一个漏极区泄漏到另一个漏极区。

[0069] 在一些实施例中，电荷载流子40通过界面111泄漏。在又一些实施例中，电荷载流子40通过错位19泄漏。

[0070] 减少工艺气体压力会增加平均自由路径，增加所述平均自由路径减小等离子体粒子30的碰撞率，降低碰撞率会减少微负载效应，而减少微负载效应会减少半导体器件中的泄漏电流问题。

[0071] 图6示出半导体制造设备500。半导体制造设备500包括等离子体反应室59，等离子体反应室59包括衬层57，衬层57用于约束等离子体。衬层57的存在可以改变电场的分布，将所述等离子体基本上约束在所述衬层57内部的区域R中并增加等离子体密度。衬层57可以用于阻止等离子体蚀刻等离子体反应室59的其它部分，例如室壁55，以保护所述等离子体反应室59，从而使等离子体反应室59免受损坏。衬层57可以清洗和/或更换。衬层57能加强工艺气体压力的均匀性。所述工艺气体压力的均匀性对应于气体粒子321的平均自由路径的均匀性。

[0072] 区域R在等离子体反应室59中的晶圆70之上。晶圆70包括半导体基板1。经受等离子体处理的半导体基板1之上保持均匀的工艺气体压力，会有助于半导体基板1上使各个器件晶粒产生均匀的临界尺寸。典型等离子体反应室59中的压力通过同时引入工艺气体和抽空等离子体反应室59进行控制。对在等离子体反应室59中的工艺气体流动没有任何限制，则工艺气体压力可以从接近供气口38出口的相对高的压力到接近排气口71相对低的压力形成一个梯度。衬层57部分限制工艺气体流动使所述衬层57内部的压力梯度减小。降低所述压力梯度会提升所述气体压力的均匀性。

[0073] 衬层57能约束工艺气体使其体积较小，从而降低从供气口38的供气流量和工艺气体的消耗流量。

[0074] 衬层57具有各种特征。衬层57具有在晶圆70上延伸的侧边83。为了实现工艺气体压力和等离子体密度的高度均匀性，衬层57优选为对称的。工艺气体压力和等离子体密度的均匀性减少了穿过芯片70的微负载效应。在一些实施例中，衬层57对于晶圆70是对称的，并且避免了侧边83中的开口。

[0075] 图6是半导体制造设备500的剖面示意图，所述半导体制造设备500包括等离子体反应室59，衬层57，室壁55，以及电介质窗口39(例如具有均匀厚度的平面电介质窗口)。电感装置35放置在电介质窗口39之上。所述电感装置35可以是平面多圈的螺旋线圈，非平面多圈线圈，或具有其它形状的天线，利用射频(radio frequency,RF)電源201通过合适的RF阻抗匹配电路200供电，所述合适的RF阻抗匹配电路200将RF能量电感耦合到等离子体反应室59以产生等离子体(例如，高密度等离子体)。匹配电路200还可以是匹配网络，用于RF電源201和电感装置35之间的阻抗匹配。所述匹配电路200可以沿着电感装置35中的线圈分发功率以建立用于产生等离子体的RF能量。供气口38连接到气体源37，所述气体源37供应进入等离子体反应室59的工艺气体。

[0076] 电介质窗口39正下方是具有正被处理的半导体基板1的晶圆70。所述半导体基板1支撑在基板支撑件58上，所述基板支撑件58包含可受RF偏置的下电极。所述下电极受另一RF電源47进行RF偏置。RF電源47不同于RF電源201。RF電源47通过阻抗匹配电路45耦合到下电极。

[0077] 围绕基板支撑件58是一个可移动的对称的衬层57。衬层57可拆卸地悬挂在室壁55。所述衬层57具有厚度均匀的底侧82，且所述底侧82具有多个气体通道。衬层57相对于等离子体反应室59对称。衬层57是圆环的形式，且所述圆环的中心大致在等离子体反应室59的中心线501处。衬层57围绕所述基板支撑件58。基板支撑件58的中心也大致位于中心线
501处。底侧82还可以是紧邻于基板支撑件58之上的水平部分。基板支撑件58支撑住晶圆70且实质上正交于室壁55。在一些实施例中，底侧82大致与所述基板支撑件58在相同平面。基板支撑件58也可以称为支撑件。所述支撑件放置在邻近所述等离子体反应室59的中间位置。在一些实施例中，所述支撑件从室壁55延伸，并与所述室壁55接触。

[0078] 侧边83是一个厚度均匀的连续圆筒外壁，其从底侧82的外围轴向向上延伸。侧边83实质上与所述室壁55平行。侧边83与室壁55距离一个长度L9。所述侧边靠近拐角84，拐角
84与所述侧边83和所述底侧82结合。拐角开口81放置在靠近所述拐角84的位置。侧边83在所述基板支撑件58之上延伸。基板支撑件58与电介质窗口39的距离为高度H7。底侧82具有例如底部开口80的气体通道。拐角84也具有例如拐角开口81的气体通道。例如底部开口80或拐角开口81的气体通道允许气体粒子321或等离子体粒子通过所述衬层57。在一些实施例中，基板支撑件58低于，等于或高于底侧82。

[0079] 衬层57具有顶侧88。顶侧88具有用于挂扣在室壁55的突出部。顶侧88与电介质窗口39的距离为高度H8。底侧82与电介质窗39的距离为高度H5。

[0080] 等离子体反应器室59还包括放置在其底部的泵73。泵73可以是对称的涡轮泵，其相对于中心线501对称地排列。泵73可以是增加气体排出速率的涡轮泵，使得等离子体反应室59内部产生低压。在一些实施例中，泵73可降低压力使压力低于约1毫托。泵73被对称地放置在等离子体反应室59的中心处，以帮助等离子体反应室59内部均匀降低压力。这增加了靠近晶圆70用于等离子体处理的气体压力的均匀性。

[0081] 泵73通过排气管72耦合到排气口71。排气管72是没有任何转向的直管。排气管72与半导体制造设备500的中心线501平行排列。在一些实施例中，排气口71，排气管72，或泵73相对于中心线501对称地排列。

[0082] 屏蔽件79包围半导体制造设备500以及匹配电路200和45。屏蔽件79防止来自外部的电或磁场干扰屏蔽件79内部的电场，磁场，或任何电路。屏蔽件79有助于稳定由感应电或磁场产生的等离子体。屏蔽件79包括上屏蔽件75和下屏蔽件77，以在等离子体处理期间完全封闭半导体制造设备500。

[0083] 在图7中，示出了衬层57的剖面图。衬层57具有顶侧88，侧边83和底侧82。顶侧88在侧边83的顶端上呈环形。拐角84在侧边83的底部为环状。拐角开口81围绕拐角84的环分布。底侧82为环结构，底部开口80绕整个所述环结构分布。所述环结构具有用于围绕图6的基板支撑件58的孔822。基材支撑件58可对称地适配在孔822的中心。在一些实施例中，底侧82为水平侧，其实质上与侧边83正交。在其它一些实施例中，底侧82从侧边83倾斜一个角度，适于诸如等离子体的气体粒子321通过气体通道。

[0084] 在图7中，顶侧88包括上表面T88和底表面B88。底表面B88可拆卸的放置在图6中的室壁55上，使得底表面B88与室壁55的顶部接触。顶侧88具有从上表面T88到底表面B88竖直测量的厚度TH88。顶侧88从侧边83突出一个长度L88。顶侧88具有围绕侧边83的平面环。

[0085] 侧边83是顶侧88下的圆筒形结构。侧边83具有从内表面S831到外表面S832水平测量的厚度TH83。侧边83具有从上表面T88到底侧82的上表面T82的H10。高度H10也是从上表面T88到拐角84近似地测量出的。侧边83的圆筒形结构具有被内表面S831包围的直径为D83的圆。

[0086] 底侧82包括上表面T82和底表面B82。厚度TH82从上表面T82至底表面B82竖直地测量。拐角84在上表面T82和侧边83的内表面S831之间结合。底侧82在衬层57的中心处具有对称排列的孔822。

[0087] 孔822呈直径为D82且其高度大致等于厚度TH82的圆柱形。长度L82从拐角84到孔822沿水平方向上测量。底侧82具有散落在孔822四周的底部开口80。底部开口80呈直径为D80且其高度大致等于厚度TH82的圆柱形。直径D82比D80直径大得多。底部开口80彼此间的距离大约为长度L80。底部开口80允许气体粒子321穿过衬层57。在一些实施例中，底部开口
80具有锥形形状，使得底部开口80的顶部表面和底表面不相同。例如，底部开口80的底表面比顶表面小。

[0088] 拐角开口81设置在拐角84处。拐角开口81具有侧表面S84。侧表面S84具有沿内表面S831从拐角84到拐角开口81最高点直测量的高度H81。侧表面S84与底侧82不平行。底侧82是水平部分。在一些实施例中，侧表面S84垂直于水平部分。侧表面S84与侧边83平行。侧表面S84与内表面S831共面。拐角开口81具有底表面B84。底表面B84具有沿上表面T82从拐角84到最接近孔822最深点平行测量的长度L81。拐角开口80彼此之间的距离近似为长度L811。

[0089] 拐角开口81包括侧边83内的上表面812。上表面812具有从内表面S831处的最高点到外表面S832处的较低点测量的厚度TH81。在一些实施例中，较低点位于底表面B82。拐角开口81具有底侧82内的下表面814。下表面814从位于上表面T82的最高点到位于底表面B82的较低点。在一些实施例中，较低点位于外表面S832。下表面814以角度M81偏离底表面B82。在一些实施例中，上表面812大致平行于下表面814。在一些其它实施例中，上表面812与下表面814不平行，使得上表面812以不同于角度M81的角度偏离底表面B82。拐角开口81具有相对于底侧82的底表面B82倾斜的通道，以使气体粒子321朝接近拐角84的方向运动以通过衬层57。这可以防止朝靠近拐角84方向运动的气体粒子321从内表面S831或靠近角84的上表面T82偏转。

[0090] 在图8中，示出了气体粒子321在衬层570内穿过的一些可能路径。除了没有靠近拐角84的硅角开口81，衬层570类似于图7中的衬层57。衬层57具有位于底侧82的底部开口80。

[0091] 在情形571中，气体粒子321沿入射路径33向侧边83运动。气体粒子321从侧边83反弹并沿偏转路径34运动。偏转路径34指向底侧82并穿过底部开口80。

[0092] 在情形572中，气体粒子321沿入射路径33向侧边83运动。气体粒子321从侧边83和底侧82反弹并沿偏转路径34运动。偏转路径34指向孔822之上的区域，该区域放置有晶圆70。偏转路径34包括朝上的竖直部分342，以及斜向晶圆70的水平部分341。偏转路径34有可能引起与朝下向晶圆70运动的其它气体粒子322的碰撞。气体粒子322具有指向区域78几乎竖直的方向。区域78覆盖待由气体粒子322蚀刻的晶圆70上的预定区域。这样的碰撞类似于图3中的碰撞，并可以减少衬层570内气体粒子322的平均自由路径。例如，如果没有碰撞，气体粒子322可以从顶侧88到晶圆70运动一段为高度H10的距离。然而，所述碰撞能缩短气体粒子322运动的距离。气体粒子322在接近位置P4处与气体粒子321碰撞。位置P4低于顶侧88一个高度H11。气体粒子322运动缩短的距离为高度H10和高度H11之间的高度差。气体粒子
322运动距离的缩短减少了气体粒子322的平均自由路径。水平部分341可以使气体粒子322从区域78偏离。该碰撞减少了晶圆70上的微负载效应。

[0093] 情形573类似于情形572，除了气体粒子321先打在底侧82接着打在侧边83。在情形573中，气体粒子321沿入射路径33向底侧82运动。气体粒子321从底侧82反弹接着从靠近角
84的侧边偏转。偏转路径34指向晶圆70上区域78之上的区域。偏转路径34包括朝上的竖直部分342和指向晶圆70的水平部分341。偏转路径34容易造成与沿几乎向下竖直方向朝向晶圆70运动的气体粒子的碰撞。

[0094] 情形574类似于情形573或情形572，不同之处在于气体粒子321打在比情形573或情形572中更靠近角84的位置。打在靠近拐角84位置的气体粒子321从底侧82和/或靠近拐角84的侧边83偏转。通过从底侧82偏转，气体粒子321获得向下朝向顶侧88运动的竖直部分342。通过从侧边83偏转，气体粒子321获得朝侧边83斜向运动的水平部分341。偏转路径34可以引起与其它气体粒子的碰撞并改变其方向，缩短其平均自由路径。

[0095] 图7中的拐角开口81通过允许气体粒子321通过拐角84，消除了靠近拐角84的气体粒子321的偏转。消除了大部分与底侧82和/或侧边83的偏转，该偏转导致衬层57中的碰撞。具体地，与侧边83的碰撞引起气体粒子斜向运动，使得碰撞过的气体粒子容易错过预定的刻蚀区域，例如区域78，尤其是当区域78的尺寸较小时。引起水平部分341的碰撞是斜向碰撞。气体粒子，如图3中的等离子体粒子30，相对图3中的较大开口P27，其更有可能经历斜向碰撞而错过较小开口P25。对于较小开口P25，少量的水平部分341可以从较小开口P25敲掉气体粒子。对于较大开口P27，少量的水平部分341可以改变气体粒子的方向，但仍允许气体粒子落入较大开口P27。斜向碰撞可以通过从较小开口P25敲掉比从较大开口P27敲掉更多的气体粒子来引起微负载效应。

[0096] 另一种增加气体粒子平均自由路径的方法是通过降低所述气体粒子的压力。然而，当所述气体粒子的压力降低时，用于点燃来自所述气体粒子的等离子体的电压增大。为了提高电压，第二电感装置255被直接接地，如图9所示。

[0097] 图9是阻抗匹配网络211的示意图。阻抗匹配网络211通过RF電源201因应于射频(RF)功率而修改阻抗。阻抗匹配网络211包括第一电路220和第二电路212。阻抗匹配网络211可以是类似于图6中匹配电路200和电感装置35的组合。

[0098] 第一电路220包括电路222﹑第一电感装置250和电容电路232。第一电路220因应于来自RF電源201的射频(RF)信号，调节位于电路222之第一输出端，即节点251处的电压等级。第一电感装置250输出调节过的电压等级。节点251在电路222和第一电感装置250之间耦合。第一电感装置250具有在节点252处的第二端子。节点252在第一电感装置250和电容电路232之间耦合。节点252通过电容电路232耦合到参考电压等级270。所述参考电压等级270可以是等于零的接地电压。第一电感装置250包括电感。第一电感装置250的放置类似于图6中的电感装置35。第一电感装置250或第二电路212的第二电感装置255具有线圈结构以建立RF能量，例如图6中接近区域R的电场或磁场。第一电感装置250或第二电感装置255可以是具有平面线圈或螺旋线圈形状的天线。电容电路232具有例如电容器或电感器的电抗组件。电容电路232具有比节点258和所述参考电压等级270之间的第二电容大得多的第一电容。节点251或节点252的电流或电压变化取决于第一电感装置250的电抗(reactance)和电容电路232的电抗。在一些实施例中，电路222是类似于图6中的匹配电路200。

[0099] 第二电路212包括电路222和第二电感装置255。第二电路212在点551处提供预定的电压等级。在等离子体点火期间，所述第二电路212的所述预定的电压等级高于所述第一电路220的调节过的电压等级。第二电路212提供预定的电压等级以点燃等离子体。等离子体点火可以通过使用不同的气体进行。每种气体具有不同的最低点火电压。例如，氮(N2)具有大约250V的点火电压，氧气(O2)具有约440V的点火电压。然而，在毫托量级压力相对较低的区域，由于低碰撞率，等离子体点火比较困难。其结果是，热点的电压较高，例如，约800V到1000V。在一些实施例中，预定的电压是大约高于1000伏特。

[0100] 第二电感装置255包括第一终端259，其耦合到电路222之第二输出端，即节点257，以及第二终端258，其直接耦合到参考电压等级270。

[0101] 所述RF電源201可以是通过电路222供电到第一电感装置250或第二电感装置255的电源。在一些实施例中，第一电感装置250或第二电感装置255绕平行于中心线501的轴缠绕，即垂直于图6中电介质窗口39的平面。在一些实施例中，通过第一电感装置250或第二电感装置255的RF电流产生在电介质窗口39下方、等离子体反应室59的R区域中的RF电磁场，以便将RF功率耦合至等离子体，从而增加图6中等离子体的密度。

[0102] 所述电路222可具有两个以上的电抗组件(reactive element)。电感器，电容器，或电感器和电容器的组合可以作为两个以上的电抗组件使用。所述电容器或电感器可以以并联方式或串联方式连接到电源。所述两个以上的电抗组件可具有固定或可变的电容或电感。所述两个以上的电抗组件是可变的，以调节所施加的电压和电流的相位或大小。

[0103] 在所施加的电压的相位和大小通过电路222中的电抗组件改变之后，分布式电压被施加到第一电感装置250或第二电感装置255。在一些实施例中，电路222可以具有以并联方式或串联方式连接到节点251或节点257的电容器。电路222可以因应于来自RF電源的RF信号，调节第一电感装置250和/或第二电感装置255中的分布式电压或电流。电路222可以改变节点251和节点252之间，节点259和节点258，或节点251和节点259之间的电压或电流差。

[0104] 对于按螺旋圈形状缠绕的第一电感装置250或第二电感装置255，由这样的螺旋线圈提供的圆电流模式产生了环形等离子体，该环形等离子体反过来可以引起图6中在晶圆70处的蚀刻速率的轴向非均匀性。换句话说，由平面线圈天线感应产生的E场(E-field)通常是角向的(azimuthal)以产生角向等离子体。

[0105] 一些用于构造如第一电感装置250或第二电感装置255的平面线圈天线的耦合线长度在通常操作的一定射频处具有特定电长度。在一些实施例中，从例如节点251的第一终端向前行进到例如节点252的第二终端的电压和电流波，会部分或完全地在第二终端反射回来。向前的和反射的波的叠加会导致线圈上产生驻波(即，沿线圈长度电压和电流的周期性变化)。

[0106] 对于如第二电感装置255在节点258接地的线圈，电流在节点258处于最大值，电压在节点258为零。沿线圈向节点259，电压增加且电流减小直到到达点551，点551处电长度为90度，所述电压处于最大值且所述电流处于最小值。在一些实施例中，电压可以在邻近其它位置，例如节点259处达到最大。根据第二电感装置255的电长度，点551可位于节点259和节点258之间的任何位置。点551可被称为热点，最大的电压位于沿第二电感装置255的热点处。通过将节点258直接接地，最大电压比在第一电感装250中的分布式电压高。

[0107] 对于如第一电感装置250的线圈，在一些实施例中，节点252与电容电路232中的电容耦合，使得线圈中电流在节点251和节点252相似，并且在所述线圈中间增加至最大值。电压则在两端点，例如节点251和节点252处达到最大，并且在所述线圈中间减少至最小值。在一些实施例中，节点251和节点252处的最大电压比第二电感装置255的点551处的最大电压小。

[0108] 电压在沿线圈长度的方向上变化。例如，在第二电感装置255中，点551处在最大电压位置。点551的任一侧的电压都下降。因此，相较于节点259，节点258，或第一电感装置255，点燃等离子体的能量耦合在点551较高，且相应的等离子体更易于在点551处形成。相对高的电压可通过缩短第二电感装置255至接地而实现，使得放电可以容易地在低压环境中进行，所述低压通常小于1毫托。

[0109] 一种天线系统内用于改善电感耦合均匀性的系统包括控制所述天线的位置和电流分布，以改善等离子体的均匀性。

[0110] 根据一些示例性的实施例，两个或更多个的螺旋形线圈安置图6中的电介质窗口39上。每个线圈或是平面，或是平面线圈和竖直堆叠的螺旋线圈的组合。所述电容电路232确定第一电感装置250中电流或电压最大值或最小值的位置，而电路222中的电抗组件可以改变如第一电路220或第二电路212的每个电路的整体阻抗，因此，在这些多个线圈中的电流大小的比率可以进行调节。通过调节所述电流的大小和每个线圈中最大电流的位置，等离子体密度和等离子体的均匀性是可以控制的。

[0111] 在一些实施例中，所述线圈的电长度可影响沿所述线圈的电压或电流的均匀性。例如，在一些实施例中，第二电感装置255具有比第一电感装置250短的长度。在一些实施例中，第二电感装置255中的电压或电流可以比第一电感装置250中的更均匀。

[0112] 在一些实施例中，第一电感装置250和第二电感装置255是两个多匝或单匝线圈。所述第二电感装置255更靠近中心线501，而第一电感装置250远离中心线501且更接近图6中的外部边界351。在一些实施例中，第一电感装置250和第二电感装置255同心地围绕中心线501。第一电感装置250和第二电感装置255相对于中心线501对称。在图9中，RF信号通过节点251和节点259，分别同时发送到第一电感装置250和第二电感装置255。第一电感装置
250和第二电感装置255的相对端被分别端接到电容电路232和参考电压等级270。所述两个线圈有效地产生更多渐进环形的等离子体。在一些实施例中，第一电感装置250和第二电感装置255中的电流相对于图6中的中心线501在同一方向上。耦合到来自所述线圈的等离子体的电磁场中的能量在区域R之上散开，并产生单个扁平环形的等离子体。对于第一电感装置250和第二电感装置255之间的不平衡的电流，电磁场的环型场可以在中心线501附近或外部边界351更强。例如，通过增加第一电感装置250中的电流，等离子体密度可以在外部边界351附近增加，或者通过增加第二电感装置255中的电流，等离子体密度可以在中心线501附近增加。

[0113] 每个线圈都设置了电路222中的电抗组件，以获得沿所述线圈更加对称的电流分布。例如，人们可以调节所述电抗组件，使得电流最大值(以及纯电阻阻抗点)出现在第一电感装置250中的最大点550。最大点550可以在从节点251或节点252开始的电长度的中点。所述电流在最大点550最高，并在任一侧名义上正弦的方式远离所述最大点550时降低。人们可以调节电容电流232的电容，以实现第一电感装置250的最大点550附近的最大电流。其结果是，耦合到等离子体的功率在最大点550下方更高，且对应的等离子体密度较高。在一些实施例中，第二电感装置255中所述最大电流可以在节点258附近。第一电感装置250中的最大点550的位置可以调节，使得最大点550和所述热点的位置相对于图6中的中心线501对称。最大点550可以在沿相同径向轴的点551的对侧。因此，第二电感装置255中在节点258的更高的功率耦合通过第一电感装置250的最大点550抵消了高密度等离子体的影响，从而产生更均匀的角向等离子体。作为调节电路222或电容电路232的电抗的替代，第一电感装置250的方位角位置可以物理地相对于第二电感装置255的方位角位置旋转，使得电第一电感装置250和第二电感装置255中的电流最大值在图6中的中心线501上彼此的对侧出现。

[0114] 所述匹配网络211可以实现所述RF電源201和第一电感装置250之间和/或所述RF電源201和所述第二电感装置255之间的阻抗匹配。

[0115] 匹配网络211改变第一电感装置250和/或第二电感装置255的阻抗，以匹配例如RF電源201的电源的特性电阻输出阻抗。在一些实施例中，所述特性阻抗约为50欧姆(ohm)。调节电路222中的所述电抗组件，使得在RF電源201的输出202处的反射功率最小化。匹配网络211被调节为最小的反射功率。

[0116] 在图10中，示出了操作半导体制造设备500的方法400。图10示出了用于操作图6中的半导体制造设备500的操作流程。操作(或步骤)410施加射频(RF)信号至图9中的匹配网络211。图11中的操作410中示出了一些操作410的示例性实施例。操作(或步骤)415提供了在例如图9中的点551的热点处的预定电压等级。图11中的操作415中示出了一些操作415的示例性实施例。操作(或步骤)420在预定电压等级下点燃等离子体。图11中的操作420中示出了操作420的一些示例性的实施例。操作(或步骤)425调节所述匹配网络211以实现所述RF信号和图9中所述电感装置250或255之间的阻抗匹配。图11的操作425中示出了操作425的一些示例性的实施例。操作(或步骤)430实现所述阻抗匹配。图11中的操作430中示出了操作430的一些示例性的实施例。

[0117] 在图11中，产生等离子体的图表401包括操作(或步骤)410、415、420、425和430。每个操作都代表在产生等离子体过程中的一个阶段。等离子体产生在各种半导体制造工艺中是有用的，例如等离子体辅助蚀刻和沉积。等离子体通过自由电子的电场电离和生成在低压气体中产生，所述自由电子通过经单个电子-气体分子碰撞的动能转移电离单个气体分子。所述电子通常在电场中加速，典型电场的是射频电场。

[0118] 在一些实施例中，等离子体生成期间，上所述半导体制造设备500被屏蔽件79封闭，以防止来自外部的电磁场的干扰。所述等离子体在低于预定压力的压力条件下在等离子体反应室59生成。在一些实施例中，预定压力被设定为约2毫托(millitorrs)，以减少等离子体处理期间的微负载效应。

[0119] 在操作410中，例如RF電源201的射频源，用于提供振荡电流或电压到例如第一电感装置250或第二电感装置255的天线系统，该过程通常通过图9中的射频匹配网络211进行。振荡电流通过天线系统共振，诱导出图6中等离子体反应室59内的角向电场。与此同时，工艺气体经供气口38引入所述等离子体反应室59，且诱导的电场电离工艺气体以产生图6中等离子体反应室59内的等离子体。所述等离子体接着击打在晶圆70上，所述晶圆70以诸如基板支撑件58的静电吸盘的方式固定住，并按所需要的方式处理(例如蚀刻)晶圆70。

[0120] 在图11中，在操作410期间，图9中的匹配网络211中的阻抗主要是几乎没有电阻的电抗。这发生在当RF電源201开始提供电力给匹配网络211时。RF信号通过所述匹配网络211建立RF能量，用于生成因应于所述RF信号的等离子体。所述RF能量通过匹配网络211从RF信号耦合。图9中的所述匹配网络211具有第一节点257和第二电感装置255，所述第二电感装置255具有耦合到第一节点257的诸如节点259第一终端。例如节点258的第二终端则直接耦合到参考电压等级270。如点551的第二节点是在如节点259的第一终端和如节点258的第二终端之间的热点。在一些实施例中，匹配网络211包括另一个电感装置，例如，具有如节点252的终端的第一电感装置250，所述节点252通过电容电路232中的电容装置耦合到参考电压等级270。

[0121] 在操作410中，在一些实施例中，电抗是电容性的，如图11中的图表401所示。所述阻抗位于单位圆的点上，所述单位圆指示RF電源201和例如第一电感装置250和/或第二电感装置255的负载之间的短路。

[0122] 在操作410中，所述电压大多从所述负载反射。例如，传输至第一电感装置250的所述电压朝RF電源201反射回来。所述反射电压和所述入射电压之间的比率为反射系数的大小。所述反射系数的大小在操作410期间是统一的，而且几乎所有的来自RF電源201的功率被反射。几乎没有等离子体在操作410期间形成。

[0123] 在操作415中，图9中匹配网络211的阻抗仍然主要是具有低电阻的电抗。在一些实施例中，电路222中的电抗组件被调节，以使得所述电容电抗在匹配网络211中增加。增加所述电抗以增加第一电感装置250或第二电感装置255中的电压。在操作期间415，所述阻抗仍然位于单位圆的点上，所述单位圆指示RF電源201和所述负载之间的短路。几乎所有来自RF電源201的功率被反射。

[0124] 在操作415期间，点551的电压或电流开始增加，以达到最大电压，例如第二电感装置255中所预定的最大电压。等离子体反应室59的RF能量也在增加，以达到用于等离子体点火的最大能量。在一些实施例中，根据电路222或电容电路232中电容的变化，在节点251和节点252处的电压也在增加，以达到在第一电感装置250中的另一最大电压。在一些实施例中，第二电感装置255中的所述最大电压比第一电感装置250中的高。操作415期间仍然几乎没有等离子体在点551下方形成。

[0125] 在操作415期间，在一些实施例中，点551处的电流减小至第二电感装置255中的最小值。所述电流从点551向例如节点259或节点258的终端增加。

[0126] 在操作420期间，图9中匹配网络211的阻抗仍然主要是具有低电阻值的电抗。所述容抗约在图表401中归一化阻抗的0.5附近达到最大值。

[0127] 在操作420期间，在一些实施例中，点551处的电压达到第二电感装置255中的最大电压。在一些实施例中，最大电压是设置在如点551的第二节点处的预定电压。所述预定电压近似在1000伏特(volt)以上。在一些实施例中，节点251和节点252处的电压也达到在第一电感装置250中的最大电压。处于最大电压时，等离子体点火发生在区域R中，其在点551下方附近。所述等离子体在预定的电压等级下被点燃。在一些实施例中，等离子体点火也会发生在如节点251或节点252的点下方附近，而第一电感装置250中的最大电压出现在节点251或节点252处。

[0128] 在操作420期间，点551处的电流从点551向点551的任一侧增加，并在靠近节点259或节点258的任一侧达到电流最大值。第二电感装置255下方的等离子体密度也从靠近点551下方的区域向节点259和/或节点258之下的其它区域增加。在一些实施例中，第一电感装置250中的电流也在某些预定位置达到最大电流值，使得所述等离子体的密度实质上是均匀的，且每个最大电流值的位置相对于图6中的中心线501对称地排列。

[0129] 在操作425期间，图9中匹配网络211的阻抗被调节，使得电抗和电阻被改变。所述容抗可以从大约在0.5处的最大值到图表401中的阻抗匹配点之间自动地变化。所述阻抗可以以各种方式在操作425期间被改变。所述阻抗最终达到图表401中心处，在那里所述线圈的阻抗，例如第一电感装置250和/或第二电感装置255的阻抗等于所述RF電源的特性阻抗。从操作420到操作430，所述电阻的归一化阻抗在约为0至约为1之间改变，所述归一化阻抗在图表401中示出。所述电抗的归一化阻抗在大约0.5至大约1之间变化。

[0130] 在操作425期间，在一些实施例中，第一电感装置250或第二电感装置255中的电压根据匹配网络211中所述阻抗的调节而变化。在等离子体点火之后，该电压可降低为任一电感装置255或250中的较低电压。在一些实施例中，点551处的电压可以降低到用于等离子体点火的最大电压之下。

[0131] 在操作425中，在第一电感装置250或第二电感装置255中的电流也根据匹配网络211中阻抗的调节而变化。在一些实施例中，操作425是为了实现所述电流的均匀性，使得沿着第一电感装置250或第二电感装置255的电流大小的差异减小。第一电感装置250和第二电感装置255中的电流大小相对于图6中的中心线501对称。所述等离子体密度相对于所述电流的大小形成。大部分所述等离子体在操作425期间形成。

[0132] 在操作430期间，图9中匹配网络211的阻抗与所述RF電源的阻抗相匹配。所述阻抗的电抗的归一化阻抗达到0，所述归一化阻抗在图表401中示出。所述电阻的归一化阻抗达到1。

[0133] 在操作430期间，所述电压大多传送到所述负载。例如，传向节点251的所述电压被传至第一电感装置250。在操作430期间所述反射系数的大小几乎为0，几乎所有来自RF電源201的功率都被传送。在一些实施例中，所述电压降低至一定等级后，该电压可以在例如蚀刻的等离子体处理期间维持一段时间。大多数等离子体在操作430期间形成。

[0134] 在操作430中，第一电感装置250或第二电感装置255中的电流被保持，使得等离子体密度在所述等离子体处理操作期间的一定时期内保持实质上均匀。

[0135] 利用本发明实施例的匹配网络211与操作设备方法，可使原先供通入之工艺气体反应并且于一标称压力下起辉等离子体的反应室59，得于通入相同之工艺气体下，使等离子体于较低之压力下起辉，以减少等离子体处理期间的微负载效应。标称压力系指反应室59在无本发明匹配网络211的条件下，通常使等离子体起辉的压力，例如为3毫托。在一些实施例中，反应室59配合匹配网络211可使等离子体于较低之压力下起辉，例如为2毫托。惟本发明不限于上述实施例之压力值或范围，例如在不同之工艺气体下，上述之标称压力会有所不同，因此上述之较低起辉压力亦随之而异。

[0136] 如下表1所示为半导体晶圆中，依据本发明所制作之半导体器件于其第一区与第二区所测量之数据。第一区与第二区相隔开，且第一区之器件密度大于第二区之器件密度，亦即第一区為密集区(R1)而第二為区稀疏区(R2)。在表1中，深度D1与D2系指凹槽的底部表面与半导体基板的顶部表面之距离，即便凹槽于后续制程中将填入例如绝缘材料。在一些实施例中，深度D1与D2的预定值为2700埃 。又，侧面倾角SWA1系指凹槽的上側壁(位於例如图5之弯折部181和中间层11之间)与半导体基板的底部表面之夹角，而侧面倾角SWA2系指凹槽的下側壁(位於例如图5之弯折部181和凹槽的底部表面之间)与半导体基板的底部表面之夹角。在理想情況下，侧面倾角SWA1和SWA2接近90°。此外，因稀疏区R2中无明显之弯折部181，所以侧面倾角SWA可视同凹槽的上側壁。

[0137] 表1

[0138]

[0139]

[0140] 由表1可发现因微负载效应，密集区R1的深度D1小于稀疏区R2的深度D2，而密集区R1的侧面倾角SWA1则大于稀疏区R2的侧面倾角SWA。

[0141] 如下表2所示为基于表1之数据所为之分析。

[0142] 表2

[0143]

[0144]

[0145] 由表2可知因微负载效应，密集区R1的深度D1与稀疏区R2的深度D2之最小差异值为 (晶圆编号6)，而最大差异值为 (晶圆编号8)，其相对于深度预定值而言，分别有4.96％与10.67％之误差。此外，密集区R1的深度D1与稀疏区R2的深度D2之平均差異值為 其相对于深度预定值 而言，误差为7.1％。在一些实施例中，
密集区R1的深度D1与稀疏区R2的深度D2之差异相对于深度预定值而言约为5％至11％，较佳者为6％～8％，而平均误差约为7％。因此，本发明已有效改善因微负载效应所导致的密集区与稀疏区的深度差异。

[0146] 因微负载效应，密集区R1的侧面倾角SWA1与稀疏区R2的侧面倾角SWA之最小差异值为3°(晶圆编号3)，而最大差异值为6.5°(晶圆编号11)，其相对于倾角预定值90°而言，分别有3.33％与7.22％之误差。此外，密集区R1的侧面倾角SWA1与稀疏区R2的侧面倾角SWA之平均差異值為5.31°，其相对于倾角预定值90°而言，误差为5.9％。在一些实施例中，密集区R1的侧面倾角SWA1与稀疏区R2的侧面倾角SWA之差异相对于倾角预定值而言约为3％至7.5％，较佳者为4％～7％，而平均误差约为6％。因此，本发明已有效改善因微负载效应所导致的密集区与稀疏区的侧面倾角差异。

[0147] 因开口率(aspect ratio)之不同，密集区R1的侧面倾角SWA1与SWA2之最小差异值为2°(晶圆编号7)，而最大差异值为7.5°(晶圆编号6)，其相对于倾角预定值90°而言，分别有2.22％与8.33％之误差。此外，密集区R1的侧面倾角SWA1与SWA2之平均差異值為4.94°，其相对于倾角预定值90°而言，误差为5.49％。在一些实施例中，密集区R1的侧面倾角SWA1与SWA2之差异相对于倾角预定值而言约为2％至8.5％，较佳者为4％～7％，而平均误差约为5.5％。因此，本发明已有效改善因开口率之不同所导致的密集区侧面倾角差异。

[0148] 本发明的一些实施例提供了一种半导体制造设备。所述半导体制造设备包括配置成用于等离子体工艺的腔室。该腔室包括壁，以及用于固定晶圆的支撑件。所述支撑件实质上垂直于所述壁。衬层配置成可拆卸地挂在所述壁上。所述衬层包括实质上平行于所述壁的侧边，以及与在拐角处的所述侧边结合的水平侧。所述水平侧具有第一开口。第二开口放置在靠近所述拐角的位置。

[0149] 本发明的一些实施例提供了一种半导体制造设备。所述半导体制造设备包括被配置成建立用于生成等离子体射频RF能量的匹配网络。所述匹配网络具有第一电路，以因应于射频RF信号而调节电压等级。所述第一电路具有第一节点和第一电感装置，以输出调节过的电压等级。第二电路具有第二电感装置。所述第二电感装置包括耦合到所述第一节点的第一终端以及直接耦接到参考电压等级的第二终端。所述第二电路在所述第一终端和所述第二终端之间的第二节点提供预定电压等级。

[0150] 本发明的一些实施例提供了一种操作具有匹配网络的半导体制造设备的方法。所述方法包括：将射频RF信号传送到所述匹配网络；因应于所述RF信号，通过所述匹配网络建立用于生成等离子体的RF能量，所述匹配网络具有第一节点和电感装置，所述第一电感装置具有耦合到所述第一节点的第一终端以及直接耦接到参考电压等级的第二终端，以及在所述第一终端和所述第二终端之间的第二节点；在所述第二节点提供预定电压；在预定电压等级下点燃等离子体；以及调节所述匹配网络以实现所述RF信号和所述电感装置之间的阻抗匹配。

[0151] 前面概括了几个实施例的特征，使得本领域技术人员可更好地理解本发明的各个方面。本领域技术人员应该明白他们可以将本发明当作基础，用来设计或修改用于执行相同目的和/或获得在此介绍的实施例的相同好处的其它过程和结构。本领域技术人员也可意识到这样等同的构造并不脱离本发明的精神和保护范围，并且在不脱离本发明的精神和保护范围的情况下，他们可以在此做各种改变、替换和修改。