CN115917703A - 用于离子损坏减轻和蚀刻均匀度改善的脉冲化远程等离子体 - Google Patents

用于离子损坏减轻和蚀刻均匀度改善的脉冲化远程等离子体 Download PDF

Info

Publication number
CN115917703A
CN115917703A CN202180042022.2A CN202180042022A CN115917703A CN 115917703 A CN115917703 A CN 115917703A CN 202180042022 A CN202180042022 A CN 202180042022A CN 115917703 A CN115917703 A CN 115917703A
Authority
CN
China
Prior art keywords
period
upper chamber
plasma
chamber region
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180042022.2A
Other languages
English (en)
Inventor
罗伟易
许智勋
萧怀苏
王天琪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lam Research Corp
Original Assignee
Lam Research Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lam Research Corp filed Critical Lam Research Corp
Publication of CN115917703A publication Critical patent/CN115917703A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32357—Generation remote from the workpiece, e.g. down-stream
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32137—Radio frequency generated discharge controlling of the discharge by modulation of energy
    • H01J37/32146—Amplitude modulation, includes pulsing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32422—Arrangement for selecting ions or species in the plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244—Gas supply means
    • H01J37/32449—Gas control, e.g. control of the gas flow
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32458—Vessel
    • H01J37/32477—Vessel characterised by the means for protecting vessels or internal parts, e.g. coatings
    • H01J37/32495—Means for protecting the vessel against plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching
    • H01J2237/3343—Problems associated with etching

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

一种执行脉冲化远程等离子体蚀刻的方法包含：将衬底布置在处理室中，所述处理室被配置成执行脉冲化远程等离子体蚀刻；设定所述处理室的至少一个工艺参数；将至少一种气体混合物供给至所述处理室的上室区域；在开启周期，将第一电压供给至围绕所述上室区域布置的线圈，以激励所述至少一种气体混合物并且在所述处理室的所述上室区域内产生等离子体；在关闭周期，关闭所述第一电压，以停止在所述处理室的所述上室区域内产生等离子体；以及交替进行在所述开启周期中供给所述第一电压与在所述关闭周期中关闭所述第一电压，以在所述处理室的所述上室区域内产生脉冲化远程等离子体。

Description

用于离子损坏减轻和蚀刻均匀度改善的脉冲化远程等离子体
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年6月12日申请的美国专利申请No.63/038,723的优先权。上述引用的申请其全部公开内容都通过引用合并于此。
技术领域
本公开内容涉及在远程等离子体源衬底处理系统中衬底的改进处理。
背景技术
这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。
衬底处理系统可用于对诸如半导体晶片之类的衬底进行处理。处理的示例包括沉积、蚀刻、清洁等。衬底处理系统通常包括处理室，该处理室包括衬底支撑件、气体输送系统、以及等离子体产生器。
在处理期间，衬底被布置在衬底支撑件上。不同的气体混合物可通过气体输送系统引入处理室。在一些应用中，例如电感耦合等离子体(ICP)之类的射频(RF)等离子体可用于激活化学反应。
ICP产生高反应性的中性物质和离子来修改(modify)晶片表面。随着客户设备变得越来越复杂和敏感，控制衬底对等离子体的暴露越来越重要。等离子体内产生的离子会对设备结构内的敏感材料产生损坏性影响。离子可以修改设备材料的特性并不利地影响整体结构的性能。
发明内容
一种执行脉冲化远程等离子体蚀刻的方法包含：将衬底布置在处理室中，所述处理室被配置成执行脉冲化远程等离子体蚀刻；设定所述处理室的至少一个工艺参数；将至少一种气体混合物供给至所述处理室的上室区域；在开启周期，将第一电压供给至围绕所述上室区域配置的线圈，以激励所述至少一种气体混合物并且在所述处理室的所述上室区域内产生等离子体；在关闭周期，关闭所述第一电压，以停止在所述处理室的所述上室区域内产生等离子体；以及交替进行在所述开启周期中供给所述第一电压与在所述关闭周期中关闭所述第一电压，以在所述处理室的所述上室区域内产生脉冲化远程等离子体。
在其他特征中，所述方法还包含在所述开启周期供给第二电压至所述线圈。在所述关闭周期中的离子能量分布小于在所述开启周期中的离子能量分布。所述方法还包含基于所期望的离子能量分布而设定所述关闭周期的持续时间。所述方法还包含基于与在所述上室区域内所产生的等离子体相关联的离子的寿命而设定所述关闭周期的持续时间。所述关闭周期的持续时间大于所述离子的寿命。所述关闭周期的持续时间小于与在所述上室区域内所产生的等离子体相关联的自由基的寿命。所述关闭周期的持续时间介于0.1ms与8.0ms之间。所述开启与关闭周期的占空比介于10％与90％之间。
一种执行脉冲化远程等离子体蚀刻的方法包含：将衬底布置在处理室中，所述处理室被配置成执行脉冲化远程等离子体蚀刻；设定所述处理室的至少一个工艺参数；将至少一种气体混合物供给至所述处理室的上室区域；在第一周期，将第一电压供给至围绕所述上室区域配置的线圈，以激励所述至少一种气体混合物并且在所述处理室的所述上室区域内产生等离子体；在第二周期，将第二电压供给至所述线圈；以及交替供给所述第一电压与第二电压，以在所述处理室的所述上室区域内产生脉冲化远程等离子体。
在其他特征中，在所述第二周期中的离子能量分布小于在所述第一周期中的离子能量分布。所述方法还包含基于与在所述上室区域内所产生的等离子体相关联的离子的寿命而设定所述第二周期的持续时间。
一种用于执行脉冲化远程等离子体蚀刻的系统包含：处理室，其被配置成执行脉冲化远程等离子体蚀刻。所述处理室包含上室区域和下室区域。控制器被配置成：控制气体输送系统，以将至少一种气体混合物供给至所述处理室的所述上室区域；控制等离子体产生器以：在开启周期，将第一电压供给至围绕所述上室区域配置的线圈，以激励所述至少一种气体混合物并且在所述处理室的所述上室区域内产生等离子体；在关闭周期，关闭所述第一电压，以停止在所述处理室的所述上室区域内产生等离子体；以及交替进行在所述开启周期中供给所述第一电压与在所述关闭周期中关闭所述第一电压，以在所述处理室的所述上室区域内产生脉冲化远程等离子体。
在其他特征中，所述控制器被配置成在所述开启周期供给第二电压至所述线圈。在所述关闭周期中的离子能量分布小于在所述开启周期中的离子能量分布。所述控制器被配置成基于所期望的离子能量分布而设定所述关闭周期的持续时间。所述控制器被配置成基于与在所述上室区域内所产生的等离子体相关联的离子的寿命而设定所述关闭周期的持续时间。所述关闭周期的持续时间大于所述离子的寿命。所述关闭周期的持续时间小于与在所述上室区域内所产生的等离子体相关联的自由基的寿命。所述关闭周期的持续时间介于0.1ms与8.0ms之间。所述开启与关闭周期的占空比介于10％与90％之间。
根据详细描述、权利要求和附图，本公开内容的适用性的进一步的范围将变得显而易见。详细描述和具体示例仅用于说明的目的，并非意在限制本公开的范围。
附图说明
根据详细描述和附图将更充分地理解本公开，其中：
图1是根据本公开内容的示例性衬底处理系统的功能框图；
图2显示根据本公开内容针对脉冲化远程等离子体循环的RF等离子体开启(ON)与关闭(OFF)周期的示例性离子能量分布与电子温度Te；
图3显示了根据本公开内容的脉冲化远程等离子体的示例性蚀刻轮廓；
图4显示了根据本公开内容的用于执行脉冲化远程等离子体蚀刻的示例性方法的步骤；以及
图5A、5B和5C显示了根据本公开内容的示例脉冲化远程等离子体循环。
在附图中，可以重复使用附图标记来标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
一些衬底处理系统被配置为远程地产生等离子体(即，在处理室外的位置)。远程等离子体衬底处理系统包括分配设备，例如喷头组件，其布置在产生等离子体的处理室的上部区域与衬底所在的处理室的下部区域之间。喷头组件可以配置为用作过滤器(例如，双重离子过滤器)，以用于阻挡或过滤离子和/或紫外线(UV)光。例如，喷头组件可包括单件、或上部板与下部板(例如，上部过滤器与下部过滤器)。上部板或过滤器可以配置为主要过滤由等离子体产生的离子。相反，下部过滤器可配置为主要控制等离子体均匀性。
喷头组件通过增加电接地面积以捕获离子、增加表面积以帮助复合(recombination)、以及减少平均自由路径以促进复合，从而减少到达衬底的离子数量。例如，喷头组件的表面被配置为消除等离子体源与衬底之间的视线的一个或多个网格。然而，喷头组件并不能阻止所有离子到达衬底。到达衬底的离子会导致离子电荷对衬底表面的损坏并增加蚀刻速率的不均匀性。例如，离子以“W”形状(即，相对于跨衬底的径向距离)的蚀刻速率增加中心区域的高度。
通常，远程等离子体衬底处理系统产生连续波等离子体。根据本公开内容的系统和方法实施脉冲化远程等离子体源以减少离子电荷损坏和蚀刻速率不均匀性。例如，使用脉冲化远程等离子体降低蚀刻速率的“W”形状的高度(即，使“W”形状变平以改善衬底中心区域的蚀刻速率均匀性)。可以改变脉冲化频率和占空比以最小化反射功率并实现期望的等离子体性能。在一个示例中，脉冲化远程等离子体的步骤包括在关闭(OFF)周期与开启(ON)周期之间交替的等离子体产生循环，其中提供单一RF功率电平。在另一个示例中，脉冲化远程等离子体的步骤包括在相应的开启周期中在两个不同的RF功率电平之间交替。在另一示例中，脉冲化远程等离子体的步骤包括在关闭周期与相应开启周期中的不同RF功率电平之间交替。进一步的示例可以包括其他开启与关闭周期模式以及多个RF功率电平。
在脉冲化等离子体产生循环的关闭周期期间，电子温度(Te)降低，这会导致离子以相对于连续波远程等离子体产生中的离子减少的能量撞击衬底表面。此外，在关闭周期期间，衬底表面的充电效应降低，解离减少，且衬底表面上的离子密度降低，这增加了Ox蚀刻选择性。相反，虽然离子寿命降低(例如，小于1.0ms，例如0.1ms)，但自由基寿命保持不变(例如，在8-12ms)。因此，可以在降低离子密度的同时保持期望的自由基密度。
现在参考图1，衬底处理系统100包括衬底处理室101。虽然衬底处理室101显示为基于电感耦合等离子体(ICP)的系统，但此处公开的示例可应用于其他类型的衬底处理系统，例如变压器耦合等离子体(TCP)或下游等离子体系统。
衬底处理室101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、室底部表面110和气体或等离子体分配设备(例如，包括喷头114在内的喷头组件)的下表面限定。例如，喷头114可以配置为用作双重离子和/或UV过滤器/阻挡器。
上室区域104由喷头114的上表面和圆顶118的内表面限定。在一些示例中，圆顶118放置在第一环形支撑件121上，该第一环形支撑件121包括一个或多个间隔开的孔123，其用于将工艺气体输送到上室区域104。在一些示例中，工艺气体通过一个或多个间隔开的孔123在相对于包括喷头114的平面成锐角的向上方向上输送，但是也可以使用其他角度/方向。第一环形支撑件121中的气流通道可用于向一个或多个间隔开的孔123供应气体。
衬底支撑件122被布置在下室区域102中。在一些示例中，衬底支撑件122包括静电卡盘(ESC)，但是可以使用其他类型的衬底支撑件。在诸如蚀刻之类的处理期间，衬底126被布置在衬底支撑件122的上表面上。在一些示例中，衬底126的温度可以通过加热元件(或加热器板)127、具有流体通道的任选的冷却板和一个或多个传感器(未示出)控制，但是任何其他合适的衬底支撑温度控制系统可以使用。
在一些示例中，喷头114包括具有N1个通孔129-L的下部板128-L。喷头114包括具有N2个通孔129-U的上部板128-U。在一些示例中，下部板128-L和上部板128-U分别包括彼此平行布置的平面部分130和131。在一些示例中，下部板128-L和上部板128-U被连接到参考电位，例如地(如图1所示)。在其他示例中，下部板128-L和上部板128-U可以连接到正或负DC参考电位。上部板128-U和下部板128-L可以由相同的参考电位或不同的参考电位进行偏置。喷头114的部件(包括但不限于上部板128-U和下部板128-L)包括根据本公开内容的原理的涂层，如以下更详细描述的。
上部板128-U可通过环形圈132支撑在下部板128-L上方(或以类似的间隔关系以另一种方式支撑)。替代地，下部板128-L可由环形圈132支撑在上部板128-U下方(或以类似的间隔关系以另一种方式支撑)。在还有的其他示例中，上部板128-U和下部板128-L由室壁或一个或更多个其他处理室部件以间隔关系独立地支撑。
一个或多个感应线圈140可以围绕圆顶118的外部而布置。当通电时，该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喷射一种或多种气体混合物。气体输送系统150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，但可以使用其他类型的气体输送系统。
在一些示例中，气体喷射器142包括沿向下方向引导气体的中心喷射位置和相对于向下方向以一个或多个角度喷射气体的一个或多个侧部喷射位置。在一些示例中，气体输送系统150以第一流率将气体混合物的第一部分输送到中心喷射位置，以及将气体混合物的第二部分以第二流率输送到气体喷射器142的侧部喷射位置。在其他示例中，不同的气体混合物通过气体喷射器142输送。在一些示例中，气体输送系统150将调整气体输送到处理室中的其他位置。
等离子体产生器170可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，等离子体产生器170包括RF产生器172和匹配网络174。匹配网络174将RF产生器172的阻抗与一个或多个感应线圈140的阻抗进行匹配。虽然显示了单个RF源(即，RF产生器172)，但在其他示例中，可以使用多个RF源以提供两个或多个不同的脉冲化电平。阀178和泵180可用于控制下室区域102和上室区域104内部的压力并排空反应物。
控制器176与气体输送系统150、阀178、泵180和/或等离子体产生器170通信以控制工艺气体流、清扫气体流、RF等离子体和室压力。根据本公开内容的控制器176被配置为控制等离子体产生器170以产生如下更详细描述的脉冲化远程等离子体。在一些示例中，等离子体由一个或多个感应线圈140维持在圆顶118内。使用气体喷射器142(和/或孔123)从衬底处理室101的顶部引入一种或多种气体混合物。
现在参考图2，显示了针对脉冲化远程等离子体循环的RF等离子体开启与关闭周期的示例离子能量分布和电子温度Te。在该示例中，在交替的开启周期200与关闭周期204中(即，RF功率交替开启和关闭)提供脉冲化远程等离子体。在开启周期200中，以期望频率供应RF功率。在开启周期200期间的示例性离子能量分布显示于208。相反，在关闭周期204期间的示例性离子能量分布被显示于212。在关闭周期204期间的离子能量分布212相对于在开启周期200期间的离子能量分布208显著较低。例如，离子能量分布212分布在1电子伏特(eV)左右，而离子能量分布208分布在15eV左右。
脉冲化远程等离子体导致在关闭周期期间降低的电子温度。在脉冲化远程等离子体期间的示例性电子温度Te在216处显示。在开启周期200期间，电子温度216达到第一水平220。在关闭周期204期间，电子温度216降低到第二水平224。当脉冲化等离子体从关闭周期204转变到开启周期200时，电子温度216返回到第一水平220。
因此，如所示的脉冲化远程等离子体导致在关闭周期204期间降低的离子能量和电子温度，这相应地降低在脉冲化远程等离子体循环期间的总体平均离子能量和电子温度，并且减少了由等离子体引起的对衬底的损坏(即，降低衬底表面上的损坏层的深度)。例如，在关闭周期204期间，低能量离子可以从衬底表面偏转且负离子形成，正离子造成的对衬底表面的充电效应降低，并且解离减少。
相反，脉冲化远程等离子体不会降低与蚀刻相关的自由基的密度，因此所期望的蚀刻速率被保持。例如，虽然脉冲化远程等离子体的操作降低了离子寿命(例如，减少到小于1.0ms，例如0.1ms)，但自由基寿命被保持(例如，在8-12ms)。在一些示例中，可以选择关闭周期204使得离子在下一个开启周期200开始之前消失。例如，如果在关闭周期204期间的离子寿命是0.1ms，则关闭周期204可以大于0.1ms(例如，0.2到1.0ms)。
现在参考图3，显示了根据本公开内容的原理的脉冲化远程等离子体的蚀刻轮廓300和连续波等离子体的蚀刻轮廓304。蚀刻轮廓300和304跨越衬底表面关于蚀刻量具有大致“W”形状(即，由不同蚀刻速率产生)。例如，蚀刻轮廓300和304显示了相对于衬底表面上的径向位置的蚀刻量，其中衬底的中心在0mm处并且衬底的外边缘在150mm处。换言之，蚀刻速率随着距衬底中心的径向距离增加而变化。
到达衬底的带电离子会导致离子电荷对衬底表面的损坏并增加蚀刻速率的不均匀性。例如，离子电荷增加了蚀刻轮廓300和304的“W”形状中心区域的高度。因此，中心区域308和边缘区域312中的蚀刻量(以埃A为单位)可以大于在中心区域308与边缘区域312之间的中间区域316中的蚀刻量。
根据本公开内容而脉冲化远程等离子体减小了蚀刻轮廓300的“W”形状的中心峰320(即，与蚀刻轮廓304的中心峰324相比)。因此，使用脉冲化远程等离子体减少了到达衬底的离子数量并增加了衬底中心区域处的复合以使蚀刻轮廓304的“W”形状变平坦以改善衬底的中心区域308中的蚀刻速率均匀性。
现在参考图4，根据本公开内容的用于执行脉冲化远程等离子体蚀刻的示例性方法400开始于404。在408，将衬底布置在被配置成产生远程等离子体的处理室(例如，如以上图1所述的衬底处理室101)中。在412，设定用于执行脉冲化远程等离子体蚀刻的一个或多个处理参数。例如，处理室的压强被设定在1.0与1.5托之间(例如，在1.4托)。在416，将对应于待产生的等离子体物质的一种或多种气体混合物供应到处理室的上室区域(例如，上室区域104)。例如，气体混合物包括氩和/或氢以产生氩-氢等离子体物质。
在420，方法400(例如，控制器176和RF产生器172)转变到开启(ON)周期以开始脉冲化远程等离子体循环。例如，方法400提供RF电压以在开启周期中激励线圈(例如，线圈140)以在上室区域104内产生等离子体，该等离子体经由喷头114流入下室区域102。换言之，方法400在上室区域104中远程地产生等离子体。
在开启周期期间，脉冲化RF电压以脉冲化频率与脉冲化占空比提供，其配置为调制离子能量以最小化离子电荷损坏并维持与蚀刻相关的所期望的自由基水平。例如，RF电压以介于100Hz到10,000Hz之间的脉冲化频率以及在10％与90％之间的脉冲化占空比供给。RF电压以100W与3000W之间的功率供给。
在424，方法400转变到关闭周期(即，RF电压关闭)。可选择关闭周期的持续时间以使得离子在关闭周期期间基本上消失。换言之，可以基于离子寿命来选择关闭周期的持续时间。例如，如果离子寿命为0.1ms，则关闭周期可能大于0.1ms。相反，可以将关闭周期选择为小于自由基寿命以维持期望的自由基水平。例如，如果自由基寿命为8-12ms，则关闭周期可能小于8ms。在一个示例中，开启周期和关闭周期的持续时间可以相同(例如，占空比可以是50％)。在其他示例中，占空比可以介于10％与90％之间。
在428，方法400确定是否停止产生脉冲化远程等离子体。例如，方法400(例如，控制器176)确定蚀刻周期是否完成。如果为真，则方法400在432结束。如果为假，则方法400继续到420以在脉冲化远程等离子体循环中继续交替开启与关闭周期。
图5A、5B和5C显示了根据本公开内容的示例性脉冲化远程等离子体循环500、504和508。如图5A所示，脉冲化远程等离子体循环500包括如以上图4中所述的交替开启与关闭周期。例如，循环500在于开启周期中提供单一RF电压电平与于关闭周期中不提供任何RF电压之间交替。
如图5B所示，脉冲化远程等离子体循环504包括在各个开启周期中交替的RF电压电平。例如，该循环在于第一开启周期中提供第一非零RF电压电平与于第二开启周期中提供第二非零RF电压电平之间交替。仅作为示例，第二非零RF电压电平可能足以产生足够的等离子体以维持自由基同时允许离子能量降低。第二非零RF电压电平可以是第一非零RF电压电平的50％以下。在该示例中，第一和第二非零RF电压电平可以由相同或不同的RF电压源提供。
如图5C所示，脉冲化远程等离子体循环508包括在提供两个不同的非零RF电压的开启周期与不提供RF电压的关闭周期之间进行交替。在该示例中，第一和第二非零RF电压电平可以由相同或不同的RF电压源提供。
前面的描述本质上仅仅是说明性的，并且绝不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以各种形式实现。因此，虽然本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应当被如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求时，其他修改将变得显而易见。应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时地)执行。此外，虽然每个实施方案在上面被描述为具有某些特征，但是相对于本公开的任何实施方案描述的那些特征中的任何一个或多个，可以在任何其它实施方案的特征中实现和/或与任何其它实施方案的特征组合，即使该组合没有明确描述。换句话说，所描述的实施方案不是相互排斥的，并且一个或多个实施方案彼此的置换保持在本公开的范围内。
使用各种术语来描述元件之间(例如，模块之间、电路元件之间、半导体层之间等)的空间和功能关系，各种术语包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“紧挨”、“在...顶部”、“在...上面”、“在...下面”和“设置”。除非将第一和第二元件之间的关系明确地描述为“直接”，否则在上述公开中描述这种关系时，该关系可以是直接关系，其中在第一和第二元件之间不存在其它中间元件，但是也可以是间接关系，其中在第一和第二元件之间(在空间上或功能上)存在一个或多个中间元件。如本文所使用的，短语“A、B和C中的至少一个”应当被解释为意味着使用非排他性逻辑或(OR)的逻辑(A或B或C)，并且不应被解释为表示“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”。
在一些实现方案中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述示例的一部分。这样的系统可以包括半导体处理设备，半导体处理设备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/或特定处理部件(晶片基座、气体流系统等)。这些系统可以与用于在半导体晶片或衬底的处理之前、期间和之后控制它们的操作的电子器件集成。电子器件可以被称为“控制器”，其可以控制一个或多个系统的各种部件或子部件。根据处理要求和/或系统类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括处理气体的输送、温度设置(例如加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、射频(RF)产生器设置、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、晶片转移进出工具和其他转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的装载锁。
从广义上讲，控制器可以定义为电子器件，电子器件具有接收指令、发出指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件。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/或执行程序指令(例如，软件)的一个或多个微处理器或微控制器。程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式发送到控制器的指令，单独设置(或程序文件)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工艺的操作参数。在一些实施方案中，操作参数可以是由工艺工程师定义的配方的一部分，以在一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或晶片的管芯的制造期间完成一个或多个处理步骤。
在一些实现方案中，控制器可以是与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系统或其组合的计算机的一部分或耦合到该计算机。例如，控制器可以在“云”中或是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，其可以允许对晶片处理的远程访问。计算机可以实现对系统的远程访问以监视制造操作的当前进展、检查过去制造操作的历史、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。在一些示例中，远程计算机(例如服务器)可以通过网络(其可以包括本地网络或因特网)向系统提供工艺配方。远程计算机可以包括使得能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，然后将该参数和/或设置从远程计算机发送到系统。在一些示例中，控制器接收数据形式的指令，其指定在一个或多个操作期间要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以特定于要执行的工艺的类型和工具的类型，控制器被配置为与该工具接口或控制该工具。因此，如上所述，控制器可以是例如通过包括联网在一起并朝着共同目的(例如本文所述的工艺和控制)工作的一个或多个分立的控制器而呈分布式。用于这种目的的分布式控制器的示例是在与远程(例如在平台级或作为远程计算机的一部分)的一个或多个集成电路通信的室上的一个或多个集成电路，其组合以控制在室上的工艺。
示例系统可以包括但不限于等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转漂洗室或模块、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、以及可以与半导体晶片的制造和/或制备相关联或用于半导体晶片的制造和/或制备的任何其它半导体处理系统。
如上所述，根据将由工具执行的一个或多个处理步骤，控制器可以与一个或多个其他工具电路或模块、其它工具部件、群集工具、其他工具接口、相邻工具、邻近工具、位于整个工厂中的工具、主计算机、另一控制器、或在将晶片容器往返半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口运输的材料运输中使用的工具通信。

Claims (20)

1.一种执行脉冲化远程等离子体蚀刻的方法，所述方法包含：
将衬底布置在处理室中，所述处理室被配置成执行脉冲化远程等离子体蚀刻；
设定所述处理室的至少一个工艺参数；
将至少一种气体混合物供给至所述处理室的上室区域；
在开启周期，将第一电压供给至围绕所述上室区域布置的线圈，以激励所述至少一种气体混合物并且在所述处理室的所述上室区域内产生等离子体；
在关闭周期，关闭所述第一电压，以停止在所述处理室的所述上室区域内产生等离子体；以及
交替进行在所述开启周期中供给所述第一电压与在所述关闭周期中关闭所述第一电压，以在所述处理室的所述上室区域内产生脉冲化远程等离子体。
2.根据权利要求1所述的方法，其还包含在所述开启周期供给第二电压至所述线圈。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在所述关闭周期中的离子能量分布小于在所述开启周期中的离子能量分布。
4.根据权利要求1所述的方法，其还包含基于所期望的离子能量分布而设定所述关闭周期的持续时间。
5.根据权利要求1所述的方法，其还包含基于与在所述上室区域内所产生的等离子体相关联的离子的寿命而设定所述关闭周期的持续时间。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述关闭周期的持续时间大于所述离子的寿命。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述关闭周期的持续时间小于与在所述上室区域内所产生的等离子体相关联的自由基的寿命。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述关闭周期的持续时间介于0.1ms与8.0ms之间。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述开启与关闭周期的占空比介于10％与90％之间。
10.一种执行脉冲化远程等离子体蚀刻的方法，所述方法包含：
将衬底布置在处理室中，所述处理室被配置成执行脉冲化远程等离子体蚀刻；
设定所述处理室的至少一个工艺参数；
将至少一种气体混合物供给至所述处理室的上室区域；
在第一周期，将第一电压供给至围绕所述上室区域布置的线圈，以激励所述至少一种气体混合物并且在所述处理室的所述上室区域内产生等离子体；
在第二周期，将第二电压供给至所述线圈；以及
交替供给所述第一电压与第二电压，以在所述处理室的所述上室区域内产生脉冲化远程等离子体。
11.根据权利要求10所述的方法，其中在所述第二周期中的离子能量分布小于在所述第一周期中的离子能量分布。
12.根据权利要求10所述的方法，其还包含基于与在所述上室区域内所产生的等离子体相关联的离子的寿命而设定所述第二周期的持续时间。
13.一种用于执行脉冲化远程等离子体蚀刻的系统，所述系统包含：
处理室，其被配置成执行脉冲化远程等离子体蚀刻，其中所述处理室包含上室区域和下室区域；以及
控制器，其被配置成：
控制气体输送系统，以将至少一种气体混合物供给至所述处理室的所述上室区域；
控制等离子体产生器以：(i)在开启周期，将第一电压供给至围绕所述上室区域布置的线圈，以激励所述至少一种气体混合物并且在所述处理室的所述上室区域内产生等离子体；(ii)在关闭周期，关闭所述第一电压，以停止在所述处理室的所述上室区域内产生等离子体；以及(iii)交替进行在所述开启周期中供给所述第一电压与在所述关闭周期中关闭所述第一电压，以在所述处理室的所述上室区域内产生脉冲化远程等离子体。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述控制器被配置成在所述开启周期供给第二电压至所述线圈。
15.根据权利要求13所述的系统，其中在所述关闭周期中的离子能量分布小于在所述开启周期中的离子能量分布。
16.根据权利要求13所述的系统，其中所述控制器被配置成基于所期望的离子能量分布而设定所述关闭周期的持续时间。
17.根据权利要求13所述的系统，其中所述控制器被配置成基于与在所述上室区域内所产生的等离子体相关联的离子的寿命而设定所述关闭周期的持续时间。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述关闭周期的持续时间大于所述离子的寿命。
19.根据权利要求18所述的系统，其中存在以下至少一者：(i)所述关闭周期的持续时间小于与在所述上室区域内所产生的等离子体相关联的自由基的寿命；以及(ii)所述关闭周期的持续时间介于0.1ms与8.0ms之间。
20.根据权利要求13所述的系统，其中所述开启与关闭周期的占空比介于10％与90％之间。
CN202180042022.2A 2020-06-12 2021-06-11 用于离子损坏减轻和蚀刻均匀度改善的脉冲化远程等离子体 Pending CN115917703A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063038723P 2020-06-12 2020-06-12
US63/038,723 2020-06-12
PCT/US2021/036928 WO2021252839A1 (en) 2020-06-12 2021-06-11 Pulsing remote plasma for ion damage reduction and etch uniformity improvement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115917703A true CN115917703A (zh) 2023-04-04

Family

ID=78846543

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180042022.2A Pending CN115917703A (zh) 2020-06-12 2021-06-11 用于离子损坏减轻和蚀刻均匀度改善的脉冲化远程等离子体

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230223237A1 (zh)
KR (1) KR20230021726A (zh)
CN (1) CN115917703A (zh)
TW (1) TW202215485A (zh)
WO (1) WO2021252839A1 (zh)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003036704A1 (en) * 2001-10-22 2003-05-01 Unaxis Usa, Inc. Method and apparatus for the etching of photomask substrates using pulsed plasma
US20110139748A1 (en) * 2009-12-15 2011-06-16 University Of Houston Atomic layer etching with pulsed plasmas
KR20150087702A (ko) * 2014-01-22 2015-07-30 삼성전자주식회사 플라즈마 발생 장치
US11694911B2 (en) * 2016-12-20 2023-07-04 Lam Research Corporation Systems and methods for metastable activated radical selective strip and etch using dual plenum showerhead
US10734195B2 (en) * 2017-06-08 2020-08-04 Lam Research Corporation Systems and methods for transformer coupled plasma pulsing with transformer coupled capacitive tuning switching

Also Published As

Publication number Publication date
TW202215485A (zh) 2022-04-16
WO2021252839A1 (en) 2021-12-16
KR20230021726A (ko) 2023-02-14
US20230223237A1 (en) 2023-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102488729B1 (ko) 이동 가능한 에지 링 및 가스 주입 조정을 사용하여 웨이퍼 상 cd 균일성의 제어
CN107452590B (zh) 用于在下游反应器中边缘蚀刻速率控制的可调侧气室
US20230369076A1 (en) Systems and methods for metastable activated radical selective strip and etch using dual plenum showerhead
KR102406081B1 (ko) 웨이퍼 내 프로세스 균일도를 제어하기 위한 방법 및 장치
KR20220036924A (ko) 플라즈마 프로세싱 시스템들을 위한 고순도 sp3 결합들을 가진 화학적 기상 증착 (cvd) 다이아몬드 코팅을 포함한 에지 링들과 같은 컴포넌트들
KR102598863B1 (ko) 동시에 발생하는 인시츄 플라즈마 소스 및 리모트 플라즈마 소스를 사용한 신속한 챔버 세정
CN107665803B (zh) 用于蚀刻复合三维结构的压力吹扫蚀刻方法
CN107086178B (zh) 用于选择性蚀刻膜的系统和方法
KR20210132731A (ko) 고 에칭 선택도, 저 응력 애시 가능 탄소 하드 마스크
US20230223237A1 (en) Pulsing remote plasma for ion damage reduction and etch uniformity improvement
CN115702473A (zh) 光电辅助等离子体点燃
US20190341275A1 (en) Edge ring focused deposition during a cleaning process of a processing chamber
US20230298859A1 (en) Optimizing edge radical flux in a downstream plasma chamber
KR20210109640A (ko) 다운스트림 플라즈마를 위한 듀얼 이온 필터를 포함하는 기판 프로세싱 시스템
KR20210127259A (ko) 플라즈마 챔버들을 세정하기 위한 장치
WO2022005864A1 (en) Remote plasma source showerhead assembly with aluminum fluoride plasma exposed surface
KR20220079642A (ko) 반도체 기판 베벨 세정

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination