CN1513198A - 控制等离子体激励功率的等离子体处理方法和装置 - Google Patents

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Abstract

提供到真空等离子体处理腔内的等离子体的RF功率量响应存储于计算机存储器中的信号以预编程为基础逐渐改变。计算机存储器存储信号从而在产生逐渐变化时其它处理腔参数(压强、气体种类和气流速率)保持恒定。所存储的信号使得蚀刻出倒圆的边角而非锐利的边缘，例如沟槽壁和底部的相交部。

Description

控制等离子体激励功率的等离子体处理方法和装置
发明领域
本发明一般涉及用于处理工件支架上工件的真空等离子体处理器，且尤其涉及以预编程为基础逐渐改变由AC等离子体激励源提供到真空处理器腔内等离子体的功率。
背景技术
用于处理工件(即，在工件上蚀刻材料或在其上沉积材料)的真空处理器通常包括第一和第二端口，它们分别连接到真空泵和一个或多个气体源。在腔内通过包括响应第一AC源的电抗的电源将气体激励成等离子体，其中第一AC源通常是RF或微波源。第一匹配网络通常连接在用于激励等离子体的第一AC源和电抗之间。如果源是RF源，则电抗或者是用于通过绝缘窗口将磁场和电场提供到腔内部的线圈或者是用于将电场提供到腔内部的平行板电容结构。
通常是半导体片或电介质层或金属板的工件被夹持于工件支架上的位置内，该工件支架，即夹盘，通常包括由绝缘体覆盖的电极。通常将DC电压施加到电极来提供静电夹持力来将工件固定在支架上的原处。通常通过将诸如氦的冷冻剂施加到夹盘上的凹处和通过施加液体到夹盘内的管道来冷却工件。为了将等离子体内的离子加速到工件，第二AC源经由匹配网络连接到电极。每个匹配网络包括一对可变电抗，它们的值由通常是步进式马达的马达改变。
当耦合到激励电抗且当耦合到夹盘电极时，针对与等离子体相关的电参数的传感器产生有助于控制可变电抗值的信号。分别在腔内且成一直线地将气体提供到第二端口的压强和流速转换器产生信号，它控制腔内的真空压强和通过第二端口流入腔内的气体流速。
控制器包括微处理器和包括硬盘驱动器、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)的存储系统，该控制器响应由转换器产生的信号以及来自操作员输入控制台的信号以产生用于控制可变电抗、两个AC源的输出功率、腔内的真空压强和通过第二端口提供给腔的气体流速的信号。存储系统存储几个制法，每个都以表示各种参数的信号的形式，这些参数控制不同情况下工件的沉积和蚀刻。每个制法的参数还是提供到腔的气体种类、该种类的流速、腔内的真空气压和两个AC源的输出功率。每个制法可以包括其它参数，诸如用于实施每个制法步骤的时间。控制器响应制法的参数来控制用于进入腔内的气流、腔内压强以及第一和第二AC源的输出功率的阀门。在处理期间，控制器控制第一和第二匹配网络的电抗从而具有在第一及第二AC源和它们驱动的负载之间功率的有效转移，从而向第一和第二源输出端看所得到的阻抗大体等于第一和第二源通过从第一和第二源的输出端向连接第一和第二匹配网络的电缆看所分别得到的阻抗。
通常，制法变化由(1)气体流速、(2)腔压强、(3)提供到等离子体激励线圈的功率、(4)流入腔内的气体种类和(5)提供到(a)电极，诸如工件置于其上的下电极或用于将气体激励成等离子体的上电极，或(b)RF等离子体激励线圈的功率中至少一个的阶(step)(即突然)变化表示。这些阶变化导致从工件上蚀刻或在工件上沉积的层之间锐利的边界。例如，在工件(即硅基片)中沟槽蚀刻期间的阶变化导致沟槽壁和底部之间锐利的边角。这种阶变化还常常导致沟槽壁和沟槽顶层之间边界处的锐利边角。这种锐利边角可以使得在之后的操作期间填充沟槽变得困难且具有其它已知的缺点，诸如造成压力相关缺陷和/或电泄漏。
当某一制法改变时涉及该问题的一个方法形成稍许平滑的过渡，该方法包括在产生处理制法步骤期间将瞬时表面上的诸如氩或氦的稀释剂或诸如氧的钝化气体添加到流入处理腔的气体。但是，瞬时将稀释剂和/或钝化气体提供到处理腔具有某些缺点。因为典型的等离子体处理腔具有相对较大的容积，所以需要超过10秒的大量时间来从将气体从气体源耦合进入腔的管线中清除“旧”的气体。结果，增加了工件处理时间，从而降低了腔的效率并降低了工件的处理量。此外，在瞬时底部上改变气体种类导致等离子体阻抗的变化。该等离子体阻抗变化不利地影响电源和线圈与/或电极之间匹配网络在该源或多个源和驱动负载之间提供功率的有效转移的能力。此外，新气体(即稀释剂或钝化气体)流入腔的时间可能作为腔和气体源之间的气体管线长度的函数而变化。结果，很难实现处理步骤的精确控制和/或必须对于不同气体源和腔之间的不同气体管线长度定制制法处理步骤。
Chen等人的美国专利5,807,789揭示了一种方法，它使等离子体处理器工作来在半导体工件内形成具有锥形轮廓和倒圆边角的浅沟槽。这种浅沟槽在连续的制法步骤期间形成。在第一个步骤期间，等离子体功率和腔压强分别相对的高和低。在下一个步骤期间，等离子体功率和腔压强分别降低和增加。所述过程以这种方式继续至少另外的一个步骤。
在Chen等人揭示的特殊蚀刻实施例中，在提供到等离子体的功率在三个步骤中降低时，其中每个步骤随腔压强的增加同步产生，施加到腔的多个气体种类保持相同且具有恒定的流速。在持续了8秒的第一个步骤期间，提供到等离子体激励电抗的功率和腔压强分别是800瓦和50毫托。在第二个8秒步骤开始时，所提供的功率突然从800瓦降低到750瓦同时腔压强突然增加到80毫托。在第三个46秒步骤开始时，所提供的功率突然进一步降低到650瓦同时腔压强突然增加到100毫托。
由于在相对大容积的真空腔内改变压强所需的大量时间，前述过程具有和添加稀释剂相关问题类似的问题。
因此，本发明的目的是提供用于使真空等离子体处理腔工作的新的和改进的方法和装置。
本发明的另一个目的是提供新的和改进的方法和装置，它们以避免被处理工件上锐利边角的方式操作真空等离子体处理腔。
本发明的另一个目的是提供新的和改进的方法和装置，它们用于控制真空等离子体处理器从而以避免被处理工件上锐利边角的方式改变处理制法。
本发明的又一个目的是提供新的和改进的方法和装置，它们用于在真空等离子体工件处理器中处理工件从而以避免在被处理工件中锐利边角的方式在制法期间改变，且其中处理器的处理量相对较高。
本发明的又一个目的是提供新的和改进的方法和装置，它们用于控制真空等离子体处理器中工件的处理，其中以避免工件锐利边角的方式改变制法步骤，而在驱动将功率提供给腔中处理气体的反应元件的一个或多个源之间不产生明显的阻抗不匹配。
发明概述
根据本发明，提供给真空等离子体工件处理腔内等离子体的AC功率是以预编程为基础控制的，从而在处理一个工件期间提供到等离子体的AC功率量逐渐变化。较佳地，产生逐渐的功率变化，同时不改变(a)流入腔内的气体种类，(b)腔压强或(c)气体种类的流速。可以通过将AC电场耦合到腔内气体的上或下腔电极或者将AC电磁场耦合到腔气体的线圈将AC功率提供到腔。逐渐的功率变化通常使得被处理工件中材料形状逐渐过渡。
在一个较佳实施例中，气体种类被电离成蚀刻材料的等离子体，且预编程的逐渐的功率变化和种类使得材料定形从而作为蚀刻的结果在材料内形成倒圆边角。在一个特殊的应用中，蚀刻形成具有倒圆边角的沟槽壁，在一个实施例中它位于沟槽的壁和底部相交部处。
通常响应计算机程序进行逐渐的变化，所述程序存储的步骤具有(1)在几个毫瓦到小于源最大输出功率的5％的范围(例如，如果源具有3kW的最大输出功率，则最大功率变化是15瓦)中的功率变化，和(2)在约1毫秒到约1秒范围中的持续时间。功率变化超过5％的最大输出功率的阶太陡以至于不能提供对等离子体的所需控制从而获得所需工件而持续超过约1秒的阶不具有合适的时间分辨率来获得所需的工件形状。
考虑以下几种特殊实施例的详细描述，特别在结合附图时，本发明的以上的和进一步的目的、特点和优点将变得更加明显。
附图概述
图1是能实施本发明的典型真空等离子体处理器和控制器的框图；
图2是功率对时间的波形，该功率能被施加到图1所示装置的线圈或电极，其中功率逐渐斜向上增加；
图3是类似图2波形的波形，其中功率斜向下；
图4是功率对时间的波形，该功率可以被施加到图1的线圈和/或电极，其中波形由实验数据得出；
图5是蚀刻之前示意性半导体片横截面的示意图；以及
图6是在根据本发明的特殊实施例蚀刻之后，图5所示半导体片的示意图。
具体实施方式
图1所示的工件处理器包括真空等离子体处理腔组件10、第一电路12，它用于驱动将腔组件10内的可电离气体激励成等离子态的电抗、第二电路14，它用于向腔组件10内的组件支架提供RF偏压以及控制器结构16，它响应针对和腔组件10相关的各种参数来产生用于在腔组件10内影响等离子体的装置的控制信号的传感器。控制器16包括微处理器20，它响应和腔组件10相关的各种传感器以及电路12和14，以及例如可以是键盘形式的来自操作员输入22的信号。微处理器20和存储系统24耦合，该存储系统包括硬盘26、随机存取存储器(RAM)28和只读传感器(ROM)30。微处理器20响应向它提供来驱动显示器32的各种信号，其中显示器可以是通常的计算机监视器。
硬盘26和ROM30存储用于控制微处理器20操作的程序并预置和用于在腔组件10内进行的处理的不同制法相关的数据。这些不同的制法涉及在不同处理期间施加到腔组件10的气体种类和流速、包含于电路12和14中的AC源的输出功率、施加到腔组件10内部的真空以及包含于电路12和14的匹配网络中的可变电抗的初始值。
等离子体腔组件10包括腔40，它具有接地的金属、非磁圆柱壁42和金属、非磁底部44。通常是石英的绝缘窗口46被固定置于壁42的上边缘。壁42、底部44和窗口46通过合适的垫圈紧密地彼此连接以使得在腔40的内部形成真空。平面等离子体激励线圈48，例如在Ogle，美国专利4,948,458或Holland等人的美国专利5,759,280所配置的，位于窗口46的顶面之上或非常靠近该顶面。线圈48，一电抗，电抗性地以诸如13.56MHz的RF频率将磁和电AC场提供到腔40内部，来将腔内的可电离气体激励成等离子体，示意性地由标号50示出。应理解，为了本发明的目的，线圈48可以由和电极56平行延伸的受电或接地电极代替并可以位于腔40内。
底部44的顶面承载支架，即用于工件54的夹盘52，它通常是圆形半导体片、诸如用于平板显示器的矩形绝缘板或金属板。夹盘支架52通常包括形成电极(电抗元件)金属板56。电极56承载绝缘层58并位于绝缘层60上，该绝缘层60通常由底部44的顶面承载。工件处理机械装置(未示出)将工件54置于绝缘层58的顶面上。通过夹盘52内的管道64和凹槽(未示出)将氦从合适的源62提供到绝缘58的下面来冷却工件54。由于工件54位于绝缘层58之上，DC源66通过开关(未示出)将适当的电压提供到电极56来将工件54夹持到夹盘52。
由于工件54固定在夹盘52上，来自一个或多个源68的一个或多个可电离气体通过管道70和侧壁42内的端口72流入腔40内部。简便起见，图1中只示出一个气体源68，但可以理解，通常具有不同种类的几个气体源，即腐蚀剂，诸如SF6，CH4，C12和HBr，稀释剂，诸如Ar或He，以及作为钝化气体的O2。管道70的内部包括分别用于控制流过端口72进入腔40内的气体流速和测量通过端口72的气体流速的阀门74和流速计76。当流速计76向微处理器提供表示管道70内气体流速的电信号时，阀门74响应微处理器20产生的信号。存储系统24为在腔40内处理的每个工件54的每个制法步骤存储一个信号，它表示在管道70内所需的气体流速。微处理器20响应存储系统24对所需流速存储的该信号以及流速计76产生的所监控的流速信号从而控制阀门74。
真空泵80由管道84连接到腔40的底部44内的端口82，该真空泵将腔内部抽真空到合适的压强，通常在1到100毫托的范围内。腔40内的压强计86将表示腔40内真空压强的信号提供给微处理器20。存储系统24为每个制法步骤存储表示用于腔40内部的所需真空压强的信号。微处理器20响应存储系统24为每个制法步骤产生的所存储的所需压强信号和来自压强计86的电信号来将电信号提供到真空泵80以便将腔40内的压强保持在对每个制法步骤的设定点或预定值。
光学分光计90通过响应由等离子体发射并通过侧壁42内的窗口92耦合到分光计的光能监控等离子体50的光发射。分光计90响应由等离子体50发射的光能将电信号提供到微处理器20。微处理器20响应由分光计90产生的信号来探测等离子体50在工件54上进行的处理(蚀刻或沉积)的结束点。微处理器20响应分光计90产生的信号和存储系统24存储来表示和结束点相关的分光计输出特性的信号将合适信号提供到存储器来表示制法步骤已经完成。随后，微处理器20响应来自存储系统24的信号以便停止和所完成的制法步骤相关的特定活动并在腔40内所处理的工件上开始新的制法步骤或命令从夹盘52上释放工件54且将新的工件换到夹盘上，随后启动另一系列制法处理步骤。
用于驱动线圈48的激励电路12包括恒定频率的RF源100，它具有恒定的输出功率并通常具有13.56MHz的频率。源100驱动功率放大器102，它具有电控制的功率增益，从而放大器响应时间约几微秒或更少，即，放大器102的输出功率在几微秒或更少的时间内从第一个值变化到第二个值。放大器102的输出功率在100和3000瓦的范围内。放大器102通常具有50欧姆的输出阻抗，这都是电阻而没有电抗。因此，向放大器102的输出端看所得到的阻抗通常由(50+j0)欧姆表示，且将电缆106选择具有50欧姆的特性阻抗。
对应任何特殊的制法，存储系统24存储了针对放大器102的所需输出功率的信号。存储系统24将放大器102的所需输出功率经由微处理器20提供到放大器。可以以开环方式响应存储于存储系统24中的信号来控制放大器102的输出功率或放大器102输出功率的控制可以是根据闭环反馈进行，如本技术领域内已知的。当由存储系统24规定在制法步骤中预编程的变化时，放大器102的输出功率还作为时间的函数逐渐动态地变化。输出功率中的预编程的动态变化存储于存储系统24中并控制放大器102的功率增益。
放大器102的输出功率通过电缆106和匹配网络108驱动线圈48。通常配置如“T”的匹配网络108包括两个串联脚，它包括可变电容器112和116，以及并联脚，它包括固定电容器114。线圈48包括输入和输出端122和124，它们分别连接到电容器112的一个电极和串联电容器126的第一电极，该串联电容器126具有接地的第二电极。较佳地，如在共同转让的前述Holland等人的专利中所描述的选择电容器126的值。
较佳地是步进式的电马达118和120响应来自微处理器20的信号来以相对较小的增量控制电容器112和116的值从而保持通过从放大器102的输出端向电缆106看所得到的阻抗和通过从电缆106向放大器102的输出端看所得到的阻抗之间的阻抗匹配。因此，对于前述放大器102的(50+j0)欧姆的输出阻抗和电缆106的50欧姆特性阻抗，微处理器20控制马达118和120以使从电缆106向匹配网络108看所得到的阻抗尽可能接近于(50+j0)欧姆。
为了控制马达从而保持对向放大器132的输出端看所得到的阻抗和放大器132驱动的阻抗的匹配条件，微处理器20响应来自常规传感器结构104的信号，该信号表示从电缆106向匹配网络108看所得到的阻抗。可供选择地，可以为了产生表示放大器102提供到其输出端的功率和由匹配网络108反射回电缆106的功率的信号而提供传感器。微处理器20以几种已知方式中的一种响应传感器结构104产生的所感应到的信号来控制马达118和120以达到匹配条件。
用于通过电极56向工件54提供RF偏压的电路14具有类似电路12的结构。电路14包括恒定频率的RF源130，它具有恒定的输出功率并通常具有诸如400KHz、2.0MHz或13.56MHz的频率。源130的输出驱动电控制的可变增益功率放大器132，该放大器具有和放大器102类似的特性。放大器132顺次驱动包括定向耦合器134、电缆136和匹配网络138的级联结构。匹配网络138包括串联脚，它包括固定电感器140和可变电容器142的串联组合，以及并联脚，它包括固定电感器144和可变电容器146。较佳地是步进式马达的马达148和150分别响应来自微处理器20的信号改变电容器142和146的值。
匹配网络138的输出端152经由串联耦合电容器54向电极56提供RF偏压，其中串联耦合电容器54将匹配网络138和DC源66的箝位电压隔开。电路14施加到电极56的RF能电容性地通过绝缘层48、工件54和所述工件与等离子体之间的等离子体护层耦合到靠近夹盘52的部分等离子体50。夹盘52耦合到等离子体50的RF能在等离子体中形成DC偏压；DC偏压通常具有50和1000伏之间的值。电路14施加到电极52的RF能引起的DC偏压将等离子体50中的离子加速到工件54。
微处理器20响应表示从电缆136向匹配网络138看所得到的阻抗的信号，如由已知传感器结构139所产生的，来以类似上述关于匹配网络108的电容器112与116控制的方式控制马达148与150和电容器142与146。
对于每个处理制法步骤，存储系统24存储用于由定向耦合器138耦合到电缆136的净功率的设定点信号。由定向耦合器134耦合到电缆136的净功率等于放大器132的输出功率减去从负载和匹配网络138反射回通过电缆136到达连接到电缆136的定向耦合器134末端的功率。存储系统24将和电路14相关的净功率设定点信号提供给微处理器20。微处理器34也响应定向耦合器134提供给功率传感器结构141的输出信号。功率传感器结构141产生表示放大器132的输出功率和由电缆136反射回放大器132的输出端的功率的信号。
微处理器20响应设定点和传感器结构141产生的所测量的信号来控制放大器132的增益，其中所测量的信号表示放大器132的输出功率和反射回放大器的功率。当存储系统24规定制法中的变化时，放大器132的输出功率还逐渐动态地作为时间的函数变化。输出功率中的动态变化被存储于存储系统24中并控制放大器132的功率增益。
存储系统24的一个元件，通常是只读存储器30，存储用于在处理工件54的等离子体50的制法步骤期间控制放大器102和/或132的输出功率的预编程的值。因此，预编程的值控制线圈48和/或电极56提供给腔40中的等离子体50的功率量以使线圈48和/或电极56提供给等离子体的功率作为时间的函数根据所预编程的预定函数逐渐变化，诸如图2和3所示的数学函数170和172或图4所示的经验函数174。图2和3的函数170和172分别是向上和向下基本连续的、逐渐线性斜向的函数。
现实中，用于控制只读存储器30存储的放大器102和/或132的输出功率的预编程值是一串相对较小的增加阶(step)，它们每一个通常具有相同的值。增加的阶是放大器102和/或132的输出功率在每个阶的开始时突然改变很小的值，该值在约1毫瓦到小于放大器102和/或132最大输出功率的5％(例如，如果放大器102的最大输出功率是3000瓦，则在放大器输出功率步骤中的最大变化是15瓦)。每个阶通常具有相同的相对较短的持续时间，通常在一毫秒到1秒之间，期间放大器102和/或132的输出功率保持恒定。超过1秒的阶通常将不能提供在文件之前所述的所需环绕效果(rounding effect)。以上范围内的一系列阶提供了提供到线圈48和电极56的功率以及因此提供到等离子体50的功率的基本连续和逐渐的变化。
当需要根据预编程的函数改变放大器102和/或132的输出功率时，这些函数诸如在图2-4中的任何一个所述，在硬盘26中存储的程序周期性地读取只读存储器30中存储的数字值，该值表示提供所需放大器输出功率的增益放大器设定。微处理器20响应从只读存储器30读取的值来控制放大器102和132中至少一个的增益从而改变线圈48和电极56中的至少一个提供到等离子体50的功率。
为了说明，假定图2、3和4的函数表示RF源30和可变增益放大器132提供到电极56的功率。在开始斜向函数170开始之前，在时间T1，存储系统24和微处理器20设定放大器132的增益，从而电极56将恒定的功率P1提供到等离子体50。在所关心(interest)的制法步骤中，存储系统24和微处理器20控制放大器132的增益来增加提供到电极56的功率，如由线性、向上、逐渐增加且基本连续的斜向函数170表示。因此，存储系统24和微处理器20将放大器132的增益保持为恒定，从而电极56将恒定的功率P2提供到等离子体50。存储系统24和微处理器20控制放大器132的增益和电极56提供到等离子体50的功率以便逐渐且基本连续的沿斜向函数172降低等离子体功率。斜向函数172从恒定值P2，时间T1时，延伸到恒定值P1，时间T2时。以和所描述的向上斜向函数170同样的方式将功率从P2降低到P1。
斜向函数170和172的斜率由放大器132的增益中每个阶变化的大小和持续时间确定。通常，对于特定的制法变化，放大器132增益的每个阶变化的大小和持续时间是相同的；但是可以理解，对于特定制法变化，放大器132增益中的不同阶变化可以具有不同的大小和持续时间值。
图4的函数174是经验得出的且是在各种RF源设定下在测试工件54表面进行一系列实验和在这些各种功率设定下齿形角的测量而得到的。可以理解，图4的函数174仅仅是示例性的且如必要可以使用许多不同经验产生的函数。特定的函数174在恒定功率等级P3到更高的恒定功率等级P4之间变化，它们分别存在于时间T3和随后的时间T4之前，随后以更快的速度增加到一值，该值超过功率等级P4并随后在时间T4回到功率等级P4。
现在参考附图的图5和6，它们分别是示出根据本发明的一个实施例的蚀刻操作之前和之后的半导体结构的示意图。图5的蚀刻前的结构包括硅基片202，它具有由薄膜二氧化硅层204覆盖的顶面，该层通常具有150埃的厚度，它反过来由薄膜氮化硅层206覆盖，该层通常具有1600埃的厚度。层206由外延下防反射涂层208覆盖，该层具有570埃的厚度，反过来由两个隔开的光阻带210覆盖。
初始通过降低光阻材料带210的高度来处理图5的结构以形成截断的光阻材料带212。通过在硬盘26所存储且由微处理器20读取的程序的控制下从气体源68提供典型的光阻蚀刻剂到腔40内部来降低光阻材料带210的高度。同时，硬盘26存储的程序以及微处理器20使得提供到线圈48和电极56的功率以及腔40内的真空保持恒定。接着，硬盘26存储的程序通过打开连接到溴化氢(HBr)和氧气(O2)源68的阀门74从而这些气体的流速为75到22来蚀刻下防反射涂层28。同时，硬盘26和微处理器20控制真空泵80使得腔40内的压强为3毫托。同时，硬盘26使得放大器102和132的增益这样从而在13.56MHz时向线圈40提供500瓦的RF功率而在13.56MHz时向电极56提供178瓦的RF功率；提供到电极56的178瓦的RF功率使得在电极上形成-200伏的DC偏压。光学分光计90探测合适产生层208的腐蚀结束点。微处理器20和存储系统24响应来自光学分光计的信号造成百分之30的层208的过蚀刻，这是通过不改变腔40内的蚀刻参数造成的结果。
当完成过蚀刻时，微处理器20和存储系统24使得氮化硅层206以与结合涂层208所描述的稍许类似的方式被蚀刻直到光学分光计90探测到蚀刻结束点。层206的蚀刻响应氟基蚀刻剂的合适混合物同时腔40的压强是10毫托，提供到线圈48的RF功率是1000瓦且提供到电极56的RF功率是155瓦，这导致电极具有-170伏的DC偏压。
随后，微处理器20和存储系统24使得氮化硅层206被过蚀刻10秒。通过氟基的蚀刻剂氩和氧的适当混合物从源68流入腔40来进行所述的过蚀刻，同时腔保持在7毫托的压强，且施加到线圈48和电极56的RF功率分别是1400和400瓦。将400瓦的RF功率施加到电极56造成电极处于-145伏的DC电压。
随后，微处理器20和存储系统24引起二氧化硅层204的穿透，这是通过从气体源68将100sccm的Cl2施加到腔40共5秒同时分别将500和120瓦分别施加到线圈48和电极56实现的。
随后，微处理器20和存储系统24进行用于硅基片202的浅沟槽电离的主蚀刻操作。响应从气体源68流入腔40的HBr/Cl2/O2的适当混合物，主蚀刻操作进行65秒。在这65秒期间，真空泵80将腔40内的压强保持在15毫托，放大器102.的输出向线圈48提供1000瓦而放大器132向电极56提供235瓦，从而电极56的DC偏压是-320瓦。
在完成65秒的主蚀刻时，基片202上的硅位于由点212表示的位置，图7，稍许在沟槽最终底部214之上。点212和底部214之间的硅基片202的最终蚀刻操作以这种方式进行，从而实现点212和底部214之间的倒圆边界216。
为此，微处理器20和存储系统24进行15秒的最终蚀刻操作。在这15秒的最终蚀刻操作期间，真空泵80将腔40内的压强保持在10毫托，放大器102将提供到线圈48的功率保持恒定于100瓦且HBr/O2的适当混合物恒定地从源38流入腔40内，同时放大器132提供给电极56的功率从200瓦逐渐降低到100瓦。放大器132提供到电极56的功率的逐渐降低是在15000个阶中，每个阶具有约1.0毫秒的持续时间和6.667毫瓦的幅度。在达到底部214后，从腔内清除蚀刻剂气体同时腔的压强以及提供到线圈48和电极56的功率保持恒定。随后，工件54可以从腔40中移出以进行下一步的处理。
如果在硅基片202的顶部和沉积其上的层之间需要倒圆的边角，即逐渐的过渡，则在气体种类和其进入腔40的流速保持恒定的同时施加到电极56和/或线圈48的功率可以同样地改变，同时腔40内的压强保持恒定。还可以通过逐渐且基本连续地改变施加到线圈48和/或电极56的功率同时保持恒定的气体种类、其流速以及腔40内的压强来提供沉积层中的逐渐过渡。因为放大器102和132的快速吸纳给予时间，这些放大器的增益变化基本瞬时改变等离子体50的特性以便提供工件54相对较高处理量的处理且随后可以通过诸如气体流速或腔压强的参数来在制法步骤改变期间提供更精确的工件处理控制。
虽然已经描述和说明了本发明的特殊实施例，但明显的是，可以进行所特别描述和说明的实施例的细节上的改变而不背离由所附权利要求书所限定的本发明的真实精神和范围。例如，由放大器102和132提供的可变增益特点可以直接分别结合入RF源100和30。

Claims (20)

1.一种在真空等离子体处理器腔中对工件进行处理的方法，其特征在于，将一种气体转变成AC等离子体，在对工件进行处理时使所述真空腔在不同压力下工作，在对工件进行处理时使所述一种气体以不同的流速流入所述腔内，它包括，在对工件进行处理期间，根据预编程逐渐改变提供到所述等离子体的AC功率量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，产生逐渐的功率变化，同时不改变(a)所述种类，(b)所述压强或(c)所述流速。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，由将AC电场耦合到腔内等离子体的电极提供AC功率。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电极响应将RF偏压提供到电极的AC功率源，所述电极位于工件的支架上。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，电极响应将RF等离子体激励电压提供到电极的AC功率源，所述电极响应RF电压将RF电场提供到所述等离子体来将气体激励成等离子体。
6.如权利要求1-3所述的方法，其特征在于，由将RF等离子体激励电磁场耦合到所述腔的线圈提供所述AC功率。
7.如权利要求1-6所述的方法，其特征在于，响应所述逐渐的功率变化产生被处理的工件中材料形状的逐渐过渡。
8.如权利要求1-7所述的方法，其特征在于，所述种类被电离成蚀刻材料的等离子体，逐渐的功率变化和种类使得将所述材料定形来响应逐渐的功率变化导致的电离等离子体蚀刻剂变化从而具有倒圆的边角。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述蚀刻形成包括倒圆边角的沟槽壁，其中响应由逐渐的功率变化导致的电离等离子体蚀刻剂变化而产生所述蚀刻。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述倒圆边角位于沟槽壁和底部的相交部。
11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述倒圆边角位于壁和与壁相交的表面的相交部，所述表面延伸通常与所述壁成直角。
12.如权利要求1-11所述的方法，其特征在于，所述逐渐的变化包括具有不超过约几瓦的功率变化的阶，所述功率保持恒定瓦特数不超过约1秒。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述功率阶是几个毫瓦且保持在恒定功率约1毫秒。
14.一种在真空等离子体处理器腔内对工件进行处理的真空等离子体处理器，其中，将一种气体转变成AC等离子体，其特征在于，所述真空等离子体处理器包括向所述腔内的等离子体提供电场的反应元件，以及以预编程为基础向所述反应元件提供逐渐改变的功率量的电源。
15.如权利要求14所述的处理器，其特征在于，还包括控制器，它用于在处理单个工件时，使源以预编程为基础将功率的逐渐改变量提供到反应元件。
16.如权利要求15所述的处理器，其特征在于，所述控制器被安排用于(a)控制(i)适于流入所述腔的气体种类，(ii)真空腔内的压强，和(iii)气体种类的流速，和(b)在以预编程为基础逐渐改变等离子体功率时使(i)气体种类，(ii)气体种类的流速以及(iii)腔压强保持恒定。
17.一种用于控制计算机的计算机程序，用于控制真空等离子体处理器腔内的工件的处理，其特征在于，将一种气体转变成AC等离子体，所述计算机程序存储的信号用于：(a)在对工件进行处理时使所述真空腔在不同的压强下工作，(b)在处理工件时控制气体种类和其流入腔内的流速，(c)在处理工件时使AC功率量施加到所述等离子体上；用于施加的AC功率量的存储信号使得在处理工件期间提供到所述等离子体上的AC功率量产生逐渐的预编程变化。
18.如权利要求17所述的程序，其特征在于，所存储的信号使得当不改变(a)所述种类、(b)所述压强或(c)所述流速时产生逐渐的功率变化。
19.如权利要求17或18所述的程序，其特征在于，引起逐渐的功率变化的所存储的信号响应逐渐的功率变化使得被处理工件的材料形状逐渐过渡。
20.如权利要求19所述的程序，其特征在于，在处理工件时所存储的信号控制提供到所述腔的蚀刻剂种类而逐渐的功率过渡，从而使得工件蚀刻成具有倒圆的边角和/或沟槽和/或沟槽壁和底部的相交部处的倒圆。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106842966A (zh) * 2010-05-27 2017-06-13 应用材料公司 一种温度控制器
CN111180326A (zh) * 2019-10-28 2020-05-19 北京北方华创微电子装备有限公司 半导体晶圆的加工方法

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7030335B2 (en) * 2000-03-17 2006-04-18 Applied Materials, Inc. Plasma reactor with overhead RF electrode tuned to the plasma with arcing suppression
US8617351B2 (en) 2002-07-09 2013-12-31 Applied Materials, Inc. Plasma reactor with minimal D.C. coils for cusp, solenoid and mirror fields for plasma uniformity and device damage reduction
US8048806B2 (en) 2000-03-17 2011-11-01 Applied Materials, Inc. Methods to avoid unstable plasma states during a process transition
US7196283B2 (en) * 2000-03-17 2007-03-27 Applied Materials, Inc. Plasma reactor overhead source power electrode with low arcing tendency, cylindrical gas outlets and shaped surface
US7220937B2 (en) * 2000-03-17 2007-05-22 Applied Materials, Inc. Plasma reactor with overhead RF source power electrode with low loss, low arcing tendency and low contamination
TWI283899B (en) 2002-07-09 2007-07-11 Applied Materials Inc Capacitively coupled plasma reactor with magnetic plasma control
US20040149219A1 (en) * 2002-10-02 2004-08-05 Tomohiro Okumura Plasma doping method and plasma doping apparatus
US7247218B2 (en) * 2003-05-16 2007-07-24 Applied Materials, Inc. Plasma density, energy and etch rate measurements at bias power input and real time feedback control of plasma source and bias power
US7276135B2 (en) * 2004-05-28 2007-10-02 Lam Research Corporation Vacuum plasma processor including control in response to DC bias voltage
US7988872B2 (en) * 2005-10-11 2011-08-02 Applied Materials, Inc. Method of operating a capacitively coupled plasma reactor with dual temperature control loops
US8034180B2 (en) * 2005-10-11 2011-10-11 Applied Materials, Inc. Method of cooling a wafer support at a uniform temperature in a capacitively coupled plasma reactor
US8157951B2 (en) 2005-10-11 2012-04-17 Applied Materials, Inc. Capacitively coupled plasma reactor having very agile wafer temperature control
US8092638B2 (en) * 2005-10-11 2012-01-10 Applied Materials Inc. Capacitively coupled plasma reactor having a cooled/heated wafer support with uniform temperature distribution
US8021521B2 (en) 2005-10-20 2011-09-20 Applied Materials, Inc. Method for agile workpiece temperature control in a plasma reactor using a thermal model
US7771541B2 (en) * 2007-03-22 2010-08-10 International Business Machines Corporation Method of removing metallic, inorganic and organic contaminants from chip passivation layer surfaces
GB0904240D0 (en) * 2009-03-12 2009-04-22 Aviza Technology Ltd Apparatus for chemically etching a workpiece
KR20110103723A (ko) * 2010-03-15 2011-09-21 삼성전자주식회사 공정 모니터링 장치와, 이를 이용한 공정 모니터링 방법
US20140049162A1 (en) * 2012-08-15 2014-02-20 George Thomas Defect reduction in plasma processing

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4948458A (en) * 1989-08-14 1990-08-14 Lam Research Corporation Method and apparatus for producing magnetically-coupled planar plasma
JP3013535B2 (ja) 1991-08-03 2000-02-28 ソニー株式会社 磁気再生装置
US5422289A (en) 1992-04-27 1995-06-06 National Semiconductor Corporation Method of manufacturing a fully planarized MOSFET and resulting structure
US5346584A (en) 1993-07-28 1994-09-13 Digital Equipment Corporation Planarization process for IC trench isolation using oxidized polysilicon filler
US5716534A (en) 1994-12-05 1998-02-10 Tokyo Electron Limited Plasma processing method and plasma etching method
US5888413A (en) * 1995-06-06 1999-03-30 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Plasma processing method and apparatus
US5759280A (en) * 1996-06-10 1998-06-02 Lam Research Corporation Inductively coupled source for deriving substantially uniform plasma flux
US5843226A (en) 1996-07-16 1998-12-01 Applied Materials, Inc. Etch process for single crystal silicon
EP1357584A3 (en) * 1996-08-01 2005-01-12 Surface Technology Systems Plc Method of surface treatment of semiconductor substrates
US5824602A (en) 1996-10-21 1998-10-20 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Helicon wave excitation to produce energetic electrons for manufacturing semiconductors
US5807789A (en) * 1997-03-20 1998-09-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing, Co., Ltd. Method for forming a shallow trench with tapered profile and round corners for the application of shallow trench isolation (STI)
TW376547B (en) * 1997-03-27 1999-12-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd Method and apparatus for plasma processing
US6265831B1 (en) * 1999-03-31 2001-07-24 Lam Research Corporation Plasma processing method and apparatus with control of rf bias
JP4414518B2 (ja) * 1999-09-10 2010-02-10 株式会社日立製作所 表面処理装置
US6599842B2 (en) * 1999-11-29 2003-07-29 Applied Materials, Inc. Method for rounding corners and removing damaged outer surfaces of a trench

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106842966A (zh) * 2010-05-27 2017-06-13 应用材料公司 一种温度控制器
CN111180326A (zh) * 2019-10-28 2020-05-19 北京北方华创微电子装备有限公司 半导体晶圆的加工方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20020139477A1 (en) 2002-10-03
KR100907197B1 (ko) 2009-07-10
US8480913B2 (en) 2013-07-09
WO2002080214A3 (en) 2003-04-24
AU2002247433A1 (en) 2002-10-15
US20110253673A1 (en) 2011-10-20
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