用于金屬及金屬氧化物膜的蝕刻的方法
【專利摘要】一種從包括含金屬層與氧化硅層的基板選擇性地蝕刻含金屬膜的方法，包括以下步驟：使含氟氣體流動(dòng)到基板處理腔室的等離子體產(chǎn)生區(qū)域內(nèi)；以及施加能量到所述含氟氣體，以在所述等離子體產(chǎn)生區(qū)域中產(chǎn)生等離子體。所述等離子體包括氟自由基與氟離子。所述方法還包括以下步驟：過(guò)濾所述等離子體，以提供具有比氟離子更高濃度的氟自由基的反應(yīng)性氣體；以及使所述反應(yīng)性氣體流動(dòng)到所述基板處理腔室的氣體反應(yīng)區(qū)域內(nèi)。所述方法還包括以下步驟：使所述基板暴露于所述基板處理腔室的所述氣體反應(yīng)區(qū)域中的所述反應(yīng)性氣體。相較于所述反應(yīng)性氣體蝕刻所述氧化硅層而言，所述反應(yīng)性氣體以更高的蝕刻速率來(lái)蝕刻所述含金屬層。
【專利說(shuō)明】用于金屬及金屬氧化物膜的蝕刻的方法
[0001]交互參照的相關(guān)申請(qǐng)案
[0002]本申請(qǐng)根據(jù)35U.S.C.§ 119(e)主張2011年3月14日提出申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案第61/452，522號(hào)的優(yōu)先權(quán)，所述美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案的內(nèi)容出于所有目的在此藉由參照而整體地被并入到本文。
[0003]本申請(qǐng)還和2011年4月18日提出申請(qǐng)的美國(guó)非臨時(shí)專利申請(qǐng)案第13/088,930號(hào)相關(guān)、和2011年10月3日提出申請(qǐng)的美國(guó)非臨時(shí)專利申請(qǐng)案第13/251,663號(hào)相關(guān)、并且和同時(shí)提出申請(qǐng)的美國(guó)非臨時(shí)專利申請(qǐng)案(代理人卷號(hào)A15600/T103010，客戶卷號(hào)015600USA/DSM/PMD)相關(guān)，所述案件的內(nèi)容分別出于所有目的在此藉由參照而整體地被并入到本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0004]藉由在基板表面上產(chǎn)生復(fù)雜圖案化材料層的工藝是可以制造集成電路的。在基板上產(chǎn)生圖案化材料需要可控的用于移除暴露材料的方法?；瘜W(xué)蝕刻用于各種目的，包括將光刻膠中的圖案轉(zhuǎn)移到下方層內(nèi)、將層予以薄化或增加已經(jīng)存在于表面上的特征結(jié)構(gòu)的橫向尺寸。時(shí)常，期望具有能蝕刻一種材料比蝕刻另一材料更快的蝕刻工藝。這樣的蝕刻工藝被稱為對(duì)于第一材料具有選擇性。由于材料、電路與工藝的多樣性，已經(jīng)以針對(duì)各種材料的選擇性來(lái)發(fā)展蝕刻工藝。
[0005]用以制造半導(dǎo)體集成電路的等離子體沉積與蝕刻工藝已經(jīng)廣泛使用長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年。這些工藝通常涉及從氣體形成等離子體，其中所述氣體被暴露于處理腔室內(nèi)的足以將氣體予以離子化的功率的電場(chǎng)。所需要以形成這些等離子體的溫度會(huì)比所需要以將同樣的氣體予以熱離子化的溫度更低得多。因此，等離子體產(chǎn)生工藝可用以在比僅藉由加熱氣體而可用的溫度明顯更低的腔室處理溫度下產(chǎn)生反應(yīng)性自由基與離子物種。這容許等離子體能從基板表面沉積和/或蝕刻材料，而不必將基板溫度升高到高于會(huì)熔化、分解或以其他方式損壞基板上的材料的閥值。
[0006]示例性等離子體沉積工藝包括位于基板晶圓的暴露表面上的電介質(zhì)材料(諸如氧化硅)的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)。傳統(tǒng)的PECVD涉及處理腔室中的氣體和/或沉積前驅(qū)物的混合及從氣體引發(fā)等離子體而產(chǎn)生會(huì)在基板上反應(yīng)且沉積材料的反應(yīng)性物種。等離子體通?？拷宓谋┞侗砻?，以促進(jìn)有效的反應(yīng)產(chǎn)物的沉積。
[0007]相似地，等離子體蝕刻工藝包括以下步驟:使基板的選擇部分暴露于等離子體引發(fā)的蝕刻物種，等離子體引發(fā)蝕刻物種會(huì)從基板化學(xué)地反應(yīng)和/或物理地濺射出材料?？山逵烧{(diào)整蝕刻劑氣體、等離子體激發(fā)能量與基板和充電等離子體物種之間的電偏壓及其他參數(shù)來(lái)控制被等離子體蝕刻的材料的移除速率、選擇性與方向。一些等離子體技術(shù)(諸如高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD))倚賴同時(shí)的等離子體蝕刻與沉積，以在基板上沉積膜。
[0008]盡管等離子體環(huán)境相比于高溫沉積環(huán)境大體上更不具有對(duì)于基板的破壞性，但等離子體環(huán)境仍產(chǎn)生制造挑戰(zhàn)。對(duì)于會(huì)過(guò)度蝕刻(over-etch)淺溝渠與間隙的高能等離子體而言，蝕刻精確性會(huì)是問(wèn)題。等離子體中的高能物種(特別是離子化物種)會(huì)在被沉積的材料中造成不希望的反應(yīng)，這會(huì)不利地影響材料的性能。因此，需要能對(duì)等離子體成分提供更精確控制的系統(tǒng)與方法，其中所述等離子體成分在制造期間和基板晶圓接觸。
[0009]SM
[0010]描述了系統(tǒng)與方法，以用于等離子體與基板晶圓的表面之間的環(huán)境的改善控制，其中所述基板晶圓被暴露于等離子體和/或等離子體的流出物?？芍辽俨糠值亟逵稍O(shè)置在等離子體與基板之間的離子抑制元件來(lái)實(shí)現(xiàn)所述改善控制，所述離子抑制元件減少或消除抵達(dá)基板的多個(gè)被離子充電的物種。調(diào)整抵達(dá)基板表面的離子物種的濃度可容許在基板上的等離子體輔助蝕刻和/或沉積的期間的蝕刻速率、蝕刻選擇性與沉積化學(xué)作用(及其他參數(shù))的更精確控制。
[0011]在實(shí)施例中，提供一種從包括含金屬層與氧化硅層的基板選擇性地蝕刻含金屬膜的方法。所述方法包括以下步驟:使含氟氣體流動(dòng)到基板處理腔室的等離子體產(chǎn)生區(qū)域內(nèi)；及施加能量到所述含氟氣體，以在所述等離子體產(chǎn)生區(qū)域中產(chǎn)生等離子體。所述等離子體包括氟自由基與氟離子。所述方法還包括以下步驟:過(guò)濾所述等離子體，以提供具有比氟離子更高濃度的氟自由基的反應(yīng)性氣體；以及使所述反應(yīng)性氣體流動(dòng)到所述基板處理腔室的氣體反應(yīng)區(qū)域內(nèi)。所述方法還包括以下步驟:使所述基板暴露于所述基板處理腔室的所述氣體反應(yīng)區(qū)域中的所述反應(yīng)性氣體。相較于所述反應(yīng)性氣體蝕刻所述氧化硅層而言，所述反應(yīng)性氣體以更高的蝕刻速率來(lái)蝕刻所述含金屬層。
[0012]在另一實(shí)施例中，提供一種提供比介電膜蝕刻速率更高的含金屬膜蝕刻速率的蝕刻工藝。所述工藝包括以下步驟:從含氟氣體產(chǎn)生等離子體。所述等離子體包括氟自由基與氟離子。所述工藝還包括以下步驟:從所述等離子體移除一部分的氟離子，以提供具有比氟離子更高濃度的氟自由基的反應(yīng)性氣體；及使包括含金屬層與介電層的基板暴露于所述反應(yīng)性氣體。相較于所述反應(yīng)性氣體蝕刻所述介電層而言，所述反應(yīng)性氣體以更高的蝕刻速率來(lái)蝕刻所述含金屬層。
[0013]額外的實(shí)施例與特征部分地被揭露在以下的發(fā)明說(shuō)明中且對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員在審閱本說(shuō)明書(shū)后是明顯的或可藉由實(shí)施本發(fā)明而被了解?？山逵杀菊f(shuō)明書(shū)中所描述的設(shè)施手段、組合與方法來(lái)了解且獲得本發(fā)明的特征與優(yōu)點(diǎn)。
[0014]附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0015]可藉由參考本說(shuō)明書(shū)與附圖的其余部分來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)本發(fā)明的本質(zhì)與優(yōu)點(diǎn)的進(jìn)一步了解，其中一些附圖中所使用的類似參考標(biāo)號(hào)指稱類似的元件。在一些情況中，子符號(hào)關(guān)聯(lián)于參考標(biāo)號(hào)，且子符號(hào)在連字號(hào)之后，以此代表多個(gè)類似元件之一。當(dāng)參考標(biāo)號(hào)被提及而沒(méi)有載明現(xiàn)有的子符號(hào)時(shí)，旨在指稱所有這樣的多個(gè)類似元件。
[0016]圖1顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的處理系統(tǒng)的簡(jiǎn)化剖視圖，所述處理系統(tǒng)包括處理腔室，所述處理腔室具有電容耦合等離子體(CCP)單元與噴頭；
[0017]圖2顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的處理系統(tǒng)的簡(jiǎn)化透視圖，所述處理系統(tǒng)包括處理腔室，所述處理腔室具有CCP單元與噴頭；
[0018]圖3顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的通過(guò)處理系統(tǒng)的一對(duì)氣體混合物的氣體流動(dòng)路徑的簡(jiǎn)化示意圖；
[0019]圖4顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的處理系統(tǒng)的簡(jiǎn)化剖視圖，所述處理系統(tǒng)包括處理腔室，所述處理腔室具有還作為離子抑制元件的噴頭；
[0020]圖5顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的處理系統(tǒng)的簡(jiǎn)化剖視圖，所述處理系統(tǒng)包括處理腔室，所述處理腔室具有離子抑制板，所述離子抑制板使等離子體區(qū)域和氣體反應(yīng)區(qū)域分隔;
[0021]圖6A顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離子抑制元件的簡(jiǎn)化透視圖；
[0022]圖6B顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的還作為離子抑制元件的噴頭的簡(jiǎn)化透視圖；
[0023]圖7A顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于離子抑制元件中的開(kāi)口的一些示例性孔洞幾何形態(tài)；
[0024]圖7B顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于開(kāi)口的孔洞幾何形態(tài)的示意圖；
[0025]圖8顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一對(duì)電極中的相對(duì)開(kāi)口的示例性配置，其中所述對(duì)電極有助于在處理腔室中界定等離子體區(qū)域；
[0026]圖9是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的從包括含金屬層與氧化硅層的基板中選擇性地蝕刻含金屬膜的示例性方法的簡(jiǎn)化流程圖；及
[0027]圖10是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例而提供比介電膜(諸如氧化硅膜和/或氮化硅膜)蝕刻速率更高的含金屬膜蝕刻速率的示例性蝕刻工藝的簡(jiǎn)化流程圖。
[0028]詳細(xì)描沭
[0029]描述系統(tǒng)與方法，以用于半導(dǎo)體處理腔室內(nèi)的等離子體的產(chǎn)生與控制。等離子體可源自處理腔室內(nèi)、源自處理腔室外的遠(yuǎn)端等離子體單元中、或源自上述兩者。在腔室內(nèi)，通過(guò)位于等離子體與基板晶圓之間的離子抑制元件的輔助，等離子體被包含住且等離子體和基板晶圓分離。在一些情況中，所述離子抑制元件還可作用成作為等離子體產(chǎn)生單元(例如電極)、氣體/前驅(qū)物分布系統(tǒng)(例如噴頭)和/或處理系統(tǒng)的另一部件的一部分。在額外的情況中，離子抑制元件可主要作用成用以界定等離子體產(chǎn)生區(qū)域與氣體反應(yīng)區(qū)域之間的分隔，其中所述氣體反應(yīng)區(qū)域在基板晶圓的暴露表面上蝕刻和/或沉積材料。
[0030]離子抑制元件作用成用以減少或消除從等離子體產(chǎn)生區(qū)域行進(jìn)到基板的離子充電物種。未充電的中性與自由基物種可通過(guò)離子抑制件中的開(kāi)口而在基板處反應(yīng)。應(yīng)注意，環(huán)繞基板的反應(yīng)區(qū)域中的離子充電物種的完全消除并非總是期望的目標(biāo)。在許多情況中，離子物種需要抵達(dá)基板，從而執(zhí)行蝕刻和/或沉積工藝。在這些情況中，離子抑制件有助于將反應(yīng)區(qū)域中的離子物種的濃度控制在對(duì)工藝有幫助的水平。
[0031]示例性處理系統(tǒng)配置
[0032]示例性處理系統(tǒng)配置包括設(shè)置在處理腔室內(nèi)的離子抑制件，以控制抵達(dá)基板的等離子體激發(fā)物種的類型與量。在一些實(shí)施例中，離子抑制件單元可以是穿孔板，所述穿孔板還可作為等離子體產(chǎn)生單元的電極。在額外的實(shí)施例中，離子抑制件可以是能將氣體與激發(fā)物種分布到和基板接觸的反應(yīng)區(qū)域的噴頭。在又更多實(shí)施例中，可藉由穿孔板離子抑制件與噴頭來(lái)實(shí)現(xiàn)離子抑制，其中等離子體激發(fā)物種通過(guò)穿孔板離子抑制件與噴頭兩者而抵達(dá)反應(yīng)區(qū)域。
[0033]圖1和圖2分別顯示處理系統(tǒng)的簡(jiǎn)化剖視圖與透視圖，所述處理系統(tǒng)包括離子抑制件110與噴頭104,離子抑制件110作為電容稱合等離子體(capacitively coupledplasma, CCP)單元102的一部分，噴頭104也可對(duì)離子抑制作出貢獻(xiàn)。處理系統(tǒng)還能可選地包括位于處理腔室100外的部件，諸如流體供應(yīng)系統(tǒng)114。處理系統(tǒng)100可保持不同于周圍壓力的內(nèi)部壓力。例如，處理腔室內(nèi)的壓力可從約ImTorr到約lOOTorr。
[0034]CCP單元102可作用成在處理腔室100內(nèi)產(chǎn)生等離子體。CCP單元102的部件可包括蓋或熱電極106與離子抑制元件110 (在此也稱為離子抑制件)。在一些實(shí)施例中，蓋106與離子抑制件110是導(dǎo)電電極，所述導(dǎo)電電極可相對(duì)于彼此被電偏壓以產(chǎn)生強(qiáng)到足以將所述電極之間的氣體予以離子化成等離子體的電場(chǎng)。電絕緣體108可分離蓋106與離子抑制件110電極，以避免所述蓋106電極及所述離子抑制件110電極在等離子體被產(chǎn)生時(shí)會(huì)短路。蓋106、絕緣體108與離子抑制件110的等離子體暴露表面可在CCP單元102中界定等離子體激發(fā)區(qū)域112。
[0035]等離子體產(chǎn)生氣體可從氣體供應(yīng)系統(tǒng)114經(jīng)由氣體入口 116行進(jìn)到等離子體激發(fā)區(qū)域112內(nèi)。等離子體產(chǎn)生氣體可用以在激發(fā)區(qū)域112中引發(fā)等離子體，或可維持已經(jīng)被形成的等離子體。在一些實(shí)施例中，等離子體產(chǎn)生氣體在經(jīng)由入口 116向下行進(jìn)到CCP單元102之前，等離子體產(chǎn)生氣體可在設(shè)置于處理腔室100外的遠(yuǎn)端等離子體系統(tǒng)(未示出)中已經(jīng)至少部分地被轉(zhuǎn)變成等離子體激發(fā)物種。當(dāng)?shù)入x子體激發(fā)物種抵達(dá)等離子體激發(fā)區(qū)域112時(shí)，所述等離子體激發(fā)物種可在CCP單元102中進(jìn)一步被激發(fā)，或通過(guò)等離子體激發(fā)區(qū)域而不進(jìn)行進(jìn)一步激發(fā)。在一些操作中，由CCP單元102所提供的增加的激發(fā)的程度可隨著時(shí)間改變，取決于基板處理順序和/或條件。
[0036]等離子體產(chǎn)生氣體和/或等離子體激發(fā)物種可通過(guò)蓋106中的多個(gè)孔洞(未示出)，以為了能更均勻地輸送到等離子體激發(fā)區(qū)域112內(nèi)。示例性配置包括使入口 116開(kāi)放到藉由蓋106和等離子體激發(fā)區(qū)域112分隔的氣體供應(yīng)區(qū)域120內(nèi)，以致氣體/物種流動(dòng)通過(guò)蓋106中的孔洞到等離子體激發(fā)區(qū)域112內(nèi)。可選擇結(jié)構(gòu)與操作特征，以避免明顯的從等離子體激發(fā)區(qū)域112回流到供應(yīng)區(qū)域120、入口 116與流體供應(yīng)系統(tǒng)114內(nèi)的等離子體回流。結(jié)構(gòu)特征可包括蓋106中的孔洞的尺寸和剖面幾何形態(tài)的選擇，其中所述孔洞的尺寸和剖面幾何形態(tài)會(huì)將回流等離子體予以停止(deactivate),如下文參照?qǐng)D7A和圖7B所述。操作特征可包括維持氣體供應(yīng)區(qū)域120與等離子體激發(fā)區(qū)域112之間的壓力差，其中所述壓力差可維持等離子體通過(guò)離子抑制件110的單一方向流動(dòng)。
[0037]如上所述，蓋106與離子抑制件110可分別作用成第一電極與第二電極，從而蓋106和/或離子抑制件110可接收電荷。在這些配置中，電功率(例如RF功率)可被施加到蓋106、離子抑制件110或上述兩者。例如，電功率可被施加到蓋106，而離子抑制件110被接地?；逄幚硐到y(tǒng)可包括RF產(chǎn)生器140，RF產(chǎn)生器140提供電功率到蓋106和/或離子抑制件110。被充電的蓋106可促進(jìn)等離子體在等離子體激發(fā)區(qū)域112內(nèi)的均勻分布(即減少局部等離子體)。為了使等離子體在等離子體激發(fā)區(qū)域112中的形成成為可能，絕緣體108可將蓋106與離子抑制件110予以電絕緣。絕緣體108可由陶瓷制成且可具有高擊穿電壓以避免發(fā)出火花(sparking)。CCP單元102可進(jìn)一步包括冷卻單元(未示出)，冷卻單元包括一個(gè)或多個(gè)冷卻流體通道以利用循環(huán)冷卻劑(例如水)來(lái)冷卻被暴露于等離子體的表面。
[0038]離子抑制件110可包括多個(gè)孔洞122，所述孔洞122能抑制被離子充電的物種遷移出等離子體激發(fā)區(qū)域112，同時(shí)容許未被充電的中性或自由基物種能通過(guò)離子抑制件110到被引發(fā)的氣體輸送區(qū)域124內(nèi)。這些未被充電的物種可包括隨同較不具反應(yīng)性的載體氣體被傳送通過(guò)孔洞122的高反應(yīng)性物種。如上所述，離子物種通過(guò)孔洞122的遷移可被減少，并且在一些情況中可完全地被抑制?？刂齐x子物種通過(guò)離子抑制件110的量提供了對(duì)于和下方晶圓基板接觸的氣體混合物的增強(qiáng)控制，這進(jìn)而可增強(qiáng)對(duì)于氣體混合物的沉積和/或蝕刻特征的控制。例如，氣體混合物的離子濃度的調(diào)整可顯著地改變所述氣體混合物的蝕刻選擇性(例如SiNx: SiOx蝕刻比例、金屬:SiOx蝕刻比例、金屬:SiNx蝕刻比例、多晶硅:SiOx蝕刻比例等)。這還可改變被沉積的電介質(zhì)材料的共形性與可流動(dòng)性之間的平衡。
[0039]所述多個(gè)孔洞122可配置成控制被引發(fā)的氣體(即離子、自由基和/或中性物種)通過(guò)離子抑制件110的通過(guò)。例如，孔洞的深寬比(即孔洞直徑對(duì)長(zhǎng)度)和/或孔洞的幾何形態(tài)可經(jīng)控制，從而減少在被引發(fā)的氣體中的被離子充電的物種通過(guò)離子抑制件110的流量。離子抑制件110中的孔洞可包括面對(duì)等離子體激發(fā)區(qū)域112的錐狀化部分及面對(duì)噴頭104的圓柱形部分。圓柱形部分的形狀和尺寸可經(jīng)設(shè)計(jì)，以控制離子物種通過(guò)到噴頭104的流量?？烧{(diào)整的電偏壓也可被施加到離子抑制件110作為控制離子物種通過(guò)抑制件的流量的額外方式。
[0040]噴頭104設(shè)置在CCP單元102的離子抑制件110與氣體反應(yīng)區(qū)域130 (即氣體引發(fā)區(qū)域)之間，其中所述氣體反應(yīng)區(qū)域130和可被裝設(shè)在底座150上的基板接觸。氣體與等離子體激發(fā)物種可通過(guò)離子抑制件110到被引發(fā)的氣體輸送區(qū)域124內(nèi)，其中所述氣體輸送區(qū)域124被界定在離子抑制件110與噴頭104之間。這些氣體與物種的一部分可進(jìn)一步通過(guò)噴頭104到和基板接觸的氣體反應(yīng)區(qū)域130內(nèi)。
[0041]噴頭可以是雙區(qū)域噴頭，所述雙區(qū)域噴頭具有第一組通道126與第二組通道，第一組通道126用以容許等離子體激發(fā)物種的通過(guò)，第二組通道輸送第二氣體/前驅(qū)物混合物到氣體反應(yīng)/引發(fā)區(qū)域130內(nèi)。此兩組通道避免等離子體激發(fā)物種與第二氣體/前驅(qū)物混合物結(jié)合，直到所述等離子體激發(fā)物種及所述第二氣體/前驅(qū)物混合物抵達(dá)氣體反應(yīng)區(qū)域130。在一些實(shí)施例中，離子抑制件110中的一個(gè)或多個(gè)孔洞122可和噴頭104中的一個(gè)或多個(gè)通道126對(duì)準(zhǔn)，以容許至少一些等離子體激發(fā)物種能通過(guò)孔洞122和通道126而不會(huì)改變所述至少一些等離子體激發(fā)物種的流動(dòng)方向。在額外的實(shí)施例中，第二組通道可在面對(duì)氣體反應(yīng)區(qū)域130的開(kāi)口處具有環(huán)形形狀，并且這些環(huán)形開(kāi)口可繞著第一組通道126的圓形開(kāi)口而同心地對(duì)準(zhǔn)。
[0042]噴頭104中的第二組通道可流體地耦接到源氣體/前驅(qū)物混合物(未示出)，其中所述源氣體/前驅(qū)物混合物經(jīng)選擇以用于待執(zhí)行的工藝。例如，當(dāng)處理系統(tǒng)配置成執(zhí)行電介質(zhì)材料(諸如二氧化硅(SiOx))的沉積時(shí)，氣體/前驅(qū)物混合物可包括含硅氣體或前驅(qū)物(諸如硅烷、二硅烷、TSA、DSA、TEOS, OMCTS, TMDS0、及其他含硅材料)。所述混合物可在氣體反應(yīng)區(qū)域130中和氧化氣體混合物反應(yīng)，其中所述氧化氣體混合物可包括等離子體激發(fā)物種(諸如被等離子體產(chǎn)生的自由基氧(O)、被引發(fā)的分子氧(O2)、及臭氧(O3)、及其他物種)。當(dāng)物種移動(dòng)通過(guò)離子抑制件110中的孔洞，等離子體激發(fā)物種中過(guò)量的離子可被減少,且當(dāng)物種移動(dòng)通過(guò)噴頭104中的通道126，等離子體激發(fā)物種中過(guò)量的離子可被進(jìn)一步減少。在另一示例中，當(dāng)處理系統(tǒng)配置成在基板表面上執(zhí)行蝕刻時(shí)，源氣體/前驅(qū)物混合物可包括蝕刻劑(諸如氧化劑)、鹵素、水蒸氣和/或載體氣體，所述蝕刻劑、鹵素、水蒸氣和/或載體氣體在氣體反應(yīng)區(qū)域130中和從噴頭104中的第一組通道所分配的等離子體激發(fā)物種混合。
[0043]處理系統(tǒng)可進(jìn)一步包括功率供應(yīng)器140，功率供應(yīng)器140電耦接到CCP單元102以提供電功率到蓋106和/或離子抑制件110而在等離子體激發(fā)區(qū)域112中產(chǎn)生等離子體。功率供應(yīng)器可配置成輸送可調(diào)整的功率量到CCP單元102，取決于所執(zhí)行的工藝。例如，在沉積工藝中，可調(diào)整被輸送到CCP單元102的功率，以設(shè)定沉積層的共形性。被沉積的介電膜通常在較低的等離子體功率下是較可流動(dòng)的，并且當(dāng)?shù)入x子體功率被增加時(shí)能從可流動(dòng)的改變?yōu)楣残蔚?。例如，?dāng)?shù)入x子體功率從約1000瓦被降低到約100瓦或更低(例如約900、800、700、600或500瓦或更小)時(shí)，被維持在等離子體激發(fā)區(qū)域112中的含氬等離子體可產(chǎn)生較可流動(dòng)的氧化硅層，并且當(dāng)?shù)入x子體功率從約1000瓦或更大(例如約1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700瓦或更大)被增加時(shí)，被維持在等離子體激發(fā)區(qū)域112中的含氬等離子體可產(chǎn)生較共形的層。當(dāng)?shù)入x子體功率從低增加到高，從可流動(dòng)到共形的沉積膜的轉(zhuǎn)變可相對(duì)平順且連續(xù)，或者所述轉(zhuǎn)變可經(jīng)過(guò)相對(duì)分離的閥值而進(jìn)展。可調(diào)整等離子體功率(單獨(dú)地調(diào)整，或除了其他沉積參數(shù)以外而調(diào)整)，以選擇沉積膜的共形與可流動(dòng)性質(zhì)之間的平衡。
[0044]處理系統(tǒng)可再進(jìn)一步包括底座150，底座150可運(yùn)作以支撐且移動(dòng)基板(例如晶圓基板)。底座150與噴頭104之間的距離有助于界定氣體反應(yīng)區(qū)域130。底座在處理腔室100內(nèi)可垂直地或軸向地調(diào)整，以增加或減少氣體反應(yīng)區(qū)域130且藉由將晶圓基板相對(duì)于被通過(guò)噴頭104的氣體重新設(shè)置而進(jìn)行晶圓基板的沉積或蝕刻。底座150可具有熱交換通道，熱交換流體流動(dòng)通過(guò)所述熱交換通道以控制晶圓基板的溫度。熱交換流體的循環(huán)容許基板溫度能被維持在相對(duì)低的溫度(例如約_20°C到約90°C )。示例性熱交換流體包括乙二醇與水。
[0045]底座150還可配置成具有加熱元件(諸如電阻式加熱元件)以將基板維持在加熱溫度(例如約90°C到約1100°C )。示例性加熱元件可包括被嵌設(shè)在基板支撐盤(pán)中的單回路加熱器元件，所述單回路加熱器元件以平行同心圓的形式形成兩個(gè)或更多個(gè)完全匝。加熱器元件的外部可走向?yàn)猷徑伪P(pán)的周邊，而內(nèi)部可走向?yàn)樵诰哂休^小半徑的同心圓的路徑上。到加熱器元件的配線可通過(guò)底座的桿。
[0046]圖3顯示通過(guò)處理系統(tǒng)的一對(duì)氣體混合物的氣體流動(dòng)路徑的簡(jiǎn)化示意圖，其中所述處理系統(tǒng)包括離子抑制件板與噴頭兩者。在方塊305，第一氣體(諸如等離子體產(chǎn)生氣體混合物)經(jīng)由氣體入口被供應(yīng)到處理腔室。第一氣體可包括以下氣體的一個(gè)或多個(gè)氣體:CF4、NH3、NF3、Ar、He、H20、H2、02等。在方塊310，在處理腔室內(nèi)，第一氣體可通過(guò)等離子體放電被激發(fā)而形成一個(gè)或多個(gè)等離子體流出物。或者(或除了原位等離子體產(chǎn)生以外)，耦接到處理腔室的遠(yuǎn)端等離子體系統(tǒng)(RPS)可用以產(chǎn)生異位等離子體(ex-situ plasma),異位等離子體的等離子體激發(fā)產(chǎn)物被引進(jìn)到處理腔室內(nèi)。RPS等離子體激發(fā)產(chǎn)物可包括被離子充電的等離子體物種及中性和自由基物種。
[0047]無(wú)論等離子體流出物是由原位等離子體單元、RPS單元或上述兩者產(chǎn)生，在方塊315，所述等離子體流出物可通過(guò)處理腔室中的離子抑制件。當(dāng)被等離子體引發(fā)的第一氣體行進(jìn)到處理腔室中的氣體反應(yīng)區(qū)域時(shí)，所述離子抑制件可阻擋和/或控制離子物種的通過(guò)，同時(shí)容許自由基和/或中性物種的通過(guò)。在方塊320，第二氣體可被引進(jìn)到處理腔室內(nèi)。如上所述，第二氣體的內(nèi)容物取決于所執(zhí)行的工藝。例如，第二氣體可包括用于沉積工藝的沉積化合物(例如含硅化合物)及用于蝕刻工藝的蝕刻劑?？杀苊獾谝慌c第二氣體之間的接觸和反應(yīng)，直到這些氣體抵達(dá)處理腔室的氣體反應(yīng)區(qū)域。[0048]避免第一與第二氣體在氣體反應(yīng)區(qū)域之前起交互作用的一種方式是使所述第一與第二氣體流動(dòng)通過(guò)雙區(qū)域噴頭(dual-zone showerhead, DZSH)中的不同通道。方塊330顯不被引發(fā)的第一氣體與第二氣體通過(guò)DZSH33, DZSH33具有第一多個(gè)通道，第一多個(gè)通道容許被引發(fā)的第一氣體能通過(guò)噴頭而不會(huì)和通過(guò)第二多個(gè)通道的第二氣體起交互作用。在方塊335，在離開(kāi)DZSH之后，第一與第二氣體可在處理腔室的氣體反應(yīng)區(qū)域中混合在一起。取決于所執(zhí)行的工藝，結(jié)合的氣體可反應(yīng)以在基板的暴露表面上沉積材料、從基板蝕刻材料或上述兩者。
[0049]現(xiàn)在參照?qǐng)D4，圖4顯示處理系統(tǒng)400的簡(jiǎn)化剖視圖，其中所述處理系統(tǒng)400具有還作為離子抑制元件的噴頭428。在所顯示的配置中，用于等離子體產(chǎn)生428的第一氣體源402流體地耦接到可選的RPS單元404，其中第一等離子體可在RPS單元404處被產(chǎn)生，并且等離子體流出物可在RPS單元404處經(jīng)由氣體入口 408被傳送到處理腔室406內(nèi)。在處理腔室406內(nèi)，氣體可通過(guò)氣體分布板412中的通孔410到被界定在板412與噴頭428之間的氣體區(qū)域414內(nèi)。在一些實(shí)施例中，所述區(qū)域414可以是等離子體激發(fā)/引發(fā)區(qū)域，其中氣體分布板412與噴頭428作為第一與第二電極以進(jìn)一步激發(fā)氣體和/或產(chǎn)生第一等離子體。氣體分布板412中的孔洞410可依孔洞410的尺寸與幾何形態(tài)被建構(gòu)成將回流等離子體予以停止。板412與噴頭428可和RF功率產(chǎn)生器422耦接，RF功率產(chǎn)生器422供應(yīng)電荷到板412與噴頭428以激發(fā)氣體和/或產(chǎn)生等離子體。在一個(gè)實(shí)施例中，噴頭428被接地，而電荷被施加到板412。
[0050]氣體區(qū)域414中的激發(fā)氣體或引發(fā)氣體可通過(guò)噴頭428到鄰近基板418的氣體反應(yīng)區(qū)域416內(nèi)，以從基板的表面蝕刻材料和/或沉積材料在基板的表面上。噴頭428可以是DZSH，DZSH容許激發(fā)氣體能從氣體區(qū)域414通過(guò)到氣體反應(yīng)區(qū)域416內(nèi)，同時(shí)還容許第二氣體(即前驅(qū)物氣體/混合物)能從外部源(未示出)經(jīng)由第二氣體入口 426流動(dòng)到氣體反應(yīng)區(qū)域416內(nèi)。DZSH可避免引發(fā)/激發(fā)氣體和第二氣體混合，直到氣體流動(dòng)到氣體反應(yīng)區(qū)域416內(nèi)。
[0051]激發(fā)氣體可流動(dòng)通過(guò)DZSH中的多個(gè)孔洞424，所述孔洞424可依孔洞424之尺寸與幾何形態(tài)被建構(gòu)成控制或避免等離子體(即被離子充電的物種)的通過(guò)，同時(shí)容許引發(fā)/激發(fā)氣體(即反應(yīng)性自由基或未被充電的中性物種)的通過(guò)。圖7A提供可被用在DZSH中的孔洞配置的示例性實(shí)施例。除了孔洞424以外，DZSH可包括多個(gè)通道426，第二氣體流動(dòng)通過(guò)所述多個(gè)通道426。第二氣體(前驅(qū)物氣體)可經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)穿孔(未示出)離開(kāi)噴頭428，所述穿孔設(shè)置成鄰近所述孔洞424。DZSH可作為第二氣體輸送系統(tǒng)與離子抑制元件兩者。
[0052]如上所述，混合氣體可沉積材料在基板418的表面上和/或從基板418的表面蝕刻材料，其中所述基板418可設(shè)置在盤(pán)420上。盤(pán)420可在處理腔室406內(nèi)垂直地移動(dòng)?；?18在處理腔室406內(nèi)的處理可能受到孔洞424的配置、氣體區(qū)域414內(nèi)的壓力和/或基板418在處理腔室內(nèi)的位置影響。進(jìn)一步，孔洞424的配置和/或氣體區(qū)域414內(nèi)的壓力可控制被容許通過(guò)到氣體激發(fā)區(qū)域416內(nèi)的離子物種(等離子體)的濃度。除了改變蝕刻選擇性以外，氣體混合物的濃度可改變被沉積的電介質(zhì)材料的共形性和可流動(dòng)性之間的平衡。
[0053]現(xiàn)在參照?qǐng)D5，圖5顯示另一處理系統(tǒng)500的簡(jiǎn)化剖視圖，其中所述另一處理系統(tǒng)500具有作為離子抑制元件的板512 (即離子抑制件板)。在所顯示的配置中，第一氣體源502流體地耦接到RPS單元504，其中第一等離子體可在RPS單元504處被產(chǎn)生，并且等離子體流出物可在RPS單元504處經(jīng)由氣體入口 508被傳送到處理腔室506內(nèi)。等離子體流出物可被傳送到被界定在離子抑制件板512與氣體入口 508之間的氣體區(qū)域514。在氣體區(qū)域514內(nèi)，氣體可通過(guò)離子抑制件512中的通孔510到被界定在離子抑制件512與基板518之間的氣體反應(yīng)/引發(fā)區(qū)域516內(nèi)?；?18可如上所述被支撐在盤(pán)520上，以致基板可在處理腔室506內(nèi)移動(dòng)。
[0054]同樣如上所述，所述孔洞510可依孔洞510的尺寸和/或幾何形態(tài)被建構(gòu)成使得可避免和/或控制被離子充電的物種(即等離子體)的通過(guò)，同時(shí)容許未被充電的中性或自由基物種(即引發(fā)氣體)的通過(guò)。可藉由改變?cè)跉怏w區(qū)域514內(nèi)的等離子體的壓力來(lái)控制離子物種的通過(guò)。可藉由控制被輸送通過(guò)氣體入口 508的氣體的量來(lái)控制氣體區(qū)域514中的壓力。前驅(qū)物氣體(即第二氣體)可在一個(gè)或多個(gè)第二氣體入口 522處被引進(jìn)到處理腔室506內(nèi)，其中所述第二氣體入口 522垂直地設(shè)置在離子抑制件512下方或設(shè)置成平行于離子抑制件512。第二氣體入口 522可在處理腔室506壁中包括一個(gè)或多個(gè)穿孔、管等(未示出)且可進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)氣體分布通道(未示出)以將前驅(qū)物氣體輸送到所述穿孔、管等。在一個(gè)實(shí)施例中，離子抑制件512包括一個(gè)或多個(gè)第二氣體入口，前驅(qū)物氣體流動(dòng)通過(guò)所述第二氣體入口。離子抑制件512的第二氣體入口可將前驅(qū)物氣體輸送到氣體反應(yīng)區(qū)域516內(nèi)。在這樣的實(shí)施例中，離子抑制件512如上所述作用成離子抑制件與雙區(qū)域噴頭兩者。通過(guò)孔洞510的引發(fā)氣體及被引進(jìn)到處理腔室506中的前驅(qū)物氣體可在氣體反應(yīng)區(qū)域516中被混合以用于蝕刻和/或沉積工藝。
[0055]已經(jīng)描述了處理腔室的示例性實(shí)施例，現(xiàn)在將焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向離子抑制件的示例性實(shí)施例，諸如離子抑制件板412和512及噴頭428。
[0056]示例性離子抑制件
[0057]圖6A顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的離子抑制元件600 (離子抑制件)的簡(jiǎn)化透視圖。離子抑制元件600可對(duì)應(yīng)于圖4和/或圖5的離子抑制件板。所述透視圖顯示離子抑制元件或板600的頂部。離子抑制板600可具有大體上圓形的形狀且可包括多個(gè)等離子體流出物管道602，其中各個(gè)管道602包括一個(gè)或多個(gè)通孔，所述通孔能容許等離子體流出物從第一區(qū)域(例如等離子體區(qū)域)到第二區(qū)域(例如氣體反應(yīng)區(qū)域或噴頭)的通過(guò)。在一個(gè)實(shí)施例中，管道602的通孔可被配置成形成一個(gè)或多個(gè)圓形圖案，盡管其他配置是可行的。如上所述，通孔可依通孔的幾何形態(tài)或尺寸被建構(gòu)成控制或避免離子物種的通過(guò)，同時(shí)容許未被充電的中性或自由基物種的通過(guò)。所述通孔可具有朝向離子抑制板600的頂表面的較大內(nèi)徑及朝向離子抑制板的底表面的較小內(nèi)徑。此外，所述通孔可具有大體上圓柱形、圓錐形或任何上述組合的形狀。通孔的配置的示例性實(shí)施例被提供在圖7A-B中。
[0058]所述多個(gè)管道可實(shí)質(zhì)上均勻地被分布在離子抑制板600的表面上，這可提供均勻的中性或自由基物種通過(guò)離子抑制板到第二區(qū)域內(nèi)的通過(guò)。在一些實(shí)施例(諸如圖5的實(shí)施例)中，處理腔室可僅包括離子抑制板600，而在其他實(shí)施例中，處理腔室可包括離子抑制板600與噴頭(諸如圖6B的噴頭)兩者，或處理腔室可包括作為雙區(qū)域噴頭和離子抑制板兩者的單一板。
[0059]圖6B顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的噴頭620的簡(jiǎn)化仰視圖。噴頭620可對(duì)應(yīng)于圖4所示的噴頭。如上所述，噴頭620可垂直地設(shè)置成鄰近氣體反應(yīng)區(qū)域并且位于氣體反應(yīng)區(qū)域上方。相似于離子抑制板600，噴頭620可具有大體上圓形的形狀且可包括多個(gè)第一孔洞622與多個(gè)第二孔洞624。所述多個(gè)第一孔洞622可容許等離子體流出物通過(guò)噴頭620到氣體反應(yīng)區(qū)域內(nèi)，而所述多個(gè)第二孔洞624可容許前驅(qū)物氣體(諸如硅前驅(qū)物)、蝕刻劑等通過(guò)到氣體反應(yīng)區(qū)域內(nèi)。
[0060]所述多個(gè)第一孔洞622可以是從噴頭620的頂表面延伸通過(guò)噴頭的通孔。在一個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)第一孔洞622的每一個(gè)可具有朝向噴頭620的頂表面的較小內(nèi)徑(ID)及朝向底表面的較大ID。此外，所述多個(gè)第一孔洞622的底部邊緣可被去角(chamfer) 626，以有助于當(dāng)?shù)入x子體流出物離開(kāi)噴頭時(shí)能均勻地分布等離子體流出物在氣體反應(yīng)區(qū)域中且藉此促進(jìn)等離子體流出物和前驅(qū)物氣體的均勻混合。所述第一孔洞622的較小ID可介于約0.5mm與約20mm之間。在一個(gè)實(shí)施例中，較小ID可介于約Imm與6mm之間。所述第一孔洞622的剖面形狀可以是大體上圓柱形、圓錐形或任何上述的組合。此外，當(dāng)處理腔室中使用離子抑制元件600與噴頭620兩者時(shí)，所述第一孔洞622可和所述管道602的所述通孔同心地對(duì)準(zhǔn)。同心對(duì)準(zhǔn)可促進(jìn)處理腔室中引發(fā)氣體通過(guò)離子抑制元件600與噴頭620兩者的通過(guò)。
[0061]在另一實(shí)施例中，所述多個(gè)第一孔洞622可以是從噴頭620的頂表面延伸通過(guò)噴頭的通孔，其中各個(gè)第一孔洞622具有朝向噴頭的頂表面的較大ID及朝向噴頭的底表面的較小ID。此外，所述第一孔洞622可包括在較大與較小ID之間過(guò)渡的錐狀化區(qū)域。這樣的配置可避免或調(diào)節(jié)等離子體通過(guò)孔洞的通過(guò)，同時(shí)容許引發(fā)氣體的通過(guò)。這樣的實(shí)施例可被用來(lái)取代離子抑制元件600，或添加到離子抑制元件600。這樣的通孔的示例性實(shí)施例被提供在圖7A中。
[0062]所述多個(gè)第一孔洞622的數(shù)量可介于約60個(gè)與約2000個(gè)之間。所述多個(gè)第一孔洞622也可具有各種形狀，但大體上是圓形。在處理腔室包括離子抑制板600與噴頭620兩者的實(shí)施例中，所述多個(gè)第一孔洞622可和所述管道602實(shí)質(zhì)上對(duì)準(zhǔn)，以促進(jìn)等離子體流出物通過(guò)離子抑制板與噴頭的通過(guò)。
[0063]所述多個(gè)第二孔洞624可從噴頭620的底表面部分地延伸通過(guò)噴頭。所述多個(gè)第二孔洞可耦接到或連接到多個(gè)通道(未示出)，所述多個(gè)通道將前驅(qū)物氣體(例如沉積化合物、蝕刻劑等)從外部氣體源(未示出)輸送到所述第二孔洞624。所述第二孔洞可包括在噴頭620的底表面處的較小ID及在噴頭的內(nèi)部中的較大ID。所述第二孔洞624的數(shù)量在不同實(shí)施例中可介于約100個(gè)與約5000個(gè)之間或介于約500個(gè)與約2000個(gè)之間。所述第二孔洞的較小ID的直徑(即孔洞在底表面處的直徑)可介于約0.1mm與約2mm之間。所述第二孔洞624可具有大體上圓形的形狀且可同樣地具有圓柱形、圓錐形或任何上述組合的形狀。所述第一與第二孔洞可皆均勻地被分布在噴頭620的底表面上，以促進(jìn)等離子體流出物與前驅(qū)物氣體的均勻混合。
[0064]參照?qǐng)D7A，圖7A顯示通孔的示例性配置。所示出的通孔大體上包括朝向孔洞的上端的大內(nèi)徑(ID)區(qū)域及朝向孔洞的底端或下端的較小ID區(qū)域。較小ID可介于約0.2mm與約5mm之間。此外，孔洞的深寬比(即較小ID和孔洞長(zhǎng)度對(duì)比)可以是約I到20。這樣的配置可實(shí)質(zhì)上阻擋和/或控制等離子體流出物的離子物種的通過(guò)，同時(shí)容許自由基或中性物種的通過(guò)。例如，改變深寬比可調(diào)節(jié)被容許通過(guò)通孔的等離子體的量?？山逵筛淖兊入x子體在位于通孔正上方的區(qū)域內(nèi)的壓力來(lái)進(jìn)一步調(diào)節(jié)等離子體通過(guò)。
[0065]現(xiàn)在參照特定配置，通孔702可包括在孔洞的上端處的大ID區(qū)域704及在孔洞的下端處的小ID區(qū)域706，且具有介于大ID與小ID之間的階梯化邊緣。通孔710可包括在上端處的大ID區(qū)域712及在孔洞的下端處的大ID區(qū)域716，且具有介于大ID區(qū)域712與大ID區(qū)域716之間的小ID區(qū)域714。大與小ID區(qū)域之間的過(guò)渡可被階梯化或被鈍化，以提供所述區(qū)域之間的急劇過(guò)渡。
[0066]通孔720可包括在孔洞的上端處的大ID區(qū)域722及在孔洞的下端處的小ID區(qū)域726，而具有在大與小ID區(qū)域之間以角度Θ過(guò)渡的錐狀化區(qū)域724。小ID區(qū)域726的高度728可取決于孔洞的總高度727、錐狀化區(qū)域724的角度Θ、大ID與小ID。在一個(gè)實(shí)施例中，錐狀化區(qū)域724包括介于約15°與約30°之間且較佳為約22°的角度；總高度727介于約4mm與約8mm之間且較佳為約6.35mm ;大ID介于約Imm與約4mm之間且較佳為約
2.54mm ;小ID介于約0.2mm與約1.2mm之間且較佳為約0.89mm,從而小ID區(qū)域726的高度728介于約Imm與約3mm之間且較佳為約2.1mm。
[0067]通孔730可包括在孔洞的上端處的第一 ID區(qū)域732、同心地對(duì)準(zhǔn)于第一 ID區(qū)域732且垂直地設(shè)置于第一 ID區(qū)域732下方的第二 ID區(qū)域734與同心地對(duì)準(zhǔn)于第二 ID區(qū)域734且垂直地設(shè)置于第二 ID區(qū)域734下方的第三ID區(qū)域736。第一 ID區(qū)域732可包括大ID，第二 ID區(qū)域734可包括小ID，且第三ID區(qū)域736可包括比第二 ID區(qū)域734稍大的ID。第三ID區(qū)域736可延伸到孔洞的下端或可向外地被錐狀化到出口 ID737。第三ID區(qū)域736與出口 ID737之間的的錐體能以角度03而錐狀化，所述角度03可介于約15°與約30°之間且較佳為約22°。第二 ID區(qū)域734可包括以角度Θ i從第一 ID區(qū)域732過(guò)渡的去角邊緣，所述角度91可介于約110°與約140°之間。相似地，第二 ID區(qū)域734可包括以角度θ2過(guò)渡成第三ID區(qū)域736的去角邊緣，所述角度θ2也可介于約110°與約140°之間。在一個(gè)實(shí)施例中，第一 ID區(qū)域732的大ID可介于約2.5mm與約7mm之間且較佳為約3.8mm ;第二 ID區(qū)域734的小ID可介于約0.2mm與約5mm之間且較佳為約0.4mm ;第三ID區(qū)域736的稍大ID可介于約0.75mm與約2mm之間且較佳為約1.1mm ;且出口 ID可介于約2.5mm與約5mm之間且較佳為約3.8mm。
[0068]所述大ID區(qū)域與小ID區(qū)域之間的過(guò)渡(鈍化、階梯化、錐狀化等)可實(shí)質(zhì)上阻擋離子物種通過(guò)孔洞的通過(guò)，同時(shí)容許自由基或中性物種的通過(guò)。例如，現(xiàn)在參照?qǐng)D7B，圖7B顯示通孔720的放大圖，所述通孔720包括介于大ID區(qū)域722與小ID區(qū)域726之間的過(guò)渡區(qū)域724。錐狀化區(qū)域724可實(shí)質(zhì)上避免等離子體725穿過(guò)通孔720。例如，當(dāng)?shù)入x子體725穿過(guò)進(jìn)入到通孔720內(nèi)時(shí),離子物種會(huì)藉由接觸錐狀化區(qū)域724的壁而停止(deactivate)或著壁(ground out)，藉此限制等離子體通過(guò)通孔的通過(guò)且將等離子體包括在通孔720上方的區(qū)域內(nèi)。然而，自由基或中性物種可通過(guò)通孔720。因此，通孔720可過(guò)濾等離子體725，而避免或控制不希望的物種的通過(guò)。在示例性實(shí)施例中，通孔的小ID區(qū)域726包括1_或更小的ID。為了維持顯著的自由基和/或中性物種穿過(guò)通孔的濃度，可控制小ID區(qū)域的長(zhǎng)度和/或錐狀化角度。
[0069]除了避免等離子體的通過(guò)以外，在此所述的通孔可用以調(diào)節(jié)等離子體的通過(guò)，以致期望的等離子體位準(zhǔn)能被容許通過(guò)通孔。調(diào)節(jié)等離子體流通過(guò)通孔的流動(dòng)的步驟可包括以下步驟:增加在離子抑制件板上方的氣體區(qū)域中的等離子體的壓力，使得期望的等離子體比例能通過(guò)離子抑制件而不會(huì)停止或著壁。
[0070]現(xiàn)在參照?qǐng)D8，圖8顯示CCP單元800的簡(jiǎn)化圖。更詳細(xì)地說(shuō)，所顯示的CCP單元800包括頂板802與底板804，頂板802與底板804界定等離子體被包括于內(nèi)的等離子體產(chǎn)生區(qū)域810。如上所述，等離子體可由RPS(未示出)產(chǎn)生且經(jīng)由通孔806被輸送到等離子體產(chǎn)生區(qū)域810。替代地或除此以外，可例如藉由利用頂板802與底板804作為耦接到功率產(chǎn)生單元(未示出)的第一與第二電極以在CCP單元800中產(chǎn)生等離子體。
[0071]頂板802可包括通孔806，所述通孔806容許工藝氣體和/或等離子體能被輸送到等離子體產(chǎn)生區(qū)域810內(nèi)，同時(shí)避免等離子體通過(guò)頂板802的回流。通孔806可建構(gòu)成相似于通孔730，而具有第一、第二和第三ID區(qū)域(分別是820、822和824)，且有去角邊緣(828和829)介于鄰近的區(qū)域之間，且錐狀化區(qū)域826在第三ID區(qū)域824與出口 ID之間過(guò)渡。當(dāng)?shù)入x子體穿過(guò)進(jìn)入到通孔806內(nèi)時(shí)，介于第三ID區(qū)域824與出口 ID之間的錐狀化區(qū)域826和/或介于第二和第三ID區(qū)域(分別是822和824)之間的去角邊緣可藉由將離子物種予以停止或著壁而避免等離子體的回流。
[0072]相似地，底板804可包括通孔808，通孔808容許自由基或中性物種能通過(guò)通孔，同時(shí)避免或控制離子物種的通過(guò)。通孔808可建構(gòu)成相似于通孔720，而具有大ID區(qū)域830、小ID區(qū)域832與錐狀化區(qū)域834，其中所述錐狀化區(qū)域834在大ID區(qū)域830與小ID區(qū)域832之間過(guò)渡。錐狀化區(qū)域834可如上所解釋地藉由將離子物種予以停止或著壁而避免等離子體通過(guò)通孔808的流動(dòng)，同時(shí)容許自由基或中性物種能通過(guò)通孔。
[0073]為了進(jìn)一步避免等離子體通過(guò)通孔806和/或808的通過(guò)，頂板802和/或底板804可接收電荷，以將等離子體予以電偏壓且將等離子體包括在等離子體產(chǎn)生區(qū)域810內(nèi)和/或調(diào)整通過(guò)底板的引發(fā)氣體中的離子濃度。通過(guò)在CCP單元800中使用頂板802與底板804，等離子體可實(shí)質(zhì)上被產(chǎn)生和/或被維持在等離子體產(chǎn)生區(qū)域810中，同時(shí)自由基與中性物種可被輸送到氣體反應(yīng)區(qū)域而和一個(gè)或多個(gè)前驅(qū)物氣體混合，以從基板表面蝕刻材料或沉積材料在基板表面上。
[0074]示例性工藝
[0075]根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，如上所述的離子抑制件可用以提供用于蝕刻或沉積工藝的自由基和/或中性物種。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，離子抑制件用以提供氟自由基而選擇性地蝕刻含金屬膜。通過(guò)使用氟自由基，可獲得高達(dá)約80:1或更大的含金屬膜對(duì)氧化硅膜的蝕刻速率選擇性。此外，可獲得高達(dá)約30:1或更大的含金屬膜對(duì)氮化硅膜的蝕刻速率選擇性。這樣的工藝的一項(xiàng)應(yīng)用是移除三維器件結(jié)構(gòu)中的含金屬膜?？筛鶕?jù)本發(fā)明的實(shí)施例而被蝕刻的含金屬膜包括例如鎢膜、鉿膜、鋯膜、鉭膜、鈦膜等，以及這些膜的硅酸鹽和氧化物。
[0076]離子抑制件可用以提供具有比離子更高濃度的自由基的反應(yīng)性氣體。由于等離子體中大部分的被充電的微粒被離子抑制件過(guò)濾或移除，基板在蝕刻工藝期間通常不被偏壓。相較于包括濺射和轟擊的傳統(tǒng)等離子體蝕刻工藝，這樣的使用自由基與其他中性物種的工藝可減少等離子體損傷。本發(fā)明的實(shí)施例相較于傳統(tǒng)濕式蝕刻工藝也是有利的，其中對(duì)于傳統(tǒng)濕式蝕刻工藝而言，液體的表面張力會(huì)造成小特征結(jié)構(gòu)的彎曲和剝落。
[0077]圖9是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的從包括含金屬層與氧化硅層和/或氮化硅層的基板而選擇性地蝕刻含金屬膜的示例性方法的簡(jiǎn)化流程圖。此方法包括以下步驟:使含氟氣體流動(dòng)到基板處理腔室的等離子體產(chǎn)生區(qū)域內(nèi)(902)。含氟氣體可包括HF、F2、NF3、CF4、CHF3、C2F6、C3F6、BrF3、ClF3、SF6等。其他實(shí)施例可包括其他含鹵素氣體，諸如Cl2、HBr、SiCl4等，以取代含氟氣體或添加到含氟氣體。在圖9的示例性方法中，含氟氣體還可包括一個(gè)或多個(gè)氧源，諸如02、O3> N2O> NO等。使用氧可增加含金屬層的蝕刻速率,而對(duì)氧化硅和/或氮化硅的蝕刻速率具有最小的沖擊。含氟氣體還可包括一個(gè)或多個(gè)惰性氣體，諸如H2、He、N2、Ar等。惰性氣體可用以改善等離子體穩(wěn)定性。不同氣體的流速與比例可用以控制蝕刻速率與蝕刻選擇性。在實(shí)施例中，含氟氣體包括流速介于約5sccm與500sccm之間的NF3、流速介于約Osccm與5000sccm之間的O2及流速介于約Osccm與5000sccm之間的He。本領(lǐng)域技術(shù)人員可了解的是可使用其他氣體和/或流量，取決于許多因素(包括處理腔室配置、基板尺寸、被蝕刻的特征結(jié)構(gòu)的幾何形態(tài)與布局等)。
[0078]此方法還包括以下步驟:施加能量到含氟氣體以在等離子體產(chǎn)生區(qū)域中產(chǎn)生等離子體(904)。如同本領(lǐng)域技術(shù)人員所能了解的，等離子體可包括許多被充電的與中性的物種(包括自由基與離子)?？墒褂靡阎募夹g(shù)(例如RF電容耦合、感應(yīng)式耦合等)來(lái)產(chǎn)生等離子體。在實(shí)施例中，使用在介于約15W與5000W之間的源功率與介于約0.2Torr與30Torr之間的壓力下的CCP單元來(lái)施加能量。CCP單元可設(shè)置在處理腔室的氣體反應(yīng)區(qū)域的遠(yuǎn)端。例如，可藉由離子抑制件使CCP單元與等離子體產(chǎn)生區(qū)域和氣體反應(yīng)區(qū)域分離。
[0079]此方法還包括以下步驟:過(guò)濾等離子體，以提供具有比氟離子更高濃度的氟自由基的反應(yīng)性氣體(906)?？墒褂迷O(shè)置在基板處理腔室的等離子體產(chǎn)生區(qū)域與氣體反應(yīng)區(qū)域之間的離子抑制件來(lái)過(guò)濾等離子體。離子抑制件可包括多個(gè)通道，所述通道容許氟自由基與中性物種在等離子體產(chǎn)生區(qū)域與氣體反應(yīng)區(qū)域之間的通過(guò)。離子抑制件可配置成移除從等離子體產(chǎn)生區(qū)域通過(guò)的離子的一些或全部。例如，在實(shí)施例中，可移除主要部分的離子，以致反應(yīng)性氣體實(shí)質(zhì)上不含有離子。
[0080]此方法還包括以下步驟:使反應(yīng)性氣體流動(dòng)到基板處理腔室的氣體反應(yīng)區(qū)域內(nèi)(908)。在實(shí)施例中，離子抑制件可配置成作為噴頭，并且離開(kāi)離子抑制件的反應(yīng)性氣體可流動(dòng)到鄰近基板的氣體反應(yīng)區(qū)域內(nèi)。或者，離開(kāi)離子抑制件的反應(yīng)性氣體可流動(dòng)通過(guò)噴頭或另一氣體分布器且進(jìn)入到氣體反應(yīng)區(qū)域內(nèi)。
[0081]此方法還包括以下步驟:使基板暴露于基板處理腔室的氣體反應(yīng)區(qū)域中的反應(yīng)性氣體(910)。在實(shí)施例中，基板的溫度可介于約-10°C與200°C之間，并且基板處理腔室中的壓力可介于約0.2Torr與30TOrr之間。本領(lǐng)域技術(shù)人員可了解的是可使用其他溫度和/或壓力，取決于許多因素，如上所解釋。相較于反應(yīng)性氣體蝕刻氧化硅層和/或氮化硅層而言,反應(yīng)氣體以更高的蝕刻速率來(lái)蝕刻含金屬層。
[0082]圖10是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例而提供比介電膜(諸如氧化硅膜和/或氮化硅膜)蝕刻速率更高的含金屬膜蝕刻速率的示例性蝕刻工藝的簡(jiǎn)化流程圖。所述工藝包括以下步驟:由含氟氣體產(chǎn)生等離子體，所述等離子體包括氟自由基與氟離子(1002)。如上所解釋，可在和氣體反應(yīng)區(qū)域分離的基板處理腔室的等離子體產(chǎn)生區(qū)域中形成等離子體。所述工藝還包括以下步驟:從等離子體移除一部分的氟離子，以提供具有比氟離子更高濃度的氟自由基的反應(yīng)性氣體(1004)?？墒褂秒x子抑制件來(lái)移除所述部分的氟離子。所述工藝還包括以下步驟:使包括含金屬層與介電層的基板暴露于反應(yīng)性氣體，其中相較于反應(yīng)性氣體蝕刻氧化硅層和/或氮化硅層而言，反應(yīng)性氣體以更高的蝕刻速率來(lái)蝕刻含金屬層(1006)。[0083]應(yīng)了解，圖9-10中示出的示例性工藝不被局限為和圖1-5中示出的處理腔室及圖6A、6B、7A、7B和圖8_9中示出的離子抑制元件一并使用。相反，可使用其他硬件配置來(lái)執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的工藝。此外，圖9-10中示出的所述詳細(xì)步驟是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例提供特定方法。根據(jù)替代的實(shí)施例，可由系統(tǒng)軟件來(lái)持續(xù)地重復(fù)上述的步驟，并且可執(zhí)行其他步驟順序。例如，可以不同的次序來(lái)執(zhí)行上述的步驟。此外，圖9-10中示出的個(gè)別步驟可包括多個(gè)子步驟，所述子步驟能依對(duì)個(gè)別步驟為適當(dāng)?shù)母鞣N順序而被執(zhí)行。此外，取決于特定應(yīng)用，可增加或移除額外的步驟。本領(lǐng)域技術(shù)人員可了解許多變化、變更與替代。
[0084]應(yīng)注意，本說(shuō)明書(shū)通篇所討論的方法與設(shè)備僅被提供作為示例。各種實(shí)施例可依適當(dāng)性而省略、取代或增加各種步驟或部件。例如，應(yīng)了解，涉及特定實(shí)施例而描述的特征可被結(jié)合在各種其他實(shí)施例中。此外，可由硬件、軟件、固件、中間件、微代碼、硬件描述語(yǔ)言或任何上述組合來(lái)實(shí)施實(shí)施例。當(dāng)被實(shí)施在軟件、固件、中間件或微代碼中時(shí)，用以執(zhí)行必要任務(wù)的程序代碼或代碼片段可被儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)可讀媒介(諸如儲(chǔ)存媒介)中。處理器可適于執(zhí)行必要任務(wù)。用語(yǔ)“計(jì)算機(jī)可讀媒介”包括但不限于便攜式或固定式儲(chǔ)存裝置、光學(xué)儲(chǔ)存裝置、SIM卡、其他智能卡、以及能夠儲(chǔ)存、包含或承載指令或數(shù)據(jù)的各種其他媒介。
【權(quán)利要求】
1.一種從包括含金屬層與氧化硅層的基板選擇性地蝕刻含金屬膜的方法，所述方法包括以下步驟: 使含氟氣體流動(dòng)到基板處理腔室的等離子體產(chǎn)生區(qū)域內(nèi)； 施加能量到所述含氟氣體，以在所述等離子體產(chǎn)生區(qū)域中產(chǎn)生等離子體，所述等離子體包括氟自由基與氟離子； 過(guò)濾所述等離子體，以提供具有比氟離子更高濃度的氟自由基的反應(yīng)性氣體； 使所述反應(yīng)性氣體流動(dòng)到所述基板處理腔室的氣體反應(yīng)區(qū)域內(nèi)；及 使所述基板暴露于所述基板處理腔室的所述氣體反應(yīng)區(qū)域中的所述反應(yīng)性氣體，其中相較于所述反應(yīng)性氣體蝕刻所述氧化硅層而言，所述反應(yīng)性氣體以更高的蝕刻速率來(lái)蝕刻所述含金屬層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述含氟氣體包括NF3。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述含金屬層包括鎢。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述含金屬層包括鉿。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述反應(yīng)性氣體實(shí)質(zhì)上不含有氟離子。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中使用設(shè)置在所述基板處理腔室的所述等離子體產(chǎn)生區(qū)域與所述氣體反應(yīng)區(qū)域之間的離子抑制件來(lái)過(guò)濾所述等離子體，所述離子抑制件包括多個(gè)通道，所述多個(gè)通道容許氟自由基在所述等離子體產(chǎn)生區(qū)域與所述氣體反應(yīng)區(qū)域之間的通過(guò)。
7.一種提供比介電膜蝕刻速率更高的含金屬膜蝕刻速率的蝕刻工藝，所述工藝包括以下步驟: 由含氟氣體產(chǎn)生等離子體，所述等離子體包括氟自由基與氟離子； 從所述等離子體移除一部分的所述氟離子，以提供具有比氟離子更高濃度的氟自由基的反應(yīng)性氣體； 使包括含金屬層與介電層的基板暴露于所述反應(yīng)性氣體，其中相較于所述反應(yīng)性氣體蝕刻所述介電層而言，所述反應(yīng)性氣體以更高的蝕刻速率來(lái)蝕刻所述含金屬層。
8.如權(quán)利要求7所述的蝕刻工藝，其中所述含氟氣體包括NF3。
9.如權(quán)利要求7所述的蝕刻工藝，其中所述含氟氣體包括He或Ar的至少一者。
10.如權(quán)利要求7所述的蝕刻工藝，其中所述含金屬層包括鎢。
11.如權(quán)利要求7所述的蝕刻工藝，其中所述含金屬層包括鉿。
12.如權(quán)利要求7所述的蝕刻工藝，其中所述反應(yīng)性氣體實(shí)質(zhì)上不含有氟離子。
13.如權(quán)利要求7所述的蝕刻工藝，其中使用離子抑制件從所述等離子體移除所述部分的所述氟離子，所述離子抑制件包括多個(gè)通道，所述多個(gè)通道容許氟自由基的通過(guò)與氟離子的抑制。
14.如權(quán)利要求7所述的蝕刻工藝，其中所述介電層包括氧化硅。
15.如權(quán)利要求7所述的蝕刻工藝，其中所述介電層包括氮化硅。
【文檔編號(hào)】H01L21/3065GK103430288SQ201280013237
【公開(kāi)日】2013年12月4日 申請(qǐng)日期:2012年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月14日
【發(fā)明者】J·張, 王安川, N·英格爾 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司