作为全平面源的集成式感应线圈和微波天线制造技术

本公开涉及一种等离子体处理系统，该等离子体处理系统能够利用单个功率源组件来使用同一物理硬件生成感应耦合等离子体(ICP)和表面波等离子体。功率源组件可以包括天线板，天线板可以包括对于射频(RF)功率源被用作ICP线圈而对于微波源被用作槽天线的导电材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体处理技术，更具体地，涉及用于控制用于处理半导体衬底的处理系统的等离子体性质的设备和方法。
技术介绍
在用于处理半导体衬底的等离子体处理期间，等离子体均匀性、离子与自由基通量的比率以及能量通量控制对于实现衬底上的图案化结构或者控制从衬底移除的材料的量或沉积在衬底上或沉积到衬底中的材料的量而言是重要的。生成等离子体的常规方法是来自以射频功率驱动的感应线圈的感应耦合或者微波的应用。每种方法都有不同的优点。感应耦合等离子体源(ICP)可以用于在相对低的压力、高电子密度和高电子温度下在等离子体的本体中生成等离子体。相比之下，微波源倾向于在较高压力下操作。在过于密集的等离子体状态或表面波模式下操作倾向于在等离子体体积中和在衬底附近生成相对较低的电子温度(Te)同时还向晶片提供大的离子通量。这种类型的表面波微波等离子体源的示例是放射状线有槽天线等离子体源。通过受表面波驱动的微波源，难以在ICP源被典型地操作的低功率和低压的状态下控制等离子体均匀性。此外，低电子温度并不总是期望的。硬掩模开口(HMO)工艺是其中进行下述步骤的工艺：氮化硅或二氧化硅掩模通过光阻而图案化，然后在含有CF4或CHF3的等离子体中被蚀刻，使得新图案化的二氧化硅或氮化硅可以是后续多晶硅栅极图案化步骤所使用的掩模。HMO工艺受益于因前体比如在氧化物掩模开口的情况中的CF4充分分解所造成的大的氟通量(氟与碳氟化合物(CF2)的大比率)。在许多考虑中，对于掩模临界尺寸(CD)控制而言必须避免在光阻上的过度的沉积作用。当电子温度低并且室停留时间长时，虽然通过微波生成了充足的氟量，但是氟与碳氟化合物自由基一起或者在碳氟化合物自由基之中重组导致入射在衬底上的氟与碳氟化合物自由基的比率小。虽然均匀性在高压下是优异的，但是对于该示例性HMO工艺而言等离子体化学条件并非最优的。低压等离子体化学条件是期望的，但是难以实现良好的均匀性。对于HMO步骤之后的栅极堆叠蚀刻步骤而言，微波源操作在高压下以及由此生成的低Te条件下对于轮廓控制和选择性而言是期望的。在高压下发生的大自由基通量(例如Cl)导致衬底上的自由基覆盖物，这导致高度氯化的惰性副产物(例如SiCl4)，而非再沉积在侧壁上导致锥形多晶硅轮廓的反应性副产物(例如SiCl)。如果电子温度低，则避免了该副产物分解成不期望的低程度的卤化产物。高压操作确保离子能量足够低以在栅极被蚀刻至多晶硅之下的氧化物时提供足够的选择性以及对硬掩模的选择性。ICP源在低压下运作良好，并且其特征在于在包围大部分等离子体体积的区域中的高Te。因此，这些条件对HMO而言是期望的。等离子体均匀性通常也是可接受的。与用于高压驱动微波放电的栅极蚀刻工艺不同，具有低压ICP操作的栅极蚀刻工艺需要多个工艺步骤以避免损坏、平面栅极中的凹部或者鳍状结构的物理损坏，例如在鳍状场效电晶体(FinFET)蚀刻中的物理损坏。损坏的来源与晶片附近的较大的等离子体电位有关，这是由在低压下相对高的电子温度所导致的。因此，期望的是以使得能够处理平面衬底的方式组合ICP的特征与微波源的特征。
技术实现思路
本公开涉及一种使用感应耦合等离子体(ICP)与微波源的组合来控制衬底上的等离子体密度(中性自由基和离子物质和能量通量)的等离子体处理系统。等离子体处理系统可以包括等离子体室，等离子体室能够接纳衬底并使用等离子体处理衬底以蚀刻、掺杂或沉积膜于半导体衬底上。等离子体室可以包括两个或更多个等离子体源，所述两个或更多个等离子体源可以发射电磁能量以电离被输送经由气体输送系统的气体。两个或更多个等离子体源可以以平面方式布置并且以能量传输部件对于两个等离子体源共用的方式组合。例如，在组合的ICP和微波等离子体源中，传输部件既是用于生成微波等离子体的天线，又是用于生成ICP等离子体的感应线圈。在一个实施例中，平面ICP线圈和平面微波天线施加器共享用于将微波能量和RF能量传输到等离子体室中的同一物理硬件。在一个实施例中，等离子体室可以包括功率源组件，功率源组件包括天线板或传输部件，天线板或传输部件用作微波功率源的槽(slot)天线和射频(RF)功率源的ICP线圈。天线板可以设置在慢波板或微波波导与将微波波导和天线与提供给等离子体室的反应气体隔离的阻挡部件之间。慢波片还用作介质，电磁能量通过介质耦合至等离子体。当电磁波的四分之一波长小于板中的最小尺寸时，电磁波可以形成驻波并且通过从板传至等离子体空间的波的消散部分耦合至等离子体。阻挡部件可以包括但不限于可以由石英或陶瓷制成的介电材料。天线板可以包括横跨表面的导电材料(例如，金属)图案并且可以与穿过天线板的开口或槽集成，天线板可以实现微波能量的传输。除了传输微波能量之外，天线板还可以传输RF能量。RF能量的波长大于慢波板或阻挡部件的厚度尺寸。导电材料可以以形成低阻抗路径以使电流横越等离子体室或围绕等离子体室的方式被图案化。RF功率源可以耦合至天线板并且可以将RF信号(例如，电流)通过导电材料传输至耦合至导电材料的地端子。RF信号可以通过由介电材料传输磁场以感应反应气体的电离(等离子体)。因此，天线板可以用于同时使用对微波能量和RF能量均通用的传输部件来生成ICP等离子体和表面波等离子体。附图说明并入本说明书且构成本说明书的一部分的附图图示了本专利技术的实施例，并且这些附图连同以上给出的本专利技术的概括描述以及下面给出的详细描述用于说明本专利技术。此外，附图标记最左边的数字表示该附图标记首次出现的附图。图1是等离子体处理系统的代表性实施例的图示，其示出了包括使用天线板来传输微波和RF能量的功率源组件的等离子体室的示意性横截面图。2是使用天线板在等离子体室内生成感应耦合等离子体和表面波等离子体的功率源组件的示意性横截面图。图3是结合有导电材料和开口/槽的天线板图案的代表性实施例的图示，该天线板图案可以用于传输在等离子体室中生成等离子体的能量。图4是天线板图案的另一代表性实施例的图示，该天线板图案可以是用于等离子体室的ICP线圈和槽天线。图5是使用天线板在等离子体室中生成等离子体的方法的流程图。具体实施方式以下具体实施例参照用以说明与本公开一致的示例性实施例的附图。具体实施例中对“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等的引用指示所描述的示例性实施例可以包括特定特征、结构或特性，但每个示例性实施例不一定包括特定特征、结构或特性。此外，这样的短语不一定指的是相同的实施例。此外，当结合实施例来描述特定特征、结构或特性时，相关领域技术人员可以了解，相关于其他示例性实施例而实施这样的特征、结构或特性，无论是否明确描述。提供本文中所描述的示例性实施例是为了说明的目的，而非限制性的。其他实施例也是可能的，并且可以在本公开的范围内对示例性实施例进行修改。因此，具体实施例不意味着限制本公开。相反，本公开的范围仅根据所附权利要求及其等同物来限定。示例性实施例的以下详细描述将充分揭示本公开的一般性质，其他人可以通过应用相关领域的技术人员的知识，针对这种示例性实施例的各种应用进行容易地修改和/或适应，而不需要过度的实验，也不背离本公开的范围。因此，，这样的适应和修改旨在落入基于本文中呈现的教示和指引的示例性实施例的意义和多个等同范围内。应当理解，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于衬底的等离子体处理装置，包括：等离子体处理室；衬底保持器，所述衬底保持器设置在所述等离子体处理室中，所述衬底保持器能够接纳所述衬底；微波功率源，所述微波功率源能够生成微波能量；射频(RF)功率源，所述射频功率源能够生成RF能量；以及槽天线，所述槽天线包括：第一介电部件，所述第一介电部件耦合至所述微波功率源并且能够传输所述微波能量；第二介电部件，所述第二介电部件设置在所述第一介电部件与所述衬底保持器之间；以及金属层，所述金属层设置在所述第一介电部件与所述第二介电部件之间并且耦合至所述射频功率源。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.28 US 14/288,5721.一种用于衬底的等离子体处理装置，包括：等离子体处理室；衬底保持器，所述衬底保持器设置在所述等离子体处理室中，所述衬底保持器能够接纳所述衬底；微波功率源，所述微波功率源能够生成微波能量；射频(RF)功率源，所述射频功率源能够生成RF能量；以及槽天线，所述槽天线包括：第一介电部件，所述第一介电部件耦合至所述微波功率源并且能够传输所述微波能量；第二介电部件，所述第二介电部件设置在所述第一介电部件与所述衬底保持器之间；以及金属层，所述金属层设置在所述第一介电部件与所述第二介电部件之间并且耦合至所述射频功率源。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述金属层图案包括使所述微波能量能够从所述第一介电部件传输至所述第二介电部件的图案。3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述图案包括连续的低阻抗路径，所述连续的低阻抗路径靠近所述槽天线的边缘而开始并且靠近所述槽天线的中心区域而结束。4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述连续的路径包括螺旋形、正方形、圆形、矩形或三角形。5.根据权利要求4所述的装置，还包括靠近所述槽天线的中心或者在所述槽天线的外边缘处的地。6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述金属层包括小于或等于1mm的厚度。7.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第一介电部件包括具有与所述微波功率源所提供的功率的不大于1/4波长成比例的厚度的石英或陶瓷。8.根据权利要求6所述的装置，其中，所述第二介电部件包括具有在所述微波功率源所提供的功率的1/4至1/2波长的范围内的厚度的石英或陶瓷。9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述共形金属层图案能够沿方位角方向传输所述RF能量，并且所述第二介电部件能够传输所述微波能量和所述RF能量。10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述金属层图案包括靠近所述槽天线的边缘而开始并且靠近所述槽天线的中心区域而结束的螺旋形状。11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述金...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·L·G·文泽克，陈立，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP