TWI552222B - 用於介電蝕刻的負離子控制 - Google Patents

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Description

用於介電蝕刻的負離子控制
本發明關於半導體裝置的介電蝕刻的方法、系統和計算機程式，更具體地，關於在一電容耦合電漿(CCP)處理室中協助負離子控制的方法、系統和計算機程序。
積體電路的製造包括將含有摻雜矽區域的矽基板(晶圓)浸入化學反應性的電漿以進行蝕刻，其中的亞微米級的元件特徵(例如，晶體管，電容器等)係蝕刻在表面上。第一層製造完後，數個後端絕緣(介電)層係建構在第一層之上，其中洞(也稱為導孔)與溝槽係蝕刻入材料中，以設置導電互連元件。
二氧化矽是一種在半導體製造中常用的介電材料。用於蝕刻二氧化矽的電漿通常包括例如四氟化碳CF4和八氟環丁烷(C-C4F8)的碳氟化合物氣體，伴隨著氬氣(Ar)和氧氣(O2)。電漿這個詞是用來指那些構成氣體的原子和分子已被部分或完全電離的氣體。由於所獲得的解離率低、有利的較大鈍化分子、以及表面的高離子能量，電容無線電頻率(射頻)功率耦合常用於擊發和維持電漿。為了獨立控制對矽基板的離子能量和離子通量，有時會使用雙頻電容放電(dual frequency capacitive discharges，DF-CCP)。
晶圓的蝕刻通常以正離子從電漿中脫離並撞擊欲蝕刻的特徵來進行。一些蝕刻方法也依靠藉由對電漿進行脈衝的負離子來蝕刻，即，在某些期間關閉射頻電源，使負離子能在射頻關閉的期間從電漿脫離(也稱為餘輝(afterglow))。然而，由於電漿在每個週期都會被創造然後消散，對射頻電源進行脈衝不是一種有效的蝕刻方式。
在這種情況下，實施例出現。
本發明的實施例提供用於電容耦合電漿處理室中的負離子控制的方法、系統與電腦程式。實施例實現了到晶圓表面的正離子和負離子兩者的通量以控制特徵的充電。
應當理解的是，本發明可以以多種方式實現，例如流程、設備、系統、裝置、或一電腦可讀取媒體上的一個方法。以下描述本發明的數個創造性的實施例。
在一個實施例中，一電容耦合電漿處理室被提供。處理室包括一個下無線電頻率(射頻)信號產生器、一上射頻信號產生器、以及一射頻相位控制器。下射頻信號產生器耦合到處理室中的下電極，且和上射頻信號產生器耦合到上電極。另外，下射頻信號被設定在一第一相位，上射頻信號被設定在第二相位。射頻相位控制器可操作以接收下射頻信號，且可操作以設定第二相位的值。此外，射頻相位控制器可操作以追踪第一相位和第二相位，以保持上射頻信號的一最大值與下射頻信號的最小值之間的一時間差在大約一恆定的預定值。
在另一個實施例中，一種用於操作電容耦合電漿處理室的方法被提出。此方法包括施加被設定在第一相位的下無線電頻率(射頻)信號至處理室中的下電極，以及用於測量下射頻信號的第一相位的操作。此外，此方法包括施加一被設定為第二相位的上射頻信號至處理室中的一上電極的操作。第一相位和第二相位被追踪，以維持上射頻信號的最大值和下射頻信號的最小值之間的時間差在大約恆定的預定值。
在又一實施例中，電容耦合電漿處理室包括一耦合到下電極的下無線電頻率(射頻)信號產生器，以及一個射頻相位控制器。下射頻信號被設定在第一相位，且射頻相位控制器可操作以接收下射頻信號。此外，射頻相位控制器可操作以為一上電極產生設定在第二相位一上射頻信號。射頻相位控制器係可操作以追踪第一相位和第二相位，以維持上射頻信號的最大值和下射頻信號的最小值之間的時間差在一預定值。
其他方面將從下面的詳細描述並結合附圖後變得明顯。
本發明的實施例利用負離子來進行基板蝕刻。上電極以具有低頻的無線電頻率(射頻)供電，其相位係基於另一個施加到下電極的低頻射頻進行控制。在上鞘層產生的負離子通過電漿體，且在下鞘層的電位幾乎是最低時接近晶圓表面。
顯而易見地，本實施例在沒有這些具體細節的一些或全部的情況下，也可以實施。在其他情況下，公知的處理操作不會被詳細描述，以避免不必要地模糊了本實施例。
圖1顯示了依一實施例的非對稱的蝕刻室。在兩個電極之間激發電場是在蝕刻室中得到射頻氣體放電的方法之一。當在電極之間施加振盪電壓，所得到的放電被稱為作為電容耦合電漿(capacitive coupled plasma，CCP)放電。
電漿可以利用穩定的原料氣體，以獲得多種由中性電子的碰撞而導致的各種分子的解離所產生的化學反應副產物。蝕刻的化學面向涉及中性氣體分子和其解離的副產物與欲蝕刻表面的分子的化學反應，並產生可以被抽走的揮發性分子。當電漿被產生時，正離子從電漿被加速，跨越將電漿從壁分離的空間電荷鞘層，以足夠的能量撞擊晶圓表面，從晶圓的表面去除材料。這就是所謂的離子轟擊或離子濺射。然而，一些工業電漿不產生具有足夠能量的離子，以通過純物理手段有效地蝕刻表面。合併中性氣體蝕刻和離子轟擊的行為，已被證明可以比簡單地增加各個方法的效應產生更快的蝕刻速率。
在一實施例中，碳氟化合物氣體，例如四氟化碳(CF4)和八氟環丁烷(C-C4F8)，由於它們的各向異性和選擇性蝕刻能力，被用於在介電蝕刻製程，但本發明的原則可以應用到其他電漿產生氣體。碳氟化合物氣體很容易解離成較小的分子和原子的基團。這些化學反應的副產物蝕刻掉介電材料，在一實施例中，可以是二氧化矽(SiO2)或關於低K值裝置可以是SiOCH。
圖1繪示一非對稱的處理室與上電極102、在處理室的操作過 程中產生的電漿104、以及下電極106。在本實施例中，上電極102被接地，且下電極106通過射頻匹配器109連接到射頻電源108。基板，或晶圓107，被置於下電極106上。因為電極尺寸的幾何不對稱，即，上電極102大於下電極106，上鞘層大於下鞘層。
圖2顯示依一實施例，隨時間推移的電漿和晶圓電位。在一典型的對稱系統中，電極具有相同的大小，且晶圓的直流偏壓為0伏特。當上電極的面積增加時，不對稱在電漿中產生。在晶圓的鞘層增加，導致在晶圓的離子能量較高。由於電漿電位較低，面向電漿的接地件的耗損率降低，從而導致在接地表面處較低的離子轟擊能量。
作為鹵素衍生氣體的碳氟化合物可以產生顯著大量的負離子。關於負離子的產生欲了解更多資訊，請參閱Kono等人於2002年所著的固態薄膜，第198-203頁，其內容於本文中透過引用併入。負離子的存在可修改電漿的結構，且造成離開電漿的正離子通量的減少。但是，如果負離子能夠到達基板，負離子也可以參與蝕刻過程。
圖2顯示一圖1中的處理室的電壓的圖表。晶圓的電壓對應到於下電極所產生的射頻信號，它具有一負的直流偏壓Vbias。除了由於處理室的不對稱而具有平底的形狀外，電漿電位相對於接地是正的，且跟隨晶圓上的電壓的形狀。
圖3顯示依一實施例，圖1的處理室的電極和電漿電位。在電容耦合電漿處理室中，產生的電容不是直接在電極之間，而是在電極跟電漿之間，即跨越鞘層。鞘層相當接近無電子，且關於例如電子和負離子等電漿負物質作為一電位璧壘，僅允許離子和射頻位移電流通過。
作為鞘層形成的後果，電漿304相對於接地在一正電位。鞘層是一電荷分離層，離子進入這個空間電荷區，必須獲得足夠的能量才能掙脫此準中性電漿。在圖3中的處理室中，上電極306為接地電位，電漿為正電位Vp，下電極302具有負電位-VDC的直流偏壓。
圖4顯示了根據一實施例的具負離子控制的電容耦合電漿(capacitively-coupled plasma，CCP)的處理室。電漿蝕刻的特徵之一是各向異性，即，在一單一方向上蝕刻的能力。這是離子和表面化學之間的協同作用的結果。當離子被一個跨越鞘層的單向電場加速，離子撞擊的方向會主要垂直於表面。如果要被蝕刻的表面被圖案化的遮罩(例如，光阻)覆蓋，未受遮罩保護的區域將主要在垂直方向上被蝕刻。
在介電蝕刻製程中，關於表面電荷控制與蝕刻速率，負離子扮演主要的角色。在一典型的不對稱的電容放電中，由於被鞘層電位困在電漿體中，負離子通常不會抵達晶圓的表面。電漿體中產生的低能量負離子無法從電漿脫離，但在擴張的鞘層產生的高能量負離子可以越過電漿體而抵達對面電極的表面。有關詳細信息，請參閱1996年6月15日由Zeuner等人發表的應用物理月刊卷79(12)第9379頁，其內容於本文中透過引用併入。在非對稱放電中，產生在高電壓(功率電極)鞘層的負離子可以脫離到低電壓的接地上電極。
現有的一些方法採用脈衝射頻電源。當電漿在一關閉週期(稱為餘輝(afterglow))，由於低溫度電子附著到中性粒子，負離子的密度增大。負離子脫離到壁面，並中和可能在射頻開啟期間累積在壁面上的正電荷。然而，藉由脈衝射頻，整體的正離子到基板的通量下降，導致蝕刻速率變慢。
在一單一的高頻率(如60 MHz)且具有相對低的鞘層電位的電漿中，負離子無法從電漿脫離到的較小面積的功率電極。然而，在一個具有高和低頻率射頻源(例如，27 MHz和2 MHz)的雙頻率處理室中，一些負離子由於較高的鞘層電位而從電漿體脫離。有關詳細信息，請參閱2003年9月15日由Georgieva等人發表的應用物理月刊卷94(6)第3748業，其內容於本文中透過引用併入。採用雙頻率源的動機，是關於離子通量和離子能量的獨立控制。高頻源控制離子通量，低頻源控制離子能量。本發明的實施例增加了抵達晶圓進行處理的負離子的數量。
圖4顯示具有一電容耦合平行板處理室410的半導體製造工具402。下電極418由高頻射頻功率產生器422經由射頻匹配器423，以及由一個低頻射頻功率產生器424經由射頻匹配器425供電。晶圓416在處理時設置於下電極418上方。上電極406由低頻射頻功率產生器404通過射頻匹配405供電。在一實施例中，一32釐米的間隙分開兩個電極，不過其他的間隙值也是可能的，例如在15釐米和100釐米或更多之間。在一實施例中，低頻率為2MHz，高頻率是27MHz，不過其它的值也是可能的。例如，低頻可為從0.2 MHz到2MHz的範圍內的任何頻率，高頻可為從10 MHz至100 MHz的範圍內的任何頻率。
半導體製造工具402還包括一個射頻相位控制器412，其控制低頻射頻產生器404和424的相位。如以下參照圖6A至6D的更詳細的描述，在上和下電極中產生的低頻具有由射頻相位控制器412所控制的相位差。在一實施例中，射頻相位控制器412追踪射頻產生器424的相位，並決定上電極406的射頻產生器404所需的相位。一旦射頻產生器404的相位被追踪，射頻相位控制器412產生一個信號，以設定射頻功率源404的相位到所希望的相位。通過這種方式，低射頻功率的發電機之間的相位差被控制，並被設定為所需的值。當一個信號的相位是基於其它信號的相位時，在這裡被稱為一個信號的相位追蹤該其它信號的相位，但不要求兩個信號都同步在相同的相位。換句話說，一個信號的最大值於其它信號的最大值後跟隨一預定量的時間。更具體地，如下面所詳述的，一個信號的最小值在其它信號的最大值後跟隨一預定量的時間。
在其它實施例中，射頻相位控制器讀取射頻產生器404所產生的頻率的相位，並發送一個控制信號以控制射頻產生器424的相位。在又一實施例中，射頻相位控制器412控制兩個射頻產生器404與射頻產生器424，使所需的相位差由系統達成。
系統介面420提供一介面以存取與控制半導體製造工具402的模組。系統介面包括到設備414的連接，例如網路、氣體源、 氣體排出、真空、溫度控制等。在一實施例中，系統介面被配置為透過一個配方426，其包括在處理室在操作時的參數設定，如溫度、壓力、上下電極的功率大小、化學流率、定時、設施介面等等配方426還包括用於設置射頻相位控制器412的資訊，包括在上和下電極產生的低頻之間的相位差。
圖5A和5B顯示具有負離子控制的電容耦合電漿處理室的實施例。圖5A中的處理室中包括由低頻射頻產生器502供電的上電極，以及由低頻射頻產生器520和高頻射頻產生器518供電的下電極。上電極射頻產生器502被連接到匹配網路504。下電極通過匹配網路516連接低頻射頻產生器520和高頻射頻產生器518。射頻相位控制器514接收匹配網路516的輸出，並分析所產生的低頻率的相位。基於在下電極所產生的低頻的相位，射頻相位控制器514調整射頻產生器502在上電極的相位，使得在上電極和下電極中產生的低頻具有所需的相位差。
圖5A的處理室包括一在上電極上的氣體噴灑頭以於處理室中輸入氣體，以及一穿孔的限制環524，它允許氣體從處理室被抽出。當基板512出現於處理室中，介電聚焦環522位於基板的旁邊，使得電漿508的下面存在一連續的表面，以均勻地蝕刻晶圓的表面。
除了在圖5B的處理室中只有一個低頻射頻產生器之外，圖5B的實施例與圖5A的實施例相似。為了提供低頻射頻到上電極517，一高電壓探針被連接到匹配網路516的輸出。在本實施例中，高頻濾波器526濾出高頻射頻產生器所產生的的高頻信號(27MHz)。
射頻相位和功率控制器接收來自濾波器526的輸出，且藉由控制射頻相位和功率控制器528的輸出信號的相位和功率，調整接收到的低頻信號。因此，射頻相位和功率控制器528所輸出的信號，是與由低頻率產生器所產生的信號頻率相同的低頻信號，但具有所需的相位差和電壓。射頻功率放大器530放大由射頻相位和功率控制器528接收到的信號，然後此信號透過匹配網路504 被饋送到上電極。
因此，圖5B中的處理室包括由相同的低頻射頻功率產生器供電的上下電極。然而，上下電極的低頻信號具有所需的相位差，並且信號的電壓也是獨立的。在一實施例中，在下電極的信號的電壓大於上電極的信號，不過兩個信號之間的其他的比率是可能的。
圖6A-6E繪示依一實施例，在射頻功率週期中不同時間蝕刻處理室的動作。本發明的實施例提供了用於蝕刻而到達晶圓表面的正離子和負離子通量。圖6A-6D顯示以負離子蝕刻的方法，而圖6E顯示以正離子的蝕刻。需注意者，圖6A-6E顯示了於上和下電極產生的低頻信號。為了便於說明，高頻信號已被刪除。
在一實施例中，一低射頻頻率被施加到上電極且相位鎖定至下電極處的信號，使得在上電極產生的負離子可以當下晶圓鞘層的電位在最小值或接近最小值時，運動通過電漿體以抵達晶圓的表面。它在這裡被稱為在上下電極之間的信號的相位鎖定，當供電到上下電極的射頻信號具有所需的相位差。因此，相位鎖定並不一定是指這兩個信號具有相同的相位，只是指在處理室運作時，兩個信號之間的相位差是預定的且恆定的而已。
本發明的實施例產生一具有寬能量分佈的負離子通量，其被傳遞到晶圓的表面上，而無需像在脈衝電漿處理室的情況下消除電漿。離子行進時間是指一個負離子跨越電漿612和下鞘層616所需的時間，即，負離子從上鞘層出生到抵達下電極所需要的時間。目標為讓負離子在下鞘層處於最低射頻電位時抵達下鞘層。圖6A顯示一上下電極中有獨立射頻電源的處理室。射頻功率信號的相位被控制，使得當上鞘層的電位606最大時，負離子在上電極604產生，且負離子在下電極電位622在最小值時抵達基板620。值得注意的是，上鞘層608的邊界會隨上鞘層的電位606的改變而改變，且下鞘層616的邊界會隨下鞘層的電位614的改變而改變。
晶圓618具有一發生蝕刻的上層620。上層620包括一遮罩 層，其位於包含了欲被蝕刻的特徵的層的上面。例如，接觸孔624即為沒有遮罩材料且需要被蝕刻的區域。
時間差602顯示負離子從上鞘層到下鞘層所需的時間。在一實施例中，上電極和晶圓620之間的距離d 610被用來計算負離子的行進時間，其最近似於上鞘層與下鞘層之間的距離。在另一實施例中，計算行進時間所使用的距離，是當上電極在最大電位且下電極在最低電位時，上鞘層與下鞘層之間的距離。請參見下面的說明，並參照圖8，詳細說明負離子從上鞘層到下鞘層的行進時間計算。
當負離子在晶圓表面上被加速，一些負離子會進入晶圓620上表面中的接觸孔624以進行蝕刻。負離子穿透進入接觸孔，中和累積在接觸孔底部的任何正電荷。
圖6B顯示當上鞘層的電位606是在最大值VTSt1 632時，在時間t1時的處理室。在時間t1時，下電極的電壓VBSt1 634還沒有達到它的最小值。負離子630於上鞘層產生，並開始通過電漿612向下鞘層行進。注意由於在整個電漿612總是有一些負離子密度，負離子不僅在上鞘層出現。然而，為了簡化描述，以高階的方式顯示當上鞘層的電位在最大值時，負離子產生在上鞘層。
圖6C顯示在t1之後的時間t2時的處理室，其中於t1時在上鞘層產生的負離子630正在通過電漿612朝向下鞘層前進。當負離子穿過鞘層，負離子被加速，且當負離子到達下鞘層，它們有足夠的能量從電漿電漿脫離且到達晶圓表面。
在時間t2時，上鞘層的電位606具有一個值VTSt2 636，其小於上鞘層的最大電壓。下鞘層的電位614具有值VBSt2 638，其接近最小電壓，但是還沒有達到最低。
圖6D顯示在時間t3時的處理室，其中當下鞘層的電位為其最小值時，負離子到達電漿的底部。在時間t3時，電壓VBSt3 642是下鞘層的電位614的最小值。一些到達下鞘層的負離子會脫離電漿，且不是撞擊到晶圓的上表面630a上，就是進入晶圓的頂表面的一些接觸孔630b。由於在晶圓上的遮罩材料層，到達的遮罩 材料的負離子的影響小於進入接觸孔的負離子的影響，造成在晶圓中所需特徵的蝕刻。
圖6E顯示出在蝕刻基板時正離子的效果。在時間t4時，在下鞘層的電位614是在其最大值VBSt4 652。跟負離子一樣，一些正離子654進入接觸孔，而其他的正離子656到達基板620上的遮罩材料。
如圖6A-6E所示，在處理室有由正離子和負離子的蝕刻。此外，在接觸孔的底部可能有一些正離子的累積。當負離子抵達接觸孔，可能會跟正離子反應，增加了蝕刻效果。另外，通過中和在接觸孔壁面上累積的正電荷，減少了不想要的效果，例如因較大孔深減慢蝕刻速率或蝕刻輪廓的扭曲。
圖7顯示依一實施例在雙頻處理室中量測晶圓的鞘層電位。數個量測都是在電漿處理室中，當不同的射頻信號被饋入到處理室時取得。當一高頻射頻信號跟低頻射頻信號同時引入到處理室時，下鞘層上的電壓與前面參考圖6A至6E所述的理想狀況略有不同。在處理室中，採取了三種不同的測量。第一量測706係當一三千瓦、2 MHz的射頻電源施加在下電極，且處理室中沒有任何高頻射頻電源時進行。下鞘層的電壓，顯示成一山谷，其圍繞約是對稱的射頻信號的最小電壓。
第二量測704係以三千瓦、2 MHz的射頻電源以及四百瓦、27MHz的射頻電源進行。高頻射頻的引入顯示出下射頻信號的低頻分量的高頻射頻信號的存在下，出現了一些變形。下部的電壓形狀不如沒有高頻射頻功率被施加的情況那麼低。
第三測量702係在三千瓦、2 MHz射頻電源和一千兩百瓦、27MHz的射頻電源下進行。當高頻功率增加時，下射頻信號的低頻分量的變形增加。因此，當鞘層由於射頻信號的高頻分量而崩潰至晶圓電位時，該波形就解除。
然而，即使下鞘層電位的最小值不如只有高頻率出現的情況那麼低，到晶圓的負離子磁通仍是可能的。在一實施例中，當高頻射頻出現，上下射頻之間的相位差係基於下鞘層的電位形狀調 整。例如，在信號702中，鞘層電位的最小值在由射頻電源產生的信號的最小電位之前發生。在這種情況下，相位差被調整，使負離子在電位為最低時到達下鞘層，而不是在只有低頻射頻的電位是在其最低值時。
圖8顯示一流程圖，說明一個用於調整與下電極的射頻信號的相位有關的上電極的射頻信號的相位的演算法。的負離子在鞘層上的行進時間是幾個因素的函數，包括電極之間的間隙d、上部鞘層電壓V、負離子的質量m、處理室中的壓力。
在氟負離子F-的狀況中，負離子的質量mf為19x1.67x10-27公斤。此外，電子的電荷e取正值是1.6×10-19 C.電子的電荷e、速度v、質量mf、以及電壓V之間的關係，是根據下面的公式決定的：
因此，速度v可以如下表示：
因此，關於100伏特的鞘層電壓V，負離子的速度是：
如果電極間的間隙d為32毫米，行進時間t的計算如下：
因此，上電極的低頻射頻信號的相位被控制，使上電極的射頻頻率的最大電壓在下電極上的射頻頻率的最小電壓對應的時間之前t秒(在這個例子中為1微秒)的時間出現。
穿越電極的間隙的負離子經歷多次與存在於電漿中的中性和帶電粒子的碰撞。如果上述的鞘層相位延遲條件都滿足，送到下電極的負離子磁通可以被估計為：
其中Γt是在上電極產生的負離子通量，d是電極間距，λ是負離子的平均自由路徑。由於負離子經歷與充電和中性的氣體物質的碰撞，平均自由路徑是一個中性氣體密度、正離子和負離子的密度、以及離子中性粒子和離子-離子碰撞的橫截面的複雜函數。離子-離子碰撞的橫截面顯著大於與中性粒子碰撞者。然而，在典型的低電離度的電容電漿處理室中，中性氣體密度佔主要地位。如下所示的公式，使用較小的電極間隙以最大化到晶圓的負離子磁通是有利的，因為通量關於距離呈指數衰減。
再參照圖8，一方法被提出以調整與下電極的射頻信號的相位有關的上電極的射頻信號的相位。在操作802中，設定處理室的參數。參數包括的射頻信號的電壓、上下電極之間的距離、處理室的壓力，上下電極的低頻射頻信號之間的相位差等。從操作802，該方法繼續到操作804，其決定負離子的行進時間。如上所述，行進時間係基於處理室的不同參數決定，如負離子的質量、負離子跨越電漿行進的距離等。
一旦行進時間建立，在操作806中，該方法決定下電極的射頻功率信號的相位。在操作806之後，該方法繼續到操作808，其中的上電極的射頻功率信號的相位，係基於行進時間，以及下電極的射頻功率信號的相位而設定。在一實施例中，一種疊代的方法是利用更細化的相位差的值。在相位差的初始設定決定之後，測量處理室的蝕刻性能，如電漿中負離子的濃度、電漿中的正離子的濃度、特徵品質等。性能測量的結果接著被比較，並選擇能產生最佳蝕刻結果的相位差的值。
值得注意的是，圖8中顯示的實施例是示例性的。其它實施例可利用不同的調整以同步低頻射頻功率信號的相位，或基於上電極的信號來控制下電極信號的相位等等。在圖8中所顯示的實施例，因此不應被解釋為排他性或者限制性的，而是示例性的或說明性的。
圖9顯示在電容耦合型的電漿室中，依本發明的一實施例的負離子控制演算法的流程圖。在操作902中，具有第一相位的下無線電頻率(射頻)信號被施加到處理室中的下電極。在一實施例中，第二高頻射頻信號也被施加到下電極。參見，例如，圖4、圖5A和圖5B的處理室。
方法從操作902進入到操作904，其中下射頻信號的第一相位被測量。在一實施例中，下射頻信號的相位由下射頻電源提供到射頻相位控制器，例如圖4中所示者。在另一實施例中，射頻相位控制器檢測來自一匹配網路的信號，其包括濾波的高頻射頻信號，以確定為了下電極而產生的低頻射頻信號的相位。在又一實施例中，射頻信號的相位從射頻相位控制器傳送到射頻電源，其然後產生所需相位的下射頻信號。
進一步地，在操作906中，具有第二相位的上射頻信號被施加到處理室中的上電極。在一實施例中，上射頻信號的相位由射頻相位控制器控制，它提供所需的相位值至上射頻信號產生器。在另一實施例中，如圖5B所示者，下射頻信號被處理，以產生上射頻信號，並且這種方式，第二低頻射頻產生器無需設在處理室中。射頻相位控制器接收下射頻信號，並產生一個具有所需相位差的上射頻信號。如有必要，射頻功率放大器調整上射頻信號的振幅。第一相位和第二相位被追蹤，以維持上射頻信號的最大值和下射頻信號的最小值之間的時間差大約在一恆定的預定值。在一實施例中，追踪包括定期測量下射頻信號的相位。每次的下射頻信號的相位被量測，如果必要的話，上射頻信號的相位就被調整。
在一實施例中，時間差是基於負離子從處理室的頂部行進到處理室的底部所需的時間。然而，這個時間差可以更透過測量處理室在不同時間差的性能來微調，然後選擇能提供最佳結果的時間差。在又一實施例中，一使用者透過圖形使用者介面選擇上下射頻信號的時間差。
圖10是用於實施本發明實施例的電腦系統的簡化示意圖。應 當理解，這裡描述的方法也可以由數位處理系統，例如傳統的、一般用途的電腦系統來進行。特殊用途的，被設計或程式化來進行單一功能的電腦，可以被用來做為替代方案。該電腦系統包括一個中央處理單元(CPU)1004，其通過匯流排1010耦接到隨機存取記憶體(RAM)1028，唯讀記憶體(ROM)1012，和大容量儲存裝置1014。相位控制程式1008位在隨機存取記憶體1028，不過也可以存在大容量儲存裝置1014或唯讀記憶體1012。
大容量儲存裝置1014代表一種持久性的資料儲存裝置，例如軟碟機或固定式磁碟機，其可以是本地或遠端的。網路介面1030提供了與網路1032的連接，以允許與其他設備通信。應當理解的是，CPU 1004可以在一個通用處理器、特定用途處理器、或一個特別程式化的邏輯裝置中實施。輸入/輸出(I/O)介面提供了與不同的週邊裝置之間的通信，並與CPU 1004，RAM 1028，ROM 1012，和大容量儲存裝置1014通過匯流排1010連接。週邊裝置的例子包括顯示器1018、鍵盤1022、游標控制器1024、可移除媒體裝置1034、相機1040等。
顯示器1018被配置為顯示本文所描述的使用者介面。鍵盤1022、游標控制器1024、可移除媒體裝置1034和其他週邊裝置係連接到輸入/輸出介面1020以指令選擇傳送資訊至CPU 1004。應當理解的是，傳送至與來自外部裝置的資料可以通過輸入/輸出介面1020傳送。本發明也可以在分散式運算環境中實施，其中任務係由經由有線或無線網路連接的遠端處理裝置來進行。
本發明的實施例也可以由各種電子系統配置實施，包括手持裝置、微處理器系統、基於微處理器的或可程式的消費電子產品、微型電腦、大型電腦等。本發明也可以在分散式運算環境中實施，其中任務係由經由有線或無線網路連接的遠端處理裝置來進行。
考慮上述的實施例，應該可以理解，本發明可以使用各種涉及電腦系統中所儲存的資料的電腦操作來實施。這些操作需要物理量的物理性處理。本文所描述的任何構成本發明的一部分的操作都是實用的機器操作。本發明還涉及用於執行這些操作的設備 或裝置。為所需的目的，該裝置可以被特別地建構，例如成為一個特殊用途的電腦。當定義為一特殊用途的電腦，該電腦還可以進行不屬於特殊用途的其他處理、程式或常式執行，同時仍然能夠執行該特殊用途。此外，操作也可以由儲存在電腦記憶體、暫存記憶體、或通過網路獲得的一或多個電腦程序選擇性地啟用或配置的一般用途電腦來處理。當資料通過網路獲得，資料也可以由網路上的其他電腦，例如，雲端運算資源來處理。
本發明的實施例也可以被定義為一台將資料從一個狀態到另一個狀態的機器。轉換後的資料可以存到儲存設備，然後由處理器處理。因此，處理器將資料從一種轉換到另一種。更進一步地，該方法可由一個或多個可以連接到網路上的機器或處理器處理。每台機器可以把資料從一種狀態或事物轉換到另一種，也可以處理資料、存資料到儲存裝置、傳輸網路上的資料、顯示結果、或將結果傳送到到另一台機器。
本發明的一或多個實施例也可以被製造成為電腦可讀媒體上的電腦可讀代碼。電腦可讀媒體可為任何資料儲存裝置，其儲存之後能被電腦系統讀取的資料。電腦可讀媒體的例子包括硬碟機、網路連接儲存(network attached storage、NAS)、唯讀記憶體、隨機存取記憶體、CD-ROM、CD-R、CD-RW、磁帶和其他光學和非光學資料儲存裝置。電腦可讀媒體可包括分散在一個與網路連接的電腦系統的電腦可讀有形媒體，使得電腦可讀代碼以分散方式儲存和執行。
儘管方法的操作以特定的順序進行了描述，應理解其他例行性的操作可以在操作之間進行，或操作可以被調整，使他們在稍微不同的時間發生，或者可以被分佈在一個系統中，其允許在各個與處理相關的時間間隔同時運算處理，只要疊加運算的處理是以所需的方式進行。
雖然為了清晰理解的目的，上述已描述了本發明的一些細節，顯而易見的某些變化和改進，可以在隨附的申請專利範圍的範圍內實行。因此，本實施例應被視為說明性的，而不是限制性 的，並且本發明並不限於本文所提出的細節，而是可在隨附的申請專利範圍和均等範圍內進行修改。
102、306、604‧‧‧上電極
104、304、612‧‧‧電漿
106、302、418‧‧‧下電極
108‧‧‧射頻電源
109、423、425、405‧‧‧射頻匹配器
402‧‧‧半導體製造工具
410‧‧‧電容耦合平行板處理室
412、514‧‧‧射頻相位控制器
416、618‧‧‧晶圓
420‧‧‧系統介面
422‧‧‧高頻射頻功率產生器
424、404‧‧‧低頻射頻功率產生器
426‧‧‧配方
502、520‧‧‧低頻射頻產生器
504、516‧‧‧匹配網路
517‧‧‧高電壓探針
518‧‧‧高頻射頻產生器
520‧‧‧射頻功率放大器
522‧‧‧介電聚焦環
524‧‧‧限制環
526‧‧‧濾波器
528‧‧‧射頻相位和功率控制器
530‧‧‧射頻功率放大器
602‧‧‧時間差
606‧‧‧上鞘層的電位
608‧‧‧上鞘層
610‧‧‧(上電極與晶圓之間的)距離
614‧‧‧下鞘層的電位
616‧‧‧下鞘層
620‧‧‧(晶圓的)上層
622‧‧‧下電極電位
624‧‧‧接觸孔
630‧‧‧負離子
630a‧‧‧晶圓的上表面
630b‧‧‧接觸孔
632‧‧‧最大值
634‧‧‧VBSt1
636‧‧‧VTSt2
638‧‧‧VBSt2
640‧‧‧VTSt3
642‧‧‧VBSt3
652‧‧‧VBSt4
702‧‧‧第三量測
704‧‧‧第二量測
706‧‧‧第一量測
1004‧‧‧中央處理單元
1008‧‧‧相位控制程式
1010‧‧‧匯流排
1012‧‧‧唯讀記憶體
1014‧‧‧大容量儲存裝置
1018‧‧‧顯示器
1020‧‧‧輸入/輸出介面
1022‧‧‧鍵盤
1024‧‧‧游標控制器
1028‧‧‧隨機存取記憶體
1030‧‧‧網路介面
1032‧‧‧網路
1034‧‧‧可移除媒體裝置
1040‧‧‧相機
參考以下結合附圖所進行的描述，本發明可以最佳地被理解。
圖1顯示依一實施例的一非對稱的蝕刻室，。
圖2顯示依一實施例隨著時間的推移的電漿和晶圓電位。
圖3顯示依一實施例用於圖1的處理室中的電極和電漿電位。
圖4顯示依一實施例的具有負離子控制的電容耦合電漿(capacitively-coupled plasma，CCP)處理室。
圖5A和5B顯示實施例的具有負離子控制的電容耦合電漿處理室。
圖6A-6E顯示依一個實施例在射頻功率週期中不同時間蝕刻室的運作。
圖7顯示依一實施例的在一雙頻處理室中量測晶圓鞘層的電位。
圖8顯示一個流程圖，說明一個用於調整與下電極射頻信號的相位有關的上電極射頻信號的相位的演算法。
圖9顯示一流程圖，說明依本發明的一實施例的具有負離子控制的電容耦合電漿處理室的一演算法。
圖10為一用於實施本發明的實施例的電腦系統的簡化示意圖。
602‧‧‧時間差
604‧‧‧上電極
606‧‧‧上鞘層的電位
608‧‧‧上鞘層
610‧‧‧(上電極與晶圓之間的)距離
612‧‧‧電漿
614‧‧‧下鞘層的電位
616‧‧‧下鞘層
618‧‧‧晶圓
620‧‧‧(晶圓的)上層
622‧‧‧下電極電位
624‧‧‧接觸孔

Claims (16)

  1. 一個電容耦合電漿處理室，包含：一下射頻(RF)信號產生器，耦合至一下電極，該下射頻信號被設定在第一頻率於第一相位；一上射頻信號產生器，耦合至一上電極，該上射頻信號被設定在該第一頻率於一第二相位，該上電極係與該下電極相距一預定距離；及一射頻相位控制器，建構成決定該下射頻信號的該第一相位及建構成計算一預定值為接近電漿的一上電漿鞘層所產生的複數負離子朝該下電極行進該預定距離所需的一行進時間，其中該射頻相位控制器更建構成基於該預定值設定該上射頻信號產生器的該第二相位的一值，其中該射頻相位控制器建構成設定該第二相位以保持該上射頻信號的一最大值與該下射頻信號的最小值之間的一時間差在大約該預定值。
  2. 如申請專利範圍第1項的電容耦合電漿處理室，其中該等負離子係當該上射頻信號具有最大值時，接近該上電漿鞘層產生。
  3. 如申請專利範圍第1項的電容耦合電漿處理室，其中該等負離子係當該下射頻信號大約在最小值時抵達該下電漿鞘層。
  4. 如申請專利範圍第1項的電容耦合電漿處理室，更包含：一高頻射頻信號產生器，耦合到該下電極，其中該上射頻信號與該下射頻信號為低頻射頻信號。
  5. 如申請專利範圍第4項的電容耦合電漿處理室，其中該高頻射頻信號具有一27MHz的頻率，且其中該上射頻信號與該下射頻信號具有一2MHz的頻率。
  6. 如申請專利範圍第1項的電容耦合電漿處理室，其中該上射頻信號與該下射頻信號具有一介於0.2MHz和2MHz之間的頻率。
  7. 如申請專利範圍第1項的電容耦合電漿處理室，其中當一晶圓在該處理室中處理時，該晶圓係設於該下電極上。
  8. 一種電容耦合電漿處理室的操作方法，該方法包含： 將設定在第一頻率於一第一相位的下射頻(RF)信號施加至該處理室中的一下電極；測量該下射頻信號的該第一相位；將設定在該第一頻率於一第二相位的上射頻信號施加至該處理室中的一上電極，其中該上電極係與該下電極相距一預定距離；及計算一預定值為接近電漿的一上電漿鞘層所產生的複數負離子朝該下電極行進該預定距離所需的一行進時間，其中該第二相位被設定，以保持該上射頻信號的一最大值與該下射頻信號的最小值之間的一時間差在大約該預定值。
  9. 如申請專利範圍第8項的電容耦合電漿處理室的操作方法，其中計算該預定值更包含：計算該等負離子在該電漿中行進的一速度；及計算該行進時間為該上電極與該下電極之間的一距離除以該等負離子的該速度。
  10. 如申請專利範圍第8項的電容耦合電漿處理室的操作方法，其中該下射頻信號與該上射頻信號具有400KHz的頻率。
  11. 如申請專利範圍第8項的電容耦合電漿處理室的操作方法，其中方法操作係由被一或多個處理器執行的一電腦程式進行，該電腦程式係被嵌入在一非暫態電腦可讀取儲存媒體。
  12. 一種電容耦合電漿處理室，包含：一下射頻(RF)信號產生器，耦合至一下電極，該下射頻信號被設定在一第一相位；及一射頻相位控制器，建構成計算一預定值為接近電漿的一上電漿鞘層所產生的複數負離子從一上電極至該下電極行進一預定距離所需的一行進時間，其中該射頻相位控制器建構成接收該下射頻信號及產生設定在與該下射頻信號相同之頻率且於一第二相位的一上射頻信號，該上射頻信號係耦合至該上電極，其中該射頻相位控制器建構成追蹤該第一相位且基於該預定值設定該第二相位的一值，其中該射頻相位控制器建構成保持該上射頻信號的 一最大值與該下射頻信號的最小值之間的一時間差在該預定值。
  13. 如申請專利範圍第12項的電容耦合電漿處理室，其中該下射頻信號與該上射頻信號具有1MHz的頻率。
  14. 如申請專利範圍第12項的電容耦合電漿處理室，其中該處理室係利用正離子和負離子以進行蝕刻。
  15. 如申請專利範圍第14項的電容耦合電漿處理室，其中當該下射頻信號具有一近似最大值時，該處理室係用於產生正離子。
  16. 如申請專利範圍第12項的電容耦合電漿處理室，其中該上電極和該下電極之間的該預定距離係介於15mm和100mm之間。
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