專利名稱：用于蝕刻半導體結構的具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體結構及半導體設備。
技術背景過去幾年來，通過將半導體結構的特征結構(feature)經微縮化(scaling) 為極小的尺寸而大幅增進集成電路(ICs)(例如用于計算的邏輯電路，及 用于信息儲存的存儲器電路)的效能及性能。然而，用于制造集成電路微縮化 的設備及處理幾乎都存在有問題。半導體處理技術以及用于進行此種處理的設 備的持續(xù)進步已確保半導體產業(yè)對于微縮化的持續(xù)追求的幸存。為了使半導體堆疊圖案化成有意義的結構，通常是使用光刻/蝕刻處理。目前的蝕刻處理包括以一包括離子化氣體(例如等離子體)的系統(tǒng)來蝕刻半導體堆疊。等離子體蝕刻處理對于具有細微特征結構的多個相鄰結構的蝕刻 是特別有用的。然而，隨著對特征結構尺寸及間隔的更嚴苛的要求，等離子體 蝕刻處理自身的限制也顯現(xiàn)出。等離子體蝕刻的一可能限制是有關于在單一樣品中的多個半導體結構之間存在有多種間隔的IC的制造。舉例來說，蝕刻速率根據圖案密度而定，這 現(xiàn)象稱為「微負載(micro-loading)」。在非常小的尺寸中，特別是在高深寬 比(aspect ratio)體系中，經圖案化而具有高密度(即，特征結構之間的間隔 較小)的材料的蝕刻速率會較經圖案化而具有低密度(即，特征結構之間的間 隔較大)的相同材料的蝕刻速率還來的低。因此，可能需要「過蝕亥i』(over-etch) J 才能完全將單一樣品中的各種結構蝕刻掉，也就是說，當未完全蝕刻的區(qū)域繼 續(xù)進行蝕刻處理時，首先完成蝕刻的區(qū)域也會繼續(xù)暴露于蝕刻處理。在此種實 例中，過蝕刻對于最終的半導體結構具有不利的影響。參照「第1圖」，為特定半導體結構的蝕刻速率與單一樣品(其中發(fā)生有 微負載現(xiàn)象)中的各種半導體結構的密度(即，特征結構之間的間隔)兩者之 間的關聯(lián)性的圖表。如圖所示，隨著關聯(lián)線的斜率降低，則蝕刻速率隨著密度6的增加而降低。參照「第2A圖」，半導體堆疊200包括一基板202、 一半導 體層204及一掩模206。參照「第2B圖」，利用等離子體蝕刻處理而將掩模 206的圖案蝕刻進入半導體層204。半導體堆疊200的蝕刻過程中會發(fā)生微負 載現(xiàn)象，因此使得半導體層204在低密度區(qū)域208的蝕刻速率高于中密度區(qū)域 210及高密度區(qū)域212，如「第2B圖」所示。參照「第2C圖」，半導體堆疊 200上所進行的蝕刻處理在低密度區(qū)域208先完成，其早于中密度區(qū)域210及 高密度區(qū)域212。因此，當較高密度區(qū)域蝕刻完成時，低密度區(qū)域208中的結 構會暴露于過蝕刻。參照「第2D圖」，在過蝕刻過程中，較低密度區(qū)域中的 結構上可能會發(fā)生有害的底切214。如「第2D圖」所示，底切214可隨著密 度而改變，其取決于特定區(qū)域所承受的過蝕刻程度。因此，此處描述一種用于蝕刻半導體結構的方法，以及在其內部執(zhí)行該方 法的系統(tǒng)。


第1圖，繪示根據現(xiàn)有技術的蝕刻速率相對于結構密度的關聯(lián)圖式。 第2A D圖，繪示根據現(xiàn)有技術而在半導體堆疊上進行蝕刻處理的微負載 效應的剖面視圖。第3圖，繪示根據本發(fā)明的實施例的蝕刻速率相對于結構密度的關聯(lián)圖式。第4A C圖，繪示根據本發(fā)明的實施例而在半導體堆疊上進行具有脈沖樣 品偏壓的脈沖蝕刻處理的微負載效應大幅降低的剖面視圖。第5A圖為流程圖，第5B圖為波形，兩者皆表示根據本發(fā)明的實施例的 具有脈沖樣品偏壓的脈沖蝕刻處理的一系列步驟。第6A F圖，繪示根據本發(fā)明的實施例的第5A圖的流程圖的步驟執(zhí)行在 半導體堆疊上的剖面視圖。第7A C圖，繪示根據本發(fā)明的實施例的連續(xù)等離子體蝕刻處理/具有脈 沖樣品偏壓的脈沖等離子體蝕刻處理執(zhí)行在半導體堆疊上的剖面視圖。第8圖，繪示根據本發(fā)明的實施例的具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體蝕 刻處理的一系列步驟的流程圖。第9A D圖，繪示根據本發(fā)明的實施例的第8圖的流程圖的步驟執(zhí)行在半具有脈沖樣品偏壓的脈 沖等離子體蝕刻處理的一系統(tǒng)。第11A B圖，繪示根據本發(fā)明的實施例的第10圖的系統(tǒng)的腔室分別處于 等離子體開啟狀態(tài)及等離子體關閉狀態(tài)。第12A D圖，繪示根據本發(fā)明的實施例的第10圖的系統(tǒng)的腔室分別處于 等離子體開啟/偏壓關閉狀態(tài)、等離子體開啟/偏壓開啟狀態(tài)、等離子體關閉/ 偏壓開啟狀態(tài)及等離子體關閉/偏壓關閉狀態(tài)。
具體實施方式
此處描述一種用于蝕刻半導體基板的方法及系統(tǒng)。在下方說明中，提出數(shù) 種特定細節(jié)(例如特定的尺寸及化學配置)以對本發(fā)明提供貫穿了解。明顯的 是，對于熟悉該技術領域的人士來說，本發(fā)明在無該些特定細節(jié)下也可實行。 在其它實例中，并未詳細描述已知的處理步驟，例如圖案化步驟及濕式化學清 洗，以避免對本發(fā)明產生不必要的混淆。再者，繪示在圖式中的多種實施例僅 為概要表示，而并無按比例繪制。此處所公開的是用于蝕刻半導體結構的脈沖等離子體方法及其相應系統(tǒng)。 通過采用脈沖等離子體處理而可將樣品的一部分移除，其中脈沖等離子體處理 包括多個工作周期(duty cycle)。根據本發(fā)明的實施例，在各個工作周期的 開啟(ON)狀態(tài)下，施加負偏壓至基板，而在各個工作周期的關閉(OFF) 狀態(tài)下，則施加零偏壓至基板。在一特定實施例中，通過應用連續(xù)等離子體處 理而將樣品的第一部分移除，接著，連續(xù)等離子體處理結束，再通過具有脈沖 樣品偏壓的脈沖等離子體處理而移除樣品的第二部分。通過在蝕刻處理過程中重復脈沖該等離子體，則可以緩和蝕刻速率取決于 結構密度的程度。在等離子體的開啟狀態(tài)過程中(即，當?shù)入x子體為離子化氣 體的形式時)，且因此在等離子體蝕刻處理中的半導體材料的初級蝕刻階段中， 形成蝕刻副產物。隨著在較高密度區(qū)域中進行蝕刻處理，這些副產物以較慢的 速率離開樣品(相對于在樣品的較低密度區(qū)域)。因此，在持續(xù)的開啟狀態(tài)下， 蝕刻副產物會阻礙蝕刻處理而朝向微負載發(fā)展。然而，在關閉狀態(tài)下，這些副 產物會/關閉狀態(tài)的周期)以在整個樣品上用實質相同的蝕刻速率來蝕刻半導體材料，而不用顧及結構密度?！傅?圖」繪示根據本發(fā)明的實施例而在脈沖等離子體 蝕刻處理過程中的蝕刻速率與結構密度之間的關聯(lián)圖式。如圖所示為關聯(lián)線的 可忽略的斜率，隨著密度的增加，蝕刻速率實質相同。以此方式所蝕刻的半導 體材料可承受過蝕刻的較少傷害，這是因為樣品的所有部分的蝕刻處理是在實 質相同的時間下完成。在脈沖等離子體蝕刻處理的工作周期的開啟狀態(tài)下，正電荷會傳給待蝕刻 的樣品。在部分實例中，樣品的正電荷是實質足夠以使得由等離子體射出的帶 正電蝕刻物質被部分地偏向。此種蝕刻物質的偏向會造成蝕刻入特定樣品中的 特征結構呈現(xiàn)有害的底切現(xiàn)象。通過在蝕刻處理過程中，以負電荷來對樣品產 生偏壓，則可以緩和帶正電的粒子的偏向。另一方面，在脈沖等離子體蝕刻處 理的工作周期由開啟狀態(tài)切換至關閉狀態(tài)的過渡時期，若樣品為負偏壓，則可 以抑制帶負電的粒子自等離子體釋出。通過在工作周期的關閉狀態(tài)對樣品產生 負偏壓，且因此不對等離子體放電時釋出的帶負電粒子產生排斥，則可達到等 離子體放電的較短時間。另外，帶負電物質會促成蝕刻處理，因而增進蝕刻處 理。因此，根據本發(fā)明的實施例，脈沖樣品偏壓處理與脈沖等離子體處理平行 進行。也就是說，在脈沖等離子體蝕刻處理中，在工作周期的開啟狀態(tài)下，樣 品為負偏壓，在關閉狀態(tài)下，樣品則為零偏壓。半導體堆疊的蝕刻可通過具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體蝕刻處理來 進行。「第4A 4C圖」是繪示根據本發(fā)明的實施例而在半導體堆疊上進行具 有脈沖樣品偏壓的脈沖蝕刻處理對于微負載現(xiàn)象的大幅降低的效應的剖面視 圖。參照「第4A圖」，半導體堆疊400包括一基板402、 一蝕刻層404及一 掩模406。掩模406被圖案化而包括低密度區(qū)域408、中密度區(qū)域410以及高 密度區(qū)域412。半導體堆疊400可包括較大復雜性的材料層及/或圖案類型的堆 疊，但圖中所示僅作為說明的目的。基板402可以包括任何可耐受制作過程且半導體層可適當?shù)卦O置在其上 的材料。在一實施例中，基板402包括以第IV元素為基礎的材料，例如結晶 硅、鍺或硅/鍺。在一實施例中，基板402中的硅原子的原子濃度大于99%。 在另一實施例中，基板402包括第III-V族的材料，例如但不限于為氮化鎵、磷化鎵、砷化鎵、磷化銦、銻化銦、砷化銦鎵、砷化鋁鎵、磷化銦鎵或其混合物。在一選擇性實施例中，基板402包括在一清楚結晶狀基板上生長出一外延 層，例如在硼摻雜塊體硅單結晶基板上生長出硅外延層?；?02也可包括 一位于塊體結晶基板與外延層之間的絕緣層，例如形成一絕緣層上覆硅(SOI) 基板。在一實施例中，絕緣層包括一材料，該材料選自由二氧化硅、氮化硅、 氮氧化硅及高介電常數(shù)(k)的介電層所組成的群組。在另一實施例中，基板 402包括一直接鄰近蝕刻層404所設置的上絕緣層?；?02也可額外包括載流子摻雜雜質原子(charge-carrier dopant impurity atom)。舉例來說，根據本發(fā)明的一實施例，基板402包括硅及/或鍺，且載 流子摻雜雜質原子選自由硼、砷、銦、銻或磷所組成的群組。在另一實施例中， 基板402包括第III-V族材料，且載流子摻雜雜質原子選自由碳、硅、鍺、氧、 硫、硒或碲所組成的群組。蝕刻層404包括任何可適當?shù)貓D案化成為清楚界定的半導體結構的陣列 的材料。根據本發(fā)明的一實施例，蝕刻層404可以包括以第IV族為基礎的材 料，或是第in-V族材料，例如上方所討論與基板402相關的材料。另外，蝕 刻層404包括任何可適當?shù)貓D案化成為清楚界定的半導體結構的陣列的形態(tài) 結構。在一實施例中，蝕刻層404的形態(tài)結構選自由非晶、單晶及多晶所組成 的群組。在一實施例中，蝕刻層404包括載流子摻雜雜質原子，例如上方所討 論與基板402相關的材料。就其本身而言，蝕刻層404的組成不需限制為半導體材料。根據本發(fā)明的 一選擇性實施例，蝕刻層404包括金屬層，例如但不限于為銅、鋁、鎢、金屬 氮化物、金屬碳化物、金屬硅化物、鉿、鋯、鈦、鉭、鋁、釕、鈀、鉑、鈷、 鎳或導電金屬氧化物，例如氧化釕。在本發(fā)明的又一實施例中，蝕刻層404 包括一絕緣層。在一實施例中，蝕刻層404包括選自由二氧化硅、氮氧化硅及 氮化硅所組成的群組的絕緣材料。在另一實施例中，蝕刻層404包括高k介電 層，其選自由氧化鉿、硅酸鉿、氧化鑭、氧化鋯、硅酸鋯、氧化鉭、鈦酸鋇鍶、 鈦酸鋇、鈦酸鍶、氧化釔、氧化鋁、氧化鉛鈧鉅及鈮酸鉛鋅所組成的群組。掩模406可包括任何適于通過光刻處理或直寫(direct-write)處理而圖案 化的材料。在一實施例中，掩模406包括光刻膠材料。在一特定實施例中，光 刻膠材料是用于光刻處理，并選自由正型光刻膠及負型光刻膠所組成的群組。掩模406可更包括一適于阻擋等離子體蝕刻處理(例如用于圖案化蝕刻層404 的等離子體蝕刻處理)的材料。因此，根據本發(fā)明的另一實施例，掩模406 也包括一硬質掩模層，該硬質掩模層選自由二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅及金 屬薄膜所組成的群組。
參照「第4B圖」，掩模406的圖案通過具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子 體蝕刻處理而蝕刻入蝕刻層404中，以形成部分圖案化的蝕刻層414。在適當 條件下，當使用具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體處理時，根據本發(fā)明的一實 施例，所有密度區(qū)域408、 410、 412的蝕刻速率實質相近，如「第4B圖」所 示。具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體處理包含多個工作周期，其中各個工作 周期代表蝕刻等離子體的一開啟狀態(tài)及一關閉狀態(tài)的組合。在工作周期的開啟 狀態(tài)下，對樣品施加負偏壓，在工作周期的關閉狀態(tài)下，對樣品施加零偏壓。 一個工作周期包括一個開啟狀態(tài)及一個關閉狀態(tài)，其中開啟狀態(tài)及關閉狀態(tài)的 持續(xù)時間適于針對密度區(qū)域408、 410、 412以實質相近的蝕刻速率而將掩模 406的圖案轉移至蝕刻層404。根據本發(fā)明的一實施例，各個工作周期的開啟 狀態(tài)部分為工作周期的5~95%，在一特定實施例中，各個工作周期的開啟狀 態(tài)部分為工作周期的65 75%。在另一實施例中，多個工作周期的頻率為介于 1 Hz 200kHz，即各個工作周期的持續(xù)時間為5微秒~1秒。在一特定實施例中， 多個工作周期的頻率為50kHz，且各個工作周期的開啟狀態(tài)部分為70%。在工 作周期的開啟狀態(tài)過程中施加至半導體堆疊400的負偏壓應足以緩和由等離 子體釋出的帶正電蝕刻物質的偏向。根據本發(fā)明的一實施例，在工作周期的開 啟狀態(tài)過程中施加至半導體堆疊400的負偏壓介于5-1000瓦(Watts)。在一 特定實施例中，在工作周期的開啟狀態(tài)過程中施加至半導體堆疊400的負偏壓 介于100~200瓦。
可產生一用于具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體處理中以蝕刻一蝕刻層 404的等離子體的方法包括任何適于在足以符合工作周期的開啟狀態(tài)的持續(xù) 時間以點燃并維持等離子體的方法。舉例來說，根據本發(fā)明的一實施例，產生 等離子體的方法包括產生一等離子體，該等離子體選電子回旋共振(ECS)等 離子體、螺旋波等離子體、感應耦合等離子體(ICP)及表面波等離子體所組 成的群組。在一特定實施例中，用于產生等離子體的方法包括在Applied Material AdvantEdge G3 etcher中產生一感應耦合等離子體。所產生的用于具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體蝕刻處理的等離子體包 括任何反應氣體，該些反應氣體適于產生離子及反應性自由基以移除部分的蝕
刻層404而不會對掩模406的圖案造成不利影響。舉例來說，根據本發(fā)明的一 實施例，反應氣體包括鹵化物物質，用于蝕刻硅系(silicon-based)材料。在 一特定實施例中，反應氣體包括近似比例為300:50:12的HBr、 He物質及 70%/30%1^/02混合物，且脈沖等離子體用于蝕刻非晶硅、多晶硅或單晶硅。 在另一實施例中，反應氣體包括氟碳化合物，并用于蝕刻介電層。在一特定實 施例中，反應氣體包括物質CF4，且脈沖等離子體用于蝕刻二氧化硅或碳摻雜 氧化硅。反應氣體可包括一適于提供受控蝕刻速率的壓力。在一實施例中，壓 力介于1 100毫托(mTorr)。在另一實施例中，壓力介于3 100毫托。在一 特定實施例中，反應氣體包括HBr、 He及02，反應氣體的壓力介于30~50毫 托，多晶硅的蝕刻速率則介于500~6000埃/分(Angstroms/minute)。
參照「第4C圖」，上述的具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體處理持續(xù)直 到部分圖案化的蝕刻層414變成圖案化的蝕刻層424為止。通過使用上述具有 脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體蝕刻處理直到蝕刻層404的蝕刻完成，且在密度 區(qū)域408、 410、 412的蝕刻處理在實質相同的時間完成。因此，僅需要微不足 道的過蝕刻來形成圖案化的蝕刻層424。因此，圖案化的蝕刻層424的各種結 構的不利底切現(xiàn)象會大幅緩和，如「第4C圖」所示的底切現(xiàn)象的不存在。
具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體蝕刻處理的工作周期中的開啟狀態(tài)及 關閉狀態(tài)的持續(xù)時間以相應于蝕刻副產物的形成及移除為目標。「第5A圖」 為流程圖，「第5B圖」為波形，這些圖式皆代表根據本發(fā)明的一實施例的具 有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體蝕刻處理的此種一系列目標步驟。「第6A 6D 圖」繪示在半導體堆疊上執(zhí)行「第5A圖」的流程圖的步驟的剖面視圖。
參照流程圖500的步驟502，且相符于「第6A圖」，在具有脈沖樣品偏 壓的脈沖等離子體蝕刻處理的開始時，半導體堆疊600包括一基板602、 一蝕 刻層604及一掩模606。掩模606經圖案化而具有低密度區(qū)域608、中密度區(qū) 域610及高密度區(qū)域612。基板602、蝕刻層604及掩模606可以包括參照「第 4A圖」描述關于基板402、蝕刻層404及掩模406的任何材料。半導體堆疊 600可包括較大復雜度的材料層及/或圖案類型的堆疊，但此處所示的方式僅作 為示例性。
12參照流程圖500的步驟504，且相符于「第6B圖」，在具有脈沖樣品偏 壓的脈沖等離子體蝕刻處理中的工作周期的開啟狀態(tài)過程中，掩模606的圖案 被部分蝕刻至蝕刻層604中，以形成部分圖案化的蝕刻層614A。等離子體蝕 刻物質620可接近蝕刻層604的未屏蔽部分，而由掩模606所遮蔽住的蝕刻層 604的屏蔽區(qū)域則受到保護而免受等離子體蝕刻物質620作用，如「第6B圖」 所示。蝕刻副產物616則在半導體堆疊600的反應區(qū)域618中產生。
蝕刻物質620可包括任何帶電物質及由用于脈沖等離子體蝕刻處理的等 離子體所釋出的反應性中性物。舉例來說，根據本發(fā)明一實施例，蝕刻物質 620包括帶正電離子及自由基。在一實施例中，反應氣體包括HBr、 He及02， 且蝕刻物質620選自由IT、 Br+、 He+、 0+、 H、 Br及O所組成的群組。在另 一實施例中，反應氣體包括氟碳化合物，且蝕刻物質620選自由F+、 CF+及 CF2+，以及CF3+、 F、 CF、 CF2以及CF3所組成的群組。蝕刻副產物616可包 括來自半導體層604及蝕刻物質620的原子的任意組合。在一特定實施例中， 蝕刻物質616包括鹵化物陽離子X+及/或鹵化物自由基X (X=F、 Cl、 Br)， 半導體層604包括硅原子，蝕刻副產物616包括選自由中性物質SiXn所組成 的群組的副產物，其中n為l、 2、 3或4。
工作周期的開啟狀態(tài)的持續(xù)時間經選擇以使得蝕刻效率最大化，并能夠使 部分圖案化的蝕刻層614A的所有密度區(qū)域608、 610及612的蝕刻速率維持 實質相近。如「第6B圖」所示，蝕刻副產物616至少一段時間被形成并存在 于部分圖案化的蝕刻層614A的部分蝕刻特征結構中(即，反應區(qū)域618內)。 反應區(qū)域618為半導體堆疊600中鄰近蝕刻副產物616形成的區(qū)域，而蝕刻副 產物616的形成會干涉等離子體蝕刻物質620。也就是說，在開啟循環(huán)的使用 期間，隨著蝕刻副產物616在反應區(qū)域618中的增加，等離子體蝕刻物質620 會被妨礙而無法接近部分圖案化的蝕刻層614A的未屏蔽部分。此種等離子體 蝕刻物質620的妨礙在高結構密度區(qū)域較為嚴重(相較于低結構密度區(qū)域)， 因而降低高結構密度區(qū)域的蝕刻速率(相較于低結構密度區(qū)域的蝕刻速率)。 因此，根據本發(fā)明的一實施例，具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體蝕刻處理的 工作周期的開啟狀態(tài)經選擇以小于或至多符合一時間，在該時間下產生足夠量 的蝕刻副產物以降低高密度區(qū)域的蝕刻速率(相對于低密度區(qū)域)。在一實施 例中，開啟狀態(tài)的持續(xù)時間經選擇以實質符合一時間，而在該時間下，部分圖案化的蝕刻層604的蝕刻速率取決于掩模606的圖案密度。在一實施例中，開 啟狀態(tài)的持續(xù)時間足夠短，以實質抑制反應區(qū)域618中的微負載現(xiàn)象。在一實 施例中，開啟狀態(tài)的持續(xù)時間處于參照「第4B圖」的工作周期的開啟狀態(tài)的 時間范圍內。在工作周期的開啟狀態(tài)下施加至半導體堆疊600的負偏壓應足以 緩和自等離子體釋出的帶正電蝕刻物質的偏向。根據本發(fā)明的一實施例，在工 作周期的開啟狀態(tài)下施加至半導體堆疊600的負偏壓介于5~1000瓦。在一特 定實施例中，在工作周期的開啟狀態(tài)下施加至半導體堆疊600的負偏壓介于 100~200瓦。
參照流程圖500的步驟506,且相符于「第6C圖」，等離子體處于關閉 狀態(tài)，因此，蝕刻物質620不再存在于半導體堆疊600的反應區(qū)域618。如「第 6C圖」所示，蝕刻副產物616自反應區(qū)域618移除，且半導體堆疊600為零 偏壓。
工作周期的關閉狀態(tài)的持續(xù)時間經選擇以允許有足夠的時間來將蝕刻副 產物616自反應區(qū)域618移除(即，消除或排除)。在開啟狀態(tài)過程中，如上 所述，蝕刻副產物616形成在反應區(qū)域618中。此外，在等離子體的開啟狀態(tài) 轉移至關閉狀態(tài)的過渡時期，當?shù)入x子體氣體中和時，其帶負電的離子會自等 離子體氣體釋出，因而產生新的蝕刻物質。這些新的蝕刻物質會更進一步促成 反應區(qū)域618中的蝕刻副產物的量。
在工作周期的關閉狀態(tài)初期，反應區(qū)域618內的蝕刻副產物616的濃度實 質大于反應區(qū)域618外的蝕刻副產物616的濃度。因此，會形成一自然擴散梯 度，則蝕刻副產物616會擴散至反應區(qū)域618夕卜。此過程可以通過額外的壓力 梯度來增進。也就是說，伴隨著在開啟狀態(tài)過程中的蝕刻副產物616的增長， 反應區(qū)域618內的壓力可變成大于反應區(qū)域618外的壓力，因而促進蝕刻副產 物616的排出。因此，根據本發(fā)明的實施例，具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子 體蝕刻處理中的工作周期的關閉狀態(tài)經選擇而具有足夠長的持續(xù)時間，以實質 促使蝕刻副產物616自反應區(qū)域618移除。在另一實施例中，蝕刻副產物616 的移除量為足夠，因此，仍存在于反應區(qū)域618中的任何蝕刻副產物616不會 實質干涉在接續(xù)工作周期的開啟狀態(tài)過程中的蝕刻物質。在此種實施例中，關 閉狀態(tài)的持續(xù)時間經選擇以實質符合一時間，在該時間之時，超過50%的蝕刻 副產物616已自反應區(qū)域618移除。在另一實施例中，關閉狀態(tài)的持續(xù)時間經選擇以實質符合一時間，在該時間之時，超過75%的蝕刻副產物616己自反應 區(qū)域618移除。在一選擇性實施例中，關閉狀態(tài)的持續(xù)時間處于參照「第4B 圖」討論的工作周期的關閉狀態(tài)的時間范圍。
參照流程圖500的步驟508,且相符于「第6D-E圖」，在接續(xù)的具有脈 沖樣品偏壓的脈沖等離子體蝕刻處理的工作周期過程中，掩模606的圖案持續(xù) 蝕刻入蝕刻層604中，以形成更為廣泛蝕刻的部分蝕刻的蝕刻層614B。重復 工作周期(即，步驟50S)直到已蝕刻期望量的蝕刻層604。因此，根據本發(fā) 明的一實施例， 一部分的蝕刻層604通過由包括多個工作周期的脈沖等離子體 蝕刻處理而移除。在工作周期的開啟狀態(tài)過程中，對樣品施加負偏壓，而在工 作周期的關閉狀態(tài)過程中，則對樣品施加零偏壓?！傅?B圖」以波形繪示工 作周期的時間線。
參照流程圖500的步驟510，且相符于「第6F圖」，在移除期望量的蝕 刻層604之后，具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體蝕刻處理結束。通過使用具 有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體蝕刻處理以完成蝕刻層604的蝕刻，則密度區(qū) 域608、 610及612的蝕刻處理可在相同時間下完成。因此，僅需要可忽略量 的過蝕刻以形成圖案化的蝕刻層624。這樣，可大幅緩和圖案化的蝕刻層624 的各種結構的不利底切現(xiàn)象，其可由「第6F圖」的缺乏底切現(xiàn)象可見?？赏?過任一適當因素來決定何時結束具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體蝕刻處理。 舉例來說，根據本發(fā)明的一實施例，通過在預定的時間結束工作周期的重復， 以決定具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體蝕刻處理的結束。在一選擇性實施例 中，可通過偵測在蝕刻層604的蝕刻完成時的蝕刻副產物616的改變以及基板 602的頂表面的相應暴露來決定具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體蝕刻處理 的結束。在另一實施例中，可利用干涉術以量測溝槽(trench)的深度來決定 具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體蝕刻處理的結束。
具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體蝕刻處理可結合連續(xù)等離子體蝕刻處 理。舉例來說，直到半導體堆疊的一部分已被蝕刻之前，半導體堆疊的不同密 度區(qū)域的蝕刻速率差別可能并不顯著，這是因為蝕刻處理在高深寬比的圖案中 可能遭受更為嚴重的微負載。因此，較為有效的是，先施加一連續(xù)等離子體以 蝕刻半導體堆疊的第一部分，直到達到特定的深度，再接著施加具有脈沖樣品 偏壓的脈沖等離子體蝕刻處理以移除半導體堆疊的第二部分。根據本發(fā)明的一實施例，以連續(xù)等離子體蝕刻處理來蝕刻半導體堆疊直到達到期望深度，接著， 半導體堆疊的蝕刻通過具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體蝕刻處理來完成。在 一實施例中，連續(xù)等離子體蝕刻處理/具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體蝕刻 處理用于增加單一晶片處理工具中的晶片產率。根據本發(fā)明一實施例的此種連 續(xù)等離子體蝕刻處理/具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體蝕刻處理被繪示于
「第7A C圖」。以掩模712圖案化的蝕刻層704 ( 「第7A圖」)通過由連 續(xù)等離子體蝕刻處理而部分圖案化(「第7B圖」)。接著利用具有脈沖樣品 偏壓的脈沖等離子體蝕刻處理以完成蝕刻層704的蝕刻，也就是說，直到蝕刻 結束于蝕刻終止層706為止，如「第7C圖」所示。在一實施例中，等離子體 蝕刻處理由連續(xù)轉變?yōu)槊}沖的深度為最高結構密度的區(qū)域的間隔寬度的0.5~4 倍。在一實施例中，深度經選擇以實質等于最高結構密度的區(qū)域的間隔寬度， 也就是說，當最高密度結構已達到深寬比l。
「第8圖」為一流程圖，顯示根據本發(fā)明的一實施例的一系列步驟，其結 合連續(xù)等離子體蝕刻處理以及具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體蝕刻處理。
「第9A D圖j繪示「第8圖j的流程步驟執(zhí)行在較為復雜的半導體堆疊上的 剖面視圖。
參照流程圖800的步驟802，且相符于「第9A圖」，在一連續(xù)/脈沖等離 子體蝕刻處理起始時，半導體堆疊900包括一基板902、 二蝕刻層904、 908、 二介電層906、 910及一掩模912?；?02、蝕刻層904、 908及掩模912包 括任何參照「第4A圖」所描述的基板402、蝕刻層404及掩模406的材料。 半導體堆疊900可包括較為復雜或較不復雜的材料層的堆疊，此處所示的方式 僅作為說明之用。在一實施例中，半導體堆疊900包括多晶硅/SiON/多晶硅 /Si02，如典型的閃存堆疊中可見者。
介電層906、 910可包括任何適于絕緣半導體堆疊的導電部分的材料。在 一實施例中，介電層906、 910可包括選自由二氧化硅、氮氧化硅及氮化硅所 組成的群組的絕緣材料。在另一實施例中，介電層906、 910可包括選自由氧 化鉿、硅酸鉿、氧化鑭、氧化鋯、硅酸鋯、氧化鉭、鈦酸鋇鍶、鈦酸鋇、鈦酸 鍶、氧化釔、氧化鋁、氧化鉛鈧鉭及鈮酸鉛鋅所組成的群組的高k介電層。
參照流程圖800的步驟804,且相符于「第9B圖」，利用連續(xù)等離子體 處理以將掩模912的圖案蝕刻入蝕刻層904中，而形成部分圖案化的蝕刻層914。在半導體堆疊900的第一部分的各個密度區(qū)域中的蝕刻速率差異并不顯 著的情況下，連續(xù)等離子體蝕刻處理則足以蝕刻該蝕刻層904。產生用于連續(xù) 等離子體處理中以形成部分圖案化的蝕刻層914的等離子體的方法可包括任 何適于在足以符合連續(xù)蝕刻處理的持續(xù)時間以點燃并維持等離子體的方法。舉 例來說，根據本發(fā)明的一實施例，產生連續(xù)等離子體的方法包括產生一等離子 體，該等離子體選自由電子回旋共振(ECS)等離子體、螺旋波等離子體、感 應耦合等離子體(ICP)及表面波等離子體所組成的群組。在一特定實施例中， 用于產生連續(xù)等離子體的方法包括在Applied Material AdvantEdge G3 etcher 中產生一感應耦合等離子體。
參照流程圖800的步驟806，且相符于「第9B圖」，通過任何適當?shù)囊?素來決定何時可結束連續(xù)等離子體處理。舉例來說，根據本發(fā)明的一實施例， 基于待蝕刻的材料的特質而在一預定時間結束以決定連續(xù)等離子體蝕刻處理 的結束。在一選擇性實施例中，通過偵測在蝕刻層904的蝕刻完成時的蝕刻副 產物改變以及介電層906的頂表面的相應暴露(即，通過偵測蝕刻終點)而決 定連續(xù)等離子體蝕刻處理的結束。在一實施例中，通過在連續(xù)蝕刻處理過程中
所產生的化學物質組的實時組成(real-time composition)來決定連續(xù)等離子體 蝕刻處理的結束。參照「第9C圖」，在蝕刻層904的蝕刻之后，介電層906 的暴露部分被移除以形成圖案化的介電層916。根據本發(fā)明的一實施例，介電 層906的暴露部分的移除通過一蝕刻處理來進行，該蝕刻處理選自由濕式蝕刻 處理、連續(xù)等離子體蝕刻處理及脈沖等離子體蝕刻處理所組成的群組。
參照流程圖800的步驟808、 810及812,且相符于「第9C D圖」，掩 模912的圖案持續(xù)蝕刻入半導體堆疊800中。在此時，由于半導體堆疊900 的第一部分已被蝕刻，蝕刻層908的不同密度區(qū)域的蝕刻速率差異為顯著的， 故需要應用脈沖等離子體蝕刻處理。因此根據本發(fā)明的一實施例，具有脈沖樣 品偏壓的脈沖等離子體蝕刻處理用于圖案化蝕刻層908以形成圖案化的蝕刻 層918?？芍貜凸ぷ髦芷?即，步驟712)直到期望量的蝕刻層908已被蝕刻。 因此，根據本發(fā)明的一實施例，利用連續(xù)蝕刻等離子體處理以對半導體堆疊 900的第一部分進行圖案化，并利用包括多個工作周期的脈沖等離子體蝕刻處 理來對半導體堆疊900的第二部分進行圖案化。在工作周期的開啟狀態(tài)過程中 對樣品施加負偏壓，而在工作周期的關閉狀態(tài)過程中則對樣品施加零偏壓。參照流程圖800的步驟814，且相符于「第9D圖」，在移除期望量的蝕 刻層908之后，具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體蝕刻處理結束。通過使用具 有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體蝕刻處理以完成蝕刻層908的蝕刻，則各個密 度區(qū)域的蝕刻處理可在實質相同時間下完成。因此，僅需要可忽略量的過蝕刻 以形成圖案化的蝕刻層918。這樣，可大幅緩和圖案化的蝕刻層918的各種結 構的不利底切現(xiàn)象，其可由「第9D圖」的缺乏底切現(xiàn)象可見。可通過任一適 當因素來決定何時結束具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體蝕刻處理。舉例來 說，根據本發(fā)明的一實施例，通過在預定的時間結束工作周期的重復，以決定 具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體蝕刻處理的結束。在一選擇性實施例中，可 通過偵測在蝕刻層908的蝕刻完成時的蝕刻副產物的改變以及介電層910的頂 表面的相應暴露來決定具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體蝕刻處理的結束。
可通過循環(huán)式的連續(xù)/脈沖等離子體蝕刻處理以將上述的連續(xù)及脈沖等離 子體蝕刻處理的組合方法應用至更為復雜的材料堆疊。舉例來說，根據本發(fā)明 的一實施例，半導體堆疊的第一部分通過第一連續(xù)等離子體蝕刻處理而圖案 化；半導體堆疊的第二部分通過具有脈沖樣品偏壓的第一脈沖等離子體蝕刻處 理而圖案化；半導體堆疊的第三部分通過第二連續(xù)等離子體蝕刻處理而圖案 化；半導體堆疊的第四部分通過具有脈沖樣品偏壓的第二脈沖等離子體蝕刻處 理而圖案化。在一特定實施例中，半導體堆疊900的蝕刻層904也通過第一連 續(xù)等離子體蝕刻處理以圖案化，接著再進行具有脈沖樣品偏壓的第一脈沖等離 子體蝕刻處理。之后，蝕刻層908通過第二連續(xù)等離子體蝕刻處理以圖案化， 并接著再進行具有脈沖樣品偏壓的第二脈沖等離子體蝕刻處理。
具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體蝕刻處理可以在任何適于在接近樣品 處提供蝕刻等離子體以進行蝕刻的處理設備中進行?！傅?0圖」繪示根據本 發(fā)明的一實施例而進行具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體蝕刻處理的系統(tǒng)。
參照「第10圖」，用于進行脈沖等離子體蝕刻處理的系統(tǒng)1000包括一腔 室1002，該腔室1002配備有樣品承接器1004。 一抽氣裝置1006、 一氣體入 口裝置1008及一等離子體點燃裝置1010耦接至腔室1002。電壓源1014與樣 品承接器1004耦接。計算裝置1012與等離子體點燃裝置1010及電壓源1014 耦接。系統(tǒng)1000可額外包括耦接至腔室1002的偵測器1016。計算裝置1012 也可以與抽氣裝置1006、氣體入口裝置1008及偵測器1016耦接，如「第IO圖」所示。
腔室1002及樣品承接器1004可包括任何適于含有一離子化氣體(即，等 離子體)的反應室及樣品定位裝置，并使樣品靠近離子化氣體或自其釋出的帶 電物質。抽氣裝置1006可以為任何對腔室1002進行抽氣及使其壓力降低的裝 置。氣體入口裝置1008可以為任何適于將反應氣體注入腔室1002中的裝置。 等離子體點燃裝置1010可以為任何適于將源自氣體入口裝置1008所注入腔室 1002的反應氣體的等離子體點燃的裝置。偵測器1016可以為任何適于偵測處 理步驟終點的裝置。在一實施例中，系統(tǒng)1000包括一腔室1002、 一樣品承接 器1004、 一抽氣裝置1006、 一氣體入口裝置1008、 一等離子體點燃裝置1010 及一偵測器1016，其類似或相同于Applied Material AdvantEdge G3 etcher 中所包括的。
計算裝置1012包括處理器及存儲器。根據本發(fā)明的一實施例，計算裝置 1012的存儲器包括用于控制等離子體點燃裝置1010以在具有脈沖樣品偏壓的 脈沖等離子體蝕刻處理中切換等離子體在開啟狀態(tài)及關閉狀態(tài)之間的一指令 組。在一實施例中，該指令組包括機器可操作的程序代碼，并對多個工作周期 產生作用，其中各個工作周期代表等離子體的一開啟狀態(tài)及一關閉狀態(tài)的組 合。計算裝置1012的存儲器也包括用于控制電壓源1014切換在負偏壓與零偏 壓之間的一指令組。在等離子體的開啟狀態(tài)下，負偏壓被施加至樣品承接器 1004，在等離子體的關閉狀態(tài)下，零偏壓被施加至樣品承接器1004。在一特 定實施例中，用于控制等離子體點燃裝置1010的指令組包括針對各個工作周 期的時序指令，以使得開啟狀態(tài)占工作周期的持續(xù)時間的5 95%。在一實施 例中，用于控制等離子體點燃裝置1010的指令組包括針對各個工作周期的時 序指令，以使得開啟狀態(tài)占工作周期的持續(xù)時間的65~75%。在另一實施例中， 用于控制等離子體點燃裝置1010的指令組包括時序指令，因而使得多個工作 周期的頻率介于lHz 200kHz之間，g卩，各個工作周期的持續(xù)時間介于5微秒 ~1秒。在一特定實施例中，用于控制等離子體點燃裝置1010的指令組包括時 序指令，因而使得多個工作周期的頻率為50kHz，且各個工作周期包括開啟狀 態(tài)的部分為70%。在一實施例中，在工作周期的開啟狀態(tài)下通過電壓源1014 施加至樣品承接器1004的負偏壓介于5~1000瓦。在一特定實施例中，在工作 周期的開啟狀態(tài)下通過電壓源1014施加至樣品承接器1004的負偏壓介于「第11A~B圖」繪示根據本發(fā)明的一實施例的「第10圖」的系統(tǒng)的腔室 分別處于等離子體開啟狀態(tài)及等離子體關閉狀態(tài)。參照「第11A圖」，系統(tǒng) 1000的腔室1002包括一處于開啟狀態(tài)下的等離子體1100，且該等離子體1100 接近樣品承接器1004上的一樣品1102。反應區(qū)域1104直接鄰近于樣品1102。 在蝕刻處理期間，至少在一段時間內，蝕刻副產物形成在并存在于反應區(qū)域 1102中。因此，根據本發(fā)明的一實施例，用于控制等離子體點燃裝置1010的 指令組包括時序指令，因而使得開啟狀態(tài)的持續(xù)時間為足夠短以實質抑制反應 區(qū)域1104內的微負載現(xiàn)象。參照「第11B圖」，系統(tǒng)1000的腔室1002包括 處于關閉狀態(tài)下的等離子體(即，中性反應氣體)。根據本發(fā)明的一實施例， 用于控制等離子體點燃裝置1010的指令組包括時序指令，因而使得脈沖等離 子體蝕刻處理的工作周期的關閉狀態(tài)經選擇而具有足夠長的持續(xù)時間，以實質 將蝕刻副產物自反應區(qū)域1104移除。
在脈沖等離子體蝕刻處理的工作周期的開啟狀態(tài)過程中，正電荷會分給正 在進行蝕刻的樣品。在部分實例中，樣品的正電荷會實質足以使得自等離子體 釋出的帶正電蝕刻物質產生部分地偏向。此種蝕刻物質的偏向可能會導致蝕刻 入特定樣品中的特征結構出現(xiàn)不利的底切現(xiàn)象。通過在蝕刻處理過程中，以負 電荷來偏壓樣品，則可緩和帶正電粒子的偏向。另一方面，在脈沖等離子體蝕 刻處理的工作周期由開啟狀態(tài)至關閉狀態(tài)的過渡期間，若樣品為負偏壓，則可 抑制帶負電粒子自等離子體的釋出。通過在工作周期的關閉狀態(tài)過程中對樣品 產生零偏壓，且因此不對等離子體放電時釋出的帶負電粒子產生排斥，則可達 到等離子體放電的較短時間。另外，帶負電物質會促成蝕刻處理，因而增進蝕 刻處理。因此，根據本發(fā)明的實施例，脈沖樣品偏壓處理與脈沖等離子體處理 平行進行。也就是說，在脈沖等離子體蝕刻處理中，在工作周期的開啟狀態(tài)下， 樣品為負偏壓，在關閉狀態(tài)下，樣品則為零偏壓。
「第12A~D圖」繪示根據本發(fā)明的一實施例的「第10圖」的系統(tǒng)1000 的腔室1002分別處于等離子體開啟/偏壓關閉狀態(tài)、等離子體開啟/偏壓開啟狀 態(tài)、等離子體關閉/偏壓開啟狀態(tài)及等離子體關閉/偏壓關閉狀態(tài)。電壓源1014 與樣品承接器1004耦接，并用于在工作周期的開啟狀態(tài)過程中，對樣品承接 器1004且因而對樣品1102產生偏壓。參照「第12A圖」，電壓源1014處于關閉狀態(tài)，由等離子體1100釋出的帶正電蝕刻物質在接近樣品1102的表面處 呈部分偏向。然而，參照「第12B圖」，電壓源1014處于開啟狀態(tài)(即，負 偏壓樣品承接器1004)，因此，由等離子體1100釋出的帶正電蝕刻物質在接 近樣品1102的表面處維持正交軌道(即，各向異性軌道)。根據本發(fā)明的一 實施例，電壓源1014用于在工作周期的開啟狀態(tài)過程中施加一介于5~1000 瓦的負偏壓至樣品承接器1004。在一特定實施例中，電壓源1014用于在工作 周期的開啟狀態(tài)過程中施加一介于100 200瓦的負偏壓至樣品承接器1004。 脈沖等離子體蝕刻處理(相較于連續(xù)等離子體蝕刻處理)可降低蝕刻處理過程 中正電荷積聚在樣品1102上的程度。然而，以電壓源1014對樣品承接器1004 產生偏壓的額外步驟可用作為脈沖等離子體蝕刻處理的一部分，以使得對蝕刻 處理過程中的結構的底切現(xiàn)象的緩和達到最佳化。因此根據本發(fā)明的另一實施 例，以電壓源1014對樣品承接器1004產生偏壓的額外步驟可用作于延長脈沖 等離子體蝕刻處理的工作周期中的開啟狀態(tài)的持續(xù)時間。
參照「第12C圖」，電壓源1014處于開啟狀態(tài)，由等離子體開啟狀態(tài)切 換至等離子體關閉狀態(tài)的過渡期間所釋出的帶負電粒子受到抑制而無法到達 樣品1102的表面，因而延緩等離子體關閉狀態(tài)步驟。然而，參照「第12D圖」， 電壓源1014處于關閉狀態(tài)(即，零偏壓樣品承接器1004)，因此，由等離子 體開啟狀態(tài)切換至等離子體關閉狀態(tài)的過渡期間所釋出的帶負電粒子會受到 抑制而無法到達樣品1102的表面。根據本發(fā)明的一實施例，在工作周期的關 閉狀態(tài)過程中，電壓源1014被關閉以施加零偏壓至樣品承接器1004。因此， 根據本發(fā)明的一實施例，電壓源1014使樣品承接器1004為負偏壓以延長在脈 沖等離子體蝕刻處理的工作周期的開啟狀態(tài)的持續(xù)時間，而電壓源1014使樣 品承接器1004為零偏壓以減少工作周期的關閉狀態(tài)的持續(xù)時間。
因此，本發(fā)明公開一種具有脈沖樣品偏壓以蝕刻半導體結構的脈沖等離子 體系統(tǒng)。在一實施例中，通過應用一脈沖等離子體蝕刻處理而移除一部分的樣 品，其中脈沖等離子體蝕刻處理包括多個工作周期。在各工作周期的開啟狀態(tài) 過程中，施加負偏壓至樣品，而在各工作周期的關閉狀態(tài)過程中，施加零偏壓 至樣品。在其它實施例中，樣品的第一部分通過連續(xù)等離子體蝕刻處理來移除。
接著，連續(xù)等離子體處理結束，再通過具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體蝕刻 處理以移除樣品的第二部分。應了解脈沖樣品偏壓處理不需要與脈沖等離子體處理綁在一起。因此，根據本發(fā)明的另一實施例，脈沖等離子體工作周期的開 啟狀態(tài)以及脈沖樣品偏壓的開啟狀態(tài)彼此獨立。在另一實施例中，脈沖等離子 體工作周期的關閉狀態(tài)以及脈沖樣品偏壓的關閉狀態(tài)彼此獨立。
權利要求
1.一種用于蝕刻一樣品的方法，包括通過應用一脈沖等離子體處理而移除該樣品的一部分，其中，該脈沖等離子體處理包括多個工作周期(duty cycle)，其中各個該些工作周期代表一等離子體的一開啟(ON)狀態(tài)及一關閉(OFF)狀態(tài)的組合，其中在該開啟狀態(tài)的過程中，施加一負偏壓至該樣品，且在該關閉狀態(tài)的過程中，施加一零偏壓至該樣品。
2. 如權利要求1所述的方法，其中該負偏壓介于5-1000瓦(Watts)的間。
3. 如權利要求l所述的方法，其中該開啟狀態(tài)的持續(xù)時間足夠短以實質 抑制鄰近該樣品的一反應區(qū)域中的微負載(micro-loading)，且其中該關閉狀 態(tài)的持續(xù)時間足夠長以實質使得一組蝕刻副產物能夠自鄰近該樣品的該反應 區(qū)域中移除。
4. 如權利要求3所述的方法，其中該組蝕刻副產物的至少一部分于該等 離子體的該開啟狀態(tài)過程中產生。
5. 如權利要求l所述的方法，其中各個該些工作周期由該開啟狀態(tài)所構 成的部分占5 95%。
6. 如權利要求2所述的方法，其中各個該些工作周期的持續(xù)時間介于 5~1000微秒。
7. 如權利要求3所述的方法，其中該等離子體的該關閉狀態(tài)的持續(xù)時間 經選擇以實質符合一時間，在該時間下，大于50%的該些蝕刻副產物已自該反 應區(qū)域移除。
8. 如權利要求3所述的方法，其中在該等離子體的該關閉狀態(tài)過程中， 使用一惰性氣體以促進該組蝕刻副產物的移除。
9. 一種用于蝕刻一樣品的方法，包括-通過應用一連續(xù)等離子體處理而移除該樣品的一第一部分； 結束該連續(xù)等離子體處理；以及通過應用一脈沖等離子體處理而移除該樣品的一第二部分，其中，該脈沖 等離子體處理包括多個工作周期，其中各個該些工作周期代表一等離子體的一 開啟(ON)狀態(tài)及一關閉(OFF)狀態(tài)的組合，其中在該開啟狀態(tài)的過程中， 施加一負偏壓至該樣品，且在該關閉狀態(tài)的過程中，施加一零偏壓至該樣品。
10. 如權利要求9所述的方法，其中該負偏壓介于5 1000瓦的間。
11. 如權利要求9所述的方法，其中該開啟狀態(tài)的持續(xù)時間足夠短以實 質抑制鄰近該樣品的一反應區(qū)域中的微負載，且其中該關閉狀態(tài)的持續(xù)時間足 夠長以實質使得一組蝕刻副產物能夠自該反應區(qū)域中移除。
12. 如權利要求ll所述的方法，其中各個該些工作周期由該開啟狀態(tài)所 構成的部分占5~95%。
13. 如權利要求12所述的方法，其中各個該些工作周期的持續(xù)時間介于 5 1000微秒。
14. 如權利要求9所述的方法，其中上述的結束該連續(xù)蝕刻處理的步驟 包括偵測一終點。
15. 如權利要求14所述的方法，其中通過在該連續(xù)蝕刻處理過程中所產 生的一組化學物種的實時組成(real-timecomposition)來決定該終點。
16. 如權利要求14所述的方法，其中通過干涉測量(interferometry)來量測實時薄膜厚度以決定該終點。
17. 如權利要求9所述的方法，其中上述的結束該連續(xù)蝕刻處理的步驟 包括基于該樣品的特性而在一預定時間結束該連續(xù)等離子體處理。
18. 如權利要求9所述的方法，其更包括通過應用一第二連續(xù)等離子體處理而移除該樣品的一第三部分； 結束該第二連續(xù)等離子體處理；以及通過應用一第二脈沖等離子體處理而移除該樣品的一第四部分，其中，該 第二脈沖等離子體處理包括多個第二工作周期，其中各個該些第二工作周期代 表一第二等離子體的一第二開啟(ON)狀態(tài)及一第二關閉(OFF)狀態(tài)的組 合，其中在該第二開啟狀態(tài)的過程中，施加一負偏壓至該樣品，且在該第二關 閉狀態(tài)的過程中，施加一零偏壓至該樣品。
19. 一種用于蝕刻一樣品的統(tǒng)，其中該系統(tǒng)包括 一腔室，裝配有一樣品承接器；一抽氣裝置，耦接至該腔室，其中該抽氣裝置用于降低該腔室的壓力； 一氣體入口裝置，與該腔室耦接，其中該氣體入口裝置用于將一反應氣體 注入該腔室中；一等離子體點燃裝置，與該腔室耦接，其中該等離子體點燃裝置用于將源自該反應氣體的一等離子體點燃；一電壓源，與該樣品承接器耦接，其中該電壓源用于偏壓該樣品；以及一計算裝置，與該等離子體點燃裝置耦接，其中該計算裝置包括一處理器及一存儲器，其中該存儲器包括一用于在一脈沖等離子體處理中以控制該等離子體點燃裝置而切換一等離子體于一開啟狀態(tài)及一關閉狀態(tài)的間的指令組，其中該脈沖等離子體處理包括多個工作周期，其中各個該些工作周期代表該等離子體的一開啟狀態(tài)及一關閉狀態(tài)的組合，其中該存儲器還包括一用于控制該電壓源以切換于一負偏壓及一零偏壓的間的指令組，其中在該開啟狀態(tài)的過程中，施加該負偏壓至該樣品，且在該關閉狀態(tài)的過程中，施加該零偏壓至該樣 n叫o
20. 如權利要求19所述的系統(tǒng)，其中該負偏壓介于5 1000瓦的間。
21. 如權利要求19所述的系統(tǒng)，更包括一偵測裝置，與該腔室耦接，其中該偵測裝置用于偵測一處理步驟的一終占。"、、o
22. 如權利要求19所述的系統(tǒng)，其中該開啟狀態(tài)的持續(xù)時間足夠短以實 質抑制鄰近該樣品的一反應區(qū)域中的微負載，且其中該關閉狀態(tài)的持續(xù)時間足 夠長以實質使得一組蝕刻副產物能夠自鄰近該樣品的該反應區(qū)域中移除。
23. 如權利要求22所述的系統(tǒng)，其中各個該些工作周期由該開啟狀態(tài)所 構成的部分占5~95%。
全文摘要
本發(fā)明描述一種用于蝕刻半導體結構的具有脈沖樣品偏壓的脈沖等離子體系統(tǒng)。在一實施例中，利用一脈沖等離子體處理而移除一部分的樣品，其中該脈沖等離子體處理包括多個工作周期。在各個工作周期的開啟狀態(tài)過程中，施加負偏壓至樣品，而在各個工作周期的關閉狀態(tài)過程中，施加零偏壓至樣品。在另一實施例中，通過應用連續(xù)等離子體處理以移除樣品的第一部分，接著連續(xù)等離子體處理停止，并通過應用一脈沖等離子體處理以移除樣品的第二部分。
文檔編號C23F1/00GK101631897SQ200880008115
公開日2010年1月20日 申請日期2008年2月21日 優(yōu)先權日2007年2月21日
發(fā)明者亞歷山大·帕特森, 李慶泰, 沙尚克·C·德斯穆克, 瓦倫丁·N·托多羅夫, 金泰元 申請人:應用材料股份有限公司