專利名稱：適合蝕刻高深寬比特征結(jié)構(gòu)的蝕刻反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例大致涉及用于在半導(dǎo)體基板及其類似者中蝕刻高深寬比(aspect ratio)的特征結(jié)構(gòu)(feature)的真空處理腔室，以及在腔室中所使用的部件。
背景技術(shù)：
對于更快、效力更大的集成電路(IC)組件的需求已對IC制造技術(shù)導(dǎo)入新的挑戰(zhàn)， 包括在基板(例如半導(dǎo)體晶片)上蝕刻高深寬比的特征結(jié)構(gòu)(例如溝槽(trench)或通孔 (via))的需求。舉例來說，用于部分動態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存應(yīng)用中的深溝槽儲存結(jié)構(gòu)需要將深的高深寬比溝槽蝕刻至半導(dǎo)體基板內(nèi)。硅深溝槽蝕刻(de印silicon trench etching)通常是在使用氧化硅罩幕(mask)的反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)制程中進(jìn)行。在蝕刻高深寬比特征結(jié)構(gòu)中顯示出穩(wěn)健效能表現(xiàn)的公知系統(tǒng)為購自加州圣克拉拉的應(yīng)用材料公司(Applied Materials, Inc.)的CENTURAHART 蝕刻系統(tǒng)。HART 蝕刻系統(tǒng)利用MERIE反應(yīng)器，其能夠蝕刻深寬比高達(dá)70 1的溝槽，并同時維持溝槽深度均性 (中央至邊緣)為5%。然而，為了能夠制造具有次90nm關(guān)鍵尺寸(sub-90nm critical dimension)的集成電路，電路設(shè)計者已要求在即使高深寬比的情況下也能夠改良溝槽的均性。因此，期望改良蝕刻效能以實現(xiàn)下代的組件。因此，需要一種用于蝕刻高深寬比特征結(jié)構(gòu)的改良式設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例提供了能夠等離子體蝕刻高深寬比的特征結(jié)構(gòu)的方法及設(shè)備。在一個實施例中，提供了一種用于等離子體蝕刻的設(shè)備。處理腔室包括腔室主體，具有內(nèi)部容積；噴灑頭組件，耦接至腔室主體的頂壁，且噴灑頭組件用于將來自至少兩個分離的位置的氣體混合物輸送至腔室主體內(nèi)；基板支撐組件，設(shè)置在腔室主體中；至少兩個RF (射頻) 功率源，耦接至基板支撐組件；偏壓功率源，耦接至基板支撐組件；以及控制器，與儲存在內(nèi)存中的指令相接(interface)，當(dāng)控制器執(zhí)行指令時，會使得在處理腔室中執(zhí)行方法，且該方法包括提供氣體混合物而使其通過噴灑頭組件，并進(jìn)入腔室主體中；施加RF功率以在腔室主體中維持由氣體混合物所形成的等離子體；施加偏壓功率至基板支撐組件，其中所施加的偏壓功率與RF功率經(jīng)過脈沖化(pulsed)；以及在等離子體存在的情況下，對圖案化罩幕(mask)選擇性地蝕刻硅層，以在硅層中形成特征結(jié)構(gòu)。在另一實施例中，提供了一種用于蝕刻高深寬比特征結(jié)構(gòu)的方法，包括在蝕刻反應(yīng)器中提供基板，且基板具有設(shè)置在硅層上的圖案化罩幕；提供蝕刻反應(yīng)器的氣體混合物； 施加RF源功率，以在蝕刻反應(yīng)器中維持由氣體混合物所形成的等離子體，其中RF源功率具有大于IMHz的頻率；施加偏壓功率至該基板，其中偏壓功率具有大于50MHz的頻率，且提供至蝕刻反應(yīng)器的偏壓功率及RF功率經(jīng)過脈沖化(pulsed)；以及在等離子體存在下，蝕刻硅層以在硅層中形成特征結(jié)構(gòu)。


為讓本發(fā)明的上述特征更明顯易懂，可配合參考實施例說明，其部分在圖中示出。 須注意的是，雖然所附圖式揭露本發(fā)明特定實施例，但其并非用以限定本發(fā)明的精神與范圍，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員可作各種的更動與潤飾而得到等效實施例。圖1示出本發(fā)明的處理腔室的實施例的剖面視圖。圖2示出由氣體面板輸送至處理腔室的氣體的路徑(routing)及控制的實施例的概要視圖。圖3示出可在圖1的處理腔室中執(zhí)行的蝕刻制程的實施例的流程圖。為便于了解，圖式中相同的組件符號表示相同的組件。某實施例采用的組件不需特別詳述而可應(yīng)用到其它實施例。
具體實施例方式圖1為適于在基板144中蝕刻高深寬比特征結(jié)構(gòu)的蝕刻反應(yīng)器100的實施例的剖面視圖。雖然所示的蝕刻反應(yīng)器100包括能使其具有較佳蝕刻效能的多個特征，但可預(yù)期其它處理腔室也可適于受益于此處所揭露的一個或多個發(fā)明特征。蝕刻反應(yīng)器100包括腔室主體102及蓋104，而腔室主體102與蓋104圍住內(nèi)部容積106。腔室主體102—般由鋁、不銹鋼、或其它適合材料制成。腔室主體102—般包括側(cè)壁108及底部110?；宄鋈肟?圖中未示)通常界定在側(cè)壁108中，并選擇性通過狹縫閥來密封，以利于基板144進(jìn)出蝕刻反應(yīng)器100。排氣口 1 界定在腔室主體102中，并將內(nèi)部容積106耦接至抽氣系統(tǒng)128。抽氣系統(tǒng)1 一般包括用于將蝕刻腔室100的內(nèi)部容積 106的壓力抽空(evacuate)并調(diào)節(jié)該壓力的一個或多個泵以及節(jié)流閥。在實施例中，抽氣系統(tǒng)1 將內(nèi)部容積106內(nèi)的壓力維持在介于約10毫托(mTorr)至約20毫托的操作壓力下。襯墊118、181用于保護(hù)腔室主體102的側(cè)壁108。襯墊118、181可包括溫度控制特征，例如電阻加熱器或是冷卻流體的通道。在實施例中，陰極襯墊118包括形成在凸緣121 中的導(dǎo)管120，而該凸緣121將襯墊118支撐在腔室底部110上。導(dǎo)管120通過通道122而流體耦接至流體來源124，該通道122形成穿過腔室主體102的底部110。蓋104密封地支撐在腔室主體102的側(cè)壁108上。蓋104可開啟以允許進(jìn)入蝕刻反應(yīng)器100的內(nèi)部容積106。蓋104包括窗142以利于光學(xué)制程監(jiān)控。在實施例中，窗142 由石英或是可傳遞(transmissive)光學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)140所使用的信號的其它適合材料所構(gòu)成。光學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)140經(jīng)定位以通過窗142而觀看下列至少一者腔室主體102的內(nèi)部容積106及/或位于基板支撐組件148上的基板144。在實施例中，光學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)140耦接至蓋104，并有利于整合式蝕刻制程，該制程使用光學(xué)計量學(xué)(metrology)以提供信息而能進(jìn)行制程調(diào)整以補(bǔ)償接下來出現(xiàn)的圖案不致性(如CD、厚度及其類似者)；提供制程狀態(tài)監(jiān)控(例如等離子體監(jiān)控、溫度監(jiān)控及其類似監(jiān)控)；及/或終點偵測等?？蛇m用而受益于本發(fā)明的光學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)為EyeD 全光譜干涉計量模塊(購自加州圣克拉拉的應(yīng)用材料公司)。在實施例中，光學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)140能夠量測CD、薄膜厚度及等離子體特性。光學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)140可使用一種或多種非破壞性光學(xué)量測技術(shù)，例如光譜術(shù)、干涉術(shù)、散射術(shù)、反射術(shù)及其類似者。光學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)140可例如配置以執(zhí)行干涉監(jiān)控技術(shù)(例如對時域中的干涉條紋進(jìn)行計數(shù)、量測在頻域中的條紋位置及其類似者)以實時(real time)量測形成在基板 144上的結(jié)構(gòu)的蝕刻深度輪廓。如何使用光學(xué)監(jiān)控的實例的細(xì)節(jié)已揭露于共同受讓的下列申請案美國專利申請序號第60/479,601號，申請日為2003年6月18日，專利名稱為“用于監(jiān)控蝕刻制程的方法與系統(tǒng)(Method and System for Monitoring an Etch Process) ”; 美國專利號第6，413，837號，公告日為2002年7月2日，專利名稱為“使用光譜干涉術(shù)的薄膜厚度控制(Film Thickness Control Using Spectral Interferometry)，，；以及美國專利申請序號第60/462,493號，申請日為2003年4月11日，專利名稱為“在多晶片傳遞處理中使用原位與異位計量學(xué)與數(shù)據(jù)檢索的制程控制增進(jìn)與錯誤偵測(Process Control Enhancement and Fault Detection Using In—Situ and Ex—situ Metrologies and Data Retrieval In Multiple Pass Wafer Processing)，，。氣體面板158耦接至蝕刻反應(yīng)器100，以提供處理氣體及/或清潔氣體至內(nèi)部容積 106。在圖1所描述的實施例中，入口端口 132’、132”設(shè)置在蓋104中，以允許氣體由氣體面板158輸送至蝕刻反應(yīng)器100的內(nèi)部容積106。由氣體面板158輸送至各入口端口 132，、 132”的氣體可以獨立地控制，舉例來說，第一氣體混合物可以提供至入口端口 132’，而第二氣體混合物可以提供至入口端口 132”。氣體面板158可包括一個或多個蒸氣輸送設(shè)備，以將特殊的蒸氣(specialty vapor)加入蝕刻氣體混合物。特殊蒸氣的量及類型可經(jīng)過選擇以增進(jìn)硅側(cè)壁鈍化。噴灑頭組件130耦接至蓋104的內(nèi)部表面114。噴灑頭組件130包括多個孔洞，且這些孔洞允許來自入口端口 132’、132”的氣體流經(jīng)噴灑頭組件130而進(jìn)入蝕刻反應(yīng)器100 的內(nèi)部容積106，而這些氣體以跨越在反應(yīng)器100中處理的基板144表面的預(yù)定分布方式流動。噴灑頭組件130額外包括可傳遞光學(xué)計量信號的區(qū)域。光學(xué)傳遞區(qū)域或信道138 適于允許光學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)140觀看內(nèi)部容積106及/或位于基板支撐組件148上的基板144。 通道138可以為形成或設(shè)置在噴灑頭組件130中的材料、孔洞或是多個孔洞，其對于光學(xué)量測系統(tǒng)140所產(chǎn)生的能量波長及反射回光學(xué)量測系統(tǒng)140的能量波長為實質(zhì)可傳遞的。在實施例中，通道138包括窗142，以預(yù)防氣體由通道138泄漏。窗142可以為藍(lán)寶石板、石英板或其它適合材料。窗142亦可或者設(shè)置在蓋104中。在實施例中，噴灑頭組件130配置而具有多個區(qū)(zone)，以允許對于流至蝕刻反應(yīng)器100的內(nèi)部容積106中的氣體分別進(jìn)行控制。在圖1所示的實施例中，噴灑頭組件130 具有內(nèi)部區(qū)134及外部區(qū)136，其分別通過獨立的入口端口 132’、132”而耦接至氣體面板 158。來自氣體面板158的氣體通過個別的入口端132’、132”而提供至噴灑頭組件中的獨立充氣部(plenum)，由此允許來自噴灑頭組件130的氣體在各個區(qū)134、136中獨立控制，而延伸進(jìn)入反應(yīng)器100的內(nèi)部容積106內(nèi)。噴灑頭組件130的底部表面一般面向處理區(qū)域，因此涂覆有保護(hù)性材料，例如IO3 或是其它含釔材料。噴灑頭組件130的內(nèi)部外徑亦可涂覆有保護(hù)性材料，例如IO3或是其它含釔材料。圖2示出由氣體面板158輸送至蝕刻反應(yīng)器100的氣體的路徑(routing)及控制。氣體面板158 —般包括耦接至混合歧管210的多個氣體來源以及流量控制器214。一般來說，來自各個氣體來源的流動受到控制閥208的控制?？刂崎y208控制由來源提供的流體的流動、速率、壓力等的至少其中一者。控制閥208可包括超過一個閥、調(diào)節(jié)器及/或其它流量控制裝置。在實施例中，氣體面板158包括至少一個直接氣體來源202、至少一個處理氣體來源204、至少一個載運(yùn)氣體來源206，以及選擇性的至少一個特殊蒸氣(specialty vapor) 來源250。處理氣體來源204及載運(yùn)氣體來源206通過個別的氣體管線而流體耦接至混合歧管210。來自來源204、206、250的各種氣體及/或蒸氣在混合歧管210內(nèi)組合以形成輸送前(pre-delivery)氣體混合物。由此，可以通過選擇性地開啟各個閥208而選擇混合歧管 210中的輸送前氣體混合物的組成，因此可組合出特殊蒸氣、載運(yùn)氣體與處理氣體的預(yù)定組合。舉例來說，來自處理氣體來源204的至少一種處理氣體，以及選擇性地來自載運(yùn)氣體來源206的至少一種載運(yùn)氣體可以采任何的組合方式而在混合歧管320中組合。選擇性地， 來自來源250的特殊蒸氣亦可提供至混合歧管210。處理氣體的實例包括SiCl4、HBr、NF3、 O2及SiF4等。載運(yùn)氣體的實例包括N2、He、Ar、對于制程為惰性的其它氣體以及非反應(yīng)性氣體?？墒褂玫奶厥庹魵獾膶嵗ǖ幌抻跒門iCl4。此種蒸氣添加可用于加入適當(dāng)?shù)牟牧弦栽鰪?qiáng)蝕刻過程的側(cè)壁鈍化。因此，可以獲得較佳的輪廓控制以及達(dá)到蝕刻的絕佳異向性(anisotropy)。一般來說，此種額外蒸氣或氣體的構(gòu)想是為了提供能夠增進(jìn)側(cè)壁鈍化的物質(zhì)，藉以改善⑶控制。典型的側(cè)壁鈍化是呈不同化學(xué)計量(stoichiometry)的氧化硅的混合物。在此實施例中的鈦形成氧化鈦，而其會整合至鈍化層內(nèi)。亦可加入甲烷(CH4)以控制側(cè)壁鈍化。加入碳會形成SiC(碳化硅)，而其會賦予非?？刮g刻的材料特性。流量控制器214通過主要氣體饋給(feed)212而耦接至混合歧管210。流量控制器214用于將來自混合歧管210的輸送前氣體混合物分流(split)成為次混合物 (sub-mixture)，而這些次混合物通過個別氣體饋給管線而輸送至反應(yīng)器100。一般來說， 氣體饋給管線的數(shù)量與界定在噴灑頭組件130中的區(qū)(或分離的充氣部)數(shù)量為相稱。在圖2所述的實施例中，兩個氣體饋給管線216、218將流量控制器214耦接至個別的入口端口 132’、132”。流量控制器214 —般配置以控制流至各個供應(yīng)管線216、218的次混合物比例。以此方式，則可以控制流至各區(qū)，以及最終流至基板144的各區(qū)域的氣體次混合物的比例。流量控制器214可以使用電子或機(jī)械裝置而將輸送前氣體混合物進(jìn)行分流。在實施例中，流量控制器214能夠相應(yīng)于來自控制器150的信號而動態(tài)地控制該比例，由此能夠改變基板的分批(batch)之間、基板之間以及/或原位處理單基板的該比例。在另一實施例中，流量控制器214經(jīng)設(shè)定而使得管線216、218之間的該比例固定。該比例可以通過設(shè)置在流量控制器214中的一個或多個孔口(orifice)來設(shè)定，由此，來自主要氣體饋給212的流量可以被較佳地在氣體饋給管線216、218之間分流。在實施例中，流量控制器214提供較多的氣體至內(nèi)部區(qū)134(相較于外部區(qū)136)。 在另一實施例中，流量控制器214提供較多的氣體至外部區(qū)136(相較于內(nèi)部區(qū)134)。在另一實施例中，于第一基板處理期間，流量控制器214提供較多的氣體至內(nèi)部區(qū)134(相較于外部區(qū)136)，接著，改變原位處理基板的比例，則于第二基板處理期間提供較多的氣體至外部區(qū)136(相較于內(nèi)部區(qū)134)。可預(yù)期流量控制器214可用于控制輸送至蝕刻反應(yīng)器100中的不同區(qū)的流量比例呈其它的順序或比例。亦可由氣體面板158的直接注入氣體來源202而提供直接注入氣體至蝕刻反應(yīng)器 100的內(nèi)部容積106。由直接注入氣體來源202流出的直接注入氣體的量受到閥208的控制。在實施例中，直接注入氣體提供至氣體饋給管線216、218的至少一者。在另一實施例中，直接注入氣體T型匯流(tee)至兩個直接饋給管線220、222，而直接饋給管線220、 222又分別T型匯流至氣體饋給管線216、218。在另一實施例中，直接注入氣體提供至耦接至入口端口 132’、132”的至少一個氣體饋給。在另一實施例中，直接注入氣體提供至噴灑頭組件130的至少一個充氣部。在圖2所述的實施例中，提供相同量的直接注入氣體至各個區(qū)134、136。可選擇地，可使用第二流量控制器224(以虛線顯示，并類似于流量控制器214)以提供不同比例的直接注入氣體至各個區(qū)134、136。再次參照圖1，基板支撐組件148設(shè)置在蝕刻反應(yīng)器100的內(nèi)部容積106內(nèi)，而位于噴灑頭組件130的下方?；逯谓M件148在處理過程中支托住基板144?；逯谓M件148—般包括穿設(shè)于其中的多個升舉銷(圖中未示)，而這些升舉銷配置以將基板升舉離開支撐組件148，并利于采公知方式來使用的機(jī)械手(robot ；圖中未示)來交換基板144。在實施例中，基板支撐組件148包括安裝板162、基部164及靜電夾盤 (electrostatic chuck) 166。安裝板162耦接至腔室主體102的底部110，且包括通路，而這些通路提供設(shè)施(例如流體、電源線及感應(yīng)器導(dǎo)線)路徑至基部164及夾盤166?；?64或夾盤166的至少一者包括至少選擇性的嵌設(shè)加熱器176、至少一個選擇性的嵌設(shè)隔離器174以及多個導(dǎo)管，由此控制支撐組件148的橫向溫度分布。在圖1所述的實施例中，一個環(huán)狀隔離器174及兩個導(dǎo)管168、170設(shè)置在基部164中，而電阻加熱器 176設(shè)置在夾盤166中。導(dǎo)管流體耦接至流體來源172而將溫度調(diào)節(jié)流體循環(huán)通過其中。 加熱器176由電源178所調(diào)節(jié)。導(dǎo)管168、170及加熱器176用于控制基部164的溫度，藉以加熱及/或冷卻靜電夾盤166，并藉以至少部分控制設(shè)置在靜電夾盤166上的基板144的溫度。形成在基部164中的兩個分離的冷卻導(dǎo)管168、170界定出至少兩個個可獨立控制的溫度區(qū)。預(yù)期亦可配置額外的冷卻導(dǎo)管及/或?qū)Ч懿季郑越缍ǔ鲱~外的溫度控制區(qū)。在實施例中，第一冷卻導(dǎo)管168布置在第二冷卻導(dǎo)管170的徑向內(nèi)側(cè)，由此，溫度控制區(qū)為同心?？深A(yù)期導(dǎo)管168、170呈輻射狀定向，或是具有其它的幾何配置。冷卻導(dǎo)管168、170可耦接至溫控?zé)醾髁黧w的單來源172，或是可分別耦接至獨立的熱傳流體來源。隔離器 174 由導(dǎo)熱數(shù)(coefficient of thermal conductivity)與基部 164 的相鄰區(qū)域的材料的導(dǎo)熱數(shù)不同的材料形成。在實施例中，隔離器174的導(dǎo)熱數(shù)小于基部164。 在另一實施例中，隔離器174可以由具有異向性(S卩，方向相依；direction-d印endent)的導(dǎo)熱數(shù)的材料形成。隔離器174用做為相對于通過在熱傳路徑上不具有隔離器的基部164 的相鄰部分的熱傳速率，而局部改變在支撐組件148之間并通過基板而至導(dǎo)管168、170的熱傳速率。隔離器174橫向設(shè)置在第一及第二冷卻導(dǎo)管168、170之間，以提供界定穿過基板支撐組件148的溫控區(qū)的增進(jìn)的熱隔離。在圖1所述的實施例中，隔離器174設(shè)置在導(dǎo)管168、170之間，由此阻礙橫向熱傳，并促進(jìn)跨越基板支撐組件148的橫向溫控區(qū)。因此，藉由控制插入件(insert)的數(shù)量、 形狀、尺寸、位置及熱傳數(shù)(coefficient ofheat transfer)，可以控制靜電夾盤166及座落在其上的基板144的溫度分布。雖然圖1所示的隔離器174的形狀為環(huán)狀，但隔離器也可以為任何數(shù)種其它形狀。靜電夾盤166與基部164的溫度使用多個感應(yīng)器來監(jiān)控。在圖1所述的實施例中，圖中示出的第一溫度感應(yīng)器190及第二溫度感應(yīng)器192徑向分隔定向，藉此，第一溫度感應(yīng)器190可將支撐組件148之中央?yún)^(qū)域的溫度計量指示(metric indicative)提供給控制器150，而第二溫度感應(yīng)器192可將支撐組件148的周圍區(qū)域的溫度計量指示提供給控制器 150。靜電夾盤166設(shè)置在基部164上，并且周圍外接有覆蓋環(huán)146。靜電夾盤166可以由鋁、陶瓷或適于在處理過程中支撐基板144的其它材料制成。在實施例中，靜電夾盤166 是陶瓷。或者，靜電夾盤166可以由真空夾盤、機(jī)械夾盤或其它適合的基板支撐件來取代。
靜電夾盤166 —般由陶瓷或類似介電材料形成，并且包括至少一個電極180。電極 180耦接至夾持電源182，而該夾持電源182用以控制施加至基板支撐組件148上的基板的夾持力。偏壓功率源183耦接至電極180或是位于基板支撐組件148內(nèi)的其它電極。偏壓功率源183提供電極180偏壓，而其導(dǎo)致等離子體中的離子在蝕刻過程中加速朝向基板。偏壓功率源183可配置以提供DC或RF偏壓功率。在實施例中，偏壓功率源183在約2kHz 約IOOMHz的頻率下提供500 7000瓦特(Watts)的功率，例如約700 4000瓦特。在實施例中，偏壓功率頻率控制在約IkHz 約IOOMHz，例如2kHz、IOOMHz或60MHz。偏壓功率源183所提供的偏壓功率可以被脈沖化或是連續(xù)地施加。電極180 (或設(shè)置在夾盤166或基部164中的其它電極)可進(jìn)一步耦接至一個或多個RF功率源，以藉由使導(dǎo)入蝕刻反應(yīng)器100中的氣體離子化而維持等離子體。在圖1所述的實施例中，電極180通過匹配網(wǎng)絡(luò)188而耦接至第RF功率源184、第二 RF功率源185以及第三RF功率源186。功率源184、185、186般能夠產(chǎn)生頻率為約50kHz 約3GHz且功率高達(dá)約11000瓦特的RF信號。在實例中，源功率控制在頻率約2MHz下而為約6 約11000 瓦特，例如約300 約11000瓦特。匹配網(wǎng)絡(luò)188將功率源184、185、186的阻抗匹配至等離子體阻抗。單饋給(feed)將來自功率源184、185、186的能量耦合至電極180。或者，各個功率源184、185、186可以通過不同的饋給而耦合至電極180。濾波器155可用于保護(hù)功率源184、185、186免受由其它功率源所產(chǎn)生的功率的影響。通過陰極而耦合至等離子體的多個RF頻率用于修改離子能量分布，以增進(jìn)Si蝕刻速率及選擇性。功率源184、185、186 的一者或多者可選擇性地耦接至噴灑頭組件130。在實施例中，功率源184、185、186可在脈沖模式下工作，以增進(jìn)離子能量分布功能及等離子體密度分布，進(jìn)而增進(jìn)Si蝕刻速率及選擇性。脈沖可以通過在功率源內(nèi)部啟動，或是使用控制器以開啟并關(guān)閉設(shè)置在RF功率源與電極180之間的一個或多個開關(guān)而外部地同步化。靜電夾盤166亦可包括由電源178所控制的至少一個嵌設(shè)加熱器176。在實施例中，可操作加熱器176以維持靜電夾盤166暴露于處理環(huán)境的表面的溫度在約120°C或更高
靜電夾盤166可還包括多個氣體通道(圖中未示)(例如溝槽)，其形成在夾盤的支撐表面上并流體耦接至熱傳(或背側(cè))氣體來源。在操作中，背側(cè)氣體(例如氦氣He)以受控壓力而提供至氣體通道中，藉以增進(jìn)靜電夾盤166與基板144之間的熱傳。如公知地， 靜電夾盤的至少一個基板支撐表面提供有涂層，該涂層能夠抵抗在基板處理期間所使用的化學(xué)物質(zhì)及溫度。多個磁性線圈160設(shè)置在腔室主體102的外部周圍。在實施例中，可使用高達(dá)8 個或更多個磁性線圈160以修改蝕刻反應(yīng)器100內(nèi)的等離子體分布。在圖1所示的實施例中，示出6個磁性線圈160。磁性線圈160可以獨立地控制而使蝕刻反應(yīng)器100內(nèi)的磁場均性最佳化。磁性線圈160耦接至至少一個電源161，藉此，各個磁性線圈160所產(chǎn)生的磁場可以獨立地控制。雖然圖1僅示出一個電源161，但各個磁性線圈160可以耦接至獨立且專用的電源161?；蛘?，磁性線圈160可共享一個或多個電源161。圖3為示出可以在蝕刻反應(yīng)器100或其它適合的蝕刻反應(yīng)器中執(zhí)行的方法的實施例的流程圖。方法300開始于步驟302，在蝕刻反應(yīng)器(如反應(yīng)器100或其它適合的反應(yīng)器)中提供基板，該基板具有圖案化于其上的罩幕(mask)。在步驟304，提供氣體混合物至反應(yīng)器。在實施例中，氣體混合物包括HBr。一個或多個特殊蒸氣NF3、Ar、02& SiCl4可以在各種時間點而包括在氣體混合物中。舉例而言，NF3及/或O2可以周期性地加入，以從所形成的特征結(jié)構(gòu)的側(cè)壁移除鈍化材料。在步驟306，維持由氣體混合物所形成的等離子體。 可以藉由施加RF及/或偏壓功率至基板支撐組件148以維持等離子體。RF及/或偏壓功率的功率、頻率、時序及工作周期(duty cycle)可以如下述而選擇的。在步驟308，于等離子體存在的情況下，對罩幕具有高選擇性而蝕刻高深寬比的特征結(jié)構(gòu)。在步驟302所提供的基板可包括硅層。硅層覆蓋圖案化罩幕，例如光阻罩幕 (photoresist mask)及/或硬式罩幕(hardmask)。硬式罩幕材料可以為任何類型的二氧化硅或氮化硅，或是其它具有陶瓷材料特性的適合材料，例如氧化鋯、氧化鋁、氮化鋁、氧化鈦或是此種材料組合成的堆棧層。通過噴灑頭組件的多個氣體流動區(qū)所提供的氣體而形成的等離子體可以在步驟 304而維持，而該維持通過一個或多個RF功率源184、185、186而施加約500 約觀00瓦特至基板支撐組件。在實施例中，功率在60MHz施加。該方法可包括將腔室壓力調(diào)節(jié)在約 0 約300毫托(mT)之間。以約500 約觀00瓦特(W)的偏壓功率而對基板偏壓。在實施例中，偏壓功率在約2MHz的頻率下施加。偏壓功率可在工作周期約20 約98% (例如約35% 約95% )而脈沖化。使用具有約0 約140高斯(Gauss ；G)的磁性線圈160而跨越腔室施加磁性B-場(magnetic B-field)。基板上的硅材料通過罩幕中的開口而被等離子體蝕刻，以形成深寬比高達(dá)至少80 1的溝槽。處理氣體、直接注入氣體、特殊蒸氣及/或惰性氣體的混合物提供至腔室以供等離子體蝕刻。混合物可包括冊1~、順3、02、5丨 4、5比14及4『的至少一者。在實施例中，提供至混合歧管的處理氣體包括HBr及NF3,而02、SiF4及SiCl4可以選擇性地提供。在示范性實施例中，針對適于在300mm基板上蝕刻硅材料的制程而將下列物質(zhì)提供至混合歧管約 50 約 500sccm 的 HBr、約 0 約 200sccm 的 NF3、約 0 約 200sccm 的 O2、約 0 約 200sccm 的SiF4、約0 約300sccm的SiCl4及約0 約400sccm的Ar?；旌蠚怏w提供至充氣部的流速比例經(jīng)選擇而相稱于特征結(jié)構(gòu)密度、尺寸及橫向位置。SiCl4可用作為提供至噴灑頭組
11件的充氣部的直接注入氣體而旁通(bypass)混合歧管。藉由一個或多個RF功率源184、185、186而提供至基板支撐組件148的功率可以經(jīng)脈沖化(pulsed)。對施加至基板支撐組件148的RF源功率及/或偏壓功率進(jìn)行脈沖化可以有利地增加關(guān)于罩幕的硅的蝕刻制程的選擇性。此外，經(jīng)脈沖化的RF源功率及/ 或RF偏壓功率允許使用較高的RF頻率，而其會導(dǎo)致在基板中央較高的蝕刻速率。在實施例中，RF源功率控制在大于1MHz，例如約2MHz，RF偏壓功率控制在大于約50MHz，例如約 100MHz，而其可以增進(jìn)蝕刻選擇性及蝕刻薄膜的均性。因此，經(jīng)脈沖化的RF允許頻率工作范圍(process window)變寬，藉以允許使用頻率以調(diào)整中央至邊緣的蝕刻速率，而獲得更均的蝕刻深度處理結(jié)果。藉由RF及/或偏壓源而施加至基板支撐組件148的功率可以通過RF及/或偏壓源或外部開關(guān)(如圖1所示的15 而脈沖化。偏壓及RF功率源所提供的脈沖時序可以通過數(shù)種技術(shù)而控制的。在以下實例中，RF源用于提供施加功率至偏壓源的參考時間(time reference)，因此，為了方便，RF源稱之為主要裝置(master)，而偏壓源稱之為從屬裝置 (slave) 0可預(yù)期偏壓源也可用作為主要裝置。在實施例中，由從屬裝置提供的功率脈沖的時序與主要裝置為同步。主要裝置/從屬裝置可具有完全同步的工作周期時序(duty cycle timing)，也就是說，當(dāng)主要裝置提供功率，則從屬裝置提供功率，且當(dāng)主要裝置不提供功率，則從屬裝置不提供功率。在另一實施例中，主要裝置/從屬裝置的工作周期時序為顛倒的，也就是說，當(dāng)主要裝置提供功率，從屬裝置則不提供功率，且當(dāng)主要裝置不提供功率，則從屬裝置提供功率。在另一實施例中，主要裝置/從屬裝置的工作周期時序為偏移的，也就是說，從屬裝置的功率提供狀態(tài)相對于主要裝置的功率提供狀態(tài)而偏移或錯開(時間延遲)。偏移的工作周期時序可能導(dǎo)致從屬裝置僅在主要裝置提供功率的部分時間來提供功率、從屬裝置僅在主要裝置不提供功率的部分時間來提供功率、或是從屬裝置在包括主要裝置提供功率的部分時間及主要裝置不提供功率的部分時間的部分時間期間提供功率。制程結(jié)果證實低偏壓功率工作周期(即，較短的偏壓脈沖開關(guān)時間)可增進(jìn)罩幕對硅的選擇性。低工作周期界定為每個脈沖小于約50%的開啟(on)。在低偏壓功率工作周期下，蝕刻特征結(jié)構(gòu)的阻塞(choking)增加(例如鈍化材料或蝕刻副產(chǎn)物提供至蝕刻溝槽)可以通過偏壓功率的頻率的增加而抵銷，藉以能夠增進(jìn)蝕刻深度均性。偏壓功率的頻率的增加亦可以增加蝕刻速率。另外，脈沖化該偏壓功率允許可使用較高的RF功率，因而造成較快的蝕刻速率而不會損失罩幕選擇性。另外，偏移工作周期時序亦證實了在蝕刻制程過程中阻塞量的降低(相較于具有相似制程參數(shù)的同步時序)。因此，利用偏壓功率的頻率與工作周期，并伴隨偏壓功率的施加時序，則可允許寬的工作范圍，因而具有邊緣至中央的蝕刻深度均性控制，并伴隨成功地在硅中蝕刻高深寬比特征結(jié)構(gòu)所需的罩幕對硅的高度蝕刻。針對在較高偏壓功率頻率下的所有工作周期及時序，其蝕刻深度均性皆改善。較高的偏壓功率頻率亦會在基板的邊緣產(chǎn)生較快的蝕刻。選擇性(selectivity)在低工作周期的較高偏壓功率頻率下可被最大化。降低在低工作周期施加的RF功率亦可改善蝕刻深度均性，但卻損失了蝕刻速率。已證實上述的處理腔室及方法使得能夠蝕刻高深寬比特征結(jié)構(gòu)，并具有跨越基板表面的良好均性，以及罩幕對硅的高選擇性。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可作各種的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附權(quán)利要求來界定。
權(quán)利要求
1.一種處理腔室，包括 腔室主體，具有內(nèi)部容積；噴灑頭組件，耦接至該腔室主體的頂壁，該噴灑頭組件用于將來自至少兩個分離的位置的氣體混合物輸送至該腔室主體內(nèi)； 基板支撐組件，設(shè)置在該腔室主體中； 至少兩個RF功率源，耦接至該基板支撐組件； 偏壓功率源，耦接至該基板支撐組件；以及控制器，與儲存在內(nèi)存中的指令相接，當(dāng)該控制器執(zhí)行這些指令時，會導(dǎo)致在該處理腔室中執(zhí)行方法，該方法包括提供該氣體混合物而使其通過該噴灑頭組件，并進(jìn)入該腔室主體中； 施加來自該RF功率源的RF功率，以在該腔室主體中維持由該氣體混合物所形成的等離子體；將來自該偏壓功率源的偏壓功率施加至該基板支撐組件，其中所施加的該偏壓功率與該RF功率經(jīng)過脈沖化；以及在該等離子體存在的情況下，對圖案化罩幕選擇性地蝕刻硅層，以在該硅層中形成特征結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的處理腔室，其中這些指令還使得該方法包括 以約35%至約95%的工作周期使該RF偏壓功率脈沖化。
3.如權(quán)利要求1所述的處理腔室，還包括至少一個濾波器，設(shè)置在該RF功率源與該基板支撐組件之間。
4.如權(quán)利要求1所述的處理腔室，還包括 第三RF功率源，耦接至該基板支撐組件。
5.如權(quán)利要求1所述的處理腔室，其中這些指令還使得該方法包括由形成在該噴灑頭組件中的這些分離的位置的每者提供具有不同流速的處理氣體。
6.如權(quán)利要求1所述的處理腔室，其中該RF功率源用于在大于約IMHz的頻率下產(chǎn)生功率。
7.如權(quán)利要求1所述的處理腔室，其中該偏壓功率源用于在大于約50MHz的頻率下產(chǎn)生功率。
8.如權(quán)利要求1所述的處理腔室，其中該偏壓功率源用于在約IOOMHz的頻率下產(chǎn)生功率。
9.如權(quán)利要求1所述的處理腔室，還包括多個磁性線圈，設(shè)置在該腔室主體的外部的周圍。
10.如權(quán)利要求9所述的處理腔室，其中高達(dá)8個或更多個這些磁性線圈設(shè)置在該腔室主體的該外部的周圍。
11.如權(quán)利要求1所述的處理腔室，還包括耦接至該腔室主體的HBr、NF3> Ar、O2及SiCl4的來源。
12.如權(quán)利要求1所述的處理腔室，其中這些指令還使得該方法包括通過在蝕刻過程中供應(yīng)NF3氣體，而從形成在該硅層中的這些特征結(jié)構(gòu)的側(cè)壁移除鈍化材料。
13.一種用于蝕刻高深寬比特征結(jié)構(gòu)的方法，包括在蝕刻反應(yīng)器中提供基板，該基板具有設(shè)置在硅層上的圖案化罩幕； 提供該蝕刻反應(yīng)器的氣體混合物；施加RF源功率，以在該蝕刻反應(yīng)器中維持由該氣體混合物所形成的等離子體，其中該 RF源功率具有大于IMHz的頻率；施加偏壓功率至該基板，其中該偏壓功率具有大于50MHz的頻率，且提供至該蝕刻反應(yīng)器的該偏壓功率及該RF功率經(jīng)過脈沖化；以及在該等離子體存在的情況下，蝕刻該硅層以在該硅層中形成特征結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該施加RF源功率的步驟還包括將來自高達(dá)三個RF功率源的功率施加通過設(shè)置在該蝕刻反應(yīng)器中的基板支撐組件。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中施加該偏壓功率至該基板通過設(shè)置在該蝕刻反應(yīng)器中的基板支撐組件。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該施加該偏壓功率至該基板的步驟還包括 以約35%至約95%的工作周期使該RF偏壓功率脈沖化。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其中提供該氣體混合物的步驟還包括 提供選自由HBr、NF3、Ar、O2及SiCl4所組成的群組的該氣體混合物。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其中蝕刻該硅層的步驟還包括通過在蝕刻過程中供應(yīng)NF3氣體，而從形成在該硅層中的這些特征結(jié)構(gòu)的側(cè)壁移除鈍化材料。
19.一種處理腔室，包括 腔室主體，具有內(nèi)部容積；噴灑頭組件，耦接至該腔室主體的頂壁，該噴灑頭組件用于將來自至少兩個分離的位置的氣體混合物輸送至該腔室主體內(nèi)； 基板支撐組件，設(shè)置在該腔室主體中；至少兩個RF功率源，耦接至該基板支撐組件，且配置以在大于IMHz的頻率下提供RF 功率；偏壓功率源，耦接至該基板支撐組件，且配置以在大于50MHz的頻率下提供RF偏壓功率；以及控制器，與儲存在內(nèi)存中的指令相接，當(dāng)該控制器執(zhí)行這些指令時，會導(dǎo)致在該處理腔室中執(zhí)行方法，該方法包括提供該氣體混合物而使其通過該噴灑頭組件并進(jìn)入該腔室主體中，其中該氣體混合物通過該噴灑頭組件的該兩個分離的位置，而通過該噴灑頭組件的這些分離的位置的每者的該氣體混合物具有不同流速；將來自該至少兩個RF功率源的RF功率施加至該基板支撐組件，以在該腔室主體中維持由該氣體混合物所形成的等離子體；將來自該偏壓功率源的偏壓功率施加至該基板支撐組件，其中所施加的該偏壓功率與該RF功率經(jīng)過脈沖化；以及在該等離子體存在的情況下，對圖案化罩幕選擇性地蝕刻硅層，以在該硅層中形成特征結(jié)構(gòu)。
20.如權(quán)利要求19所述的處理腔室，其中這些指令還使得該方法包括 以約35%至約95%的工作周期使該RF偏壓功率脈沖化。
全文摘要
本發(fā)明的實施例提供了能夠等離子體蝕刻高深寬比特征結(jié)構(gòu)的方法及設(shè)備。在實施例中，提供了用于蝕刻的方法，其包括在蝕刻反應(yīng)器中提供基板，且基板具有設(shè)置在硅層上的圖案化罩幕；提供反應(yīng)器的氣體混合物；維持由氣體混合物所形成的等離子體，其中提供至反應(yīng)器的偏壓功率及RF功率經(jīng)過脈沖化；以及在等離子體存在的情況下，蝕刻硅層。
文檔編號H05H1/34GK102160155SQ200980137245
公開日2011年8月17日 申請日期2009年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月22日
發(fā)明者丹尼斯·庫薩, 烏韋·勒爾克, 亞歷山大·馬蒂施金, 倫·蒂爾格, 吉維克·帝尼威, 弗朗斯科·馬利塔, 托爾斯特恩·萊瑪恩, 曼弗雷德·歐斯瓦爾德, 法里德·阿布阿梅里, 簡·魯普弗, 迪卡倫·斯坎倫, 逍平·周, 馬爾庫斯·邁耶 申請人:應(yīng)用材料公司