通過rf脈沖形狀進(jìn)行離子能量控制的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)施方式涉及用于通過射頻(RF)脈沖形狀進(jìn)行離子能量控制的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]使用等離子體系統(tǒng)蝕刻晶片。晶片是由半導(dǎo)體材料制成的并在電子產(chǎn)品中使用以制造集成電路的襯底。在晶片上執(zhí)行各種操作(例如，蝕刻、摻雜、離子注入、沉積、光刻圖案化，等)以在晶片上形成集成電路。然后集成電路被劃片和封裝。
[0003]當(dāng)前的高深寬比(HAR)接觸蝕刻技術(shù)(例如，HAR>50:1，等)使用顯著低的射頻(RF)信號(hào)，以產(chǎn)生高能量離子。然而，高離子能量導(dǎo)致顯著的掩模損失。
[0004]此外，使用低和高的功率的等離子體能量機(jī)制，脈沖等離子體由于較好的掩模選擇性通常被使用以沉積聚合物和蝕刻觸頭。使用低功率量沉積聚合物，使用高功率量蝕刻觸頭。然而，例如，當(dāng)2兆赫(MHz)等離子體不產(chǎn)生低能離子或少量低能離子等等時(shí)，在高功率脈沖期間損失大多數(shù)的掩模。
[0005]在這樣的背景下，產(chǎn)生本公開中描述的實(shí)施方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本公開內(nèi)容的實(shí)施方式提供用于通過RF脈沖形狀進(jìn)行離子能量控制的裝置、方法和計(jì)算機(jī)程序。但是應(yīng)該理解的是，可以通過例如過程、裝置、系統(tǒng)、設(shè)備或在非短暫性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的方法之類的多種方式來實(shí)施這些實(shí)施方式。以下描述了一些實(shí)施方式。
[0007]在各種實(shí)施方式，描述了用于設(shè)置等離子體處理系統(tǒng)的操作參數(shù)的方法，所述等離子體處理系統(tǒng)用于當(dāng)襯底層放置在所述等離子體處理系統(tǒng)的電極上時(shí)蝕刻所述襯底層。所述方法包括設(shè)置射頻(RF)產(chǎn)生器的脈沖頻率，所述RF產(chǎn)生器產(chǎn)生具有所述脈沖頻率的RF脈沖信號(hào)。所述脈沖頻率在低功率電平和高功率電平之間切換。所述高功率電平被限定在具有上升過渡和下降過渡的包絡(luò)中間。所述方法還包括設(shè)置用于修改所述RF脈沖信號(hào)的斜坡參數(shù)。針對(duì)所述包絡(luò)的所述上升過渡和下降過渡中的每個(gè)設(shè)置所述斜坡參數(shù)。所述斜坡參數(shù)限定在所述上升過渡的上升速率的縮減和所述下降過渡的下降速率的縮減。所述上升速率和所述下降速率的所述縮減使在所述高功率電平下的所述包絡(luò)的減小的脈沖寬度成形。在所述脈沖頻率期間所述高功率電平相比于所述低功率電平具有較短的持續(xù)時(shí)間。所述方法包括供給由所述斜坡參數(shù)修改的所述RF脈沖信號(hào)至所述等離子體處理系統(tǒng)的所述電極。當(dāng)所述RF脈沖信號(hào)被所述斜坡參數(shù)修改時(shí)，在所述上升過渡和下降過渡期間發(fā)生低能離子的增加，并且在所述包絡(luò)的減小的脈沖寬度期間，產(chǎn)生高的離子能量。
[0008]在一些實(shí)施方式中，描述了用于設(shè)置操作參數(shù)的等離子體處理系統(tǒng)，所述操作參數(shù)用于當(dāng)襯底層放置在所述等離子體處理系統(tǒng)的電極上時(shí)蝕刻所述襯底層。所述等離子體處理系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生RF脈沖信號(hào)的射頻(RF)產(chǎn)生器。所述等離子體處理系統(tǒng)還包括主計(jì)算機(jī)。所述主計(jì)算機(jī)設(shè)置所述產(chǎn)生器的脈沖頻率。所述RF脈沖信號(hào)具有所述脈沖頻率，所述脈沖頻率在低功率電平和高功率電平之間切換。所述高功率電平被限定在具有上升過渡和下降過渡的包絡(luò)中間。所述主計(jì)算機(jī)還設(shè)置成修改所述RF脈沖信號(hào)的斜坡參數(shù)。針對(duì)所述包絡(luò)的所述上升過渡和所述下降過渡中的每個(gè)設(shè)置所述斜坡參數(shù)。所述斜坡參數(shù)限定所述上升過渡的上升速率的縮減和所述下降過渡的下降速率的縮減。所述上升速率和所述下降速率的所述縮減使在所述高功率電平下的所述包絡(luò)的減小的脈沖寬度成形。在所述脈沖頻率期間所述高功率電平相比于所述低功率電平具有較短的持續(xù)時(shí)間。所述RF產(chǎn)生器將由所述斜坡參數(shù)修改的所述RF脈沖信號(hào)供給至所述等離子體處理系統(tǒng)的所述電極。當(dāng)所述RF脈沖信號(hào)由所述斜坡參數(shù)修改時(shí)，在所述上升過渡和所述下降過渡期間，發(fā)生低能離子的增加，并且在所述包絡(luò)的減少脈沖寬度期間，產(chǎn)生高的離子能量。
[0009]描述了用于設(shè)置等離子體處理系統(tǒng)的操作參數(shù)的方法，所述等離子體處理系統(tǒng)用于當(dāng)襯底層放置在所述等離子體處理系統(tǒng)的電極上時(shí)蝕刻所述襯底層。所述方法包括設(shè)置RF產(chǎn)生器的脈沖頻率，所述RF產(chǎn)生器產(chǎn)生具有所述脈沖頻率的RF脈沖信號(hào)。所述脈沖頻率在低功率電平、中等功率電平和高功率電平之間切換。所述高功率電平被限定在具有上升過渡和第一下降過渡的包絡(luò)中間，所述中等功率電平被限定在從所述第一下降過渡的邊緣起直到第二下降過渡的邊緣的包絡(luò)中間。所述方法還包括設(shè)置用于修改所述RF脈沖信號(hào)的斜坡參數(shù)。針對(duì)所述上升過渡、所述第一下降過渡和所述第二下降過渡中的每個(gè)設(shè)置所述斜坡參數(shù)。所述斜坡參數(shù)限定所述上升過渡的上升速率的縮減、所述第一下降過渡的下降速率的縮減和所述第二下降過渡的下降速率的縮減。所述上升速率和所述第一過渡的所述下降速率的所述縮減使在所述高功率電平下的所述包絡(luò)的減小的脈沖寬度成形，并且所述第二下降過渡的所述下降速率的所述縮減使在所述中等功率電平下的所述包絡(luò)的減小的脈沖寬度成形。在所述脈沖頻率期間所述高功率電平和所述中等功率中的每個(gè)相比于所述低功率電平具有較短的持續(xù)時(shí)間。所述方法包括供給由所述斜坡參數(shù)修改的所述RF脈沖信號(hào)至所述等離子體處理系統(tǒng)的所述電極。當(dāng)所述RF脈沖信號(hào)被所述斜坡參數(shù)修改時(shí)，在所述上升過渡、所述第一下降過渡和所述第二下降過渡期間發(fā)生低能離子的增加，并且在所述高功率電平和所述中等功率電平下所述包絡(luò)的所述減小的脈沖寬度期間，產(chǎn)生高的離子會(huì)ti。
[0010]在一些實(shí)施方式中，方法包括接收指示利用RF脈沖信號(hào)在襯底疊層上執(zhí)行蝕刻操作的設(shè)置。RF脈沖信號(hào)包括第一狀態(tài)和第二狀態(tài)。第一狀態(tài)相比于第二狀態(tài)具有較高的功率電平。此外，RF脈沖信號(hào)將從RF產(chǎn)生器被發(fā)送到阻抗匹配電路以進(jìn)行修改，從而產(chǎn)生修改的信號(hào)，修改的信號(hào)將被發(fā)送到等離子體室。該方法還包括接收與RF脈沖信號(hào)相關(guān)聯(lián)的脈沖斜坡。脈沖斜坡提供第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間的過渡給RF產(chǎn)生器。此外，脈沖斜坡不是基本上無窮大以在蝕刻操作過程中減少具有高能量的離子的量。方法包括確定用于實(shí)現(xiàn)脈沖斜坡的功率電平和定時(shí)并發(fā)送所述功率電平和定時(shí)給RF產(chǎn)生器以產(chǎn)生RF脈沖信號(hào)。
[0011]在各種實(shí)施方式中，方法包括接收指示利用RF脈沖信號(hào)在襯底疊層上執(zhí)行蝕刻操作的設(shè)置，RF脈沖信號(hào)包括第一狀態(tài)和第二狀態(tài)。第一狀態(tài)相比于第二狀態(tài)具有較高的功率電平。RF脈沖信號(hào)將被發(fā)送到阻抗匹配電路以進(jìn)行修改從而產(chǎn)生修改的信號(hào)，修改的信號(hào)將被發(fā)送到等離子體室。方法還包括接收與所述RF脈沖信號(hào)相關(guān)聯(lián)的脈沖斜坡。脈沖斜坡提供從第二狀態(tài)到第一狀態(tài)的過渡給RF產(chǎn)生器。脈沖斜坡不是基本上無窮大以在蝕刻操作期間減少具有高能量的離子的量。方法還包括確定用于實(shí)現(xiàn)脈沖斜坡的功率電平和定時(shí)，發(fā)送所述功率電平和定時(shí)到RF產(chǎn)生器以產(chǎn)生RF脈沖信號(hào)，并且接收與所述RF脈沖信號(hào)相關(guān)聯(lián)的額外斜坡。額外斜坡提供了從第一狀態(tài)到第三狀態(tài)的過渡，并且不是基本上無窮大以減少具有高能量的離子的量。方法包括確定用于實(shí)現(xiàn)額外斜坡的功率電平和定時(shí)，發(fā)送用于實(shí)現(xiàn)額外斜坡的所述功率電平和定時(shí)到RF產(chǎn)生器以產(chǎn)生RF脈沖信號(hào)，并且接收與所述RF脈沖信號(hào)相關(guān)聯(lián)的另一額外斜坡。另一額外斜坡提供從第三狀態(tài)到第二狀態(tài)的過渡，并且不是基本上無窮大以減少具有高能量的離子的量。方法包括確定用于實(shí)現(xiàn)另一額外斜坡的功率電平和定時(shí)，并發(fā)送用于實(shí)現(xiàn)另一額外斜坡的功率電平和定時(shí)到RF產(chǎn)生器以產(chǎn)生RF脈沖信號(hào)。
[0012]在一些實(shí)施方式中，方法包括接收利用RF脈沖信號(hào)進(jìn)行蝕刻操作的指示，所述RF脈沖信號(hào)在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間切換。RF脈沖信號(hào)由RF產(chǎn)生器產(chǎn)生，RF產(chǎn)生器經(jīng)由阻抗匹配電路與等離子體室耦合。第一狀態(tài)相比于第二狀態(tài)具有較高的功率電平。方法進(jìn)一步包括接收具有將由脈沖產(chǎn)生的高能量的離子的量低于預(yù)定的閾值的指示。該方法還包括確定與所述第一狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的多個(gè)功率電平，以在接收到要執(zhí)行蝕刻操作以及具有高能量的離子量低于預(yù)定閾值的指示時(shí)執(zhí)行蝕刻操作。該方法包括確定用于實(shí)現(xiàn)功率電平的定時(shí)。定時(shí)提供在RF脈沖信號(hào)的第一狀態(tài)期間的上升時(shí)間和下降時(shí)間。上升時(shí)間是用于從第二狀態(tài)達(dá)到第一狀態(tài)，下降時(shí)間是用于從第一狀態(tài)達(dá)到第二狀態(tài)。上升時(shí)間和下降時(shí)間的斜坡不是基本上無窮大。
[0013]本文所述的系統(tǒng)和方法的各種實(shí)施方式的一些優(yōu)點(diǎn)包括在處理操作(例如，蝕刻操作、派射操作、沉積操作、它們的組合，等)期間增加低能離子的量。低能離子通過將RF脈沖的形狀改變?yōu)榉叫蚊}沖以外的形狀來增加。對(duì)低能離子與高能離子通量的比率的控制有利于對(duì)聚合物沉積和在掩模層的表面上以及在接觸孔的底部上的蝕刻速率的控制。
[0014]本文所述的系統(tǒng)和方法的其它優(yōu)點(diǎn)包括低能離子促進(jìn)襯底的聚合作用，例如，沉積聚合物，等，以及保護(hù)沉積在襯底上的掩模層。相對(duì)于高能離子，低能離子不易侵蝕掩模層。而且，聚合作用有助于抑制蝕刻襯底疊層的蝕刻層的覆蓋層蝕刻速率(blanket etchrate)。
[0015]結(jié)合附圖，其他方面從以下詳細(xì)描述將變得明顯。
【附圖說明】
[0016]結(jié)合附圖，參照以下描述可以最好地理解實(shí)施方式。
[0017]圖1是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的用于說明蝕刻操作的襯底疊層的示意圖。
[0018]圖2是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的用于說明被執(zhí)行以產(chǎn)生低能離子的處理操作的等離子體系統(tǒng)的示意圖。
[0019]圖3A是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的用于說明使用圖2的等離子體系統(tǒng)射頻(RF)產(chǎn)生器產(chǎn)生低能離子的系統(tǒng)的示意圖。
[0020]圖3B是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的用于說明從RF脈沖信號(hào)的各個(gè)斜坡產(chǎn)生功率電平的示意圖。
[0021]圖3C是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的用于說明RF脈沖信號(hào)的各個(gè)斜坡的示意圖。
[0022]圖3D是說明方形脈沖信號(hào)的過渡時(shí)間的變化以在圖2的等離子體系統(tǒng)的等離子體室中產(chǎn)生低能離子的曲線圖的實(shí)施方式。
[0023]圖4A描繪了根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的RF脈沖信號(hào)的功率或電壓與時(shí)間的關(guān)系曲線圖。
[0024]圖4B描繪了根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的RF脈沖信號(hào)的功率或電壓，其中，上升過渡斜坡大于下降過渡斜坡。
[0025]圖4C是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的RF脈沖信號(hào)的功率或電壓與時(shí)間的繪圖的示意圖。
[0026]圖4D是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的RF脈沖信號(hào)的功率或電壓與時(shí)間的繪圖的示意圖。
[0027]圖4E是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的RF脈沖信號(hào)的功率或電壓與時(shí)間的繪圖的示意圖。
[0028]圖4F是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的RF脈沖信號(hào)的功率或電壓與時(shí)間的繪圖的示意圖。
[0029]圖4G是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的RF脈沖信號(hào)的功率或電壓與時(shí)間的繪圖的示意圖。
[0030]圖4H是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的RF脈沖信號(hào)的功率或電壓與時(shí)間的繪圖的示意圖。
[0031]圖41是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的RF脈沖信號(hào)的功率或電壓與時(shí)間的繪圖的示意圖。
[0032]圖4J是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的RF脈沖信號(hào)的功率或電壓與時(shí)間的繪圖的示意圖。
[0033]圖4K是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的RF脈沖信號(hào)的功率或電壓與時(shí)間的繪圖的示意圖。
[0034]圖4L是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的RF脈沖信號(hào)的功率或電壓與時(shí)間的繪圖的示意圖。
[0035]圖4M是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的RF脈沖信號(hào)的功率或電壓與時(shí)間的繪圖的示意圖。
[0036]圖4N是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的RF脈沖信號(hào)的功率或電壓與時(shí)間的繪圖的示意圖。
[0037]圖40是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的RF脈沖信號(hào)的功率或電壓與時(shí)間的繪圖的示意圖。
[0038]圖4P是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的RF脈沖信號(hào)的功率或電壓與時(shí)間的繪圖的示意圖。
[0039]圖4Q是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的RF脈沖信號(hào)的功率或電壓與時(shí)間的繪圖的示意圖。
[0040]圖4R是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的RF脈沖信號(hào)的功率或電壓與時(shí)間的繪圖的示意圖。
[0041]圖4S是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的RF脈沖信號(hào)的功率或電壓與時(shí)間的繪圖的示意圖。
[0042]圖4T是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的RF脈沖信號(hào)的功率或電壓與時(shí)間的繪圖的示意圖。
[0043]圖4U是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的電壓與時(shí)間的繪圖的示意圖。
[0044]圖5A是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的說明具有基本無窮大斜坡的方形RF信號(hào)脈沖的上升時(shí)間和脈沖下降時(shí)間的示意圖。
[0045]圖5B是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的說明具有不是基本無窮大斜坡的RF信號(hào)脈沖的上升時(shí)間和脈沖下降時(shí)間的示意圖。
[0046]圖5C是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的說明具有不是基本無窮大斜坡的RF信號(hào)脈沖的上升時(shí)間和脈沖下降時(shí)間的示意圖。
[0047]圖6A是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的說明低能離子的量隨著RF脈沖信號(hào)的上升時(shí)間的增加和/或下降時(shí)間的增加而增加的多個(gè)繪圖的示意圖。
[0048]圖6B是示出根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的說明低能離子的量隨著RF脈沖信號(hào)的形狀的變化而增加的多個(gè)繪圖的示意圖。
[0049]圖6C根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式示出了說明離子能量分布隨著RF脈沖信號(hào)的工作周期的變化而變化的不同繪圖。
[0050]圖7是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的說明隨著脈沖上升或下降時(shí)間的增加或者隨著脈沖頂部寬度的減少，蝕刻層的選擇性增加的曲線圖。
[0051]圖8是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的說明當(dāng)具有不是基本上無窮大的斜坡的上升過渡斜坡和/或下降過渡斜坡的RF脈沖信號(hào)用于執(zhí)行蝕刻操作時(shí)，在跨越襯底疊層的表面上蝕刻速率均勻性的改善的曲線圖。
[0052]圖9是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的說明當(dāng)?shù)湍茈x子增加時(shí)歸一化的蝕刻速率均勻性的改善的繪圖。
[0053]圖1OA是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的用于說明使用直流(DC)功率源以產(chǎn)生修改的RF脈沖信號(hào)的系統(tǒng)的示意圖。
[0054]圖1OB是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的在三種狀態(tài)下操作的RF產(chǎn)生器的示意圖。
[0055]圖1OC是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式說明三種狀態(tài)的RF脈沖信號(hào)的曲線圖。
[0056]圖1OD是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的說明使用三種狀態(tài)從方形RF脈沖信號(hào)產(chǎn)生RF脈沖信號(hào)的曲線圖。
[0057]圖11是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的說明在狀態(tài)3期間施加直流(DC)功率以增加蝕刻操作過程中的蝕刻速率的曲線圖。
[0058]圖12是根據(jù)本公開中描述的實(shí)施方式的說明使用直流功率源以增加蝕刻速率的接觸孔的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0059]以下實(shí)施方式描述了用于通過射頻(RF)脈沖形狀控制離子能量的系統(tǒng)和方法。顯而易見的是，這些實(shí)施方式可在沒有這些具體細(xì)節(jié)中的一些或全部的情況下實(shí)施。在其他情況下，公知的工藝操作沒有被詳細(xì)描述以免不必要地模糊這些實(shí)施方式。
[0060]圖1是用于說明蝕刻操作的襯底疊層100的實(shí)施方式的示意圖。襯底疊層100包括襯底層、蝕刻層、以及掩模層。蝕刻層在本文中有時(shí)被稱為襯底層。蝕刻層覆蓋在襯底層的頂部，掩模層覆蓋在蝕刻層的頂部。蝕刻層的實(shí)例包括二氧化硅層、氮化硅層、包含二氧化硅和氮化硅的層、覆蓋有碳層的二氧化硅層、碳氧化硅，等等。蝕刻層覆蓋有掩模層，掩模層諸如光致抗蝕劑層等。掩模層具有多個(gè)接觸孔，接觸孔諸如開口、接觸孔102，等。
[0061]在一些實(shí)施方式中，接觸孔102具有基本上垂直的或垂直的側(cè)壁，并具有高的深寬比，深寬比被指定為提供給RF產(chǎn)生器的設(shè)置。下面提供設(shè)置和RF產(chǎn)生器的進(jìn)一步的描述。
[0062]在蝕刻操作期間蝕刻層被等離子體蝕刻，掩模層保護(hù)蝕刻層不要蝕刻的區(qū)域。蝕刻層被蝕刻以延伸接觸孔102通過蝕刻層。在形成在襯底上的接觸孔內(nèi)形成例如金屬互連線、導(dǎo)線之類特征。在一些實(shí)施方式中，接觸孔被用作電容器溝槽。<