CN107086178A - 用于选择性蚀刻膜的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于选择性蚀刻膜的系统和方法。一种用于相对于衬底的另一种暴露材料选择性蚀刻衬底的一种暴露材料的方法，包括：a)将衬底布置在处理室中；b)设定室压强；c)为RF等离子体设置RF频率和RF功率；d)将等离子体气体混合物供应到所述处理室；e)以电模式(E‑模式)和磁模式(H‑模式)之一在处理室中激励RF等离子体；和f)在所述衬底的等离子体处理期间，改变所述室压强、所述RF频率、所述RF功率和所述等离子体气体混合物中的至少一个，以从所述E模式和所述H模式中的一个切换到所述E模式和所述H模式中的另一个。

Description

用于选择性蚀刻膜的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年2月16日提交的美国临时申请No.62/294,621的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及衬底处理系统，更具体地涉及用于选择性蚀刻膜的系统和方法。
背景技术
这里提供的背景描述是为了一般地呈现本公开的上下文的目的。目前所署名的发明人的工作，在该背景技术部分以及本说明书的在申请时不会以其他方式被认为是现有技术的方面中描述的程度上，既不明确地也不隐含地被承认为针对本公开的现有技术。
衬底处理系统可以用于蚀刻诸如半导体晶片之类的衬底上的膜。衬底处理系统通常包括处理室、气体分配装置和衬底支撑件。用于蚀刻的衬底处理系统的示例包括变压器耦合等离子体(TCP)系统、电感耦合等离子体(ICP)系统和电容耦合等离子体(CCP)系统。
在处理期间，衬底被布置在衬底支撑件上。可以将不同的气体混合物引入到处理室中，并且射频(RF)等离子体可以用于激活化学反应。在一些半导体制造工艺中，在蚀刻步骤期间可以使几种类型的膜暴露。通常，蚀刻工艺以相同或相似的蚀刻速率蚀刻各种类型的膜。
一些半导体制造工艺可能需要更多地蚀刻衬底上的一种类型的膜(相比于衬底上的其它类型的膜)。因为蚀刻工艺蚀刻一种膜而对一个或多个其它类型的膜微微去除或没有去除或损坏，这种类型的蚀刻称为选择性蚀刻。对于半导体制造工艺的一些步骤，非常期望高选择性蚀刻。可能需要选择性蚀刻的膜的示例包括氮化硅(SiN)、多晶硅、纯硅和二氧化硅(SiO2)。
发明内容
一种用于蚀刻衬底的方法，包括：a)将衬底布置在处理室中；b)设定室压强；c)设置用于RF等离子体的RF频率和RF功率；d)将等离子体气体混合物供应到所述处理室；e)以电模式(E-模式)和磁模式(H-模式)其中的一种在所述处理室中激励所述RF等离子体；以及f)在所述衬底的等离子体处理期间，改变所述室压强、所述RF频率、所述RF功率和所述等离子体气体混合物中的至少一个，以从所述E-模式和所述H-模式中的一个切换到所述E-模式和所述H-模式中的另一个。
在其它特征中，所述方法包括：g)在所述衬底的等离子体处理期间，改变所述室压强、所述RF频率、所述RF功率和所述等离子体气体混合物中的至少一个，以从所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述一个。
在其它特征中，所述等离子体气体混合物包括N种气体，并且其中所述N种气体中的至少一种的流速被改变以切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个，其中N是大于零的整数。
在其它特征中，改变所述等离子体气体混合物包括添加气体物质或从所述等离子体气体混合物移除气体物质以切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个。
在其它特征中，所述室压强被执行增大或减小中的至少一种操作，以切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个。
在其他特征中，所述RF功率被执行增大或减小中的至少一种操作，以切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个。
在其它特征中，所述RF频率被执行增大或减小中的至少一种操作，以切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个。
在其它特征中，该方法包括在e)之后的预定时间段执行f)。所述预定时间段对应于所述衬底的层的击穿的估计时间。
在其它特征中，所述方法包括使用布置在所述处理室周围的第一线圈和第二线圈来供应所述RF功率；和在f)期间改变提供给所述第一线圈和第二线圈中的至少一个的所述RF功率和所述RF频率中的至少一个。
在其它特征中，所述等离子体包括电感耦合等离子体。
用于蚀刻衬底的衬底处理系统包括具有衬底支撑件的处理室。气体输送系统将等离子体气体混合物供应到所述处理室。RF发生器用于以RF频率供应RF功率以产生RF等离子体。与所述气体输送系统和所述RF发生器通信的控制器被配置为：在电模式(E-模式)和磁模式(H-模式)其中的一种模式下在所述处理室中激励等离子体；以及在所述衬底的等离子体处理期间，改变室压强、所述RF频率、所述RF功率和所述等离子体气体混合物中的至少一个，以从所述E-模式和所述H-模式中的一个切换到所述E-模式和所述H-模式中的另一个。
在其它特征中，所述控制器还被配置为在所述衬底的等离子体处理期间改变所述室压强、所述RF频率、所述RF功率和所述等离子体气体混合物中的至少一个，以从所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述一个。
在其它特征中，所述等离子体气体混合物包括N种气体，其中N是大于零的整数，并且其中所述控制器还被配置成改变所述N种气体中的至少一种的流速以切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个。
在其它特征中，改变所述等离子体气体混合物包括添加气体物质或从所述等离子体气体混合物移除气体物质以切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个。
在其它特征中，所述控制器还被配置为执行增大或减小所述室压强中的至少一种操作，以切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个。
在其它特征中，所述控制器还被配置为执行增大或减小所述RF功率中的至少一种操作，以切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个。
在其它特征中，所述控制器还被配置为执行增大或减小所述RF频率中的至少一种操作，以切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个。
在其它特征中，所述控制器还被配置为在激励所述等离子体之后的预定时间段从所述E-模式和所述H-模式中的所述一个切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个。
在其它特征中，所述预定时间段对应于所述衬底的层的击穿的估计时间。
在其它特征中，控制器还被配置为：用布置在所述处理室周围的第一线圈和第二线圈来供应所述RF功率；并且改变提供给所述第一线圈和第二线圈中的至少一个的所述RF功率和所述RF频率中的至少一个，以从所述E-模式和所述H-模式中的所述一个切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个。
在其他特征中，所述等离子体包括电感耦合等离子体。
本公开的其他适用领域将从详细描述、权利要求和附图中变得显而易见。详细描述和具体示例仅意图用于说明的目的，并且不旨在限制本公开的范围。
具体而言，本发明的一些方面可以描述如下：
1.一种用于蚀刻衬底的方法，包括：
a)将所述衬底布置在处理室中；
b)设定室压强；
c)设置用于RF等离子体的RF频率和RF功率；
d)将等离子体气体混合物供应到所述处理室；
e)以电模式(E-模式)和磁模式(H-模式)中的一种在所述处理室中激励所述RF等离子体；和
f)在所述衬底的等离子体处理期间，改变所述室压强、所述RF频率、所述RF功率和所述等离子体气体混合物中的至少一个，以从所述E-模式和所述H-模式中的一个切换到所述E-模式和所述H-模式中的另一个。
2.根据条款1所述的方法，还包括：
g)在所述衬底的等离子体处理期间，改变所述室压强、所述RF频率、所述RF功率和所述等离子体气体混合物中的至少一个，以从所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述一个。
3.根据条款1所述的方法，其中所述等离子体气体混合物包括N种气体，并且其中所述N种气体中的至少一种的流速被改变以切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个，其中N是大于零的整数。
4.根据条款1所述的方法，其中改变所述等离子体气体混合物包括添加气体物质或从所述等离子体气体混合物移除气体物质以切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个。
5.根据条款1所述的方法，其中所述室压强被执行增大或减小中的至少一种操作，以切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个。
6.根据条款1所述的方法，其中所述RF功率被执行增大或减小中的至少一种操作，以切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个。
7.根据条款1所述的方法，其中所述RF频率被执行增大或减小中的至少一种操作，以切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个。
8.根据条款1所述的方法，还包括在e)之后的预定时间段执行f)。
9.根据条款8所述的方法，其中所述预定时间段对应于所述衬底的层的击穿的估计时间。
10.根据条款1所述的方法，其还包括：
使用布置在所述处理室周围的第一线圈和第二线圈来供应所述RF功率；和
在f)期间改变提供给所述第一线圈和第二线圈中的至少一个的所述RF功率和所述RF频率中的至少一个。
11.根据条款1所述的方法，其中所述等离子体包括电感耦合等离子体。
12.一种用于蚀刻衬底的衬底处理系统，其包括：
处理室，其包括衬底支撑件；
气体输送系统，其用于将等离子体气体混合物供应到所述处理室；
RF发生器，其用于以RF频率供应RF功率以产生RF等离子体；和
控制器，其与所述气体输送系统和所述RF发生器通信，并且被配置为：
在电模式(E-模式)和磁模式(H-模式)中的一种模式下在所述处理室中激励等离子体；和
在所述衬底的等离子体处理期间，改变室压强、所述RF频率、所述RF功率和所述等离子体气体混合物中的至少一个，以从所述E-模式和所述H-模式中的一个切换到所述E-模式和所述H-模式中的另一个。
13.根据条款12所述的衬底处理系统，其中所述控制器还被配置为在所述衬底的等离子体处理期间改变所述室压强、所述RF频率、所述RF功率和所述等离子体气体混合物中的至少一个，以从所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述一个。
14.根据条款12所述的衬底处理系统，其中所述等离子体气体混合物包括N种气体，其中N是大于零的整数，并且其中所述控制器还被配置成改变所述N种气体中的至少一种的流速以切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个。
15.根据条款12所述的衬底处理系统，其中改变所述等离子体气体混合物包括添加气体物质或从所述等离子体气体混合物移除气体物质以切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个。
16.根据条款12所述的衬底处理系统，其中，所述控制器还被配置为执行增大或减小所述室压强中的至少一种操作，以切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个。
17.根据条款12所述的衬底处理系统，其中所述控制器还被配置为执行增大或减小所述RF功率中的至少一种操作，以切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个。
18.根据条款12所述的衬底处理系统，其中所述控制器还被配置为执行增大或减小所述RF频率中的至少一种操作，以切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个。
19.根据条款12所述的衬底处理系统，其中，所述控制器还被配置为在激励所述等离子体之后的预定时间段从所述E-模式和所述H-模式中的所述一个切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个。
20.根据条款19所述的衬底处理系统，其中所述预定时间段对应于所述衬底的层的击穿的估计时间。
21.根据条款12所述的衬底处理系统，所述控制器还被配置为：
用布置在所述处理室周围的第一线圈和第二线圈来供应所述RF功率；和
改变提供给所述第一线圈和第二线圈中的至少一个的所述RF功率和所述RF频率中的至少一个，以从所述E-模式和所述H-模式中的所述一个切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个。
22.根据条款12所述的衬底处理系统，其中所述等离子体包括电感耦合等离子体。
附图说明
从详细描述和附图将更充分地理解本公开，其中：
图1是根据本公开的衬底处理室的功能框图和截面图；
图2-3是示出对于不同室压强的作为能量的函数的电子能量分布函数(EEDF)的曲线图；
图4-6是示出对于不同压强和气体化学物质的作为时间的函数的ICP功率和线圈电压的曲线图；
图7A-7B是示出根据本公开的用于操作衬底处理室的方法的流程图；和
图8-10示出了在选择性蚀刻期间在感应和磁耦合模式之间转变时的RF功率、压强和/或气体化学物质的变化。
在附图中，附图标记可以重复使用以标识类似和/或相同的元件。
具体实施方式
当前的蚀刻技术使用低压变压器耦合等离子体(TCP)源、电感耦合等离子体(ICP)源和电容耦合等离子体(CCP)源。TCP和ICP等离子体源在低压(<0.5托)下操作以实现良好的方向性。到目前为止，这些技术在提供获得对诸如SiN、多晶硅、纯硅和二氧化硅(SiO2)之类的不同半导体膜的高选择性蚀刻所需的等离子体条件的能力方面受到限制。
本公开克服了这些问题，并且能够通过使用高密度等离子体源，在高压(>0.5托)下操作，和/或通过改变ICP功率、RF频率、室压强、气体化学物质等控制电(E-模式)与耦合到等离子体的磁(H-模式)的比率来提供必要的等离子体特性。
随着E-模式与H-模式耦合的比率变化，包括电子温度和电子密度的等离子体特性被优化以获得用于高选择性蚀刻所需的化学物质、自由基和原子。与钝化相比，接近E到H模式转变的操作还可以允许选择性地产生用于蚀刻的自由基。在一些示例中，对于蚀刻选择性或蚀刻与钝化的从E到H模式的转变可以通过ICP功率的电平到电平(level-to-level)脉冲来实现的连续转变过程。在一些示例中，模式之间的转变在不消除等离子体的情况下发生。与E模式相比，H模式中更高的氮化物/氧化物选择性是可能的。
现在参考图1，示出了根据本公开的用于选择性地蚀刻衬底上的膜的衬底处理室100的示例。尽管示出和描述了特定的衬底处理室，但是本文描述的方法也可以在其他类型的衬底处理系统上实现。
衬底处理室100包括下室区域102和上室区域104。下室区域102由室侧壁表面108、室底表面110和气体分配装置114的下表面限定。
上室区域104由气体分配装置114的上表面和圆顶118的内表面限定。在一些示例中，圆顶118搁置在第一环形支撑件121上。在一些示例中，第一环形支撑件121包括用于将工艺气体输送到上室区域104的一个或多个间隔孔123，如下面将进一步描述的。在一些示例中，工艺气体通过一个或多个间隔孔123以相对于包含气体分配装置114的平面成锐角的向上方向输送，但也可以使用其它角度/方向。在一些示例中，第一环形支撑件121中的气体流动通道134向一个或多个间隔孔123供应气体。
第一环形支撑件121可以搁置在第二环形支撑件125上，第二环形支撑件125限定用于将工艺气体从气体流动通道输送到下室区域102的一个或多个间隔孔127。在一些示例中，气体分配装置114中的孔131与孔127对准。在其他示例中，气体分配装置114具有较小的直径，并且不需要孔131。在一些示例中，工艺气体通过一个或多个间隔孔127以相对于包括气体分配装置114的平面成锐角朝向衬底以向下方向输送，但也可以使用其它角度/方向。
在其他示例中，上室区域104是具有平坦顶表面的圆柱形，并且可以使用一个或多个平坦的感应线圈。在其他示例中，单个室可以与位于喷头和衬底支撑件之间的间隔件一起使用。
衬底支撑件122布置在下室区域102中。在一些示例中，衬底支撑件122包括静电卡盘(ESC)，但也可以使用其它类型的衬底支撑件。在蚀刻期间，衬底126布置在衬底支撑件122的上表面上。在一些示例中，衬底126的温度可以由加热板125、具有流体通道的可选冷却板和一个或多个传感器(未示出)控制；但也可以使用任何其它合适的衬底支撑件温度控制系统。
在一些示例中，气体分配装置114包括喷头(例如，具有多个间隔孔129的板128)。多个间隔孔129从板128的上表面延伸到板128的下表面。在一些示例中，间隔孔129具有在1-3cm(0.4英寸至1.18英寸)范围内的直径，并且喷头由诸如铝之类的导电材料或诸如具有由导电材料制成的嵌入电极的陶瓷之类的非导电材料制成。
一个或多个感应线圈140围绕圆顶118的外部部分布置。当通电时，一个或多个感应线圈140在圆顶118内部产生电磁场。在一些示例中，使用上部线圈和下部线圈。气体喷射器142从气体输送系统150-1喷射一种或多种气体混合物。
在一些示例中，气体输送系统150-1包括一个或多个气体源152、一个或多个阀154、一个或多个质量流量控制器(MFC)156和混合歧管158，但也可使用其它类型的气体输送系统。气体分离器(未示出)可以用于改变气体混合物的流速。可以使用另一气体输送系统150-2来向气体流动通道供应蚀刻气体或蚀刻气体混合物(除了来自气体喷射器142的蚀刻气体或者代替来自气体喷射器142的蚀刻气体)。
在于2015年12月4日提交的名称为“Gas Delivery System”的共同转让的美国专利申请序列号14/945,680中示出和描述了合适的气体输送系统，其全部内容通过引用并入本文。合适的单个或双个的气体喷射器和其它气体注入位置在于2016年1月7日提交的题为“Substrate Processing System with Multiple Injection Points and DualInjector”的共同转让的美国临时专利申请序列号62/275,837中示出和描述，其全部内容通过引用并入本文。
在一些示例中，气体喷射器142包括在向下方向上引导气体的中心喷射位置和以相对于向下方向成一角度喷射气体的一个或多个侧喷射位置。在一些示例中，气体输送系统150-1将气体混合物的第一部分以第一流速输送到中心注射位置，并将气体混合物的第二部分以第二流速输送到气体喷射器142的(多个)侧喷射位置。在其他示例中，由气体喷射器142输送不同的气体混合物。在一些示例中，气体输送系统150-1将如下所述地将调节气体输送到气体流动通道和/或输送到处理室的其它位置。
等离子体发生器170可以用于产生输出到一个或多个感应线圈140的RF功率。等离子体190在上室区域104中产生。在一些示例中，等离子体发生器170包括RF发生器172和匹配网络174。匹配网络174将RF发生器172的阻抗与一个或多个感应线圈140的阻抗匹配。在一些示例中，气体分配装置114连接到诸如接地之类的参考电位。阀178和泵180可以用于控制下室区域102和上室区域104内部的压强并且用于排空反应物。
控制器176与气体输送系统150-1和150-2、阀178、泵180和/或等离子体发生器170连通，以控制工艺气体的流动、吹扫气体、RF等离子体和室压力。在一些示例中，通过一个或多个感应线圈140在圆顶118内维持等离子体。使用气体喷射器142(和/或孔123)从室的顶部引入一种或多种气体混合物，并且使用气体分配装置114将等离子体限制在圆顶118内。
将等离子体限制在圆顶118中允许等离子体物质的体积复合和通过气体分配装置114流出期望的蚀刻物质。在一些示例中，没有RF偏压施加到衬底126。结果，在衬底126上不存在活性鞘并且离子不以任何有限的能量撞击衬底。一些量的离子将通过气体分配装置114扩散出等离子体区域。然而，扩散的等离子体的量比位于圆顶118内部的等离子体低一个数量级。等离子体中的大多数离子被损失在高压下的体积复合。气体分配装置114的上表面处的表面复合损失也降低气体分配装置114下方的离子密度。
在其他示例中，提供RF偏压发生器184，并且RF偏压发生器184包括RF发生器186和匹配网络188。RF偏压可以用于在气体分配装置114和衬底支撑件之间产生等离子体，或者在衬底126上产生自偏置以吸引离子。控制器176可以用于控制RF偏置。
在一个示例中，ICP源被构造为具有由电介质制成并且具有约10至18英寸的直径的圆顶。在该示例中，等离子体源由提供给围绕圆顶的整个直径的大线圈的13.56Mhz频率(或另一合适频率)的RF功率驱动。大线圈提供产生高电压所需的高电感，其产生与等离子体的电耦合。大直径线圈还在更大的体积上分配能量，这导致更低的等离子体密度并且延迟到H-模式的转变。在一些示例中，选择化学物质和压强以允许源在中等功率下在E-模式操作并且在更高功率下转换到H-模式。
以低电子温度在0.5至5托范围内、在较高压强下操作提供了在ICP源的E-模式下更高功率操作所必需的条件。这提供了当源随着增加的RF功率从E-模式转变到H-模式时调整电耦合和磁耦合的比率的能力。通过控制与等离子体的电耦合和磁耦合的比率，包括电子温度和电子密度的等离子体特性被优化以获得用于高选择性蚀刻所需的化学物质、自由基和原子，或允许选择性地产生用于蚀刻与钝化的自由基。
在一个示例中，在蚀刻期间改变RF功率的频率以控制电耦合和磁耦合的比率。
现在参考图2和图3，图示了电子能量分布函数(EEDF)随着压强增加而减小。
现在参考图4和图5，曲线图示出了化学物质对从E-模式到H-模式的转变的影响。在图4中，气体化学物质包括1375毫托(mTorr)的O2N2。ICP功率从0秒时的0kW增加到9秒时的约4300kW。在图5中，气体化学物质包括在4500毫托的O2N2。ICP功率从0秒时的0kW增加到9秒时的约4300kW。如图4-5所示，可以改变相同气体化学物质的压强以控制电耦合和磁耦合的比率。增加压强将源切换到更多的电容耦合或电场耦合，减小压强将源操作切换到更多的磁耦合。
现在参考图5-6，气体化学物质从图5中的在4500毫托下的O2N2改变为图6中的在4500毫托下的HeH2。因此，气体化学物质也可以改变以控制E-模式和H-模式耦合的比率。可以通过向气体化学物质中添加诸如氩(Ar)之类的高电子亲和性气体来帮助将耦合转变为H-模式或者通过添加诸如NF3之类的电负性气体以移动到更大程度地E-模式耦合来进行附加改变。
现在参考图7A和7B，示出了用于操作衬底处理室以选择性地蚀刻衬底上的膜的方法250。在252，选择室压强、RF频率、ICP功率和/或气体化学物质以用于在H-模式下操作。在256，将气体化学物质供应到衬底处理室，并将室压强控制到预定值。在一些示例中，压强被控制在上述高压范围。在260，通过以RF频率提供ICP功率来激励等离子体。在264，该方法确定工艺周期是否结束。如果264为真，则在266处熄灭等离子体，并且在268处从室中排出反应物。
在图7B中，示出了用于操作衬底处理室以选择性地蚀刻衬底上的膜的方法300。在该示例中，等离子体被控制以在E-模式和H-模式之间转变一次或多次。在304，选择室压强、RF频率、ICP功率和/或气体化学物质以在E-模式或H-模式下开始操作。在208，激励等离子体。在312，该方法确定是否应当改变当前模式。基于事件发生(例如击穿)、在预定时段之后或基于其他标准，可以改变模式一次或多次。如果312为真，则调整室压强、RF频率、ICP功率和/或气体化学物质以从一个模式转换到另一模式、或从接近模式转换转变到远离模式转换的操作点。如果312为假，则该方法在320确定工艺周期是否结束。当320为真时，该方法在322熄灭等离子体，并在324从室中排出反应物。
现在参考图8和9，在选择性蚀刻期间，控制参数可以从一个操作点到另一个操作点被脉冲一次或多次，以控制E模式和H模式耦合的比率。或者，控制参数可以从一个操作点逐渐改变到另一个操作点。例如，压强、RF功率、RF频率或气体化学物质可以以逐渐或线性的方式从一个操作点改变到另一个操作点。
例如，在图8中，压强从第一压强P1被脉冲到第二压强P2，或反之亦然。在该示例中，对于所使用的气体化学物质、ICP功率和RF频率，过渡压强PT位于第一压强P1和第二压强P2之间。当工艺从第一压强P1开始时，工艺可以在过渡压强PT或接近过渡压强PT或在第二压强P2下开始。
在图9中，在蚀刻期间RF功率脉冲一次或多次也可以用于控制E-模式和H-模式耦合的比率。功率从第一功率电平PRF1脉冲到第二功率电平PRF2。在该示例中，对于所使用的压强、气体化学物质和ICP功率，过渡功率位于第一功率电平PRF1和第二功率电平PRF2之间。当工艺从第一功率电平PRF1开始时，该工艺可以在过渡功率或接近过渡功率处或在第二功率电平PRF2处开始。第一功率电平PRF1可以是零或非零功率电平。可以理解，占空比可以通过改变周期tlow和thigh的持续时间来改变。在一些示例中，RF功率电平可以被脉冲接通和断开，并且随着RF接通时间增加而发生附加的磁耦合。
现在参考图10，还可以通过改变、开始或停止一种或多种电负性气体物质和/或高电子亲和性气体物质的流动来调节气体化学物质。例如，在蚀刻期间将电负性气体物质流从第二流速F2EN调节到第一流速F1EN一次或多次，或反之亦然。第一流速F1EN可以是零或非零的流速。例如，在蚀刻期间，将高电子亲和性气体物质的流动从第二流速F2EA调整到第一流速F1EA一次或多次，或反之亦然。第一流速F1EA可以是零或非零的流速。在相同的蚀刻工艺期间可以调整电负性气体物质流和高电子亲和性气体物质流。
在另一示例中，在第一持续时间期间增加电感耦合以获得较高的等离子体密度和蚀刻速率，并且在该工艺击穿正被蚀刻的顶层之前，在随后的持续时间中优化该工艺的选择性。
在另一个示例中，在第一示例中在较高频率下使用较小的线圈。例如，上述的感应线圈140可以包括上线圈和下线圈。例如，对于直径为12英寸的半半球形室，下线圈可以具有14英寸的内径、2匝和1/4英寸直径的圆形横截面，并且上线圈可以具有6英寸的内径、两匝和1/4英寸直径的圆形横截面。上线圈和下线圈可以以13.56MHz或另一合适的频率提供RF功率。
在一些示例中，上线圈的直径可以调整为3英寸的内径、2匝并且可以以27MHz提供RF功率。在一些示例中，上线圈的直径可以调整为6英寸的内径、1匝，并且可以以27MHz提供RF功率。在一些示例中，上线圈和/或下线圈的横截面可以是除圆形之外的形状，例如为椭圆形、正方形、矩形等。在另一示例中，单独的电容板被添加到上线圈和下线圈中的一个或添加到上线圈和下线圈以提供对电容耦合和磁耦合的独立局部控制。
在另一示例中，将多个频率的RF功率施加到上线圈和下线圈中的一个或施加到上线圈和下线圈，以控制电耦合和磁耦合的比率。
前面的描述在本质上仅仅是说明性的并且不意在以任何方式限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以各种形式来实现。因此，虽然本公开包括特定的实施例，但本公开的真实范围不应被如此限制，因为一旦研究附图、说明书和以下权利要求，其它的修改方案就会变得清楚。应当理解的是，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时)进行，而不会改变本公开的原理。此外，虽然各实施方式在上面描述为具有某些特征，但相对于本公开的任何实施方式所描述的这些特征中的任何一个或多个可以在任何其它实施方式中实现和/或结合任何其它实施方式中的特征，即使这种结合未明确说明也如此。换言之，所描述的实施方式不是相互排斥的，并且一个或多个实施方式相互的更换方案保持在本公开的范围内。
在元件之间(例如，在模块、电路元件、半导体层等等之间)的空间和功能关系使用各种术语描述，这些术语包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“紧接”、“在……顶部”、“在……上面”、“在……下面”和“被设置”。除非明确地描述为“直接”，否则当第一和第二元件之间的关系在上述公开内容中描述时，这种关系可以是直接的关系，其中没有其它中间元件存在于第一和第二元件之间，但也可以是间接的关系，其中一个或多个中间元件(或者在空间上或功能上)存在于第一和第二元件之间。如本文所用的，短语“A、B和C中的至少一个”应当解释为意味着使用非排他逻辑“或”的逻辑(A或B或C)，并且不应当被解释为是指“至少一个A，至少一个B，和至少一个C”。
在一些实现方式中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述实例的一部分。这种系统可以包括半导体处理设备，其包括一个或多个处理工具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台和/或具体的处理组件(晶片基座、气流系统等)。这些系统可以与用于控制它们在处理半导体晶片或衬底之前、期间和之后的操作的电子器件一体化。电子器件可以称为“控制器”，该控制器可以控制一个或多个系统的各种元件或子部件。根据处理要求和/或系统的类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括控制处理气体的输送、温度设置(例如，加热和/或冷却)、压强设置、真空设置、功率设置、射频(RF)发生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流率设置、流体输送设置、位置和操作设置、出入工具和其它传送工具和/或连接到特定系统或与特定系统交互的负载锁的晶片传送。
宽泛地讲，控制器可以被定义为接收指令、发布指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等等的具有各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件的电子器件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)的芯片和/或一个或多个微处理器或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式传送到控制器的指令，该设置定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定过程的操作参数。在一些实施方式中，操作参数可以是由工艺工程师定义的用于在制备晶片的一个或多个层、材料、金属、氧化物、硅、氧化硅、表面、电路和/或管芯期间完成一个或多个处理步骤的配方的一部分。
在一些实现方式中，控制器可以是与系统集成、耦合或者说是通过网络连接系统或它们的组合的计算机的一部分或者与该计算机耦合。例如，控制器可以在“云”中或者是fab主机系统的全部或一部分，其可以允许远程访问晶片处理。计算机可以启用对系统的远程访问以监测制造操作的当前进程，检查过去的制造操作的历史，检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数，设置处理步骤以跟随当前的处理或者开始新的工艺。在一些实例中，远程计算机(例如，服务器)可以通过网络给系统提供工艺配方，网络可以包括本地网络或互联网。远程计算机可以包括能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，该参数和/或设置然后从远程计算机传送到系统。在一些实例中，控制器接收数据形式的指令，该指令指明在一个或多个操作期间将要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以针对将要执行的工艺类型以及工具类型，控制器被配置成连接或控制该工具类型。因此，如上所述，控制器可以例如通过包括一个或多个分立的控制器而分布，这些分立的控制器通过网络连接在一起并且朝着共同的目标(例如，本文所述的工艺和控制)工作。用于这些目的的分布式控制器的实例可以是与结合以控制室上的工艺的一个或多个远程集成电路(例如，在平台水平或作为远程计算机的一部分)通信的室上的一个或多个集成电路。
在非限制性的条件下，示例的系统可以包括等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转清洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及在半导体晶片的制备和/或制造中可以关联上或使用的任何其它的半导体处理系统。
如上所述，根据工具将要执行的一个或多个工艺步骤，控制器可以与一个或多个其它的工具电路或模块、其它工具组件、群集工具、其它工具界面、相邻的工具、邻接工具、位于整个工厂中的工具、主机、另一个控制器、或者在将晶片的容器往来于半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口搬运的材料搬运中使用的工具通信。

Claims (10)

1.一种用于蚀刻衬底的方法，包括：
a)将所述衬底布置在处理室中；
b)设定室压强；
c)设置用于RF等离子体的RF频率和RF功率；
d)将等离子体气体混合物供应到所述处理室；
e)以电模式(E-模式)和磁模式(H-模式)中的一种在所述处理室中激励所述RF等离子体；和
f)在所述衬底的等离子体处理期间，改变所述室压强、所述RF频率、所述RF功率和所述等离子体气体混合物中的至少一个，以从所述E-模式和所述H-模式中的一个切换到所述E-模式和所述H-模式中的另一个。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
g)在所述衬底的等离子体处理期间，改变所述室压强、所述RF频率、所述RF功率和所述等离子体气体混合物中的至少一个，以从所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述一个。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述等离子体气体混合物包括N种气体，并且其中所述N种气体中的至少一种的流速被改变以切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个，其中N是大于零的整数。
4.根据权利要求1所述的方法，其中改变所述等离子体气体混合物包括添加气体物质或从所述等离子体气体混合物移除气体物质以切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述室压强被执行增大或减小中的至少一种操作，以切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个。
6.一种用于蚀刻衬底的衬底处理系统，其包括：
处理室，其包括衬底支撑件；
气体输送系统，其用于将等离子体气体混合物供应到所述处理室；
RF发生器，其用于以RF频率供应RF功率以产生RF等离子体；和
控制器，其与所述气体输送系统和所述RF发生器通信，并且被配置为：
在电模式(E-模式)和磁模式(H-模式)中的一种模式下在所述处理室中激励等离子体；和
在所述衬底的等离子体处理期间，改变室压强、所述RF频率、所述RF功率和所述等离子体气体混合物中的至少一个，以从所述E-模式和所述H-模式中的一个切换到所述E-模式和所述H-模式中的另一个。
7.根据权利要求6所述的衬底处理系统，其中所述控制器还被配置为在所述衬底的等离子体处理期间改变所述室压强、所述RF频率、所述RF功率和所述等离子体气体混合物中的至少一个，以从所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述一个。
8.根据权利要求6所述的衬底处理系统，其中所述等离子体气体混合物包括N种气体，其中N是大于零的整数，并且其中所述控制器还被配置成改变所述N种气体中的至少一种的流速以切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个。
9.根据权利要求6所述的衬底处理系统，其中改变所述等离子体气体混合物包括添加气体物质或从所述等离子体气体混合物移除气体物质以切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个。
10.根据权利要求6所述的衬底处理系统，其中，所述控制器还被配置为执行增大或减小所述室压强中的至少一种操作，以切换到所述E-模式和所述H-模式中的所述另一个。
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