通过rf脉冲形状进行离子能量控制的制作方法
【技术领域】
[0001]本实施方式涉及用于通过射频(RF)脉冲形状进行离子能量控制的系统和方法。
【背景技术】
[0002]使用等离子体系统蚀刻晶片。晶片是由半导体材料制成的并在电子产品中使用以制造集成电路的衬底。在晶片上执行各种操作(例如，蚀刻、掺杂、离子注入、沉积、光刻图案化，等)以在晶片上形成集成电路。然后集成电路被划片和封装。
[0003]当前的高深宽比(HAR)接触蚀刻技术(例如，HAR>50:1，等)使用显著低的射频(RF)信号，以产生高能量离子。然而，高离子能量导致显著的掩模损失。
[0004]此外，使用低和高的功率的等离子体能量机制，脉冲等离子体由于较好的掩模选择性通常被使用以沉积聚合物和蚀刻触头。使用低功率量沉积聚合物，使用高功率量蚀刻触头。然而，例如，当2兆赫(MHz)等离子体不产生低能离子或少量低能离子等等时，在高功率脉冲期间损失大多数的掩模。
[0005]在这样的背景下，产生本公开中描述的实施方式。
【发明内容】
[0006]本公开内容的实施方式提供用于通过RF脉冲形状进行离子能量控制的装置、方法和计算机程序。但是应该理解的是，可以通过例如过程、装置、系统、设备或在非短暂性计算机可读介质上的方法之类的多种方式来实施这些实施方式。以下描述了一些实施方式。
[0007]在各种实施方式，描述了用于设置等离子体处理系统的操作参数的方法，所述等离子体处理系统用于当衬底层放置在所述等离子体处理系统的电极上时蚀刻所述衬底层。所述方法包括设置射频(RF)产生器的脉冲频率，所述RF产生器产生具有所述脉冲频率的RF脉冲信号。所述脉冲频率在低功率电平和高功率电平之间切换。所述高功率电平被限定在具有上升过渡和下降过渡的包络中间。所述方法还包括设置用于修改所述RF脉冲信号的斜坡参数。针对所述包络的所述上升过渡和下降过渡中的每个设置所述斜坡参数。所述斜坡参数限定在所述上升过渡的上升速率的缩减和所述下降过渡的下降速率的缩减。所述上升速率和所述下降速率的所述缩减使在所述高功率电平下的所述包络的减小的脉冲宽度成形。在所述脉冲频率期间所述高功率电平相比于所述低功率电平具有较短的持续时间。所述方法包括供给由所述斜坡参数修改的所述RF脉冲信号至所述等离子体处理系统的所述电极。当所述RF脉冲信号被所述斜坡参数修改时，在所述上升过渡和下降过渡期间发生低能离子的增加，并且在所述包络的减小的脉冲宽度期间，产生高的离子能量。
[0008]在一些实施方式中，描述了用于设置操作参数的等离子体处理系统，所述操作参数用于当衬底层放置在所述等离子体处理系统的电极上时蚀刻所述衬底层。所述等离子体处理系统包括用于产生RF脉冲信号的射频(RF)产生器。所述等离子体处理系统还包括主计算机。所述主计算机设置所述产生器的脉冲频率。所述RF脉冲信号具有所述脉冲频率，所述脉冲频率在低功率电平和高功率电平之间切换。所述高功率电平被限定在具有上升过渡和下降过渡的包络中间。所述主计算机还设置成修改所述RF脉冲信号的斜坡参数。针对所述包络的所述上升过渡和所述下降过渡中的每个设置所述斜坡参数。所述斜坡参数限定所述上升过渡的上升速率的缩减和所述下降过渡的下降速率的缩减。所述上升速率和所述下降速率的所述缩减使在所述高功率电平下的所述包络的减小的脉冲宽度成形。在所述脉冲频率期间所述高功率电平相比于所述低功率电平具有较短的持续时间。所述RF产生器将由所述斜坡参数修改的所述RF脉冲信号供给至所述等离子体处理系统的所述电极。当所述RF脉冲信号由所述斜坡参数修改时，在所述上升过渡和所述下降过渡期间，发生低能离子的增加，并且在所述包络的减少脉冲宽度期间，产生高的离子能量。
[0009]描述了用于设置等离子体处理系统的操作参数的方法，所述等离子体处理系统用于当衬底层放置在所述等离子体处理系统的电极上时蚀刻所述衬底层。所述方法包括设置RF产生器的脉冲频率，所述RF产生器产生具有所述脉冲频率的RF脉冲信号。所述脉冲频率在低功率电平、中等功率电平和高功率电平之间切换。所述高功率电平被限定在具有上升过渡和第一下降过渡的包络中间，所述中等功率电平被限定在从所述第一下降过渡的边缘起直到第二下降过渡的边缘的包络中间。所述方法还包括设置用于修改所述RF脉冲信号的斜坡参数。针对所述上升过渡、所述第一下降过渡和所述第二下降过渡中的每个设置所述斜坡参数。所述斜坡参数限定所述上升过渡的上升速率的缩减、所述第一下降过渡的下降速率的缩减和所述第二下降过渡的下降速率的缩减。所述上升速率和所述第一过渡的所述下降速率的所述缩减使在所述高功率电平下的所述包络的减小的脉冲宽度成形，并且所述第二下降过渡的所述下降速率的所述缩减使在所述中等功率电平下的所述包络的减小的脉冲宽度成形。在所述脉冲频率期间所述高功率电平和所述中等功率中的每个相比于所述低功率电平具有较短的持续时间。所述方法包括供给由所述斜坡参数修改的所述RF脉冲信号至所述等离子体处理系统的所述电极。当所述RF脉冲信号被所述斜坡参数修改时，在所述上升过渡、所述第一下降过渡和所述第二下降过渡期间发生低能离子的增加，并且在所述高功率电平和所述中等功率电平下所述包络的所述减小的脉冲宽度期间，产生高的离子會ti。
[0010]在一些实施方式中，方法包括接收指示利用RF脉冲信号在衬底叠层上执行蚀刻操作的设置。RF脉冲信号包括第一状态和第二状态。第一状态相比于第二状态具有较高的功率电平。此外，RF脉冲信号将从RF产生器被发送到阻抗匹配电路以进行修改，从而产生修改的信号，修改的信号将被发送到等离子体室。该方法还包括接收与RF脉冲信号相关联的脉冲斜坡。脉冲斜坡提供第一状态和第二状态之间的过渡给RF产生器。此外，脉冲斜坡不是基本上无穷大以在蚀刻操作过程中减少具有高能量的离子的量。方法包括确定用于实现脉冲斜坡的功率电平和定时并发送所述功率电平和定时给RF产生器以产生RF脉冲信号。
[0011]在各种实施方式中，方法包括接收指示利用RF脉冲信号在衬底叠层上执行蚀刻操作的设置，RF脉冲信号包括第一状态和第二状态。第一状态相比于第二状态具有较高的功率电平。RF脉冲信号将被发送到阻抗匹配电路以进行修改从而产生修改的信号，修改的信号将被发送到等离子体室。方法还包括接收与所述RF脉冲信号相关联的脉冲斜坡。脉冲斜坡提供从第二状态到第一状态的过渡给RF产生器。脉冲斜坡不是基本上无穷大以在蚀刻操作期间减少具有高能量的离子的量。方法还包括确定用于实现脉冲斜坡的功率电平和定时，发送所述功率电平和定时到RF产生器以产生RF脉冲信号，并且接收与所述RF脉冲信号相关联的额外斜坡。额外斜坡提供了从第一状态到第三状态的过渡，并且不是基本上无穷大以减少具有高能量的离子的量。方法包括确定用于实现额外斜坡的功率电平和定时，发送用于实现额外斜坡的所述功率电平和定时到RF产生器以产生RF脉冲信号，并且接收与所述RF脉冲信号相关联的另一额外斜坡。另一额外斜坡提供从第三状态到第二状态的过渡，并且不是基本上无穷大以减少具有高能量的离子的量。方法包括确定用于实现另一额外斜坡的功率电平和定时，并发送用于实现另一额外斜坡的功率电平和定时到RF产生器以产生RF脉冲信号。
[0012]在一些实施方式中，方法包括接收利用RF脉冲信号进行蚀刻操作的指示，所述RF脉冲信号在第一状态和第二状态之间切换。RF脉冲信号由RF产生器产生，RF产生器经由阻抗匹配电路与等离子体室耦合。第一状态相比于第二状态具有较高的功率电平。方法进一步包括接收具有将由脉冲产生的高能量的离子的量低于预定的阈值的指示。该方法还包括确定与所述第一状态相关联的多个功率电平，以在接收到要执行蚀刻操作以及具有高能量的离子量低于预定阈值的指示时执行蚀刻操作。该方法包括确定用于实现功率电平的定时。定时提供在RF脉冲信号的第一状态期间的上升时间和下降时间。上升时间是用于从第二状态达到第一状态，下降时间是用于从第一状态达到第二状态。上升时间和下降时间的斜坡不是基本上无穷大。
[0013]本文所述的系统和方法的各种实施方式的一些优点包括在处理操作(例如，蚀刻操作、派射操作、沉积操作、它们的组合，等)期间增加低能离子的量。低能离子通过将RF脉冲的形状改变为方形脉冲以外的形状来增加。对低能离子与高能离子通量的比率的控制有利于对聚合物沉积和在掩模层的表面上以及在接触孔的底部上的蚀刻速率的控制。
[0014]本文所述的系统和方法的其它优点包括低能离子促进衬底的聚合作用，例如，沉积聚合物，等，以及保护沉积在衬底上的掩模层。相对于高能离子，低能离子不易侵蚀掩模层。而且，聚合作用有助于抑制蚀刻衬底叠层的蚀刻层的覆盖层蚀刻速率(blanket etchrate)。
[0015]结合附图，其他方面从以下详细描述将变得明显。
【附图说明】
[0016]结合附图，参照以下描述可以最好地理解实施方式。
[0017]图1是根据本公开中描述的实施方式的用于说明蚀刻操作的衬底叠层的示意图。
[0018]图2是根据本公开中描述的实施方式的用于说明被执行以产生低能离子的处理操作的等离子体系统的示意图。
[0019]图3A是根据本公开中描述的实施方式的用于说明使用图2的等离子体系统射频(RF)产生器产生低能离子的系统的示意图。
[0020]图3B是根据本公开中描述的实施方式的用于说明从RF脉冲信号的各个斜坡产生功率电平的示意图。
[0021]图3C是根据本公开中描述的实施方式的用于说明RF脉冲信号的各个斜坡的示意图。
[0022]图3D是说明方形脉冲信号的过渡时间的变化以在图2的等离子体系统的等离子体室中产生低能离子的曲线图的实施方式。
[0023]图4A描绘了根据本公开中描述的实施方式的RF脉冲信号的功率或电压与时间的关系曲线图。
[0024]图4B描绘了根据本公开中描述的实施方式的RF脉冲信号的功率或电压，其中，上升过渡斜坡大于下降过渡斜坡。
[0025]图4C是根据本公开中描述的实施方式的RF脉冲信号的功率或电压与时间的绘图的示意图。
[0026]图4D是根据本公开中描述的实施方式的RF脉冲信号的功率或电压与时间的绘图的示意图。
[0027]图4E是根据本公开中描述的实施方式的RF脉冲信号的功率或电压与时间的绘图的示意图。
[0028]图4F是根据本公开中描述的实施方式的RF脉冲信号的功率或电压与时间的绘图的示意图。
[0029]图4G是根据本公开中描述的实施方式的RF脉冲信号的功率或电压与时间的绘图的示意图。
[0030]图4H是根据本公开中描述的实施方式的RF脉冲信号的功率或电压与时间的绘图的示意图。
[0031]图41是根据本公开中描述的实施方式的RF脉冲信号的功率或电压与时间的绘图的示意图。
[0032]图4J是根据本公开中描述的实施方式的RF脉冲信号的功率或电压与时间的绘图的示意图。
[0033]图4K是根据本公开中描述的实施方式的RF脉冲信号的功率或电压与时间的绘图的示意图。
[0034]图4L是根据本公开中描述的实施方式的RF脉冲信号的功率或电压与时间的绘图的示意图。
[0035]图4M是根据本公开中描述的实施方式的RF脉冲信号的功率或电压与时间的绘图的示意图。
[0036]图4N是根据本公开中描述的实施方式的RF脉冲信号的功率或电压与时间的绘图的示意图。
[0037]图40是根据本公开中描述的实施方式的RF脉冲信号的功率或电压与时间的绘图的示意图。
[0038]图4P是根据本公开中描述的实施方式的RF脉冲信号的功率或电压与时间的绘图的示意图。
[0039]图4Q是根据本公开中描述的实施方式的RF脉冲信号的功率或电压与时间的绘图的示意图。
[0040]图4R是根据本公开中描述的实施方式的RF脉冲信号的功率或电压与时间的绘图的示意图。
[0041]图4S是根据本公开中描述的实施方式的RF脉冲信号的功率或电压与时间的绘图的示意图。
[0042]图4T是根据本公开中描述的实施方式的RF脉冲信号的功率或电压与时间的绘图的示意图。
[0043]图4U是根据本公开中描述的实施方式的电压与时间的绘图的示意图。
[0044]图5A是根据本公开中描述的实施方式的说明具有基本无穷大斜坡的方形RF信号脉冲的上升时间和脉冲下降时间的示意图。
[0045]图5B是根据本公开中描述的实施方式的说明具有不是基本无穷大斜坡的RF信号脉冲的上升时间和脉冲下降时间的示意图。
[0046]图5C是根据本公开中描述的实施方式的说明具有不是基本无穷大斜坡的RF信号脉冲的上升时间和脉冲下降时间的示意图。
[0047]图6A是根据本公开中描述的实施方式的说明低能离子的量随着RF脉冲信号的上升时间的增加和/或下降时间的增加而增加的多个绘图的示意图。
[0048]图6B是示出根据本公开中描述的实施方式的说明低能离子的量随着RF脉冲信号的形状的变化而增加的多个绘图的示意图。
[0049]图6C根据本公开中描述的实施方式示出了说明离子能量分布随着RF脉冲信号的工作周期的变化而变化的不同绘图。
[0050]图7是根据本公开中描述的实施方式的说明随着脉冲上升或下降时间的增加或者随着脉冲顶部宽度的减少，蚀刻层的选择性增加的曲线图。
[0051]图8是根据本公开中描述的实施方式的说明当具有不是基本上无穷大的斜坡的上升过渡斜坡和/或下降过渡斜坡的RF脉冲信号用于执行蚀刻操作时，在跨越衬底叠层的表面上蚀刻速率均匀性的改善的曲线图。
[0052]图9是根据本公开中描述的实施方式的说明当低能离子增加时归一化的蚀刻速率均匀性的改善的绘图。
[0053]图1OA是根据本公开中描述的实施方式的用于说明使用直流(DC)功率源以产生修改的RF脉冲信号的系统的示意图。
[0054]图1OB是根据本公开中描述的实施方式的在三种状态下操作的RF产生器的示意图。
[0055]图1OC是根据本公开中描述的实施方式说明三种状态的RF脉冲信号的曲线图。
[0056]图1OD是根据本公开中描述的实施方式的说明使用三种状态从方形RF脉冲信号产生RF脉冲信号的曲线图。
[0057]图11是根据本公开中描述的实施方式的说明在状态3期间施加直流(DC)功率以增加蚀刻操作过程中的蚀刻速率的曲线图。
[0058]图12是根据本公开中描述的实施方式的说明使用直流功率源以增加蚀刻速率的接触孔的示意图。
【具体实施方式】
[0059]以下实施方式描述了用于通过射频(RF)脉冲形状控制离子能量的系统和方法。显而易见的是，这些实施方式可在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实施。在其他情况下，公知的工艺操作没有被详细描述以免不必要地模糊这些实施方式。
[0060]图1是用于说明蚀刻操作的衬底叠层100的实施方式的示意图。衬底叠层100包括衬底层、蚀刻层、以及掩模层。蚀刻层在本文中有时被称为衬底层。蚀刻层覆盖在衬底层的顶部，掩模层覆盖在蚀刻层的顶部。蚀刻层的实例包括二氧化硅层、氮化硅层、包含二氧化硅和氮化硅的层、覆盖有碳层的二氧化硅层、碳氧化硅，等等。蚀刻层覆盖有掩模层，掩模层诸如光致抗蚀剂层等。掩模层具有多个接触孔，接触孔诸如开口、接触孔102，等。
[0061]在一些实施方式中，接触孔102具有基本上垂直的或垂直的侧壁，并具有高的深宽比，深宽比被指定为提供给RF产生器的设置。下面提供设置和RF产生器的进一步的描述。
[0062]在蚀刻操作期间蚀刻层被等离子体蚀刻，掩模层保护蚀刻层不要蚀刻的区域。蚀刻层被蚀刻以延伸接触孔102通过蚀刻层。在形成在衬底上的接触孔内形成例如金属互连线、导线之类特征。在一些实施方式中，接触孔被用作电容器沟槽。<