專利名稱：Pulsed bias plasma process to control microloading的制作方法
控制微負(fù)載的脈沖式偏置等離子體工藝
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及具有不同縱橫比的特征的層的蝕刻。更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明涉及在具有 開放(open)和密集(dense)兩種特征的蝕刻層的蝕刻過程中減小微負(fù)載。在半導(dǎo)體晶片處理過程中，有時候半導(dǎo)體器件可能有開放和密集兩種特征。開放 的特征具有更寬的寬度，而密集的特征具有更窄的寬度。因此，半導(dǎo)體器件可具有不同縱橫 比的特征。特征的縱橫比是該特征的高度和寬度之間的比。因此，如果半導(dǎo)體器件的所有 特征的高度大致相同，那么開放特征具有相對較低的縱橫比，而密集特征具有相對較高的 縱橫比。在這樣的具有不同縱橫比的特征的半導(dǎo)體器件的蝕刻過程中，尤其是當(dāng)該特征的 縱橫比很高時，微負(fù)載成為一個常見問題。因此，開放的特征蝕刻地比密集的特征更快。經(jīng) 常，當(dāng)開放特征的蝕刻完成時，密集特征的蝕刻可能只有部分完成。這被稱為“縱橫比依賴 蝕刻”。為了完成密集特征的蝕刻而持續(xù)該蝕刻工藝可能導(dǎo)致開放特征被蝕刻到待蝕刻層 以下的層，比如襯底，并損害該半導(dǎo)體器件。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)前述并相應(yīng)于本發(fā)明的目的，在一個實施方式中，提供一種透過具有更 寬的和更窄的特征的掩模蝕刻導(dǎo)電層的方法。流入穩(wěn)態(tài)蝕刻氣體。提供穩(wěn)態(tài)RF電力以從 該蝕刻氣體形成等離子體。在該穩(wěn)態(tài)蝕刻氣體流動過程中提供脈沖式偏置電壓，其中該脈 沖式偏置電壓具有在1到10，OOOHz之間的頻率。使用由該蝕刻氣體形成的該等離子體將 更寬的和更窄的特征蝕刻入該導(dǎo)電層。在本發(fā)明的另一種表現(xiàn)形式中，提供一種透過具有更寬的和更窄的特征的掩模蝕 刻蝕刻層的由計算機(jī)實現(xiàn)的方法。向等離子體室內(nèi)流入包含沉積組分和蝕刻組分的穩(wěn)態(tài)蝕 刻氣體。向該等離子體室中提供穩(wěn)態(tài)RF電力以從該蝕刻氣體形成等離子體。在該穩(wěn)態(tài)蝕 刻氣體流動過程中向該等離子體室提供脈沖式偏置電壓，其中該脈沖式偏置電壓具有在1 到10，OOOHz之間的頻率。使用從該蝕刻氣體形成的該等離子體蝕刻該蝕刻層以形成具有 更小的微負(fù)載的更寬的和更窄的蝕刻特征。在本發(fā)明的另一種表現(xiàn)形式中，提供一種用于透過具有更寬的和更窄的特征蝕刻 蝕刻層的裝置。提供等離子體反應(yīng)器，該等離子體反應(yīng)器包含等離子體處理室，射頻透明 窗，鄰近該射頻透明窗的變壓器耦合電力(TCP)線圈以提供維持等離子體的電力，電氣連 接于該TCP線圈的TCP電力供應(yīng)，用于在該等離子體處理室內(nèi)支撐半導(dǎo)體襯底的卡盤電極， 電氣連接于該卡盤電極的偏置電力供應(yīng)，用于控制該偏置電力供應(yīng)的偏置電力控制器，其 中該偏置電力控制器能夠使該偏置電力供應(yīng)提供在1到10，OOOHz之間的脈沖式偏置電力， 用于調(diào)節(jié)該等離子體處理室中的壓強(qiáng)的壓強(qiáng)控制閥和泵，包含蝕刻氣體組分源和沉積氣體 組分源的氣體源，和可控地連接于該氣體源和該TCP線圈的控制器。該控制器包含至少一 個處理器和計算機(jī)可讀介質(zhì)。該計算機(jī)可讀介質(zhì)包含用于將包含沉積組分和蝕刻組分的穩(wěn) 態(tài)蝕刻氣體流入該等離子體處理室的計算機(jī)可讀代碼、用于向該等離子體處理室中提供穩(wěn)
4態(tài)RF電力以從該蝕刻氣體形成等離子體的計算機(jī)可讀代碼、用于在該穩(wěn)態(tài)蝕刻氣體流動 過程中向該等離子體處理室提供脈沖式偏置電壓的計算機(jī)可讀代碼，其中該脈沖式偏置電 壓具有在1到10，OOOHz之間的頻率以及用于使用從該蝕刻氣體形成的該等離子體蝕刻該 蝕刻層以形成具有更小的微負(fù)載的更寬的和更窄的特征的計算機(jī)可讀代碼。下面參考本發(fā)明的具體實施例部分，并結(jié)合附圖，更詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些和 其它特征。


本發(fā)明是以附圖中各圖中的實施例的方式進(jìn)行描繪的，而不是通過限制的方式， 其中類似的參考標(biāo)號指示類似的元件，其中圖1是本發(fā)明的一個實施方式的高水平流程圖。圖2是可用于蝕刻的等離子體處理室的示意圖。圖3A-B描繪了一個計算機(jī)系統(tǒng)，其適于實現(xiàn)用于本發(fā)明的實施方式的控制器。圖4A-C是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式處理過的堆棧(stack)的示意圖。
具體實施例方式現(xiàn)在參考如附圖中所示的一些優(yōu)選實施方式，詳細(xì)地描述本發(fā)明。在下面的描述 中，闡明了許多具體細(xì)節(jié)以提供對本發(fā)明的徹底理解。然而，顯然，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員 來說，本發(fā)明沒有這些具體細(xì)節(jié)中的一些或全部仍可以實現(xiàn)。在其它情況下，沒有對熟知的 工藝步驟和/或結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)描述，以免不必要地模糊本發(fā)明。在具有有不同寬度或不同縱橫比的特征的半導(dǎo)體器件的蝕刻過程中，尤其是當(dāng)該 特征的縱橫比很高時，蝕刻速率微負(fù)載成為常見問題。微負(fù)載使得開放特征(即，具有更寬 寬度的特征)比密集特征(即，具有窄的寬度的特征)蝕刻地更快。為了便于理解，圖1描繪了本發(fā)明的一個實施方式中使用的工藝的高水平流程 圖。具有不同縱橫比的特征(即，開放和密集特征)的圖案化的掩模層在蝕刻層上方形成 (步驟100)。該開放和密集特征會最終被蝕刻到該蝕刻層中。穩(wěn)態(tài)蝕刻氣體被流入該蝕刻室(步驟104)。這樣的穩(wěn)態(tài)蝕刻氣體不使用氣體調(diào) 節(jié)(modulation)，而是在工藝過程中提供同樣氣體化學(xué)物質(zhì)的連續(xù)氣流。提供穩(wěn)態(tài)RF電力 (步驟108)。這樣的穩(wěn)態(tài)RF電力不是脈沖式(pulsed)的。在本說明書和權(quán)利要求書中，穩(wěn) 態(tài)被限定為不是逐漸改變的或脈沖式的，而是恒定的。穩(wěn)態(tài)RF電力將蝕刻氣體轉(zhuǎn)化為蝕刻 等離子體。提供脈沖式偏置電壓(步驟112)。該脈沖式偏置電壓具有在IHz到10，OOOHz 之間的脈沖頻率。更優(yōu)選地，該脈沖頻率在IOHz到5，OOOHz之間。使用該蝕刻等離子體蝕 刻該蝕刻層(步驟116)。均衡寬的和窄的特征之間的蝕刻速率并消除蝕刻速率微負(fù)載。在本發(fā)明的一個具體實施例中，該蝕刻層是含鎢層。最優(yōu)選地，該目標(biāo)層是鎢層。 更寬泛地，該蝕刻層可以是導(dǎo)電或介電層。優(yōu)選地，該蝕刻層是導(dǎo)電層。更優(yōu)選地，該蝕刻 層是導(dǎo)電的含金屬層。為了蝕刻含鎢層，該含鎢層和相關(guān)的堆?？梢员环湃氲入x子體處理 室中。圖2是等離子體處理系統(tǒng)200的示意圖，其包括等離子體處理工具201。等離子體處 理工具201是電感耦合等離子體蝕刻工具，并包括內(nèi)有等離子體處理室204的等離子體反 應(yīng)器202。變壓器耦合電力(TCP)控制器250和偏置電力控制器255分別控制TCP電力供
5應(yīng)251和偏置電力供應(yīng)256，其影響在等離子體室204內(nèi)產(chǎn)生的等離子體224。該TCP電力控制器250對TCP電力供應(yīng)251設(shè)定一個設(shè)定點，TCP電力供應(yīng)251被 配置為向位于等離子體室204附近的TCP線圈253供應(yīng)13. 56MHz的射頻信號(由TCP匹 配網(wǎng)絡(luò)252調(diào)諧)。提供射頻透明窗254以將TCP線圈253與等離子體室204分隔開，同時 允許能量從TCP線圈253傳遞到等離子體室204。通過位于射頻透明窗254的孔中的直徑 為大約2. 5cm(l英寸)的藍(lán)寶石圓片來提供光學(xué)透明窗265。偏置電力控制器255對偏置電力供應(yīng)256設(shè)定一個設(shè)定點，偏置電力供應(yīng)256被 配置為向位于等離子體室204中的卡盤電極208供應(yīng)射頻信號(由偏置匹配網(wǎng)絡(luò)257調(diào) 諧)，以在電極208上方創(chuàng)建直流(DC)偏置，該電極208適于接收正在處理的襯底206，比 如半導(dǎo)體晶圓工件。偏置電力控制器205還能夠脈沖(pulse)該偏置電力，優(yōu)選地脈沖頻 率在IHz到10，OOOHz之間。氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)或氣體源210包括由氣體歧管217連接的氣體來源以向等離子體室 204內(nèi)部供應(yīng)該工藝所需的合適的化學(xué)物質(zhì)。一個氣體來源可以是蝕刻氣體源215，其供應(yīng) 蝕刻含鎢層的合適的化學(xué)物質(zhì)。另一個氣體來源可以是沉積氣體源216，其供應(yīng)沉積到該含 鎢層上的合適的化學(xué)物質(zhì)。排氣機(jī)構(gòu)218包括壓強(qiáng)控制閥219和排氣泵220，并從等離子體 室204內(nèi)除去微粒并保持等離子體室204內(nèi)的特定壓強(qiáng)。溫度控制器280通過控制加熱器電力供應(yīng)284而控制卡盤電極208內(nèi)具有的加熱 器282的溫度。等離子體處理系統(tǒng)200還包括電子控制線路270?？刂凭€路270可控制溫 度控制器280、氣體源210、偏置電力控制器255和TCP電力控制器250。這些控制器的一個 或多個可以集成到該控制線路中。等離子體處理系統(tǒng)200還可以具有端點檢測器260。圖3A和3B描繪了計算機(jī)系統(tǒng)，其適于實現(xiàn)用于本發(fā)明的實施方式的控制線路 270。圖3A顯示了計算機(jī)系統(tǒng)300的一種可能的物理形式。當(dāng)然，該計算機(jī)系統(tǒng)可具有多 種物理形式，范圍從集成電路、印刷電路板和小型手持裝置直到大型超級計算機(jī)。計算機(jī)系 統(tǒng)300包括監(jiān)視器302、顯示器304、外殼306、磁盤驅(qū)動308、鍵盤310和鼠標(biāo)312。磁盤314 是計算機(jī)可讀介質(zhì)，用于向計算機(jī)系統(tǒng)300傳送數(shù)據(jù)或從計算機(jī)系統(tǒng)300傳輸數(shù)據(jù)。圖3B是計算機(jī)系統(tǒng)300的方框圖的一個實施例。各種子系統(tǒng)連接于系統(tǒng)總線320。 一個或多個處理器322 (也稱為中央處理單元，或CPU)耦合于存儲器件，包括存儲器324。 存儲器324包括隨機(jī)存取存儲器(RAM)和只讀存貯器(ROM)。正如本領(lǐng)域中熟知的那樣， ROM能夠向該CPU單向傳送數(shù)據(jù)和指令，而RAM通?？梢杂糜谝噪p向方式傳送數(shù)據(jù)和指令。 這兩種類型的存儲器可以包括下面所述的任何合適的計算機(jī)可讀介質(zhì)。固定磁盤326也雙 向耦合于CPU 322 ；它提供額外的數(shù)據(jù)存儲容量而且還包括任何下述的任何的計算機(jī)可讀 介質(zhì)。固定磁盤326可被用來存儲程序、數(shù)據(jù)等等而且通常是比主存儲器更慢的第二級存 儲介質(zhì)(比如硬盤)。應(yīng)當(dāng)理解，固定磁盤326中保存的信息，在適當(dāng)?shù)那闆r下，可以作為虛 擬存儲器(virtual memory)以標(biāo)準(zhǔn)方式合并在存儲器324中?？梢瞥疟P314可以采取 下述的任何計算機(jī)可讀介質(zhì)的形式。CPU 322也耦合于各種輸入/輸出設(shè)備，比如顯示器304、鍵盤310、鼠標(biāo)312和揚(yáng) 聲器330。通常，輸入輸出設(shè)備可能是下述任何一種視頻顯示器、軌跡球、鼠標(biāo)、鍵盤、麥克 風(fēng)、觸摸屏、傳感器讀卡器、磁帶或紙帶閱讀器、書寫板、觸摸筆、語音或筆跡識別器、生物特 征閱讀器，或其它的電腦?？蛇x地，CPU 322使用網(wǎng)絡(luò)接口 340耦合于另一臺計算機(jī)或電信
6網(wǎng)絡(luò)。使用這種網(wǎng)絡(luò)接口，可以想象，在執(zhí)行上述方法步驟的過程中，該CPU可以從網(wǎng)絡(luò)接 收信息，或者可以輸出信息到網(wǎng)絡(luò)。而且，本發(fā)明的方法實施方式可以在CPU 322上單獨(dú)執(zhí) 行或者通過網(wǎng)絡(luò)(比如因特網(wǎng))與共享部分處理的遠(yuǎn)程CPU—起執(zhí)行。另外，本發(fā)明的實施方式進(jìn)一步涉及具有計算機(jī)可讀介質(zhì)的計算機(jī)存儲器產(chǎn)品， 該計算機(jī)可讀介質(zhì)具有用以執(zhí)行各種由計算機(jī)完成的操作的計算機(jī)代碼。該介質(zhì)和計算機(jī) 代碼可以是為本發(fā)明的目的專門設(shè)計和制造的，也可以是對具有計算機(jī)軟件領(lǐng)域的技術(shù)的 人員來說熟知并可以獲得的。計算機(jī)可讀介質(zhì)的實施例包括但不限于磁介質(zhì)比如硬盤、 軟盤和磁帶；光介質(zhì)比如⑶-ROM和全息器件；磁光(magneto-optical)介質(zhì)，比如光軟盤 (floptical disks)；和被專門配置為存儲和執(zhí)行程序代碼的硬件裝置，比如專用集成電路 (ASIC)、可編程邏輯器件(PLD)和ROM和RAM器件。計算機(jī)代碼的實施例包括比如由編譯 器產(chǎn)生的機(jī)器碼和包含由計算機(jī)使用解釋器執(zhí)行的更高級別代碼的文件。計算機(jī)可讀介質(zhì) 還可以是由嵌入載波中的計算機(jī)數(shù)據(jù)信號傳輸并表示由處理器執(zhí)行的指令序列的計算機(jī) 代碼。為了便于理解，圖4A-C描繪了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式處理過的堆棧的示意 圖。在蝕刻層上方形成具有不同縱橫比的特征(即，開放和密集特征)的圖案化的掩 模層(步驟100)。圖4A是具有襯底410的堆棧400的橫截面示意圖，在襯底410上方提供 蝕刻層420。盡管圖中顯示蝕刻層420在襯底410上，然而它們之間可以有一個或多個層， 只要蝕刻層420在襯底410上方。蝕刻層420優(yōu)選是導(dǎo)電層，盡管它也可以是介電層。蝕 刻層420上方存在掩模層430。掩模層430可以是碳基掩模，比如CH或CF或無定形碳，或 無機(jī)硬掩模，比如二氧化硅、氮化硅等。掩模層430是用開放特征440和密集特征450兩者 圖案化的。開放特征440的寬度441比密集特征450的寬度451相對更大。換句話說，開放 特征440具有比密集特征450更寬的開口。因此，開放特征440還可被稱為“更寬的”特征， 而密集特征450還可被稱為“更窄的”特征。優(yōu)選地，開放或更寬的特征440比密集或更窄 的特征450寬至少2倍。更優(yōu)選地，開放或更寬的特征440比密集或更窄的特征450寬至 少5倍。最優(yōu)選地，開放或更寬的特征440比密集或更窄的特征450寬至少10倍。穩(wěn)態(tài)蝕刻氣體被流入該蝕刻室(步驟104)。在此實施例中，該蝕刻氣體包含沉 積組分和蝕刻組分。該沉積組分包含含硅組分和含氧組分。該蝕刻氣體的含硅組分可 以是含硅的任何氣態(tài)化學(xué)品。例如，該含硅組分可以是有機(jī)硅氧烷；也就是說，基于構(gòu)造 單元R2SiO的由硅、氧和碳組成的化合物，其中R是烷基，比如甲基、乙基、丙基等等，其具 有150攝氏度或更低的沸點。合適的硅氧烷化合物的實施例包括但不限于四甲基二硅氧 烷[((CH3)2SiH)20]、五甲基二硅氧烷和六甲基二硅氧烷。該含硅化合物還可以是類似于 硅氧烷但是用氮代替橋接氧(bridging oxygen)的化合物(比如四甲基二硅氮烷、六甲 基二硅氮烷或N-甲基-N-甲硅烷基-硅氨烷)，或硅、碳和氫的化合物(比如二硅基乙炔 [C2H6Si2])。替代地，該含硅組分可以是基于構(gòu)造單元SiAxZ(4_x)的有機(jī)硅化合物，其中A是 從組H、F、Cl、Br或I中選出的，其中Z是烷基，比如甲基、乙基、丙基等等，其中χ可以在 0到4之間變化，其具有150攝氏度或更低的沸點。例如，該含硅組分可以是二甲基硅烷[(CH3)2SiH2]，其中χ等于2，A是氫，而Z是甲基。在另一個實施例中，該含硅組分可以是二 氯二甲基硅烷[(CH3)2SiCl2]，其中χ等于2，A是氯，而Z是甲基。在又一個實施例中，該含 硅組分可以是四甲基硅烷[(CH3)4Si]，其中χ等于0而Z是甲基。優(yōu)選地，該含硅組分是基于硅烷的；即，硅烷或鹵化硅烷。硅烷是由SiH4或具有實 驗式SixH(2x+2)的更高的硅烷，其中χ的最小值是1。鹵化硅烷是由具有實驗式SixAyH(2x+2_y) 的化合物組成的，其中A是從組F、Cl、Br或I中選出的，而χ和y每一個的最小值是1。更 優(yōu)選地，該基于硅烷的含硅組分是鹵化硅烷。最優(yōu)選地，該基于硅烷的含硅組分是四氯化硅 (SiCl4)。該沉積組分的含氧組分，在一些情況下，可以通過該含硅組分工藝氣體提供。例 如，如果該含硅組分包含硅氧烷，該沉積組分的含氧組分可以是來自該硅氧烷的氧。在其它 情況下，該沉積組分的含氧組分可以是獨(dú)立于該含硅組分供應(yīng)的。也就是說，該含氧組分可 包含原子氧而沒有硅。例如，該含氧組分可以是CO、CO2, O3> H2O或02。替代地，該沉積組分 的該含氧組分的氧可以是來自含硅工藝氣體(比如硅氧烷)和獨(dú)立的含氧組分(其不包含 硅)兩者。優(yōu)選地，該沉積組分的含氧組分是來自獨(dú)立的含氧組分，其包含原子氧而沒有 硅。最優(yōu)選地，該含氧組分是O2。提供穩(wěn)態(tài)射頻(步驟108)。在此實施例中該穩(wěn)態(tài)射頻不是脈沖式的。在一個實 施例中，該穩(wěn)態(tài)射頻是頻率為13. 56MHz的900瓦的TCP電力。提供脈沖式偏置電壓(步驟 112)。優(yōu)選地，該偏置電壓的脈沖具有IHz到10，OOOHz之間的頻率。更優(yōu)選地，該脈沖式偏 置具有5Hz到8，OOOHz之間的頻率。最優(yōu)選地，該脈沖式偏置在IOHz到5000Hz之間。蝕 刻該導(dǎo)電或介電層(步驟116)。占空比也可以進(jìn)一步調(diào)諧該脈沖式偏置以減少或消除微負(fù) 載。優(yōu)選地，該占空比在10%和90%之間。意外發(fā)現(xiàn)，使用脈沖式偏置減少或消除了微負(fù)載。不受理論限制，人們相信如果配 方(recipe)包含蝕刻組分和沉積組分兩者的話，脈沖式偏置提供了凈蝕刻(net eches)和 凈沉積(net depositor!)系列。當(dāng)該偏置電壓很高時，蝕刻工藝通過蝕刻組分發(fā)生，而當(dāng)該 偏置電壓很低時，沉積工藝通過沉積組分發(fā)生。換句話說，當(dāng)供應(yīng)該脈沖式偏置時，蝕刻工 藝和沉積工藝連續(xù)而周期性地發(fā)生。蝕刻和沉積之間的比率是通過脈沖式偏置的占空比以 及配方控制的。人們相信，蝕刻層420的蝕刻是縱橫比依賴的。開放(更寬的，低縱橫比的)特征 440比密集(更窄的，高縱橫比的)特征450蝕刻地更快。然而，人們還相信，該沉積組分在 該蝕刻層上的沉積是對該開放特征有選擇性的。在開放(更寬的，低縱橫比的)特征440 的內(nèi)部(尤其是底部上)的沉積443比密集(更窄的，高縱橫比的)特征450的內(nèi)部的沉 積453更多，因為沉積化學(xué)品進(jìn)入開放特征440比密集特征450更快。因此，沉積也是縱橫 比依賴的。通過脈沖式偏置進(jìn)行的沉積工藝的引入降低了總蝕刻速率。然而，它在寬的特征 上比在窄的特征上降低的蝕刻速率更多，因為該沉積工藝是縱橫比依賴的。寬特征處的更 多的沉積使寬的特征的蝕刻速率降低更多，這又導(dǎo)致了微負(fù)載的減小。當(dāng)使用具有蝕刻組 分和沉積組分兩者的適當(dāng)配方時，通過該脈沖式偏置的占空比的變化，可以控制該微負(fù)載 從正的變成負(fù)的。如果蝕刻處理和沉積工藝被很好地均衡，窄的特征的蝕刻速率變得與寬 的特征的一樣。
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另外，人們相信該脈沖式偏置減少了蝕刻過程中該掩模表面上的電荷積累。因為 該等離子體中電子比正離子有更高的流動性，它們可以很容易地克服等離子體包層并沖擊 該掩模層的表面，導(dǎo)致該掩模層的電荷積累。掩模層的這種電荷積累有可能提供電場，該電 場可能截留并消耗蝕刻離子并因此降低蝕刻速率。蝕刻速率的降低在具有更高的縱橫比的 密集區(qū)域比具有更低縱橫比的開放區(qū)域更明顯。通過使脈沖式偏置降低電荷積累，脈沖式 偏置提供了減少微負(fù)載的另一種方式。通過提供穩(wěn)態(tài)氣體(而不是交替的氣體)和穩(wěn)態(tài)射頻，這個實施方式不具有任何 紊流問題，允許該偏置的脈沖達(dá)到10，000Hz。更高的脈沖頻率允許更平滑的側(cè)壁輪廓。具體的蝕刻配方提供4毫托的壓強(qiáng)。RF電力源提供頻率為13. 56MHz的900瓦的 TCP電力。偏置電力源提供2MHz的90瓦的偏置電力。3Osccm Cl2、25sccm NF3、30sccm 02、 70sccm N2*10sCCm SiCl4的蝕刻氣體被流入該室。在該室中保持60-55攝氏度的溫度。 該偏置電力被脈沖為10赫茲，占空比為50%，這導(dǎo)致-11%的微負(fù)載。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，具有70% 的占空比的上述配方產(chǎn)生+6%的微負(fù)載。圖4B顯示了蝕刻工藝(步驟116)過程中堆棧400的橫截面示意圖。盡管描繪了 沉積層，這樣的示意圖僅僅是為了便于理解。在實際蝕刻過程中，蝕刻和沉積工藝的平衡可 以導(dǎo)致不形成可見的沉積層。蝕刻層420的蝕刻是縱橫比依賴的。開放(更寬的，低縱橫 比的)特征440比密集(更窄的，高縱橫比的)特征450蝕刻地更快。在開放(更寬的，低 縱橫比的)特征440的內(nèi)部(尤其是底部上)的沉積443比密集(更窄的，高縱橫比的) 特征450的內(nèi)部的沉積453更多，因為沉積化學(xué)品進(jìn)入開放特征440比密集特征450更快。 因此，沉積也是縱橫比依賴的。 蝕刻和沉積之間的比率通過脈沖式偏置的占空比以及配方控制。當(dāng)該蝕刻工藝和 沉積工藝被合理均衡時，蝕刻層420被蝕刻而沒有值得注意的沉積。該沉積工藝僅僅對該 開放區(qū)域選擇性地降低了蝕刻速率，并減少了微負(fù)載。開放特征440底部上的更大的沉積補(bǔ)償了開放特征440的更快的蝕刻，使得蝕刻 步驟過程中對于開放特征440和窄特征450兩者蝕刻掉的蝕刻層420有大致相同的深度 460。也就是說，在那些特征443上的選擇性沉積帶來的在開放特征440中的更低的蝕刻速 率帶來了零微負(fù)載。通過修改脈沖式偏置的占空比，還可以實現(xiàn)反向或正的微負(fù)載。而且，該沉積是非保形的，從而該特征的底部上的沉積比該特征的側(cè)壁上方的沉 積多得多。在該特征的側(cè)壁上方有很少或沒有沉積可以阻止該特征的開口變窄。在掩模層430的頂部上也可能有一定量的沉積446、456。掩模層430的蝕刻也發(fā) 生在蝕刻步驟116中。該掩模層430頂部上的沉積446和456減少了掩模層430的蝕刻速 率。該蝕刻組分和該沉積組分是在單一步驟(步驟104)中提供的，此時蝕刻層420被 蝕刻，直到蝕刻層420被完全蝕刻。在此實施例中，該沉積可以是基于硅的氧化物(SiO)的， 比如使用SiCl4和O2沉積組分。圖4C顯示了蝕刻層420被完全蝕刻之后，堆棧400的橫截面示意圖。在寬的特征 441和窄的特征451兩者中，特征440和450已經(jīng)到達(dá)了蝕刻層420的底部。也就是說，當(dāng) 蝕刻層420已經(jīng)完全從寬的特征440的底部除去時，在窄的特征450中沒有剩余的蝕刻層 420。非保形沉積阻止了在寬的特征441和窄的特征451中的開口變窄，而蝕刻過程中該特征頂部上的沉積減少了掩模430的腐蝕。在蝕刻完成后，開放(更寬的)特征440的寬度441比密集(更窄的)特征450的 寬度451相對更大。開放(更寬的)特征440和密集(更窄的)特征450兩者的高度442 大致相同。因此，開放(更寬的)特征440的縱橫比比密集(更窄的)特征450的縱橫比 相對更低或更小。在此實施例中，蝕刻層420中的特征的縱橫比可大于1 1。在另一個 實施例中，蝕刻層420中的特征的縱橫比可大于7 1。在第三實施例中，蝕刻層420中的 特征的縱橫比可大于15 1。在此實施例中，密集(更窄的)特征的寬度是大約80納米 (nm)或更小。該特征的高度是大約150nm或更大。在本發(fā)明的另一個實施方式中，可以使用AC或RF電力源來引起并提供偏置電壓。 這樣的AC或RF電力源可以被調(diào)制以提供脈沖式偏置電壓。盡管本發(fā)明是參考幾個優(yōu)選實施方式進(jìn)行描繪的，然而，有落入本發(fā)明的范圍的 變更、置換、修改和各種等同替換。還應(yīng)注意，有許多實現(xiàn)本發(fā)明的方法和裝置的替代方式。 因此，所附權(quán)利要求意在被解讀為包括所有這些變更、置換和各種等同替換，均落入本發(fā)明 的真實精神和范圍。
權(quán)利要求
一種透過具有更寬的和更窄的特征的掩模蝕刻導(dǎo)電層的方法，包含(a)流入穩(wěn)態(tài)蝕刻氣體；(b)提供穩(wěn)態(tài)RF電力以從該蝕刻氣體形成等離子體；(c)在該穩(wěn)態(tài)蝕刻氣體流動過程中提供脈沖式偏置電壓，其中該脈沖式偏置電壓具有在1到10,000Hz之間的頻率；以及(d)使用由該蝕刻氣體形成的該等離子體將更寬的和更窄的特征蝕刻入該導(dǎo)電層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該脈沖式偏置電壓減少該更寬的和更窄的特征之 間的微負(fù)載。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的方法，其中該蝕刻氣體包含沉積組分和蝕刻組分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的方法，其中當(dāng)該偏置電壓很低時，帶來凈沉積，而 當(dāng)偏置電壓很高時，帶來凈蝕刻。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中該凈沉積是方向性的，且該凈蝕刻是方向性的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的方法，其中該導(dǎo)電層是含鎢層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的方法，其中該脈沖式偏置具有在IOHz和5，OOOHz 之間的頻率。
8.根據(jù)權(quán)利要求3-7中任一項所述的方法，其中該蝕刻氣體的該沉積組分包含 含硅組分；以及含氧組分。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中該含硅組分是鹵化硅烷。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中該含氧組分是氧氣(O2)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項所述的方法，其中該脈沖式偏置電壓是脈沖式直流電壓。
12.一種透過具有更寬的和更窄的特征的掩模蝕刻蝕刻層的由計算機(jī)實現(xiàn)的方法，包含(a)向等離子體室內(nèi)流入包含沉積組分和蝕刻組分的穩(wěn)態(tài)蝕刻氣體；(b)向該等離子體室中提供穩(wěn)態(tài)RF電力以從該蝕刻氣體形成等離子體；(c)在該穩(wěn)態(tài)蝕刻氣體流動過程中向該等離子體室提供脈沖式偏置電壓，其中該脈沖 式偏置電壓具有在1到10，OOOHz之間的頻率；以及(d)使用從該蝕刻氣體形成的該等離子體蝕刻該蝕刻層以形成具有更小的微負(fù)載的更 寬的和更窄的蝕刻特征。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的由計算機(jī)實現(xiàn)的方法，其中該脈沖式偏置具有在IOHz和 5，OOOHz之間的頻率。
14.根據(jù)權(quán)利要求12-13中任一項所述的由計算機(jī)實現(xiàn)的方法，其中該蝕刻氣體的該 沉積組分包含含硅組分；以及 含氧組分。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的由計算機(jī)實現(xiàn)的方法，其中該含硅組分是鹵化硅烷。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的由計算機(jī)實現(xiàn)的方法，其中該含氧組分是氧氣(02)。
17.一種用于透過具有更寬的和更窄的特征的掩模蝕刻蝕刻層的裝置，包含 等離子體反應(yīng)器，包含等離子體處理室； 射頻透明窗；鄰近該射頻透明窗的變壓器耦合電力(TCP)線圈，以提供維持等離子體的電力；電氣連接于該TCP線圈的TCP電力供應(yīng)；用于在該等離子體處理室內(nèi)支撐半導(dǎo)體襯底的卡盤電極；電氣連接于該卡盤電極的偏置電力供應(yīng)；用于控制該偏置電力供應(yīng)的偏置電力控制器，其中該偏置電力控制器能夠使該偏置電力供應(yīng)提供在1到10，OOOHz之間的脈沖式偏置電力；用于調(diào)節(jié)該等離子體處理室中的壓強(qiáng)的壓強(qiáng)控制閥和泵； 氣體源，包含蝕刻氣體組分源和沉積氣體組分源；以及 可控地連接于該氣體源和該TCP線圈的控制器，包含 至少一個處理器；以及 計算機(jī)可讀介質(zhì)，包含用于將包含沉積組分和蝕刻組分的穩(wěn)態(tài)蝕刻氣體流入該等離子體處理室的計算機(jī)可 讀代碼；用于向該等離子體處理室中提供穩(wěn)態(tài)RF電力以從該蝕刻氣體形成等離子體的計算機(jī) 可讀代碼；用于在該穩(wěn)態(tài)蝕刻氣體流動過程中向該等離子體處理室提供脈沖式偏置電壓的計算 機(jī)可讀代碼，其中該脈沖式偏置電壓具有在1到10，OOOHz之間的頻率；以及用于使用從該蝕刻氣體形成的該等離子體蝕刻該蝕刻層以形成具有更小的微負(fù)載的 更寬的和更窄的特征的計算機(jī)可讀代碼。
18.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中當(dāng)該偏置電壓很低時，帶來凈沉積，而當(dāng)偏置電 壓很高時，帶來凈蝕刻。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中該凈沉積是方向性的，且該凈蝕刻是方向性的。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該導(dǎo)電層是含鎢層。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該脈沖式偏置具有在IOHz和5，OOOHz之間的頻率。
22.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中該蝕刻氣體的該沉積組分包含 含硅組分；以及含氧組分。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中該含硅組分是鹵化硅烷。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中該含氧組分是氧氣(O2)。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中該含氧組分是氧氣(O2)。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該脈沖式偏置電壓是脈沖式直流電壓。
全文摘要
文檔編號H01L21/3065GK101952945SQ200880119289
公開日2011年1月19日 申請日期2008年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月29日
發(fā)明者Pu Brian, Fu Qian, Liu Shenjian, Lee Wonchul 申請人:Lam Res Corp