TW202147378A - 使用低頻偏壓脈衝的電漿處理方法 - Google Patents

使用低頻偏壓脈衝的電漿處理方法 Download PDF

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彼得 凡特薩克
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Abstract

一電漿處理方法包含提供第一來源功率(SP)脈衝至SP耦合元件維持一第一SP脈衝持續時間，以在處理腔室中產生電漿；提供高頻偏壓功率(HBP)脈衝至設於處理腔室中之基板固持器維持一HBP脈衝持續時間，該HBP脈衝持續時間與第一SP脈衝持續時間重疊；及提供第一低頻偏壓功率(LBP)脈衝至基板固持器維持一第一LBP脈衝持續時間，該第一LBP脈衝持續時間不與第一SP脈衝持續時間重疊。HBP脈衝包含大於800 kHz的HBP脈衝頻率。第一LBP脈衝包含低於約800 kHz的LBP脈衝頻率。

Description

使用低頻偏壓脈衝的電漿處理方法
本發明總體而言有關電漿處理，且在特定實施例中，有關使用低頻偏壓脈衝的電漿處理方法、及系統。 [相關專利及申請案的交互參照]
本申請案主張2020年2月7日提出申請之美國非臨時專利申請案第16/785,260號的優先權及申請日權益，該申請案係整體併入於此作為參考。
微電子工件內的裝置形成可涉及一系列的製造技術，包括基板上之若干材料層的形成、圖案化、及移除。為了達到目前及下一世代半導體裝置的物理性及電性規格，對於諸多圖案化製程而言，期望有實現特徵部尺寸縮減同時維持結構整體性的處理流程。當裝置結構垂直地密集化及發展時，對於精準材料處理的期望變得更加迫切。
電漿製程通常用以在微電子工件中形成裝置、互連線、及接點。電漿製程係用於諸多處理階段，例如產線前端(front-end-of-line, FEOL)、產線中段(middle-of-line, MOL)、及產線後端(back-end-of-line, BEOL)。舉例而言，電漿蝕刻及電漿沉積為半導體裝置製造期間的常用製程步驟。施加至耦合元件之來源功率(source power, SP)與施加至基板固持器之偏壓功率(bias power, BP)的組合可用以產生並導引電漿。SP可用以產生增加電漿溫度的電漿。類似地，BP可用以對電漿物種賦予速度。然而，習知電漿製程在將這些效應彼此解耦方面掙扎，而導致降低對於製程的控制及精準度。因此，可能期望解耦SP及BP之效應的電漿處理方法。
依據本發明之實施例，一電漿處理方法包含提供第一SP脈衝至SP耦合元件維持一第一SP脈衝持續時間，以在處理腔室中產生電漿；提供高頻BP脈衝至設於處理腔室中之基板固持器維持一高頻BP脈衝持續時間，該高頻BP脈衝持續時間與第一SP脈衝持續時間重疊；及提供第一低頻BP脈衝至基板固持器維持一第一低頻BP脈衝持續時間，該第一低頻BP脈衝持續時間不與第一SP脈衝持續時間重疊。高頻BP脈衝包含大於800 kHz的高頻BP脈衝頻率。第一低頻BP脈衝包含低於約800 kHz的低頻BP脈衝頻率。
依據本發明之另一實施例，一電漿處理方法包含提供第一SP脈衝至SP耦合元件維持一第一SP脈衝持續時間，以在處理腔室中產生電漿；及在第一BP脈衝持續時間期間，提供複數個(BP脈衝BP至設於處理腔室中的基板固持器，該第一BP脈衝持續時間不與第一SP脈衝持續時間重疊。該複數個BP脈衝的每一者包含低於約800 kHz的BP脈衝頻率及小於約10 µs的BP脈衝持續時間。
依據本發明之又另一實施例，一電漿處理設備包含處理腔室；配置成在處理腔室中產生電漿的SP耦合元件；SP功率供給節點，其耦接至SP耦合元件且配置成供給射頻(RF)功率至SP耦合元件；及設置在處理腔室中的基板固持器。該電漿處理設備更包含第一BP供給節點，其耦接至基板固持器且配置成供給第一直流偏壓功率至基板固持器；及第二BP供給節點，其耦接至基板固持器且配置成供給第二直流偏壓功率至基板固持器。第一直流偏壓功率包含低於約800 kHz的第一BP頻率。第二直流偏壓功率包含大於800 kHz的第二BP頻率。
諸多實施例的作成及使用係於以下詳細討論。然而，吾人將察知，本文所述的諸多實施例可應用在各式各樣的特定脈絡中。所討論的特定實施例僅例示作成及使用諸多實施例的特定方式，且不應以受限範圍加以解讀。
電漿特性的控制在實施電漿處理方法(例如電漿蝕刻及電漿沉積)時可為重要的。額外控制可從利用脈衝技術以適當時序對處理腔室提供來源功率及偏壓功率而獲取。包含SP脈衝及/或BP脈衝的技術有時可稱為先進脈衝技術(advanced pulsing technique, APT)。APT可利用一或更多波形產生器及控制器控制所施加功率之形狀及時序而加以實施。
尤其，舉例而言，APT可實施為包含二或更多寬鬆定義之階段的循環式脈衝序列。可將SP脈衝施加至耦合元件(例如螺旋共振器的線圈)，以在第一階段(例如SP階段或電漿產生階段)期間產生含有離子及自由基的高密度電漿。可將一或更多BP脈衝施加至基板固持器，以在第二階段(例如BP階段或離子加速階段)期間將能量耦合至離子，並將其導向由基板固持器支撐的基板。可採用第三階段，其中關閉SP及/或BP以容許處理腔室內之副產物的控制(例如關閉階段或副產物管理階段)。
可將SP施加為射頻(RF)範圍內(例如高頻(HF)、特高頻(VHF)等等)的交流(AC)功率。可將BP施加為直流(DC)功率(例如連續DC功率、脈衝DC功率、雙極性DC功率等)或AC功率(例如HF、中頻(MF)、低頻(LF)、特低頻(VLF)等)。
習知電漿處理方法在HF範圍內施加SP及BP兩者。然而，在BP階段期間，雖然沒有SP，但由BP脈衝賦予電漿中之離子的能量可為最小。即使對於2MHz(亦即MF範圍)下的BP頻率而言，到達基板表面的離子團塊可為近熱性(near thermal)(亦即具有可忽略的垂直速度/大離子角度)。舉例而言，超過約645 kHz的BP頻率可升高電漿的電子溫度Te ，並在BP階段期間導致寄生電漿生成。寄生電漿生成可能造成欠缺離子垂直度，因為大偏壓及大鞘可能導致大部分離子能量損失於撞擊。
當施加BP脈衝至基板固持器時，SP耦合元件(例如感應線圈)可運作為用於透過基板固持器耦合至基板之功率的低頻回路。相較於較高頻BP脈衝，較低頻BP脈衝可改變電漿的結構。線圈中的少量LF功率可能敏感地影響電漿。舉例而言，當使BP增加時，電漿密度(例如n e )可增加，但n e 的升高時間及下降時間皆減少。此外，當使SP相對BP增加時，升高時間及下降時間可減少，但n e 實質上不受影響。
由於電漿特性對於BP之施加的敏感性，許多條件可能產生寄生電漿並破壞電漿生成與離子加速之間的耦合。當BP增加時，離子能量(亦即離子溫度)可能非期望地增加，且導致離子密度分布朝向基板成長，直到寄生電漿產生在基板表面。舉特定實例而言，在包含具有氯(例如Cl2 )添加物之氬(Ar)電漿的系統中，寄生電漿可利用800 kHz下之500V的BP電壓產生。
在諸多實施例中，此處所述的電漿處理方法包含在不同頻率下提供SP及BP至處理腔室。舉例而言，可將SP脈衝施加至SP耦合元件以在處理腔室中產生電漿，且可將較低頻BP(lower frequency BP, LBP)脈衝施加至基板固持器。LBP脈衝可具有低於例如約800 kHz的頻率。可選地，亦可施加較高頻BP(higher frequency BP, HBP)脈衝。舉例而言，HBP脈衝可具有大於800 kHz的頻率，例如約13 MHz。可將LBP脈衝之各者可選地施加為SP脈衝後所提供的複數個短持續時間之BP脈衝。舉例而言，該複數個BP脈衝之各者的持續時間可少於例如約10 μs。
實施例電漿處理方法可有利地將電漿生成從所施加的BP解耦。舉例而言，可有益地將SP及BP解耦，而增進控制並減少複雜度。換言之，可使來源及偏壓之間的串擾(cross-talk)減少或消除。此處所述的電漿處理方法亦可有利地造成實質上垂直的離子速度V ⟂ (亦即垂直於基板表面/小離子角度)、幾乎無電漿加熱(例如T e )或生成、且幾乎無離子加熱(亦即小垂直/平行速度V ∥ )。因此，可在整個BP階段有益地維持離子垂直度。
進一步的優點可為伴隨冷離子團的電漿生成導致高密度、高壓力、及薄的鞘。有利地，在此處所述的電漿處理方法中，幾乎沒有電漿生成可從所施加的BP發生。具有低於特定頻率閾值之頻率的BP脈衝可有利地在基板處提取大離子通量。
以下提供的實施例敘述諸多電漿處理方法及系統、以及用於執行電漿處理方法的設備，且尤其是包含LBP的電漿處理法。以下敘述內容說明實施例。實施例電漿處理方法的例示示意時序圖係利用圖1加以說明。包含HBP之實施例電漿處理方法的兩個例示示意時序圖係利用圖2及3加以說明。實施例電漿處理方法的若干額外示意時序圖係利用圖4及5加以說明。圖6係用以說明包含例示電漿處理設備的例示電漿處理系統。兩個例示電漿處理方法係利用圖7及8加以說明。
圖1依據本發明之實施例，顯示例示電漿處理方法之示意時序圖、與對應的BP脈衝頻率及BP脈衝持續時間在耦合上之影響的質化圖表。
參照圖1，示意時序圖100顯示電漿處理系統中的SP及BP之施加。至少一SP脈衝112及至少一LBP脈衝122被提供至電漿處理系統。在諸多實施例中，SP為AC功率，且在一些實施例中為RF功率。因此，各SP脈衝112具有SP脈衝頻率f S ，其指示所施加功率的頻率。舉例而言，SP脈衝頻率f S 可在HF範圍、VHF範圍等等之中。在一實施例中，SP脈衝頻率f S 為約26 MHz。在另一實施例中，SP脈衝頻率f S 為約13 MHz。
類似地，BP可為AC功率(例如經DC偏壓)或DC功率。各LBP脈衝122具有小於約800 kHz的LBP脈衝頻率f L 。LBP脈衝頻率f L 可在MF範圍、LF範圍、VLF範圍中或更低。舉例而言，LBP脈衝頻率f L 可對應於連續波(CW)DC功率而為零。此外，被輸送作為DC功率的BP可為雙極性，以抵銷基板處的充電效應。在一些實施例中，LBP脈衝頻率f L 係小於約645 kHz，且在一實施例中為約400 kHz。對於SP脈衝頻率f S 相對LBP脈衝頻率f L 方面並無預期的限制。
各SP脈衝112具有SP脈衝持續時間t S ，而各LBP脈衝122具有LBP脈衝持續時間t L ，來指示各類型的脈衝之持續時間。如所示，SP脈衝持續時間t S 及LBP脈衝持續時間t L 在時間上並不重疊。在諸多實施例中，LBP脈衝持續時間t L 係少於約100 μs，且在一實施例中為約80 μs。SP脈衝持續時間t S 與LBP脈衝持續時間t L 之間並無所需之關係。換言之，LBP脈衝持續時間t L 可多於、等於、或少於SP脈衝持續時間t S ，取決於給定電漿製程的具體細節。
SP脈衝與LBP脈衝之間適當時序和LBP脈衝之較低頻率的組合可有利地使所施加之SP的效應從所施加之BP的效應解耦。舉例而言，在BP脈衝頻率對BP脈衝持續時間之質化圖表101所示的最佳區域11中，可將BP在電漿生成上的影響減少或消除。
最佳區域11對應至足夠低的BP脈衝頻率及BP脈衝持續時間之數值。尤其，在超過特定臨界BP脈衝頻率f C 的情況下，可能存在強耦合，而導致不期望的二次電漿生成。舉例而言，一旦施加13.56 MHz的BP，可能在晶圓之上產生二次電漿，其可能改變自由基對離子比例，進而除其他效應外，改變側壁的鈍化程度及/或改變選擇性。雖然臨界BP脈衝頻率f C 的具體數值可取決於諸多因素，但臨界BP脈衝頻率f C 可為約645 kHz。舉例而言，在645 kHz下被提供做為DC功率的BP脈衝(例如脈衝偏壓)可不使藉由先前SP脈衝產生的電漿或對應之餘輝產生追加性電漿生成及擾動。
類似地，超過特定臨界BP脈衝持續時間t C 的BP脈衝持續時間可形成導致不期望之電漿結構改變的強耦合。舉例而言，較長持續時間的可能缺點為電漿可能開始耗盡，此改變電漿的結構。臨界BP脈衝持續時間t C 的具體數值亦可取決於若干因素，且可例如介於約25 μs與約300 μs之間。可能影響t C 的具體數值的一因素為BP改變電子溫度T e 的速率。T e 中藉由BP較慢的增加可導致較大的t C 數值。
因此，施加具有小於臨界BP脈衝頻率f C 之LBP脈衝頻率f L 及小魚臨界BP脈衝持續時間t C 之BP脈衝持續時間t L 的LBP脈衝，以維持在最佳區域11中，並避免強耦合局面。舉例而言，在一些情形中，約400 kHz的LBP脈衝頻率f L 為較佳的頻率，因為其可良好的從電漿生成或增加電子溫度T e 解耦。然而，雖然並非必須，但HBP脈衝亦可結合LBP脈衝而適當地利用，但仍維持弱耦合或無耦合，如以下所述。
圖2依據本發明之實施例，顯示另一例示電漿處理方法之示意時序圖、對應的基板處離子密度及電位之質化圖表、與HBP脈衝在基板處之可能效應的示意圖表。舉例而言，圖2的示意時序圖可為此處所述其他示意時序圖(例如圖1之示意時序圖)的特定實施例。以類似方式標記的元件可如先前所述。
參照圖2，示意時序圖200顯示電漿處理系統中的SP及BP之施加。具有SP脈衝頻率f S 及SP脈衝持續時間t S 的SP脈衝212及具有LBP脈衝頻率f L 及LBP脈衝持續時間t L 的LBP脈衝222係於脈衝循環209期間提供至電漿處理系統，該脈衝循環209可依需要予以重複。具體而言，脈衝循環209可循環式執行若干次，以執行給定的實施例電漿處理方法。脈衝循環209可具有任何合適的持續時間，且在一實施例中為約1 ms。
脈衝循環209可概念性地分成數個階段，例如所示的三個階段。SP脈衝212係於階段201期間施加至電漿處理系統，而LBP脈衝222係於階段202期間施加。階段201可稱為SP階段或電漿生成階段。階段202可稱為BP階段或離子加速階段。可選地，如所顯示，亦可包含階段203，在階段203期間，SP及BP皆關閉。階段203可稱為關閉階段或副產物管理階段。
此外，HBP脈衝232亦於階段201期間提供。HBP脈衝232具有HBP脈衝頻率f H 及HBP脈衝持續時間t H 。如所示，在一實施例中，HBP脈衝持續時間t H 與SP脈衝持續時間t S 重合。或者，HBP脈衝持續時間t H 可與SP脈衝持續時間t S 不同。額外或替代地，HBP脈衝232亦可於其他階段期間施加，如以下所說明。舉例而言，HBP脈衝232亦可在階段202期間施加。HBP脈衝頻率f H 係大於LBP脈衝頻率f L 。舉例而言，在諸多實施例中，f L 係小於約800 kHz，而f H 係大於800 kHz。在一些實施例中，f H 在HF範圍中，且在一實施例中為約13.56 MHz。
脈衝在基板處可具有離子密度n i 及方均根電位V rms 的效應。舉例而言，如質化圖表205中所示，離子密度n i 在階段201中之SP脈衝212期間增加。由於LBP脈衝222係與所產生的電漿解耦，所以離子密度n i 在階段202期間降低，期可對應於餘輝。相反地，基板處的電位V rms 在階段201中為相對低且恆定，但在階段202中隨著LBP脈衝222的施加而增加。在餘輝之後，於階段203期間，在沒有被施加之功率的情況下，離子密度n i 繼續逐漸降低，而電位V rms 快速陡降至接近零。
示意時序圖200中所示的脈衝時序可有利地用於若干電漿處理方法中(例如針對邏輯製造)，例如薄蝕刻、輪廓蝕刻(如薄頂部、底部角隅圓化)、及圖案化(如矽氮化物、矽氧化物、矽)、以及多重圖案化用途。
HBP脈衝  對於改變自由基產生率(例如Cl)及/或影響蝕刻曲線而言可為受期望的。HBP脈衝亦可有利地用以管理給定電漿製程的潔淨度(例如，在反相程序的SP施加期間)。舉例而言，水平表面的鈍化可利用HBP脈衝加以控制。現在參照示意圖206，遮罩55可勾畫出包含例如具有側壁之溝槽及孔洞的特徵部之基板256的蝕刻區域。可較佳地藉由形成鈍化層57來減少或避免側壁的蝕刻。在一些實施例中，鈍化層57為氧化物。氧化物對於側壁保護而言可為有益的，但在形成於水平表面上時可能降低蝕刻速率並造成蝕刻停止風險。如示意圖206中所示，階段201期間的HBP脈衝232可減少或避免鈍化層57形成在基板256的水平表面上，此可有利地幫助管理蝕刻正面(etch front)。
在階段202中，HBP脈衝232關閉，而LBP脈衝222開啟。不同的BP頻率在給定電漿製程的不同階段可為有益的。舉例而言，在一些情形中，在偏壓階段期間提供純粹較低頻率BP對於促進增加解耦可為有利的。然而，亦可使HBP脈衝232延伸至階段202及階段203兩者中並通過階段202及階段203兩者。類似地，在來源階段期間提供較高頻率BP可有利地控制基板表面處的表面交互作用(例如藉由抑制在例如特徵部底部之水平表面上的氧化物形成)。舉例而言，隨著SP一起施加HBP可維持電位(電漿電位V PP 及DC電位V DC )，而LBP(例如400 kHz)使餘輝中的V PP 最大化。如以上所討論，HBP脈衝亦可加以省略(例如在來源階段期間基板處之電位的控制較不重要的情形中)。
利用示意時序圖200顯示之電漿處理方法的一特定實施例可為使用50:50 HBr及Ar氣體混合物與CF4 及O2 添加物的矽(Si)蝕刻。在此特定實例中，SP脈衝212可以約500W的SP脈衝功率P S 施加，而t S 為約20 µs且f S 在HF範圍中(例如13.56 MHz、26 MHz等)。HBP脈衝232可以約100W的HBP脈衝功率P H 與SP脈衝212同時施加且維持與SP脈衝212相同的持續時間(t H = 20 µs)，而f H 為約13.56 MHz。LBP脈衝222可以約500 W的LBP脈衝功率P L 施加較長的持續時間(t L = 80 µs)而f L 為約400 kHz。階段203可實施為用以控制副產物的關閉階段，且可具有約900 µs的持續時間。因此，在此具體實例中，脈衝循環209的持續時間可為約1 ms。
圖3依據本發明之實施例，顯示又另一例示電漿處理方法之示意時序圖、與對應的基板處離子密度及電位之質化圖表。舉例而言，圖3的示意時序圖可為此處所述其他示意時序圖(例如圖1之示意時序圖)的特定實施例。以類似方式標記的元件可如先前所述。
參照圖3，示意時序圖300顯示電漿處理系統中SP及BP的施加。SP脈衝312、HBP脈衝332、及LBP脈衝322係於脈衝循環309期間提供至電漿處理系統，該脈衝循環309可依需要加以重複。與圖2的示意時序圖200不同，在示意時序圖300中，HBP脈衝持續時間t H 等於脈衝循環309的持續時間。此HBP的施加可為低功率且有關於電漿點燃的維持。舉例而言，針對可能存在點燃問題的情形(例如低壓力、長關閉階段等)，可能期望低功率HBP來維持少量電漿以促進後續來源階段期間之可靠的電漿再點燃。
質化圖表305顯示延長的HBP脈衝332之持續時間對於基板處之離子密度n i 及電位V rms 的效應。如所示，n i 及andV rms 在階段301及階段302中表現得類似於圖2之對應的階段201及階段202。然而，在階段303中，n i 及V rms 兩者皆由HBP脈衝332保持在相對恆定的非零值。相較於其中n i 及V rms 可忽略之圖2的階段202，可藉由對應至低密度電漿的階段303中之HBP脈衝，將離子密度n i 保持在所需位準。此「刺激式」電漿可有利地實現緊接階段303後更容易的點燃。
此外，應注意在此情形中，HBP脈衝332係於階段302範圍維持，此可增加此階段中的離子通量。然而，在一些情形中，亦可在階段302期間關閉HBP。在階段302期間維持HBP脈衝的可行性可取決於副產物再沉積對於給定製程的影響。
圖4依據本發明的實施例，顯示諸多電漿處理方法的示意時序圖。舉例而言，圖4的示意時序圖可為此處所述之其他示意時序圖(例如圖1之示意時序圖)的特定實施例。以類似方式標記的元件可如先前所述。
參照圖4，若干示意時序圖顯示諸多電漿處理方法之SP、HBP、及LBP的時序及功率之非完全情境取樣。圖表(a)–(i)之各者包含至少一SP脈衝412及LBP脈衝422，且係概念性分為三個階段(階段1、階段2、及階段3)。該等圖表係彼此不同，因為亦可包含具有不同持續時間及時序的諸多HBP脈衝及額外SP脈衝。
圖表(a)繪示類似於圖3者的情境，除了HBP脈衝433以延伸經過階段1及階段2且部分經過階段3之持續時間施加之外。圖表(b)及(c)繪示兩個替代性的情境，其中HBP脈衝434僅部分延伸經過階段2，且其中HBP脈衝435係以與LBP脈衝422同時結束的持續時間施加。在這些及其他情境中，HBP脈衝可主要用於維持點燃且不用於對離子施以能量(亦即加速)。
以相同方式，圖表(d)繪示類似於圖2者的情境，其中HBP脈衝432與SP脈衝412同時施加，但額外的HBP脈衝436亦與LBP脈衝422同時施加。因此，圖表(d)中繪示的時序情境係類似於圖表(c)者，除了SP脈衝412與LBP脈衝422之間之HBP關閉的間隔之外。在圖表(d)中，HBP脈衝432及額外的HBP脈衝436係顯示為具有相同功率。然而，情況未必如此。舉例而言，較低功率的HBP脈衝437可在LBP脈衝422的期間施加，如圖表(e)中所示。
圖表(f) 繪示類似於圖表(a)者的具有低功率SP脈衝416之情境。舉例而言，SP脈衝412可具有約500W的第一SP脈衝功率P S1 ，而低功率PS脈衝416可具有約100W的第二SP脈衝功率P S2 。可採用任何P S1 與P S2 之間的關係，且可取決於給定電漿處理方法的特定需求。舉例而言，P S2 相對P S1 的較低功率可用以提供少量的額外電漿。再者，連續的低功率SP脈衝417亦可施加經過階段2及階段3兩者，如圖表(g)、(h)、及(i)中所示。當SP在階段3開啟，其可降低離子密度並增加離子通量，此在一些情形中亦可為較佳的。
應注意實務上在SP脈衝412與低功率SP脈衝416之間可能存在延遲，但亦可能如所示沒有任何延遲。舉例而言，延遲可為約5 µs，或可為任何其他數值。所施加之SP的例如頻率及工作週期之因素可影響SP脈衝412與後續SP脈衝(亦即低功率SP脈衝416、連續低功率SP脈衝417)之間的延遲值。
雖然已在圖4中繪示各式各樣的時序情境，但亦可做成此處所述之這些及其他實施例之任何者的任何合適組合，而仍包含至少一SP脈衝及至少一LBP脈衝，以符合發明之特定用途的具體需求。雖然以如此處顯示，但並無HBP脈衝與SP脈衝或LBP脈衝同時開始的要求。換言之，可以類似於使圖4所示之HBP脈衝之結束時序偏移的方式，使所示之HBP脈衝的任何者之開始在時間上相對SP脈衝或LBP脈衝偏移。
圖5依據本發明的實施例，顯示若干電漿處理方法之示意時序圖、與對應的電子密度及離子通量之質化圖表。舉例而言，圖5的示意時序圖可為此處所述之其他示意時序圖(例如圖1的示意時序圖)的特定實施例。以類似方式標記的元件可如先前所述。
參照圖5，示意時序圖501繪示未施加BP之情況下的SP脈衝512上的施加。電子密度n e 及離子通量的對應質化圖表顯示n e 及離子通量在SP脈衝512期間為高的，且接著在SP終止之後減少。離子通量快速減少，而n e 以漸進實質恆定速率減少。在SP脈衝512之後，具有LBP脈衝持續時間t L 之LBP脈衝522的引入可改變n e 減少的速率，如示意時序圖502中所示。尤其，具有足夠長之t L 的LBP脈衝512可擾動電漿，使其消耗更快。舉例而言，離子通量可映射背景電漿密度。然而，可較佳地在施加另一SP脈衝之前產生更多離子通量(例如用劑)。
舉例而言，足夠短的LBP脈衝可影響離子通量而不強烈擾動背景電漿。換言之，脈衝偏壓提取離子，但不擾動餘輝。此可在示意時序圖503中見到，該時序圖503顯示足夠短的LBP脈衝(亦即LBP尖峰526)在離子通量中產生對應的尖峰，而n e 不受影響。如所示，LBP尖峰526具有LBP尖峰持續時間t k ，該LBP尖峰持續時間t k 係足夠短，以於增加離子通量時，在背景電漿(亦即n e )上具有最小影響或無影響。在諸多實施例中，t K 係小於20 µs，且在一些實施例中小於10 µs。在一實施例中，t K 為約10 µs。在另一實施例中，t K 為約1 µs。
LBP尖峰526可類似於先前所述的LBP脈衝，但具有更短的持續時間(亦即t K )。舉例而言，LBP尖峰526可為以小於約645 kHz(例如400 kHz)之頻率施加的BP。此外，且亦類似於先前所述之LBP脈衝，LBP尖峰526亦可為CW DC功率。舉例而言，在一實施例中，LBP尖峰526為具有約10 µs之LBP尖峰持續時間t K 之CW DC功率的施加。在其他實施例中，CW DC功率可施加更長或更短的持續時間。
如先前所述，長LBP脈衝可能導致寄生電漿生成及/或電漿結構改變。然而，對於BP「脈衝串」而言，寄生電漿生成可能更加逐步增加。因此，如示意時序圖504中所示，多個適當隔開的LBP尖峰526可有利地產生相對恆定的離子通量，而不消耗餘輝。舉例而言，能量上的施加串 (其隨著下降的背景密度而逐漸增加)可有利地導致更為單能(monoenergetic)的射束。
鄰近之LBP尖峰526之間的間隔t D 可取決於諸多因素，例如特別是所施加之BP的頻率及t K 的長度。然而，可選擇t D 而使背景電漿的擾動得以避免(例如足夠短以不升高電子溫度T e )。舉例而言，在諸多實施例中，t D 係大於t K 。在一些實施例中，t D 係介於約20 µs與約100 µs之間。在其他實施例中，t D 係介於約10 µs與約50 µs之間。
在一些情形中，表面充電可能是施加LBP脈衝及/或LBP尖峰時的問題(例如對於介電基板等等而言)。充電效應的大小可取決於給定基板中所包含的材料，且在一些情形中，電荷可在LBP尖峰之間充分消散。然而，在其他情形中，可針對LBP尖峰526較佳地藉由使用雙極性DC功率來抵銷不期望的充電效應。 舉例而言，每隔一LBP尖峰可為正值，或可使用其他模式，例如- - - - + + +、- - +等。此外，正LBP尖峰的持續時間可與負LBP尖峰的持續時間不同。再者，雖然顯示三個LBP尖峰526，但在LBP尖峰526的數量上並無刻意的限制。每循環之LBP尖峰526的數量可取決於脈衝循環時間、施加需求、及其他特別針對給定應用的考量。
如示意時序圖505中所示，除了多個LBP尖峰526之外，亦可將HBP脈衝532併入，以促進SP開啟時的化學品控制。如所示，SP脈衝512期間的離子通量可最小限度地受到HBP脈衝532所引入之電位的影響。此情境可結合先前所述之HBP功率的優點與LBP尖峰的優點。應注意可將LBP尖峰併入所述時序配置的任何者中。換言之，意圖使本發明的範疇包含LBP尖峰做為此處所述任何LBP脈衝的可選實施例。
圖6依據本發明的實施例，顯示例示電漿處理系統的示意方塊圖。舉例而言，圖6的電漿處理系統及電漿處理設備可用以實施示意時序圖的任何者(例如圖1-5的示意時序圖)，來執行此處所述的實施例電漿處理方法。再者，舉例而言，圖6的電漿處理系統及電漿處理設備可用以執行此處所述的實施例方法之任何者，例如圖7及8的電漿處理方法。
參照圖6，電漿處理系統600包含電漿處理設備50，該電漿處理設備50包含耦接至處理腔室54的SP耦合元件60(例如感應線圈、螺旋共振器等)。雖然顯示為位在電漿處理設備50之石英窗52外部的感應線圈，但SP耦合元件60亦可實施為處理腔室54內部的導電板以及任何其他合適配置(例如天線、電極、波導、電子束等)。SP耦合元件60係配置成將SP耦合至處理腔室54，使得電漿58在處理腔室54內部產生。電漿58可為任何類型的電漿，例如感應耦合電漿(ICP)、電容耦合電漿(CCP)、表面波電漿(SWP)等等。
基板固持器70(例如靜電卡盤)係設置在處理腔室54內。基板固持器70係配置成支撐基板656。基板固持器70係更配置成將BP耦合至處理腔室54。被耦合的BP可包含HBP及LBP兩者，如此處所述。
可利用包含SP供給節點62的SP控制路徑，將SP提供至處理腔室54，該SP供給節點係耦接至SP耦合元件60及SP控制器64。SP供給節點62亦可耦接至波形產生器或包含波形產生器。此外，亦可將SP供給節點62及SP控制器64加以結合。可選的SP匹配站65亦可包含於SP耦合元件60與SP供給節點62之間。
類似地，可利用分離的或組合的BP控制路徑，將HBP及LBP提供至處理腔室54，如所示，該BP控制路徑包含耦接至基板固持器70且耦接至HBP控制器74及LBP控制器84的HBP供給節點72及LBP供給節點82。如同PS的情形，HBP供給節點72及LBP供給節點82其中一或兩者亦可耦接至對應的波形產生器，或包含對應的波形產生器。並且如同先前所述，可選的HBP匹配站75及/或可選的LBP匹配站85可包含於基板固持器70與對應的供給節點之間。在一些情形中(例如對於雙極性DC LBP脈衝/尖峰)，LBP供給節點82可分成正LBP電源及負LBP電源。
控制器(亦即SP控制器64、HBP控制器74、LBP控制器84)係配置成在循環式電漿製程期間控制脈衝的時序。如先前所述，相對時序為完全可定制的。SP脈衝、HBP脈衝、及LBP脈衝的各者可相對彼此為同相、部分重疊、或反相。
圖7依據本發明的實施例，顯示例示電漿處理方法。圖7的電漿處理方法可利用此處所述的實施例示意時序圖與實施例電漿處理系統及設備加以執行。舉例而言，圖7的電漿處理方法可與圖1-6之實施例的任何者結合。如對於所屬領域中具有通常知識者可顯而易見，以下的方法步驟可以任何合適的順序執行。
參照圖7，電漿處理方法700的步驟701包含提供SP脈衝至SP耦合元件維持一SP脈衝持續時間，以在處理腔室中產生電漿。步驟702包含提供HBP脈衝至設於處理腔室中之基板固持器維持一HBP脈衝持續時間，該HBP脈衝持續時間與SP脈衝持續時間重疊。HBP脈衝具有大於800 kHz的HBP脈衝頻率。步驟703包含提供LBP脈衝至基板固持器維持一LBP脈衝持續時間，該LBP脈衝持續時間不與SP脈衝持續時間重疊。LBP脈衝具有低於約800 kHz的LBP脈衝頻率。
圖8依據本發明的實施例，顯示另一例示電漿處理方法。圖8的電漿處理方法可利用此處所述的實施例示意時序圖與實施例電漿處理系統及設備加以執行。舉例而言，圖8的電漿處理方法可與圖1-6之實施例的任何者結合。再者，並未意圖使圖8的電漿處理方法與此處所述的其他電漿處理方法互相排斥。舉例而言，圖8的電漿處理方法可與圖7的電漿處理方法結合。如對於所屬領域中具有通常知識者可顯而易見，以下的方法步驟可以任何合適的順序執行。
參照圖8，電漿處理方法800的步驟801包含提供SP脈衝至SP耦合元件維持一SP脈衝持續時間，以在處理腔室中產生電漿。步驟802包含在SP脈衝持續時間期間提供複數個BP脈衝至設於處理腔室中的基板固持器，該BP脈衝持續時間不與SP脈衝持續時間重疊。該複數個BP脈衝的每一者具有低於約800 kHz的BP脈衝頻率及小於約10 µs的BP脈衝持續時間。
此處將本發明的例示實施例加以總結。其他實施例亦可由說明書的整體以及此處提出的請求項而獲得理解。
實例1。一電漿處理方法包含：提供第一來源功率(SP)脈衝至SP耦合元件維持一第一SP脈衝持續時間，以在處理腔室中產生電漿；提供高頻偏壓功率(HBP)脈衝至設於處理腔室中之基板固持器維持一HBP脈衝持續時間，該HBP脈衝持續時間與第一SP脈衝持續時間重疊，HBP脈衝包含大於800 kHz的HBP脈衝頻率；及提供第一低頻偏壓功率(LBP)脈衝至基板固持器維持一第一LBP脈衝持續時間，該第一LBP脈衝持續時間不與第一SP脈衝持續時間重疊，第一LBP脈衝包含低於約800 kHz的LBP脈衝頻率。
實例2。如實例1的電漿處理方法，其中HBP脈衝持續時間完全與第一SP脈衝持續時間及第一LBP脈衝持續時間兩者重疊。
實例3。如實例1的電漿處理方法，其中HBP脈衝持續時間完全與第一SP脈衝持續時間重疊，且與第一SP脈衝持續時間相等。
實例4。如實例1至3其中一者的電漿處理方法，更包含：在第一SP脈衝持續時間之後，提供第二SP脈衝至SP耦合元件維持一第二SP脈衝持續時間，該第二SP脈衝持續時間與第一LBP脈衝持續時間重疊；其中第一SP脈衝包含第一SP脈衝功率；且其中第二SP脈衝包含低於第一SP脈衝功率的第二SP脈衝功率。
實例5。如實例1至4其中一者的電漿處理方法，其中第一SP脈衝持續時間為約20 µs，且其中第一LBP脈衝持續時間為約80 µs。
實例6。如實例1至5其中一者的電漿處理方法，更包含：在第一LBP脈衝持續時間之後，提供第二SP脈衝至SP脈衝耦合元件維持一第二SP脈衝持續時間；及提供第二LBP脈衝至基板固持器維持一第二LBP脈衝持續時間，該第二LBP脈衝持續時間不與第二SP脈衝持續時間重疊。
實例7。如實例6的電漿處理方法，更包含：在第一LBP脈衝持續時間之後，維持一延遲持續時間不提供SP至SP耦合元件且不提供LBP至基板固持器；且其中第二SP脈衝係於延遲持續時間之後提供。
實例8。如實例7的電漿處理方法，其中：HBP脈衝持續時間完全與第一SP脈衝持續時間、第一LBP脈衝持續時間重疊，且至少部分與延遲持續時間重疊；且HBP脈衝包含小於第一LBP脈衝之LBP脈衝功率的HBP功率。
實例9。一電漿處理方法包含：提供第一來源功率(SP)脈衝至SP耦合元件維持一第一SP脈衝持續時間，以在處理腔室中產生電漿；及在第一偏壓功率(BP)脈衝持續時間期間，提供複數個 BP脈衝至設於處理腔室中的基板固持器，該第一BP脈衝持續時間不與第一SP脈衝持續時間重疊，該複數個BP脈衝的每一者包含低於約800 kHz的BP脈衝頻率及小於約10 µs的BP脈衝持續時間。
實例10。如實例9的電漿處理方法，更包含：提供高頻偏壓功率(HBP)脈衝至基板固持器維持一第二BP脈衝持續時間，該第二BP脈衝持續時間與第一SP脈衝持續時間重疊，HBP脈衝包含大於800 kHz的頻率。
實例11。如實例10的電漿處理方法，其中第二BP脈衝持續時間完全與第一SP脈衝持續時間重疊，且與第一SP脈衝持續時間相等。
實例12。如實例9至11其中一者的電漿處理方法，更包含：在第一BP脈衝持續時間之後，提供第二SP脈衝至SP耦合元件維持一第二SP脈衝持續時間；及提供第二複數個BP脈衝至基板固持器維持一第二BP脈衝持續時間，該第二BP脈衝持續時間不與第二SP脈衝持續時間重疊。
實例13。如實例9至12其中一者的電漿處理方法，其中該複數個BP脈衝的每一者為單一直流(DC)脈衝。
實例14。如實例13的電漿處理方法，其中該複數個BP脈衝的一部分為正DC脈衝，且其中該複數個BP脈衝的其餘部分為負DC脈衝。
實例15。如實例9至14其中一者的電漿處理方法，其中該複數個BP脈衝的每一者包含小於約1 µs的BP脈衝持續時間。
實例16。一電漿處理設備包含：處理腔室；配置成在處理腔室中產生電漿的來源功率(SP)耦合元件；SP功率供給節點，其耦接至SP耦合元件且配置成供給射頻(RF)功率至SP耦合元件；設置在處理腔室中的基板固持器；第一偏壓功率(BP)供給節點，其耦接至基板固持器且配置成供給第一直流(DC)偏壓功率至基板固持器，該第一DC偏壓功率包含低於約800 kHz的第一BP頻率；及第二BP供給節點，其耦接至基板固持器且配置成供給第二DC偏壓功率至基板固持器，該第二DC偏壓功率包含大於800 kHz的第二BP頻率。
實例17。如實例16的電漿處理設備，其中第一BP頻率為約400 kHz。
實例18。如實例16及17其中一者的電漿處理設備，其中第二BP頻率為約13 MHz。
實例19。如實例16至18其中一者的電漿處理設備，其中：SP耦合元件為螺旋共振器，其設於處理腔室外部並配置成在處理腔室中產生感應耦合電漿；且RF功率包含等於約27 MHz的RF功率頻率。
實例20。如實例16至19其中一者的電漿處理設備，其中：第一BP供給節點及第二BP供給節點係配置成同時供給第一DC偏壓功率及第二DC偏壓功率至基板固持器。
雖然本發明已參照例示性實施例，但並非意圖以限制性方式解讀此敘述內容。在參照敘述內容時，例示性實施例的諸多修飾與組合、以及本發明的其他實施例對於所屬領域中具有通常知識者將顯而易見。因此，欲使所附請求項涵蓋任何如此修飾或實施例。
11:最佳區域 50:電漿處理設備 52:石英窗 54:處理腔室 55:遮罩 57:鈍化層 58:電漿 60:SP耦合元件 62:SP供給節點 64:SP控制器 65:SP匹配站 70:基板固持器 72:HBP供給節點 74:HBP控制器 75:HBP匹配站 82:LBP供給節點 84:LBP控制器 85:LBP匹配站 100:時序圖 101:質化圖表 112:SP脈衝 122:LBP脈衝 200:時序圖 201:階段 202:階段 203:階段 205:質化圖表 206:示意圖 209:脈衝循環 212:SP脈衝 222:LBP脈衝 232:HBP脈衝 256:基板 300:時序圖 301:階段 302:階段 303:階段 305:質化圖表 309:脈衝循環 312:SP脈衝 322:LBP脈衝 332:HBP脈衝 412:SP脈衝 416:SP脈衝 417:SP脈衝 422:LBP脈衝 432:HBP脈衝 433:HBP脈衝 434:HBP脈衝 435:HBP脈衝 436:HBP脈衝 437:HBP脈衝 501:時序圖 502:時序圖 503:時序圖 504:時序圖 505:時序圖 512:SP脈衝 522:LBP脈衝 526:LBP尖峰 532:HBP脈衝 600:電漿處理系統 656:基板 700:電漿處理方法 701:步驟 702:步驟 703:步驟 800:電漿處理方法 801:步驟 802:步驟
針對本發明及其優點的更完整理解，現在結合隨附圖式對以下敘述進行參照，其中：
圖1依據本發明之實施例，顯示例示電漿處理方法之示意時序圖、與對應的BP脈衝頻率及BP脈衝持續時間在耦合上之影響的質化圖表；
圖2依據本發明之實施例，顯示另一例示電漿處理方法之示意時序圖、對應的基板處離子密度及電位之質化圖表、與較高頻BP脈衝在基板處之可能效應的示意圖表；
圖3依據本發明之實施例，顯示又另一例示電漿處理方法之示意時序圖、與對應的基板處離子密度及電位之質化圖表；
圖4依據本發明的實施例，顯示諸多電漿處理方法的示意時序圖；
圖5依據本發明的實施例，顯示若干電漿處理方法之示意時序圖、與對應的電子密度及離子通量之質化圖表；
圖6依據本發明的實施例，顯示例示電漿處理系統的示意方塊圖；
圖7依據本發明的實施例，顯示例示電漿處理方法；且
圖8依據本發明的實施例，顯示另一例示電漿處理方法。
除非另外指明，否則不同圖式中之對應的數字及符號整體而言係指對應的部件。圖式係繪製成清楚顯示實施例的相關態樣，且未必按比例繪製。圖式中繪示的特徵部之邊緣未必表示特徵部之範圍的終結。
55:遮罩
57:鈍化層
200:時序圖
201:階段
202:階段
203:階段
205:質化圖表
206:示意圖
209:脈衝循環
212:SP脈衝
222:LBP脈衝
232:HBP脈衝
256:基板

Claims (20)

  1. 一種電漿處理方法，該排除環包含： 提供一第一來源功率(source power, SP)脈衝至一SP耦合元件維持一第一SP脈衝持續時間，以在一處理腔室中產生電漿； 提供一高頻偏壓功率(high frequency bias power, HBP)脈衝至設於該處理腔室中之一基板固持器維持一HBP脈衝持續時間，該HBP脈衝持續時間與該第一SP脈衝持續時間之至少一部份重疊，該HBP脈衝包含大於800 kHz的一HBP脈衝頻率；及 提供一第一低頻偏壓功率(low frequency bias power, LBP)脈衝至該基板固持器維持一第一LBP脈衝持續時間，該第一LBP脈衝持續時間不與該第一SP脈衝持續時間重疊，該第一LBP脈衝包含低於約800 kHz的一LBP脈衝頻率。
  2. 如請求項1之電漿處理方法，其中該HBP脈衝持續時間與該第一SP脈衝持續時間及該第一LBP脈衝持續時間兩者完全重疊。
  3. 如請求項1之電漿處理方法，其中該HBP脈衝持續時間與該第一SP脈衝持續時間完全重疊，且與該第一SP脈衝持續時間相等。
  4. 如請求項1之電漿處理方法，更包含： 在該第一SP脈衝持續時間之後，提供一第二SP脈衝至該SP耦合元件維持一第二SP脈衝持續時間，該第二SP脈衝持續時間與該第一LBP脈衝持續時間的至少一部份重疊； 其中該第一SP脈衝包含一第一SP脈衝功率；且 其中該第二SP脈衝包含低於該第一SP脈衝功率的一第二SP脈衝功率。
  5. 如請求項1之電漿處理方法，其中該第一SP脈衝持續時間為約20 µs，且其中該第一LBP脈衝持續時間為約80 µs。
  6. 如請求項1之電漿處理方法，更包含： 在該第一LBP脈衝持續時間之後，提供一第二SP脈衝至該SP脈衝耦合元件維持一第二SP脈衝持續時間；及 提供一第二LBP脈衝至該基板固持器維持一第二LBP脈衝持續時間，該第二LBP脈衝持續時間不與該第二SP脈衝持續時間重疊。
  7. 如請求項6之電漿處理方法，更包含： 在該第一LBP脈衝持續時間之後，維持一延遲持續時間不提供SP至該SP耦合元件且不提供LBP至該基板固持器；且 其中該第二SP脈衝係於延遲持續時間之後提供。
  8. 如請求項7之電漿處理方法，其中： 該HBP脈衝持續時間與該第一SP脈衝持續時間、該第一LBP脈衝持續時間完全重疊，且至少部分與該延遲持續時間重疊；且 該HBP脈衝包含小於該第一LBP脈衝之一LBP脈衝功率的一HBP功率。
  9. 一種電漿處理方法，包含： 提供一第一來源功率(SP)脈衝至一SP耦合元件維持一第一SP脈衝持續時間，以在一處理腔室中產生電漿；及 在一第一偏壓功率(bias power, BP)脈衝持續時間期間，提供複數個BP脈衝至設於該處理腔室中的一基板固持器，該第一BP脈衝持續時間不與該第一SP脈衝持續時間重疊，該複數個BP脈衝的每一者包含低於約800 kHz的一BP脈衝頻率及小於約10 µs的一BP脈衝持續時間。
  10. 如請求項9之電漿處理方法，更包含： 提供一高頻偏壓功率(HBP)脈衝至該基板固持器維持一第二BP脈衝持續時間，該第二BP脈衝持續時間與該第一SP脈衝持續時間重疊，該HBP脈衝包含大於800 kHz的頻率。
  11. 如請求項10之電漿處理方法，其中該第二BP脈衝持續時間與該第一SP脈衝持續時間完全重疊，且與該第一SP脈衝持續時間相等。
  12. 如請求項9之電漿處理方法，更包含： 在該第一BP脈衝持續時間之後，提供一第二SP脈衝至該SP耦合元件維持一第二SP脈衝持續時間；及 提供第二複數個BP脈衝至該基板固持器維持一第二BP脈衝持續時間，該第二BP脈衝持續時間不與該第二SP脈衝持續時間重疊。
  13. 如請求項9之電漿處理方法，其中該複數個BP脈衝的每一者為單一直流(DC)脈衝。
  14. 如請求項13之電漿處理方法，其中該複數個BP脈衝的一部分為正DC脈衝，且其中該複數個BP脈衝的其餘部分為負DC脈衝。
  15. 如請求項9之電漿處理方法，其中該複數個BP脈衝的每一者包含小於約1 µs的BP脈衝持續時間。
  16. 一種電漿處理設備，包含： 一處理腔室； 一來源功率(SP)耦合元件，其配置成在該處理腔室中產生電漿； 一SP功率供給節點，其耦接至該SP耦合元件且配置成供給射頻(RF)功率至該SP耦合元件； 一基板固持器，其係設置在該處理腔室中； 一第一偏壓功率(BP)供給節點，其耦接至該基板固持器且配置成供給第一直流(DC)偏壓功率至該基板固持器，該第一DC偏壓功率包含低於約800 kHz的一第一BP頻率；及 一第二BP供給節點，其耦接至該基板固持器且配置成供給第二DC偏壓功率至該基板固持器，該第二DC偏壓功率包含大於800 kHz的一第二BP頻率。
  17. 如請求項16之電漿處理設備，其中該第一BP頻率為約400 kHz。
  18. 如請求項17之電漿處理設備，其中該第二BP頻率為約13 MHz。
  19. 如請求項18之電漿處理設備，其中： 該SP耦合元件為一螺旋共振器，其設於該處理腔室外部並配置成在該處理腔室中產生一感應耦合電漿；且 該RF功率包含等於約27 MHz的一RF功率頻率。
  20. 如請求項16之電漿處理設備，其中： 該第一BP供給節點及該第二BP供給節點係配置成同時供給該第一DC偏壓功率及該第二DC偏壓功率至該基板固持器。
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