双等离子体源反应器处理晶片中离子与中性物质比控制的制作方法
【专利摘要】本文中公开的技术涉及双等离子体源反应器处理晶片中离子与中性物质比控制，具体涉及用于蚀刻衬底的方法和装置。板组件将反应室划分成下子室和上子室。板组件包括具有贯穿的孔的上板和下板。当使上板中的孔与下板中的孔对准时，离子和中性物质可经过板组件进入下子室。当这些所述孔不对准时，防止离子通过组件同时中性物质受到小得多的影响。因此，可通过控制孔对准面积的大小来调整离子通量:中性物质通量的比率。在某些实施方式中，板组件的一个板具体化成一系列同轴的、可独立运动的注入控制环。此外，在一些实施方式中，上子室具体化为被绝缘材料的壁隔离的一系列同轴的等离子体区。
【专利说明】双等离子体源反应器处理晶片中离子与中性物质比控制
【技术领域】
本发明总体上涉及半导体制造领域，更具体地涉及双等离子体源反应器处理晶片中离子与中性物质比的控制。
【背景技术】
[0001]半导体制造中被频繁使用的一种操作是蚀刻操作。在蚀刻操作中，将一种或多种材料从部分制造的集成电路中部分或完全地除去。等离子体蚀刻被经常采用，特别是在相关几何形状较小，采用高宽深比或者需要精密的图案转印的情况下。通常，等离子体包含电子、离子和自由基。自由基和离子与衬底发生相互作用，以便蚀刻衬底上的特征、表面和材料。
[0002]由于器件尺寸缩小，因而等离子体蚀刻工艺需要日益地精密和均匀以便制造出高质量产品。减小器件尺寸的一个驱动因素是在每个衬底中提供更多的器件。一个相关的因素是从平面结构变化到三维晶体管结构(例如，逻辑器件的FinFET栅结构)和先进的存储结构(例如，磁电阻式随机存储器(MRAM)和电阻式随机存储器(ReRAM))。为了实现这种精密和均匀的工艺，必须基于若干相关因素(例如，将使用器件的应用、相关的化学过程、衬底的灵敏度等)来优化不同的工艺。在其它因素中，在蚀刻工艺中可优化的一些重要变量包括到达衬底的离子通量、到达衬底的自由基通量、和这两个通量之间的相关比率。
[0003]因为以不同的方式来优化不同工艺，所以适合于第一蚀刻工艺的装置可能并不适合于第二蚀刻工艺。部分地由于处理装置中的有限空间以及半导体制造设备的成本，理想的是半导体制造装置能够在衬底上方提供大范围的处理条件。此外，理想的可能是半导体器件能够在加工期间在衬底的不同部分上方提供大范围的处理条件以解决某些几何不均匀性的问题。在对大衬底(例如，300mm、特别是450mm的直径)进行加工的情况下该考虑事项是特别重要的，因为在这种大工件中几何不均匀性更加严重。这样，可将单个装置用于许多不同应用以获得均匀的结果。本文中描述的技术尤其可用于实施多步骤蚀刻工艺(诸如与FinFET结构相关的蚀刻工艺)和后段制程(BEOL)加工(诸如某些双镶嵌工艺)，特别是当在大衬底上实施时。本文公开的实施方式尤其可用于某些先进技术节点，诸如40nm节点、1nm节点、和7nm节点。
【发明内容】
[0004]本文中的某些实施方式涉及用于蚀刻衬底的装置和方法。在本发明实施方式的一个方面，用于蚀刻衬底的装置包括(a)反应室、(b)位于反应室中由此将反应室划分成上子室和下子室的板组件；其中该板组件包括:Q)第一板和Qi)第二板，该第二板包括可独立地相对于第一板旋转的至少两个大致同轴的板部，其中第一板和第二板具有延伸穿过各板的厚度的孔，(c)连通到上子室的一个或多个气体入口 ；(d)被设计或构造成从反应室中排出气体的、连通到反应室的一个或多个气体出口 ；和(e)被设计或构造成在上子室中生成等离子体的等离子体发生源。
[0005]在一些实施方式中，所述装置包括至少三个大致为同轴的板部。在这些或其它情况下，在板组件的至少一个板中的孔的至少部分可具有在约0.2-0.4之间的宽深比。板组件的至少一个板可具有在约40-60%之间的开放面积。在某些实施方案中，第二板的板部包含绝缘材料，第一板包含导电材料。将上子室划分成由一个或多个绝缘壁分隔开的多个同轴的等离子体区。在各种实施方式中，控制器可用于执行蚀刻方法。例如，控制器可被设计或构造成使一个或多个同心板部旋转，以便控制衬底上中心到边缘的蚀刻条件。控制器也可被设计或构造成使至少第一同心板部相对于第一板运动以便确定第一和第二板中孔的方位，从而控制离子与自由基的通量比。
[0006]在本发明的实施方式的另一方面，提供了一种用于蚀刻衬底的装置，该装置包括:(a)具有上子室和下子室的反应室，其中上子室包括至少两个大致为同轴的等离子体区，其中一个或多个绝缘壁使各等离子体区与其它等离子体区隔离；(b)位于上子室和下子室之间并且包括第一板和第二板的板组件，其中每个板具有延伸穿过板厚度的孔，并且其中第二板可相对于第一板旋转；(c)连通到上子室的一个或多个气体入口 ；(d)被设计或构造成从下子室中排出气体的、连通到下子室的一个或多个气体出口 ；和(e)被设计或构造成在上子室中产生等离子体的等离子体发生源。
[0007]所述装置还可包括平移致动机构，该机构被设计或构造成使板组件的至少一个板朝向和远离板组件的其它板而运动，使得第一板与第二板之间的距离是可变的。在一些情况下，至少一个板可被设计或构造成充当将气体输送至上子室或下子室的喷头。通常在第一板与第二板之间存在某个距离。在一些实施方式中，此距离是在约l_6mm之间。板组件的至少一个板可具有在约3-20_之间厚度。可使用各种类型的等离子体发生源。在一个实例中，等离子体发生源被设计或构造成产生电感耦合等离子体。同心等离子体区的数量也可以变化。在一些实施方式中，上子室包括至少三个大致为同轴的等离子体区。各种实施方案采用构造成执行蚀刻方法的控制器。在一个实例中，控制器被设计或构造成独立地控制在同心等离子体区中的等离子体发生并由此控制衬底上中心到边缘的条件。控制器也可被设计或构造成使至少一个同心板部相对于第一板运动以便确定第一板和第二板的孔方位，从而控制离子与自由基的通量比。
[0008]在所公开的实施方式的另一方面，提供了一种蚀刻衬底的方法，该方法包括(a)将衬底接纳在蚀刻装置的反应室中，该蚀刻装置包括(i)位于反应室中并由此将反应室划分成上子室和下子室的板组件,其中该板组件包括第一板和第二板,其中第二板包括至少两个同心部，其中同心部可独立地相对于第一板旋转，并且其中第一板和第二板具有延伸穿过每个板厚度的孔，(ii)连通到上子室的一个或多个气体入口，(iii)被设计或构造成从下子室中排出气体的、连通到下子室的一个或多个气体出口，和(iv)被设计或构造成在上子室中产生等离子体的等离子体发生源；(b)使等离子体发生气体流入上子室并产生等离子体；(C)使存在于等离子体中的中性物质从上子室经过板组件流入下子室；和(d)蚀刻衬底。
[0009]所述方法还可包括使板组件的上板与下板中至少一些孔对准，以便离子从上子室穿过板组件流入下子室。在一些情况下，利用板组件的不同部分来获得不同的自由基与离子的通量比。例如，穿过板组件的第一部的自由基与离子的第一通量比可以不同于穿过板组件的第二部的自由基与离子的第二通量比。在一些实施方式中，所述方法还包括通过使第二板的至少一个同心部旋转来控制穿过板组件的自由基与离子的通量比。所述方法还可包括向位于下子室中的衬底支撑件施加偏置。向衬底支撑件施加的偏置可在下子室中产生等离子体。然而，在其它情况下，向衬底支撑件施加偏置并不在下子室中产生等离子体。在某些情况下，所述方法可包括向板组件的一个或多个板施加偏置。在一个【具体实施方式】中，向第二板的不同的同心板部施加不同水平的偏置。所述方法还可包括使一个或多个同心板部旋转，以便控制衬底上的中心到边缘的蚀刻条件。
[0010]在所公开的实施方式的另一方面，提供了一种蚀刻衬底的方法，该方法包括(a)将衬底接纳在蚀刻装置的反应室中，该蚀刻装置具有:(i)上子室和下子室，其中上子室包括至少两个大致为同轴的等离子体区，其中一个或多个绝缘壁将各等离子体区与其它等离子体区隔离，(ii)位于上子室和下子室之间并且包括第一板和第二板的板组件，其中每个板具有延伸穿过板厚度的孔，并且其中第二板可相对于第一板旋转，(iii)连通到上子室的一个或多个气体入口，(iv)被设计或构造成从下子室中排出气体的、连通到下子室的一个或多个气体出口，和(V)被设计或构造成在上子室中产生等离子体的等离子体发生源；(b)使等离子体发生气体流入各等离子体区并在其中产生等离子体；(c)使存在于等离子体中的中性物质从等离子体区穿过板组件流入下子室；和(d)蚀刻衬底。
[0011]所述方法还可包括使第一组成的等离子体发生气体流入第一等离子体区并且使第二组成的等离子体发生气体流入第二等离子体区以完成操作(b)。第一组成和第二组成可以是不同的(例如，它们可包括不同的气体，或者不同浓度的相同气体)。在这些或其它情况下，操作(b)可包括在第一等离子体区中产生第一等离子体并且在第二等离子体区中产生第二等离子体，其中第一等离子体与第二等离子体具有不同的密度。所述方法还可包括通过改变第一板与第二板之间的距离来控制穿过板组件的离子与中性物质的通量比。在某些实施方案中，从第一等离子体区穿过板组件进入下子室的第一离子与中性物质的通量比不同于从第二等离子体区穿过板组件进入下子室的第二离子与中性物质的通量比。
[0012]下面将参照相关的附图对这些特征和其它特征进行描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1示出了根据一个公开实施方式的等离子体蚀刻反应器的一个实例。
[0014]图2A-图2B示出了板组件中的对准孔(图2A)和不对准孔(图2B)的近视图，图中描绘了在各情况下哪种物质能够通过板组件。
[0015]图2C是显示为瞄准线(即，对准)和非瞄准线(即，不对准)的情况下中性物质通量与孔附近位置之间关系的图。
[0016]图3A是说明根据一个公开实施方式的执行蚀操作的方法的流程图。
[0017]图3B是说明其中可执行所公开的蚀刻操作的半导体制造内容的流程图。
[0018]图4A-图4C示出了根据某些公开实施方式的示范性的一系列注入控制环。
[0019]图5示出了根据一个公开实施方式的、具有多个隔开的等离子体区的等离子体蚀刻装置的一个实例。
【具体实施方式】
[0020]在本申请中，术语“半导体晶片”、“晶片”、“衬底”、“晶片衬底”和“部分制造的集成电路”可互换地使用。本领域技术人员将会理解的是，术语“部分制造的集成电路”可以是指在硅晶片上制造集成电路的许多阶段中的任何阶段期间的该硅晶片。半导体器件工业中使用的晶片或衬底通常具有200mm、或300mm、或450mm的直径。此外，术语“板”和“网格”可互换地使用。以下的详细说明假设本发明是在晶片上实施。然而，本发明并不局限于此。工件可具有各种形状、尺寸、和材料。除了半导体晶片外，可利用本发明的其它工件包括各种物件，诸如印刷电路板等。
[0021]在以下的描述中陈述了许多具体细节，以便提供对所给出的实施方式的详尽理解。公开的实施方式可以在没有这些具体细节的部分或全部的情况下实施。在其它情况下，对于众所周知的工艺操作未做详细描述，以便不会不必要地使公开实施方式难以理解。虽然将结合【具体实施方式】来描述公开的实施方式，但应当理解的是这并非意图限制公开的实施方式。
[0022]此外，尽管描述中经常提到“上”和下”元件(或者类似于“顶部”和“底部”、“左”和“右”等)，但这些描述语是以非限制性方式而使用，仅只是为了清楚起见。本领域技术人员将会理解的是也可使用其它结构。例如，在某些实施方式中，本文中描述的“上”和“下”元件可变成“下”和“上”或者“左”和“右”元件。
[0023]本发明的实施方式通常涉及半导体处理的方法和装置。更具体地，实施方式涉及用于蚀刻半导体衬底的方法和装置。在实施公开的技术中，在处理室中提供衬底。图1示出了适当处理装置100的剖视图。通过板组件150将反应室被划分成上子室132和下子室134。板组件150包括上板116和下板130。上板16和下板130各自具有延伸穿过板厚度的孔。当上板116中的孔与下板130中的孔对准时，它们允许离子和中性物质从上子室进入下子室。当上板116中的孔与下板130中的孔不对准时，中性物质能够通过这些不对准的孔，同时基本上防止离子通过。
[0024]图2A-图2C中揭示了该构思。在图2A中，板组件250的上板216中的孔与下板230中的孔对准，离子(用实线箭头表示)和中性物质(用虚线箭头表示)两者均能够进入下子室。在图2B中，板组件250的上板216与下板230是不对准的，仅中性物质能够通过。图2C示出了上板中的孔与下板中的孔对准时(在为瞄准线的情况下，用虚线表示)和孔不对准时(在为非瞄准线的情况下，用实线表示)在下板出口处的中性物质通量。尽管在非瞄准线的情况下中性物质的总通量较低，但仅减小约16%。当与为瞄准线的情况与为非瞄准线的情况之间离子通量的差异相比，这两种情况之间中性物质通量的这种差异是相当小的。
[0025]返回到图1的实施方式，将提供处理装置100的其它细节。上子室132构造成容纳电感耦合等离子体，下子室134构造成容纳电容耦合等离子体。此外，下子室134的容积是可调节的，下板130构造成作为气体输送喷头运行，以用于将工艺气体从气体进给装置104输送至下子室134。可经过气体进给装置106将工艺气体单独地输送至上子室132，该工艺气体流入上喷头板112。在一些情况下，上喷头板112是由诸如硅、氮化硅、碳化硅或石英等材料制成。上喷头板112可具有槽。此外，上喷头板112可朝向和远离衬底而运动，以减小或增大上板116与下板130之间的空间的大小。在某些实施方式中，此运动可有助于控制穿过板组件150的自由基的通量。
[0026]在上喷头板112的上方，可存在绝缘板110 (例如，陶瓷绝缘板)。TCP线圈108可位于绝缘板110的上方。在图1的实施方式中，使用双TCP线圈108。在上区等离子体不是电感耦合等离子体的实施方式中，这些线圈108可以不存在。反应器壁114分别包围下子室134和上子室132。在一些实施方式中，反应器壁114是由阳极氧化铝制成。也可用保护材料(例如Y2O3)或者被设计用来保护半导体器件免受苛刻等离子体条件影响的另一种材料对反应器壁114进行涂覆。此外，在各种实施方式中，反应器壁114可包括温度控制元件，诸如温度控制加热环128。这些温度控制元件有助于在上区和下区等离子体的内部形成理想的等离子体条件。
[0027]上板116 (有时也被称为注入控制板)位于上子室132的底部附近。该上板116可围绕垂直于板表面的轴线旋转并且包含孔和/或槽，这些孔和/或槽至少部分地与下方的下板130中的槽/孔套准。在图1的实施方式中，上板116是绝缘的，下板130是导电和接地的。通过使上板116旋转，而使板组件开放面积变化，来自上区等离子体的不同相对数量的物质能够穿过板组件150行进入下子室132。板组件开放面积(有时更简单地称为组件开放面积)被定义为在规定时间板组件的让无障碍瞄准线从上子室132穿过到达下子室134的面积。也就是说，它表示让上板116中的孔与下板130中的孔对准的面积的大小。板组件开放面积可基于板组件中的孔的对准程度而变化。最大板组件开放面积被定义为给定的一组板中可获得的最高程度的组件开放面积。类似地，术语板开放面积被定义为让无障碍瞄准线从上子室132穿过到达下子室134的单个板的面积。在各种实施方式中，使上板116旋转允许对从上子室进入下子室的带电物质与中性物质的相对量进行调整，正如本文中其它地方所描述的。
[0028]图1中强调的其它特征包括压力控制环118(常常是由诸如石英等绝缘材料制成)、高功率可调静电卡盘120、同轴的RF开关122、致冷间隔件环126 (经常用于容纳流体，包括但不限于水)、和温度控制加热环128。此外，距离124表明下子室的高度可以是可调节的。
方法
[0029]图3A中提供了根据本发明的各种实施方式的用于对材料进行蚀刻的流程图。工艺300A开始于方框301，其中将具有要去除的材料的衬底接纳于处理装置的下子室中。上面参照图1说明了一个示例性的处理装置。在方框303，在处理装置的上子室中产生等离子体。在方框305，向衬底支撑件施加偏置。在一些情况下，此偏置导致在下子室中形成等离子体。在其它情况下，偏置可以是充分地弱(例如，在频率和/或施加功率方面)使得在下子室中基本上不存在等离子体。在任一情况下，偏置发挥作用以将离子向衬底吸引从而进行处理。在方框307，对从上子室经过离子提取板并进入下子室的离子与中性物质的相对通量加以控制。主要是通过改变板组件开放面积的大小而对离子通量加以控制。增大板组件开放面积的大小直接并显著地增加穿过板组件的离子通量。尽管增大板组件开放面积也增加中性物质的通量，如图2C中所示，但与离子的通量相比，中性物质的通量受此开放面积的影响明显地较小。
[0030]中性物质的通量主要受上板与下板之间距离的影响。增大这两个板之间的距离就增加能够通过的中性物质的量。上板与下板之间较宽的间隙形成更开放、较少曲折的使得中性物质可行进到达下板中孔的路径。在一些实施方案中，在衬底的处理期间，板组件开放面积和/或上板与下板之间距离可变化。当然这些变量也可在对不同衬底进行的加工之间变化，对不同衬底进行的加工对于不同类型的应用可能是需要的。步骤300A进入方框309，其中对衬底进行蚀刻。在一些情况下，可向上子室和/或下子室提供反应性蚀刻化学物质以便有助于实现蚀刻。在其它情况下，在无需反应性化学物质的帮助下利用离子蚀刻来实现蚀刻。
[0031]图3B示出了示例性的可受益于所公开的技术的半导体制造工艺。具体地，图3B涉及一种更广泛的制造方法，其中可实施图3A中所描述的蚀刻工艺。此更广泛的半导体制造方法的一个实例进一步论述和描述于名称为“干式蚀刻方法、微加工工艺和干式蚀刻掩模”的美国专利N0.6，689，283中；和名称为“磁性材料的干式蚀刻方法”的RE40，951，这些专利中的每一个的全部内容以参考的方式并入本文中。
[0032]步骤300B开始于方框302，其中材料的堆沉积在衬底上。在一个实施方式中，该堆是由导电材料和绝缘材料的交替层制成的。在各种情况下，在其上面沉积有堆的衬底是半导体晶片。接着，在方框304，使抗蚀剂层沉积在交替层的堆上。可利用光刻技术使抗蚀剂层微图案化。在一个特定情况下，图案化的抗蚀剂层是例如:利用旋涂法而沉积并使用UV或电子束曝光设备而图案化的正型抗蚀剂。在方框306，使掩模层沉积在图案化的抗蚀剂层上。在一些情况下，掩模层是由氮化钛(TiN)制成，氮化钛可利用反应性溅射法而沉积。
[0033]接着，在方框308，去除图案化的抗蚀剂层以形成图案化的掩模层。在一些实施方式中，该去除可利用提离方法(lift-off method)通过将衬底浸泡于溶剂浴中并施加超声波能量以去除图案化的抗蚀剂而完成。接着，在方框310，可对衬底上的堆进行蚀刻以形成蚀刻的堆。可利用所公开的等离子体蚀刻技术进行蚀刻。例如，可在操作310中实施图3A中所示的步骤300A。
蚀刻机制
[0034]本文中描述的技术对于实施可通过各种机制而进行的多种蚀刻工艺是有利的。在一些情况下，不需要的材料的去除可单独地通过采用离子蚀刻(即，离子溅射或者离子铣肖IJ)而完成。在其它实施方式中，连同离子曝光而使用反应性化学物质，以便于在被称为反应性离子蚀刻的工艺中去除材料。
[0035]离子蚀刻通常是指利用惰性气体通过物理溅射除去原子。物理溅射是由发生碰撞的离子与材料之间的动量交换所驱动。在碰撞时，入射的离子引起靶中的碰撞级联。当这种级联反冲并且以大于表面结合能的能量到达靶表面，从而可喷射原子，这称为溅射。
[0036]反应性离子蚀刻通常是指通过化学活性的离子和/或自由基的作用来去除材料，这些离子和/或自由基会与不需要的材料发生反应以帮助其去除。在使用反应性化学物质的情况下，离子的一个用途可以是激活用于反应的表面。不希望受到任何理论或作用机制的约束，一般认为离子轰击可通过在要被蚀刻的金属或其它材料上形成悬挂键和/或其它物理化学感受性特征而在衬底上形成活性位点。在一些情况下，采用离子溅射与自由基引起的反应的组合。
[0037]在处理期间，可将气体仅输送至上子室、仅输送至下子室、或者输送至两个子室。被输送到各子室的气体可以是相同或不同的(例如，不同的气体、或者不同浓度的相同气体)。可部分地基于所采用的蚀刻化学物质和将被蚀刻的材料对用于产生等离子体的气体加以选择，以减小或消除反应室中的不需要的反应。本文中列出的材料仅仅是示例性的而并非意图以任何方式限制实施方式。本领域技术人员将会理解的是，本文中的技术可应用于多种材料和反应。
[0038]在一些情况下，输送至上子室和/或下子室的气体中含有惰性气体，诸如Ar、He、Ne.Kr等。在利用离子溅射实现蚀刻的情况下，惰性气体可以是被提供至子室的仅有气体。然而，在利用反应性离子蚀刻进行蚀刻的情况下，输送至上子室和/或下子室的气体可包含反应性气体(例如，蚀刻剂和/或其它反应性处理气体)。可使用的反应性气体的实例包括:氟碳化合物(CxFy)、烃类(CxHy)、氢气(H2)、氧气(O2)、氮气(N2)、甲烷(CH4)、四氟化碳(CF4)、氯气(Cl2)、溴化氢(HBr)、氨气(NH3)、三氟化磷(PF3)、碳酰氟(COF2)、一氧化碳(CO)、一氧化氮(NO)、甲醇(CH3OH)、乙醇(C2H5OH)、乙酰丙酮(C5H8O2)、六氟乙酰丙酮(C5H2F6O2)、氯化亚砜(SOCl2)、亚硫酰氟(SOF2)、乙酸(CH3COOH)、吡啶(C5H5N)、和/或甲酸(HCOOH)。在各种实施方式中，使用这些蚀刻反应剂的组合。例如，在一些情况下使用C0+N0的组合。在另一种情况下，使用C02+N02的组合。在又一种情况下，将吡啶与氯化亚砜和/或亚硫酰氟组合。在某些情况下，仅将反应性气体提供至上子室或下子室，而在其它情况下可将反应性气体提供至这两个子室。而且，在一些实施方式中，输送另一种工艺气体(例如至下子室)以便实现特定的功能。例如，可提供其它工艺气体以保护表面(例如，用以保护掩模层)。可在蚀刻工艺之前或期间提供其它工艺气体。在一些实施方案中，使用惰性气体与反应性气体的组合。
[0039]可使用任何类型的气体入口，例如气体喷头、中心入口喷嘴、或者位于子室中不同点的多个入口喷嘴(例如，在子室的周边附近)。在一个实施方式中，将板组件的下板用作气体分配喷头。在这种情况下，下板包括用于将工艺气体输送至下子室的通道。
[0040]将对一些用于气体输送的具体实例进行说明，但这些实例并非意图限制实施方式。在一个实施方案中，将一种或多种蚀刻剂物质经过板组件的下板输送至下子室，该下板是用作喷头。在另一个实施方案中，将蚀刻剂经过不是喷头一部分的端口输送至下子室。在又一个实施方案中，将蚀刻剂和其它反应性工艺气体两者输送至上子室。在再一个实施方案中，将蚀刻剂和其它反应性工艺气体两者输送至下子室。在再一个实施方案中，可将下面更详细描述的不同的气体混合物提供至上子室的不同的径向部(例如，同轴的环形部)。
[0041]在一些实施方案中，将被蚀刻的材料是S1、SO2、SiN, S1N, SiCOH, TiN、W、Al、低K材料、高K材料等。在某些实施方式中，将被蚀刻的衬底是部分制造的MRAM或ReRAM器件。此外，将被蚀刻的材料可以是沉积在衬底上的材料的堆。该堆可具有介电材料和导电材料的交替/交错层。
[0042]在一些实施方式中，在惰性气体和反应性蚀刻化学物质的组合中使用其它工艺气体。这些其它工艺气体可以是用于调节存在于等离子体区中的等离子体条件的“调整气体”。可通过添加调整气体而调整的一种条件是蚀刻物质的裂解的程度。例如，在某些实施方式中，可利用氧气、氢气和/或氩气使某些裂解的蚀刻剂物质再结合。可以使用的调整气体的其它实例包括上面列出的反应性气体。其它工艺气体可包括用于使表面(或者其一部分)钝化以便防止表面受蚀刻影响的气体。钝化气体的实例包括H2、Cl2、CxFy、CxHy等。
板组件在反应器中的位置
[0043]板组件位于反应室中，由此将反应室划分成上和下子室。适合于修改的包括如本文中所描述的板组件的室的一个实例是从California的Fremont的Lam研究公司获得的Kiyo反应器。在上下文中，可参照图1考虑下面的描述，该描述在上文有详细描述。在某些实施方案中，板组件150被定位成使得下板下表面与衬底上表面之间的距离在约10-50mm之间。可基于例如功率优化方面的考虑来选择上子室的高度。较大的上子室将需要使用较大的功率以便在较大的区域中维持等离子体。在一些实施方式中，上子室的高度是在约2-20英寸之间，例如在约5-15英寸之间。在一个【具体实施方式】中，上子室具有约11英寸的高度。
[0044]板组件不应位于过于接近晶片的位置，因为这会将板图案印刷到晶片表面上。也就是说，在处理后板中的槽/孔的图案会不合需要地出现在晶片的表面上，从而导致衬底表面上的严重蚀刻不均匀性。对于许多用途来说，至少约1mm的间距是足够的。
板组件的设计
[0045]在此章节中提供板组件的一个基本实施方式。与板组件的替代设计有关的其它细节可参见下面的促进径向均匀结果的章节中。
[0046]板组件包括有孔穿过的两个板/网格。这些板位于彼此上下叠放，因而存在间隔小距离(例如，在约l_6mm之间)的上板和下板。上板与下板相互大致地平行(例如，在约10°内)。在一些实施方式中，这些板的厚度是在约3-20_之间，例如在约5-15_之间、或者在约6-10_之间。如果板过厚或者板中的孔过小，板会阻止过多的离子穿过(即，离子将与板碰撞，有时碰撞在板中的孔的侧壁上，而不是穿过它)。如果网格过薄，它会不具有充分的刚性，它会不能经受等离子体处理，并且需要相当频繁地将其更换。这些网格应具有足够的刚性使得它们不弯曲或者当置于反应室中时不发生弯曲。这有助于确保均匀的蚀刻结果O
[0047]所述板可由多种材料制成，包括绝缘材料和导电材料两者。此外，可对一个或多个板进行涂覆。在其中在蚀刻期间向板施加偏置这样的实施方式中，用于制造或涂覆板的材料应当是导电的。在各种实施方式中，一个或多个板是由金属或金属合金制成或者用其进行涂覆。在这些或者其它实施方式中，一个或多个板是由绝缘材料制成。在一些情况下，可用硬碳材料涂覆一个或多个板。在一些特定情况下，可用成层的Y203、YF3, YAG、氮化钛、或CeO2涂覆所述板。可以或者可以不对刚性材料实施用以获得例如耐腐蚀性的阳极氧化或钝化。在一个实施方式中，上板是由绝缘材料(例如，石英)制成，下板是由导电材料(例如，金属)制成。在公开实施方式的范围内的其它构造是可能的。
[0048]板组件通常跨越室的水平部。在室为圆形的(从上方或面对工件观察)的情况下，板组件也将是圆形的。这允许板组件有效地将反应室划分成两个子室。在某些设计中，板组件的形状是由衬底的几何形状所限定(衬底通常但不必是圆形晶片)。正如众所周知的，晶片经常是以各种尺寸而提供，诸如200mm、300mm、450mm等。对于正方形或其它多边形的衬底或者较小/较大衬底而言，其它形状是可能的。因此，板组件的剖面(从上面观察)可具有多种形状和尺寸。在一些实施方式中，在板组件与室壁之间可存在间距。此距离可有助于防止板组件与室壁之间形成电弧。在某些实施方式中，此距离约为3cm或3cm以上。
[0049]通过改变一个板相对于其它板的取向，可对离子通量与自由基通量的的比率(被称为通量比，定义为离子通量/中性物质通量)加以控制。此控制的一种方式是通过使板旋转而使上板中的孔与下板中的孔对准。如参照图2A-图2B所描述的，对准的孔允许离子和中性物质的输送，而不对准的孔基本上只允许中性物质的输送。此控制的另一方式是通过改变这两个板之间的距离。板之间较宽的距离导致较高的穿过板组件的自由基通量，而较窄的距离导致较低的自由基通量。
[0050]板上的孔可采用各种形状。例如，这些孔可以是圆形孔、槽、C形孔、T形孔等。这些孔可取向成使得延伸穿过孔中心的轴线垂直于板的面。在一个【具体实施方式】中，所有的孔均以此方式而取向。在另一个实施方式中，部分的孔可取向在相对于板为非垂直的角度上。上板和下板上的孔可以是相同形状或者可以是不同形状。上板中的孔与和下板中的孔的对准可以是相同的或者可以是不同的。这些孔被设计成使得当板彼此相对旋转时板组件开放面积的大小发生变化。在一些情况下，这些孔可被设计成使得在等离子体发生期间在板中引起很少的电流或不引起电流。确保此结果的一种设计是具有径向取向槽的板。在装置不被设计成防止此类型问题的情况下，可引起电流在板周围大致圆形地流动或者在网格上在小的涡流中流动，从而导致寄生功率消耗增加。
[0051]孔的宽深比被定义为孔的宽度/直径除以孔的深度。因为孔延伸穿过每个板的厚度，所以孔的深度等于板厚度。槽的宽深比应当充分地小，使得等离子体不在孔内部点燃。适当的宽深比将取决于存在于上子室中的等离子体条件。例如，在上子室中容纳高压力/高密度等离子体的情况下，宽深比应当略微地较小。类似地，在上子室中容纳低压力/低密度等离子体的情况下，宽深比可以略微地较大(尽管在这种情况下存在灵活性)。在使用高压力/高密度等离子体的情况下，等离子体鞘层的厚度较小。因此，如果孔足够宽，那么等离子体更有可能存在于孔的内部。应避免此现象，例如通过使用适当窄的孔避免。在一些实施方式中，孔的宽深比是在约0.2-0.4之间。在这些或者其它实施方式中，孔的直径或其它主要尺寸可以是在约1-1Omm之间。主要尺寸是在平行于工件的方向上并且横跨孔中最长的直线路径。
[0052]上面定义的板开放面积和板组件开放面积两者均可用绝对面积来描述，或者用板组件上总面积的百分率来描述。例如，300mm直径板具有大约700cm2的面积。如果板具有约350cm2的开放面积，它也可被看作具有约50%的开放面积。在一些情况下，板开放面积与最大组件开放面积是相同的。在其它情况下，最大板组件开放面积小于一个或多个板的板开放面积。在一些实施方案中，至少一个板具有在约30-70%之间或者在约40-60%之间的板开放面积。在这些或其它实施方案中，最大板组件开放面积可以是在约30-70%之间或者在约40-60%之间。
[0053]如上所述，板组件也可充当用于将气体输送至一个或多个子室的喷头。在一个【具体实施方式】中，板组件的下板充当用于将气体输送至下子室的喷头。类似地，上板可以实施作为用于将气体输送至上子室的喷头。在仅组件的单个板充当喷头的情况下，板可以是不运动板，因为此构造具有较少的工程考虑。用作喷头的板通常将包括将气体进给装置入口连通到多个喷头出口孔的一个或多个通道。
[0054]在一些实施方案中，板组件具有容纳特征的区域(例如，中心区)，该特征允许将探测装置设置成穿过板组件。可以提供该探测装置而在操作期间探测与等离子体处理系统相关的工艺参数。探测步骤可以包括发光终点检测、干涉终点检测、等离子体密度测量、离子密度测量、和其它度量探测操作。在某些实施方式中，板组件的中心区域是开放的。在其它实施方式中，板组件的中心区域容纳光学透明材料(例如，石英、蓝宝石等)以便允许经过该网格传递光线。
[0055]在一些实施方式中，板组件可包括埋在一个或多个板中的冷却通道，这些冷却通道可用流动或不流动的冷却剂材料填充。在某些实施方式中，冷却材料是流体，诸如氦气或其它惰性气体，或者液体，诸如去离子(DI)水、工艺冷却水、从3M公司获得的fluoroinert?,或者制冷剂，诸如全氟化碳、氢氟烃、氨和C02。在这些或者其它实施方式中，板组件可包括埋入的加热元件和/或温度测量装置。冷却通道和埋入的加热器使得能进行精确的温度控制，从而能对颗粒和壁条件进行精确控制。在某些情况下，可利用此控制来调整下子室中的条件。例如，在将下板或板组件维持在较低温度的情况下，来自晶片的蚀刻副产物会优先地沉积在下板上，由此降低下子室中蚀刻副产物的气相密度。可替代地，可将下板或板组件维持在高温(例如，超过80°C)以减少在板上的沉积，并且确保室可以仍然保持相对清洁并且/或者在无晶片自动清洗(WAC)期间减少清洗室所需的时间。
[0056]在一些实施方式中，在实施蚀刻工艺期间这些板不运动(旋转或平移)。在这些实施方式中，这些板在不同的步骤之间运动，诸如在用于制造复杂的结构(诸如MRAM堆或者FinFET栅)的多步骤蚀刻工艺的单独步骤之间运动。在其它实施方式中，在处理期间板可旋转和/或平移。这有助于为处理提供额外的灵活性，例如在蚀刻工艺中的不同时间期望具有不同的离子:中性物质通量的比率(即，通量比)的情况下。在一个具体实例中，经过板组件的离子通量:中性物质通量的比率在蚀刻工艺开始时较高且在蚀刻工艺结束时较低。在其它实施方案中则相反。
[0057]与板组件的替代实施方式相关的其它细节包含在下面的促进径向均匀结果的章节中。
上子室的条件和构造
[0058]在处理期间，上子室中通常容纳等离子体。可利用各种方法产生等离子体。在图1的实施方式中，例如上子室构造成容纳高密度(例如，1ltl至112带电颗粒/cm3)的电感耦合等离子体。在其它实施方式中，上子室可构造成容纳电容耦合等离子体。无论采用哪种等离子体发生技术，上子室中的等离子体都可被称为自由基耦合等离子体(RCP)。该术语是指在空间上从直接包围衬底的处理区域中取出的等离子体，可从该处理区域中可调地提取自由基用于处理衬底的目的。在本说明中，词组“可调地提取”表示需要时可调整用于特定工艺和/或在特定工艺期间的自由基和离子的相对通量(通量比)。
[0059]在上面的“蚀刻机制”章节中描述了可被输送至上子室的工艺气体。
[0060]在某些实施方式中，用于驱动在上子室中形成等离子体的功率是在约0-10，000W之间，例如在约1，500-4, 500W之间。在一个具体实施方案中，用于驱动等离子体形成的RF功率约为3，000W。
[0061]可用真空泵控制蚀刻装置中的压力。真空泵可经过排放口对反应室进行抽排。排放口可位于下子室和/或上子室中。这些排放口可具有可变/可控的传导率。板组件的方位(例如，孔的对准、和上板与下板之间的距离)也会影响子室中所承受的压力。特别是，可对这些确定方位特征加以调整，以提供在上子室与下子室之间适当的压力梯度。
[0062]在一个操作模式中，不使用上子室并且所有的等离子体发生和等离子体处理均发生于下子室中。当在此模式中实施时，可将板组件的上板与下板之间的距离减小到零，并且可以使有目的地孔不对准使得不存在板组件开放面积。在此模式中，蚀刻装置基本上简化成常规的单室等离子体蚀刻机。可将所有的气体直接地输送至衬底所位于的下子室中。可在下子室中产生等离子体，并且可按照常规方法对衬底进行蚀刻。闭合上子室并以常规方法操作的能力增加该装置的适应性和有用性。
下子室条件和向衬底支撑件施加的偏置
[0063]在各种实施方式中，在蚀刻期间可向衬底支撑件施加偏置。通常，在对衬底支撑件(例如，静电卡盘)施加偏置的情况下，也对衬底施加偏置。在一些情况下，偏置频率足够大(例如，约60MHz)以便在下子室中形成电容耦合等离子体。在其它情况下，偏置频率则小得多(例如，约1MHz或1MHz以下)使得在蚀刻期间子室中基本上没有等离子体。在一些实施方式中，用于对衬底支撑件施加偏置的功率足够低使得下子室中基本上没有等离子体，甚至在偏置的频率高到足够支持在此区域中形成等离子体的情况下也如此。在一些实施方式中，有利的是在蚀刻期间在下子室中存在等离子体。例如，在下子室中存在蚀刻剂并期望使蚀刻剂解离成更多/更小片段的情况下，下子室中存在等离子体可有助于促进这种解离。可影响蚀刻剂裂解程度的其它因素包括在下子室中的等离子体密度和有效电子温度。
[0064]提供至下子室的气体可包括在上面“蚀刻机制”章节中列出的任何气体。
[0065]向衬底支撑件所施加的偏置影响撞击衬底的离子的能级。因此，可调整偏置以便为特定应用提供适当的离子能级。影响离子能量的其它因素包括向上子室中的等离子体源所施加的功率、跨越板组件的电场梯度(可利用向组件的下板所施加的偏置加以控制)、上子室与下子室之间的压力梯度。
施加给板组件的偏置
[0066]在一些实施方式中，可向板组件的一个或多个板施加偏置。在一个实例中，向板组件的下板施加负偏置。这样，可以特定的离子能量，使在上子室中所产生且通过板组件的离子向着衬底加速。可调整作用于板的偏置，以便提供期望的离子能量。
促进径向均匀结果
[0067]当对衬底进行蚀刻时，会出现某些不均匀性。特别是，当对衬底进行蚀刻时径向不均匀性是一个常见问题。在一些情况下，例如在衬底中心区和边缘区的附近可发生较大程度的蚀刻，而在这两个区域之间的环形区域中可发生较小程度的蚀刻。当正在对较大衬底(例如，300mm、特别是450mm的衬底和更大)进行处理时，这些径向不均匀性增强。理想的是在可能的情况下降低或排除这些不均匀性。
[0068]在一些情况下，板组件的开放面积被设计成向衬底的不同部分提供不同水平的离子通量。例如，在使开放面积集中地朝向板组件中心的情况下，离子可以比作用于晶片边缘的程度大的程度作用于晶片的中心区。同样地，在使板组件开放面积集中在板组件边缘附近的情况下，离子可以比作用于晶片中心的程度大的程度作用于晶片的边缘区。这些技术尤其用于解决中心到边缘不均匀性的问题。然而，它们不会提供在衬底表面处的蚀刻条件的径向轮廓中的充分灵活性。
[0069]用于解决径向不均匀性问题的另一个技术是将板组件的一个或多个板设置成为一系列的大致为同轴的环，而不是单个连续板。在这种情况下，板环可被称为注入控制环、段、或板部。可代替板组件中的上板而使用的注入控制环/板部的多个示例示于图4A-图4C。参照图4A，一系列的环400A包括外环402和包围内板406的中环404。为了简单起见，内板406将被称为环，虽然它可以不具有在中心的孔。各环包括离子和自由基可(在适当的条件下)通过的多个孔408。图4B中所示的一系列的环400B包括四个注入控制环(元件412、414、416、和417，从外侧向内)，而不是图4A中所示的三个环。在此实施方式中，一些注入控制环412和414包括两排同轴的孔408，同时其它注入控制环416和417包括三排同轴的孔。可采用许多类型的孔布置。例如，在图4C中所示的成组的注入控制环400C中，各注入控制环包括单排的孔。本章节中使用的各“排”的孔具有圆形形状(即，这些排不是指直线的排)。在图4C所示的实施方式中，各排的孔可独立于其它排而旋转，因为各排是位于其自身专用的注入控制环上。虽然图4C示出了具有11个不同板部的成组的环400C，但为了清楚起见未将单独的板部/注入控制环标示出。
[0070]在一些实施方式中，孔的密度可在不同的注入控制环之间变化(例如，至少20%、或至少50%的差异)，而在其它实施方式中在不同注入控制环之间孔的密度是均匀的或者大致均匀的(例如，在约20%内)。
[0071]通过将一个板具体化为同轴的环，可以容易地径向地调整离子通量:自由基通量的比率。各环可独立地旋转，以提供期望大小的能让离子和自由基行进穿过的开放面积。例如，可使外环对准使得离子可以通过板组件到最大程度，同时可使内环对准使得非常少(或者在一些情况下，甚至为零)的离子可以从上子室进入下子室。
[0072]此外，在一些实施方式中，各环可以独立地朝向/远离板组件的其它板运动，从而调整穿过各环的自由基的通量。在这种情况下，应将阻挡层用于连接各注入控制环的相邻边缘。在图4的在这些环构造成独立地平移的情况中，应使阻挡层包含在内板406的边缘与中环404的内边缘之间。类似地，应使阻挡层包含在中环404的外边缘与外环402的内边缘之间。这些阻挡层可以是静止的或者它们可以随着注入控制环而运动。阻挡层的用途是防止上子室中的等离子体泄漏进入下子室。阻挡层的最小高度是受在相邻注入控制环之间的竖直位置中的差异控制。
[0073]在使用注入控制环的情况下，可独立地对各控制环施加偏置，以提供经过不同控制环的受控的离子能量和通量。在一个实施方式中，将板组件的上板设置成为单个连续板，将板组件的底板设置成为一系列的三个注入控制环。向外注入控制环施加第一偏置，向中间控制环施加第二偏置，向内注入控制环/板施加第三偏置。可根据需要将第一、第二和第三偏置设定成不同的水平以控制离子能量和通量，尤其是促进径向均匀的蚀刻结果。在一些实施方式中，底板中的限定的段或部具有可独立控制的偏置。这样，可以径向地和/或在方位角上以期望水平的粒度控制离子能量和通量。在一些情况下，偏置机构是电极的网格。在一些情况下，可为底板中的各孔提供电极。电极与底板孔的比率可以是1: 1、1: 2、1: 3、1:4、1:5 等。
[0074]因为各环可以相互独立地运动，所以容易在衬底的不同部分上实现不同的镀覆条件。此控制可导致在衬底整个面上更均匀的蚀刻结果。此类型的控制是特别有利的，因为半导体工业向较大的衬底(例如，直径为450mm或450mm以上)发展,其中蚀刻条件的径向控制是更加重要的。在一些情况下，环的数量(包括内中心板)是在约2-10之间、或者在约3-5之间。较大数量的环提供更精细的对蚀刻条件的径向控制，而且带来更大的工程挑战。已观察到蚀刻不均匀性通常呈现“W”形状，其中相比于中间径向位置，经历蚀刻条件的中心区域和边缘区域彼此更加相似。在这种设置中，包括至少3个环的板组件可以有效地解决径向蚀刻轮廓中固有的不均匀性。例如，可使中间环旋转以产生与中心环和边缘环相比相对较高的离子:自由基通量比。
[0075]在一些实施方式中，环具有相同的宽度(就环形形状的环而言，此宽度是作为内半径与外半径之间距离来测量的，就圆形形状的“环”而言此宽度是半径)或者大致相同的宽度(例如，在约10%内)。在其它实施方式中，这些环可具有不同的宽度(例如，宽度可变化至少约10%、至少约30%或者至少约50% )。在环具有不同宽度的情况下，较宽的环可位于一系列环的圆周处或者朝向圆周，或者位于环的中心或者朝向环的中心，或者位于中间位置。此灵活性允许基于特定应用及其相关的不均匀性来优化蚀刻工艺。
[0076]上板或者下板(或两者)可设置成为一系列的注入控制环。在一个【具体实施方式】中，上板是由一系列由绝缘材料制成的注入控制环所构成。在另一个【具体实施方式】中，下板是由一系列由导电材料制成的注入控制环所构成。其它构造也是可行的。其中下板是静止的且上板是由一系列可移动注入控制环所构成的实施方式在控制温度、材料性能、颗粒形成、RF返回问题等方面会是优选的。然而，可采用任一构造。
[0077]在使用注入控制环的情况下，应包括用于独立地使各环运动(例如，旋转和平移)的机构(例如，设置在板组件的其它板中的微型致动器)。旋转致动机构和平移致动机构可独立地设置或者作为单个运动致动机构的一部分设置。在一个实施方式中，将运动致动机构包括在非运动板(例如，下板)中，该运动致动机构导致运动板(例如，上板)发生旋转和/或平移。运动致动机构可包括朝向反应器的周壁向外延伸并且可延伸穿过非运动板的结构。在装置包括将上子室划分成分开的等离子体区的绝缘壁(在此章节的下面中论述)的情况下，该运动致动元件可延伸穿过这些绝缘壁。
[0078]通常仅需要小程度的运动。例如，在约1-10°之间或者约1-5°之间的旋转会是足够的。在各种实施方案中，将角旋转的量设定成允许获得最大离子:自由基通量比和最小离子:自由基通量比，和在这两者之间的许多或所有比率。就相对较小的孔而言，所需旋转的量可以是相当小的。类似地，在大多数实施方案中仅使用相对较小量的平移。例如，在一些实施方式中，装置能够独立地使各环平移达至少约0.5_或者至少约1_。在一些情况下，环可平移在约O-1Omm之间的距离。在一些实施方案中，将执行蚀刻使得在一个径向部中板组件的板与环之间的距离比在第二径向部中板组件的板与环之间的距离至少大约0.5mm(该径向部与注入控制环是同延伸的)。
[0079]另一个用于解决径向不均匀性问题的技术是将上子室设置成为一系列同轴的等离子体区，而不是设置成为单个的连续的上等离子体区。图5中示出了用于实施此技术的装置。上等离子体区也可更简单地被称为等离子体区。这里，采用三个等离子体区132a、132b和132c。在其它实施方式中，等离子体区的数量可以在约2-10之间、或者在约3-5之间的范围内。理论上，可采用任意数量的等离子体区。可利用大量的区来更精细地调整等离子体条件，而较小数量的区更易于实施。如上所述，可以利用具有三个径向分离的部通过对下子室中的离子:自由基通量比的独立控制来解决许多典型的不均匀图案的问题。在图5中所示的实施方式中，当从上方观察时，最内部的等离子体区132a具有圆形的剖面。其它等离子体区132b-c具有环形的剖面(当从上方观察时)并且包围最内部的等离子体区132a。绝缘壁142将等离子体区132a-c隔开。在一些情况下，绝缘壁是由介电材料(诸如陶瓷或石英)制成，但也可使用其它绝缘材料。绝缘壁142的用途是使各等离子体区132a-c相互隔离。
[0080]各等离子体区具有单独的气体进给装置入口。例如，利用气体进给装置106a对等离子体区132a进行加料，而利用气体进给装置106b对等离子体区132b进行加料等。使气体进给装置流到喷头板141，该板能够维持气体进给装置之间的隔离并且将合适的进给物输送至各等离子体区。此外，为各等离子体区提供独立的电源。在图5的实施方式中，多区RF电源140是用于独立地向接近各等离子体区132a-c的线圈108提供电力。通过为各等离子体区132a_c提供单独的气体进给装置106a_c和用于独立地向各区提供电力的机构，可在各等离子体区132a_c中产生不同类型的等离子体。不同的等离子体可以有助于解决会在蚀刻期间产生的中心到边缘的不均匀性问题。
[0081]在一些实施方式中，将不同组成的气体输送至不同的等离子体区132a_c。例如，可将气体输送至部分的等离子体区，同时不输送至其它等离子体区。在一个实例中，可将气体A输送至等离子体区132a和132c，而不输送至等离子体区132b。类似地，在一个实施方式中，向各等离子体区132a-c输送不同的调整气体。在不同等离子体区中获得不同组成的气体的另一种方法是向各等离子体区输送不同相对浓度的组成气体。在一个实例中，等离子体区132a-b接纳由约50%气体A和50%气体B组成的进给气体，同时等离子体区132c接纳由约75%气体A和约25%气体B组成的进给气体。此章节中所使用的气体A和B可以代表在“蚀刻机制”章节中所提及的任何适当气体。
[0082]在等离子体区132a_c之间可以是可变或恒定的其它因素包括:输送至各等离子体区的总流率、各等离子体区中的压力、各等离子体区中的温度、各等离子体区中的等离子体密度、输送至用于各区的等离子体源的功率、用于在各区中产生等离子体的频率等。
[0083]在一个【具体实施方式】中，分离的等离子体区与一系列的注入控制环在一起实施。环的数量与等离子体区的数量通常是相等的，但并非总是这样。这些控制环可被设计成使得它们与等离子体区具有相同宽度(或者略小于等离子体区的宽度)，以便将特定的注入控制环有效地用作相应等离子体区的下表面。
示范性的操作模式
[0084]本文中公开的方法和装置允许在处理不同的衬底或者多步骤蚀刻工艺的不同步骤之间、以及在在单个步骤中处理单个衬底中实现多种多样的蚀刻条件。因此，公开的技术可用于执行许多不同类型的蚀刻操作。为了清楚和便于理解，将提及一些类型或模式的操作。然而，为了简洁起见，对于能够利用本公开而实现某些类型的工艺将不作单独论述。此夕卜，以示例性的方式描述这些模型，并且可根据期望的应用来改变与模式相关的细节。可将某些变量(通常是对于在特定操作模式中操作装置而言不重要的的变量)从以下章节中的论述中排除。
仅1?子轰击的丰吴式
[0085]在此操作模式中，将惰性气体输送至上子室并且不使用蚀刻剂。仅仅在上子室中产生等离子体并且在下子室中基本上不存在等离子体。可通过控制向组件的下板所施加的偏置而调整经过板组件进入下子室的离子的能量。在各种情况下，当在此模式中操作时，不对静电卡盘施加偏置。可以利用本文中所描述的任何机制(例如，板组件中孔的对准程度、注入控制环、分开的等离子体区、提供来产生等离子体的功率等)来控制流到衬底的离子的通量。
在蚀刻剂存在下的离子轰击
[0086]在此模式中，将等离子体发生气体输送至上子室并且将蚀刻剂输送至任一子室或者两个子室。蚀刻剂可以是裂解的或者不裂解的。在期望蚀刻剂是裂解的的情况下，应将其直接地输送至下子室，并且应当在此区域中基本上不存在等离子体。裂解的程度可以利用各种机制来控制，最显著的是在下子室中存在等离子体。可以通过控制参数(诸如等离子体的电子温度和下子室中的压力)来调整裂解。
[0087]在一个实例中，可将蚀刻剂完全地解离或裂解以产生氟和类似的原子或近似原子的物质。这种蚀刻剂的实例包括CxFy和CxHy气体。可替代地，可使蚀刻剂部分地裂解成多原子蚀刻成分。在一些情况下，可使蚀刻剂物质自由基化。可利用本文中描述的任意机制(例如，板组件中孔的对准程度、注入控制环、分开的等离子体区、板组件的上板和下板之间的距离、用于产生等离子体的功率、进入上子室中的离子发生和自由基发生气体的流量等)来控制通过板组件进入下子室的离子与中性物质(例如，自由基化的裂解蚀刻剂)的相对通量。
仅蚀刻剂的模式
[0088]在此操作模式中，仅仅在上子室中产生等离子体，并且在下子室中基本上没有等离子体。将板组件开放面积设定为零(即，上板和下板中的孔是完全或者基本上完全地不对准)。这样，中性物质(例如，自由基化的蚀刻剂物质)可从上子室穿过板组件进入下子室，同时完全或基本上完全地防止离子进入下子室。可通过例如改变板组件上板与下板之间的距离来控制中性物质的通量。
沉积/钝化
[0089]在此操作模式中，将另一种工艺气体输送至下子室从而在部分的衬底上形成保护层。在一个实例中，输送SiCl4以便有助于保护掩模层。可用作钝化气体的其它前体包括但不限于CxFy、CxHy, COS、H2、HBr等。在另一个实例中，另一种工艺气体的作用是保护沟槽的侧壁或者另一特征。可单独地输送该另一种工艺气体(即，在不发生蚀刻时，例如在即将进行蚀刻操作前)，或者可在蚀刻工艺期间输送。
下子室中的等离子体
[0090]在操作蚀刻反应器的各种模式中，下子室中可存在等离子体。在一个操作模式中，不使用上子室。将板组件的上板和下板定位成使得它们相互接触(即，它们之间的距离减小到零)，并且这些孔完全地不对准。将等离子体发生气体(它可以包含在上面“蚀刻机制”章节中所提及的一种或多种气体)直接地输送至下子室，在此区域中产生等离子体。在此操作模式中，蚀刻装置基本上简化成常规的单室蚀刻反应器。
[0091]在下子室中存在等离子体的情况下，通常是通过向静电卡盘/衬底支撑件施加高频偏置而产生等离子体。可替代地，在某些实施方案中，可将这些板设计成允许等离子体从上子室中泄漏到下子室。在各种实施方式中，在下子室中才等离子体的情况下，存在蚀刻剂物质，但并非总是这样。
装置
[0092]可利用具有所描述的修改(例如，板组件、注入控制环和/或分离的等离子体区等)的任何合适的等离子体蚀刻装置来实施本文中描述的方法。合适的装置包括用于完成工艺操作的硬件、和具有用于控制根据本发明的工艺操作的指令的系统控制器。例如，在一些实施方式中，硬件可包括包含在处理工具中的一个或多个处理站。
系统控制器
[0093]在一些实施方式中，系统控制器(其可包括一个或多个物理或逻辑控制器)控制工艺工具的部分或全部的操作。系统控制器通常将包括一个或多个存储器件及一个或多个处理器。处理器可包括中央处理单元(CPU)或者计算机、模拟和/或数字输入/输出连接、步进电机控制器板、和其它类似的部件。用于执行适当的控制操作的指令是在处理器中执行。这些指令可存储在与控制器相关的存储器件中，或者可通过网络提供这些指令。在某些实施方式中，系统控制器执行系统控制软件。
[0094]系统控制软件包括指令，这些指令是用于控制时序、工艺气体组分的混合物(例如,蚀刻剂气体的组成物、用于产生等离子体的气体组成物、和其它工艺气体等)、室压力、室温度、晶片温度、向卡盘/晶片和任何其它电极所施加的电流和电势、向网格组件的各网格所施加的偏置、向静电卡盘所施加的偏置、晶片位置、板位置、和利用工艺工具所行特定工艺的其它参数。可以任何合适方式来配置系统控制软件。例如，可将各种工艺工具部件子程序或者控制目标编写成对于实施各种工艺工具步骤而言是必须的工艺工具部件的控制操作。可用任何合适的计算机可读编程语言来编写系统控制软件。
[0095]在一些实施方式中，系统控制软件包括用于控制上述各种参数的输入/输出控制(1C)序列指令。例如，蚀刻工艺的各阶段可包括由系统控制器所执行的一条或多条指令。用于设置等离子体发生工艺阶段的工艺条件的指令可包括在相应的等离子体发生配方阶段中。在一些实施方式中，可顺序地布置可蚀刻配方阶段，以便与处理阶段同时地执行用于蚀刻工艺阶段的所有指令。
[0096]在一些实施方式中可使用其它计算机软件和/或程序。用于此目的的程序或程序段的实例包括:衬底定位程序、上子室气体输送组成控制程序、下子室气体输送组成控制程序、气体入口时序控制程序、板组件偏置控制程序、板组件位置控制程序、静电卡盘偏置控制程序、压力控制程序、加热器控制程序、和电势/电流功率供应控制程序。本文中提及的任何软件/程序可包含用于在蚀刻期间修改相关参数的指令。在一个实例中，板组件偏置控制程序可包含用于在蚀刻期间改变对板组件的一个或多个板所施加偏置的指令。因此，在蚀刻工艺期间可改变进入下子室中的离子的离子能量。
[0097]在一些情况下，控制器控制以下功能中的一个或多个:将蚀刻剂或其它处理气体输送至下子室、将等离子体发生气体输送至上子室、上子室和/或下子室中的等离子体发生条件、向板组件每个板所施加的偏置、板组件中的板的旋转/平移等。例如，通过引导某个阀在特定时间打开和关闭，可实现将气体输送至子室。这使控制器能够控制气体输送的时序、以及输送气体的组成。控制器可通过例如引导电源以特定的频率/功率水平向等离子体发生器(例如，ICP反应器的线圈)提供功率，而控制等离子体发生条件。此外，控制器可通过引导惰性气体流(和/或在一些实施方式中反应性气体)进入上子室、或者通过控制子室中的压力、或者通过控制子室中的温度等，而控制等离子体发生条件。控制器可根据需要引导旋转致动器和/或平移致动器以使板运动，而控制板组件中的板的旋转/平移。在一些情况下，控制器被设计或构造成使同轴的板部旋转或平移以便控制衬底上的中心到边缘的蚀刻条件。类似地，控制器可被设计或构造成使至少一个同轴的板部相对于第一板运动以便确定第一板和第二板中的孔方位，从而控制离子与自由基的通量比。在一个实施方式中，控制器被设计或构造成独立地控制同轴等离子体区中的等离子体发生并由此控制衬底上中心到边缘的蚀刻条件。这些控制器可基于传感器输出(例如当电流、电流密度、电势、压力等达到某个阈值时)、操作的时序(例如，在工艺中的某些时间打开阀)、或者基于从用户接收的指令，来控制这些方面。
[0098]可结合例如用于半导体器件、显示器、LED、光伏电池板等的制造或生产的光刻图案化工具或工艺而应用上面所描述的各种硬件和方法实施方式。通常，尽管不是必须的，将结合常用的制造设备来应用或执行这样的工具/工艺。
[0099]薄膜的光刻图案化通常包括以下步骤的部分或全部，利用一些可行的工具来完成各步骤:(1)利用旋涂或喷涂工具将光致抗蚀剂涂覆于工件上，例如上面形成有氮化硅薄膜的衬底；(2)利用加热板或加热炉或者其它合适的固化工具使光致抗蚀剂固化；(3)利用工具(诸如晶片步进式曝光机)使光抗蚀剂暴露于可见光或者UV或X-射线光中；(4)形成抗蚀剂层以便选择性地除去抗蚀剂并由此利用工具(诸如湿式工作台或者喷射显影器)使其图案化；(5)通过使用干式或等离子体辅助蚀刻工具将抗蚀剂图案转移入在下方的薄膜或工件上；和(6)利用工具(诸如RF或微波等离子体抗蚀剂剥离剂)除去抗蚀剂。在一些实施方式中，可在涂覆光致抗蚀剂之前使硬掩模层(诸如无定形碳层)和另一个合适的硬掩模(诸如抗反射层)沉积。
[0100]应理解的是本文中描述的构件和/或方法在本质上是示例性的，这些【具体实施方式】或实例不应被看作是限制性的，因为许多变型是可能的。本文中所描述的具体步骤或方法可代表任意数量的处理策略中的一个或多个。因此，本文中说明的各种操作可按说明的顺序、按其它顺序、并行地执行，或者在一些情况下被省略。同样地，可改变上述步骤的顺序。
[0101]本公开的主题包括本文中所公开的各种工艺、系统和构件、其它特征、功能、操作、和/或特性的所有的新的和显而易见的组合和亚组合，以及其任何和全部的等同物。
【权利要求】
1.一种用于蚀刻衬底的装置，其包括: (a)反应室， (b)位于所述反应室中由此将所述反应室划分成上子室和下子室的板组件，其中所述板组件包括: (i)第一板，和 (?)第二板，其包括至少两个大致同轴的能独立地相对于所述第一板旋转的板部，其中所述第一板和第二板具有延伸穿过各板的厚度的孔， (c)连通到所述上子室的一个或多个气体入口， (d)被设计或构造成从所述反应室中排出气体的、连通到所述反应室的一个或多个气体出口，和 (e)被设计或构造成在所述上子室中产生等离子体的等离子体发生源。
2.根据权利要求1所述的装置，包括至少三个大致为同轴的板部。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述板组件的至少一个板中的至少部分的所述孔具有在约0.2-0.4之间的宽深比。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述板组件的至少一个板具有在约40-60%之间的开放面积。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中所述第二板的所述板部包含绝缘材料，所述第一板包含导电材料。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中所述上子室被划分成被一个或多个绝缘壁隔离的多个同轴的等离子体区。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，还包括控制器，所述控制器被设计或构造成使一个或多个同轴板部旋转以便控制所述衬底上的中心到边缘的蚀刻条件。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，还包括控制器，所述控制器被设计或构造成使至少第一同轴板部相对于所述第一板运动以便确定所述第一板和第二板的孔的方位从而控制离子与自由基的通量比。
9.一种用于蚀刻衬底的装置，其包括: (a)包括上子室和下子室的反应室，其中所述上子室包括至少两个大致同轴的等离子体区，其中通过一个或多个绝缘壁将每个等离子体区与其它等离子体区隔离； (b)位于所述上子室和下子室之间且包括第一板和第二板的板组件，其中每个板具有延伸穿过所述板的厚度的孔，并且其中所述第二板能相对于所述第一板旋转； (C)连通到所述上子室的一个或多个气体入口 ； (d)被设计或构造成从所述下子室中排出气体的连通到所述下子室的一个或多个气体出口 ；和 (e)被设计或构造成在所述上子室中产生等离子体的等离子体发生源。
10.根据权利要求9所述的装置，还包括平移致动机构，所述平移致动机构被设计或构造成使所述板组件的至少一个板朝向和远离所述板组件的其它板运动，使得所述第一板与第二板之间的距离是可变的。
11.根据权利要求9所述的装置，其中所述板中的至少一个被设计或构造成充当将气体输送至所述上子室或下子室的喷头。
12.根据权利要求9所述的装置，其中所述第一板与第二板之间的距离是在约1-6皿之间。
13.根据权利要求9所述的装置，其中所述板组件的至少一个板的厚度是在约3-20臟之间。
14.根据权利要求9-13中任一项所述的装置，其中所述等离子体发生源被设计或构造成产生电感耦合等离子体。
15.根据权利要求9-13中任一项所述的装置，其中所述上子室包括至少三个大致为同轴的等离子体区。
16.根据权利要求9-13中任一项所述的装置，还包括控制器，所述控制器被设计或构造成独立地控制在所述同轴的等离子体区中的等离子体发生并由此控制所述衬底上的中心到边缘的蚀刻条件。
17.根据权利要求9-13中任一项所述的装置，还包括控制器，所述控制器被设计或构造成使至少一个同轴的板部相对于所述第一板运动以便确定所述第一和第二板的孔的方位从而控制离子与自由基通量比。
18.—种蚀刻衬底的方法，包括: (^)将衬底接纳在蚀刻装置的反应室中，所述蚀刻装置包括: (I)位于所述反应室中并由此将所述反应室划分成上子室和下子室的板组件，其中所述板组件包括第一板和第二板，其中所述第二板包括至少两个同心部，其中所述同心部能独立地相对于所述第一板旋转，并且其中所述第一板和第二板具有延伸穿过各板的厚度的孔； (II)连通到所述上子室的一个或多个气体入口； (III)被设计或构造成从所述下子室中排出气体的、连通到所述下子室的一个或多个气体出口 ；和 (1^)被设计或构造成在所述上子室中产生等离子体的等离子体发生源； (^)使等离子体发生气体流入所述上子室并产生等离子体； (0)使存在于所述等离子体中的中性物质从所述上子室穿过所述板组件流入所述下子室；以及 ((1)蚀刻所述衬底。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括使所述板组件中的所述上板和下板中的至少一些孔对准以便离子从所述上子室穿过所述板组件流入所述下子室。
20.根据权利要求19所述的方法，其中穿过所述板组件的第一部的自由基与离子的第一通量比不同于穿过所述板组件的第二部的自由基与离子的第二通量比。
21.根据权利要求19所述的方法，还包括通过使所述第二板的至少一个同心部旋转而控制穿过所述板组件的自由基与离子的通量比。
22.根据权利要求18-21中任一项所述的方法，还包括向位于所述下子室中的衬底支撑件施加偏置。
23.根据权利要求22所述的方法，其中向所述衬底支撑件施加所述偏置而在所述下子室中产生等离子体。
24.根据权利要求22所述的方法，其中向所述衬底支撑件施加所述偏置不在所述下子室中产生等离子体。
25.根据权利要求18-21中任一项所述的方法，还包括使一个或多个所述同轴的板部旋转以便控制所述衬底上的中心到边缘的蚀刻条件。
26.一种蚀刻衬底的方法，其包括: (a)将衬底接纳在蚀刻装置的反应室中，所述蚀刻装置包括: (i)上子室和下子室，其中所述上子室包括至少两个大致为同轴的等离子体区，其中通过一个或多个绝缘壁将每个等离子体区与其它等离子体区隔离； (?)位于所述上子室和下子室之间且包括第一板和第二板的板组件，其中每个板具有延伸穿过所述板厚度的孔，并且其中所述第二板能相对于所述第一板旋转； (iii)连通到所述上子室的一个或多个气体入口； (iv)被设计或构造成从所述下子室中排出气体的、连通到所述下子室的一个或多个气体出口 ；和 (v)被设计或构造成在所述上子室中产生等离子体的等离子体发生源； (b)使等离子体发生气体流入每个等离子体区并在其中产生等离子体； (c)使存在于所述等离子体中的中性物质从所述等离子体区穿过所述板组件流入所述下子室；以及 (d)蚀刻所述衬底。
27.根据权利要求26所述的方法，其中操作(b)包括使第一组成的等离子体发生气体流入第一等离子体区并且使第二组成的等离子体发生气体流入第二等离子体区。
28.根据权利要求26所述的方法，其中操作(b)包括在第一等离子体区中产生第一等离子体并且在第二等离子体区中产生第二等离子体，其中所述第一等离子体与第二等离子体具有不同的密度。
29.根据权利要求26-28中任一项所述的方法，还包括通过改变所述第一板和第二板之间的距离而控制穿过所述板组件的离子与中性物质的通量比。
30.根据权利要求26-28中任一项所述的方法，其中从第一等离子体区穿过所述板组件进入所述下子室的离子与中性物质的第一通量比不同于从第二等离子体区穿过所述板组件进入所述下子室的离子与中性物质的第二通量比。
【文档编号】H01L21/67GK104465457SQ201410482626
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月19日 优先权日:2013年9月20日
【发明者】拉金德尔·迪恩赛, 南尚基, 阿列克谢·马拉赫塔诺夫, 埃里克·A·赫德森 申请人:朗姆研究公司