專利名稱：用于等離子體處理襯底的技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)案涉及用于處理襯底的技術(shù)，更明確地說，涉及用于使用等離子體處理襯底的技術(shù)。
背景技術(shù)：
等離子體處理(Plasma processing)廣泛用于半導(dǎo)體和其它行業(yè)中已有數(shù)十年。等離子體處理用于例如清潔、蝕刻、研磨和沉積等任務(wù)。最近，已將等離子體處理用于摻雜。已使用等離子體輔助型摻雜(Plasma assisted doping, P LAD)或有時(shí)稱為等離子體浸沒離子植入(plasma immersion ion implantation, PIII)來(lái)滿足一些現(xiàn)代電子和光學(xué)裝置的摻雜要求。等離子體摻雜(Plasma doping)不同于常規(guī)的射束線離子植入系統(tǒng)(beam-line ion implantation system),該系統(tǒng)是用電場(chǎng)來(lái)加速離子且接著根據(jù)其質(zhì)量電荷比(mass-to-charge ratio)來(lái)過濾所述離子以選擇所要離子進(jìn)行植入。不同于常規(guī)的射線束離子植入系統(tǒng)，PLAD系統(tǒng)將襯底浸沒在含有摻雜劑離子的等離子體中且用一系列負(fù)電壓脈沖(negative voltage pulse)來(lái)向襯底加偏壓。等離子體鞘層(plasma sheath)內(nèi)的電場(chǎng)使離子朝向襯底加速，進(jìn)而將離子植入到襯底表面中。用于半導(dǎo)體行業(yè)的等離子體摻雜系統(tǒng)通常需要非常高度的過程控制。半導(dǎo)體行業(yè)中廣泛使用的常規(guī)射束線離子植入系統(tǒng)具有極佳的過程控制且還具有極佳的批次間均勻性(run-to-run uniformity)。常規(guī)的射束線離子植入系統(tǒng)在現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上提供高度均勻的摻雜。一般來(lái)說，PLAD系統(tǒng)的過程控制不如常規(guī)射束線離子植入系統(tǒng)那么好。在許多等離子體摻雜系統(tǒng)中，電荷往往會(huì)積聚在正進(jìn)行等離子體摻雜的襯底上。此電荷累積可能會(huì)導(dǎo)致在襯底上形成相對(duì)高電位的電壓，其可能會(huì)造成無(wú)法接受的摻雜非均勻性(dopingnon-uniformities)和電弧(arcing),這又可能會(huì)導(dǎo)致裝置損壞。另外,等離子體的成分可能會(huì)影響所得的過程步驟。舉例來(lái)說，大量惰性氣體離子可對(duì)襯底造成比預(yù)期中更多的損壞。另外，電子溫度可更改等離子體中的所要離子數(shù)目。

發(fā)明內(nèi)容
揭示用于等離子體處理襯底的技術(shù)。在一個(gè)特定示范性實(shí)施例中，所述技術(shù)可用包括以下操作的方法來(lái)實(shí)現(xiàn):在接近等離子體源處引入饋送氣體，其中所述饋送氣體可包括第一和第二物質(zhì)，其中所述第一和第二物質(zhì)具有不同的電離能量；向所述等離子體源提供多電平RF功率波形(mult1-level RF power waveform),其中所述多電平RF功率波形至少具有在第一脈沖持續(xù)時(shí)間期間的第一功率電平和在第二脈沖持續(xù)時(shí)間期間的第二功率電平，其中所述第二功率電平可不同于所述第一功率電平；在所述第一脈沖持續(xù)時(shí)間期間電離所述饋送氣體的所述第一物質(zhì)；在所述第二脈沖持續(xù)時(shí)間期間電離所述第二物質(zhì)；以及在所述第一脈沖持續(xù)時(shí)間期間向所述襯底提供偏壓。根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的另一方面，所述方法可進(jìn)一步包括在所述第二脈沖持續(xù)時(shí)間期間向所述襯底提供偏壓。根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的又一方面，所述第一功率電平可大于電離所述第一物質(zhì)所需的功率電平，但小于電離所述第二物質(zhì)所需的另一功率電平。根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的額外方面，可在未向所述襯底加偏壓時(shí)施加所述第二功率電平。根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的又一額外方面，所述第一物質(zhì)可包括處理物質(zhì)。根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的再一方面，所述處理物質(zhì)可包括B、P、Ge、As和Se中的至少一者，且所述第二物質(zhì)可包括C、O、He、Ne和Ar中的至少一者。根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的又一方面，所述處理物質(zhì)可為蝕刻劑以便蝕刻所述襯。根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的另一方面，所述方法可進(jìn)一步包括在所述第二脈沖持續(xù)時(shí)間的至少一部分期間向所述襯底加偏壓。仍根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的另一方面，所述方法可進(jìn)一步包括:在所述第一脈沖持續(xù)時(shí)間期間選擇性地朝向所述襯底引導(dǎo)所述處理物質(zhì)的第一離子；以及在所述第二脈沖持續(xù)時(shí)間期間朝向所述襯底引導(dǎo)所述惰性物質(zhì)的第二離子。仍根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的另一方面，所述第二 RF功率電平可足以使所述等離子體穩(wěn)定。在另一特定示范性實(shí)施例中，所述技術(shù)可用包括以下操作的方法來(lái)實(shí)現(xiàn):在等離子體源附近引入包括第一物質(zhì)和第二物質(zhì)的饋送氣體，所述第一物質(zhì)具有比所述第二物質(zhì)低的電離能量；在第一周期期間向所述等離子體源施加第一功率電平以選擇性地電離所述第一物質(zhì)，其中所述第一功率電平可大于電離所述第一物質(zhì)所需的功率電平，但小于電離所述第二物質(zhì)所需的另一功率電平；在第二周期期間向所述等離子體源施加第二功率電平以電離所述第二物質(zhì)，其中所述第二功率電平可大于電離所述第二物質(zhì)所需的所述另一功率電平；以及在第一周期期間朝向襯底引導(dǎo)所述第一物質(zhì)的離子。根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的另一方面，所述方法可進(jìn)一步包括在第二周期期間朝向所述襯底引導(dǎo)所述第二物質(zhì)的離子。根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的又一方面，所述方法可進(jìn)一步包括:在所述第一周期期間將所述第一物質(zhì)的離子植入到所述襯底中；以及在所述第二周期期間將所述第二物質(zhì)的離子植入到所述襯底中。根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的額外方面，所述第一物質(zhì)可包括P、B和As中的至少一者，且所述第二物質(zhì)可包括C、O、He、Ne和Ar中的至少一者。根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的又一額外方面，所述方法可進(jìn)一步包括在所述第一周期期間向所述襯底加偏壓且在所述第二周期期間向所述襯底加偏壓。根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的再一方面，所述方法可進(jìn)一步包括在所述第一周期期間向所述襯底加偏壓，而在所述第二周期期間不向所述襯底加偏壓。仍在另一特定示范性實(shí)施例中，所述技術(shù)可用一種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述方法可通過在設(shè)備中等離子體處理襯底來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述設(shè)備包括接近于襯底的等離子體源、電耦合到所述等離子體源的RF電源、電耦合到所述襯底的偏壓電源。在此實(shí)施例中，所述方法可包括在接近所述等離子體源處引入饋送氣體，所述饋送氣體至少包括第一和第二物質(zhì)；用所述RF電源產(chǎn)生RF波形，所述RF波形具有在第一周期期間的第一功率電平和在第二周期期間的第二功率電平，其中所述第二周期可發(fā)生在所述第一周期之后；在所述第一和第二周期期間將所述RF波形施加到所述等離子體源以產(chǎn)生等離子體；用所述偏壓電源產(chǎn)生偏壓波形，所述偏壓波形具有第一偏壓電平和第二偏壓電平，所述第一偏壓電平為零偏壓電平；以及向所述襯底施加所述偏壓波形以朝向所述襯底引導(dǎo)來(lái)自所述等離子體的離子。根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的另一方面，所述第二功率電平可大于所述第一功率電平。根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的另一方面，可在所述第一周期期間將所述第一偏壓電平施加到所述襯底。根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的又一方面，可在所述第二周期之后將所述第二偏壓電平施加到所述襯底。根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的額外方面，可在所述第二周期期間將所述第二偏壓電平施加到所述襯底。根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的又一額外方面，可在所述第一周期期間將所述第二偏壓電平施加到所述襯底。根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的再一方面，所述RF波形可進(jìn)一步包括在第三周期期間的第三功率電平，其中所述第三功率電平可小于所述第一和第二功率電平，其中所述第三周期發(fā)生在所述第二周期之后，且其中可在所述第三周期期間將所述第一偏壓電平施加到所述襯底。根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的又一方面，在所述第三周期期間不熄滅(extinguished)所述等離子體。


為了促進(jìn)更全面地理解本發(fā)明，現(xiàn)參看附圖。這些圖可能未必按比例繪制。另外，不應(yīng)將這些圖解釋為限制本發(fā)明，而是希望其僅為示范性的。圖1A說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示范性等離子體處理系統(tǒng)。圖1B說明根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的另一示范性等離子體處理系統(tǒng)。圖2A說明由RF源產(chǎn)生的具有單個(gè)振幅的現(xiàn)有技術(shù)波形。圖2B說明由偏置電壓源產(chǎn)生的現(xiàn)有技術(shù)波形。圖3A說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的由RF源產(chǎn)生的RF功率波形。圖3B說明根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的由偏置電壓源產(chǎn)生的偏置電壓波形。圖3C說明根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的由偏置電壓源產(chǎn)生的另一偏置電壓波形。圖4A到4C說明根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的由RF源產(chǎn)生的RF功率波形和由偏置電壓源產(chǎn)生的偏置電壓波形。圖5A到5C說明根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的由RF源產(chǎn)生的RF功率波形和由偏置電壓源產(chǎn)生的偏置電壓波形。圖6說明根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的多設(shè)定點(diǎn)RF功率與控制信號(hào)波形。圖7說明根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的由RF源產(chǎn)生的RF功率波形和由偏置電壓源產(chǎn)生的偏置電壓波形。
圖8a和圖8b說明根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的由RF源產(chǎn)生的各種RF功率波形和由偏置電壓源產(chǎn)生的偏置電壓波形。圖9a和圖9b說明根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的由RF源產(chǎn)生的各種RF功率波形和由偏置電壓源產(chǎn)生的偏置電壓波形。圖1Oa到IOd說明根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的由RF源產(chǎn)生的各種RF功率波形和由偏置電壓源產(chǎn)生的偏置電壓波形。圖1la到lie說明根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的由RF源產(chǎn)生的各種RF功率波形和由偏置電壓源產(chǎn)生的偏置電壓波形。圖12a到12d說明根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的由RF源產(chǎn)生的各種RF功率波形和由偏置電壓源產(chǎn)生的偏置電壓波形。圖13a到13e說明根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的由RF源產(chǎn)生的各種RF功率波形和由偏置電壓源產(chǎn)生的偏置電壓波形。圖14a到14e說明根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的由RF源產(chǎn)生的各種RF功率波形和由偏置電壓源產(chǎn)生的偏置電壓波形。
具體實(shí)施例方式本文中介紹用于使用基于等離子體的系統(tǒng)處理襯底的新技術(shù)的若干實(shí)施例。出于清楚和簡(jiǎn)明的目的，對(duì)襯底執(zhí)行的處理可集中于摻雜、蝕刻和沉積過程。然而，本發(fā)明并不排除包含襯底表面鈍化在內(nèi)的其它類型的處理。因而，本發(fā)明中所揭示的系統(tǒng)無(wú)需限于執(zhí)行特定過程的特定系統(tǒng)(例如，摻雜系統(tǒng)、蝕刻系統(tǒng)、沉積系統(tǒng)等)。本文中所揭示的系統(tǒng)可包含一個(gè)或一個(gè)以上等離子體源(plasma source)以用于產(chǎn)生等離子體。出于清楚和簡(jiǎn)明的目的，本發(fā)明將集中于電感耦合式等離子體(inductively coupled plasma, ICP)源。然而,所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到,本發(fā)明并不排除包含電容I禹合式等離子體(capacitively coupled plasma, CCP)源、螺旋(helicon)等離子體源、微波(microwave,MW)等離子體源、輝光放電(glow discharge)等離子體源和其它類型的等離子體源在內(nèi)的其它源。等離子體源可靠近或接近于處理襯底所在的區(qū)域?；蛘撸鲈纯蔀檫h(yuǎn)程等離子體源，其遠(yuǎn)離處理襯底所在的區(qū)域。施加于等離子體源的功率可為具有正或負(fù)偏壓的連續(xù)或脈動(dòng)DC或RF功率。出于清楚和簡(jiǎn)明的目的，本發(fā)明可集中于施加到ICP源的脈動(dòng)RF功率。本發(fā)明中對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”或“一實(shí)施例”的參考是指結(jié)合所述實(shí)施例而描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。在說明書的各處出現(xiàn)短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”不一定全部是指同一實(shí)施例。應(yīng)理解，本發(fā)明的方法的個(gè)別步驟可以任何次序和/或同時(shí)執(zhí)行，只要本文中所揭示的系統(tǒng)或技術(shù)保持可操作。此外，應(yīng)理解，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可包含所描述的實(shí)施例中的任何數(shù)目或全部的實(shí)施例，只要所述系統(tǒng)和方法保持可操作?，F(xiàn)將參看如附圖中所顯示的本發(fā)明的示范性實(shí)施例來(lái)更詳細(xì)地描述本發(fā)明的教示。盡管結(jié)合各種實(shí)施例和實(shí)例來(lái)描述本發(fā)明的教示，但不希望本發(fā)明的教示限于此些實(shí)施例。相反，本發(fā)明的教示涵蓋許多替代方案、修改和等效物，如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解。了解了本文教示的所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到額外的實(shí)施方案、修改和實(shí)施例以及其它使用領(lǐng)域，其均處于如本文所述的本發(fā)明的范圍內(nèi)。舉例來(lái)說，應(yīng)理解，根據(jù)本發(fā)明的用于在等離子體處理系統(tǒng)中中和電荷的方法可與任何類型的等離子體源一起使用。許多等離子體處理系統(tǒng)以脈動(dòng)操作模式來(lái)操作，其中將一系列脈沖施加到等離子體源以產(chǎn)生脈動(dòng)等離子體。而且，可在等離子體源脈沖的接通周期期間將一系列脈沖施加到正進(jìn)行等離子體處理的襯底，其向襯底加偏壓以吸引離子進(jìn)行植入、蝕刻或沉積。在脈動(dòng)操作模式中，電荷往往會(huì)在等離子體源脈沖的接通周期期間積聚于正進(jìn)行等離子體處理的襯底上。當(dāng)?shù)入x子體源脈沖的工作周期相對(duì)低(即，小于約25%或有時(shí)小于2%，這取決于過程參數(shù))時(shí)，電荷往往會(huì)有效地由等離子體中的電子中和且僅存在極小的充電效應(yīng)。然而，當(dāng)前需要以具有相對(duì)高的工作周期(即，高于約2%的工作周期)的脈動(dòng)操作模式來(lái)執(zhí)行等離子體處理。此類較高工作周期是實(shí)現(xiàn)所要處理量且維持一些現(xiàn)代裝置所需要的蝕刻速率、沉積速率和摻雜水平所必需的。舉例來(lái)說，需要通過以大于2%的工作周期進(jìn)行等離子體摻雜來(lái)執(zhí)行多晶柵極摻雜(poly gate doping)和對(duì)一些現(xiàn)有技術(shù)裝置的反向摻雜(counter doping)。另外，需要以大于2%的工作周期執(zhí)行許多等離子體蝕刻和沉積過程以使過程處理量增加到可接受的水平。隨著工作周期增加到高于約2%，可在等離子體源的脈沖斷開周期(pulse-offperiod)期間中和正進(jìn)行等離子體處理的襯底上的電荷的時(shí)期便相對(duì)短。因而，電荷積聚(charge accumulatio)或電荷累積(charge build up)可發(fā)生于正進(jìn)行等離子體處理的襯底上，這導(dǎo)致在正進(jìn)行等離子體處理的襯底上形成相對(duì)高電位的電壓，其可能會(huì)造成等離子體處理非均勻性、電弧和襯底損壞。舉例來(lái)說，含有薄柵極電介質(zhì)的襯底可容易被過量電荷累積損壞。本發(fā)明涉及用于在等離子體處理期間中和電荷的方法和設(shè)備。本發(fā)明的方法和設(shè)備通過降低充電效應(yīng)所造成的損壞可能性來(lái)允許以較高的工作周期執(zhí)行等離子體處理。明確地說，根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理設(shè)備包含RF電源，其改變施加到等離子體源的RF功率以在等離子體處理期間至少部分地中和電荷積聚。另外，可改變到正進(jìn)行等離子體處理的襯底的偏置電壓以至少部分地中和電荷積聚。此外，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，使施加于等離子體源的RF功率脈沖和施加于襯底的偏置電壓在時(shí)間上同步，且改變施加于等離子體源的RF功率脈沖和施加于正進(jìn)行等離子體處理的襯底的偏置電壓的相對(duì)時(shí)序，以至少部分地中和襯底上的電荷積聚且/或?qū)崿F(xiàn)某些過程目標(biāo)。更具體地說，在各種實(shí)施例中，使用單個(gè)或多個(gè)RF電源來(lái)獨(dú)立地向等離子體源供電且向正進(jìn)行等離子體處理的襯底加偏壓，以便在等離子體處理期間至少部分地中和電荷。而且，在各種實(shí)施例中，在相對(duì)時(shí)間施加在等離子體處理期間施加于等離子體源的RF功率和施加于襯底的偏置電壓，以在等離子體處理期間至少部分地中和電荷。除了中和電荷之外，本發(fā)明的方法和設(shè)備可精確地控制在終止等離子體處理的周期(即，脈沖斷開周期)期間用于RF源的功率和施加于襯底的偏壓中的至少一者，以便實(shí)現(xiàn)某些過程目標(biāo)。舉例來(lái)說，本發(fā)明的方法和設(shè)備可精確地控制在脈沖斷開周期期間用于RF源的功率和施加于襯底的偏置電壓中的至少一者，以便允許在襯底表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這種能力可改進(jìn)處理量且在一些蝕刻和沉積過程中提供更多過程控制。另外，本發(fā)明的用于等離子體摻雜的方法和設(shè)備可精確地控制在脈沖斷開期間用于RF源的功率和施加于襯底的偏置電壓中的至少一者，以便改進(jìn)在等離子體摻雜時(shí)所保留的劑量。所得的保留劑量的改進(jìn)將減少植入時(shí)間且因此將增加等離子體摻雜處理量。除了中和電荷之外，本發(fā)明的方法和設(shè)備可精確地控制在終止等離子體摻雜的周期期間用于RF源的功率和施加于襯底的偏壓中的至少一者，以便實(shí)現(xiàn)打擊型離子植入機(jī)構(gòu)(knock-ontype ion implant mechanism),所述機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的側(cè)壁等離子體摻雜分布(sidewallplasma doping profile)和退化慘雜分布(retrograde doping profile),如本文所描述。參看圖1A，顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的等離子體處理系統(tǒng)(plasmaprocessing system) 100。應(yīng)理解,這僅是根據(jù)本發(fā)明的可執(zhí)行等離子體處理(例如離子植入、沉積和蝕刻)的設(shè)備的許多可能設(shè)計(jì)中的一者。明確地說，應(yīng)理解，存在可與本發(fā)明的等離子體處理系統(tǒng)一起使用的許多可能的等離子體源。圖1中所示的等離子體源包含平面和螺旋RF線圈兩者。其它實(shí)施例包含單個(gè)平面或螺旋RF線圈。另外其它實(shí)施例包含電容率禹合式等離子體源或電子回旋諧振(electron cyclotron resonance)等離子體源。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，存在許多類型的等效等離子體源。等離子體處理系統(tǒng)100包含電感耦合式等離子體源101，其具有平面和螺旋RF線圈兩者以及導(dǎo)電頂部區(qū)段。類似的RF電感耦合式等離子體源描述于2004年12月20日申請(qǐng)的題目為“具有導(dǎo)電頂部區(qū)段的RF等離子體源(RF Plasma Source with ConductiveTop Section)”的第10/905，172號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案中，所述美國(guó)專利申請(qǐng)案轉(zhuǎn)讓給本受讓人。第10/905，172號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案的整個(gè)說明書以引用的方式并入本文中。等離子體處理系統(tǒng)100中所示的等離子體源101非常適合于需要高度均勻處理的等離子體摻雜和其它精確等離子體處理應(yīng)用，因?yàn)槠淇商峁┓浅＞鶆虻碾x子通量(ion flux)。另外，等離子體源101有用于高功率等離子體處理,因?yàn)槠溆行У睾纳⒍坞娮影l(fā)射(secondary electronemission)所產(chǎn)生的熱量。更具體地說，等離子體處理系統(tǒng)100包含等離子體腔室(plasma chamber) 102,其含有外部氣體源(external gas source) 104所供應(yīng)的過程氣體。外部氣體源104(其通過比例閥(proportional valve) 106 f禹合到等離子體腔室102)向腔室102供應(yīng)過程氣體。在一些實(shí)施例中，使用氣體擋板(gas baffle)來(lái)使氣體分散到等離子體源101中。壓力計(jì)(pressure gauge) 108測(cè)量腔室102內(nèi)部的壓力。腔室102中的排氣端口(exhaust port) 110稱合到真空泵(vacuum pump) 112,其將腔室102排空。排氣閥(exhaustvalve) 114控制穿過排氣端口 110的排氣流導(dǎo)(exhaust conductance)。氣體壓力控制器(gas pressure controller) 116電連接到比例閥106、壓力計(jì)108和排氣閥114。氣體壓力控制器116通過控制響應(yīng)于壓力計(jì)108的反饋環(huán)路中的排氣流導(dǎo)和過程氣體流動(dòng)速率來(lái)維持等離子體腔室102中的所要壓力。用排氣閥114來(lái)控制排氣流導(dǎo)。用比例閥106來(lái)控制過程氣體流動(dòng)速率。在一些實(shí)施例中,通過質(zhì)量流量計(jì)(mass flow meter)向過程氣體提供對(duì)痕量氣體物質(zhì)(trace gas species)的比率控制,所述質(zhì)量流量計(jì)與提供主要摻雜劑物質(zhì)的過程氣體成直線稱合(coupled in-line)。而且,在一些實(shí)施例中,針對(duì)原位調(diào)節(jié)物質(zhì)(in_situconditioning species)使用單獨(dú)的氣體注射構(gòu)件。此外，在一些實(shí)施例中，使用多端口氣體注射構(gòu)件來(lái)提供造成產(chǎn)生跨襯底變化的中性化學(xué)效應(yīng)的氣體。腔室102具有腔室頂部(chamber top) 118，其包含由在大體上水平方向上延伸的電介質(zhì)材料形成的第一區(qū)段120。腔室頂部118的第二區(qū)段122由在大體上垂直方向上從第一區(qū)段120延伸某一高度的電介質(zhì)材料形成。第一和第二區(qū)段120、122在本文中有時(shí)一般稱為電介質(zhì)窗。應(yīng)理解，存在腔室頂部118的眾多變化形式。舉例來(lái)說，第一區(qū)段120可由在大體上彎曲方向上延伸的電介質(zhì)材料形成，使得第一和第二區(qū)段120、122并不正交，如第10/905，172號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案中所描述，所述美國(guó)專利申請(qǐng)案以引用的方式并入本文中。在其它實(shí)施例中，腔室頂部118僅包含平面表面。第一和第二區(qū)段120、122的形狀和尺寸可經(jīng)選擇以實(shí)現(xiàn)特定性能。舉例來(lái)說，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，腔室頂部118的第一和第二區(qū)段120、122的尺寸可經(jīng)選擇以改進(jìn)等離子體的均勻性。在一個(gè)實(shí)施例中，第二區(qū)段122在垂直方向上的高度與在水平方向上跨越第二區(qū)段122的長(zhǎng)度的比率經(jīng)調(diào)整以實(shí)現(xiàn)更均勻的等離子體。舉例來(lái)說，在一個(gè)特定實(shí)施例中，第二區(qū)段122在垂直方向上的高度與在水平方向上跨越第二區(qū)段122的長(zhǎng)度的比率在1.5到5.5的范圍內(nèi)。第一和第二區(qū)段120、122中的電介質(zhì)材料提供用于將來(lái)自RF天線的RF功率傳送到腔室102內(nèi)部的等離子體的媒介。在一個(gè)實(shí)施例中，用以形成第一和第二區(qū)段120、122的電介質(zhì)材料為對(duì)過程氣體具有抵化學(xué)性且具有良好熱性質(zhì)的高純度陶瓷材料。舉例來(lái)說，在一些實(shí)施例中，電介質(zhì)材料為99.6%的Al2O3或A1N。在其它實(shí)施例中，電介質(zhì)材料為氧化釔和YAG。腔室頂部118的蓋子(Iid) 124由在水平方向上跨越第二區(qū)段122延伸某一長(zhǎng)度的導(dǎo)電材料形成。在許多實(shí)施例中，用以形成蓋子124的材料的導(dǎo)電性足夠高以耗散熱負(fù)荷且使由二次電子發(fā)射引起的充電效應(yīng)減到最小。通常，用以形成蓋子124的導(dǎo)電材料對(duì)過程氣體具有抗化學(xué)性。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電材料為鋁或硅。蓋子124可借助由氟碳聚合物制成的抗鹵素O形環(huán)(例如，由Chemrz和/或Kalrex材料形成的O形環(huán))耦合到第二區(qū)段122。蓋子124通常以某一方式安裝到第二區(qū)段122，使得對(duì)第二區(qū)段122的擠壓減到最小，但提供足夠擠壓以將蓋子124密封到第二區(qū)段。在一些操作模式中，蓋子124為RF和DC接地的，如圖1所示。在一些實(shí)施例中，腔室102包含襯墊(liner) 125，其經(jīng)定位以通過提供對(duì)等離子體腔室102的內(nèi)部的直線對(duì)傳式防護(hù)(line-of-site shielding)以避免由撞擊等離子體腔室102的內(nèi)部金屬壁的等離子體中的離子所濺射的金屬來(lái)防止或大大減少金屬污染。此類襯墊描述于2007年I月16日申請(qǐng)的題目為“具有用于減少金屬污染的襯墊的等離子體源(Plasma Source with Liner for Reducing Metal Contamination)，，的第 11, 623, 739號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案中，所述美國(guó)專利申請(qǐng)案轉(zhuǎn)讓給本受讓人。第11，623，739號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案的整個(gè)說明書以引用的方式并入本文中。在各種實(shí)施例中，所述襯墊為單件式或整體式等離子體腔室襯墊，或分段式等離子體腔室襯墊。在許多實(shí)施例中，等離子體腔室襯墊125由金屬基礎(chǔ)材料(例如鋁)形成。在這些實(shí)施例中，至少等離子體腔室襯墊125的內(nèi)表面125'包含硬涂層材料，其防止等離子體腔室襯墊基礎(chǔ)材料的濺射。一些等離子體過程(例如等離子體摻雜過程)由于二次電子發(fā)射而在等離子體源101的內(nèi)表面上產(chǎn)生大量非均勻分布的熱量。在一些實(shí)施例中，等離子體腔室襯墊125為溫度受控的等離子體腔室襯墊125。另外，在一些實(shí)施例中，蓋子124包括冷卻系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)蓋子124和周圍區(qū)域的溫度以便耗散在處理期間所產(chǎn)生的熱負(fù)荷。冷卻系統(tǒng)可為流體冷卻系統(tǒng)，其包含位于蓋子124中的冷卻通道，所述冷卻通道使來(lái)自冷卻劑源的液體冷卻劑循環(huán)。RF天線定位于接近腔室頂部118的第一區(qū)段120和第二區(qū)段122中的至少一者處。圖1中的等離子體源101說明彼此電隔離的兩個(gè)單獨(dú)的RF天線。然而，在其它實(shí)施例中，所述兩個(gè)單獨(dú)的RF天線電連接。在圖1所示的實(shí)施例中，具有多匝的平面線圈RF天線126 (有時(shí)稱為平面天線或水平天線)定位于腔室頂部118的第一區(qū)段120鄰近處。另外，具有多匝的螺旋線圈RF天線128 (有時(shí)稱為螺旋天線或垂直天線)包圍腔室頂部118的第二區(qū)段122。在一些實(shí)施例中，平面線圈RF天線126和螺旋線圈RF天線128中的至少一者與電容器129端接，所述電容器129降低有效天線線圈電壓。術(shù)語(yǔ)“有效天線線圈電壓”在本文中被定義以指跨越RF天線126、128的電壓降。換句話說，有效線圈電壓為“離子所見的”電壓，或等效地，等離子體中的離子所經(jīng)歷的電壓。而且，在一些實(shí)施例中，平面線圈RF天線126和螺旋線圈RF天線128中的至少一者包含電介質(zhì)層134,電介質(zhì)層134具有與Al2O3電介質(zhì)窗材料的介電常數(shù)相比相對(duì)低的介電常數(shù)。相對(duì)低的介電常數(shù)的電介質(zhì)層134有效地形成電容性分壓器(capacitive voltagedivider),其也降低有效天線線圈電壓。另外，在一些實(shí)施例中，平面線圈RF天線126和螺旋線圈RF天線128中的至少一者包含法拉第屏蔽(Faraday shield) 136,其也降低有效天線線圈電壓。RF源130 (例如RF電源)電連接到平面線圈RF天線126和螺旋線圈RF天線128中的至少一者。在許多實(shí)施例中，RF源130通過阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(impedance matchingnetwork) 132耦合到RF天線126、128，所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)使RF源130的輸出阻抗匹配于RF天線126、128的阻抗，以便使從RF源130傳送到RF天線126、128的功率達(dá)到最大。從阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)132的輸出到平面線圈RF天線126和螺旋線圈RF天線128的虛線經(jīng)顯示以指示可形成從阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)132的輸出到平面線圈RF天線126和螺旋線圈RF天線128中的任一者或兩者的電連接。在一些實(shí)施例中，平面線圈RF天線126和螺旋線圈RF天線128中的至少一者經(jīng)形成以使得其可被液體冷卻。冷卻平面線圈RF天線126和螺旋線圈RF天線128中的至少一者將減少在RF天線126、128中所傳播的RF功率所造成的溫度梯度。在一些實(shí)施例中，等離子體源101包含等離子體點(diǎn)火器(plasma igniter) 138。可與等離子體源101 —起使用眾多類型的等離子體點(diǎn)火器。在一個(gè)實(shí)施例中，等離子體點(diǎn)火器138包含撞擊氣體儲(chǔ)存器(reservoir) 140,所述撞擊氣體是高度可電離的氣體(例如IS氣(Ar))，其輔助對(duì)等離子體進(jìn)行點(diǎn)火。儲(chǔ)存器140借助高流導(dǎo)氣體連接耦合到等離子體腔室102。防爆閥(burst valve) 142將儲(chǔ)存器140與過程腔室102隔離。在另一實(shí)施例中，撞擊氣體源使用低流導(dǎo)氣體連接直接垂直于(plumbed directly to)防爆閥142。在一些實(shí)施例中，儲(chǔ)存器140的一部分被有限流導(dǎo)孔口(limited conductance orifice)或計(jì)量閥(metering valve)分離,所述有限流導(dǎo)孔口或計(jì)量閥在初始高流動(dòng)速率爆發(fā)之后提供穩(wěn)定流動(dòng)速率的撞擊氣體。臺(tái)板(platen) 144定位于過程腔室102中，處于低于等離子體源101的頂部區(qū)段118的高度處。臺(tái)板144固持襯底146以進(jìn)行等離子體處理。在許多實(shí)施例中，襯底146電連接到臺(tái)板144。在圖1所示的實(shí)施例中，臺(tái)板144平行于等離子體源101。然而，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，臺(tái)板144相對(duì)于等離子體源101傾斜以實(shí)現(xiàn)各種過程目標(biāo)。使用臺(tái)板144來(lái)支撐襯底146或其它工件以進(jìn)行處理。在一些實(shí)施例中，臺(tái)板144以機(jī)械方式I禹合到活動(dòng)平臺(tái)(movable stage),所述活動(dòng)平臺(tái)在至少一個(gè)方向上平移、掃描或振動(dòng)襯底146。在一個(gè)實(shí)施例中，活動(dòng)平臺(tái)為抖動(dòng)產(chǎn)生器或者抖動(dòng)或振動(dòng)襯底146的振蕩器。平移、抖動(dòng)和/或振動(dòng)運(yùn)動(dòng)可減少或消除遮蔽效應(yīng)且可改進(jìn)沖擊襯底146的表面的離子束通量的均勻性。偏置電壓電源(bias voltage power supply) 148電連接到臺(tái)板144。偏置電壓電源148用以向臺(tái)板144和襯底146加偏壓，使得等離子體中的離子被從等離子體中萃取出且沖擊襯底146。在各種實(shí)施例中，所述離子可為用于等離子體摻雜的摻雜劑離子或用于蝕刻和沉積的惰性或反應(yīng)性離子。在各種實(shí)施例中，偏置電壓電源148為DC電源、脈動(dòng)電源或RF電源。在根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例中，偏置電壓電源148具有獨(dú)立于向平面線圈RF天線126和螺旋線圈RF天線128中的至少一者供電的RF源130的輸出波形的輸出波形。在根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理設(shè)備的另一實(shí)施例中，偏置電壓電源148具有與向平面線圈RF天線126和螺旋線圈RF天線128中的至少一者供電的RF源130的輸出波形同步的輸出波形。偏置電壓電源148和RF源130可在物理上為具有兩個(gè)不同輸出的同一電源或可為單獨(dú)的電源?？刂破?52用以控制RF電源130和偏置電壓電源148產(chǎn)生等離子體以及向襯底146加偏壓以便在根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理期間至少部分地中和電荷積聚?？刂破?52可為電源130、148的一部分或可為電連接到電源130、148的控制輸入的單獨(dú)控制器?？刂破?52控制RF電源130，使得以至少兩個(gè)不同振幅將脈沖施加到平面線圈RF天線126和螺旋線圈RF天線128中的任一者或兩者。而且，控制器152控制RF電源130和偏置電壓電源148，使得在相對(duì)時(shí)間將脈沖施加到平面線圈RF天線126和螺旋線圈RF天線128中的至少一者而且還施加到襯底146，其在根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理期間至少部分地中和電荷積聚。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，存在可與本發(fā)明的特征一起使用的等離子體源101的許多不同可能變化形式。舉例來(lái)說，參看2005年4月25日申請(qǐng)的題目為“傾斜式等離子體摻雜(Tilted Plasma Doping) ”的第10/908，009號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案中對(duì)等離子體源的描述。還參看2005年10月13日申請(qǐng)的題目為“共形摻雜設(shè)備和方法(Conformal DopingApparatus and Method) ”的第11/163，303號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案中對(duì)等離子體源的描述。還參看2005年10月13日申請(qǐng)的題目為“共形摻雜設(shè)備和方法(Conformal Doping Apparatusand Method)”的第11/163，307號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案中對(duì)等離子體源的描述。另外，參看2006年12月4日申請(qǐng)的題目為“具有可電控的植入角度的等離子體摻雜(Plasma Doping withElectronically Controllable implant Angle) ”的第 11/566，418號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案中對(duì)等離子體源的描述。第10/908，009號(hào)、第11/163，303號(hào)、第11/163，307號(hào)和第11/566，418號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案的整個(gè)說明書以引用的方式并入本文中。在操作中，控制器152指示RF源130產(chǎn)生在RF天線126和128中的至少一者中傳播的RF電流。也就是說，平面線圈RF天線126和螺旋線圈RF天線128中的至少一者為有源天線。術(shù)語(yǔ)“有源天線”在本文中被定義為由電源直接驅(qū)動(dòng)的天線。在本發(fā)明的等離子體處理設(shè)備的許多實(shí)施例中，RF源130以脈動(dòng)模式操作。然而，RF源130還可以連續(xù)模式操作。在一些實(shí)施例中，平面線圈天線126和螺旋線圈天線128中的一者為寄生天線(parasitic antenna)。術(shù)語(yǔ)“寄生天線”在本文中被定義以指與有源天線電磁連通但并不直接連接到電源的天線。換句話說，寄生天線并不是由電源直接激勵(lì)，而是由緊密靠近的有源天線激勵(lì)，所述有源天線在圖1A所示的設(shè)備中為平面線圈天線126和螺旋線圈天線128中的由RF源130供電的一者。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，寄生天線的一端電連接到接地電位以便提供天線調(diào)諧能力。在此實(shí)施例中，寄生天線包含線圈調(diào)整器(coil adjuster) 150,其用以改變寄生天線線圈中的有效匝數(shù)?？墒褂帽姸嗖煌愋偷木€圈調(diào)整器，例如金屬短路(metal short)。RF天線126、128中的RF電流接著將RF電流感應(yīng)到腔室102中。腔室102中的RF電流激勵(lì)并電離過程氣體以便在腔室102中產(chǎn)生等離子體。等離子體腔室襯墊125防護(hù)等離子體中的離子所濺射的金屬到達(dá)襯底146?？刂破?52還指示偏置電壓電源148用負(fù)電壓脈沖向襯底146加偏壓，所述負(fù)電壓脈沖吸引等離子體中的離子朝向襯底146。在負(fù)電壓脈沖期間，等離子體鞘層內(nèi)的電場(chǎng)使離子朝向襯底146加速以進(jìn)行等離子體處理。舉例來(lái)說，等離子體鞘層內(nèi)的電場(chǎng)可使離子朝向襯底146加速以將所述離子植入到襯底146的表面中，從而蝕刻襯底146的表面，在襯底146的表面上產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)以進(jìn)行蝕刻或沉積,或在襯底146的表面上生長(zhǎng)薄膜。在一些實(shí)施例中，使用柵格來(lái)萃取等離子體中的離子朝向襯底146以便增加離子的能量。圖1B說明根據(jù)本發(fā)明的具有電荷中和的等離子體處理系統(tǒng)170的另一實(shí)施例。等離子體處理系統(tǒng)170為電容性RF放電系統(tǒng)。電容性RF放電等離子體處理系統(tǒng)在業(yè)界中是眾所周知的。等離子體處理系統(tǒng)170包含過程腔室172，過程腔室172具有過程氣體入口(process gas inlet) 174,所述過程氣體入口 174接納流過等離子體放電區(qū)域的來(lái)自質(zhì)量流量控制器的饋送氣體。過程腔室172還包含排氣端口(exhaust port) 175，其耦合到移除流出氣體的真空泵。通常，節(jié)流閥(throttle valve)定位于排氣端口 175中，所述氣端口175耦合到真空泵以控制腔室172中的壓力。通常，操作壓力在10到IOOOmT的范圍內(nèi)。等離子體處理系統(tǒng)170包含兩個(gè)平面電極(planar electrode),其通常稱為平行板電極(parallel plate electrode) 176。平行板電極176由RF源178驅(qū)動(dòng)。平行板電極176由間隙(gap)分離，所述間隙在2到IOcm的范圍內(nèi)。阻斷電容器(blockingcapacitor) 180電連接于RF源178的輸出與平行板電極176之間。阻斷電容器180用以從驅(qū)動(dòng)信號(hào)(drive signal)移除DC和低頻信號(hào)。RF驅(qū)動(dòng)信號(hào)通常在100到1000V的范圍內(nèi)。平行板電極176通常由13.56MHz信號(hào)驅(qū)動(dòng)，但其它頻率也是合適的。在常規(guī)的電容性RF放電等離子體處理系統(tǒng)中，襯底直接定位于底部平行板上。然而，等離子體處理系統(tǒng)170包含絕緣體(insulator) 182,其定位于底部板與襯底184之間。絕緣體182允許以獨(dú)立于由RF源178驅(qū)動(dòng)的平行板電極176的方式向襯底184加偏壓。單獨(dú)的襯底偏置電壓電源186用以向襯底184加偏壓。襯底偏置電壓電源186的輸出電連接到定位于絕緣體182中的襯底184?？刂破?88用以控制RF電源186和偏置電壓電源186產(chǎn)生等離子體以及向襯底184加偏壓，以便在根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理期間至少部分地中和電荷積聚?？刂破?88可為電源178、186的一部分或可為電連接到電源178、186的控制輸入的單獨(dú)控制器?？刂破?88控制RF電源178，使得以至少兩個(gè)不同振幅將多電平RF脈沖施加到平行板電極176。而且，控制器188控制RF電源178和偏置電壓電源186，使得在相對(duì)時(shí)間將RF脈沖施加到平行板電極176，所述相對(duì)時(shí)間在根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理期間至少部分地中和電荷積聚。等離子體處理系統(tǒng)170的操作類似于等離子體處理系統(tǒng)100的操作?？刂破?88指示RF源178產(chǎn)生RF電流，所述RF電流傳播到平行板電極176以從饋送氣體在平行板之間產(chǎn)生等離子體?？刂破?88還指示偏置電壓電源186用負(fù)電壓脈沖向襯底184加偏壓，所述負(fù)電壓脈沖吸引等離子體中的離子朝向襯底184。在負(fù)電壓脈沖期間，等離子體鞘層內(nèi)的電場(chǎng)使離子朝向襯底184加速以進(jìn)行等離子體處理。舉例來(lái)說，等離子體鞘層內(nèi)的電場(chǎng)可使離子朝向襯底184加速以將所述離子植入到襯底184的表面中，從而蝕刻襯底184的表面，在襯底184的表面上產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)以進(jìn)行蝕刻或沉積，或在襯底184的表面上生長(zhǎng)薄膜。當(dāng)在一些處理?xiàng)l件下操作RF源178和偏置電壓電源186時(shí)，電荷可能會(huì)積聚于襯底184上。襯底184上的電荷積聚可能會(huì)導(dǎo)致在正進(jìn)行等離子體處理的襯底184上形成相對(duì)高電位的電壓，這可能會(huì)造成處理非均勻性、電弧和裝置損壞。襯底184上的電荷積聚可通過根據(jù)本發(fā)明用RF源178產(chǎn)生多電平RF波形且向襯底184加偏壓而得以大大減少。另夕卜，某些過程目標(biāo)(例如過程速率和過程分布)可通過根據(jù)本發(fā)明用RF源178產(chǎn)生多電平RF波形且向襯底184加偏壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的方法和設(shè)備可應(yīng)用于眾多其它類型的等離子體處理系統(tǒng)。舉例來(lái)說，本發(fā)明的方法和設(shè)備可應(yīng)用于ECR等離子體處理系統(tǒng)、螺旋等離子體處理系統(tǒng)和螺旋諧振器等離子體處理系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中的每一者中，RF源產(chǎn)生具有至少兩個(gè)RF功率電平的多振幅脈動(dòng)RF波形。而且，在許多實(shí)施例中，由偏置電壓電源向襯底加偏壓，所述偏置電壓電源產(chǎn)生可用控制器與驅(qū)動(dòng)等離子體源的RF波形同步的偏置電壓波形。參看圖2A，顯示由RF源130產(chǎn)生的常規(guī)波形200，其具有可能會(huì)在一些條件下造成電荷積聚于襯底146(圖1)上的單個(gè)振幅。波形200處于接地電位，直到用具有功率電平Pkf 202的脈沖來(lái)產(chǎn)生等離子體為止。功率電平Pkf 202經(jīng)選擇為適合于等離子體摻雜以及許多等離子體蝕刻和等離子體沉積過程。脈沖在脈沖周期Tp 204之后終止且接著返回到接地電位。波形接著周期性地重復(fù)。參看圖2B，顯示由偏置電壓源148產(chǎn)生的常規(guī)波形250，所述偏置電壓源在等離子體處理期間將負(fù)電壓252施加到襯底146 (圖1)以吸引等離子體中的離子。在當(dāng)由RF源130產(chǎn)生的波形200具有等于功率電平Pkf 202的功率時(shí)的周期T1 254期間施加負(fù)電壓252。負(fù)電壓252將等離子體中的離子吸引到襯底146以進(jìn)行等離子體處理。波形200在當(dāng)?shù)入x子體處理終止時(shí)的周期T2 256期間處于接地電位。在相對(duì)高的工作周期(即，大于約25%且在一些情況下大于約2% )下，電荷往往會(huì)在當(dāng)由RF源130產(chǎn)生的波形250具有等于功率電平Pkf 202的功率時(shí)的脈沖周期T1 254期間積聚于襯底146上。本發(fā)明的方法和設(shè)備通過降低由充電效應(yīng)造成的損壞可能性來(lái)允許在較高的工作周期下執(zhí)行等離子體處理(例如等離子體摻雜、等離子體蝕刻和等離子體沉積)。存在向等離子體源101供電且對(duì)正進(jìn)行處理的襯底146加偏壓以至少部分地中和襯底146上的電荷積聚的眾多根據(jù)本發(fā)明的方法。
參看圖3A，顯示根據(jù)本發(fā)明的由RF源130(圖1)產(chǎn)生的RF功率波形300，其具有多個(gè)振幅以至少部分地中和襯底146(圖1)上的電荷積聚。波形300為脈動(dòng)的，且具有第一功率電平302和第二功率電平304，其在圖中分別指示為Pkfi和PKF2。然而，應(yīng)理解，可在本發(fā)明的方法中使用具有兩個(gè)以上振幅的波形以至少部分地中和襯底146上的電荷積聚。還應(yīng)理解，波形可具有或可不具有離散振幅。舉例來(lái)說，波形可連續(xù)變化。也就是說，在一些實(shí)施例中，波形可以正或負(fù)斜率傾斜。而且，波形可以線性或非線性速率傾斜。第一功率電平Pkfi 302經(jīng)選擇以在未向襯底146加偏壓進(jìn)行等離子體處理時(shí)提供足夠的RF功率來(lái)至少部分地中和襯底146上的電荷積聚。第二功率電平Pkf2 304經(jīng)選擇以適合于等離子體處理(例如等離子體摻雜、等離子體蝕刻和等離子體沉積)。在各種實(shí)施例中，將由RF源130產(chǎn)生的包含第一和第二功率電平Pkfi 302,Pef2 304的波形300施加到平面線圈RF天線126和螺旋線圈RF天線128(見圖1)中的一者或兩者。在一個(gè)具體實(shí)施例中，由RF源130產(chǎn)生的波形300在其處于第一功率電平Pkfi 302時(shí)被施加到平面線圈RF天線126和螺旋線圈RF天線128中的一者，且在其處于第二功率電平Pkf2 304時(shí)被施加到平面線圈RF天線126和螺旋線圈RF天線128中的另一者。在另一具體實(shí)施例中，由RF源130產(chǎn)生的波形300在其具有第一頻率時(shí)被施加到平面線圈RF天線126和螺旋線圈RF天線128中的一者，且在具有不同于第一頻率的第二頻率時(shí)被施加到平面線圈RF天線126和螺旋線圈RF天線128中的另一者，如結(jié)合圖5A到圖5C所描述。圖3A所示的波形300指示第一功率電平Pkfi 302大于第二功率電平PKF2304。然而，在其它實(shí)施例中，第一功率電平PKF1302小于第二功率電平PKF2304。而且，在一些實(shí)施例中，當(dāng)未向襯底146加偏壓進(jìn)行等離子體處理時(shí)，波形300包含為零的第三功率電平或某個(gè)相對(duì)低的功率電平，如結(jié)合圖6所描述。波形300還指示第一脈沖周期TP1306對(duì)應(yīng)于其中波形300具有等于第一功率電平PEF1302的功率的時(shí)間周期且第二脈沖周期TP2308對(duì)應(yīng)于其中波形具有等于第二功率電平PEF2304的功率的時(shí)間周期。波形300的總的多振幅脈沖周期T,6310為第一脈沖周期TP1306與第二脈沖周期ΤΡ2308的組合。舉例來(lái)說，在一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二脈沖周期ΤΡ1306、ΤΡ2308均在30到500 μ s的范圍內(nèi)，且總脈沖周期T總310在60 μ s到Ims的范圍內(nèi)。在其它實(shí)施例中，總脈沖周期T&310可大約為Ims或更大。圖3A指示波形300在第一脈沖周期TP1306期間的頻率與波形300在第二脈沖周期ΤΡ2308期間的頻率相同。然而，應(yīng)理解，在各種實(shí)施例中，波形300在第一脈沖周期ΤΡ1306期間的頻率可不同于波形300在第二脈沖周期ΤΡ2308期間的頻率，如結(jié)合圖5Α到5C所描述。另外，波形300的頻率可在第一脈沖周期ΤΡ1306和第二脈沖周期ΤΡ2308中的至少一者內(nèi)改變。因此，在一些實(shí)施例中，波形300包含多個(gè)頻率和多個(gè)振幅，其經(jīng)選擇以在等離子體處理期間至少部分地中和電荷積聚。另外，在一些實(shí)施例中，波形300包含多個(gè)頻率和多個(gè)振幅，其經(jīng)選擇以改進(jìn)某些過程參數(shù)，例如用于等離子體摻雜的保留劑量。此外，在一些實(shí)施例中，波形300包含多個(gè)頻率和多個(gè)振幅，其經(jīng)選擇以輔助實(shí)現(xiàn)某些過程目標(biāo)。舉例來(lái)說，波形300可包含多個(gè)頻率和多個(gè)振幅以改進(jìn)過程控制且增加過程速率。而且，波形300可包含多個(gè)頻率和多個(gè)振幅以實(shí)現(xiàn)打擊型離子植入以形成退化摻雜分布。而且，波形300可包含多個(gè)頻率和多個(gè)振幅以實(shí)現(xiàn)某些蝕刻分布和蝕刻過程目標(biāo)，例如實(shí)現(xiàn)高縱橫比(aspect-ratio)蝕刻分布。另外，波形300可包含多個(gè)頻率和多個(gè)振幅以實(shí)現(xiàn)某些沉積分布和過程目標(biāo)，例如將材料沉積為高縱橫比結(jié)構(gòu)、沉積共形或幾乎共形涂層以及填充溝槽和其它裝置結(jié)構(gòu)中的間隙。參看圖3B，顯示根據(jù)本發(fā)明的由偏置電壓源148(圖1)產(chǎn)生的偏置電壓波形350，所述偏置電壓源148在等離子體處理期間將負(fù)電壓352施加到襯底146以吸引離子。偏置電壓波形350與RF功率波形300同步。然而，應(yīng)理解，偏置電壓波形350中的脈沖不必與RF功率波形300中的脈沖對(duì)準(zhǔn)。在當(dāng)由RF源130產(chǎn)生的波形350具有等于第二功率電平PEF2304的功率時(shí)的第二脈沖周期TP2308期間施加負(fù)電壓352。在當(dāng)?shù)入x子體處理終止且波形300具有等于第一功率電平PKF1302的功率時(shí)的第一脈沖周期TP1306期間波形350處于接地電位。以兩個(gè)不同功率電平將波形施加到等離子體源101 (圖1)(其中在當(dāng)由偏置電壓源148 (圖1)產(chǎn)生的波形350處于接地電位時(shí)的周期ΤΡ1306期間由RF源130施加第一功率電平PKF1302)將輔助中和積聚于襯底146 (圖1)上的電荷。對(duì)應(yīng)等離子體中的電子將中和積聚于襯底146上的至少一些電荷。圖3C說明根據(jù)本發(fā)明的由偏置電壓源148(圖1)產(chǎn)生的波形360，所述偏置電壓源148在等離子體處理期間將負(fù)電壓362施加到襯底146以吸引離子，且在等離子體處理終止之后將正電壓364施加到襯底146以輔助中和襯底146上的電荷。在當(dāng)由RF源130產(chǎn)生的波形300具有等于第二功率電平Pkf2 304的功率時(shí)的第二脈沖周期TP2308期間施加負(fù)電壓362。在當(dāng)由RF源130產(chǎn)生的波形300具有等于第一功率電平PKF1302的功率時(shí)的第一脈沖周期TP1306期間，波形360處于正電位364。以兩個(gè)不同功率電平將波形施加到等離子體源101 (圖1)(其中在當(dāng)由偏置電壓源148 (圖1)產(chǎn)生的波形360處于正電位364時(shí)的第一周期ΤΡ1306期間由RF源130 (圖1)施加第一功率電平PKF1302)將輔助中和積聚于襯底146(圖1)上的電荷。對(duì)應(yīng)等離子體中的電子將中和積聚于襯底146上的至少一些電荷。另外,施加于襯底146的正電壓364也將中和積聚于襯底146上的至少一些電荷。圖4A到4C說明根據(jù)本發(fā)明的由RF源130 (圖1)產(chǎn)生的RF功率波形400和由偏置電壓源148(圖1)產(chǎn)生的偏置電壓波形402、404，其類似于結(jié)合圖3A到3C所描述的波形300,350和360，但在時(shí)間上相對(duì)于波形300、350和360移位，以便以第一功率電平PKF1302和第二功率電平PKF2304兩者執(zhí)行等離子體過程。在此實(shí)施例中，RF功率波形400與偏置電壓波形402、404經(jīng)同步，但RF功率波形400中的脈沖未與偏置電壓波形402、404中的脈沖對(duì)準(zhǔn)。在等離子體處理期間改變由RF源130產(chǎn)生的功率允許用戶更精確地控制在等離子體處理期間積聚于襯底146的表面上的電荷量，以實(shí)現(xiàn)某些過程目標(biāo)和效應(yīng)。舉例來(lái)說，在第二脈沖周期TP2308的結(jié)束附近增加功率將增強(qiáng)對(duì)積聚于襯底146上的電荷的中和。參看圖5A到5C，顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的由RF源130 (圖1)產(chǎn)生的具有可變頻率的RF功率波形500和由偏置電壓源148 (圖1)產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)偏置電壓波形502、504。波形500類似于結(jié)合圖3和圖4所描述的波形300、400。然而，第一脈沖周期TP1306和第二脈沖周期ΤΡ2308中的RF功率為相同的，且第一脈沖周期ΤΡ1306和第二脈沖周期ΤΡ2308中的頻率為不同的。改變波形500的頻率會(huì)改變離子/電子密度，且因此改變電荷中和效率。
因此，在一個(gè)實(shí)施例中，波形500在第一脈沖周期TP1306中的頻率不同于波形500在第二脈沖周期ΤΡ2308中的頻率，且這些頻率經(jīng)選擇以在等離子體處理期間至少部分地中和電荷積聚。波形502、504類似于結(jié)合圖3所描述的波形350和360。在其它實(shí)施例中，波形502、504在時(shí)間上相對(duì)于波形500而移位，這類似于結(jié)合圖4所描述的波形402、404的移位。另外，在本發(fā)明的一個(gè)方面中，例如由RF源130產(chǎn)生的多個(gè)功率電平、波形500在第一脈沖周期ΤΡ1306和第二脈沖周期ΤΡ2308中的頻率以及波形500相對(duì)于由偏置電壓源148(圖1)所產(chǎn)生的波形的相對(duì)時(shí)序等參數(shù)經(jīng)選擇以實(shí)現(xiàn)某些過程目標(biāo)。舉例來(lái)說，用RF源130產(chǎn)生多個(gè)功率電平(其中當(dāng)偏置電壓處于接地電位時(shí)由RF源130產(chǎn)生一個(gè)功率電平)允許用戶在等離子體處理期間使用較少功率且/或減少過程時(shí)間，因?yàn)橐恍┑入x子體處理將在偏置電壓處于接地電位時(shí)進(jìn)行。而且，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，由RF源130 (圖1)產(chǎn)生的多個(gè)功率電平中的至少一者、波形500在第一脈沖周期ΤΡ1306和第二脈沖周期ΤΡ2308中的至少一者中的頻率以及波形500相對(duì)于由偏置電壓源148 (圖1)所產(chǎn)生的波形的相對(duì)時(shí)序經(jīng)選擇以在執(zhí)行等離子體摻雜時(shí)改進(jìn)襯底146 (圖1)上的保留劑量。舉例來(lái)說，在等離子體處理期間使用較少功率將在襯底上產(chǎn)生較少沉積且因此產(chǎn)生較高保留劑量。操作壓力、氣體流動(dòng)速率、稀釋氣體類型和等離子體源功率也可經(jīng)選擇以進(jìn)一步針對(duì)這種方法改進(jìn)保留劑量。而且，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，由RF源130(圖1)產(chǎn)生的多個(gè)功率電平中的至少一者、波形500在第一脈沖周期ΤΡ1306和第二脈沖周期ΤΡ2308中的至少一者中的頻率以及波形500相對(duì)于由偏置電壓源148所產(chǎn)生的波形的相對(duì)時(shí)序經(jīng)選擇以在等離子體處理期間改進(jìn)側(cè)壁覆蓋。術(shù)語(yǔ)“改進(jìn)側(cè)壁覆蓋”在本文中稱為增加側(cè)壁上的材料沉積速率與襯底表面的垂直于離子通量的表面上的材料沉積速率的比率。實(shí)現(xiàn)較好的側(cè)壁覆蓋對(duì)于許多應(yīng)用(例如共形摻雜和共形沉積應(yīng)用)來(lái)說是重要的。舉例來(lái)說，許多三維和其它現(xiàn)有技術(shù)裝置需要共形摻雜和共形沉積。而且，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，由RF源130(圖1)產(chǎn)生具有某些多個(gè)功率電平、多個(gè)頻率和相對(duì)于由偏置電壓源148 (圖1)產(chǎn)生的波形的相對(duì)時(shí)序的波形，以便形成打擊型離子植入以進(jìn)行等離子體摻雜。術(shù)語(yǔ)“打擊型離子植入”在本文中被定義為反沖離子植A (recoil ion implant),其中穿過襯底146的表面層植入離子以將摻雜劑材料驅(qū)動(dòng)到襯底146中。用于打擊型離子植入的離子可為惰性離子物質(zhì)，例如He、Ne、Ar、Kr和Xe，其可由惰性饋送氣體形成。在一些實(shí)施例中，打擊型離子的質(zhì)量經(jīng)選擇為類似于所要摻雜劑離子的質(zhì)量。RF源130 (圖1)產(chǎn)生足以用足夠能量朝向襯底146 (圖1)引導(dǎo)打擊型離子以在撞擊后在物理上將所沉積的摻雜劑材料打擊到襯底146 (圖1)的平面和非平面特征中的RF功率。而且，例如腔室壓力、氣體流動(dòng)速率、等離子體源功率、氣體稀釋和脈動(dòng)偏壓源的工作周期等操作參數(shù)可經(jīng)選擇以增強(qiáng)打擊型離子植入。打擊型離子植入可用以形成退化摻雜分布。由RF源130(圖1)產(chǎn)生具有某些多個(gè)功率電平、多個(gè)頻率和相對(duì)于由偏置電壓源148產(chǎn)生的波形的相對(duì)時(shí)序的波形以便形成退化分布，例如退化摻雜分布或退化沉積膜分布。術(shù)語(yǔ)“退化分布”在本文中被定義為其中分布的峰值濃度位于襯底表面下方的分布。舉例來(lái)說，參看題目為“使用離子植入形成退化材料分布的方法(A Method of Forming a Retrograde Material Profile Using 1nImplantation) ”的第12/044，619號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案，其轉(zhuǎn)讓給本受讓人。第12/044,619號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案的整個(gè)說明書以引用的方式并入本文中。對(duì)于等離子體摻雜，有時(shí)需要形成退化離子植入摻雜劑分布，因?yàn)槌鲇谠S多原因而難以精確地控制離子植入層的深度。舉例來(lái)說，在等離子體摻雜期間，可能存在由物理濺射和化學(xué)蝕刻造成的對(duì)襯底表面的一些無(wú)意蝕刻。另外，可能在襯底表面上存在一些無(wú)意沉積。此外，可能歸因于許多因素(例如多種離子物質(zhì)的存在、離子之間的碰撞、等離子體鞘層中的非均勻性、二次電子發(fā)射的存在、由于寄生阻抗而形成的移位電流和非理想的偏壓脈沖的施加)而存在顯著的離子植入能量分布。另外，有時(shí)需要形成退化離子植入摻雜劑分布，因?yàn)楸砻娣逯祿诫s劑分布對(duì)沉積后或植入后過程非常敏感，這是由于沉積或植入材料的最大峰值濃度的大部分位于襯底表面處或其附近。明確地說，通常在植入之后執(zhí)行的光致抗蝕劑剝離過程將移除表面附近的大量摻雜劑材料。在其它實(shí)施例中，由RF源130產(chǎn)生具有某些多個(gè)功率電平、多個(gè)頻率和相對(duì)于由偏置電壓源148產(chǎn)生的波形的相對(duì)時(shí)序的波形以便實(shí)現(xiàn)某些過程目標(biāo)或過程分布(例如蝕亥IJ分布)。舉例來(lái)說，所述多個(gè)功率電平、多個(gè)頻率和相對(duì)于由偏置電壓源148產(chǎn)生的波形的相對(duì)時(shí)序可經(jīng)選擇以實(shí)現(xiàn)高縱橫比蝕刻分布或某些類型的沉積分布。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，根據(jù)本發(fā)明的由RF源130(圖1)產(chǎn)生的波形可具有多個(gè)振幅和多個(gè)頻率，且可具有相對(duì)于由偏置電壓源148(圖1)產(chǎn)生的波形的各種相對(duì)時(shí)序。事實(shí)上，存在具有可由RF源130 (圖1)產(chǎn)生的多個(gè)功率電平和多個(gè)頻率以及相對(duì)于由偏置電壓源148(圖1)產(chǎn)生的波形的相對(duì)時(shí)序的幾乎無(wú)窮數(shù)目個(gè)可能波形，其將至少部分地中和電荷且/或?qū)崿F(xiàn)本文中所描述的過程目標(biāo)。參看圖6，顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的所測(cè)量的多設(shè)定點(diǎn)RF功率與控制信號(hào)波形600。波形600包含以在時(shí)間h處開始的時(shí)間為函數(shù)的RF功率與控制信號(hào)波形。波形600顯示離子植入周期602、電荷中和周期604和斷電周期606。參看圖1和圖6，在時(shí)間h處，控制器152 (圖1)產(chǎn)生植入脈沖608，其指示偏置電壓電源148(圖1)用負(fù)電壓脈沖向襯底146(圖1)加偏壓，所述負(fù)電壓脈吸引等離子體中的離子朝向襯底146。植入脈沖602的上升時(shí)間為約30微秒。而且，在時(shí)間h處，控制器152產(chǎn)生RF脈沖控制信號(hào)，其起始具有第一功率電平的RF功率波形610。在離子植入周期602中，控制器152產(chǎn)生第一 RF脈沖控制信號(hào)612，其致使RF電流在RF天線126和128(圖1)中的至少一者中流動(dòng)，進(jìn)而撞擊等離子體。第一 RF脈沖控制信號(hào)612的上升時(shí)間為約30微秒。電荷中和周期604在第一 RF脈沖控制信號(hào)612和植入脈沖信號(hào)608兩者均返回到零時(shí)開始。第一 RF脈沖控制信號(hào)和植入脈沖控制信號(hào)的下降時(shí)間為約20微秒。在電荷中和周期604中，控制器152產(chǎn)生第二 RF脈沖控制信號(hào)614，其使RF功率波形610斜變(ramps)到第二功率電平。在許多實(shí)施例中，第二功率電平大于第一功率電平，如圖6所示。然而，在其它實(shí)施例中，第二功率電平可為包含低于第一功率電平的功率電平的任何功率電平。第二 RF脈沖控制信號(hào)的上升時(shí)間也為約30微秒。在電荷中和周期604中，襯底146上的至少一些電荷有效地由等離子體中的電子中和。此部分或完全的電荷中和減少襯底146上的不合意的充電效應(yīng)。斷電周期606在第二 RF脈沖控制信號(hào)614返回到零時(shí)開始。第二 RF脈沖控制信號(hào)614的下降時(shí)間為約20微秒。在斷電周期606中，熄滅RF功率，這終止了等離子體。根據(jù)本發(fā)明的具有增強(qiáng)型電荷中和的等離子體處理方法可與許多不同多設(shè)定點(diǎn)RF功率與控制信號(hào)波形600 —起使用。應(yīng)理解，根據(jù)本發(fā)明的用于電荷中和的方法可與眾多其它類型的等離子體處理設(shè)備一起使用。舉例來(lái)說，用于電荷中和的方法可與具有電感耦合式等離子體(ICP)源、螺旋諧振器等離子體源、微波等離子體源、ECR等離子體源和電容耦合式等離子體源的等離子體處理設(shè)備一起使用。事實(shí)上，可以脈動(dòng)模式操作的任何類型的等離子體源可用以執(zhí)行本發(fā)明的方法。當(dāng)脈動(dòng)RF和偏壓波形200和250用于植入離子時(shí)，難以準(zhǔn)確地控制將要植入的離子的成分。舉例來(lái)說，B2H6與氦氣的混合物可用以形成等離子體。此混合物可形成P型摻雜劑離子以及氦離子。當(dāng)襯底被加負(fù)偏壓時(shí)，等離子體中所形成的正離子朝向襯底加速。氦離子可在襯底中造成較多損壞，且減緩襯底在退火過程期間的再生長(zhǎng)速率。因此，將有益的是使氦離子的形成減到最少。然而，在傳統(tǒng)的等離子體浸沒植入中，不加選擇地形成離子，因而植入了摻雜劑和氦離子兩者。下文中，揭示等離子體處理的各種實(shí)施例。如上文所提及，所述過程可為基于等離子體的離子植入過程、基于等離子體的蝕刻過程、基于等離子體的沉積過程或任何其它基于等離子體的過程。出于清楚和簡(jiǎn)明的目的，描述可集中于施加到等離子體源以產(chǎn)生并維持等離子體的RF波形以及施加到襯底以用等離子體或包含于其中的使用RF波形產(chǎn)生的粒子處理襯底的偏壓波形。如下文所描述，RF波形和偏壓波形可具有各種配置。參看圖7，顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的RF功率波形700和對(duì)應(yīng)的偏置電壓波形701。如圖中所說明，RF功率波形700和偏置電壓波形701可包括具有不同振幅的多個(gè)脈沖。類似于早先實(shí)施例，可將RF功率波形700施加到平面線圈RF天線126和螺旋線圈RF天線128 (圖1)中的一者或一者以上，而可將偏置電壓701施加到襯底146 (圖1)。RF功率波形700可包括第一到第三RF功率脈沖702、704和706，其在三個(gè)對(duì)應(yīng)的RF功率周期tpl、tp2和tp3期間施加。如圖中所說明，第一 RF功率脈沖702可在第二 RF功率脈沖704前面，且第二功率脈沖704可在第三RF功率脈沖706前面。如果需要的話，可以所述次序或以不同次序提供額外的第一到第三RF功率脈沖702、704和706。第一 RF脈沖702可具有第一功率電平Pkfi，第二 RF功率脈沖704可具有第二功率電平PKF2，且第三脈沖706可具有第三功率電平Pkf3。在本實(shí)施例中，第一功率電平Pkfi可大致為O?；蛘?，第一功率電平Pkfi可大于O。同時(shí)，第二功率電平Pkf2可大于第一功率電平Pkfi，但小于第三功率電平PKF3。舉例來(lái)說，第二 RF功率電平Pkf2的值可為約200瓦，且第三功率電平Pkf3的值可為第二功率電平Pkf2的150%到600% (大約600瓦)。在第二 RF功率周期tp2和第三RF功率周期tp3期間，當(dāng)施加第二 RF功率脈沖704和第三RF功率脈沖706時(shí)，可產(chǎn)生等離子體。與借助施加第二 RF功率脈沖704產(chǎn)生的等離子體相比，借助施加第三RF功率脈沖706產(chǎn)生的等離子體可具有不同性質(zhì)。舉例來(lái)說，借助第三RF功率脈沖706產(chǎn)生的等離子體可具有較大的離子和/或電子密度。第三RF功率脈沖706的寬度(或第三RF功率周期tp3的持續(xù)時(shí)間)可為工作周期的約20%到50%。同時(shí)，第二 RF功率脈沖704的寬度(或第二 RF功率周期tp2的持續(xù)時(shí)間)可具有為工作周期的大約60%的上限。在特定實(shí)例中，第二 RF功率脈沖704的寬度可為約30到100 μ S，但優(yōu)選為大約90 μ S。同時(shí)，第三RF功率脈沖706的寬度可為約10到50 μ s，但優(yōu)選為30 μ S。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，第二 RF功率脈沖704和第三RF功率脈沖706的寬度中的至少一者可依據(jù)等離子體和/或襯底146的所要條件或性質(zhì)而改變。同時(shí)，偏置電壓波形701可包括第一偏壓脈沖703和第二偏壓脈沖705。第一偏壓脈沖703可具有第一偏壓電平V1且在第一偏壓周期tbl期間施加。同時(shí)，第二偏壓脈沖705可具有第二偏壓電平V2且在第二偏壓周期tb2期間施加。在本實(shí)施例中，第二偏壓電平V2可具有比第一偏壓電平％大的絕對(duì)值(B卩，更正或更負(fù))。同時(shí)，第一偏壓電平％可為約0，其通過斷開提供給襯底146(圖1)的偏壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。或者，第一偏壓電平V1可具有大于O的絕對(duì)值(即，更正或更負(fù))。如果在離子接近于襯底146 (圖1)時(shí)提供第二偏壓脈沖705，那么可吸引離子并將其植入到襯底146中。如圖中所說明，第一 RF功率周期tpl和第三RF功率周期tp3可與第一偏壓周期tM重合。同時(shí)，第二 RF功率周期tp2可與第一偏壓周期tbl和第二偏壓周期tb2兩者重合。換句話說，第二偏置電壓脈沖705施加到襯底146 (圖1)，而第二 RF功率脈沖704施加到平面線圈RF天線126和螺旋線圈RF天線128(圖1)中的一者或一者以上。在所述圖中，顯示第三RF功率脈沖706和第一偏置電壓703的同時(shí)施加。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)至丨J，可能存在一些延遲，且第三RF功率脈沖706和第一偏置電壓703中的一者可在第三RF功率脈沖706和第一偏置電壓703中的另一者之后施加。如果在第二 RF功率周期tp2期間用第二 RF功率脈沖704產(chǎn)生等離子體，那么將第二偏壓脈沖705施加到襯底146 (圖1)將把來(lái)自等離子體的離子吸引到襯底146中。舉例來(lái)說，施加負(fù)偏壓V2將吸引帶正電的離子，且?guī)д姷碾x子將植入到襯底146中。因而，襯底146和安置或沉積于其上的任何其它材料也可成為帶正電的。因而，可能發(fā)生電弧。如果工作周期或過程系統(tǒng)內(nèi)部的壓力增大，那么電弧可能會(huì)惡化。通過施加RF功率波形700和偏置電壓波形701，即使工作周期或壓力增大也可避免電弧。在特定實(shí)例中，已將具有300瓦的第二脈沖704和600瓦的第三脈沖706的RF功率波形700施加到天線126和128 (圖1)以將離子植入到襯底146中。已在系統(tǒng)100內(nèi)建立6毫托的壓力。盡管使植入的持續(xù)時(shí)間(即，tb2)從30μ s增加到80μ s，但未觀測(cè)到電弧。在另一實(shí)例中，在系統(tǒng)中處理襯底146，其中系統(tǒng)100內(nèi)的壓力為約10毫托。在此實(shí)例中，增加壓力以進(jìn)一步增加處理量。將具有第二脈沖704和第三脈沖706的RF功率波形700施加到天線126和128中的至少一者。第二脈沖704具有200的功率電平，而第三脈沖706具有600瓦的功率電平并持續(xù)30 μ S0盡管植入的持續(xù)時(shí)間(即，tb2)增加了 90μ S，但未觀測(cè)到電弧。參看圖8a，顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的RF功率波形800和對(duì)應(yīng)的偏置電壓波形801。在本實(shí)施例中，RF功率波形800和對(duì)應(yīng)的偏置電壓波形801可分別施加到平面線圈RF天線126和螺旋線圈RF天線128中的一者或一者以上和襯底146 (見圖1)，以減少PLAD過程所引發(fā)的損壞和缺陷。如圖中所說明，RF功率波形800和偏置電壓波形801可包括具有離散且不同的振幅的多個(gè)脈沖。然而，應(yīng)理解，可使用擁有具有或不具有離散振幅的三個(gè)以上脈沖的RF功率波形。舉例來(lái)說，還可使用具有連續(xù)變化的振幅的波形。而且，波形可以線性或非線性速率傾斜。此外，應(yīng)注意，所述波形描繪RF功率信號(hào)的振幅，而非其頻率。任何合適的頻率或頻率集合可用以向天線126和128 (圖1)供電。在本實(shí)施例中，RF功率波形800可包括第一到第三RF功率脈沖802、804和806，其在三個(gè)對(duì)應(yīng)的RF功率周期tpl、tp2和tp3期間施加。如圖中所說明，第一 RF功率脈沖802可在第二 RF功率脈沖804前面，且第二功率脈沖804可在第三RF功率脈沖806前面。如果需要的話，可以所述次序或以不同次序提供額外的第一到第三RF功率脈沖802、804和806。第一 RF脈沖802可具有第一功率電平Pkfi，第二 RF功率脈沖802可具有第二功率電平PKF2，且第三脈沖806可具有第三功率電平Pkf3。在本實(shí)施例中，第一功率電平Pkfi可實(shí)質(zhì)上為O。或者，第一功率電平Pkfi可大于O。同時(shí)，第二功率電平Pkf2可大于第一功率電平Prfi，但小于第二功率電平PRro。同時(shí)，偏置電壓波形801可包括第一偏壓脈沖803和第二偏壓脈沖805。第一偏壓脈沖803可具有第一偏壓電平V1且在第一偏壓周期tbl期間施加。同時(shí)，第二偏壓脈沖805可具有第二偏壓電平V2且在第二偏壓周期tb2期間施加。在本實(shí)施例中，第二偏壓電平V2可具有比第一偏壓電平％大的絕對(duì)值(B卩，更正或更負(fù))。同時(shí)，第一偏壓電平％可為約0，其通過斷開提供給襯底146(圖1)的偏壓來(lái)實(shí)現(xiàn)?；蛘?，第一偏壓電平V1可具有大于O的絕對(duì)值(即，更正或更負(fù))。如果在離子接近于襯底146 (圖1)時(shí)提供第二偏壓脈沖805，那么可吸引離子并將其植入到襯底146中。如圖中所說明，第一 RF功率周期tpl和第三RF功率周期tp3可與第一偏壓周期tM重合。同時(shí)，第二 RF功率周期tp2可與第二偏壓周期tb2重合。換句話說，第二偏置電壓脈沖805與第二 RF功率脈沖804同步。在施加第二 RF功率脈沖804以及第二偏置電壓脈沖805之后的某個(gè)時(shí)間處，施加第三RF功率脈沖806以及第一偏置電壓脈沖803。在所述圖中，顯不第三RF功率脈沖706和第一偏置電壓803的同時(shí)施加。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可能存在一些延遲，且第三RF功率脈沖806和第一偏壓脈沖803中的一者可在施加第三RF功率脈沖806和第一偏壓脈沖803中的另一者之后施加。在操作中，將襯底146 (見圖1)放置于基于等離子體的系統(tǒng)100內(nèi)。此后，可將饋送氣體引入到系統(tǒng)100中。饋送氣體可為一種或一種以上摻雜劑氣體與一種或一種以上惰性氣體的混合物。摻雜劑氣體可具有包含硼(B)、磷(P)、砷(As)、鍺(Ge)、硅(Si)、硒(Se)或氮(N)在內(nèi)的摻雜劑物質(zhì)或可更改襯底146的性質(zhì)的任何其它物質(zhì)。惰性氣體可具有包含氫(H)、氧(O)、碳(C)在內(nèi)的惰性物質(zhì)或任何稀有氣體(noble gas)物質(zhì)。在本實(shí)施例中，摻雜劑氣體可為乙硼烷(B2H6),且惰性氣體可為氦氣(He)。在將饋送氣體引入到系統(tǒng)100中之后，將具有第二 RF功率電平Pkf2的第二 RF功率脈沖施加到天線126和128 (見圖1)中的至少一者。在本實(shí)施例中，第二 RF功率電平Pkf2的振幅可大于B2H6的電離能量，但小于He的電離能量。電離能量是致使中性分子失去電子以成為離子所需要的能量。惰性氣體(例如He)具有比包含B2H6在內(nèi)的其它物質(zhì)高的電離能量。通過施加振幅大于B2H6的電離能量但小于He的電離能量的第二 RF脈沖804，可形成硼基離子。同時(shí)，可產(chǎn)生僅少量He離子。如果施加到襯底146的第二偏壓脈沖805為負(fù)電壓，那么施加第二偏壓脈沖805可導(dǎo)致植入帶正電的硼離子和其它硼基分子離子。但是，因?yàn)楫a(chǎn)生僅少量He離子，所以僅少量He離子可植入到襯底146中。
此后，可將具有較高RF功率電平Pkf3的第三RF功率脈沖806施加到平面線圈RF天線126和螺旋線圈RF天線128 (見圖1)中的一者或一者以上。同時(shí)或幾乎那時(shí)，將第一偏壓脈沖803施加到襯底146。在本實(shí)施例中，第三RF功率脈沖806的第三功率電平Pkf3可大于He的電離能量。此時(shí)，額外的B2H6可電離以形成額外的帶正電的硼基離子。另外，可形成帶正電的He離子。因而，可產(chǎn)生更多的離子和電子。此增大的功率電平也可維持等離子體穩(wěn)定性。如上文所提及，將帶正電的離子植入到襯底中可使襯底146帶正電。如果斷開偏壓(例如，第一偏壓脈沖803的振幅為O電壓)，那么額外的帶正電的離子將不太可能植入到襯底146中。而是，將吸引等離子體中的電子并將其植入到襯底146中。所述電子將電中和所述襯底146。同時(shí)，可修復(fù)在植入帶正電的離子期間所引發(fā)的襯底146上的一些殘留損壞。此循環(huán)可在需要時(shí)重復(fù)。包含P、As和B在內(nèi)的某些摻雜劑物質(zhì)可增強(qiáng)在退火步驟期間的襯底再結(jié)晶率，所述退火步驟在離子植入過程之后執(zhí)行。在一些情況下，增強(qiáng)可高達(dá)一個(gè)數(shù)量級(jí)。然而，例如O、C和惰性氣體等其它物質(zhì)可減小再結(jié)晶率。通過使在植入B基離子期間植入到襯底146中的He離子的量減到最小，本實(shí)施例的技術(shù)可增強(qiáng)可在后續(xù)退火過程期間發(fā)生的再結(jié)晶率。另外，可減少在植入過程期間所引發(fā)的殘留損壞。盡管本描述揭示了選擇摻雜劑而非惰性氣體來(lái)進(jìn)行植入，但本發(fā)明不限于此實(shí)施例。本方法可用以選擇性地引入一種物質(zhì)的離子。選擇性離子植入和對(duì)襯底再結(jié)晶的增強(qiáng)還可通過修改波形800和801來(lái)實(shí)現(xiàn)。參看圖8b，顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的RF功率波形810和對(duì)應(yīng)的偏置電壓波形811。在本實(shí)施例中，RF功率波形810和偏置電壓波形811可分別類似于圖8a中所示的RF功率波形800和偏置電壓波形801。然而，第二 RF功率脈沖814和第三RF功率脈沖816與第二偏壓脈沖815同步。換句話說，隨著將第二偏壓脈沖815施加到襯底146 (見圖1)，將第二 RF功率脈沖814和第三RF功率脈沖816依序施加到平面線圈RF天線126和螺旋線圈RF天線128中的一者或一者以上。在本實(shí)施例中，與圖8a所示的實(shí)施例相比，可將用第三RF功率脈沖816產(chǎn)生的更多He離子植入到襯底146中。然而，所述量可小于在使用常規(guī)單個(gè)RF脈沖的情況下植入到襯底中的量。盡管圖8b說明特定波形配置，但本發(fā)明不限于此。可基于待植入的物質(zhì)和其它參數(shù)來(lái)選擇脈沖的持續(xù)時(shí)間。在另一實(shí)施例中，可在第二偏壓脈沖815的一部分期間停用RF功率。另外，RF功率波形810可經(jīng)修改以使得在施加第一偏壓脈沖803期間保持施加較高的RF功率電平(Pkf3)。如上文所提及，施加第二 RF功率脈沖804和814可選擇性地引入離子，而施加第三RF功率脈沖806和816可維持等離子體狀態(tài)。第二 RF功率脈沖804和814的振幅可經(jīng)選擇以僅電離饋送氣體中所含有的物質(zhì)的一部分。同時(shí)，第三RF功率脈沖806和816還可幫助修復(fù)襯底146中的殘留損壞。可基于等離子體中的各種物質(zhì)的電離能量來(lái)選擇功率電平。因此，這些功率電平中的每一者的振幅和持續(xù)時(shí)間可經(jīng)改變以在任何時(shí)間點(diǎn)修改等離子體中的離子成分，同時(shí)確保其穩(wěn)定性。通過使這些RF功率脈沖與偏壓脈沖同步，可修改被植入的那些物質(zhì)的選擇和濃度。如此，可減輕在襯底中造成的損壞。在其它實(shí)施例中，可使用額外的功率電平，其中每一者可引起等離子體內(nèi)的特定物質(zhì)發(fā)生電離。
應(yīng)注意，圖8a和圖8b顯示較低功率電平緊接在較高功率電平前面。這并不是要求。舉例來(lái)說，較高功率電平可在較低功率電平前面，以便形成穩(wěn)定的等離子體。在其它實(shí)施例中，可在較低功率電平與較高功率電平之間停用功率。參看圖9a和圖％，顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的RF功率波形900和910以及對(duì)應(yīng)的偏置電壓波形901和911。在本實(shí)施例中，RF功率波形900和910可施加到平面線圈RF天線126和螺旋線圈RF天線128 (見圖1)中的一者或一者以上。同時(shí)，對(duì)應(yīng)的偏置電壓波形901可施加到襯底146(見圖1)。在所述過程中，可控制等離子體中的電子溫度。參看圖9a，RF波形900可包括第一和第二 RF功率脈沖902和904，其在第一和第二 RF功率周期tpl和tp2期間施加。如圖中所說明，第一 RF功率脈沖902可在第二 RF功率脈沖904前面。如果需要的話，可以所述次序或以不同次序提供額外的第一和第二 RF功率脈沖 902、904 和 906。第一 RF脈沖902可具有第一功率電平Pkfi，而第二 RF功率脈沖902可具有第二功率電平PKF2。在本實(shí)施例中，第一功率電平Pkfi可大于O。同時(shí)，第二功率電平Pkf2可大于第一功率電平PKF1。與用第一 RF功率脈沖902產(chǎn)生的等離子體相比，用第二 RF功率脈沖904產(chǎn)生的等離子體可具有不同性質(zhì)。舉例來(lái)說，用第二 RF功率脈沖904產(chǎn)生的等離子體可具有離子密度Nil和電子密度Nel，且所述離子密度Nil和電子密度Nel可大于用第一 RF功率脈沖902產(chǎn)生的等離子體中的那些Ni2和Ne2。另外，用第二 RF功率脈沖904產(chǎn)生的等離子體可具有電子溫度Tel，其可大于用第一 RF功率脈沖902產(chǎn)生的等離子體中的電子溫度Tel。同時(shí)，偏置電壓波形901可包括第一偏壓脈沖903和第二偏壓脈沖905。第一偏壓脈沖903可具有第一偏壓電平V1且其在第一偏壓周期tbl期間施加。同時(shí)，第二偏壓脈沖905可具有第二偏壓電平V2且其在第二偏壓周期tb2期間施加。在本實(shí)施例中，第二偏壓電平V2可具有比第一偏壓電平V1大的絕對(duì)值(即，更正或更負(fù))。同時(shí)，第一偏壓電平％可為約O或接地電壓，其通過斷開提供給襯底146(圖1)的偏壓來(lái)實(shí)現(xiàn)?；蛘?，第一偏壓電平V1可具有大于O的絕對(duì)值(即，更正或更負(fù))。如果在離子接近于襯底146 (圖1)時(shí)提供第二偏壓脈沖905，那么可吸引離子并將其植入到襯底146中。如圖中所說明，第二 RF功率脈沖902可在第一偏壓周期tbl期間施加。同時(shí)，第一RF功率脈沖902可在第二偏壓周期tp2期間施加。換句話說，當(dāng)向襯底146施加第一電壓電平V1時(shí)，施加第二 RF功率脈沖904。同時(shí)，當(dāng)向襯底146施加第二電壓電平V2時(shí)，施加第一 RF功率脈沖902。在本實(shí)施例中，可施加波形900和901以優(yōu)化等離子體中的粒子(例如，離子、電子、中性粒子、原子團(tuán)等)的成分。舉例來(lái)說，具有第一電子密度Nel和離子密度Nil以及第一電子溫度Tel的等離子體可在施加第一 RF功率脈沖902期間實(shí)現(xiàn)。在施加第二 RF功率脈沖904期間，離子密度Np電子密度凡的值可增加到較高的離子密度Ni2、電子密度Ν 和電子溫度Te2。同時(shí)，原子團(tuán)的密度可較小。如果施加額外的第一 RF功率脈沖902，那么電子密度N6和離子密度Ni以及電子溫度T6的值可返回到第一電子密度N61和離子密度Nil以及第一電子溫度Tel。通過優(yōu)化第一 RF功率脈沖902和第二 RF功率脈沖904的功率電平且連續(xù)施加第一 RF功率脈沖902和第二 RF功率脈沖904，還可優(yōu)化Ne、Ni和Te的值，因此優(yōu)化離子和中性粒子的成分。在操作中，將襯底146 (見圖1)放置于基于等離子體的系統(tǒng)100內(nèi)。此后，可將饋送氣體引入到系統(tǒng)100中。饋送氣體可為一種或一種以上摻雜劑氣體與一種或一種以上惰性氣體的混合物。摻雜劑氣體可具有包含硼(B)、磷(P)、砷(As)在內(nèi)的摻雜劑物質(zhì)或可更改襯底146的電性質(zhì)的任何其它物質(zhì)。惰性氣體可具有包含氧(O)、碳(C)在內(nèi)的惰性物質(zhì)或任何其它稀有氣體物質(zhì)。在本實(shí)施例中，摻雜劑氣體可為乙硼烷(BF3)。在tpl期間，可在等離子體中優(yōu)先產(chǎn)生帶單電荷的、未離解的分子離子(例如，BF3+)。同時(shí)，可在tp2期間產(chǎn)生更多的分裂的分子離子(例如，BF2' BF+++等)。通過在tpl期間施加第二偏壓脈沖905，當(dāng)施加第一 RF脈沖902時(shí)，可用更多的帶單電荷的、未離解的分子離子對(duì)襯底146進(jìn)行植入或處理。因而，可優(yōu)化所述過程。舉例來(lái)說，可實(shí)現(xiàn)植入離子的較好的且較受控制的深度分布。雖然未圖示，但本發(fā)明并不排除其中通過在較高功率RF電平Pkf2期間施加偏置電壓來(lái)用更多的分裂的分子離子處理襯底的情形(如果需要此過程的話)。除了優(yōu)化離子植入之外，波形900和901可當(dāng)在蝕刻過程期間施加時(shí)改進(jìn)蝕刻選擇性。如果執(zhí)行沉積，那么也可優(yōu)化沉積速率。另外，在兩個(gè)第二 RF功率脈沖904之間施加第一 RF功率脈沖902可產(chǎn)生較均勻且穩(wěn)定的等離子體。在常規(guī)的脈動(dòng)RF功率波形中，可在兩個(gè)RF功率脈沖之間施加具有O振幅或功率的功率脈沖。在施加具有O振幅的RF脈沖期間，可能會(huì)發(fā)生等離子體“余輝(afterglow) ”。在此余輝期間，電子溫度Te可衰減到低得多的水平且等離子體鞘層可崩潰。因而，電子和離子密度以及電子溫度可快速波動(dòng)，從而產(chǎn)生較不穩(wěn)定且較不均勻的等離子體。通過在兩個(gè)具有較高功率電平的第二 RF功率脈沖904之間施加具有大于O的功率電平的第一 RF功率脈沖902，可維持較穩(wěn)定的等離子體。另外，可在不增加等離子體中的離子濃度的情況下優(yōu)化離子和中性成分。其它控制電子溫度Te的方法也是可能的。參看圖％，RF波形910可包括第一到第四RF功率脈沖912、914、916和918，其在對(duì)應(yīng)的第一到第四RF功率周期tpl、tp2、tp3和tp4期間施加。如圖中所說明，第一 RF功率脈沖912可在第二 RF功率脈沖914前面，第二RF功率914可在第三RF功率脈沖916前面，且第三RF功率916可在第四RF功率脈沖918前面。在此實(shí)施例中，第一 RF功率脈沖912的功率電平可為0，其通過斷開耦合到天線126和128的電源130來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，第二 RF功率脈沖914可具有第二功率電平Pkf2，第三RF功率脈沖916可具有第三功率電平PKF3，且第四RF功率脈沖918可具有第四功率PKF4。第二功率電平Pkf2可小于第三功率電平Pkf3，且第三功率電平Pkf3可小于第四RF功率脈沖918。通過在非常短的持續(xù)時(shí)間內(nèi)施加第一功率脈沖912，可在不破壞等離子體的穩(wěn)定性的情況下控制電子溫度I；。應(yīng)理解，其中使用各種功率電平來(lái)升高和降低電子溫度的其它可能情形是可能的且處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。下文中，提供施加到天線126和128中的至少一者以及襯底146的波形的額外實(shí)例。盡管以上實(shí)施例主要集中于施加不同波形來(lái)執(zhí)行離子植入的技術(shù)，但以其它等離子體處理為背景來(lái)描述以下技術(shù)。明確地說，出于清楚和簡(jiǎn)明的目的，以下描述集中于蝕刻和/或沉積。然而，本發(fā)明并不排除將以下方法應(yīng)用于離子植入。在許多等離子體處理操作中，需要在低溫下共形地處理襯底。共形處理可被定義為均勻地處理以不同角度或定向來(lái)定向的襯底表面。具有多個(gè)處于不同定向的表面的襯底的實(shí)例包含鰭式FET結(jié)構(gòu)以及具有水平延伸和垂直延伸表面的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)(dualdamascene structures) 在對(duì)此類結(jié)構(gòu)進(jìn)行離子植入、蝕刻或沉積中，需要均勻地對(duì)不同定向的表面進(jìn)行植入、蝕刻或沉積?？赏ㄟ^在低RF功率/低等離子體密度操作點(diǎn)下進(jìn)行操作來(lái)改進(jìn)PECVD過程的共形性。低離子通量和低沉積速率的組合導(dǎo)致改進(jìn)的共形性，因?yàn)槟ば纬梢耘c3D結(jié)構(gòu)中的擴(kuò)散速率相當(dāng)?shù)乃俾蔬M(jìn)行。然而，低RF功率通常與等離子體和過程不穩(wěn)定性相關(guān)聯(lián)。通過使用多個(gè)RF功率電平，處于較高功率電平的脈沖可用以穩(wěn)定等離子體。這允許在較寬過程窗中進(jìn)行操作。另外，共形沉積過程最好在缺少等離子體鞘層的情況下執(zhí)行，等離子體鞘層會(huì)校準(zhǔn)襯底上的離子。此校準(zhǔn)致使以相同角度朝向襯底引導(dǎo)所有離子，這使得共形沉積出現(xiàn)問題。一種解決方案是在缺少等離子體鞘層的情況下執(zhí)行沉積。換句話說，在沒有功率施加到RF天線時(shí)，向襯底加偏壓。如上文所提及，此周期稱為等離子體余輝。此方法的主要缺點(diǎn)在于，在余輝期間，離子密度和電子密度減小，這又導(dǎo)致低過程速率，進(jìn)而使得過程不可行。在一個(gè)實(shí)施例中，可采用具有多個(gè)RF功率電平的RF功率波形以改進(jìn)上文所述的過程速率。使用高功率電平形成較多離子和電子，其中一些可在等離子體余輝期間保留。參看圖1Oa到10d，顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的RF功率波形1000和對(duì)應(yīng)的偏置電壓波形1001。在本實(shí)施例中，RF功率波形1000和對(duì)應(yīng)的偏置電壓波形1001可施加到平面線圈RF天線126和螺旋線圈RF天線128中的一者或一者以上和襯底146。參看圖10a，RF功率波形1000包括第一到第三RF功率脈沖1002、1004和1006，其在tpl、tp2和tp3期間施加到RF天線126和128中的至少一者。第一 RF功率脈沖1002在第二 RF功率脈沖1004前面，且第二 RF功率脈沖1004在第三RF功率脈沖1006前面。如果需要的話，可以所述次序提供額外的第一到第三RF功率脈沖1002、1004和1006。第一 RF脈沖1002可具有第一功率電平P1，第二 RF功率脈沖1004可具有第二功率電平P2，且第三脈 沖1006可具有第三功率電平P3。在本實(shí)施例中，第一功率電平P1的值可為零或大于零。同時(shí)，第二功率電平P2可大于第一功率電平P1，但小于第三功率電平P3。在第二 RF功率周期tp2和第三RF功率周期tp3期間，當(dāng)施加第二 RF功率脈沖1004和第三RF功率脈沖1006時(shí)，可產(chǎn)生等離子體。與借助施加第二 RF功率脈沖1004產(chǎn)生的等離子體相比，借助施加第三RF功率脈沖1006產(chǎn)生的等離子體可具有不同性質(zhì)。舉例來(lái)說，借助第三RF功率脈沖706產(chǎn)生的等離子體可具有較大離子和/或電子密度。因此，在施加第一到第三脈沖1002、1004和1006的情況下，波形包含從P1到P2到P3的功率電平升高。如果以所述次序重復(fù)所述脈沖，那么功率電平可從第三功率電平P3減小到第一功率電平P”同時(shí)，偏置電壓波形1001可包括第一脈沖1003和第二脈沖1005。第一偏壓脈沖1003可具有第一偏壓電平V1且其在第一偏壓周期tbl期間施加到襯底146 (見圖1)。第二偏壓脈沖1005可具有第二偏壓電平V2且其在第二偏壓周期tb2期間施加到襯底146。在本實(shí)施例中，第二偏壓電平V2的絕對(duì)值可大于第一偏壓電平V1的絕對(duì)值。如圖中所說明，第二偏壓脈沖1005的脈沖寬度tb2可大于第三RF功率脈沖1006的脈沖寬度tp3。如圖1Oa中所說明，第二 RF功率脈沖1004和第三RF功率脈沖1006施加到線圈126和128中的至少一者以產(chǎn)生等離子體。在tp3期間，當(dāng)施加第三RF功率脈沖1006時(shí)，等離子體密度可隨功率電平從P2增加到P3而增加。此后，施加第一 RF脈沖1002，從而使功率電平從P3減少到Pp如果在tpl期間P1接近零且不施加RF功率或施加最小的RF功率，那么可減小或移除等離子體中的等離子體鞘層。此時(shí)，將第二偏壓脈沖1005施加到襯底146(圖1)。保留于等離子體“余輝”中的離子可被吸引到襯底。如果第二偏壓脈沖1005帶負(fù)電，那么通過施加第二 RF功率脈沖1004和第三RF功率脈沖1006而留在等離子體中的帶正電粒子可被吸引朝向襯底146。如果第二偏壓脈沖1005帶正電，那么留在等離子體中的包含帶負(fù)電離子和電子的帶負(fù)電粒子可被吸引朝向襯底146。通過在第二 RF功率脈沖1004和第三RF功率脈沖1006之后施加第二偏壓脈沖1005，等離子體鞘層可能不再存在。襯底146附近的離子不再被校準(zhǔn)，而是以較隨機(jī)的方式安置。此循環(huán)可在必要時(shí)重復(fù)。在本發(fā)明中，可以許多方式修改RF功率脈沖波形和偏置電壓波形。舉例來(lái)說，可修改所述波形的同步。參看圖1Ob到10d，顯示對(duì)圖1Oa中所說明的RF功率波形1000與偏置電壓波形1001的同步的修改。圖1Ob到IOd中所示的每一 RF功率波形彼此相同且與圖1Oa所示的波形相同。另外，圖1Ob到IOd中所示的每一偏置電壓波形也彼此相同且也與圖1Oa所示的波形相同。然而，RF功率波形與偏置電壓波形的同步可為不同的。在圖1Ob中，偏置電壓波形1001的第二偏壓脈沖1005與第三RF功率脈沖1006同步。然而，第二偏壓脈沖1005不與第二 RF功率脈沖1004同步。如此，在施加具有最高RF功率P3的第三RF功率脈沖1006時(shí)，施加第二偏置電壓脈沖1005。在施加第二 RF功率脈沖1004時(shí)，不施加第二偏置電壓脈沖1005。在圖1Oc中，第二偏置電壓脈沖1005與第二 RF功率脈沖1004和第三RF功率脈沖1006同步。在圖1Od中，第二偏置電壓脈沖1005僅與第二 RF功率脈沖1004同步。參看圖1la到lie，顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的RF功率波形1100和對(duì)應(yīng)的偏置電壓波形1101。在此實(shí)施例中，RF功率波形1100可包括第一到第三RF功率脈沖1102、1104和1106。應(yīng)理解，可以所述次序在波形1100中提供額外的第一到第三RF功率脈沖1102、1104和1106。同時(shí)，偏置電壓波形1101可包括第一偏壓脈沖1103和第二偏壓脈沖1105。應(yīng)理解，可以所述次序在波形1101中提供額外的第一偏壓脈沖1103和第二偏壓脈沖 1105。與圖1Oa所示的RF功率波形1000相比，本實(shí)施例的RF功率波形具有許多相似之處。舉例來(lái)說，所述脈沖的次序可與圖1Oa所示的RF功率波形1000中的脈沖的次序相同。另外，脈沖1102、1104和1106的相對(duì)功率電平可類似于圖1Oa所示的脈沖1002,1004和1006的相對(duì)功率電平。同時(shí)，偏壓波形1101的偏壓脈沖1003和1005的次序和相對(duì)功率電平可類似于圖1Oa所示的偏壓脈沖1003和1005的次序和相對(duì)功率電平。然而，第三RF功率脈沖1106的脈沖寬度可為不同的。舉例來(lái)說，第三RF功率脈沖1106可具有比圖1Oa所示的第三RF功率脈沖1106的脈沖寬度大的脈沖寬度tb3。與第二偏置電壓脈沖1105的脈沖寬度tb2相比，本實(shí)施例的第三RF功率脈沖1106的脈沖寬度tp3可更大。在圖1Ib到IId中，顯示相同的RF功率波形和相同的偏置電壓波形。圖1Ib到Ild所示的RF功率波形中的每一者彼此相同且與圖1la所示的RF波形相同。圖1lb到Ild所示的偏置電壓波形中的每一者彼此相同且與圖1la所示的偏置電壓波形相同。一個(gè)不同之處可在RF功率脈沖1102、1104和1106相對(duì)于偏置電壓脈沖1103和1105的同步中。在圖1lb中，第三RF功率脈沖1106與第二偏壓脈沖1105同步，使得同時(shí)或幾乎同時(shí)施加所述兩個(gè)脈沖。在圖1lc中，第二偏壓脈沖1105與第二 RF功率脈沖1104和第三RF功率脈沖1106的一部分同步。在圖1ld中，第二偏壓脈沖1105與第二 RF功率脈沖1104同步，但不與第三RF功率脈沖1106同步。在圖1le中，第二偏壓脈沖1105與第一 RF功率脈沖1102同步。雖然圖中未顯示，但應(yīng)理解，與第一 RF功率脈沖1102同步的第一 RF功率脈沖1102可跟隨在第三RF功率脈沖1106之后。使用這些波形，在等離子體余輝期間和在等離子體輝光期間的離子可用以處理襯底(見圖1)。參看圖12a到12d，顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的RF功率波形1200和對(duì)應(yīng)的偏置電壓波形1201。在此實(shí)施例中，RF功率波形1200可包括第一到第三RF功率脈沖1202、1204和1206。應(yīng)理解，可以所述次序在波形1200中提供額外的第一到第三RF功率脈沖1202、1204和1206。同時(shí)，偏置電壓波形1201可包括第一偏壓脈沖1203和第二偏壓脈沖1205。應(yīng)理解，可以所述次序在波形1101中提供額外的第一偏壓脈沖1203和第二偏壓脈沖 1205。在本實(shí)施例中，第一 RF功率脈沖1202的功率電平大于第二功率脈沖1204和第三功率脈沖1206的功率電平。另外，第二 RF功率脈沖1204的功率電平大于第三RF功率脈沖1206的功率電平。如此，在第二 RF功率脈沖1204前面的是具有最高功率電平P3的第一RF功率脈沖1206。同時(shí)，第二 RF功率脈沖1204在具有最低功率電平P3的第三RF功率脈沖1206前面。電壓波形1201的第二電壓脈沖1205具有脈沖寬度tb2和電壓電平V2。類似于早先實(shí)施例的第一偏壓脈沖，第一偏壓脈沖1203的電壓電平的絕對(duì)值可為O或大于0(例如，更負(fù)或更正)。如圖12a中所說明，第二偏壓脈沖1205與具有最低功率電平P1的第三RF功率脈沖1206同步。同時(shí)，具有較高RF功率電平P3和P2的第一 RF功率脈沖1202和第二 RF功率脈沖1204可與第一偏壓脈沖1203重合。在圖12b到12d中，顯示相同的RF功率波形和相同的偏置電壓波形。圖12b到12d所示的RF功率波形中的每一者彼此相同且與圖12a所示的RF波形相同。圖12b到12d所示的偏置電壓波形中的每一者彼此相同且與圖12a所示的偏置電壓波形相同。圖12a到12d所示的波形之間的一個(gè)不同之處可在RF功率脈沖1202、1204和1206相對(duì)于偏置電壓脈沖1203和1205的同步中。在圖12b中，第二偏壓脈沖1205與第二 RF功率脈沖1204和第三RF功率脈沖1206的一部分同步。在圖12c中，第二偏壓脈沖1205與第二 RF功率脈沖1204和第一 RF功率脈沖1202的一部分同步。在圖12d中，第二偏壓脈沖1205與第一 RF功率脈沖1202同步。參看圖13a到13e，顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的RF功率波形1300和對(duì)應(yīng)的偏置電壓波形1301。在此實(shí)施例中，RF功率波形1300可包括第一到第三RF功率脈沖1302、1304和1306。應(yīng)理解，可以所述次序在波形1300中提供額外的第一到第三RF功率脈沖1302、1304和1306。同時(shí)，偏置電壓波形1301可包括第一偏壓脈沖1303和第二偏壓脈沖1305。應(yīng)理解，可以所述次序在波形1301中提供額外的第一偏壓脈沖1303和第二偏壓脈沖 1305。在本實(shí)施例中，第一 RF功率脈沖1302的功率電平大于第二功率脈沖1304和第三功率脈沖1306的功率電平。另外，第二 RF功率脈沖1304的功率電平小于第三RF功率脈沖1306的功率電平。如此，具有最低功率電平的RF功率脈沖安置在具有最高功率電平P3的第一功率脈沖1302與具有中間功率電平P2的第三RF功率脈沖1306之間。類似于圖1Oa到10d、圖1la到Ile和圖12a到12d所示的RF功率波形的功率電平，具有最低功率電平的RF脈沖的功率電平可為零功率或更大。電壓波形1301的第二電壓脈沖1305具有脈沖寬度tb2和電壓電平V2。類似于早先實(shí)施例的第一偏壓脈沖，第一偏壓脈沖1203的電壓電平的絕對(duì)值可為O或大于0(例如，更負(fù)或更正)。如圖13a中所說明，第二偏壓脈沖1305與具有中間功率電平P2的第三RF功率脈沖1306同步。同時(shí)，分別具有RF功率電平P3和P1的第一 RF功率脈沖1302和第二 RF功率脈沖1304可與第一偏壓脈沖1303重合。在圖13b到13e中，顯示相同的RF功率波形和相同的偏置電壓波形。圖13b到13e所示的RF功率波形中的每一者彼此相同且與圖13a所示的RF波形相同。圖13b到13d所示的偏置電壓波形中的每一者彼此相同且與圖13a所示的偏置電壓波形相同。圖13a到13e所示的波形之間的一個(gè)不同之處可在RF功率脈沖1302、1304和1306相對(duì)于偏置電壓脈沖1303和1305的同步中。在圖13b中，第二偏壓脈沖1305與分別具有最低RF功率P1和中間RF功率P2的第二 RF功率脈沖1204和第三RF功率脈沖1206的一部分重合。在圖13c中，第二偏壓脈沖1305與第二 RF功率脈沖1304和第一 RF功率脈沖1302的一部分重合。在圖13d和圖13e中，第二偏壓脈沖1305與第一 RF功率脈沖1302重合。參看圖14a到14e，顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的RF功率波形1400和對(duì)應(yīng)的偏置電壓波形1401。在此實(shí)施例中，RF功率波形1400可包括第一到第三RF功率脈沖1402、1404和1406。應(yīng)理解，可以所述次序在波形1400中提供額外的第一到第三RF功率脈沖1402,1404和1406。同時(shí)，偏置電壓波形1401可包括第一偏壓脈沖1403和第二偏壓脈沖1405。應(yīng)理解，可以所述次序在波形1301中提供額外的第一偏壓脈沖1403和第二偏壓脈沖 1405。與圖13a所示的RF功率波形1300的RF功率脈沖1302、1304、1306相比，脈沖1402、1404和1406可具有相同的相對(duì)功率電平。如此，第一 RF功率脈沖1402的功率電平大于第二功率脈沖1404和第三功率脈沖1406的功率電平。另外，第二 RF功率脈沖1404的功率電平小于第三RF功率脈沖1406的功率電平。如此，具有最低功率電平的RF功率脈沖安置于具有最高功率電平P3的第一功率脈沖1402與具有中間功率電平P2的第三RF功率脈沖1306之間。類似于圖1Oa到10d、圖1la到Ile和圖12a到12d所示的RF功率波形的功率電平，具有最低功率電平的RF脈沖的功率電平可為零功率或更大。電壓波形1301的第二電壓脈沖1305具有脈沖寬度tb2和電壓電平V2。類似于早先實(shí)施例的第一偏壓脈沖，第一偏壓脈沖1203的電壓電平的絕對(duì)值可為O或大于0(例如，更負(fù)或更正)。圖14a所示的RF功率波形1400的脈沖與圖13a所示的波形的脈沖之間的一個(gè)不同之處在于，第二 RF脈沖1404的脈沖寬度tp2大于第二偏壓脈沖1405的脈沖寬度tb2。如圖14a中所說明，第二偏壓脈沖1405與具有最低功率電平P1的第二 RF功率脈沖1404重合。同時(shí)，分別具有RF功率電平P3和P2的第一 RF功率脈沖1402和第三RF功率脈沖1406可與第一偏壓脈沖1403重合。在圖14b到14e中，顯示相同的RF功率波形和相同的偏置電壓波形。圖14b到14e所示的RF功率波形中的每一者彼此相同且與圖14a所示的RF波形相同。圖14b到14d所示的偏置電壓波形中的每一者彼此相同且與圖14a所示的偏置電壓波形相同。圖14a到14e所不的波形之間的一個(gè)不同之處可在RF功率脈沖1402、1404和1406相對(duì)于偏置電壓脈沖1403和1405的同步中。在圖14b中，第二偏壓脈沖1405與第二 RF功率脈沖1404重合。在圖14c中，第二偏壓脈沖1405與第一 RF功率脈沖1402的一部分和第二 RF功率脈沖1404的一部分重合。在圖14d中，第二偏壓脈沖1405與第一 RF功率脈沖1402重合。且，在圖14e中，第二偏壓脈沖1405可與第三RF功率脈沖1406和第一 RF功率脈沖1402的一部分同步。除了摻雜之外，本文中所示的波形配置也可用于蝕刻過程。舉例來(lái)說，蝕刻速率通常受等離子體化學(xué)成分控制。因此，可有益的是調(diào)整活性自由基物質(zhì)(active radicalspecies)濃度、壓力、電子溫度和等離子體密度來(lái)實(shí)現(xiàn)蝕刻速率、選擇性、均勻性和/或蝕刻特征分布的改變。如上文所描述，施加到RF天線的功率電平的改變可影響變成電離的物質(zhì)、離子和電子的數(shù)目、電子溫度和等離子體密度。因此，上文所描述的多設(shè)定點(diǎn)RF產(chǎn)生器還可用以控制與化學(xué)蝕刻過程相關(guān)聯(lián)的各種參數(shù)。等效物參看如附圖中所示的本發(fā)明的示范性實(shí)施例來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明。盡管結(jié)合各種實(shí)施例和實(shí)例來(lái)描述本發(fā)明，但不希望本發(fā)明的教示限于此些實(shí)施例。相反，本發(fā)明涵蓋各種替代方案、修改和等效物，如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解。了解了本文教示的所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到額外的實(shí)施方案、修改和實(shí)施例以及其它使用領(lǐng)域，其均處于如本文所描述的本發(fā)明的范圍內(nèi)。舉例來(lái)說，應(yīng)理解，根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理方法可與任何類型的等離子體源一起使用。
權(quán)利要求
1.一種等離子體處理襯底的方法，所述方法包括: 在接近等離子體源處引入饋送氣體，所述饋送氣體包括第一和第二物質(zhì)，所述第一和第二物質(zhì)具有不同的電離能量； 向所述等離子體源提供多電平RF功率波形，所述多電平RF功率波形至少具有在第一脈沖持續(xù)時(shí)間期間的第一功率電平和在第二脈沖持續(xù)時(shí)間期間的第二功率電平，所述第二功率電平不同于所述第一功率電平； 在所述第一脈沖持續(xù)時(shí)間期間電離所述饋送氣體的所述第一物質(zhì)； 在所述第二脈沖持續(xù)時(shí)間期間電離所述第二物質(zhì)；以及 在所述第一脈沖持續(xù)時(shí)間期間向所述襯底提供偏壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括: 在所述第二脈沖持續(xù)時(shí)間期間向所述襯底提供偏壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一功率電平大于電離所述第一物質(zhì)所需的功率電平，但小于電離所述第二物質(zhì)所需的另一功率電平。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在未向所述襯底加偏壓時(shí)施加所述第二功率電 平。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一物質(zhì)包括處理物質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述處理物質(zhì)包括磷、硼、鍺、硅、氮和砷和硒中的至少一者，且所述第二物質(zhì)包括氫、碳、氧、氦、氖和氬中的至少一者。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述處理物質(zhì)為蝕刻劑以便蝕刻所述襯底。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述第二脈沖持續(xù)時(shí)間的至少一部分期間向所述襯底加偏壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括: 在所述第一脈沖持續(xù)時(shí)間期間選擇性地朝向所述襯底引導(dǎo)所述處理物質(zhì)的第一離子；以及 在所述第二脈沖持續(xù)時(shí)間期間朝向所述襯底引導(dǎo)所述惰性物質(zhì)的第二離子。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二RF功率電平足以使所述等離子體穩(wěn)定。
11.一種處理襯 底的方法，所述方法包括: 在等離子體源附近引入包括第一物質(zhì)和第二物質(zhì)的饋送氣體，所述第一物質(zhì)具有比所述第二物質(zhì)低的電離能量； 在第一周期期間向所述等離子體源施加第一功率電平以選擇性地電離所述第一物質(zhì)，所述第一功率電平大于電離所述第一物質(zhì)所需的功率電平，但小于電離所述第二物質(zhì)所需的另一功率電平； 在第二周期期間向所述等離子體源施加第二功率電平以電離所述第二物質(zhì)，所述第二功率電平大于電離所述第二物質(zhì)所需的所述另一功率電平；以及在所述第一周期期間朝向襯底引導(dǎo)所述第一物質(zhì)的離子。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其進(jìn)一步包括: 在所述第二周期期間朝向所述襯底引導(dǎo)所述第二物質(zhì)的離子。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其進(jìn)一步包括: 在所述第一周期期間將所述第一物質(zhì)的離子植入到所述襯底中；以及在所述第二周期期間將所述第二物質(zhì)的離子植入到所述襯底中。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述第一物質(zhì)包括磷、硼、鍺、硅、氮、硒和砷中的至少一者，且所述第二物質(zhì)包括氫、碳、氧、氦、氖和氬中的至少一者。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其進(jìn)一步包括: 在所述第一周期期間向所述襯底加偏壓且在所述第二周期期間向所述襯底加偏壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其進(jìn)一步包括: 在所述第一周期期間向所述襯底加偏壓，而在所述第二周期期間不向所述襯底加偏壓。
17.—種在設(shè)備中等離子體處理襯底的方法，所述設(shè)備包括接近于襯底的等離子體源、電耦合到所述等離子體源的RF電源、電耦合到所述襯底的偏壓電源，所述方法包括: 在接近所述等離子體源處引入饋送氣體，所述饋送氣體至少包括第一和第二物質(zhì)；用所述RF電源產(chǎn)生RF波形，所述RF波形具有在第一周期期間的第一功率電平和在第二周期期間的第二功率電平，其中所述第二周期發(fā)生在所述第一周期之后； 在所述第一和第二周期期間將所述RF波形施加到所述等離子體源以產(chǎn)生等離子體；用所述偏壓電源產(chǎn)生偏壓波形，所述偏壓波形具有第一偏壓電平和第二偏壓電平，所述第一偏壓電平為零偏壓電平；以及 向所述襯底施加所述偏壓波形以朝向所述襯底引導(dǎo)來(lái)自所述等離子體的離子。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述第二功率電平大于所述第一功率電平。`
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中在所述第一周期期間將所述第一偏壓電平施加到所述襯底。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中在所述第二周期之后將所述第二偏壓電平施加到所述襯底。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中在所述第二周期期間將所述第二偏壓電平施加到所述襯底。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中在所述第一周期期間將所述第二偏壓電平施加到所述襯底。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述RF波形進(jìn)一步包括在第三周期期間的第三功率電平，其中所述第三功率電平小于所述第一和第二功率電平，其中所述第三周期發(fā)生在所述第二周期之后，且其中在所述第三周期期間將所述第一偏壓電平施加到所述襯底。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中在所述第三周期期間不熄滅所述等離子體。
全文摘要
揭示用于等離子體處理襯底的技術(shù)。在一個(gè)特定示范性實(shí)施例中，所述技術(shù)可用包括以下操作的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)在接近等離子體源處引入饋送氣體，其中所述饋送氣體可包括第一和第二物質(zhì)，其中所述第一和第二物質(zhì)具有不同的電離能量；向所述等離子體源提供多電平RF功率波形，其中所述多電平RF功率波形至少具有第一功率電平和在第二脈沖持續(xù)時(shí)間期間的第二功率電平，其中所述第二功率電平可不同于所述第一功率電平；在所述第一脈沖持續(xù)時(shí)間期間電離所述饋送氣體的所述第一物質(zhì)；在所述第二脈沖持續(xù)時(shí)間期間電離所述第二物質(zhì)；以及在所述第一脈沖持續(xù)時(shí)間期間向所述襯底提供偏壓。
文檔編號(hào)H01J37/32GK103109342SQ201180028561
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2011年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月11日
發(fā)明者海倫·梅納德, 卡莫爾·哈迪德, 維克拉姆·辛, 提摩太·J·米勒, 盧多維克·葛特, 喬治·D·帕帕守爾艾迪斯, 伯納德·G·琳賽 申請(qǐng)人:瓦里安半導(dǎo)體設(shè)備公司