蚀刻方法与流程
本发明实施例涉及一种蚀刻方法，且特别关于一种使用聚焦环的蚀刻方法。
背景技术
半导体装置被使用于各种电子应用中，例如个人电脑、手机、数码相机和其他电子设备。通常通过在半导体基板上按序沉积绝缘或介电层、导电层及半导体材料层以及使用光刻和蚀刻工艺图案化各种材料层，以在半导体基板上形成电路部件和元件，进而制造半导体装置。
半导体工业不断通过持续减小最小特征部件的尺寸以改进各种电子元件(如晶体管、二极管、电阻、电容或类似物)的整合密度，这允许将更多元件整合到一给定的区域中。然而，随着最小特征部件尺寸的降低，每个使用的工艺中都会出现额外的问题，且应解决这些额外的问题。
技术实现要素：
本发明一实施例提供了一种蚀刻方法，包括：在吸盘上安装晶圆，吸盘设置在蚀刻系统的腔室中，晶圆被聚焦环包围；当蚀刻部分晶圆时，通过将聚焦环相对于晶圆的垂直位置调整到第一期望垂直位置，以将蚀刻方向调整到第一期望蚀刻方向；以及当蚀刻部分晶圆时，通过将聚焦环相对于晶圆的垂直位置调整到第二期望垂直位置，以将蚀刻方向调整到第二期望蚀刻方向，第二期望垂直位置与第一期望垂直位置不同，第二期望蚀刻方向与第一期望蚀刻方向不同。
本发明另一实施例提供了一种蚀刻方法，包括：在吸盘上放置一晶圆，吸盘设置在蚀刻系统的腔室中，吸盘被聚焦环包围；当在晶圆上进行蚀刻工艺时，通过将聚焦环相对于晶圆的垂直位置调整到第一期望垂直位置，以将在蚀刻工艺期间使用的离子方向调整到第一期望离子方向；以及当在晶圆上进行蚀刻工艺时，通过将聚焦环相对于晶圆的垂直位置调整到第二期望垂直位置，以将在蚀刻工艺期间使用的离子方向调整到第二期望离子方向，第二期望垂直位置与第一期望垂直位置不同，第二期望离子方向与第一期望离子方向不同。
本发明又一实施例提供了一种蚀刻设备，包括：腔室、吸盘、聚焦环、感测器、聚焦环控制系统以及反馈系统；吸盘是设置在腔室中，吸盘配置为用以保持晶圆；聚焦环是设置在腔室中，聚焦环包围吸盘，聚焦环配置为用以控制腔室中的离子方向；感测器是设置在腔室中，感测器配置为用以感测感测器及聚焦环间的距离；聚焦环控制系统耦接聚焦环，聚焦环控制系统配置为用以沿垂直于吸盘的主要表面的方向移动聚焦环；反馈系统耦接感测器及聚焦环控制系统，反馈系统配置为用以接收来自感测器的一检测信号以及来自一使用者的使用者产生信号的至少一者，以及送出控制信号到聚焦环控制系统。
附图说明
以下将配合说明书附图详述本发明的实施例。应注意的是，依据在业界的标准做法，多种特征并未按照比例示出且仅用以说明例示。事实上，可能任意地放大或缩小元件的尺寸，以清楚地表现出本发明的特征。
图1示出根据一些实施例的蚀刻系统的剖面图。
图2示出根据一些实施例的用于控制聚焦环的反馈回路的示意图。
图3a示出根据一些实施例的蚀刻系统的一部分的剖面图。
图3b示出根据一些实施例的蚀刻系统的一部分的剖面图。
图4示出根据一些实施例的离子角度与聚焦环的顶表面和晶圆的顶表面之间距离的关系的图表。
图5a-图5c示出根据一些实施例的制造半导体结构的各个中间阶段的剖面图。
图6a-图6d示出根据一些实施例的制造半导体结构的各个中间阶段的剖面图。
图7a-图7c示出根据一些实施例的制造半导体结构的各个中间阶段的剖面图。
图8示出根据一些实施例的操作蚀刻系统的方法的流程图。
图9示出根据一些实施例的形成半导体结构的方法的流程图。
附图标记说明：
100蚀刻系统
101腔室
103下载台
105上载台
107吸盘
109底导电板
111晶圆
113、113a、113b聚焦环
115覆盖环
117聚焦环控制系统
119顶板
121冷却板
123顶遮蔽环
125感测器
127孔洞
129激光光束
131气体供应系统
133射频系统
135部分
200反馈回路
201反馈系统
203发射激光光束
205反射激光光束
207检测信号
209控制信号
211机械连结器
213使用者产生信号
301离子方向
303a垂直内侧壁
303b非垂直内侧壁
305a垂直外侧壁
305b垂直外侧壁
401上限
403下限
405、409、413、415、417矩形标签
407、411三角形标签
500晶圆
501基板
503主动及/或被动装置
505内连线结构
5070、5071、507m-1、507m金属化层
5090、5091、509m-1、509m介电层
5110、5111、511m-1、511m导线
5130、5131、513m-1、513m导电栓塞
515蚀刻停止层
517开口
5171下部
5172上部
519部分
521、523轴
600晶圆
601基底层
603目标层
605掩模
607、611、615、619、707、711、715开口
609、613、617、709、713箭号
700晶圆
701基底层
703目标层
703a未蚀刻部分
705掩模
717栅极结构
7171下部
7172上部
800方法
801、803、805、807、809、811、813、901、903、905、907步骤
900方法
d1、d2内径
h1、h2高度
l1距离(间隙)
l2距离
w1、w2、w3、w4、w5宽度
α、β、θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6角度
具体实施方式
以下公开许多不同的实施方法或是范例来实行所提供的标的的不同特征，以下描述具体的元件及其排列的实施例以阐述本发明。当然这些实施例仅用以例示，且不该以此限定本发明的范围。举例来说，在说明书中提到第一特征部件形成于第二特征部件之上，其包括第一特征部件与第二特征部件是直接接触的实施例，另外也包括于第一特征部件与第二特征部件之间另外有其他特征的实施例，亦即，第一特征部件与第二特征部件并非直接接触。此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示，这些重复仅为了简单清楚地叙述本发明，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。
此外，其中可能用到与空间相关用词，例如“在…下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词，这些空间相关用词为了便于描述图示中一个(些)元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系，这些空间相关用词包括使用中或操作中的装置的不同方位，以及附图中所描述的方位。当装置被转向不同方位时(旋转90度或其他方位)，则其中所使用的空间相关形容词也将依转向后的方位来解释。
以下根据各种实施例描述用于半导体装置的制造工具。具体来说，制造工具可以是具有聚焦环的蚀刻系统，上述聚焦环包围正被处理的晶圆。在一些实施例中，蚀刻系统的聚焦环被配置为在蚀刻工艺期间相对于晶圆垂直移动。在一些实施例中，蚀刻系统可以包括感测器及反馈系统，感测器配置成用以感测聚焦环的垂直位置，反馈系统配置成用以基于感测到的垂直位置调整聚焦环相对于晶圆的垂直位置。调整聚焦环相对于晶圆的垂直位置允许了动态地控制在蚀刻工艺期间使用的离子方向。在各种实施例中，通过相对于晶圆移动聚焦环以控制离子方向，可允许改善半导体结构的各种特征部件之间(如半导体装置的导孔与内连线结构的下层导电特征之间)的重叠(overlay)控制。本文讨论的各种实施例还允许了动态地控制在蚀刻工艺期间使用的离子方向，以形成具有期望的蚀刻轮廓和尺寸的特征部件。
图1示出根据一些实施例的蚀刻系统100的剖面图。在一些实施例中，蚀刻系统100包括腔室101，上述腔室101为真空腔室。蚀刻系统100包括腔室101中的下载台103和上载台105。下载台103包括吸盘107及位于吸盘107下的底导电板109。在所示出的实施例中，吸盘107是静电吸盘。在其他实施例中，吸盘107可以是真空吸盘或类似物。要被蚀刻的晶圆111放置在吸盘107上并被吸盘107固定。下载台103还包括聚焦环113、覆盖环115和聚焦环控制系统117。在一些实施例中，聚焦环113在平面图中具有环形的形状并包围晶圆111。在一些实施例中，可以由硅、碳化硅、石英、或其组合或类似物形成聚焦环113。在一些实施例中，覆盖环115在平面图中也具有环形的形状，并包围聚焦环113。在一些实施例中，可以由石英或类似物形成覆盖环115。在一些实施例中，聚焦环控制系统117包括例如伺服马达(servomotor)的致动器。聚焦环控制系统117被机械地耦接到聚焦环113并被配置为用以调整聚焦环113相对于晶圆111的垂直位置。
上载台105包括顶板119、顶板119上方的冷却板121以及包围顶板119的顶遮蔽环123。顶板119和晶圆111限定其之间的空间，在上述空间中引入用于蚀刻晶圆111的工艺气体。在一些实施例中，顶板119与晶圆111重叠，并且可以具有至少等于或大于晶圆111的面积。在一些实施例中，顶板119在平面图中具有圆形的形状。在一些实施例中，冷却板121由具有良好导热率的材料形成，上述材料可为例如铝或铝合金的金属材料。在一些实施例中，冷却板121是中空的。在冷却板121内部形成导管以允许冷却剂流过(如冷空气、水、油或类似物)，使得热量可从顶板119传导走。在一些实施例中，冷却板121可与顶板119物理接触。在一些实施例中，冷却板121在平面图中可具有圆形的形状。在一些实施例中，顶遮蔽环123在平面图中可具有环形的形状。在一些实施例中，可由石英或类似物形成顶遮蔽环123。
在一些实施例中，上载台105还包括置于顶板119与冷却板121之间的感测器125。在一些实施例中，感测器125是配置为用以感测聚焦环113的垂直位置。在一些实施例中，感测器125可以配置为用以感测感测器125和聚焦环113之间的距离。在一些实施例中，感测器125是激光感测器。在这种实施例中，顶板119可包括孔洞127，以允许激光光束129的畅通传输(unimpededtransmission)。在一些实施例中，蚀刻系统100还包括反馈系统(未示出)。反馈系统与聚焦环113、聚焦环控制系统117和感测器125组合形成反馈回路，以动态地控制聚焦环113的垂直位置。根据一些实施例，图2中示出这种反馈回路200的示意图。
参照图2，反馈回路200包括聚焦环113、聚焦环控制系统117、感测器125和反馈系统201。在感测器125是激光感测器的一些实施例中，发射激光光束203是朝向聚焦环113的顶表面通过感测器125所发射，并且感测器125接收从聚焦环113的顶表面反射的反射激光光束205。基于发射激光光束203和反射激光光束205，感测器125感测聚焦环113的垂直位置(或感测器125与聚焦环113之间的距离)，并产生检测信号207。在一些实施例中，反馈系统201接收由感测器125产生的检测信号207。在其他实施例中，反馈系统201接收由用户基于聚焦环113的期望垂直位置(或感测器125与聚焦环113之间的期望距离)生成的使用者产生信号213。在其他实施例中，反馈系统201接收检测信号207和使用者产生信号213。基于检测信号207和使用者产生信号213中的至少一者，反馈系统201产生控制信号209。在一些实施例中，聚焦环控制系统117接收控制信号209，并利用聚焦环控制系统117与聚焦环113之间的机械连结器211来调整聚焦环113的垂直位置。在一些实施例中，聚焦环113的垂直位置基于由反馈系统201生成的控制信号209进行调整。在一些实施例中，反馈系统201可以设置在腔室101(参照图1)内。在一些实施例中，反馈系统201可以设置在腔室101(参照图1)外。
再次参照图1，蚀刻系统100还包括气体供应系统131和射频(radiofrequency，rf)系统133。在一些实施例中，气体供应系统131连接到上载台105并配置用以将期望的工艺气体混合物引入到顶板119和晶圆111之间的空间中。在一些实施例中，射频系统133耦接到下载台103的底导电板109，其被配置为从气体供应系统131提供的工艺气体混合物在顶板119和晶圆111之间的空间中产生等离子体。
图3a示出根据一些实施例的蚀刻系统100的部分135(参照图1)的剖面图。在一些实施例中，可调整聚焦环113a的垂直位置，以调整用于蚀刻晶圆111的等离子体的离子方向301。蚀刻方向是通过调整离子方向301而被调整。通过调整晶圆111的顶表面与聚焦环113a的顶表面之间的距离(间隙)l1，调整离子方向301与晶圆111的顶表面之间形成的角度θ1。在一些实施例中，聚焦环113a可以具有垂直内侧壁303a和垂直外侧壁305a，使得聚焦环113a在剖面图中可以具有矩形的形状。在一些聚焦环113a在平面图具有环形的形状的实施例中，聚焦环113a可具有介于约302mm到约314mm之间的内径d1。在一些实施例中，聚焦环113a具有介于约20mm到约30mm之间的宽度w1。在聚焦环113a在平面图具有环形的形状的一些实施例中，宽度w1等于聚焦环113a的内径与外径的差。
图3b示出根据一些实施例的蚀刻系统100的部分135(参照图1)的剖面图。在一些实施例中，可调整聚焦环113b的垂直位置，以调整等离子体的离子方向301。蚀刻方向是通过调整离子方向301而调整。通过调整晶圆111的顶表面与聚焦环113b的顶表面之间的距离(间隙)l1，离子方向301与晶圆111的顶表面形成角度θ1。在一些实施例中，聚焦环113b可以具有非垂直内侧壁303b和垂直外侧壁305b，使得聚焦环113b在剖面图中可以具有梯形的形状。在一些实施例中，聚焦环113b的非垂直内侧壁303b与聚焦环113b的底表面形成角度α。在一些实施例中，角度α可以介于约30度与约60度之间。在聚焦环113b在平面图具有环形的形状的一些实施例中，聚焦环113b可具有介于约302mm到约314mm之间的内径d2。在一些实施例中，聚焦环113b的顶表面具有介于约10mm到约15mm之间的宽度w2。在一些实施例中，聚焦环113b的底表面具有介于约20mm到约30mm之间的宽度w3。
图4示出根据一些实施例的离子角度θ1相对于聚焦环113的顶表面和晶圆111的顶表面(参照图1、图3a及图3b)之间的距离l1的关系的曲线图。负值的距离l1(参照图3a及图3b)表示聚焦环113的顶表面低于晶圆111的顶表面，而正值的距离l1表示聚焦环113的顶表面高于晶圆111的顶表面。矩形标签405示出具有内径约为302mm的垂直内侧壁的聚焦环的角度θ1对距离l1的依赖关系。三角形标签407示出具有内径约为304mm的非垂直内侧壁的聚焦环的角度θ1对距离l1的依赖关系。矩形标签409示出具有内径约为304mm的垂直内侧壁的聚焦环的角度θ1对距离l1的依赖关系。三角形标签411示出具有内径约为306mm的非垂直内侧壁的聚焦环的角度θ1对距离l1的依赖关系。矩形标签413示出具有内径约为306mm的垂直内侧壁的聚焦环的角度θ1对距离l1的依赖关系。矩形标签415示出具有内径约为310mm的垂直内侧壁的聚焦环的角度θ1对距离l1的依赖关系。矩形标签417示出具有内径约为314mm的垂直内侧壁的聚焦环的角度θ1对距离l1的依赖关系。
进一步参照图4，在一些实施例中，距离l1可以如上参照图1及图2所述进行调整，使得角度θ1的角度接近90度。在一些实施例中，可以将角度θ1调整为在由下限(lowerlimit，ll)403和上限(upperlimit，ul)401定义的范围内接近90度。由如图4所示的下限(ll)403和上限(ul)401定义的范围的目的仅用于说明，而非用于限制。在其他实施例中，取决于设计要求，可以将角度θ1调整为在更窄或更宽范围内接近90度。在一些实施例中，在不改变聚焦环的形状的情况下增加聚焦环的内径(例如大于约306mm的内径)可能不利于将角度θ1调节到介于下限(ll)403和上限(ul)401间的期望范围间。在一些实施例中，对于具有相同直径的聚焦环来说，具有非垂直内侧壁的聚焦环(如图3b中所示的聚焦环113b)相较于具有垂直内侧壁的聚焦环(例如图3a中所示的聚焦环113a)，可允许对角度θ1进行更大的控制。
在一些实施例中，具有不同于90度的角度θ1(参照图3a和图3b)的离子可导致半导体结构的各种特征部件之间(如介于半导体装置的内连线结构的导电通孔和下面的导电特征部件之间)的重叠偏移。重叠偏移在晶圆111的边缘处可能更明显(见图3a及图3b)。如下参照图5a-图5c所更详细地描述的，通过将离子角度θ1(参照图3a及图3b)调整为接近90度，可减少或消除半导体结构的各种特征部件之间的重叠偏移。此外，如下参照图6a-图6d和图7a-图7c所更详细地描述的，通过在蚀刻工艺期间动态地控制离子角度θ1，可形成半导体结构的各种特征部件的期望的蚀刻轮廓。
图5a-图5c示出根据一些实施例的制造半导体结构的各个中间阶段的剖面图。参照图5a，其示出晶圆500的一部分。晶圆500可为集成电路制造工艺的中间结构。在一些实施例中，晶圆500可以包括基板501。基板501可以包括例如块体硅、可为掺杂或未掺杂的、或为绝缘体上半导体(semiconductor-on-insulator，soi)基板的主动层。通常，绝缘体上半导体基板包括在绝缘层上形成的如硅之类的半导体材料层。绝缘层可为例如埋氧(buriedoxide，box)层或氧化硅层。绝缘层是设置在基板上，如硅或玻璃基板。或者，基板501可包括如锗的其他元素半导体、包括碳化硅、砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟及/或锑化铟的化合物半导体、包括sige、gaasp、alinas、algaas、gainas、gainp及/或gainasp的合金半导体、或其组合。也可使用其他基板，例如多层或梯度基板。
在一些实施例中，在基板501上形成一或多个主动及/或被动装置503。一或多个主动及/或被动装置503可包括各种n型金属氧化物半导体(n-typemetal-oxidesemiconductor，nmos)及/或p型金属氧化物半导体(p-typemetal-oxidesemiconductor，pmos)装置，如晶体管、电容、电阻、二极管、光二极管、熔断器或类似物。本领域的普通技术人士将理解，提供上述范例的目的仅用于说明，并非意于以任何方式限制本公开。其他电路也可适用于所给定的应用。
在一些实施例中，在一或多个主动及/或被动装置503以及基板501上方形成内连线结构505。内连线结构505将一或多个主动及/或被动装置503电性互连以形成晶圆500中的功能电路。内连线结构505可包括一或多层金属化层5070至507m，其中上述一或多层金属化层5070至507m的数目是m+1。在一些实施例中，m的值可以根据所得到的半导体结构的设计规格而变化。
上述一或多层金属化层5070至507m分别包括一或多层介电层5090至509m。在一些实施例中，介电层5090是层间介电(inter-layerdielectric，ild)层，并且介电层5091至509m是金属间介电(inter-metaldielectric，imd)层。层间介电层和金属间介电层可包括具有例如低于约4.0或甚至2.0的介电常数(kvalues)的低介电常数介电材料(low-kdielectricmaterials)，上述介电材料设置在这种导电特征部件之间。在一些实施例中，可以由例如磷硅酸盐玻璃(phosphosilicateglass，psg)、硼磷硅酸盐玻璃(borophosphosilicateglass，bpsg)、氟硅酸盐玻璃(fluorosilicateglass，fsg)、sioxcy、旋转涂布玻璃(spin-on-glass)、旋转涂布聚合物(spin-on-polymers)、硅碳材料、其化合物、其复合物、其组合或类似物，以任何合适的方法，如旋转涂布(spin-oncoating)、化学气相沉积(chemicalvapordeposition，cvd)、等离子体增强化学气相沉积(plasma-enhancedcvd，pecvd)或类似物形成层间介电层和金属间介电层。
在一些实施例中，可以在介电层5090至509m中的相邻介电层间形成蚀刻停止层(etchstoplayer，esl)(未示出)。在所示出的实施例中，在介电层509m-1和509m之间形成这种蚀刻停止层515。蚀刻停止层有助于将介电层5090至509m图案化，以在介电层5090至509m中形成开口。用于蚀刻停止层的材料是选择为使得蚀刻停止层的蚀刻速率小于在介电层5090至509m中对应的介电层的蚀刻速率。在一实施例中，蚀刻停止层515的蚀刻速率小于介电层509m的蚀刻速率。在一些实施例中，蚀刻停止层515可包括一或多层介电材料。适合的介电材料可包括氧化物(例如氧化硅、氧化铝或类似物)、氮化物(例如sin或类似物)、氮氧化物(例如sion或类似物)、碳氧化物(例如sioc或类似物)、碳氮化物(如sicn或类似物)、其组合或类似物，并且可使用旋转涂布、化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积(atomiclayerdeposition，ald)、其组合或类似物来形成。
在一些实施例中，金属化层5070还包括介电层5090中的导电栓塞5130，且金属化层5071至507m-1还包括一或多条导电内连线，例如分别位在介电层5091至509m-1内的导线5111至511m-1和导孔5131至513m-1。导电栓塞5130将一或多个主动及/或被动装置503电性耦接到导线5111至511m-1及导孔5131至513m-1。如下所更详细地描述的，导线511m和导孔513m在介电层509m中形成(参照图5b及图5c)。
在一些实施例中，可以使用任何合适的方法形成导电栓塞5130、导线5111至511m-1及导孔5131至513m-1，例如镶嵌方法(damascenemethod)、双镶嵌方法(dualdamascenemethod)或类似物。导电栓塞5130、导线5111至511m-1和导孔5131至513m-1可以包括如铜、铝、钨及其组合或类似物的导电材料。导电栓塞5130、导线5111至511m-1和导孔5131至513m-1可以还包括一或多层阻障层/粘合层(未示出)以保护相应的介电层5090至509m-1免于扩散并且金属中毒。上述一或多层阻障层/粘合层可包括钛、氮化钛、钽、氮化钽或类似物，且可通过物理气相沉积(physicalvapordeposition，pvd)、化学气相沉积、原子层沉积或类似工艺所形成。在一实施例中，用于形成导电栓塞5130、导线5111至511m-1和导孔5131至513m-1的步骤可包括在相应的介电层5090至509m-1中形成开口、在上述开口中沉积阻障层/粘合层、将合适的导电材料的晶种层沉积在上述阻障层/粘合层上、以及用合适的导电材料填充开口，例如通过镀层或其他合适的方法。然后进行化学机械研磨(chemicalmechanicalpolishing，cmp)以去除过量填充开口的多余材料。
进一步参照图5a，将介电层509m图案化，以在介电层509m中形成开口517。在一些实施例中，可使用合适的蚀刻工艺(如非等向性(anisotropic)干蚀刻工艺)图案化介电层509m。在一些实施例中，可将晶圆500引入蚀刻系统的腔室中(例如上面参照图1所描述的蚀刻系统100的腔室101)以供进一步处理。在一些实施例中，可以将晶圆500放置并固定在吸盘上，例如上面参照图1所描述的吸盘107。在一些实施例中，调整用于蚀刻晶圆500的等离子体的离子方向，使得上述离子方向实质上垂直晶圆500的蚀刻表面(或介电层509m的顶表面)。在一些实施例中，调整离子方向使得离子方向与晶圆500的蚀刻表面形成大约在90度的期望范围内的角度。在一些实施例中，可通过调整如上面参照图1、图2、图3a、图3b及图4所述的聚焦环(如上面参照图1所描述的聚焦环113)的垂直位置来调整离子方向。通过以这种方式形成开口517，可减少或消除开口517(以及随后形成的开口517中的导线511m和导孔513m)与下面的导线511m-1之间的重叠偏移。在一些实施例中，由于开口517与下面的导线511m-1之间的重叠偏移，开口517的一部分可以延伸到下面的导线511m-1的顶表面下方的介电层509m-1中。
在一些实施例中，开口517可以包括下部5171和上部5172。下部5171也可以被称为导孔开口5171。上部5172也可以被称为导线开口/沟槽5172。在一些实施例中，可使用先导孔工艺(via-firstprocess)或先沟槽工艺(trench-firstprocess)以形成开口517。在使用先导孔工艺的一些实施例中，下部5171是在上部5172之前所形成。在使用先沟槽工艺的一些实施例中，上部5172是在下部5171之前所形成。
参照图5b，开口517(参照图5a)填充了合适的导电材料以形成导线511m和导孔513m。合适的导电材料可以包括铜、铝、钨、其组合、其合金或类似物。导线511m和导孔513m还可以包括一或多层阻障层/粘合层(未示出)以保护介电层509m免于扩散和金属中毒。上述一或多层阻障层/粘合层可以包括钛、氮化钛、钽、氮化钽或类似物，并且可以通过物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉或类似工艺所形成。在一些实施例中，用于形成导线511m和导孔513m的步骤可包括在开口517的侧壁和底部上沉积一或多层阻障层/粘合层、在一或多层阻障层/黏合层上沉积合适的导电材料的晶种层、以及用合适的导电材料填充开口517，例如通过镀层或其他合适的方法。随后，去除过量填充开口517的多余材料以露出介电层509m的顶表面。在一些实施例中，可以使用化学机械研磨工艺、研磨工艺、蚀刻工艺、类似工艺或其组合以去除多余的材料。
在一些实施例中，金属化层507m可以是内连线结构505最后的金属化层，并且金属化层507m的形成完成了内连线结构505的形成。在其他实施例中，金属化层507m可以是内连线结构505的中间金属化层。在这种实施例中，在金属化层507m上形成额外的金属化层，直到完成内连线结构505的形成。在一些实施例中，在内连线结构505的形成完成之后，可以在晶圆500上执行进一步的工艺步骤。上述进一步的工艺步骤可包括在内连线结构505上形成接触垫和一或多层钝化层、在接触垫上形成凸点下金属化垫层(under-bumpmetallizations，ubm)以及在凸点下金属化垫层上形成连接。随后，晶圆500可以被分割成单独的晶粒，其可进一步接受各种封装工艺。
图5c示出根据一些实施例的图5b中所示的晶圆500的部分519。在一些实施例中，由于导孔513m和下面的导线511m-1之间的重叠偏移，导孔513m的轴521可与下面的导线511m-1的轴523分隔开距离l2。在一些实施例中，距离l2可以介于约3nm到约8nm之间。由于导孔513m与下方的导线511m-1之间的重叠偏移，导孔513m可能具有不均匀的高度。在一些实施例中，导孔513m可以在介电层509m-1正上方具有高度h1，并且在导线511m-1正上方具有高度h2。在一些实施例中，高度h1可以介于大约
图6a-图6d示出根据一些实施例的制造半导体结构的各种中间阶段的剖面图。参照图6a，其示出了晶圆600的一部分。晶圆600可以是集成电路制造工艺的中间结构。在一些实施例中，晶圆600可以包括基底层601、基底层601上的目标层603和目标层603上的掩模605。基底层601可以包括基板。在一些实施例中，可以使用与上面参照图5a描述的基板501相似的材料和方法形成基底层601的基板，并且于此不再重复赘述。在一些实施例中，基底层601可包括基板的下部，并且目标层603可为基板的上部。在这种实施例中，基板的上部可以被图案化以形成例如隔离结构的开口。
在一些实施例中，基底层601可还包括在基板上形成的一或多个主动及/或被动装置。在一些实施例中，上述基底层601的一或多个主动及/或被动装置可以类似于上面参照图5a所描述的一或多个主动及/或被动装置503，并且于此不再重复赘述。在一些实施例中，基底层601可还包括在一或多个主动及/或被动装置以及基板上所形成的内连线结构。在一些实施例中，基底层601的内连线结构可以使用与上面参照图5a描述的内连线结构505相似的材料和方法形成，并且于此不再重复赘述。在一些实施例中，目标层603可以是内连线结构的层间介电层。在这种实施例中，可将目标层603图案化，以形成用于导电接点的开口，上述导电接点提供连接到一或多个主动及/或被动装置的电性连接。在其他实施例中，目标层603可以是内连线结构的金属间介电层。在这种实施例中，可以将目标层603图案化，以形成用于内连线结构的相应金属化层的导电特征部件(例如导线和通孔)的开口。
掩模605可为包括一或多层氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氮化硅、其组合或类似物的硬掩模层，并且可以使用任何合适的工艺如热氧化、热氮化、原子层沉积、物理气相沉积、化学气相沉积、其组合或类似物所形成。在一些实施例中，将掩模605图案化，以在掩模605中形成开口607。在一些实施例中，可使用可接受的光刻和蚀刻技术来图案化掩模605以形成开口607。
参照图6b，将晶圆600引入蚀刻系统的腔室中(例如上面参照图1所描述的蚀刻系统100的腔室101)以供进一步处理。在一些实施例中，可以将晶圆600放置并固定在腔室内的吸盘上(例如上面参照图1所描述的吸盘107)。在一些实施例中，使用掩模605作为蚀刻掩模来蚀刻目标层603。在一些实施例中，调整用于蚀刻晶圆500的等离子体的离子方向(由箭号609示出)，使得离子方向(由箭号609示出)与晶圆500的蚀刻表面(或目标层603的顶表面)形成角度θ2。因此，调整了蚀刻工艺的蚀刻方向。在一些实施例中，角度θ2可为大约90度。在一些实施例中，可以通过调整聚焦环(如图1中所示的聚焦环113)的垂直位置来调整离子方向(由箭号609示出)，如上面参照图1、图2、图3a、图3b及图4所述，并且于此不再重复赘述。在一些实施例中，在调整离子方向之后，将目标层603蚀刻第一时间间隔，以在目标层603中形成开口611。
参照图6c，在目标层603中形成开口611(参照图6b)之后，调整离子方向(由箭号613示出)，使得离子方向(由箭号613示出)形成与晶圆500的蚀刻表面(或目标层603的顶表面)之间的角度θ3。因此，调整了蚀刻工艺的蚀刻方向。在一些实施例中，角度θ3可以与角度θ2不同。在一些实施例中，角度θ3可以小于约90度。在一些实施例中，离子方向可以通过如上面参照图1、图2、图3a、图3b及图4所述以调整聚焦环(如图1中所示的聚焦环113)的垂直位置来进行调整，并且于此不再重复赘述。在一些实施例中，在调整离子方向之后，将目标层603蚀刻第二时间间隔，以重塑开口611(参照图6b)并在目标层603中形成开口615。在一些实施例中，第二时间间隔可以不同于第一时间间隔。在其他实施例中，第二时间间隔可以与第一时间间隔实质相同。
参照图6d，在形成目标层603中的开口615(参照图6c)之后，调整离子方向(由箭号617示出)，使得离子方向(由箭号617示出)与晶圆600的蚀刻表面(或目标层603的顶表面)之间形成角度θ4。因此，调整了蚀刻工艺的蚀刻方向。在一些实施例中，角度θ4可以与角度θ2和θ3不同。在一些实施例中，角度θ4可以大于约90度。在一些实施例中，离子方向可以通过如上面参照图1、图2、图3a、图3b及图4所述以调整聚焦环(如图1中所示的聚焦环113)的垂直位置来进行调整，并且于此不再重复赘述。在一些实施例中，在调整离子方向之后，将目标层603蚀刻第三时间间隔，以重塑开口615(参照图6c)并在目标层603中形成开口619。在一些实施例中，第三时间间隔可以与第一时间间隔和第二时间间隔不同。在其他实施例中，第三时间间隔可以实质上与第一时间间隔和第二时间间隔相同。通过如上所述在蚀刻工艺期间动态调整离子方向，形成了具有期望轮廓和期望尺寸的开口615。
在目标层603中形成开口619之后，可以在晶圆600上执行进一步的工艺步骤。在一些实施例中，可用合适的材料填充开口619。在目标层603是基板的上部的一些实施例中，开口619可以填充合适的介电材料以在开口619中形成隔离区。在目标层603是层间介电层或金属间介电层的一些实施例中，可在开口619中填充合适的导电材料，以在开口619中形成导电特征部件。
图7a-图7c示出根据一些实施例的制造半导体结构的各种中间阶段的剖面图。参照图7a，其示出了晶圆700的一部分。晶圆700可以是集成电路制造工艺的中间结构。在一些实施例中，晶圆700可以包括基底层701、在基底层701上的目标层703和在目标层703上的掩模705。在一些实施例中，基底层701、目标层703、以及掩模705可以使用与上面参照图6a所描述的基底层601、目标层603和掩模605相似的材料和方法所形成，并且于此不再重复赘述。在一些实施例中，图案化掩模705，以在掩模705中形成多个开口707。在一些实施例中，可以使用可接受的光刻和蚀刻技术图案化掩模705，以形成开口707。在一些实施例中，目标层703可包括例如多晶硅的导电材料。在这种实施例中，可将目标层703图案化以形成多个栅极结构，如下面所更详细描述的(参照图7b及图7c)。
参照图7b，将晶圆700引入蚀刻系统的腔室中(例如上面参照图1描述的蚀刻系统100的腔室101)以供进一步处理。在一些实施例中，晶圆700可以放置并固定在腔室内的吸盘上(例如上面参照图1描述的吸盘107)。在一些实施例中，使用掩模705作为蚀刻掩模来蚀刻目标层703。在一些实施例中，调整用于蚀刻晶圆700的等离子体的离子方向(由箭号709示出)，使得离子方向(由箭号709示出)与晶圆700的蚀刻表面(或目标层703的顶表面)之间形成角度θ5。因此，调整了蚀刻工艺的蚀刻方向。在一些实施例中，角度θ5可为大约90度。在一些实施例中，离子方向可以通过如上面参照图1、图2、图3a、图3b及图4所述以调整聚焦环(如图1中所示的聚焦环113)的垂直位置来进行调整，并且于此不再重复赘述。在一些实施例中，在调整离子方向之后，将目标层703蚀刻第一时间间隔，以在目标层703的未蚀刻部分703a之间形成目标层703中的多个开口711。目标层703的未蚀刻部分703a具有宽度w6。
参照图7c，在目标层703中形成开口711(参照图7b)之后，调整离子方向(由箭号713示出)，使得离子方向(由箭号713示出)与晶圆700的蚀刻表面(或目标层703的顶表面)之间形成角度θ6。因此，调整了蚀刻工艺的蚀刻方向。在一些实施例中，角度θ6可以与角度θ5不同。在一些实施例中，角度θ6可以小于约90度。在其他实施例中，角度θ6可以大于约90度。在一些实施例中，离子方向可以通过如上面参照图1、图2、图3a、图3b及图4所述以调整聚焦环(如图1中所示的聚焦环113)的垂直位置来进行调整，并且于此不再重复赘述。在一些实施例中，在调整离子方向之后，将目标层703蚀刻第二时间间隔以重塑开口711(参照图7b)并且在目标层703中形成多个开口715。在一些实施例中，第二时间间隔可与第一时间间隔不同。在其他实施例中，第二时间间隔可与第一时间间隔实质相同。在一些实施例中，开口715的宽度大于开口711的宽度(参照图7b)。
进一步参照图7c，在目标层703是由导电材料所形成的一些实施例中，插入在相邻开口715之间的目标层703的一部分形成多个栅极结构717。在所示出的实施例中，栅极结构717的下部7171具有实质上垂直的侧壁，栅极结构717的上部7172具有非垂直的侧壁。通过如上所述在蚀刻工艺期间动态调整离子方向，栅极结构717可以形成为具有期望的轮廓和尺寸。在一些实施例中，栅极结构717的宽度w7小于目标层703的未蚀刻部分703a的宽度w6(见图7b)。
图8示出示出根据一些实施例的操作蚀刻系统的方法800的流程图。方法800从步骤801开始，其中蚀刻系统(例如图1中所示的蚀刻系统100)的激光感测器(例如图1和图2中所示的激光感测器125)朝向聚焦环(如图1及图2中示出的聚焦环113)发射一发射激光光束(例如图2中所示的发射激光光束203)，聚焦环包围晶圆(如图1所示的晶圆111)，如上面参照图1和图2所描述。在步骤803中，激光感测器接收如上面参照图1及图2所述的从聚焦环反射的反射激光光束(例如图2中所示的反射激光光束205)。在步骤805中，激光感测器基于如上参照图1及图2所述的发射激光光束和反射激光光束产生检测信号(如图2中所示的检测信号207)。在步骤807中，蚀刻系统的反馈系统(如图2中示出的反馈系统201)接收检测信号及使用者产生信号(如图2中所示的使用者产生信号213)中的至少一者，上述使用者产生信号是由使用者基于聚焦环的期望垂直位置所生成，如上面参照图1及图2所述。在步骤809中，反馈系统基于感测信号和使用者产生信号中的至少一者来生成控制信号，如上面参照图1及图2所述。在步骤811中，蚀刻系统的聚焦环控制系统(例如图1及图2中所示出的聚焦环控制系统117)接收如上参照图1及图2所述的控制信号。在步骤813中，聚焦环控制系统基于控制信号来调整聚焦环相对于晶圆的垂直位置，如上面参照图1及图2所述。
图9示出示出根据一些实施例的形成半导体结构的方法900的流程图。方法900从步骤901开始，其中晶圆(例如图6a中所示的晶圆600)被放置在蚀刻系统(例如图1所示的蚀刻系统100)的腔室(例如图1中示出的腔室101)内的吸盘上(例如图1中示出的吸盘107)，如上面参照图6b所述。在一些实施例中，晶圆被聚焦环(如图1中所示的聚焦环113)包围。在步骤903中，如上面参照第6b-6d图所述，蚀刻部分晶圆。在步骤905中，当蚀刻部分晶圆时，聚焦环相对于晶圆垂直移动到第一垂直位置，以将离子方向调整到第一方向(例如图6b中所示的方向609)，如上参照图6b所述。在步骤907中，当蚀刻部分晶圆时，聚焦环相对于晶圆垂直移动到第二垂直位置，以将离子方向调整到第二方向(如图6c中所示的方向613)，如上参照图6c所述。在一些实施例中，第一垂直位置与第二垂直位置不同。在一些实施例中，第一方向与第二方向不同。
根据一实施例，提供了一种蚀刻方法，包括：在吸盘上安装晶圆，吸盘设置在蚀刻系统的腔室中，晶圆被聚焦环包围；当蚀刻部分晶圆时，通过将聚焦环相对于晶圆的垂直位置调整到第一期望垂直位置，以将蚀刻方向调整到第一期望蚀刻方向；以及当蚀刻部分晶圆时，通过将聚焦环相对于晶圆的垂直位置调整到第二期望垂直位置，以将蚀刻方向调整到第二期望蚀刻方向，第二期望垂直位置与第一期望垂直位置不同，第二期望蚀刻方向与第一期望蚀刻方向不同。在一些实施例中，将聚焦环相对于晶圆的垂直位置调整到第一期望垂直位置包括：通过蚀刻系统的感测器以感测感测器及聚焦环间的距离；通过感测器基于上述距离产生检测信号；通过蚀刻系统的反馈系统接收检测信号及使用者产生信号中的至少一者，使用者产生信号是使用者基于第一期望垂直位置所产生；通过反馈系统基于检测信号及使用者产生信号中的至少一者产生控制信号；以及基于控制信号将聚焦环移动到第一期望垂直位置。在一实施例中，感测器是激光感射器，且其中感测上述感测器及聚焦环间的距离包括：通过激光感测器朝向聚焦环发射一发射激光光束；以及通过激光感测器接收从聚焦环反射的反射激光光束。在一实施例中，感测器是设置在蚀刻系统的腔室中。在一实施例中，将蚀刻方向调整到第一期望蚀刻方向包括将离子方向调整到第一期望离子方向。在一实施例中，将蚀刻方向调整到第二期望蚀刻方向包括将离子方向调整到第二期望离子方向，第二期望离子方向与第一期望离子方向不同。在一实施例中，聚焦环具有非垂直内侧壁。
根据另一实施例，提供了一种蚀刻方法，包括：在吸盘上放置一晶圆，吸盘设置在蚀刻系统的腔室中，吸盘被聚焦环包围；当在晶圆上进行蚀刻工艺时，通过将聚焦环相对于晶圆的垂直位置调整到第一期望垂直位置，以将在蚀刻工艺期间使用的离子方向调整到第一期望离子方向；以及当在晶圆上进行蚀刻工艺时，通过将聚焦环相对于晶圆的垂直位置调整到第二期望垂直位置，以将在蚀刻工艺期间使用的离子方向调整到第二期望离子方向，第二期望垂直位置与第一期望垂直位置不同，第二期望离子方向与第一期望离子方向不同。在一实施例中，将聚焦环相对于晶圆的垂直位置调整到第一期望垂直位置包括：感测聚焦环的感测垂直位置；以及基于感测垂直位置及第一期望垂直位置移动聚焦环。在一实施例中，感测聚焦环的感测垂直位置包括：通过激光感测器朝向聚焦环发射一发射激光光束；以及通过激光感测器接收从聚焦环反射的反射激光光束。在一实施例中，激光感测器是设置在蚀刻系统的腔室中。在一实施例中，基于感测垂直位置及第一期望垂直位置移动聚焦环包括：通过激光感测器基于感测垂直位置产生检测信号；通过反馈系统，基于第一期望垂直位置接收检测信号及使用者产生信号的至少一者；通过反馈系统基于检测信号及使用者产生信号的至少一者产生控制信号；以及通过聚焦环控制系统接收控制信号。在一实施例中，聚焦环控制系统是制动器，设置在蚀刻系统的腔室中。在一实施例中，反馈系统是设置在蚀刻系统的腔室中。
根据又一实施例，提供了一种蚀刻设备，包括：腔室、吸盘、聚焦环、感测器、聚焦环控制系统以及反馈系统；吸盘是设置在腔室中，吸盘配置为用以保持晶圆；聚焦环是设置在腔室中，聚焦环包围吸盘，聚焦环配置为用以控制腔室中的离子方向；感测器是设置在腔室中，感测器配置为用以感测感测器及聚焦环间的距离；聚焦环控制系统耦接聚焦环，聚焦环控制系统配置为用以沿垂直于吸盘的主要表面的方向移动聚焦环；反馈系统耦接感测器及聚焦环控制系统，反馈系统配置为用以接收来自感测器的一检测信号以及来自一使用者的使用者产生信号的至少一者，以及送出控制信号到聚焦环控制系统。在一实施例中，使用者产生信号是基于感测器及聚焦环间的期望距离。在一实施例中，感测器是激光感测器。在一实施例中，激光感测器配置为用以朝聚焦环发射一发射激光光束，以及接收从聚焦环反射的反射激光光束。在一些实施例中，聚焦环控制系统是制动器。在一些实施例中，反馈系统是设置在腔室中。
上述内容概述许多实施例的特征，因此任何所属技术领域中技术人员，可更加理解本发明。任何所属技术领域中技术人员，可能无困难地以本发明为基础，设计或修改其他工艺及结构，以达到与本发明实施例相同的目的及/或得到相同的优点。任何所属技术领域中技术人员也应了解，在不脱离本发明的构思和范围内做不同改变、代替及修改，这些等效的创造并没有超出本发明的构思及范围。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！