專利名稱：用于對離子產(chǎn)生和工藝氣體離解具有獨立控制的等離子體蝕刻的系統(tǒng)、方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及等離子體蝕刻系統(tǒng)和方法，尤其是涉及用于對離子產(chǎn)生和工藝氣體離解具有獨立控制的等離子體蝕刻的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
典型等離子體蝕刻工藝的簡化描述是其中具有工藝氣體的等離子體室。該工藝由電氣耦合到工藝氣體中的RF或微波信號激發(fā)。激發(fā)該工藝氣體導(dǎo)致在該工藝氣體中形成離子和自由基。然后，該離子和自由基被指向待蝕刻的表面。利用等離子體室內(nèi)的氣流以及各個表面的電氣偏置，該離子和自由基可被指向待蝕刻的表面。該離子和自由基與待蝕刻表面中的材料起反應(yīng)。
增加蝕刻等離子體的密度是加快蝕刻表面被蝕刻(例如，通常用埃每分鐘表示的蝕刻速率)的一種方法。增加蝕刻等離子體的密度增加了離子的濃度從而增強了工藝氣體、離子和蝕刻表面之間的反應(yīng)。但是，增加等離子體密度也會導(dǎo)致工藝氣體混合物過度離解成組元或分子，超出最佳的離解程度。舉例來說，增加的等離子體密度通常會引起氟原子自由基從氟碳工藝氣體混合物離解。離解的氟可加速蝕刻掩模的、特征側(cè)壁的、或者待蝕刻的層下面的蝕刻停止層的不希望的蝕刻。此外，氟碳源氣體的過度離解可導(dǎo)致等離子體中的氟碳自由基種類的非最佳組合，產(chǎn)生類似于過量氟的影響。會有均勻性和控制也會被降低或者低于當(dāng)工藝氣體被離解過多時發(fā)生的期望值等其他問題。鑒于以上所述，需要用于對離子產(chǎn)生和工藝氣體離解具有獨立控制的等離子體蝕刻的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
一般而言，本發(fā)明通過提供用于對離子產(chǎn)生和工藝氣體離解具有獨立控制的等離子體蝕刻的系統(tǒng)和方法來滿足這些需要。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明可以多種方式實施，包括作為工序、裝置、系統(tǒng)、計算機可讀介質(zhì)、或者器件。下面會描述本發(fā)明的若干創(chuàng)造性的實施方式?！獙嵤┓绞教峁┝宋g刻半導(dǎo)體晶片的方法，所述方法包括將源氣體混合物注入到處理室中，將源氣體混合物注入到處理室中包括將所述源氣體混合物注入到所述處理室的上電極中的多個空心陰極腔中以及在所述空心陰極腔中的每一個中產(chǎn)生等離子體。在所述空心陰極腔中產(chǎn)生所述等離子體包括將第一偏置信號施加到所述空心陰極腔。將產(chǎn)生的所述等離子體從所述空心陰極腔中的每一個的對應(yīng)出口輸出到所述處理室中的晶片處理區(qū)域中。所述晶片處理區(qū)域位于所述空心陰極腔的所述出口和待蝕刻的表面之間。將蝕刻劑氣體混合物注入到所述晶片處理區(qū)域中。所述蝕刻劑氣體混合物通過所述上電極中的多個注入口被注入使得所述蝕刻劑氣體混合物與從所述空心陰極腔的所述出口輸出的所述等離子體混合。通過從空心陰極腔的所述出口流出的所述等離子體和源氣體，所述蝕刻劑氣體混合物實質(zhì)上被防止流入所述空心陰極腔的所述出口中。混合所述蝕刻劑氣體混合物和所述等離子體在所述晶片處理區(qū)域中產(chǎn)生成組的期望化學(xué)物質(zhì)種類(species)，導(dǎo)致待蝕刻的所述表面的最佳蝕刻結(jié)果。在所述空心陰極腔中的每一個中產(chǎn)生等離子體可包括冷卻所述上電極。偏置所述空心陰極腔可包括將所述第一偏置信號施加到所述上電極的第二導(dǎo)電層，所述空心陰極腔被形成于所述第二導(dǎo)電層中。所述第一偏置信號可包括RF偏置信號。所述第一偏置信號可包括大約IMHz到大約15MHz之間的范圍內(nèi)的RF信號。所述多個注入口可實質(zhì)上分布于所述上電極的所述晶片處理區(qū)域的整個表面。所述空心陰極腔可實質(zhì)上分布于所述上電極的所述晶片處理區(qū)域的整個表面。所述多個空心陰極腔和所述多個注入口可實質(zhì)上均勻地散置于所述上電極的所述晶片處理區(qū)域的整個表面。
將產(chǎn)生的所述等離子體從所述空心陰極腔中的每一個的對應(yīng)出口輸出可包括將第二偏置信號施加到下電極。在所述空心陰極腔中的每一個中產(chǎn)生等離子體可包括將第三偏置信號施加到所述空心陰極腔的所述出口。所述第三偏置信號可以是接地電位。蝕刻待蝕刻的所述表面可包括將第四偏置信號施加到晶片支撐電極或施加到耦合于所述晶片處理區(qū)域的另一電極，以增加所述等離子體的產(chǎn)生和由從所述空心陰極腔流出的所述等離子體提供的晶片離子轟擊。蝕刻待蝕刻的所述表面可包括從所述晶片處理區(qū)域移除蝕刻副產(chǎn)品。還可將接地電位施加所述上電極的第一導(dǎo)電層。所述空心陰極腔可包括多個空心陰極溝槽。所述上電極中的所述多個注入口可包括多個注入溝槽。所述源氣體混合物可以是惰性氣體。所述蝕刻劑氣體混合物可包括含氟碳化合物的氣體。所述空心陰極腔中的每一個的所述出口可具有大于等離子體鞘厚度兩倍的寬度。另一實施方式提供了用于產(chǎn)生蝕刻物質(zhì)種類的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括源氣體混合物源、蝕刻劑氣體源和處理室。所述處理室包括上電極和下電極。所述上電極包括多個空心陰極腔，所述源氣體混合物源被耦合到所述空心陰極腔的每一個的入口。所述上電極還包括耦合到所述空心陰極腔的每一個的第一偏置信號源以及所述空心陰極腔的每一個的對應(yīng)出口。所述對應(yīng)出口對所述處理室中的晶片處理區(qū)域打開。所述晶片處理區(qū)域位于所述空心陰極腔的每一個的所述出口和待蝕刻的表面之間。所述上電極還包括耦合到所述蝕刻劑氣體源的多個注入口。所述注入口能夠?qū)⑺鑫g刻劑氣體注入到所述晶片處理區(qū)域中。所述下電極可支撐半導(dǎo)體晶片，所述半導(dǎo)體晶片包括待蝕刻的所述表面。所述對應(yīng)出口的每一個可具有大于等離子體鞘厚度兩倍的寬度。替代地，所述對應(yīng)出口的每一個可具有小于或等于等離子體鞘厚度兩倍的寬度。另一實施方式提供了蝕刻半導(dǎo)體晶片的方法，所述方法包括將源氣體混合物注入到處理室中，將源氣體混合物注入到處理室中包括將所述源氣體混合物注入到所述處理室的上電極中的多個空心陰極腔中、在所述空心陰極腔的每一個中產(chǎn)生等離子體(包括將第一偏置信號施加到所述多個空心陰極腔)、在所述空心陰極腔中產(chǎn)生激活了的物質(zhì)種類以及將產(chǎn)生的所述激活了的物質(zhì)種類從所述空心陰極腔的每一個的對應(yīng)出口輸出到所述處理室中的晶片處理區(qū)域中。所述晶片處理區(qū)域位于所述空心陰極腔的每一個的所述出口和待蝕刻的表面之間。將蝕刻劑氣體混合物注入到所述晶片處理區(qū)域中。通過將第二偏置信號耦合到晶片支撐電極或者耦合到電氣耦合于所述晶片處理區(qū)域的另一電極，在所述晶片處理區(qū)域中產(chǎn)生等離子體。所述蝕刻劑氣體混合物通過所述上電極中的一或更多注入口被注入使得所述蝕刻劑氣體混合物與從所述空心陰極腔的所述出口輸出的所述激活了的物質(zhì)種類混合且包括在所述晶片處理區(qū)域中產(chǎn)生期望的化學(xué)物質(zhì)種類。通過從所述空心陰極腔的每一個的所述出口流出的所述激活了的物質(zhì)種類，所述蝕刻劑氣體混合物實質(zhì)上被防止流入所述空心陰極腔的每一個的所述出口中。所述空心陰極腔的每一個的所述出口具有小于等離子體鞘厚度兩倍的寬度。接著待蝕刻的所述表面被蝕刻。從接下來的詳細(xì)描述中，結(jié)合以示例方式圖示本發(fā)明的原理的附圖，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點將變得顯而易見。


通過接下來的詳細(xì)描述，結(jié)合附圖，本發(fā)明會被容易地理解。
圖I是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的在上電極中具有多個空心陰極等離子體腔的等離子體處理室系統(tǒng)的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的多個空心陰極等離子體腔中的一個的更細(xì)節(jié)的視圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的在上電極中的DC或RF驅(qū)動的空心陰極(HC)腔的二維陣列的示意圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的在上電極中的DC或RF驅(qū)動的空心陰極溝槽的二維陣列的示意圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的示出在產(chǎn)生增加的等離子體密度時沒有增加的解離而執(zhí)行的方法操作的流程圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將描述用于對離子產(chǎn)生和工藝氣體的離解具有獨立控制的等離子體蝕刻的系統(tǒng)和方法的若干示例性的實施方式。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本發(fā)明顯然可在沒有此處所陳述的具體細(xì)節(jié)中的一些或全部的情況下被實施。用于蝕刻介電晶片膜的典型等離子室有一個常見問題。目標(biāo)物質(zhì)的蝕刻速率往往受到達(dá)表面的離子通量所限。為了獲得更高的蝕刻速率，從而獲得更高效的蝕刻工藝，可以增加離子通量。由于工藝控制參數(shù)被調(diào)整來產(chǎn)生到待蝕刻的晶片表面的相對高的離子通量，等離子體密度上的相應(yīng)增加導(dǎo)致工藝氣體的離解上的增加。這改變了等離子體中存在的化學(xué)物質(zhì)的組合。更具體地，增加到晶片的離子通量的相同參數(shù)變化通常也會增加等離子體的電子密度。電子密度是直接影響等離子體中的工藝氣體化學(xué)物質(zhì)的分子離解的比率從而改變等離子體的化學(xué)組成(例如，不同自由基、工藝氣體母體分子、以及蝕刻副產(chǎn)品之間的比率)的等離子體條件。當(dāng)?shù)入x子體密度增加在整個等離子體化學(xué)過程中引起相應(yīng)的變化時，會有更多離解。氟碳(或氫氟碳)源氣體(FC氣體)通常被用來蝕刻Si02、SiNx, SiOCHx,以及其它硅基電介質(zhì)。過多的離解導(dǎo)致不理想的等離子體條件和不夠最佳的工藝結(jié)果。具體地，過多的離解造成過于“傾斜(lean)”的等離子體化學(xué)過程，意味著蝕刻表面的傾向太強而通過形成氟碳(FC)薄膜來鈍化表面的傾向太弱。過多的離解將諸如CxFy (X=2、3、4)等聚合中性物質(zhì)轉(zhuǎn)換為諸如CFx(X=l、2、3)和F等蝕刻中性物質(zhì)，導(dǎo)致源氣體在表面上的聚合減少。過量離解以及所導(dǎo)致的源氣體的低聚合引起對掩模和襯底膜的低蝕刻選擇性(selectivity)，以及不希望的側(cè)壁蝕刻。調(diào)節(jié)等離子體化學(xué)過程中的氣體混合物有時至少能部分補償過量的離解。但是，調(diào)節(jié)氣體混合物不能完全克服高密度等離子體的低聚合的局限。這一問題的極端示例發(fā)生于當(dāng)高密度感應(yīng)耦合等離子體(ICP)源與FC氣體一起使用時。結(jié)果是對有機掩模物質(zhì)的低選擇性。離子通量和電子密度之間的緊密耦合(close coupling)使得難以獲得結(jié)合高離子通量和最佳氟碳等離子體化學(xué)物質(zhì)的等離子體條件。該緊密耦合迫使在高蝕刻速率和高選擇性之間進行折衷。該折衷通常在高深寬比(HAR)接觸(high-aspect-ratio contact)或單元蝕刻(cell etching)中遇到,在這些情況下，由于相對較厚的膜而需要高蝕刻速率， 且由于供應(yīng)厚掩模膜的成本和復(fù)雜性而需要高選擇性。提供增加的等離子體密度而不增加離解的一種方法是生成具有相較于HAR電介質(zhì)蝕刻常規(guī)條件較低的電子溫度的高密度等離子體。這允許高離子通量到達(dá)晶片表面，但減少具有足夠能量引起工藝氣體的離解的電子量。這可通過在空間上分離工藝氣體離解和等離子體激活或產(chǎn)生實現(xiàn)，某種程度上允許等離子體和工藝氣體二者均勻注入到晶片處理區(qū)域中。以這種方式，與待處理的襯底互相作用的等離子體會具有低離解但高等離子體密度的益處，因為在與工藝氣體分離的區(qū)域中等離子體被產(chǎn)生或者氣體被預(yù)激活。增加等離子體密度卻不增加離解的一種方法包括將等離子體從等離子體源直接注入到晶片處理區(qū)域。晶片處理區(qū)域中的等離子體密度通過注入等離子體被提供和/或增加，使得電子溫度從而工藝氣體離解率不提高。增加等離子體密度卻不增加離解的另一種方法包括將激活了的物質(zhì)種類從等離 子體源注入到晶片區(qū)域。這些物質(zhì)種類可包括亞穩(wěn)的電子激發(fā)的原子和分子、振動激發(fā)的分子、或由分子離解產(chǎn)生的自由基，使得這些物質(zhì)種類具有顯著低于源氣體混合物中存在的母體原子和分子的電離能。等離子體通過有別于等離子體源的激發(fā)的電激發(fā)而在晶片處理區(qū)域中產(chǎn)生。舉例來說，下電極104可使RF偏置信號S2被施加(例如，27MHz)且上電極的第三導(dǎo)電層112可使接地電位S3被施加。激活了的物質(zhì)種類的一部分會被晶片處理區(qū)域中的等離子體電離。由于使激活了的物質(zhì)種類區(qū)別于非激活源氣體混合物的降低了的電離電位，具有降低的電子能量的等離子體平衡得以實現(xiàn)，且晶片處理區(qū)域中的等離子體會因此調(diào)節(jié)至較低的電子溫度。該降低了的電子溫度會趨向于在相同的等離子體密度情況下產(chǎn)生蝕刻氣體混合物的較少離解，或者在較高的等離子體密度情況下產(chǎn)生相同的離解。在這兩種情況下，晶片處理區(qū)域中的等離子體密度的增加可受供應(yīng)給等離子體源的功率的控制，基本上不受晶片處理區(qū)域中的工藝氣體的離解率的影響。圖I是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的在上電極103中具有多個空心陰極等離子體腔108的等離子體處理室系統(tǒng)100的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的多個空心陰極等離子體腔108中的一個的更詳細(xì)的視圖。系統(tǒng)100包括等離子體處理室101和控制器125。等離子體處理室101包括上電極103和下電極104。下電極104包括支撐并電氣耦合到晶片102的卡盤。等離子體處理室101還包括上電極103和下電極104之間的晶片處理區(qū)域106。該晶片處理區(qū)域可具有大約16mm到大約36mm之間的間距D11。多個氣源129、141被耦合到等離子體處理室101。雖然示出了兩個氣源129、141，但是也可有多于兩個的氣源被包括在系統(tǒng)100中或耦合到系統(tǒng)100。氣源129、141還包括用于控制氣體流量及混合的子系統(tǒng)(例如，閥門、歧管、流量監(jiān)控器和流量控制器)。氣源129、141還包括用于控制包含在其中的氣體的的氣壓的子系統(tǒng)。系統(tǒng)100中還包括多個偏置(RF和/或DC)信號源S1-S5。偏置信號源S1-S5被耦合到上電極103和下電極104的部分，下面將更為詳細(xì)地進行描述。上電極103包括用于控制上電極的溫度的溫度控制系統(tǒng)122A。上電極103還包括多個空心陰極等離子體腔108。上電極103還包括用于將各自的氣體128、140從各自的氣體源129、141分配到各自的使用點的送氣管道(delivery plenums) 124和126,如下面所更為詳細(xì)地描述的。
上電極103可被形成為多個層。舉例來說，溫度控制層122可以是諸如金屬(鋁、不銹鋼、其他合適的導(dǎo)熱材料或這些材料的組合)、硅碳化物之類的良好的導(dǎo)熱材料。溫度控制層122具有任意合適尺寸的厚度D10。舉例來說，厚度DlO可在小于大約3mm到大于大約IOOmm之間。第一導(dǎo)電層120可被形成于HC腔108上方。第一導(dǎo)電層120可被偏置以幫助指引形成在HC腔108中的等離子體140A，如下面所更為詳細(xì)地描述的。第一導(dǎo)電層120具有在大約3mm到大約IOmm之間的厚度D9。電氣絕緣層(未圖示)可被任選地包括在溫度控制層122和第一導(dǎo)電層120之間。第二導(dǎo)電層116包括HC腔108。如下面將更為詳細(xì)地描述的，在導(dǎo)電層中形成HC腔108允許相對簡單的結(jié)構(gòu)用于將偏置信號SI施加到HC腔。第一絕緣層118電氣隔離第二導(dǎo)電層116和第一導(dǎo)電層120。第一絕緣層118具有在大約Imm到大約6mm之間的厚度D8。第二絕緣層114電氣隔離第二導(dǎo)電層116和第三導(dǎo)電層112。第二絕緣層114具有大約Imm到大約6mm之間的厚度D7。第三導(dǎo)電層112可被偏置以幫助指引形成于HC腔108中的等離子體140A，如下面所更為詳細(xì)地描述的。第三導(dǎo)電層112具有大約3mm到大約IOmm之間的厚度D6?？刂破?25包括控制器子系統(tǒng)，所述控制器子系統(tǒng)包括邏輯單元、軟件、處理器、硬件、輸入/輸出子系統(tǒng)、顯示子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)、存儲器系統(tǒng)、通信和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)?？刂破?25包括限定等離子室系統(tǒng)100的希望操作的配置(recipe)?？刂破?25被耦合到等離子體處理系統(tǒng)100中的各種傳感器系統(tǒng)(例如，電氣傳感器、光學(xué)傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器，等等)以監(jiān)控該等離子體處理系統(tǒng)中的處理。控制器125還被耦合到偏置信號源S1-S5、氣源129、141、溫度控制系統(tǒng)122A的控制輸入和/或反饋輸出且被耦合到用于移動(例如，上升下降、橫向移動、打開關(guān)閉，等等)等離子體處理系統(tǒng)100中的各種部件以及(在一些實施方式中)晶片102的各種致動器。圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的在上電極103中的DC或RF驅(qū)動的空心陰極(HC)腔的二維陣列的示意圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的在上電極103中的DC或RF驅(qū)動的空心陰極溝槽的二維陣列的示意圖。圖1、2和3示出了上電極103的表面中的多個離散的HCs 108和離散的注入口 127。圖4中所示的實施方式在上電極103的表面中分別用溝槽108’和127’替代離散HCs 108和離散注入口 127中的至少一些。溝槽108’和127’可使制造和組裝簡化。應(yīng)當(dāng)理解的是，所示實施方式以簡化的、示意圖的形式示出且不一定按比例繪制。HC腔108通過空心陰極效應(yīng)產(chǎn)生等離子體，高能量電子被困于陰極壁之間。HC腔108具有大約3mm到大約25mm之間的寬度D4。HC腔108具有大約3mm到大約25mm之間的聞度D5。離散的HCs 108、離散的注入口 127以及溝槽108’和127’被示為在上電極103的整個表面大體上均勻分布。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，離散的HC 108、離散的注入口 127以及溝槽108’和127'可以不像圖示的那樣均勻分布。還應(yīng)當(dāng)理解的是，離散的HC 108、離散的注入口 127以及溝槽108’和127’的相對尺寸可以不像圖1_4中所示的那樣。圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的示出在產(chǎn)生增加的等離子體密度時沒有增加的解離而執(zhí)行的方法操作500的流程圖。此處所圖示的操作是以示例方式說明，同樣應(yīng)當(dāng)理 解的是，一些操作可具有子操作，且在其他情況下，此處所描述的某些操作可不被包括在圖示的操作中?；谠摾斫猓F(xiàn)在對方法和操作500進行描述。在操作505中，通過分配管道(plenums) 126將源氣體140供應(yīng)給HC腔108和/或溝槽。在操作510中，第一信號SI被施加到HC腔108以在其中產(chǎn)生等離子體140A和/或激活了的物質(zhì)種類。高密度等離子體140A可在大約20到大約5000mT之間的適度壓強下尤其是在大約50到大約IOOOmT之間的壓強下被生成。在操作515中，等離子體140A和/或激活了的物質(zhì)種類被傳送到位于待蝕刻的表面102A和HC腔108的出口 108A之間的晶片處理區(qū)域106中。從HC腔108的頂部供應(yīng)源氣體140以提供HC腔中的最佳壓強。源氣體140可以是單一氣體或兩種以上氣體的氣體混合物。源氣體140大體上是惰性的且與待蝕刻的表面不起反應(yīng)。舉例來說，源氣體140可包括気、氣、甚或諸如N2或O2之類的分子氣體中的一種或其混合物。雖然通常不認(rèn)為N2和O2是惰性的，但是在源氣體、N2和O2及其任何離解產(chǎn)物不會引起對HC腔108或溝槽的內(nèi)表面的明顯改性且不包括旨在擁有低水平的離解的諸如氟碳?xì)怏w之類的氣體的情況下，源氣體可被視為是惰性的。當(dāng)激活了的物質(zhì)種類被注入到晶片處理區(qū)域106中時，源氣體被選用來產(chǎn)生這樣的期望物質(zhì)種類。例如，已知諸如氬和氙之類的稀有氣體原子在典型等離子體條件下產(chǎn)生亞穩(wěn)的電子激發(fā)的原子。這些亞穩(wěn)態(tài)原子可具有比基態(tài)原子低得多的電離電位。同樣地，N2分子在典型等離子體條件下在處于亞穩(wěn)電子狀態(tài)方面也相對高效。作為另一實施例，CO分子也可以是有益處的，因為其可在源區(qū)域中離解以產(chǎn)生具有低于CO分子的電離電位的原子C自由基。含氟碳化合物或其他鹵化物的蝕刻劑氣體128不被認(rèn)為是惰性的，因其可在HC腔108的內(nèi)表面和待蝕刻的表面102A上蝕刻或形成沉積。如上所述，含氟碳化合物或其他鹵化物的蝕刻劑氣體128的離解還可強烈影響蝕刻結(jié)果。因此，含氟碳化合物或其他鹵化物的蝕刻劑氣體128不通過HC腔108注入。但是，仍然需要含氟碳化合物或其他鹵化物的蝕刻劑氣體128用于蝕刻待蝕刻的表面102A/與待蝕刻的表面102A的化學(xué)反應(yīng)。含氟碳化合物或其他鹵化物的蝕刻劑氣體128也可包括氣體混合物。蝕刻劑氣體混合物中的某些氣體可以是惰性的且該混合物中的某些氣體可以是活性的。蝕刻劑氣體混合物中的氣體的比例可被調(diào)節(jié)以達(dá)到希望的比例。蝕刻劑氣體128可以是單一氣體或氣體混合物，其包含了在待蝕刻的表面102A處作為化學(xué)蝕刻劑的化學(xué)物質(zhì)種類或其前體(precursor)。舉例來說,蝕刻劑氣體128可包括用于SiO2蝕刻的氟碳化合物或用于Si蝕刻的Cl2。諸如02、CH4、或HBr之類的其他氣體可與含氟碳化合物的氣體混合，以提供側(cè)壁鈍化或其他有益效果。在操作520中，包括含氟碳化合物或其他鹵化物的蝕刻劑氣體128的第二氣體被注入到晶片處理區(qū)域106中。該第二氣體繞開HC腔108并通過注入口 127被直接注入到晶片處理區(qū)域106中。注入口 127位于HC腔108的出口 108A之間。注入蝕刻劑氣體128可包括將該蝕刻劑氣體從蝕刻劑氣體源129傳送至一或多個送氣管道124。送氣管道124將蝕刻劑氣體128分配到注入口 127。從注入口 127，蝕刻劑氣體108被注入到晶片處理區(qū)域106。這樣，含氟碳化合物或其他鹵化物的蝕刻劑氣體128便繞開HC腔108并被直接注入到晶片處理區(qū)域106中。在操作530中，在晶片處理區(qū)域106中混合蝕刻劑氣體128和從HC出口 108A輸 出的等離子體140A和/或激活了的物質(zhì)種類。當(dāng)激活了的物質(zhì)種類從HC出口 108A輸出時，通過將偏置信號S2施加到下電極104并將接地電位信號S3施加到上電極的第三導(dǎo)電層112，可在晶片處理區(qū)域106中產(chǎn)生等離子體。源氣體140的選定流速和出口 108A的寬度D2以及出口 108A的垂直長度D6+D7的組合確定了當(dāng)?shù)入x子體140A和/或激活了的物質(zhì)種類從HC 108的出口 108A流出時的壓降。出口 108A的寬度D2可在大約I. Omm到大約15mm之間，出口 108A的長度D6+D7可在大約I. Omm到大約12mm之間。對于通過孔的氣流來說，凈流量和面積的比代表通量，且該參數(shù)可被調(diào)整以確定凈氣體流量的能力從而防止反方向上的非希望氣體傳輸。氣體140和等離子體140A通過出口 108A的通量大體上防止了存在于晶片處理區(qū)域106中的氣體種類通過開口 108A進入HC 108。這樣，大體上防止了蝕刻劑氣體128及其離解和反應(yīng)產(chǎn)物與HC 108內(nèi)的表面相互作用。源氣體140的選定流速和端口 140B的寬度D3以及端口 140B的垂直長度D12的組合確定了當(dāng)氣體140流入HC 108時的壓降。氣體140通過端口 140B的通量和寬度D3大體上防止了等離子體擴散到源氣體供應(yīng)管道126中。端口 140B具有標(biāo)稱小于大約2X等離子體鞘厚度的寬度D3。舉例來說，寬度D3可在大約O. Imm到大約O. 7mm之間?？?40B的長度D12可在大約Imm到大約12mm之間。蝕刻劑氣體128的選定流速和孔127B的寬度Dl以及長度D13的組合確定了蝕刻劑氣體128進入晶片處理區(qū)域106的壓降?？?27B的寬度Dl可在大約O. 3mm到大約O. 8mm之間，且孔長D13可在大約2. Omm到大約20. Omm之間。蝕刻劑氣體128的通量和孔127B的寬度Dl大體上防止了存在于晶片處理區(qū)域106中的氣體種類進入注入口 127。源氣體140和蝕刻劑氣體128的流量的比例如通過改變各自氣源129、141的壓強可被有選擇地控制。舉例來說，源氣體140和蝕刻劑氣體128的流量的比可被有選擇地控制使得到晶片處理區(qū)域106中的整體氣流的大部分是從HC 108流出(outlet)的源氣體140和等離子體離子140A。類似地，源氣體140和蝕刻劑氣體128的流量的比可被有選擇地控制使得到晶片處理區(qū)域106中的整體氣流的大部分是從注入口 127流出(outlet)的。類似地，源氣體140和蝕刻劑氣體128的流量的比可被有選擇地控制使得到晶片處理區(qū)域106中的整體氣流在從注入口 127流出的蝕刻劑氣體128和從HC 108流出的源氣體140和等離子體離子140A之間大體上均勻地進行分配。HC腔108的開口 108A的寬度D2大體上防止了蝕刻劑氣體128從晶片處理區(qū)域106流入HC腔中。寬度D2通過需要從HC 108輸出的等離子體和/或激活了的物質(zhì)種類的選擇以及通過特定等離子體140A的動力來確定。舉例來說，寬度D2寬于等離子體鞘厚度的兩倍以便確保該等離子體被傳輸通過開口 108A并進入晶片處理區(qū)域106。反之，如果只有激活了的物質(zhì)種類而非等離子體140A擬被注入到晶片處理區(qū)域106中，那么寬度D2會被做得小于等離子體鞘厚度的兩倍以確保等離子體在開口 108A中被消滅(extinguish)。HC 108和/或溝槽108’分布于上電極103的整個表面以便傳送蝕刻劑氣體127和等離子體離子140A的大體上均勻的流和混合物208貫穿晶片處理區(qū)域106并到待蝕刻的表面102A。在操作540中，等離子體140A的電子與蝕刻劑氣體127在晶片處理區(qū)域106中相互作用以引起受控的離解并生成表面102A的蝕刻反應(yīng)以及相關(guān)聯(lián)的鈍化所需的期望的化學(xué)物質(zhì)種類208。由于等離子體源108的遠(yuǎn)程性質(zhì)(remote nature)以及等離子體140A 從HC 108到晶片處理區(qū)域106中的擴散，或者由于具有降低了的電離電位的激活了的物質(zhì)種類從HC 108到晶片處理區(qū)域106中的傳輸，晶片處理區(qū)域中的電子溫度顯著低于當(dāng)前HAR電介質(zhì)蝕刻通常的典型電子溫度。在操作550中，等離子體140A以及所期的化學(xué)物質(zhì)種類208的一部分被傳送到待蝕刻的表面102A，其蝕刻待蝕刻的表面。蝕刻表面102A產(chǎn)生蝕刻副產(chǎn)品。在操作560中，蝕刻副產(chǎn)品從晶片處理區(qū)域106被移除。將等離子體140A以及所期的化學(xué)物質(zhì)種類208傳送到待蝕刻的表面102A還包括將來自信號源S2的信號施加到下電極104。信號S2可以是RF偏壓以控制離子轟擊能量。RF偏壓相對于DC偏壓具有公知的優(yōu)勢，RF偏壓可在最小電位降情況下通過介電膜被施加(例如，晶片表面上的氧化膜或ESC中的陶瓷層)。應(yīng)當(dāng)理解的是，信號S2可包括RF和DC信號兩者來偏置下電極104。施加到下電極104的偏置信號S2還可產(chǎn)生和/或增加晶片處理區(qū)域106中的等離子體密度。偏置信號S3和S4可被提供給HC腔108的各自的頂部120和底部112以改進等離子體140A從HC腔的傳送。偏置信號S3和S4可以是接地電位。溫度控制層122可用與第一導(dǎo)電層120相同的偏置信號S4進行偏置。替代地且如上所述，可選的絕緣層可電氣隔離溫度控制層122和第一導(dǎo)電層120，從而使得溫度控制層用不同于施加到第一導(dǎo)電層的偏置信號S4的信號S5來偏置。源氣體140通過具有寬度D3的一或多個端口 140B被注入到HC腔108的頂部。多個小端口 140B大體上防止了等離子體140A從HC腔108向上泄漏并進入送氣管道126。反過來，在HC 108的出口 108A處的等離子體注入是單一開口以使等離子體傳輸和/或活性物質(zhì)種類傳輸具有最小可能的氣體導(dǎo)率。在示例性的實施方式中，信號SI會是1-15MHZ范圍內(nèi)的RF以避免電極表面上的DC浮動表面膜(DC-floating surface films)的可能問題。源氣體140會是気且蝕刻劑氣體128會是氟碳化合物、氫氟碳化合物、和/或O2的混合物。有很多可能的替代實施方式。舉例來說，HC腔108的陰極和接地信號SI、S3、S4會被設(shè)置使得信號SI可被施加到延伸在HC腔的頂部上方的可選導(dǎo)電層116A。還可能有進氣幾何布局(gas feed geometry)上的其他變化例，因為兩種分開的氣體128、140在陣列上方以大體上交替的點被供應(yīng)到晶片處理區(qū)域106。溫度控制層122可被溫度控制系統(tǒng)122A主動冷卻。冷卻溫度控制層122會將熱帶離HC腔108。舉例來說，溫度控制層122可包括穿過溫度控制系統(tǒng)122A的冷卻劑以將熱從電極103帶離到外部散熱系統(tǒng)(未圖示)。溫度控制系統(tǒng)122A可包括在本技術(shù)領(lǐng)域中公知的控制上電極103的溫度的其他系統(tǒng)和方法。例如，溫度控制系統(tǒng)122A可包括吸熱、熱電致冷、加熱、任何合適的致冷介質(zhì)。在一實施例中，蝕刻劑氣體由C4F8和O2組成，C4F8分子離解以形成各種更小的原子和分子，其中ー些是化學(xué)反應(yīng)性自由基。特別地，C2F4、C3F5及其他多碳物質(zhì)種類部分地負(fù)責(zé)通過聚合物沉積來鈍化掩模、側(cè)壁和停止層的聚合エ藝。相反，結(jié)合離子轟擊，CF3和F自由基種類用以蝕亥_蝕刻的SiO2基的膜。0自由基由O2的離解而產(chǎn)生。0自由基蝕刻聚合物，尤其是在結(jié)合離子轟擊的情況下，從而使得凈聚合(net polymerization)的程度可控。通過實現(xiàn)比常規(guī)エ藝更低的離解程度，本エ藝提供了鈍化劑對蝕刻劑的更大比例，這更有利于選擇性的蝕刻。
基于以上實施方式，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明可使用涉及存儲在計算機系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)的各種計算機執(zhí)行操作。這些操作需要物理量(physical quantities)的物理操縱。通常來說，雖然不一定，這些量(quantities)表現(xiàn)為能夠被存儲、傳遞、結(jié)合、比較、以及進行其他操縱的電或磁信號的形式。進ー步地，所進行的這些操縱往往是指諸如產(chǎn)生、標(biāo)識、確定、或比較等術(shù)語。本發(fā)明還可被呈現(xiàn)為計算機可讀介質(zhì)上的計算機可讀代碼。該計算機可讀介質(zhì)是可存儲數(shù)據(jù)的任何數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，該數(shù)據(jù)以后可用計算機系統(tǒng)讀取。計算機可讀介質(zhì)的示例包括硬盤驅(qū)動器、網(wǎng)絡(luò)附加存儲器(NAS)、只讀存儲器、隨機存取存儲器、⑶-ROM、⑶-R、CD-RW、DVD、閃存、磁帶、以及其他光學(xué)或非光學(xué)的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備。該計算機可讀介質(zhì)還可在網(wǎng)絡(luò)耦合計算機系統(tǒng)上進行分配使得計算機可讀代碼以分布式方式存儲和執(zhí)行。此處所描述的形成本發(fā)明的部分的任何操作是實用的機器操作。本發(fā)明還涉及用于執(zhí)行這些操作的設(shè)備或裝置。該裝置可被專門構(gòu)造用于所需目的，或者可以是用存儲在計算機中的計算機程序選擇性地進行激活或配置的通用計算機。尤其是，各種通用機器可與根據(jù)此處的教導(dǎo)編寫的計算機程序一起使用，或者可更方便來構(gòu)造更專業(yè)的裝置以執(zhí)行所需的操作。雖然出于清楚理解的目的對前述發(fā)明進行了相當(dāng)詳細(xì)的描述，但是顯然某些變化和修改可在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)被實施。因此，當(dāng)前這些實施方式可被視為例證性的而非限制性的，并且本發(fā)明不受此處所給出的細(xì)節(jié)的限制，而且可在所附權(quán)利要求書的范圍或等同方式內(nèi)被修改。
權(quán)利要求
1.蝕刻半導(dǎo)體晶片的方法，包括 將源氣體混合物注入到處理室中，包括 將所述源氣體混合物注入到所述處理室的上電極中的多個空心陰極腔中； 在所述多個空心陰極腔中的每一個中產(chǎn)生等離子體， 其包括將第一偏置信號施加到所述多個空心陰極腔；以及 將產(chǎn)生的所述等離子體從所述多個空心陰極腔中的每一個的對應(yīng)出口輸出到所述處理室中的晶片處理區(qū)域中，所述晶片處理區(qū)域位于所述多個空心陰極腔中的每一個的所述出口和待蝕刻的表面之間； 將蝕刻劑氣體混合物注入到所述晶片處理區(qū)域中，所述蝕刻劑氣體混合物通過所述上電極中的多個注入口被注入使得所述蝕刻劑氣體混合物與從所述多個空心陰極腔的所述出口輸出的所述等離子體混合，包括在所述晶片處理區(qū)域中產(chǎn)生期望的化學(xué)物質(zhì)種類，且其中通過從所述多個空心陰極腔中的每一個的所述出口流出的所述氣體和所述等離子體，所述蝕刻劑氣體混合物實質(zhì)上被防止流入所述多個空心陰極腔中的每一個的所述出口中；以及蝕刻待蝕刻的所述表面。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中在所述多個空心陰極腔中的每一個中產(chǎn)生等離子體包括冷卻所述上電極。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其中偏置所述多個空心陰極腔包括將所述第一偏置信號施加到所述上電極的第二導(dǎo)電層，所述多個空心陰極腔被形成于所述第二導(dǎo)電層中。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述第一偏置信號包括RF偏置信號。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述第一偏置信號包括大約IMHz到大約15MHz之間的范圍內(nèi)的RF信號。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述多個注入口實質(zhì)上分布于所述上電極的所述晶片處理區(qū)域的整個表面。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述多個空心陰極腔實質(zhì)上分布于所述上電極的所述晶片處理區(qū)域的整個表面。
8.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述多個空心陰極腔和所述多個注入口實質(zhì)上均勻地散置于所述上電極的所述晶片處理區(qū)域的整個表面。
9.如權(quán)利要求I所述的方法，其中將產(chǎn)生的所述等離子體從所述多個空心陰極腔中的每一個的對應(yīng)出口輸出包括將第二偏置信號施加到下電極。
10.如權(quán)利要求I所述的方法，其中在所述多個空心陰極腔中的每一個中產(chǎn)生等離子體包括將第三偏置信號施加到所述多個空心陰極腔的所述出口。
11.如權(quán)利要求I所述的方法，其中在所述多個空心陰極腔中的每一個中產(chǎn)生等離子體包括將第三偏置信號施加到所述多個空心陰極腔的所述出口，所述第三偏置信號是接地電位。
12.如權(quán)利要求I所述的方法，其中蝕刻待蝕刻的所述表面包括從所述晶片處理區(qū)域移除蝕刻副產(chǎn)品。
13.如權(quán)利要求I所述的方法，進一步包括將接地電位施加到所述上電極的第一導(dǎo)電層。
14.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述多個空心陰極腔包括多個空心陰極溝槽。
15.如權(quán)利要求I所述的方法,其中所述上電極中的多個注入口包括多個注入溝槽。
16.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述源氣體混合物是惰性氣體。
17.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述蝕刻劑氣體混合物包括含氟碳化合物的氣體。
18.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述多個空心陰極腔中的每一個的所述出口具有大于等離子體鞘厚度兩倍的寬度。
19.用于產(chǎn)生蝕刻物質(zhì)種類的系統(tǒng)，包括 源氣體混合物源； 蝕刻劑氣體源； 處理室，包括 上電極，包括 多個空心陰極腔，所述源氣體混合物源被耦合到所述多個空心陰極腔中的每一個的入n ； 第一偏置信號源，其被耦合到所述多個空心陰極腔中的每一個； 所述多個空心陰極腔中的每一個的對應(yīng)出口，所述對應(yīng)出口對所述處理室中的晶片處理區(qū)域打開，所述晶片處理區(qū)域位于所述多個空心陰極腔中的每一個的所述出口和待蝕刻的表面之間；以及 多個注入口，其被耦合到所述蝕刻劑氣體源， 所述多個注入口能夠?qū)⑺鑫g刻劑氣體注入到所述晶片處理區(qū)域中； 用于支撐半導(dǎo)體晶片的下電極，所述半導(dǎo)體晶片包括待蝕刻的所述表面。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述對應(yīng)出口中的每一個具有大于等離子體鞘厚度兩倍的覽度。
21.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述對應(yīng)出口中的每一個具有小于或等于等離子體鞘厚度兩倍的寬度。
22.蝕刻半導(dǎo)體晶片的方法，包括 將源氣體混合物注入到處理室中，包括 將所述源氣體混合物注入到所述處理室的上電極中的多個空心陰極腔中； 在所述多個空心陰極腔中的每一個中產(chǎn)生等離子體，其包括將第一偏置信號施加到所述多個空心陰極腔； 在所述空心陰極腔中產(chǎn)生激活了的物質(zhì)種類；以及 將產(chǎn)生的所述激活了的物質(zhì)種類從所述多個空心陰極腔中的每一個的對應(yīng)出口輸出到所述處理室中的晶片處理區(qū)域中，所述晶片處理區(qū)域位于所述多個空心陰極腔中的每一個的所述出口和待蝕刻的表面之間； 將蝕刻劑氣體混合物注入到所述晶片處理區(qū)域中，所述蝕刻劑氣體混合物通過所述上電極中的多個注入口被注入使得所述蝕刻劑氣體混合物與從所述多個空心陰極腔的所述出口輸出的所述激活了的物質(zhì)種類混合，包括 在所述晶片處理區(qū)域中產(chǎn)生等離子體；以及 在所述晶片處理區(qū)域中產(chǎn)生期望的化學(xué)物質(zhì)種類，且其中通過從所述多個空心陰極腔中的每一個的所述出口流出的所述激活了的物質(zhì)種類，所述蝕刻劑氣體混合物實質(zhì)上被防止流入所述多個空心陰極腔中的每一個的所述出口中，其中所述多個空心陰極腔中的每一個的所述出口具有小于等離子體鞘厚度兩倍的寬度；以及 蝕刻待蝕刻的所述 表面。
全文摘要
蝕刻半導(dǎo)體晶片的方法，包括將源氣體混合物注入到處理室中，將源氣體混合物注入到處理室中包括將所述源氣體混合物注入到所述處理室的上電極中的多個空心陰極腔中以及在所述空心陰極腔中的每一個中產(chǎn)生等離子體。在所述空心陰極腔中產(chǎn)生所述等離子體包括將第一偏置信號施加到所述空心陰極腔。將產(chǎn)生的等離子體或激活了的物質(zhì)種類從所述空心陰極腔的每一個的對應(yīng)出口輸出到所述處理室中的晶片處理區(qū)域中。所述晶片處理區(qū)域位于所述空心陰極腔的所述出口和待蝕刻的表面之間。將蝕刻劑氣體混合物注入到所述晶片處理區(qū)域中。等離子體也可被支撐和/或產(chǎn)生于所述晶片處理區(qū)域中。
文檔編號H05F3/00GK102771192SQ201180010750
公開日2012年11月7日 申請日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月26日
發(fā)明者埃里克·A·赫德森 申請人:朗姆研究公司