專利名稱：窄隙電容耦合反應(yīng)器的射頻脈沖調(diào)制的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及通過(guò)蝕刻襯底上的層在半導(dǎo)體晶片上提供一種結(jié)構(gòu)的方法和裝置。
2.有關(guān)技術(shù)說(shuō)明在半導(dǎo)體等離子蝕刻應(yīng)用中，等離子蝕刻機(jī)通常用于將掩模圖形轉(zhuǎn)換成晶片上所需薄膜和/或薄膜疊層(導(dǎo)體或介電絕緣體)的電路或連線圖形。將沒(méi)有掩模圖形的區(qū)域中掩模材料下面的薄膜(和薄膜疊層)蝕刻掉，就可實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。這種蝕刻反應(yīng)可以由化學(xué)活性物質(zhì)或帶電粒子(離子)來(lái)啟動(dòng)，帶電粒子是通過(guò)從真空室(也稱為反應(yīng)室或加工室)含有的反應(yīng)混合物中產(chǎn)生等離子體而產(chǎn)生的。此外，通過(guò)在氣體混合物和晶片材料之間所創(chuàng)建的電場(chǎng)，也可使離子向晶片材料加速，以一種稱為各向異性蝕刻的方式沿離子軌跡方向產(chǎn)生蝕刻材料的方向性去除。在蝕刻過(guò)程結(jié)束時(shí)，可將掩模材料剝離去除，在其位置上留下原來(lái)所需掩模圖形的橫向圖形復(fù)制品。
已知在電感性耦合等離子體裝置中使用脈動(dòng)的或調(diào)制的RF電源。相信這種脈動(dòng)在脈沖斷開時(shí)能使電子溫度快速下降，這就降低了平均電子溫度。在RF斷開期間，當(dāng)電子溫度快速下降時(shí)，等離子體離子的密度以慢得多的速率減少，因?yàn)殡x子比電子的質(zhì)量大，所以比電子移動(dòng)得慢得多。所以，這個(gè)過(guò)程可以顯著降低平均電子溫度，但同時(shí)保持平均等離子密度大致不變。這樣可降低電子的成蔭效應(yīng)，降低電子對(duì)半導(dǎo)體器件特性的損壞。這種過(guò)程可以產(chǎn)生單一RF頻率。
發(fā)明概述為實(shí)現(xiàn)上述各項(xiàng)并按照本發(fā)明的目的，提供一種用于對(duì)晶片上的層進(jìn)行等離子蝕刻的裝置。提供一個(gè)電容耦合加工室。氣體源和電容耦合加工室流體連接。在加工室中提供第一電極。第二電極與第一電極分隔開并與之相對(duì)。第一射頻電源電連接到第一和第二電極中的至少一個(gè)，第一射頻電源提供150kHz和10MHz之間的射頻功率。第二射頻電源電連接到第一和第二電極中的至少一個(gè)，第二射頻電源提供12MHz和200MHz之間的射頻功率。第一調(diào)制控制器連接到第一射頻電源，在1kHz到100kHz之間的頻率提供第一射頻電源的控制調(diào)制。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，提供一種用于對(duì)晶片上的層進(jìn)行等離子蝕刻的裝置。提供一個(gè)電容耦合加工室。氣體源和電容耦合加工室流體連接。在加工室中提供第一電極。第二電極與第一電極分隔開并與其相對(duì)，其中第二電極與第一電極分隔開形成間隙，其中晶片可以安裝在第一和第二電極之間，且其特點(diǎn)在于晶片直徑和間隙大小的尺寸比在6∶1到60∶1之間。以第一頻率提供電源信號(hào)的第一射頻電源電連接到第一和第二電極中的至少一個(gè)。以第二頻率提供電源信號(hào)的第二射頻電源電連接到第一和第二電極中的至少一個(gè)，其中第一頻率不同于第二頻率。第一調(diào)制控制器連接到第一射頻電源，以1kHz到100kHz之間的頻率提供第一射頻電源的控制調(diào)制。第二調(diào)制控制器連接到第二射頻電源，在大約1kHz到大約100kHz之間的頻率提供第二射頻電源的控制調(diào)制。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，提供了對(duì)晶片上的層進(jìn)行蝕刻的方法。將晶片放在電容耦合加工室中。將蝕刻氣體提供到加工室中。將電容耦合第一射頻信號(hào)提供到加工室中。對(duì)第一射頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。將電容耦合第二射頻信號(hào)提供到加工室中。對(duì)第二射頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。
以下在本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明中將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的這些和其它特性作更為詳細(xì)的說(shuō)明。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明在附圖中以舉例而非限制的方式示出本發(fā)明，圖中相同的參考編號(hào)表示類似的元件，附圖包括

圖1示出可用于本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中的電容耦合加工室示意圖。
圖2示出可使用本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的處理流程圖。
圖3為F+/CF2+的濃度比與調(diào)制頻率之間的關(guān)系圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明現(xiàn)參閱附圖中所示的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。在以下的說(shuō)明中，提出了許多具體細(xì)節(jié)以便對(duì)本發(fā)明提供透徹的理解。但對(duì)于業(yè)界技術(shù)人員而言，顯然不用部分或全部這些細(xì)節(jié)也可實(shí)施本發(fā)明。在其它實(shí)例中，對(duì)已知的加工步驟和/或結(jié)構(gòu)未作詳述，以免不必要地模糊了本發(fā)明。
在蝕刻過(guò)程中，蝕刻混合氣體離解為各種物質(zhì)。例如，使用C4F8和O2的蝕刻化學(xué)過(guò)程時(shí)，C4F8可離解成蝕刻等離子體中的CF2+和F+離子。F+會(huì)蝕刻光刻膠。所以，為增加蝕刻的選擇性，可能希望C4F8離解成能產(chǎn)生更多的CF2+和較少的F+。所以，最好能夠控制在等離子體中所產(chǎn)生物質(zhì)的比例。
圖1示出可用于本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中的電容耦合加工室100的示意圖。在此實(shí)施例中，等離子體加工室100包括密封環(huán)102；上電極104；下電極108；氣體源110以及排氣泵120。在等離子體加工室100中，襯底晶片180位于下電極108上。下電極108包括用于固定襯底晶片180的適用襯底夾緊機(jī)件(例如，靜電、機(jī)械夾緊等)。加工室上部128包括正對(duì)下電極108放置的上電極104。上電極104、下電極108以及密封環(huán)102界定了密封等離子容積140。氣體由氣體源110通過(guò)氣體入口143提供到密封等離子容積中，并被排氣泵120通過(guò)密封環(huán)102和排氣口從密封等離子容積中抽走。排氣泵120形成等離子加工室的氣體出口。
第一RF源144和第二RF源148電連接到下電極108。第一RF源144提供頻率為150kHz和10MHz之間的射頻功率。該頻率優(yōu)選為大約2MHz。第二RF源148提供頻率為12MHz和200MHz之間的射頻功率。該頻率優(yōu)選為大約27MHz。優(yōu)選的第二RF源148的頻率至少是第一RF源144頻率的10倍。第一脈沖調(diào)制器133可控地連接到第一RF源144。第一脈沖調(diào)制器133能夠在1kHz到100kHz之間的頻率調(diào)制第一射頻源信號(hào)。第二脈沖調(diào)制器135可控地連接到第二RF源148。第二脈沖調(diào)制器135能夠在1kHz到100kHz之間的頻率調(diào)制第二射頻源信號(hào)。在此實(shí)施例中，上電極104接地?？刂破?37可控地連接到第一脈沖調(diào)制器133、第二脈沖調(diào)制器135、排氣泵120以及氣體源110。也可將控制器137可控地連接到其它裝置，例如第一和第二RF源144、148。加工室壁152界定了放置有密封環(huán)102、上電極104和下電極108的等離子體容積。
在優(yōu)選實(shí)施例中，加工300mm晶片時(shí)，上下電極104，108之間的間隙大約為2cm。所以，在此實(shí)施例中，待加工晶片180的直徑(大約是下電極108的直徑)與上電極和下電極之間距離之尺寸比是300mm∶2cm，即15∶1。待加工晶片直徑和電極間隙之間的尺寸比優(yōu)選為6∶1到60∶1之間。更優(yōu)選的尺寸比是在10∶1到40∶1之間。于是，該加工室具有電極間極為狹窄的間隙。這種尺寸比所使用的間隙能使殼層成為體等離子體的重要部分。優(yōu)選的上電極和下電極之間的間隙為小于8cm。更優(yōu)選的上電極和下電極之間的間隙在0.5和4cm之間。最優(yōu)選的上電極和下電極之間的間隙為大約2cm。
圖2示出可使用本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的加工流程圖。操作時(shí)，將具有已作圖形掩模的晶片180放在加工室100中(步驟204)。在此實(shí)施例中，晶片180由下電極108支撐。蝕刻氣體混合物由氣體源110提供到等離子體容積140中(步驟206)。在此實(shí)例中，為蝕刻晶片上光刻膠掩模下的介電層，可以使用氬、C4F8、氧和其它成分氣體。然后提供已調(diào)制的第一和第二RF電源(步驟208)，以創(chuàng)建和維持由蝕刻氣體所形成的等離子體。等離子體用于蝕刻掩模下的層(步驟210)。
不希望受理論的約束，相信在電容耦合加工室中RF電源的調(diào)制會(huì)引起等離子體殼層的改變。在某些系統(tǒng)中這種改變僅影響一小部分等離子體容積。本發(fā)明的加工室具有很薄的等離子體容積(由薄的電極間隙和高尺寸比所界定)，所以受調(diào)制影響的殼層形成了等離子體容積的一個(gè)重要部分。結(jié)果，該調(diào)制可用來(lái)對(duì)等離子體容積的重要部分獨(dú)立控制物質(zhì)的離解以及損失和產(chǎn)生之比。
圖3為F+/CF2+的濃度比與高頻RF源的調(diào)制頻率之間的關(guān)系圖。此圖示意示出當(dāng)調(diào)制頻率增加時(shí)，F(xiàn)+/CF2+之比減小；且調(diào)制頻率可用來(lái)控制比例。這是如何使用本發(fā)明在等離子體容積的重要部分中控制氣體離解比例的一個(gè)實(shí)例。
等離子體的損失和產(chǎn)生之間的比取決于各種因素，例如離子和電子的數(shù)量以及它們的能量。調(diào)制可以用來(lái)改變這些因素。如上述，這種調(diào)制主要影響殼層區(qū)。由于本發(fā)明提供的殼層區(qū)是容積的重要部分，故調(diào)制可用來(lái)影響等離子體的重要容積。
當(dāng)體等離子體的容積改變了相當(dāng)數(shù)量時(shí)，等離子體中損失和產(chǎn)生之間的平衡也就改變。平衡的改變已知會(huì)改變等離子體的參數(shù)，例如電子溫度(以及隨之而來(lái)的等離子體物質(zhì)分裂/離解)。
本發(fā)明還提供了一種增加的控制，可以用來(lái)按照蝕刻類型定制蝕刻。例如，在蝕刻高尺寸比的觸點(diǎn)時(shí)，需要大量殼層來(lái)提供能量較高的離子供蝕刻之用。脈沖調(diào)制器應(yīng)具有利于高殼層電位的調(diào)制頻率，甚至允許在脈沖接通期間有增加的瞬時(shí)功率，其頻率比連續(xù)波工作時(shí)可獲得的頻率更低。如果要在低k介質(zhì)中蝕刻溝槽，離子轟擊應(yīng)減少，所以殼層也應(yīng)減少。調(diào)制通?？刂凭瑲拥妮^低頻率，以允許進(jìn)一步精調(diào)低離子能量，就可實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
調(diào)制也可用來(lái)改變受殼層影響的容積百分比。所以，本發(fā)明能夠提供額外的控制，用于控制蝕刻偏壓、殼層以及離解化學(xué)過(guò)程。控制器能夠使RF電源的調(diào)制互相同步或各自獨(dú)立調(diào)制。
在其它實(shí)施例中，其它的RF電源和電極配置也可使用。例如，另一實(shí)施例可將第一和第二RF源連接到上電極。
從本發(fā)明的具有狹窄等離子體間隙并允許調(diào)制雙RF源的裝置中可以發(fā)現(xiàn)其它的蝕刻優(yōu)點(diǎn)。
雖然已就數(shù)個(gè)優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了說(shuō)明，但有各種改動(dòng)、改變、更改和各種替代等效物，它們都屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。還應(yīng)指出，有許多不同的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法和裝置。所以以下所附權(quán)利要求書應(yīng)理解為包括屬于本發(fā)明的真正精神和范圍之內(nèi)的所有這些改動(dòng)、改變、更改和各種替代等效物。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)晶片上的層進(jìn)行等離子蝕刻的裝置，包括電容耦合加工室；氣體源，與所述電容耦合加工室流體連接；第一電極，在所述加工室中；第二電極，與所述第一電極分隔開并與之相對(duì)；第一射頻電源，電連接到所述第一和第二電極中的至少一個(gè)，其中所述第一射頻電源提供150kHz和10MHz之間的射頻功率；第二射頻電源，電連接到所述第一和第二電極中的至少一個(gè)，其中所述第二射頻電源提供12MHz和200MHz之間的射頻功率；以及第一調(diào)制控制器，連接到所述第一射頻電源，在1kHz到100kHz之間的頻率提供所述第一射頻電源的控制調(diào)制。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述晶片有一直徑，且其中所述第二電極與所述第一電極分隔開，以使所述第一電極和所述第二電極之間的空間具有對(duì)所述晶片直徑之比為1∶6到1∶60之間。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，還包括第二調(diào)制控制器，它連接到所述第二射頻電源，在大約1kHz到大約100kHz之間的頻率提供所述第二射頻電源的控制調(diào)制。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述第二電極與所述第一電極分隔開的距離小于8cm。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述第二射頻是所述第一射頻的10倍以上。
6.如權(quán)利要求3所述的裝置，在所述加工室中還包括至少一個(gè)密封環(huán)，其中所述至少一個(gè)密封環(huán)界定等離子體容積。
7.如權(quán)利要求3所述的裝置，還包括控制器，它可控地連接到所述第一調(diào)制控制器和所述第二調(diào)制控制器。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括第二調(diào)制控制器，它連接到所述第二射頻電源，在大約1kHz到大約100kHz之間的頻率提供所述第二射頻電源的控制調(diào)制。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述第二射頻是所述第一射頻的10倍以上。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第二電極與所述第一電極分隔開的距離小于8cm。
11.一種用于對(duì)晶片上的層進(jìn)行等離子蝕刻的裝置，包括電容耦合加工室；氣體源，與所述電容耦合加工室流體連接；第一電極，在所述加工室中；第二電極，與所述第一電極分隔開并與之相對(duì)，其中所述第二電極與所述第一電極分隔開形成間隙，且其中所述晶片可以安裝在所述第一和第二電極之間，且其中晶片直徑和間隙大小的尺寸比在6∶1到60∶1之間；第一射頻電源，用于以第一頻率提供電源信號(hào)，它電連接到所述第一和第二電極中的至少一個(gè)；第二射頻電源，用于以第二頻率提供電源信號(hào)，它電連接到所述第一和第二電極中的至少一個(gè)，其中所述第一頻率不同于所述第二頻率；第一調(diào)制控制器，它連接到所述第一射頻電源，在1kHz到100kHz之間的頻率提供所述第一射頻電源的控制調(diào)制；以及第二調(diào)制控制器，它連接到所述第二射頻電源，在大約1kHz到大約100kHz之間的頻率提供所述第二射頻電源的控制調(diào)制。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述第二電極與所述第一電極分隔開的距離小于8cm。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述第二射頻是所述第一射頻的10倍以上。
14.如權(quán)利要求11所述的裝置，在所述加工室中還包括至少一個(gè)密封環(huán)，其中所述至少一個(gè)密封環(huán)界定等離子體容積。
15.如權(quán)利要求11所述的裝置，還包括控制器，它可控地連接到所述第一調(diào)制控制器和所述第二調(diào)制控制器。
16.蝕刻晶片上的層的方法，包括將所述晶片放在電容耦合加工室中；將蝕刻氣體提供到所述加工室中；將電容耦合的第一射頻信號(hào)提供到所述加工室中；調(diào)制所述第一射頻信號(hào)；將電容耦合的第二射頻信號(hào)提供到所述加工室中；以及調(diào)制所述第二射頻信號(hào)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第二射頻是所述第一射頻的10倍以上。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述第一射頻調(diào)制在1kHz到100kHz之間的頻率調(diào)制所述第一射頻，且其中所述第二射頻調(diào)制在1kHz到100kHz之間的頻率調(diào)制所述第二射頻。
19.一種半導(dǎo)體器件，用如權(quán)利要求16所述的方法形成。
全文摘要
提供了一種用于對(duì)晶片上的一層進(jìn)行等離子體蝕刻的裝置。提供了一種電容耦合加工室。提供氣體源。在加工室中提供第一和第二電極。第一射頻電源電連接到第一和第二電極中的至少一個(gè)，其中第一射頻電源提供射頻功率。第二射頻電源電連接到第一和第二電極中的至少一個(gè)。第一調(diào)制控制器連接到第一射頻電源，提供第一射頻電源的控制調(diào)制。
文檔編號(hào)H01J37/32GK1816893SQ200480019139
公開日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2004年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月6日
發(fā)明者P·勒溫哈德特, M·斯里尼瓦桑, A·菲舍爾 申請(qǐng)人:蘭姆研究有限公司