等离子体设备和利用等离子体设备制造半导体器件的方法

文档序号:9377692阅读:562来源:国知局
等离子体设备和利用等离子体设备制造半导体器件的方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2014年5月12日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请 No. 10-2014-0056641的优先权,该申请的公开全文以引用方式并入本文中。
技术领域
[0003] 本申请涉及一种等离子体设备和利用该等离子体设备制造半导体器件的方法,具 体而言,涉及一种能够有效地控制各种工艺因素的等离子体设备和利用该等离子体设备制 造半导体器件的方法。
【背景技术】
[0004] 半导体器件由于它们的小尺寸、多功能和/或低制造成本而广泛地用于电子工业 中。可利用诸如沉积、离子注入、光刻法和蚀刻等各种半导体制造工艺制造半导体器件。可 利用等离子体执行一些半导体制造工艺。随着半导体器件高度集成,半导体器件的图案的 尺寸减小。另外,图案的高宽比增大。图案的尺寸减小和/或高宽比增大会导致使用等离 子体的半导体制造工艺的各种问题。

【发明内容】

[0005] 本发明构思的实施例可提供能够有效地控制各种工艺因素的等离子体设备。
[0006] 本发明构思的实施例还可提供能够提高半导体制造工艺的可靠性的等离子体设 备。
[0007] 本发明构思的实施例还可提供利用等离子体设备制造半导体器件的方法。
[0008] 在一个方面,一种等离子体设备可包括:处理室,其具有内空间;吸盘,其设置在 处理室中,所述吸盘具有其上装载衬底的顶表面;气体供应单元,其将处理气体供应至处理 室中;等离子体产生单元,其在吸盘上方产生等离子体;以及直流(DC)功率发生器,其将DC 脉冲信号施加至吸盘。DC脉冲信号的周期可包括:在其中施加负脉冲的负脉冲持续时间; 在其中施加正脉冲的正脉冲持续时间;以及其中负脉冲和正脉冲均截止的无脉冲持续时 间。正脉冲持续时间可位于负脉冲持续时间与无脉冲持续时间之间。
[0009] 在一些实施例中,DC脉冲信号的周期还可包括负脉冲持续时间与正脉冲持续时间 之间的稳定持续时间。
[0010] 在一些实施例中,在稳定持续时间和无脉冲持续时间期间可将地电压施加至吸 盘。
[0011] 在一些实施例中,稳定持续时间的长度可与无脉冲持续时间的长度不同。
[0012] 在一些实施例中,无脉冲持续时间可比稳定持续时间更长。
[0013] 在一些实施例中,正脉冲的幅值可小于负脉冲的幅值。
[0014] 在一些实施例中,负脉冲持续时间可比正脉冲持续时间更长。
[0015] 在一些实施例中,DC功率发生器可包括:产生负脉冲的负电源;产生正脉冲的正 电源;以及脉冲调制器,其控制负脉冲和正脉冲的输出时机,以输出DC脉冲信号。
[0016] 在一些实施例中,DC功率发生器还可包括:产生地电压的地源;和控制负电源、正 电源和脉冲调制器的控制器。
[0017] 在一些实施例中,脉冲调制器可包括:第一开关,其具有连接至负电源的第一端 子;第二开关,其具有连接至正电源的第一端子;第三开关,其具有连接至地源的第一端 子;以及输出端子,其连接至第一开关的第二端子、第二开关的第二端子和第三开关的第二 端子。第一开关、第二开关和第三开关可响应于从控制器接收到的第一控制信号、第二控制 信号和第三控制信号而操作。
[0018] 在一些实施例中,等离子体设备还可包括:外环,其设置在吸盘的边缘上,并且包 围装载的衬底。可向外环供应第二DC脉冲信号。
[0019] 在一些实施例中,第二DC脉冲信号的周期可与施加至吸盘的DC脉冲信号的周期 相同。
[0020] 在一些实施例中,吸盘可包括设置在吸盘中的至少一个导电插脚。所述至少一个 导电插脚可与装载的衬底接触,并且DC功率发生器可电连接至所述至少一个导电插脚。
[0021] 在另一方面,一种等离子体设备可包括:处理室,其具有内空间;吸盘,其设置在 处理室中,该吸盘具有其上装载衬底的顶表面;外环,其设置在吸盘的边缘,外环构造为包 围装载的衬底;气体供应单元,其将处理气体供应至处理室中;等离子体产生单元,其在吸 盘上方产生等离子体;以及直流(DC)功率发生单元,其将第一 DC脉冲信号供应至吸盘并将 第二DC脉冲信号供应至外环。
[0022] 在一些实施例中,第一 DC脉冲信号可与第二DC脉冲信号具有相同的周期,并且第 二DC脉冲信号可与第一 DC脉冲信号同步。
[0023] 在一些实施例中,第一 DC脉冲信号和第二DC脉冲信号的周期可包括负脉冲持续 时间、正脉冲持续时间和无脉冲持续时间。第一 DC脉冲信号和第二DC脉冲信号在负脉冲 持续时间期间可分别将第一负脉冲和第二负脉冲转移至吸盘和外环。第一 DC脉冲信号和 第二DC脉冲信号在正脉冲持续时间期间可分别将第一正脉冲和第二正脉冲转移至吸盘和 外环。第一负脉冲和第二负脉冲以及第一正脉冲和第二正脉冲在无脉冲持续时间期间可截 止。
[0024] 在另一方面,一种制造半导体器件的方法可包括步骤:将具有蚀刻目标层的衬底 装载到设置在处理室中的吸盘上;在装载的衬底上方产生等离子体;以及利用施加至吸盘 的直流(DC)脉冲信号蚀刻蚀刻目标层的部分。DC脉冲信号的周期可包括:在其中施加负 脉冲的负脉冲持续时间;在其中施加正脉冲的正脉冲持续时间;以及其中负脉冲和正脉冲 均截止的无脉冲持续时间。正脉冲持续时间可在负脉冲持续时间与无脉冲持续时间之间。
[0025] 在一些实施例中,DC脉冲信号还可包括在负脉冲持续时间与正脉冲持续时间之间 的稳定持续时间。可在稳定持续时间和无脉冲持续时间期间将地电压施加至吸盘,并且稳 定持续时间的长度可与无脉冲持续时间的长度不同。
[0026] 在一些实施例中,蚀刻目标层可包括以交替和重复方式堆叠在衬底上的第一层和 第二层。
[0027] 在一些实施例中,所述方法还可包括步骤:在形成蚀刻目标层之前在衬底上形成 模型层;以及将模型层图案化以形成孔。蚀刻目标层可共形地形成在孔的内表面上。
[0028] 在一些实施例中,一种制造方法可包括步骤:在室中提供衬底,所述衬底包括目标 层和目标层上的具有开口的掩模;在包括离子的所述室中产生等离子体;在第一时间段期 间,使离子朝着衬底加速,以蚀刻通过掩模的开口暴露的目标层的部分,从而产生所得蚀刻 副产物;在处于对应的第一时间段之间的第二时间段期间,增大等离子体的电子温度,以增 加沉积在掩模表面上的自由基的形成。
[0029] 衬底可设置在所述室中的吸盘上,其中在第一时间段期间,可将第一电势施加至 吸盘。第一电势可为负电势。
[0030] 在一些实施例中,在第二时间段期间,可将比第一电势更高的第二电势施加至吸 盘。
[0031] 在第二时间段期间,可将比第二电势更低并且比第一电势更高的第三电势施加至 吸盘。
[0032] 第二电势可为正电势,并且第三电势在-500V至+500V的范围内。
[0033] 第三电势可在-100V至100V的范围内。
[0034] 第三电势可基本为地电势。
[0035] 在一些实施例中,在每一个第一时间段自始至终,将负电势的脉冲施加至吸盘。在 每一个第二时间段自始至终,可将各自比负电势更高的一个或更多个电势施加至吸盘。
[0036] 在一些实施例中,一种制造方法包括步骤:在室中的吸盘上提供衬底,所述衬底包 括目标层和目标层上的具有开口的掩模;在包括蚀刻剂离子的所述室中产生等离子体;以 及将DC电势信号重复地施加至吸盘,DC电势信号包括第一部分和第二部分。第一部分可 为负性的,以使蚀刻剂离子朝着衬底加速,以蚀刻通过掩模的开口暴露的目标层的部分并 且产生所得蚀刻副产物;第二部分可具有比第一部分的电势更高的电势,以使得蚀刻副产 物被沉积在掩模表面上。
[0037] 第一部分可包括负电势脉冲。
[0038] 第二部分可包括正电势脉冲和电势低于正电势脉冲的局部部分。低于正电势脉冲 的电势可在-500V至+500V的范围内。
[0039] 低于正电势脉冲的电势可基本为地电势。
[0040] 可以IOOHz至300Hz的范围内的速率重复地施加 DC电势信号。
[0041] 第二部分的时间可比第一部分的时间更长。
[0042] 第二部分可包括第一局部部分、其后的第二局部部分和其后的第三局部部分,第 二局部部分包括正电势脉冲,第一局部部分和第三局部部分的电势低于正电势脉冲。
[0043] 第二部分的第一局部部分和第三局部部分可基本为地电势。第一局部部分的时间 可比第三局部部分的时间更短。
[0044] 蚀刻剂可包括氟,自由基可包括CF和CF2*的至少一个。
[0045] 在一些实施例中,一种等离子体设备包括:处理室,其构造为保持等离子体;吸 盘,其位于处理室中,该吸盘包括被构造为安装晶圆的表面;一个或更多个电极,其构造为 在所述室中产生等离子体;以及DC电压发生器,其构造为重复地产生第一 DC信号并将第 一 DC信号施加至吸盘,第一 DC信号包括第一部分和第二部分,其中,第一部分包括不大 于-500V的DC信号,其中,第二部分包括等于或大于约地电势的DC信号,其中,第二部分的 持续时间大于第一部分的持续时间。
[0046] 第二部分可包括正电势脉冲部分和地电势部分。第一部分可包括负电势脉冲。
[0047] 第二部分可包括正电势脉冲和电势低于正电势脉冲的局部部分。低于正电势脉冲 的电势可在-500V至+500V的范围内。
[0048] 低于正电势脉冲的电势可基本为地电势。DC电压发生器可构造为以IOOHz至 300Hz的范围内的速率重复地施加 DC电势信号。
[0049] 第二部分的持续时间可比第一部分的持续时间更长。
[0050] 第二部分可包括第一局部部分、其后的第二局部部分和其后的第三局部部分,第 二局部部分包括正电势脉冲,第一局部部分和第三局部部分的电势低于正电势脉冲。
[0051] 等离子体设备还可包括环,所述环包括设置在吸盘的顶表面附近的导电材料,以 包围被构造为安装晶圆的表面。
[0052] DC电压发生器可构造为重复地产生第二DC信号并将第二DC信号施加至所述环, 第二DC信号与第一 DC信号同步地产生。
[0053] 第二DC信号可包括与第一 DC信号不同的电势幅值。
[0054] 第二DC信号可包括第三部分和第四部分,其中,第三部分包括负脉冲,并且其中, 第四部分包括等于或大于约地电势的DC信号。
[0055] 对于第一 DC信号和第二DC信号的至少一些部分,第一 DC信号和第二DC信号的 波形可具有基本相同的形状但具有不同的幅值。
[0056] 第四部分可包括正电势脉冲部分和地电势部分,并且第四部分的正电势脉冲部分 的幅值可与第二部分的正电势脉冲部分的幅值不同。
[0057] 第一电势和第三电势可为具有彼此不同的幅值的负脉冲。
【附图说明】
[0058] 图1是
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