專利名稱：窄隙電容耦合反應器的射頻脈沖調制的制作方法
背景技術：
1.發明領域本發明涉及通過蝕刻襯底上的層在半導體晶片上提供一種結構的方法和裝置。
2.有關技術說明在半導體等離子蝕刻應用中，等離子蝕刻機通常用于將掩模圖形轉換成晶片上所需薄膜和/或薄膜疊層(導體或介電絕緣體)的電路或連線圖形。將沒有掩模圖形的區域中掩模材料下面的薄膜(和薄膜疊層)蝕刻掉，就可實現這一點。這種蝕刻反應可以由化學活性物質或帶電粒子(離子)來啟動，帶電粒子是通過從真空室(也稱為反應室或加工室)含有的反應混合物中產生等離子體而產生的。此外，通過在氣體混合物和晶片材料之間所創建的電場，也可使離子向晶片材料加速，以一種稱為各向異性蝕刻的方式沿離子軌跡方向產生蝕刻材料的方向性去除。在蝕刻過程結束時，可將掩模材料剝離去除，在其位置上留下原來所需掩模圖形的橫向圖形復制品。
已知在電感性耦合等離子體裝置中使用脈動的或調制的RF電源。相信這種脈動在脈沖斷開時能使電子溫度快速下降，這就降低了平均電子溫度。在RF斷開期間，當電子溫度快速下降時，等離子體離子的密度以慢得多的速率減少，因為離子比電子的質量大，所以比電子移動得慢得多。所以，這個過程可以顯著降低平均電子溫度，但同時保持平均等離子密度大致不變。這樣可降低電子的成蔭效應，降低電子對半導體器件特性的損壞。這種過程可以產生單一RF頻率。
發明概述為實現上述各項并按照本發明的目的，提供一種用于對晶片上的層進行等離子蝕刻的裝置。提供一個電容耦合加工室。氣體源和電容耦合加工室流體連接。在加工室中提供第一電極。第二電極與第一電極分隔開并與之相對。第一射頻電源電連接到第一和第二電極中的至少一個，第一射頻電源提供150kHz和10MHz之間的射頻功率。第二射頻電源電連接到第一和第二電極中的至少一個，第二射頻電源提供12MHz和200MHz之間的射頻功率。第一調制控制器連接到第一射頻電源，在1kHz到100kHz之間的頻率提供第一射頻電源的控制調制。
在本發明的另一實施例中，提供一種用于對晶片上的層進行等離子蝕刻的裝置。提供一個電容耦合加工室。氣體源和電容耦合加工室流體連接。在加工室中提供第一電極。第二電極與第一電極分隔開并與其相對，其中第二電極與第一電極分隔開形成間隙，其中晶片可以安裝在第一和第二電極之間，且其特點在于晶片直徑和間隙大小的尺寸比在6∶1到60∶1之間。以第一頻率提供電源信號的第一射頻電源電連接到第一和第二電極中的至少一個。以第二頻率提供電源信號的第二射頻電源電連接到第一和第二電極中的至少一個，其中第一頻率不同于第二頻率。第一調制控制器連接到第一射頻電源，以1kHz到100kHz之間的頻率提供第一射頻電源的控制調制。第二調制控制器連接到第二射頻電源，在大約1kHz到大約100kHz之間的頻率提供第二射頻電源的控制調制。
在本發明的另一實施例中，提供了對晶片上的層進行蝕刻的方法。將晶片放在電容耦合加工室中。將蝕刻氣體提供到加工室中。將電容耦合第一射頻信號提供到加工室中。對第一射頻信號進行調制。將電容耦合第二射頻信號提供到加工室中。對第二射頻信號進行調制。
以下在本發明的詳細說明中將結合附圖對本發明的這些和其它特性作更為詳細的說明。
附圖簡要說明在附圖中以舉例而非限制的方式示出本發明，圖中相同的參考編號表示類似的元件，附圖包括
圖1示出可用于本發明優選實施例中的電容耦合加工室示意圖。
圖2示出可使用本發明優選實施例的處理流程圖。
圖3為F+/CF2+的濃度比與調制頻率之間的關系圖。
優選實施例的詳細說明現參閱附圖中所示的幾個優選實施例對本發明作詳細說明。在以下的說明中，提出了許多具體細節以便對本發明提供透徹的理解。但對于業界技術人員而言，顯然不用部分或全部這些細節也可實施本發明。在其它實例中，對已知的加工步驟和/或結構未作詳述，以免不必要地模糊了本發明。
在蝕刻過程中，蝕刻混合氣體離解為各種物質。例如，使用C4F8和O2的蝕刻化學過程時，C4F8可離解成蝕刻等離子體中的CF2+和F+離子。F+會蝕刻光刻膠。所以，為增加蝕刻的選擇性，可能希望C4F8離解成能產生更多的CF2+和較少的F+。所以，最好能夠控制在等離子體中所產生物質的比例。
圖1示出可用于本發明優選實施例中的電容耦合加工室100的示意圖。在此實施例中，等離子體加工室100包括密封環102；上電極104；下電極108；氣體源110以及排氣泵120。在等離子體加工室100中，襯底晶片180位于下電極108上。下電極108包括用于固定襯底晶片180的適用襯底夾緊機件(例如，靜電、機械夾緊等)。加工室上部128包括正對下電極108放置的上電極104。上電極104、下電極108以及密封環102界定了密封等離子容積140。氣體由氣體源110通過氣體入口143提供到密封等離子容積中，并被排氣泵120通過密封環102和排氣口從密封等離子容積中抽走。排氣泵120形成等離子加工室的氣體出口。
第一RF源144和第二RF源148電連接到下電極108。第一RF源144提供頻率為150kHz和10MHz之間的射頻功率。該頻率優選為大約2MHz。第二RF源148提供頻率為12MHz和200MHz之間的射頻功率。該頻率優選為大約27MHz。優選的第二RF源148的頻率至少是第一RF源144頻率的10倍。第一脈沖調制器133可控地連接到第一RF源144。第一脈沖調制器133能夠在1kHz到100kHz之間的頻率調制第一射頻源信號。第二脈沖調制器135可控地連接到第二RF源148。第二脈沖調制器135能夠在1kHz到100kHz之間的頻率調制第二射頻源信號。在此實施例中，上電極104接地。控制器137可控地連接到第一脈沖調制器133、第二脈沖調制器135、排氣泵120以及氣體源110。也可將控制器137可控地連接到其它裝置，例如第一和第二RF源144、148。加工室壁152界定了放置有密封環102、上電極104和下電極108的等離子體容積。
在優選實施例中，加工300mm晶片時，上下電極104，108之間的間隙大約為2cm。所以，在此實施例中，待加工晶片180的直徑(大約是下電極108的直徑)與上電極和下電極之間距離之尺寸比是300mm∶2cm，即15∶1。待加工晶片直徑和電極間隙之間的尺寸比優選為6∶1到60∶1之間。更優選的尺寸比是在10∶1到40∶1之間。于是，該加工室具有電極間極為狹窄的間隙。這種尺寸比所使用的間隙能使殼層成為體等離子體的重要部分。優選的上電極和下電極之間的間隙為小于8cm。更優選的上電極和下電極之間的間隙在0.5和4cm之間。最優選的上電極和下電極之間的間隙為大約2cm。
圖2示出可使用本發明優選實施例的加工流程圖。操作時，將具有已作圖形掩模的晶片180放在加工室100中(步驟204)。在此實施例中，晶片180由下電極108支撐。蝕刻氣體混合物由氣體源110提供到等離子體容積140中(步驟206)。在此實例中，為蝕刻晶片上光刻膠掩模下的介電層，可以使用氬、C4F8、氧和其它成分氣體。然后提供已調制的第一和第二RF電源(步驟208)，以創建和維持由蝕刻氣體所形成的等離子體。等離子體用于蝕刻掩模下的層(步驟210)。
不希望受理論的約束，相信在電容耦合加工室中RF電源的調制會引起等離子體殼層的改變。在某些系統中這種改變僅影響一小部分等離子體容積。本發明的加工室具有很薄的等離子體容積(由薄的電極間隙和高尺寸比所界定)，所以受調制影響的殼層形成了等離子體容積的一個重要部分。結果，該調制可用來對等離子體容積的重要部分獨立控制物質的離解以及損失和產生之比。
圖3為F+/CF2+的濃度比與高頻RF源的調制頻率之間的關系圖。此圖示意示出當調制頻率增加時，F+/CF2+之比減小；且調制頻率可用來控制比例。這是如何使用本發明在等離子體容積的重要部分中控制氣體離解比例的一個實例。
等離子體的損失和產生之間的比取決于各種因素，例如離子和電子的數量以及它們的能量。調制可以用來改變這些因素。如上述，這種調制主要影響殼層區。由于本發明提供的殼層區是容積的重要部分，故調制可用來影響等離子體的重要容積。
當體等離子體的容積改變了相當數量時，等離子體中損失和產生之間的平衡也就改變。平衡的改變已知會改變等離子體的參數，例如電子溫度(以及隨之而來的等離子體物質分裂/離解)。
本發明還提供了一種增加的控制，可以用來按照蝕刻類型定制蝕刻。例如，在蝕刻高尺寸比的觸點時，需要大量殼層來提供能量較高的離子供蝕刻之用。脈沖調制器應具有利于高殼層電位的調制頻率，甚至允許在脈沖接通期間有增加的瞬時功率，其頻率比連續波工作時可獲得的頻率更低。如果要在低k介質中蝕刻溝槽，離子轟擊應減少，所以殼層也應減少。調制通常控制晶片殼層的較低頻率，以允許進一步精調低離子能量，就可實現這一點。
調制也可用來改變受殼層影響的容積百分比。所以，本發明能夠提供額外的控制，用于控制蝕刻偏壓、殼層以及離解化學過程。控制器能夠使RF電源的調制互相同步或各自獨立調制。
在其它實施例中，其它的RF電源和電極配置也可使用。例如，另一實施例可將第一和第二RF源連接到上電極。
從本發明的具有狹窄等離子體間隙并允許調制雙RF源的裝置中可以發現其它的蝕刻優點。
雖然已就數個優選實施例對本發明作了說明，但有各種改動、改變、更改和各種替代等效物，它們都屬于本發明的范圍之內。還應指出，有許多不同的方式來實現本發明的方法和裝置。所以以下所附權利要求書應理解為包括屬于本發明的真正精神和范圍之內的所有這些改動、改變、更改和各種替代等效物。
權利要求
1.一種用于對晶片上的層進行等離子蝕刻的裝置，包括電容耦合加工室；氣體源，與所述電容耦合加工室流體連接；第一電極，在所述加工室中；第二電極，與所述第一電極分隔開并與之相對；第一射頻電源，電連接到所述第一和第二電極中的至少一個，其中所述第一射頻電源提供150kHz和10MHz之間的射頻功率；第二射頻電源，電連接到所述第一和第二電極中的至少一個，其中所述第二射頻電源提供12MHz和200MHz之間的射頻功率；以及第一調制控制器，連接到所述第一射頻電源，在1kHz到100kHz之間的頻率提供所述第一射頻電源的控制調制。
2.如權利要求1所述的裝置，其中所述晶片有一直徑，且其中所述第二電極與所述第一電極分隔開，以使所述第一電極和所述第二電極之間的空間具有對所述晶片直徑之比為1∶6到1∶60之間。
3.如權利要求2所述的裝置，還包括第二調制控制器，它連接到所述第二射頻電源，在大約1kHz到大約100kHz之間的頻率提供所述第二射頻電源的控制調制。
4.如權利要求3所述的裝置，其中所述第二電極與所述第一電極分隔開的距離小于8cm。
5.如權利要求4所述的裝置，其中所述第二射頻是所述第一射頻的10倍以上。
6.如權利要求3所述的裝置，在所述加工室中還包括至少一個密封環，其中所述至少一個密封環界定等離子體容積。
7.如權利要求3所述的裝置，還包括控制器，它可控地連接到所述第一調制控制器和所述第二調制控制器。
8.如權利要求1所述的裝置，還包括第二調制控制器，它連接到所述第二射頻電源，在大約1kHz到大約100kHz之間的頻率提供所述第二射頻電源的控制調制。
9.如權利要求8所述的裝置，其中所述第二射頻是所述第一射頻的10倍以上。
10.如權利要求1所述的裝置，其中所述第二電極與所述第一電極分隔開的距離小于8cm。
11.一種用于對晶片上的層進行等離子蝕刻的裝置，包括電容耦合加工室；氣體源，與所述電容耦合加工室流體連接；第一電極，在所述加工室中；第二電極，與所述第一電極分隔開并與之相對，其中所述第二電極與所述第一電極分隔開形成間隙，且其中所述晶片可以安裝在所述第一和第二電極之間，且其中晶片直徑和間隙大小的尺寸比在6∶1到60∶1之間；第一射頻電源，用于以第一頻率提供電源信號，它電連接到所述第一和第二電極中的至少一個；第二射頻電源，用于以第二頻率提供電源信號，它電連接到所述第一和第二電極中的至少一個，其中所述第一頻率不同于所述第二頻率；第一調制控制器，它連接到所述第一射頻電源，在1kHz到100kHz之間的頻率提供所述第一射頻電源的控制調制；以及第二調制控制器，它連接到所述第二射頻電源，在大約1kHz到大約100kHz之間的頻率提供所述第二射頻電源的控制調制。
12.如權利要求11所述的裝置，其中所述第二電極與所述第一電極分隔開的距離小于8cm。
13.如權利要求12所述的裝置，其中所述第二射頻是所述第一射頻的10倍以上。
14.如權利要求11所述的裝置，在所述加工室中還包括至少一個密封環，其中所述至少一個密封環界定等離子體容積。
15.如權利要求11所述的裝置，還包括控制器，它可控地連接到所述第一調制控制器和所述第二調制控制器。
16.蝕刻晶片上的層的方法，包括將所述晶片放在電容耦合加工室中；將蝕刻氣體提供到所述加工室中；將電容耦合的第一射頻信號提供到所述加工室中；調制所述第一射頻信號；將電容耦合的第二射頻信號提供到所述加工室中；以及調制所述第二射頻信號。
17.如權利要求16所述的方法，其中所述第二射頻是所述第一射頻的10倍以上。
18.如權利要求17所述的方法，其中所述第一射頻調制在1kHz到100kHz之間的頻率調制所述第一射頻，且其中所述第二射頻調制在1kHz到100kHz之間的頻率調制所述第二射頻。
19.一種半導體器件，用如權利要求16所述的方法形成。
全文摘要
提供了一種用于對晶片上的一層進行等離子體蝕刻的裝置。提供了一種電容耦合加工室。提供氣體源。在加工室中提供第一和第二電極。第一射頻電源電連接到第一和第二電極中的至少一個，其中第一射頻電源提供射頻功率。第二射頻電源電連接到第一和第二電極中的至少一個。第一調制控制器連接到第一射頻電源，提供第一射頻電源的控制調制。
文檔編號H01J37/32GK1816893SQ200480019139
公開日2006年8月9日 申請日期2004年4月29日 優先權日2003年5月6日
發明者P·勒溫哈德特, M·斯里尼瓦桑, A·菲舍爾 申請人:蘭姆研究有限公司