離子束蝕刻系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及離子束蝕刻系統(tǒng)，具體而言，公開的實施例涉及用于從襯底去除材料的方法和裝置。在各種實施方案中，從半導體襯底上的諸如溝槽、孔或柱等先前的蝕刻特征的側(cè)壁上去除導電材料。在實施本文中的技術(shù)時，襯底設置在反應腔室中，反應腔室被成波紋狀的離子提取板分隔成上方等離子體產(chǎn)生腔室和下方處理腔室，孔隙貫通所述離子提取板。提取板呈波紋狀，使得等離子體鞘遵循提取板的形狀，使得離子以相對于襯底成角度地進入下方處理腔室。如此，在處理期間，離子能夠穿透進入先前蝕刻的特征并且在這些特征的側(cè)壁上撞擊襯底。通過該機制，可以去除特征的側(cè)壁上的材料。
【專利說明】離子束蝕刻系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明總體上涉及半導體制造領(lǐng)域，具體涉及離子束蝕刻系統(tǒng)以及用于從半導體器件結(jié)構(gòu)中的特征的側(cè)壁去除材料的方法

【背景技術(shù)】
[0001]半導體制造中經(jīng)常采用的一種操作是蝕刻操作。在蝕刻操作中，從集成電路的半成品上部分地或全部地去除一種或多種材料。特別是在所涉及到的幾何結(jié)構(gòu)小、使用高深寬比或需要精確的圖案轉(zhuǎn)印的情況下，經(jīng)常使用等離子體蝕刻。
[0002]隨著從平面結(jié)構(gòu)發(fā)展到3D晶體管結(jié)構(gòu)(例如，用于邏輯器件的FinFET柵極結(jié)構(gòu))和諸如磁阻式隨機存取存儲器(MRAM)和電阻式隨機存取存儲器(ReRAM)之類的先進的存儲器結(jié)構(gòu)，為了生產(chǎn)出高品質(zhì)產(chǎn)品，等離子體蝕刻工藝需要愈加精確和均勻。常規(guī)蝕刻技術(shù)的一個問題在于，蝕刻副產(chǎn)物沒有被掃除，而是有時會再沉積到不期望有這種沉積的表面上。例如，副產(chǎn)物可能沉積到襯底上，特別是特征的側(cè)壁上。副產(chǎn)物通常是金屬或富金屬膜。當蝕刻非易失性物質(zhì)時，這在制作諸如MRAM、ReRAM、交叉點存儲器器件等先進器件時是常見的情況，該再沉積現(xiàn)象以及不完全或非垂直側(cè)壁蝕刻的相關(guān)問題尤其成問題。這些蝕刻工藝中占優(yōu)勢的可能是離子濺射，一種通常導致特征側(cè)壁上有某些量的再沉積物的方法。
[0003]在襯底上的非期望的蝕刻副產(chǎn)物沉積會導致許多問題，包括差的蝕刻結(jié)果和不達標的器件。例如，沉積會導致非垂直蝕刻輪廓或其他蝕刻非均勻性。此外，沉積會導致電氣問題，特別是在所蝕刻的結(jié)構(gòu)具有交錯層的介電膜和導電膜的情況下。在一些情況下，非期望的金屬材料會沉積到蝕刻疊層的側(cè)壁上，從而在應電絕緣的層之間形成電連接。該連接在疊層中形成了短路并且會導致器件故障。這種故障的一個示例是跨MRAM器件的磁隧道結(jié)(MTJ)勢壘形成短路。
[0004]因此，對于改進的容許在襯底已蝕刻之后從半導體襯底去除不希望有的材料(特別是蝕刻特征的側(cè)壁上的材料)的半導體制作方法和裝置存在需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本文的一些實施例涉及用于在蝕刻之后從襯底上去除不希望有的材料的方法和裝置。在各個實施例中，襯底是半導體襯底半成品，并且所述不希望有的材料包括在蝕刻特征的側(cè)壁上的金屬沉積物。可以通過利用成角度的離子束從特征側(cè)壁濺射去除非期望的金屬沉積物的方式來去除材料。成角度的離子束可利用波紋狀的離子提取板來得到，波紋狀的離子提取板容許離子以相對于襯底表面的各種角度進入襯底處理腔室。
[0006]在本文的實施例的一個方案中，提供了用于從半導體器件結(jié)構(gòu)中的特征側(cè)壁去除材料的方法，該方法包括:(a)在反應腔室中接收襯底，其中所述反應腔室被離子提取板分隔成等離子體產(chǎn)生子腔室和處理子腔室，其中離子提取板至少部分成波紋狀且具有孔隙，所述孔隙設計或構(gòu)造為以相對于襯底的多種角度引導離子通過其中；(b)使等離子體產(chǎn)生氣體流入等離子體產(chǎn)生子腔室并且在所述等離子體產(chǎn)生子腔室中產(chǎn)生等離子體；以及(c)使來自等離子體產(chǎn)生子腔室的離子加速、通過離子提取板、且以多種角度朝向襯底進入處理容積腔(volume)，從而從朝向多個方向的特征側(cè)壁去除材料。
[0007]在一些情況下，半導體器件結(jié)構(gòu)的特征包括位于兩個蝕刻導電層之間的蝕刻絕緣層。在各種實施方案中，特征可以是溝槽、孔或柱。至少一些孔隙通常將具有以相對于襯底非垂直的角度定向的中心軸線。在一些實施例中，在處理子腔室中基本上不存在等離子體。換言之，處理子腔室可基本上無等離子體。
[0008]在一些實施方案中，該方法還包括:在處理期間，使離子提取板旋轉(zhuǎn)，但是在單個方向上小于或等于360°。離子提取板還可以旋轉(zhuǎn)到使襯底的局部部分暴露于源自多個不同類型段(segments)中的每一個段的離子的程度。在一些實施例中，離子提取板沿著延伸貫通離子提取板的中心和襯底的軸線移動。在單次蝕刻操作期間，在多步驟蝕刻工藝中的不同步驟之間，或者在處理不同襯底其間，會發(fā)生旋轉(zhuǎn)和/或平移。在這些或其他的實施例中，襯底保持器可以在處理期間為固定的。在各個實施方案中，所述方法還包括:在操作(a)之前，蝕刻襯底中的特征。在這些情況下，所述方法還可以包括:在(a)之前，將襯底從執(zhí)行蝕刻的裝置移動到反應腔室。此外，在一些實施例中，所述方法包括向離子提取板施加偏置。
[0009]在本文的實施例的另一方案中，提供了用于從半導體襯底表面上的特征的側(cè)壁去除材料的裝置，該裝置包括:(a)反應腔室；(b)離子提取板，其位于反應腔室中，從而將反應腔室分隔成等離子體產(chǎn)生子腔室和處理子腔室，其中離子提取板的至少部分成波紋狀，并且其中離子提取板具有孔隙，所述空隙設計或構(gòu)造成容許離子通過其中；(c)所述等離子體產(chǎn)生子腔室的一個或多個氣體入口 ；(d)所述反應腔室的一個或多個氣體出口 ；(e)設計或構(gòu)造為在等離子體產(chǎn)生子腔室中產(chǎn)生等離子體的等離子體產(chǎn)生源；以及(f)襯底支撐件。
[0010]所述裝置還可以包括控制器。在一些情況下，控制器設計或構(gòu)造為在等離子體產(chǎn)生子腔室中產(chǎn)生等離子體，向離子提取板施加偏置，以及使離子提取板旋轉(zhuǎn)小于或等于沿單個方向測量的大約360°。控制器還可以設計或構(gòu)造為在從襯底的特征的側(cè)壁上去除材料的同時使離子提取板沿順時針方向和逆時針方向旋轉(zhuǎn)。
[0011]裝置還可以包括將離子提取板與襯底支撐件連接的RF帶，其中所述RF帶設計或構(gòu)造為在襯底支撐件上提供與施加到離子提取板上的偏置對應的偏置。在各個實施例中，延伸貫通孔隙中心的軸線可定向成與離子提取板的定位有孔隙的局部表面垂直，從而在與離子提取板的局部表面大致垂直的方向上引導離子的通過。在一些情況下，至少一些孔隙是錐形的，使得當考慮單個孔隙時，離子提取板的朝向處理子腔室的一側(cè)上的孔隙開口面積比離子提取板的朝向等離子體產(chǎn)生子腔室的一側(cè)上的孔隙開口面積大。
[0012]在這些或其他情況下，離子提取板的波紋部分可以包括多個錐形特征，其中孔隙定位成使得它們延伸貫通錐形特征的相對于襯底支撐件傾斜的表面。離子提取板還可以包括多個波紋段，其中波紋的定向在相鄰段之間不同。在一些實施方案中，使用至少兩種不同類型的波紋段。第一類型段可設計或構(gòu)造為在徑向上偏離于與襯底的加工面垂直的方向的方向上引導離子。第二類型段可設計或構(gòu)造為在方位上偏離于與襯底的加工面垂直的方向的方向上引導離子。在一些情況下，波紋角可以在大約1-75°之間。此外，在一些情況下，使用至少兩個波紋角。
[0013]穿過孔隙的離子的方向可以繞著延伸貫通孔隙中心的軸線成錐形分布。在其他情況下，離子的方向更不成錐形且更加準直(collimated)。在離子提取板的平均位置(或其波紋部分)和當襯底存在于襯底支撐件上時襯底的電鍍面之間有距離。在一些實施例中，該距離小于大約10cm。在各種情況下，離子提取板能夠繞著延伸貫通離子提取板的中心的軸線旋轉(zhuǎn)。裝置還可以包括平移致動器，在襯底處理期間，所述平移致動器用于使離子提取板朝向襯底支撐件以及遠離襯底支撐件移動。平移致動器還可以設計或構(gòu)造為使離子提取板在平行于襯底的方向上移動。在這些或其他情況下，相鄰波紋峰之間的距離至少為大約2mm。在一些情況下，該距離在大約5-20mm之間。在一些情況下，孔隙位置的圖案在相鄰波紋特征之間變化。反應腔室還可構(gòu)造為當波紋狀的離子提取板不存在時在垂直方向上蝕刻襯底，并且構(gòu)造為當波紋狀離子提取板存在時在多個成角度方向上蝕刻襯底。
[0014]下面將參考相關(guān)的附圖來描述這些和其他特征。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1示出了根據(jù)公開的實施例的成角度的等離子體蝕刻反應器的剖視圖。
[0016]圖2A-D示出了在處理的各階段中集成電路半成品的的疊層結(jié)構(gòu)。
[0017]圖3A是示出了實施本文的實施例的方法的流程圖。
[0018]圖3B是示出了可以使用所公開技術(shù)的更寬泛的半導體制作方法的流程圖。
[0019]圖3C是示出了可以使用所公開技術(shù)的備選的寬泛的半導體制作方法的流程圖。
[0020]圖3D示出了在圖3C中公開的各制造階段中的半導體器件半成品。
[0021]圖4A-D示出了根據(jù)本文中的一些實施例的離子提取柵格的各個實施例。
[0022]圖5A-D示出了離子提取柵格的波紋特征，具體強調(diào)了孔隙的尺寸/形狀對離子軌跡的影響。
[0023]圖6A-B示出了離子提取柵格的波紋特征，具體強調(diào)了波紋尺度(scale)對離子軌跡的影響。
[0024]圖7示出了根據(jù)公開的一些實施例的成角度的等離子體蝕刻反應器。

【具體實施方式】
[0025]在該申請中，可互換地使用術(shù)語“半導體晶片”、“晶片”、“襯底”、“晶片襯底”和“集成電路半成品”。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應理解的是術(shù)語“集成電路半成品”可以指在集成電路制作的許多階段中任一階段中的硅晶片。在半導體器件行業(yè)中使用的晶片或襯底通常具有200mm或300mm或450mm的直徑。下面的詳細說明假設在晶片上實現(xiàn)本發(fā)明。然而，本發(fā)明不限于此。工件可具有各種形狀、尺寸和材料。除了半導體晶片之外，可利用本發(fā)明的其他工件包括諸如印刷電路板等各種物品。
[0026]在下面的說明中，闡述了多方面的具體細節(jié)，從而提供對提出的實施例的充分理解。所公開的實施例可在不具有這些具體細節(jié)中的一些或全部的情況下實施。在其他情形下，沒有詳細描述公知的工藝操作，以免不必要地使所公開的實施例不清晰。雖然結(jié)合具體實施例描述了公開的實施例，但是應當理解不意在限制所公開的實施例。
[0027]此外，雖然說明中經(jīng)常提到“上方”和“下方”元件(或類似地提到“頂部”和“底部”、“左側(cè)”和“右側(cè)”，等等)，但這些描述是以非限制方式使用，僅為了清晰的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應理解的是同樣可以使用其他構(gòu)造。在一些實施例中，本文中描述為“上方”和“下方”的元件可以變成例如“下方”和“上方”或“左側(cè)”和“右側(cè)”元件。
[0028]本文的實施例一般涉及半導體處理方法和裝置。更具體地，實施例涉及用于從蝕刻特征的側(cè)壁去除諸如金屬沉積物之類的不希望有的材料的方法和裝置。所公開的方法通常是在已經(jīng)對襯底進行等離子體蝕刻之后來實施的。在一些實施例中，蝕刻特征是溝槽或其他凹陷部。所述方法可以在單獨的模塊中實施，或者在自先前蝕刻工藝發(fā)生之時已經(jīng)進行適當修改(例如，通過添加離子提取板)的蝕刻模塊中實施。
[0029]在實施所公開的技術(shù)時，在處理腔室中提供襯底。圖1示出了恰當?shù)奶幚硌b置100的簡化剖視圖。襯底101位于反應腔室103中的襯底支撐件105上。在許多實施方案中，襯底支撐件是固定的(即，不旋轉(zhuǎn)也不以其他方式移動)。在一些情況下，襯底支撐件105是靜電卡盤。離子提取板107位于襯底101上方，且由與旋轉(zhuǎn)致動器115連接的支撐件111支撐。在一些實施例中，離子提取板107包括附加罩部。罩可以包括從離子提取板垂直向下延伸的柱形側(cè)壁132以及從側(cè)壁132向內(nèi)延伸的平坦環(huán)狀表面133。離子提取板本身107可以充當罩的頂板。側(cè)壁132和平坦表面133可以是導電的，并且支撐件111可以是非導電的。在其他實施例中，諸如圖7所示的一個實施例，不存在該罩結(jié)構(gòu)。離子提取板107將處理腔室103分隔成上方等離子體產(chǎn)生腔室123和下方處理腔室125。腔室123和125有時分別稱為上方子腔室和下方子腔室。
[0030]離子提取板107具有非平面型的截面(如圖1中從側(cè)面看到的)。在圖1的實施例中，離子提取板107的截面具有一系列的波峰127和波谷129，波峰和波谷形成了波紋狀表面。
[0031]現(xiàn)在為清晰起見會定義幾個基本的波紋單元。表面被視為基礎(chǔ)波紋單元。表面是波紋特征的由兩個頂點/邊緣界定的連續(xù)部分(例如，在波峰和波谷之間的表面)。實施例包括但不限于，三角形/角錐狀結(jié)構(gòu)一個支腿的和圓錐的傾斜部分(即，非基底部分)的平坦表面。表面可以包括多個孔隙。
[0032]波紋特征通常是由多個不同角度/定向的表面構(gòu)成的。波紋特征提供了統(tǒng)一地構(gòu)成波紋段(或可能為板的整個波紋，其中不使用不同的段)的可能重復的特征組中的單個單元。特征典型地包括分離兩個組成表面的頂點(例如，最高點、最低點，波峰或波谷)，當在截面圖中觀察時，兩個組成表面通常彼此定向不同。波紋特征的示例包括在手風琴狀波紋圖案中從波峰到波峰或波谷到波谷的單個跨距、或單個錐形、單個角錐狀、單個半球等。在為例如錐形或半球形的波紋特征的情況下，應理解的是波紋特征的表面實際上可以是單個連續(xù)表面。盡管如此，當在截面圖中觀察時，這些特征能夠視為具有分離兩個不同定向的表面的頂點。錐形、角錐狀、半球等都視為不同類型的波紋特征。另一種不同類型的波紋特征是手風琴形特征，其具有交替地向上和向下傾斜的平坦表面。
[0033]波紋段是離子提取板的具有單一類型的波紋特征的區(qū)域。舉例而言，段可以:(a)僅具有錐形特征；或(b)僅具有半球形特征；或(C)僅具有手風琴形特征，其中頂點(即，波峰和波谷)類似且在第一方向上對齊；或(d)僅具有手風琴形特征，其中頂點類似且在第二方向上對齊。參考圖4A，僅存在單個波紋段。該段包括多個波紋特征(錐形)。參考圖4B，存在8個單獨的波紋段，雖然僅存在兩種不同類型的、交替的段404和406。段404是單個大致三角形的角錐形波紋特征，而段406包括多個手風琴形特征。這些圖將在下文中進一步論述。
[0034]如本文所使用的，術(shù)語波紋用來描述當從側(cè)面觀察時具有交替地向上和向下傾斜的部分的特征/段/板。不視為波紋狀的板的示例是這樣一種板:即，在內(nèi)平坦區(qū)域周圍存在外傾斜區(qū)域(一個或多個)，其中傾斜區(qū)域均朝向襯底中心大致面向內(nèi)。在該情況下，板將具有梯形的截面部分(當從側(cè)面觀察時)，并且不視為波紋狀的，因為其不具有交替地向上和向下傾斜的表面。
[0035]離子提取板107具有延伸貫通板107的厚度的孔隙109?？紫?09定向成使得穿過它們的軸線與離子提取板107的局部表面垂直。因為表面是非平面型的，所以孔隙109中的許多或全部可以以與襯底的電鍍面不垂直的角度定向。
[0036]在處理期間，等離子體產(chǎn)生氣體通過氣體入口 117進入。用于產(chǎn)生或維持等離子體的任何氣體或氣體混合物可稱為等離子體產(chǎn)生氣體。通過等離子體產(chǎn)生裝置121，主要地或者唯一地在等離子體產(chǎn)生腔室123中產(chǎn)生等離子體。在圖1的實施例中，通過使用線圈121來產(chǎn)生電感耦合的等離子體，通過介電窗131將線圈121與等離子體產(chǎn)生腔室123分隔開。在各個實施例中，離子提取板107將等離子體約束在等離子體產(chǎn)生腔室123中，以使處理腔室125基本上無等離子體。在各個實施例中，提取板107的外邊緣和腔室壁103分隔開一距離。該分隔距離有助于確保提取板107恰當?shù)仄?，如下文將說明的。
[0037]偏置可施加到離子提取板107上。RF帶113將離子提取板107與襯底支撐件105連接，以使得在一些實施例中，施加到離子提取板107的偏置與施加到襯底支撐件105的偏置相等。存在于等離子體產(chǎn)生腔室123中的離子穿過離子提取板107中的孔隙109。由于孔隙109的成角度的定向，以及施加到板107上的偏置，離子以相對于襯底101成角度地被引入處理腔室125中。離子接觸襯底101的表面以濺射，并由此去除非期望的材料。因為離子正以相對于襯底表面成角度行進，所以離子的一部分會行進到襯底上的蝕刻特征中，以使它們?yōu)R射而從特征的側(cè)壁中去除材料。在各個實施例中，旋轉(zhuǎn)致動器115使離子提取板107在處理期間旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)將蝕刻特征暴露于沿由離子提取板107上的多個不同定向的孔隙形成的角度范圍內(nèi)的角度導入的離子。在一些情況下，離子濺射/激活和活性化學物質(zhì)的結(jié)合可用于去除不希望有的材料?；钚曰瘜W蝕刻劑可提供于被引入反應腔室103中的處理氣體中，在一些情況下，直接引入下方的處理腔室125。
[0038]圖2A-D示出了根據(jù)本文中的實施例的在制造過程中的不同階段的集成電路半成品。圖2A示出了在被蝕刻之前的襯底。此處，襯底具有第一層202、第二層204、第三層206和圖案化的掩模層208?？梢愿鶕?jù)常規(guī)技術(shù)來蝕刻襯底以產(chǎn)生圖2B所示的蝕刻襯底。在蝕刻工藝中，不希望有的材料210會堆積在蝕刻特征的側(cè)壁上。應當去除該不希望有的材料以改善蝕刻特征并且降低器件發(fā)生故障的可能性。在例如第一層202和第三層206導電且第二層204絕緣的情況下，尤其易于發(fā)生器件故障。在這種情況下，絕緣層204的一種用途可為將第一層202和第三層206電隔離。然而，可能導電的不希望有的材料210會在第一層202與第三層206之間形成短路，導致器件故障。因此，在進行進一步處理之前，應當去除該不希望有的材料210。
[0039]圖2C示出了根據(jù)本文中公開的各個實施例的用離子轟擊經(jīng)蝕刻的襯底。離子的軌跡通過箭頭示出。如圖1所示，由于孔隙109在離子提取板107上的成角度的定向，因而離子成角度地行進。離子與襯底相互作用以濺射不希望有的材料210，使其離開特征的側(cè)壁。圖2D示出了根據(jù)所公開的方法處理之后的襯底。不希望有的材料210被去除，并且蝕刻輪廓被改善。
[0040]下文參考圖7來描述可用于實現(xiàn)所公開技術(shù)的等離子體反應器的更具體的示例。下文參考圖4A-C和圖5-6來描述適合用作離子提取板的板式結(jié)構(gòu)的示例。
方法
[0041]圖3A示出了描繪依照各個公開的實施例從特征側(cè)壁去除材料的工藝300A的流程圖。在一些情況下，特征是寬為介于大約10-60nm之間或者寬為介于大約5-100nm之間的溝槽。在其它情況下，特征可以是具有大約5-100nm之間或大約10_60nm之間的直徑的柱或孔。工藝300A開始于框301，其中在反應腔室中接收蝕刻的襯底。如上所述，反應腔室由離子提取板分隔成上方等離子體產(chǎn)生腔室和下方處理腔室。將襯底提供到下方處理腔室，并且通常由諸如靜電卡盤之類的襯底支撐件來支撐。
[0042]在框303處，等離子體產(chǎn)生氣體流入等離子體產(chǎn)生腔室。由等離子體產(chǎn)生氣體來產(chǎn)生等離子體。在框305處，向離子提取板施加偏置。在各個實施例中，離子提取板與支撐襯底的靜電卡盤電耦合。該連接可通過由導電材料構(gòu)造而成的RF帶來實現(xiàn)。通過這種方式，襯底可被偏置到與離子提取板相同的RF電位。
[0043]在框307處，上方等離子體產(chǎn)生腔室中的離子穿過離子提取板中的孔隙并且行進到下方處理腔室中，以使得在框309處它們可以與襯底的表面相互作用。在多種情況下，等離子體被約束到等離子體產(chǎn)生腔室且不會泄漏到下方處理腔室。
[0044]可通過施加的偏置使離子加速。離子中的許多或全部可以相對于襯底面成角度行進。如本文其它地方說明的，由于離子提取板中的孔隙的成角度的定向和尺寸，離子具有成角度的速率。由于離子的成角度的速率，許多離子能夠穿透到蝕刻特征中并且撞擊特征的側(cè)壁。撞擊蝕刻特征的側(cè)壁的離子能夠幫助去除沉積到蝕刻特征側(cè)壁上的不希望有的材料。如果離子的軌跡是垂直的而不是成角度的，則穿透到蝕刻特征中的離子將很可能撞擊特征的底部，而不是側(cè)壁。此外，雖然具有一些垂直軌跡的離子將撞擊側(cè)壁，但是高的入射角導致了相當慢的去除過程。通過使用成角度的離子軌跡，穿透到特征中的離子將以小的入射角撞擊側(cè)壁，使得更快地去除其上面的材料。在一些情況下，離子會濺射而去除不希望有的材料。在其它情況下，離子可以激活表面(例如，蝕刻特征的側(cè)壁)，然后，活性化學物質(zhì)可用于從激活的表面去除不希望有的材料?？赏ㄟ^與真空源連接的出口將不希望有的材料從反應腔室清掃出去。
[0045]圖3B示出了可受益于所公開技術(shù)的示例性的半導體制作工藝。特別地，圖3B涉及到更寬泛的制作背景，其中可以發(fā)生在圖3A中所描述的成角度蝕刻工藝。在名為DRY ETCHING METHOD, MICROFABRICAT1N PROCESS AND DRY ETCHING MASK 的美國專利N0.6，689，283中進一步論述和描述了該更寬泛的半導體制作方法的示例，該美國專利的全文通過引用合并于此。
[0046]工藝300B開始于框302，其中具有交替的導電材料層和絕緣材料層的疊層沉積在襯底上。在一個實施例中，疊層由交替的導電材料層和絕緣材料層制成。在各種情況下，沉積了疊層的襯底是半導體晶片。接著，在框304處，抗蝕劑層沉積到交替層的疊層上。可以利用光刻技術(shù)將抗蝕劑層微圖案化。在特定情況下，圖案化的抗蝕劑層為例如使用旋涂法沉積且利用UV或電子束曝光設備制出圖案的正型抗蝕劑。在框306處，掩模層沉積到圖案化的抗蝕劑層上。在一些情況下，掩模層由氮化鈦(TiN)制成，可以通過反應性濺射法來沉積掩模層。
[0047]接著，在框308處，去除圖案化的抗蝕劑層以形成圖案化的掩模層。在一些實施例中，該去除可通過將襯底浸入容積池中以及施加超聲波能量以去除圖案化的抗蝕劑的剝離法來實現(xiàn)。接著，可以在框310處對襯底上的疊層進行蝕刻以形成蝕刻疊層。蝕刻可通過等離子體蝕刻技術(shù)來進行，例如，這通常會將一定量的不希望有的材料留在蝕刻特征的側(cè)壁上。然后，在框312處，可以使用本文中公開的成角度離子束蝕刻技術(shù)來從蝕刻特征的側(cè)壁上去除不希望有的材料。例如，圖3A中所示的工藝300A可實現(xiàn)于操作312中。圖3C-D示出了可使用所公開技術(shù)的附加的示例性的半導體制作工藝。圖3C是說明主要處理操作的流程圖，而圖3D示出了在圖3C的每個階段之后的半導體器件半成品。在名為“DRYETCHING METHOD FOR MAGNETIC MATERIAL” 的美國專利 N0.RE40, 951 中描述了該半導體制作方法的示例，該美國專利的全文通過引用合并于此。
[0048]工藝300C開始于框351，其中沉積了具有交替的導電材料層和絕緣材料層的疊層。在一個示例中，這些層包括 Ta370、A1371、Ta372、PtMn373、CoFe374、Al203375、CoFe376、NiFe377和Ta378 (從距晶片最近到距晶片最遠)。層374-376 (CoFe/Al203/CoFe組)構(gòu)成了交替的導電材料層和絕緣材料層。上方的CoFe層376可稱為自由層，下方的CoFe層374可稱為釘扎層(pinned layer)。PtMn層373是反鐵磁層。接著，在框353處，根據(jù)已知技術(shù)來沉積和圖案化抗蝕劑層379。然后，在框355處，對最上層的Ta378進行蝕刻以形成圖案化的掩模層378。以此方式，抗蝕劑層上的圖案可以轉(zhuǎn)印到掩模層上。當蝕刻磁性層(包括CoFe層374和376、A1203層375和PtMn層373)時，Ta適合于用作掩模層。在第一蝕刻工序中將掩模層蝕刻/圖案化之后，層370-377未被蝕刻/連續(xù)，而層378-379被蝕刻/圖案化。在一個實施例中，該第一蝕刻工序是通過CF4氣體來進行的。在框355處的第一蝕刻工序之后，可以去除光致抗蝕劑層379。
[0049]接著，在框357處，執(zhí)行第二蝕刻工序，其中蝕刻層373-377。在一些情況下，第二蝕刻工序使用甲醇作為蝕刻劑。在該第二蝕刻工序之后，層372和更低的層未被蝕刻/連續(xù)，而層373和更高的層被蝕刻/圖案化。Ta層372充當掩模以保護下面的層，與圖案化的Ta層378在存在層378的區(qū)域中充當下面的層的掩模的情形非常類似。通過使用該工藝，能夠形成隧道磁阻結(jié)構(gòu)(TMR)。在該第二蝕刻工序中，沉積材料層380可以形成在蝕刻疊層的側(cè)壁上。此外，雖然在框357處顯示圖3D中的疊層具有極垂直的蝕刻輪廓，但是實際不一定是這樣的，側(cè)壁可以更傾斜，如圖2C-D中所示。沉積材料層380會在CoFe層374與376之間形成短路。為解決該問題，在框359中可以使用本文中所描述的技術(shù)來執(zhí)行成角度離子蝕刻，從而去除沉積在側(cè)壁上的材料并且改進器件。
[0050]蝕刻機制
[0051]在一些情況下，從蝕刻特征的側(cè)壁上去除不希望有的材料可通過僅利用離子濺射來實現(xiàn)。在其它實施例中，使用活性化學物質(zhì)以及離子曝露來便于材料去除。在使用活性化學物質(zhì)的情況下，離子的一個用途是激活表面以進行反應。
[0052]本文中的實施例可用于蝕刻各種材料。例如，在一些實施方案中，待蝕刻材料可以包括膜或包括含多層膜的疊層，膜或疊層包含具有以下元素或其化合物和合金:Ta，Ni,Fe,Co, Ru, Pt, Μη, Ir, Si, Cu, Mg, Zr, Pb, 0, N等。該列表不是窮盡的，且不意在限制。在一些實施例中，待蝕刻襯底是MRAM或ReRAM器件半成品。此外，待蝕刻材料可以是沉積在襯底上的材料疊層。疊層可以具有交替的/交錯的介電材料層和導電材料層。在特定的實施例中，疊層具有至少一個導電-介電-導電夾層(即，位于兩個導電材料層之間的介電材料層)。
[0053]等離子體產(chǎn)生氣體是輸送到上方等離子體產(chǎn)生腔室的氣體。該氣體用于生成和/或維持該空間中的等離子體。典型地，等離子體的作用是作為注入下方處理腔室的離子的源。這些離子可以是惰性的或活性的。
[0054]可以使用的惰性氣體的示例包括氦氣、氖氣、氬氣、氪氣和氙氣。可使用的活性氣體的示例包括但不限于氫氣(H2)、氧氣(O2)、氮氣(N2)、甲烷(CH4)、四氟化碳(CF4)、氯氣(Cl2)、溴化氫(HBr)、氨(NH3)、三氟化磷(PF3)、碳酰氟(COF2)、一氧化碳(CO)、一氧化氮(NO)、甲醇(CH3OH)、乙醇(C2H5OH)、乙酰丙酮(C5H8O2)、六氟乙酰丙酮(C5H2F6O2)、亞硫酰氯(SOCl2)、亞硫酰氟(SOF2)、醋酸(CH3COOH)、吡啶(C5H5N)和/或蟻酸(HCOOH)。在各個實施例中，使用這些蝕刻反應劑的組合。例如，在一些情況下，使用C0+N0的組合。在另一情況下，使用C02+N02的組合。在又一情況下，吡啶與亞硫酰氯和/或亞硫酰氟組合。其它組合同樣是可能的?？梢圆糠值鼗谒褂玫奈g刻化學物質(zhì)和待蝕刻材料來選擇用于產(chǎn)生等離子體的氣體以減少或消除反應腔室中的不希望有的反應。這些材料和反應僅僅是示例性的，不意在以任何方式限制實施例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應理解的是，本文中的技術(shù)可與各種材料和反應一起使用。
[0055]在使用活性氣體的情況下，其可以作為等離子體產(chǎn)生氣體的部分輸送，或者其可以單獨地輸送。例如，在一個實施例中，活性氣體輸送到等離子體產(chǎn)生腔室(其中有或沒有惰性的等離子體產(chǎn)生氣體)。在另一實施例中，活性氣體直接輸送到下方處理腔室，而另一氣流將等離子體產(chǎn)生氣體輸送到上方的等離子體產(chǎn)生腔室。
[0056]用于從特征的側(cè)壁去除不希望有的材料的機制將取決于輸送到等離子體產(chǎn)生腔室和處理腔室的氣體的選擇。在惰性氣體輸送到等離子體產(chǎn)生腔室且不使用活性氣體的情況下，去除是以離子蝕刻為主的。相反，在等離子體產(chǎn)生氣體包括活性類物質(zhì)的情況下，去除會受活性離子蝕刻影響或以活性離子蝕刻為主。此外，在等離子體產(chǎn)生氣體包括惰性離子并且單獨的蝕刻劑源直接輸送到下方處理腔室的情況下，不同的去除機制可占優(yōu)。
[0057]在各種實現(xiàn)方案中，可以使用離子蝕刻。離子蝕刻一般是指通過用惰性氣體進行物理濺射來去除原子。物理濺射是通過離子和與這些離子碰撞的材料之間的動量交換來驅(qū)動的。在撞擊時，入射離子引起目標中的碰撞級聯(lián)。當這種級聯(lián)反沖且以比表面結(jié)合能大的能量到達目標表面時，可以逐出原子，稱為濺射。
[0058]在其它實施例中，活性離子蝕刻用于去除不希望有的材料。在該情況下，化學活性原子和/或基團可以與不希望有的材料反應以輔助其去除。在一些情況下，利用離子濺射與基團誘發(fā)的反應的結(jié)合。
[0059]在蝕刻劑氣體直接輸送到下方處理腔室且等離子體產(chǎn)生氣體輸送到等離子體產(chǎn)生腔室的情況下，去除機制會略微不同。不希望受任何理論或反應機制的制約，相信離子轟擊可以通過在待蝕刻的金屬或其它材料上產(chǎn)生懸浮鍵合和/或其它物理化學感受特征而在襯底上產(chǎn)生活躍部位。通過離子轟擊進行的激活通常是通過暴露于等離子體來實現(xiàn)的。在這些常規(guī)的應用中，通常是在緊鄰襯底上方的區(qū)域中產(chǎn)生等離子體，并且用于支撐襯底的靜電卡盤可被施以偏置以將離子吸引到襯底表面上。
[0060]在本實施例中，離子轟擊以不同方式發(fā)生。例如，可以主要地或者唯一地在通過離子提取板與處理腔室(襯底所在處)分隔的上方等離子體產(chǎn)生腔室中產(chǎn)生等離子體。因此，在各種實施方案中，襯底可以不直接暴露于等離子體環(huán)境。離子提取板和靜電卡盤可被施以偏置，從而使來自上方等離子體產(chǎn)生腔室的離子加速、通過離子提取柵格、且進入下方處理腔室，在下方處理腔室中，離子會撞擊襯底以激活和/或濺射表面，如上所述。
[0061]在一些情況下，在蝕刻工藝期間供給到下方子腔室的氣體不僅包括蝕刻劑氣體，而且包括一種或多種其它氣體。附加氣體可以是例如氧氣、氫氣或氮氣。該氣體可以與襯底表面反應以形成例如金屬氧化物、金屬氫化物或金屬氮化物。在一些情況下，該氧化物/氫化物/氮化物材料會比裸金屬更易于蝕刻。附加氣體可連續(xù)地或者脈沖地供給。當脈沖供給時，可以脈沖的蝕刻氣體和脈沖的第二處理氣體的交替重復循環(huán)的方式供給第二處理氣體。
[0062]在另一實施例中，驅(qū)動氧化物/氫化物/氮化物的形成的材料以電離形式從上方子腔室輸送到下方子腔室。在一些實施方案中，襯底的表面暴露于交替的化學惰性離子流和化學活性離子流。
[0063]氣體輸送到上方等離子體產(chǎn)生腔室和下方處理腔室可通過各種機制中的任一種來實現(xiàn)。在一個實施例中，入口噴嘴位于上方腔室和下方腔室中。可存在用于每個腔室的多個入口。在一種實施方案中，許多入口置于子腔室的周邊周圍以提供均勻的處理氣體流。在另一實施例中，離子提取板充當淋浴頭以將氣體提供給上方子腔室和下方子腔室中的任一者或兩者。在另一情況下，氣體可以通過延伸到各子腔室中的中央噴嘴供給。等離子體產(chǎn)生氣體輸送到等離子體產(chǎn)生腔室，而附加氣體(例如，蝕刻劑氣體)可以輸送到等離子體產(chǎn)生腔室或處理腔室。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，可以在所公開的實施例的范圍內(nèi)使用不同形式的氣體輸送。
[0064]等離子體產(chǎn)生
[0065]在上方等離子體產(chǎn)生腔室中產(chǎn)生等離子體。在上述“蝕刻機制”部分中描述了適合于形成等離子體的氣體。各種類型的等離子體產(chǎn)生技術(shù)可用于在等離子體產(chǎn)生腔室中產(chǎn)生等離子體。在一個實施例中，等離子體可以是例如通過使用位于等離子體產(chǎn)生腔室上方的線圈來產(chǎn)生的電感耦合等離子體。在另一實施例中，等離子體是電容耦合等離子體、微波等離子體或電子回旋諧振(ECR)等離子體。在為電感耦合等離子體的情況下，可以使用寬范圍的激勵頻率。在一些情況下，激勵頻率是射頻或微波頻率?？筛鶕?jù)本文中的教導來變型的等離子體產(chǎn)生反應器的一個不例是可從Lam Research Corporat1n of Fremont, CA獲得的Kiyo反應器。
[0066]在一些實施方案中，等離子體產(chǎn)生腔室中的壓強非常低(例如，大約20毫托或更低，或大約5毫托或更低，或在大約1-2毫托之間)。使用低壓等離子體的一個原因在于，減小離子與等離子體中的氣體碰撞的可能性。當離子與氣體原子/分子碰撞時，它們失去方向性和動量，因此在從襯底去除不希望有的沉積物方面變得不太有利。使用低壓等離子體的另一原因在于，減小在下方處理腔室中形成等離子體的可能性。雖然在一些情況下優(yōu)選的是使用高密度等離子體(這種等離子體具有可用于處理的更高數(shù)量的離子)，但是等離子體密度不應如此大以至于等離子體通過柵格泄漏而進入下方處理腔室中。在一些實施例中，等離子體產(chǎn)生腔室中的等離子體的密度在大約5θ9οπΓ3-1ΛπΓ3之間，或者在大約le10cm 3-5encm 3 之間。
[0067]在一些實施例中，離子提取板在等離子體產(chǎn)生中不起重要的作用。然而，離子提取板可以在將等離子體約束到上方等離子體產(chǎn)生腔室以及濾出用于輸送到下方處理腔室的物質(zhì)方面起作用。
[0068]離子提取板在反應器中的位置。
[0069]離子提取板位于反應腔室中，從而將反應腔室分隔成上方等離子體產(chǎn)生腔室和下方處理腔室。這些腔室有時還稱為上方腔室和下方腔室或上方子腔室和下方子腔室。如本文所描述的，適合于變型以包括離子提取板的反應腔室的示例是來自Lam ResearchCorporat1n of Fremont, CA的Kiyo反應器。為了上下文,參考在上文進一步描述的圖1來考慮下面的描述。
[0070]在一些實施例中，提取板的外周與反應腔室的外周共延伸(或近似共延伸)，反應腔室的外周與所處理的襯底的外周大致共延伸(例如，在大約5%內(nèi)或大約10%內(nèi))。然而，在一些情況下，提取板和反應腔室的外周超過襯底的外周延伸。雖然期望的是將反應腔室/提取板設計成比襯底大(以使蝕刻特征的徑向向內(nèi)側(cè)壁可被離子更充分地轟擊)，這種大型裝置的益處必須與裝置所占據(jù)的大幅增加的空間以及在等離子體產(chǎn)生腔室的增加的體積中維持更大量的等離子體所需要的顯著增加的電量進行權(quán)衡。因此，在一些實施例中，所處理的襯底的直徑在離子提取板的直徑的大約50-90%之間，或大約60-90%之間。在一些實施方案中，提取板的外邊緣與反應腔室壁的內(nèi)表面分隔開，從而使得當腔室壁保持接地且提取板被施以偏置時會發(fā)生的電弧放電的風險最小化。在一個示例中，提取器的外邊緣與腔室壁分隔開至少大約3cm的間隙。
[0071]襯底的鍍覆面與離子提取板的波紋部分的最低表面(或者在一些情況下為提取板的波紋部分的平均位置)之間的距離應當相對較小(例如，小于大約10cm，或者小于大約8cm，或者小于大約5cm)。該相對較小的分隔距離有助于確保板和卡盤之間的電場弱，以使等離子體不保持在下方處理腔室中。在這些以及其它實施方案中，離子提取格柵可位于距上方等離子體產(chǎn)生腔室的頂板的距離介于約10-25cm之間。
[0072]然而，提取板不應定位得太靠近襯底，因為這會導致在晶片面上發(fā)生板的表面圖案的印刷。換言之，提取板中的孔隙的圖案會不期望地出現(xiàn)在處理后的襯底的面上，導致顯著的蝕刻非均勻。對于多種應用，從襯底頂部到提取板底部的至少大約I英寸的分隔距離足以避免這種印刷。
[0073]離子提取板設計
[0074]各種設計可用來實施離子提取板。示例性的離子提取板顯示在圖4A-4D中，且在下面進一步描述。一般地，離子提取板將包括波紋表面，波紋表面具有延伸貫通板厚度的孔隙。在各個實施例中，使用單個提取板。許多或全部的孔隙可定向成使得它們既與提取板的局部表面垂直，又相對于襯底面成角度。
[0075]孔隙的直徑或其它主要尺寸應當足夠大以容許足量的離子從上方腔室轉(zhuǎn)移到下方腔室?？紫兜闹饕叽缭谂c提取板的局部表面平行的方向上且跨過孔隙中沿該方向的最長線性路徑。在提取板的面向上方等離子體產(chǎn)生腔室的一側(cè)測量主要尺寸。在孔隙的主要尺寸過小和/或在板上無充足量的孔隙的情況下，相對少的離子將進入下方處理腔室而與襯底相互作用。在等離子體產(chǎn)生子腔室中產(chǎn)生的相對大量的離子將與孔隙側(cè)壁或板頂部碰撞，而在孔隙側(cè)壁或板頂部離子無用處。在一些情況下，孔隙的直徑或其它主要尺寸至少為大約0.5_，或者至少為大約1_。在提取板是由細網(wǎng)(而不是具有孔的板)制成的情況下，孔隙可較小。如下文要說明的，可接受孔隙尺寸存在上限。適當?shù)目紫吨饕叽绲姆秶蔀榇蠹s0.5mm至5mm。
[0076]孔隙的直徑或其它主要尺寸應當足夠小以將連續(xù)等離子體鞘保持在孔隙/板之上。在孔隙過大的情況下，等離子體鞘會圍繞孔隙纏繞，靠近孔隙明顯凹陷，或者以其它方式在孔隙近處變得過于不均勻。如果允許等離子體鞘變得不連續(xù)(例如，在孔隙過大的情況下，使得鞘纏繞到孔隙的邊緣上)，則存在等離子體產(chǎn)生腔室中的等離子體將通過等離子體鞘中的開口、通過孔隙、泄漏到下方處理腔室中的可能性。這會造成問題，因為在許多實施例中，下方處理腔室中應當基本上無等離子體。
[0077]接近孔隙的等離子體鞘的形狀是重要的，因為鞘的形狀/定向有助于確定引導離子通過離子提取板且進入下方處理腔室的軌跡。特別地，趨向于以與等離子體鞘的局部邊緣/邊界的方向垂直的角度來引導離子。雖然等離子體鞘在孔隙周圍一定程度的凹陷在一些實施例中是可接受的，但是凹陷/微坑不應如此大以至于導致不可接受量的離子在行進通過孔隙時撞擊板/側(cè)壁。在孔隙尺寸設計成允許在等離子體鞘中有相對小程度的凹陷的實施方案中，離子的軌跡會略微不太準直且更呈濺開狀。因此，等離子體鞘中小程度的凹陷可有益于在襯底上方實現(xiàn)較寬范圍的入射離子角。在一些實施例中，孔隙的直徑或其它主要尺寸為大約5mm或更小，或者大約3mm或更小。在一些情況下，等離子體鞘的厚度在大約200 μ m-lmm 之間。
[0078]另一種表征孔隙的方式是孔隙的主要尺寸與等離子體鞘的厚度之間的比率(例如Dap/Ts，其中Dap是孔隙的直徑或其它主要尺寸，Ts是鞘的厚度)。該比率稱為孔隙-鞘比率，在一些實施例中，該比率在大約0.5-15之間，或者在大約0.5-4之間。
[0079]圖5A-C示出了如上所述的孔隙尺寸構(gòu)思。這些圖不必是按尺度繪制的，僅是為了清晰的目的而提供。在這些圖中的每個圖中，箭頭表示離子軌跡。僅示出了離子提取板501的單個波峰。圖5A示出了離子提取板501中的成角度的孔隙502A。在圖5A中，孔隙502A的直徑是適當?shù)?，以使可接受?shù)量的離子可從上方處理腔室505穿過以接觸到下方處理腔室506中的襯底(未顯示)。此外，等離子體鞘510A是連續(xù)的且在孔隙上方非常均勻。圖5B顯示了具有過小的直徑的孔隙502B。雖然等離子體鞘510B的形狀是可接受的，但是過多的離子將與孔隙502B的側(cè)壁碰撞，并且不足量的離子將能夠穿過而進入下方處理腔室506。諸如圖5B所示的過小的孔隙導致不能從襯底充分去除不希望有的材料。接著，圖5C示出了過大的孔隙502C。此處，等離子體鞘510C的形狀在接近孔隙處是非均勻的，因此，大量的離子將被不恰當?shù)貙?。特別地，將在與等離子體鞘510C的局部表面/邊界垂直的方向上引導離子。因為該局部表面/邊界不垂直于貫通提取板的孔隙的方向，所以離子可能與孔隙的側(cè)壁碰撞。在一些實施例中，期望在孔隙上方具有有限的略微呈微坑的鞘邊界。這產(chǎn)生了通過孔隙的錐形或濺開的離子方向的分布，這樣增大了撞擊襯底局部區(qū)域中的溝槽側(cè)壁的角度范圍。
[0080]圖?示出了孔隙502D定形為類似于截頭錐的實施例。換言之，與提取板501 (面向處理腔室506)的下表面上的孔隙的面積相比，孔隙的面積在提取板502(面向等離子體產(chǎn)生腔室505)的上方表面上較小。通過這種構(gòu)造，離子更不易于與孔隙502D的側(cè)壁碰撞，因為隨著離子行進通過板502，它們具有供行進的增加量的面積/體積。因此，否則將與側(cè)壁碰撞的一些離子能夠穿過而進入下方處理腔室506。此外，因為在提取板的上表面上的孔隙的面積相對較小，所以等離子體鞘的形狀將非常均勻。這種類型的錐形孔隙設計會導致離子不太準直、更顯“濺開狀”地輸送到下方處理腔室506中。如上所述，這可有益于獲得在襯底上方的一系列的入射角。
[0081]可修整孔隙的尺寸和形狀以提供成組的期望的離子軌跡。在一些情況下，孔隙設計成提供來自各孔隙中的一些或全部的嚴格準直的離子供給。在這些或其他情況下，孔隙中的一些或全部設計成提供在一系列方向上的離子濺射。在一些實施例中，板設計成具有呈錐形截面且具有足夠大的主要尺寸的孔隙以在局部鞘邊界上產(chǎn)生微小凹窩。
[0082]在各個實施例中，孔隙中的一些或全部是圓形形狀。然而，在一些實施例中，孔隙中的一些或全部具有非圓形形狀。示例的孔隙形狀(如從平行于孔隙所在的局部表面的平面看到的)可以包括橢圓、狹槽、多角形、C形、T形等。
[0083]會影響離子準直度的相關(guān)因素是提取板的厚度。一般而言，較厚的板將得到更準直的離子軌跡，而較薄的板將得到較寬范圍的軌跡。提取板應當足夠厚以使其具有結(jié)構(gòu)完整性且基本上在中部附近不會向下屈曲。在一些實施例中，提取板至少為大約Imm厚，或者至少大約3_厚。此外，提取板應當足夠薄以使得實現(xiàn)可接受的離子通量。在一些實施例中，提取板小于大約25mm厚，或者小于大約1mm厚。
[0084]離子提取板將具有一定量的開口面積。開口面積定義為從上方等離子體產(chǎn)生腔室到下方處理腔室有無阻視線的面積總量。由于提取板的波紋和孔隙的對應的成角度本質(zhì)，不是所有的無阻視線都將是從單個有利點同時可見。開口面積是基于在離子提取板的上側(cè)(即，面向等離子體產(chǎn)生腔室的一側(cè))的表面積和孔隙面積來計算的。在一些實施例中，離子提取板的總開口面積在大約1% -5%之間，或者大約10% -40%之間。在一個實施例中，開口面積為大約30%。
[0085]返回圖4A-D，可以多種方式來設計離子提取板。一般而言，優(yōu)選的是沿一系列角度引導離子以使離子最佳能夠穿透到蝕刻特征中并且去除沉積在這些特征的側(cè)壁上的材料。因為既定襯底上的側(cè)壁可在多種不同方式上定向在襯底上的任意特定位置，因此有益的是使用大量的離子軌跡來實現(xiàn)寬范圍的入射離子角。通過這種方式，蝕刻特征的每一個側(cè)壁更易于暴露于能夠清除沉積到其上面的不希望有的材料的離子，從而達到優(yōu)良的去除結(jié)果。
[0086]在一些實施例中，板包括多個錐形部。每一個錐形部包含一個或多個與提取板上的錐形部的局部表面垂直定向的孔隙(例如，至少大約2個孔隙，至少大約3個孔隙，或者至少大約4個孔隙)。在一些實施例中，錐形部其高度和/或直徑是變化的。這些幾何結(jié)構(gòu)的變化允許以不同的角度朝向襯底引導離子。在錐形部之間可能變化的其他因素是孔隙的布置/定向，以及每個錐形部的孔隙的數(shù)量。
[0087]圖4A示出了從上方看到的具有這種類型的帶孔隙錐形結(jié)構(gòu)的離子提取板400A。每個小圓圈403代表一個錐形部。在每個錐形部的中心的黑點405代表錐形的尖峰。橢圓(此處顯示有成對的4個)代表孔隙407。由于錐形部的成角度的表面，所以從該視角看孔隙407具有卵形截面。雖然錐形部403僅顯示位于提取板的一部分上，但是應當理解的是，這些錐形部可以延伸遍及板的整個表面。在另一實施例中，錐形部是截頭的，使得錐形的頂端是小的、平坦的表面，而不是一個點。為了該申請的目的，除非特別指出，否則截頭錐形結(jié)構(gòu)被視為錐形結(jié)構(gòu)。具有單個截頭錐形部的板不被視為是波紋狀的；然而，在板的表面上方具有多個截頭錐形部的板將被視為波紋狀的，因為其將具有一些交替的向下和向上的傾斜表面(例如，在相鄰錐形部之間)。類似地，除非特別指出，否則半球形、橢圓和卵形的缺口可視為錐形結(jié)構(gòu)。在相關(guān)實施例中，提取板可具有金字塔形結(jié)構(gòu)，而不是錐形結(jié)構(gòu)。金字塔形結(jié)構(gòu)的每個面可具有一個或多個孔隙。
[0088]在另一實施例中，提取板具有彼此偏移的多個波紋截面。在一個示例中，截面是餅形。在另一示例中，截面是矩形的。圖4B顯示了離子提取板400B具有彼此偏移的多個餅形波紋截面。在該實施例中，存在兩種交替類型的餅形段404和406。孔隙407還是顯示為橢圓形。為清晰起見，孔隙407僅顯示位于八段中的兩段上，但是應當理解孔隙407存在于板400B上的段404和406中的每一個上。粗實線409顯示餅形段404與406之間的分隔。細實線411代表存在于波紋段上的波峰/頂部。虛線413代表波峰之間的波谷。換言之，細實線411顯示“脫離頁面”的特征，而虛線413顯示“進入頁面”的特征。
[0089]通過使用具有不同孔隙圖案/角度的多段，可實現(xiàn)一系列入射離子角以使去除結(jié)果最大化。在圖4B的實施例中，使用兩個不同的段圖案。一個段圖案406是手風琴狀的，具有一系列交替的波峰和波谷。因為孔隙407定向成與提取板的局部表面垂直，所以行進通過這種類型段406中的孔隙的離子將在徑向偏離孔隙位置的方向上(即，朝向板中心或遠離板中心)被引導。圖4B中所示的另一段圖案404具有為大致三角金字塔的頂面形狀。如圖4B所示，金字塔的頂部可朝向板的外部偏移，而不是在半徑的中心點處。此外，由于圓形板400B的曲率，外邊緣會略微彎曲。該段404中的孔隙407沿非徑向方向(既不直接朝向板中心，也不直接遠離板中心)引導離子。在一些情況下，該段404中的孔隙407沿垂直于徑向方向的方向引導離子。也即，這些孔隙407可以沿方位上大致偏離孔隙位置的方向引導離子。
[0090]圖4C顯示出具有不同波紋段的附加實施例。在該實施例中，段408和410為大致方形形狀，并且在圖中由粗實線421分隔開。此處，段408和410在彼此垂直的兩個波紋圖案之間交替。用細實線411顯示波紋的波峰，而用虛線413顯示波紋的波谷?？紫?07顯示為橢圓形。
[0091]圖4D顯示出具有波紋狀的餅形段427的可選實施例。同樣，用細實線411顯示波紋的波峰，而用虛線413顯示波紋的波谷，孔隙407顯示為橢圓形。
[0092]在圖4A-D所示的各實施例中，波峰的高度、波谷的深度以及這些波峰和波谷之間的距離可以變化以提供將離子引入下方處理容積腔中的一系列角度?？蛇x地，波峰-波谷高度和/或波峰與波谷之間的水平距離可以在板的面上是恒定不變的。圖4A-D提供了可用于實現(xiàn)所公開實施例的波紋特征的非限制示例。為了本申請的目的，波紋特征被視為最小的成組/成對的向上和向下的傾斜表面。例如，單個錐形部包含了向上和向下的傾斜表面(當從側(cè)面觀察時)，并且因此視為波紋特征。類似地，手風琴形狀的波紋特征的一個“波峰到波峰”或“波谷到波谷”被視為波紋特征。在使用較大的金字塔結(jié)構(gòu)的情況下，諸如圖4B中的段404，整個金字塔段被視為單個波紋特征。
[0093]在一些實施方案中，離子提取板能夠相對于襯底移動。該移動可通過旋轉(zhuǎn)或平移而發(fā)生。平移型移動可通過以下方式進行:例如使提取板沿z方向移動，即朝向和/或遠離襯底而移動，和/或使提取板沿X和/或y方向移動，即在平行于襯底面的方向上移動，或者這些移動的某種組合。雖然在一些實施例中襯底支撐件本身可以是可移動的，但是在各情況下離子提取板是可移動的，而襯底支撐件和襯底保持固定。當與一些常規(guī)的襯底支撐件移動的設計相比時，該可移動的提取板設計具有相對少的設計要素/約束，這必須考慮到。例如，在襯底支撐件可移動的情況下，與靜電卡盤任何電的、流體的連接或與靜電卡盤的其他連接必須設計成適應這種移動。這些適應在空間和成本方面相對寬泛。
[0094]離子提取板的移動是有益的，因為移動使得有更均勻的離子輸送到襯底表面上。在無這種移動的情況下，離子可以在離開提取板中的孔隙之后遵循特定的準直軌跡，以使得離子實際上僅轟擊襯底表面的某些部分。通過旋轉(zhuǎn)和/或平移提取板，讓離子撞擊襯底的區(qū)域可在空間上平均或散開。此外，鄰波峰/波谷中的孔隙和/或相鄰提取板段中的孔隙可略微地或明顯地彼此偏移以幫助實現(xiàn)這種離子轟擊的空間平均化。通過這種方式，實現(xiàn)了更均勻的轟擊。在一些情況下，小的旋轉(zhuǎn)程度(例如，在大約5-20°之間)可用于幫助將離子輸送均衡。在不使用不同角度重復的提取板段的情況下，該小的旋轉(zhuǎn)是有利的。另一方面，在使用角度重復的段的情況下，需要旋轉(zhuǎn)程度較大。在某些實施例中，旋轉(zhuǎn)覆蓋了將全范圍的波紋特征投影到襯底上任意位置的角路徑。在一些實施例中，包括平移致動器以使離子提取板更靠近/更遠離襯底而移動從而類似地使離子輸送均衡。
[0095]離子提取板的旋轉(zhuǎn)可通過各種方式來實現(xiàn)。在圖1的實施例中，例如，旋轉(zhuǎn)致動器連接到支撐件，支撐件與離子提取板連接。旋轉(zhuǎn)致動器能夠通過支撐件的移動來移動提取板。在另一實施例中，平移致動器可用于使離子提取板朝向和遠離襯底而移動。在一些實施例中，提取板保持在適當位置和/或通過諸如帶、齒輪等另一類型的移動引發(fā)元件而移動。
[0096]在板包括重復段的波紋/孔隙的情況下，諸如圖4B所示的實施例，離子提取板的旋轉(zhuǎn)特別有益。在使用重復段的情況下，如所示的，旋轉(zhuǎn)程度應當足以將襯底的每個部分暴露于每個全段類型。該旋轉(zhuǎn)程度是由圖4B中的曲線雙箭頭來標記的。在另一示例中，僅使用兩個不同的段，并且每個段占據(jù)了提取板的180°的跨度，板應當旋轉(zhuǎn)360°。類似地，在板包括16個單獨的段(8個第一類型與8個第二類型交替)并且每個段占據(jù)了提取板的22.5°跨度的情況下，板應當旋轉(zhuǎn)至少大約45°。
[0097]在一些實施方案中，旋轉(zhuǎn)程度至少為最寬段的角范圍的大約兩倍。然而，在使用多于兩種類型的段的情況下，旋轉(zhuǎn)程度應當較大。例如，在對于總共12段使用三組四個重復的角相等段類型的情況下(例如，A-B-C-D/A-B-C-D/A-B-C-D的順時針段次序，其中A、B、C和D代表不同類型的段)，旋轉(zhuǎn)程度應當至少為大約120°。該旋轉(zhuǎn)角度確保襯底的處理面的每個部分暴露于來自全A段、全B段、全C段和全D段的離子。與較小數(shù)量的較大段相對，使用較大數(shù)量的較小段是有益的。該布置允許旋轉(zhuǎn)程度較小，從而簡化反應器設計。在一些實施例中，在處理的旋轉(zhuǎn)程度在大約15-180°之間，或者大約20-120°之間，或者大約30-90。之間。
[0098]在一些情況下，不同段類型的數(shù)量在大約1-36之間(例如，在大約2-10之間，或者在大約2-5之間)。如果波紋波峰和波谷的設計/幾何結(jié)構(gòu)/位置在段之間不同，或者如果孔隙的布置在段之間不同，則一種段類型不同于另一種段類型。例如，如果一種餅形的手風琴狀段與另一種餅形的手風琴狀段之間的波峰和波谷倒置/切換，則即使這些段其他方面等同，該一種餅形的手風琴狀段也不同于該另一種餅形的手風琴狀段。
[0099]在一個特定實施例中，提取板包括四個不同的段類型A、B、C和D。段類型A類似于在圖4B中顯示為上段的大致三角金字塔形段。段類型B類似于在圖4B中顯示為右上段手風琴狀段。段類型C和D分別類似于類型A和B，但是使用波峰替代波谷，以及波谷替代波峰。一系列不同的段類型重復4次(A-B-C-D/A-B-C-D/A-B-C-D/A-B-C-D)(共16段，每段為如圖4B所示的段的一半那樣寬)。通過該設計，旋轉(zhuǎn)程度可為大約90°，足以將襯底暴露于段類型A-D的單個全范圍。通過將段之間的離子提取板波紋中的波峰和波谷倒置并且在蝕刻期間旋轉(zhuǎn)提取板，可以在襯底的局部部分上實現(xiàn)較寬范圍的入射離子角。
[0100]確保離子被正確地引向襯底的另一重要因素是在離子提取板上使用的波紋尺度。圖6A示出了從側(cè)面觀察到的離子提取板601A的具有孔隙602的部分的剖視圖。圖6A-B中的實線箭頭代表離子軌跡(下面說明圖6B中的虛線箭頭)。波紋尺度的長度定義為波紋中相鄰波峰之間的距離，并且在圖6A中標示為尺寸La。如圖6A中所示，該尺寸應當足夠大以使等離子體鞘610A能夠遵循提取板601A的表面形狀。
[0101]對比而言，圖6B顯示了具有過小的波紋長度尺寸Lb的離子提取板601B的部分的剖視圖。換言之，圖6B中的波紋波峰彼此過于靠近。此處，等離子體鞘610B不能夠遵循提取板的表面。結(jié)果，等離子體鞘不引導離子通過孔隙602。相反，離子更可能與提取板的某部分碰撞。如上所示，一般在與等離子體鞘邊界垂直的方向上引導離子。在該等離子體鞘邊界基本上不與提取柵格的局部表面平行(且因此基本上不垂直于貫通提取板的孔隙的方向)的情況下，離子不易于穿過而進入下方處理腔室，并且不希望有的材料的去除性能易于受損。
[0102]在一些實施例中，在離子提取板的段內(nèi)的相鄰波紋波峰之間的距離至少是大約2mm，或者至少是大約5mm。此外，圖6A中標識為α的角度可以在大約1° -60°之間，例如，在大約5° -45°之間。下面進一步論述其他可容許的角度。
[0103]在一些實施方案中，離子提取板在板的整個區(qū)域上方是波紋狀的。換言之，提取板可以基本上不包含與襯底平行的表面。在其他實施方案中，提取板可以包括波紋區(qū)段和非波紋區(qū)段。在這些實施例中，在投影到襯底形平面上時，提取板的波紋部分可占板的表面積的至少大約50%，或者至少大約90% (即，在計算波紋面積的百分比時，襯底的總面積(At)被視為At = π *r2，其中r是提取板的半徑，并且波紋面積被視為總面積減去平坦的、非波紋面積)。
[0104]離子被引導進入下方處理腔室的角度取決于波紋角，在圖6A和圖6B中標記為角度α。在特定實施例中，α在波紋的不同部分之間變化以實現(xiàn)對襯底的不同的離子入射角。這得到了一系列的入射離子角，使得更易于使足量的離子能夠穿透進入蝕刻特征從而去除這些特征的側(cè)壁上的材料。入射離子角定義為離子的進入軌跡和與整個襯底表面垂直的方向之間的角度。在離開提取板的離子極準直的情況下，波紋角等于入射角。在離開提取板的離子不太準直且更加呈濺開狀的情況下，所達到的入射離子角的范圍將繞波紋角定中心。為簡化起見，相對于整個襯底表面定義入射離子角(除非另有明確說明)，但是應當理解為，某些量的離子將穿透進入襯底上的溝槽或其他特征并且撞擊定向完全不同于整個襯底表面的表面。
[0105]應當結(jié)合波紋尺度和孔隙的位置來選擇波紋角，以使穿過提取板的離子不會以與提取板的底面撞擊而告終。在圖6Β中，例如，因為波紋尺度Lb過小，所以能夠穿過提取板中的孔隙的極少的離子(如果有的話)極可能與板的底面碰撞，如虛線箭頭所示。應避免這種結(jié)果。在一些實施例中，波紋角在大約0-75°之間，或者在大約1-75°之間，或者在大約0-60°之間，或者在大約1-60°之間，或者在大約30-55°之間。在這些或其他實施方案中，波紋角可為大約60°或更小，例如，大約45°或更小，或者大約15°或更小。在一個特定實施例中，使用大約45°的波紋角。如本文其他地方所提到的，在一些實施例中，對于單個離子提取板使用一系列不同的波紋角。在該情況下，最小波紋角和最大波紋角之差可至少為大約10°，例如，至少大約20°，至少大約30°，至少大約50°，或者在一些情況下甚至更大。
[0106]離子提取板通常由導電材料制成。合適的板材料的例子包括但不限于Al、W、Co、Mo、低電阻率的硅以及低電阻率的SiC。如上所述，板應當由足夠剛性的材料構(gòu)造而成。
[0107]提取板通?？缜皇业膸缀跽麄€水平部分，如圖1所示。如所提到的，在一些設計中，在提取板與腔室壁之間存在間隙以防止電弧放電。間隙應當為大約3cm或更大。在腔室為圓形(從上方觀察或者面向工件)的情況下，板也將是圓形的。這允許柵格將反應腔室有效地分隔成兩個子腔室。在一些設計中，提取板的形狀是由襯底的幾何形狀(其通常但不一定是圓形晶片)來限定的。眾所周知，晶片通常以各種尺寸提供，諸如200_、300_、450_等。對于方形或其他多邊形襯底或更小/更大的襯底，其他形狀是可能的。因此，柵格的截面(從上方觀察)可具有各種形狀和尺寸。
[0108]在一些實施方案中，提取板具有包括用于允許探測裝置能通過柵格布置的特征的諸如中央?yún)^(qū)域之類的區(qū)域。探測裝置能夠設置以探測與操作期間等離子體處理系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的工藝參數(shù)。探測過程可以包括光發(fā)射端點檢測、干涉端點檢測、等離子體密度測量、離子密度測量以及其他計量探測操作。在一些實施例中，板的中央?yún)^(qū)域是開口的。在其他實施例中，板的中央?yún)^(qū)域包含光透明材料(例如，石英、藍寶石等)以允許光透過板。
[0109]在一些實施例中，提取板可以包括嵌入板中的冷卻通道，并且這些冷卻通道可填充有流動的或非流動的冷卻劑材料。在一些實施例中，冷卻材料是諸如氦氣或其他惰性氣體之類的流體或者諸如去離子(DI)水、工藝冷卻水、來自3M的fluoroinert?之類的液體，或者諸如全氟化碳、氫氟烴、氨水和CO2之類的冷凍劑。在這些或其他實施例中，提取板可以包括嵌入式加熱元件和/或溫度測量器件。冷卻通道和嵌入式加熱器允許進行精確的溫度控制，這容許對顆粒和壁條件進行精密的控制。在一些情況下，該控制可用于調(diào)整下方子腔室中的條件。例如，在下方柵格或柵格組件保持在較冷溫度的情況下，來自晶片的蝕刻副產(chǎn)物將優(yōu)先沉積到下方柵格上，從而降低下方子腔室中蝕刻副產(chǎn)物的氣相密度?？蛇x地，下方柵格或柵格組件可保持在高溫(例如，80°C以上)下以減少柵格上的沉積物并且確保腔室能夠保持相對清潔和/或減少在無晶片自動清潔(WAC)期間清潔腔室所需的時間。
[0110]對離子提取板和襯底支撐件施加偏置
[0111]離子提取板包括與電源連接的電連接件。這些元件可用于在處理期間對提取板施加偏置。在各種實施方案中，離子提取板通過柔性RF帶與襯底支撐件電連接。由于這些RF帶的存在，襯底支撐件(以及因此襯底)可被偏置到與離子提取板相同的RF電位。通過將這些元件偏置到相同的電位，減小了在下方處理腔室中形成等離子體的可能性。
[0112]偏置離子提取板的一個原因在于為離開板的離子提供特定的能級。通過這種方式，可以控制偏置以為撞擊襯底的離子提供特定的離子能量。
[0113]偏置通常將是具有負DC偏差的RF偏置。該負偏置有助于使正離子朝向提取板加速且加速通過提取板。在一些實施方案中，低頻偏置(例如，大約15MHz或更低，或者大約4MHz或更低)施加到襯底和提取板上。該相對低的偏置頻率可有益于確保RF帶中的電感較小(例如，大約50V或更低)。在這些或其他實施例中，施加到提取板的偏置可具有大約50-750V的負DC基壓(base)。在一個實施例中，使用400kHz的偏置頻率。在一個實施例中，使用多個步驟，其中在每個步驟施加不同偏壓到提取板。可選地，施加的偏壓可在設定點和關(guān)斷狀態(tài)之間脈動，或在2個非零設定點之間脈動。在實質(zhì)襯底充電發(fā)生的情況下，該技術(shù)可能特別有益。在一些應用中，偏壓被關(guān)斷以使得僅低能量離子(例如，〈50V)入射到襯底上。
下方處理腔室中的條件
[0114]在許多實施例中，下方處理腔室在處理期間基本上無等離子體，使得離開提取孔的離子軌跡保持在提取板與襯底之間的空間中。在該空間中存在等離子體將使得離子主要以垂直角撞擊襯底。
[0115]在一些實施例中，下方處理腔室中的壓強可相對低(例如，大約20毫托以下，或者大約5毫托以下)。一般而言，下方處理腔室中的壓強將低于上方等離子體產(chǎn)生腔室中的壓強，這至少部分是由于物質(zhì)傳導通過提取板受到限制。實現(xiàn)低壓的一種方式是在與反應腔室連接的真空泵上使用高泵送速度。該低壓有助于確保通過提取板從等離子體中提取的離子能夠撞擊襯底，而在襯底上方?jīng)]有大量的離子與氣體的碰撞。在到達襯底之前與氣體分子碰撞的離子對于處理和去除材料益處不太大。
[0116]可以利用靜電夾具和背面He氣體來控制襯底溫度，以允許ESC與襯底之間的高效的熱傳導。當使用離子和活性化學物質(zhì)從特征的側(cè)壁去除材料的組合時，將溫度設定在大約80°C之上是有利的。當僅使用離子時，將襯底溫度控制在大約20-60°C之間是有利的。
裝置
[0117]本文所描述的方法可通過具有波紋狀離子提取板的任何合適的等離子體蝕刻裝置來執(zhí)行。合適的裝置包括腔室和用于提供如本文所描述的蝕刻條件的電子硬件。合適的裝置還可以包括系統(tǒng)控制器，系統(tǒng)控制器具有用于控制依照本發(fā)明所述的工藝操作的指令。在一些實施例中，等離子體蝕刻裝置可以被包括以作為具有其他各種處理站的較大型處理工具中的處理站。
[0118]圖7提供了依照一些實施例的電感耦合等離子體蝕刻裝置700的剖視圖。如之前所提到的，本文中的實施例同樣可通過非電感耦合等離子體來實踐。電感耦合等離子體蝕刻裝置700包括由腔室壁701和窗口 711限定了結(jié)構(gòu)的整體蝕刻腔室。腔室壁701通常由不銹鋼或鋁或陽極化鋁而制成。腔室壁可涂有Y203、YF、Ce02或其他耐等離子體涂層。窗口711通常由石英或諸如A1203、A1N之類的介電材料制成。
[0119]離子提取板750將整個蝕刻腔室分隔成上方等離子體產(chǎn)生腔室702和下方處理腔室703。襯底支撐件717通過連接件754、匹配電路系統(tǒng)755和連接件756與電源757電連接。提取板還通過柔性RF帶777與襯底支撐件717電連接。電源757向提取板750和襯底支撐件717供給適當?shù)钠?。在處理期間，在上方等離子體產(chǎn)生腔室702中通常存在等離子體，而在下方處理腔室703中基本上無等離子體。密封機構(gòu)(未示出)可用在提取板外周近處以幫助防止等離子體泄漏到下方處理腔室703中。
[0120]提取板750可通過旋轉(zhuǎn)或平移而移動。在圖7的實施例中，沒有示出移動引發(fā)元件。在一些情況下，諸如圖1所示的實施例，移動引發(fā)元件是通過支撐件111與離子提取板107連接的旋轉(zhuǎn)致動器115。移動引發(fā)元件位于離子提取板的下方是有益的，這樣使得移動引發(fā)元件受到保護而不受等離子體環(huán)境的破壞，因為在等離子體環(huán)境中移動引發(fā)元件很可能更快速地變劣。在其它一些情況下，移動引發(fā)元件位于與提取板大致相同平面上，或者甚至在提取板的上方。其它可能的移動引發(fā)元件包括帶、齒輪、提升機構(gòu)等?？梢允褂萌魏沃率拱逡栽黾与x子與襯底的局部表面接觸的面積/角空間的方式移動的移動引發(fā)元件。
[0121]卡盤717位于下方處理腔室703內(nèi)靠近底部內(nèi)表面?？ūP717構(gòu)造為將要執(zhí)行蝕刻工藝的半導體晶片719接收并保持在其上。卡盤717可以是用于當晶片存在時支撐晶片的靜電卡盤。在一些實施例中，邊環(huán)(未示出)圍繞卡盤717，并且具有當晶片存在于卡盤717之上時與晶片的頂面近似在同一平面上的上表面。卡盤717還包括實現(xiàn)晶片的卡住和釋放的靜電電極。為此目的，可提供濾波器和DC箝位電源。還可以提供用于將晶片提升脫離卡盤717的其它控制系統(tǒng)。
[0122]線圈733位于窗口 711上方。線圈733是由導電材料制成的，并且包括至少一整匝。圖7所示的示例性的線圈733包括三匝。線圈733的截面中有“X”的符號表示線圈733可旋轉(zhuǎn)地延伸到頁面中。相反，線圈733的有“.”的符號表示線圈733可旋轉(zhuǎn)地延伸脫離頁面。RF電源741構(gòu)造為向線圈733提供RF功率。一般而言，RF電源741通過連接件745與匹配電路系統(tǒng)739連接。匹配電路系統(tǒng)739通過連接件743與線圈733連接。通過這種方式，RF電源741與線圈733連接?？蛇x的法拉第屏蔽件749位于窗口 711的正下方。法拉第屏蔽件可防止金屬或其它物質(zhì)沉積到等離子體腔室的介電窗上。在遞交于2011年8 月 4 日、名為 “INTERNAL FARADAY SHIELD HAVING DISTRIBUTED CHEVRON PATTERNS ANDCORRELATED POSIT1NING RELATIVE TO EXTERNAL INNER AND OUTER TCP COIL” 的美國專利申請N0.13/198,683中進一步論述和描述了法拉第屏蔽件，該申請的全文通過引用合并于此。
[0123]可通過位于上方等離子體產(chǎn)生腔室中的主注入口 760以及可選地通過有時稱為STG的側(cè)注入口 770供給處理氣體。在各個實施例中，通過側(cè)注入口 770供給蝕刻劑氣體，而用于產(chǎn)生等離子體的氣體通過主注入口 760供給。未顯示出氣體排出口。也沒有顯示出與腔室701連接從而實現(xiàn)真空控制以及在操作等離子體處理期間從腔室去除氣態(tài)副產(chǎn)物的泵。
[0124]射頻功率從RF電源741施加到線圈733以使RF電流流經(jīng)線圈733。流經(jīng)線圈733的RF電流圍繞線圈733產(chǎn)生電磁場。電磁場在上方等離子體產(chǎn)生腔室702中產(chǎn)生感應電流。感應電流作用于存在于等離子體產(chǎn)生腔室702中的氣體上以在其中產(chǎn)生等離子體。離子提取板750限制能夠遷移到下方處理腔室703中的等離子體物質(zhì)的量，并且特別地操作以成角度的方向?qū)㈦x子提供給下方處理腔室703。
[0125]各種離子和其它物質(zhì)與晶片719的物理的和化學的相互作用選擇性地蝕刻晶片的特征。蝕刻副產(chǎn)物可通過排出口(未示出)從下方處理腔室703中去除。離子提取板750的另一有益之處在于，其幫助屏蔽來自上方等離子體產(chǎn)生腔室702的等離子體環(huán)境的蝕刻副產(chǎn)物，使得某些蝕刻副產(chǎn)物(特別是金屬-配位體復合體(如果存在))不大可能離解成會再次沉積到襯底719或裝置700上的非易失性離解產(chǎn)物。
[0126]典型地，本文所公開的卡盤在范圍在大約20攝氏度和大約250攝氏度之間的高溫下工作，優(yōu)選地在大約20-150攝氏度之間的高溫下工作。溫度將取決于蝕刻工藝操作和所使用的具體配方。
[0127]雖然沒有示出，但當安裝到清潔室或制造設施中時，腔室701通常與設施耦合。設施包括提供處理氣體、真空、溫度控制和環(huán)境顆?？刂频墓艿馈．敯惭b在目標制造設施中時，這些設施與腔室701耦合。另外地，腔室701可與轉(zhuǎn)移腔室耦合，轉(zhuǎn)移腔室將使機器人利用常規(guī)的自動化手段將半導體晶片移入移出腔室701。
[0128]在一個實施例中，離子提取板750是可移除的，并且腔室701構(gòu)造為執(zhí)行垂直定向的蝕刻工藝(當波紋狀的提取板750被去除時)和所公開的成角度的蝕刻工藝(當存在波紋狀的提取板750時)。在一些情況下，在垂直定向的蝕刻工藝中可以使用具有多個孔隙的非波紋狀的離子提取板。該非波紋狀板有助于沿大致垂直方向提供用于各向異性地蝕刻特征的離子。除了專門與波紋特征有關(guān)的教導之外，本文中關(guān)于波紋狀離子提取板的設計的教導還適用于非波紋狀的提取板。
[0129]系統(tǒng)控制器
[0130]在一些實施例中，系統(tǒng)控制器(可包括一個或多個物理或邏輯控制器)控制處理工具的操作中的一些或全部。系統(tǒng)控制器通常將包括一個或多個存儲器設備和一個或多個處理器。處理器可以包括中央處理單元(CPU)或計算機、模擬和/或數(shù)字輸入/輸出連接件、步進電動機控制板以及其它類似部件。在處理器上執(zhí)行用于實現(xiàn)適當?shù)目刂撇僮鞯闹噶?。這些指令可存儲在與控制器關(guān)聯(lián)的存儲器設備上，或者它們可通過網(wǎng)絡來提供。在一些實施例中，系統(tǒng)控制器執(zhí)行系統(tǒng)控制軟件。
[0131]系統(tǒng)控制軟件可以包括用于控制正時、處理氣體成分的混合(例如，在可適用的情況下，等離子體產(chǎn)生氣體的組成和蝕刻劑氣體的組成)、腔室壓強、腔室溫度、晶片溫度、施加到卡盤/晶片/離子提取板和任何其它電極上的電流和電壓、晶片位置、提取柵格位置以及處理工具所執(zhí)行的特定處理的其它參數(shù)的指令。系統(tǒng)控制軟件可以以任何適合的方式構(gòu)造。例如，可以撰寫各種處理工具部件子程序或控制對象來控制處理工具部件實施各種處理工具的處理所需的操作。系統(tǒng)控制軟件可通過任何適當?shù)挠嬎銠C可讀編程語言來編碼。
[0132]在一些實施例中，系統(tǒng)控制軟件包括用于控制上述各種參數(shù)的輸入/輸出控制(1C)序列指令。例如，蝕刻工藝的每個階段可以包括一條或多條由系統(tǒng)控制器執(zhí)行的指令。用于設定等離子體產(chǎn)生工藝階段的處理條件的指令可以包含在相應的等離子體產(chǎn)生配方階段中。在一些實施例中，蝕刻配料階段可以按順序布置，使得用于蝕刻工藝階段的所有指令與該工藝階段同時執(zhí)行。
[0133]在一些實施例中，可以采用其它的計算機軟件和/或程序。用于該目的的程序或程序段的示例包括襯底定位程序、等離子體氣體組成控制程序、蝕刻氣體組成控制程序、氣體入口正時控制程序、離子提取板偏置控制程序、離子提取板位置控制程序、靜電卡盤偏置控制程序、壓強控制程序、加熱器控制程序和電壓/電流電源控制程序。本文所提到的任何軟件/程序可以包含用于在蝕刻期間修正相關(guān)參數(shù)的指令。在一個示例中，離子提取板偏置控制程序可以包括在蝕刻期間施加偏置到提取板和靜電卡盤以及可選地修正施加到提取板和靜電卡盤上的偏置的指令。結(jié)果，可以在蝕刻工藝期間修正進入下方處理腔室的離子的尚子能量。
[0134]在一些情況下，控制器控制以下功能中的一項或多項:將等離子體產(chǎn)生氣體輸送到上方等離子體產(chǎn)生腔室，將蝕刻劑氣體輸送到下方處理腔室，等離子體產(chǎn)生腔室中的等離子體產(chǎn)生條件，施加到離子提取板的偏置，等等。例如，氣體輸送到子腔室可通過將某些閥門定向以在特定時刻打開和關(guān)閉來實現(xiàn)。這使得控制器能夠控制氣體輸送的正時以及輸送氣體的組成?？刂破骺梢酝ㄟ^例如引導電源以特定頻率/功率水平向等離子體產(chǎn)生器(例如，ICP反應器的線圈)提供電力來控制等離子體產(chǎn)生條件。此外，控制器可以通過引導惰性氣體(和/或在一些實施例中為活性氣體)流進等離子體產(chǎn)生腔室或者通過控制子腔室中的壓強或者通過控制子腔室中的溫度等等來控制等離子體產(chǎn)生條件?？刂破骺梢曰趥鞲衅鬏敵?例如，當電流、電流密度、電勢、壓強等達到某閾值時)、操作正時(例如，工藝中在某些時刻打開閥門)或者基于從用戶處接收到的指令來控制這些方面。
[0135]上述各種硬件和方法的實施例可以與例如用于制作或制造半導體器件、顯示器、LED、光伏電池板等的光刻制圖工具或工藝相結(jié)合使用。典型地，但不是必要的，這些工具/工藝將在共同的制作設施中一起使用或進行。
[0136]膜的光刻制圖通常包括以下步驟中的一些或全部，每個步驟需要數(shù)個可能的工具:(1)利用旋涂或噴涂工具對工件施加光致抗蝕劑，工件例如上面形成有氮化硅膜的襯底；(2)利用熱板或爐或其它合適的固化工具來固化光致抗蝕劑；(3)借助諸如晶片步進式光刻機(stepper)之類的工具將光致抗蝕劑暴露于可見光或UV或x射線光；(4)將抗蝕劑顯影從而選擇性地去除抗蝕劑并且因此利用諸如濕式工作臺或噴射顯影器之類的工具將其圖案化；(5)利用干式或等離子體輔助的蝕刻工具將抗蝕劑圖案轉(zhuǎn)印到下層膜或工件上；以及(6)利用諸如RF或微波等離子體抗蝕劑剝離器之類的工具來去除抗蝕劑。在一些實施例中，在施加光致抗蝕劑之前，可以沉積可灰化硬掩模層(諸如，無定形碳層)以及另一適合的硬掩模(諸如防反射層)。
[0137]應當理解，本文所描述的構(gòu)造和/或方法本質(zhì)上是示例性的，并且這些具體的實施例和示例不應視為有限制意義，因為多方面的改動是可能的。本文所描述的具體的例程和方法可代表任意數(shù)量的處理策略中的一種或多種。如此，所圖示的各種操作可按圖示的順序、按其它順序、并行地執(zhí)行，在一些情況下可以省去。同樣，上述工藝的次序可以改變。
[0138]本公開的主題包括本文所公開的各種工藝、系統(tǒng)和構(gòu)造以及其它的特征、功能、操作和/或?qū)傩缘乃械男路f性和非顯而易見的組合和子組合，以及它們的任意的和所有的等同方案。
【權(quán)利要求】
1.一種用于從半導體器件結(jié)構(gòu)中的特征的側(cè)壁去除材料的方法，所述方法包括: (a)在反應腔室中接收襯底，其中所述反應腔室被離子提取板分隔成等離子體產(chǎn)生子腔室和處理子腔室，其中所述離子提取板至少部分地成波紋狀且具有孔隙，所述孔隙設計或構(gòu)造為以相對于所述襯底的多個角度引導離子通過其中； (b)使等離子體產(chǎn)生氣體流入所述等離子體產(chǎn)生子腔室并且在所述等離子體子腔室中產(chǎn)生等離子體；以及 (c)使來自所述等離子體產(chǎn)生腔室的離子加速、通過所述離子提取板、且以多個角度朝向所述襯底進入所述處理容積腔，從而從朝向多個方向的特征側(cè)壁去除材料。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述半導體器件結(jié)構(gòu)的特征包括位于兩個蝕刻導電層之間的蝕刻絕緣層。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述孔隙中的至少一些孔隙具有以相對于所述襯底的非垂直的角度定向的中心軸線。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在處理期間，在所述處理子腔室中基本不存在等離子體。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其還包括:在處理期間，旋轉(zhuǎn)所述離子提取板，但是在單個方向上小于或等于360°。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述離子提取板旋轉(zhuǎn)到使所述襯底的局部部分暴露于源自于多個不同類型段中的每一個段的離子的程度。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在處理期間，所述襯底保持器是固定的。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其還包括:使所述離子提取板沿著延伸貫通所述提取板的中心和襯底的軸線移動。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其還包括:使所述離子提取板在平行于所述襯底的方向上移動。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其還包括:在(a)之前蝕刻所述襯底中的所述特征。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其還包括:在(a)之前，使所述襯底從執(zhí)行所述蝕刻的裝置移動到所述反應腔室。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其還包括:向所述離子提取板施加偏置。
13.一種用于從半導體襯底表面上的特征的側(cè)壁去除材料的裝置，所述裝置包括: (a)反應腔室； (b)離子提取板，其位于所述反應腔室中，從而將所述反應腔室分隔成等離子體產(chǎn)生子腔室和處理子腔室，其中所述離子提取板的至少部分成波紋狀，并且其中，所述離子提取板具有孔隙，所述孔隙設計或構(gòu)造為容許離子通過其中； (c)所述等離子體產(chǎn)生子腔室的一個或多個氣體入口； (d)所述反應腔室的一個或多個氣體出口； (e)等離子體產(chǎn)生源，其設計或構(gòu)造為在所述等離子體產(chǎn)生子腔室中產(chǎn)生等離子體；以及 (f)襯底支撐件。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其還包括控制器，所述控制器設計或構(gòu)造為在所述等離子體產(chǎn)生子腔室中產(chǎn)生等離子體，向所述離子提取板施加偏置，且使所述離子提取板旋轉(zhuǎn)小于或等于在單個方向上測量的約360°。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述控制器還設計或構(gòu)造為在從所述襯底的所述側(cè)壁去除材料的同時使所述離子提取板沿順時針方向和逆時針方向旋轉(zhuǎn)。
16.如權(quán)利要求13所述的裝置，其還包括將所述離子提取板與所述襯底支撐件連接的RF帶，其中所述RF帶設計或構(gòu)造為將與施加到所述離子提取板上的所述偏置對應的偏置提供到所述襯底支撐件上。
17.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中延伸貫通所述孔隙的中心的軸線定向成與所述離子提取板的定位有所述孔隙的局部表面垂直，從而沿與所述離子提取板的所述局部表面大致垂直的方向引導離子通過。
18.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述孔隙中的至少一些孔隙是錐形的，使得當考慮單個孔隙時，在所述離子提取板的朝向所述處理子腔室的一側(cè)上的孔隙開口面積比所述離子提取板的朝向所述等離子體產(chǎn)生子腔室的一側(cè)上的孔隙開口面積大。
19.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述離子提取板的波紋部分包括多個錐形特征，其中所述孔隙定位成使得它們延伸貫通所述錐形特征的相對于所述襯底支撐件傾斜的表面。
20.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述離子提取板包括多個波紋段，其中所述波紋的定向在相鄰段之間不同。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中，使用至少兩個不同類型的波紋段。
22.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中，第一不同類型段設計或構(gòu)造為在徑向上偏離于與所述襯底的加工面垂直的方向的方向上引導離子，并且第二類型段設計或構(gòu)造為在方位上偏離于與所述襯底的所述加工面垂直的方向的方向上引導離子。
23.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，波紋角在大約1-75°之間。
24.如權(quán)利要求23所述的裝置，其中，使用至少兩個波紋角。
25.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，離子穿過孔隙的方向繞延伸貫通所述孔隙的中心的軸線成錐形分布。
26.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，當襯底存在于所述襯底支撐件上時，所述離子提取板的平均位置與襯底的鍍覆面之間的距離小于大約10cm。
27.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述離子提取板能夠繞著延伸貫通所述離子提取板的中心的軸線旋轉(zhuǎn)。
28.如權(quán)利要求13所述的裝置，其還包括平移致動器，在所述襯底處理期間，所述平移致動器用于使所述離子提取板朝向所述襯底支撐件以及遠離所述襯底支撐件移動。
29.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述離子提取板的相鄰波紋峰之間的距離至少為大約2mm。
30.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述離子提取板的相鄰波紋峰之間的距離在大約5_20mm之間。
31.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，孔隙位置的圖案在相鄰波紋特征之間變化。
32.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述反應腔室構(gòu)造為當成波紋狀的離子提取板不存在時沿垂直方向蝕刻襯底，并且當成波紋狀的離子提取板存在時沿多個成角度的方向蝕刻襯底。
【文檔編號】H01J37/32GK104282521SQ201410323125
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月8日
【發(fā)明者】哈梅特·辛格, 亞歷克斯·帕特森 申請人:朗姆研究公司