刻蚀衬底的方法、刻蚀装置结构的方法及处理设备制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种刻蚀衬底的方法、刻蚀装置结构的方法及处理设备，所述刻蚀衬底的方法包含使用处理设备的控制设置的第一集合通过所述处理设备的提取板将第一离子束导引到所述衬底。所述方法可进一步包含：检测来自所述衬底的信号，所述信号指示由所述第一离子束刻蚀的材料的从第一材料到第二材料的改变，基于所述第二材料将所述处理设备的控制设置调整到不同于控制设置的所述第一集合的控制设置的第二集合，及使用控制设置的所述第二集合通过所述提取板将第二离子束导引到所述衬底。在检测溅射的物质时，可自动调整例如提取电压及RF功率等处理设备的控制设置以产生具有仍然较高离子能量及较高平均角的离子束。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉参照本申请主张2014年5月9日申请的美国申请第14/274,018号的优先权的权利，所述申请的内容是以全文引用方式并入本文中。
本实施例涉及使用离子束的衬底刻蚀，且更确切地说涉及刻蚀多层衬底以产生经图案化结构。
技术介绍
如今许多装置的制造常常需要刻蚀多个层来定义装置特征。举例来说，从包含不同层中的多个不同材料的层堆叠制造例如磁性随机存取存储器(magneticrandomaccessmeory；MRAM)或其它高级存储器装置等一些存储器装置，所述不同材料包含金属或金属合金。此层堆叠的刻蚀由于层堆叠内的非易失性材料(例如，Co、Pt或Fe)的存在而遭受许多挑战。由于此材料的非易失性性质，用于图案化MRAM层堆叠的刻蚀工艺主要依赖于物理刻蚀机制。在用以定义MRAM单元的图案化掩模材料形成于衬底上之后，掩模刻蚀速率可类似于暴露层堆叠材料的速率，从而导致掩模的显著腐蚀。此限制了对于给定掩模厚度可以刻蚀的层堆叠的厚度。例如90nmTiN或W可用作用于刻蚀30nmMRAM层的硬掩模。另外，从层堆叠刻蚀的材料(包含金属材料)可再沉积于所形成的经图案化特征(例如存储器单元)的侧壁上，从而导致单元的临界尺寸的增加，例如从25nm到40nm。金属残渣可由于在刻蚀期间的离子撞击/混合而形成于凹陷氧化物的边缘处，从而导致金属层之间的短路。此外，此些单元中的骤降度(abruptness)的缺乏及侧壁损坏可降低将要形成的MRAM装置的性能。解决这些问题的当前尝试包含使用多角度离子刻蚀来改进经图案化特征的轮廓骤降度，且减少再沉积。然而，此情形可涉及刻蚀的时间，其并非可考虑到层堆叠厚度的变化或刻蚀速率随时间的变动的稳健过程。这与本实施例可需要的这些及其它考虑因素相关。
技术实现思路
提供此
技术实现思路
而以简化形式引入下文在具体实施方式中进一步描述的概念选择。此
技术实现思路
并非意图确认所主张的标的物的关键特征或基本特征，并且也非意图辅助确定所主张的标的物的范围。在一个实施例中，一种刻蚀衬底的方法包含使用处理设备的控制设置的第一集合通过处理设备的提取板(extractionplate)将第一离子束导引到衬底。所述方法可进一步包含：检测来自衬底的信号，所述信号指示由第一离子束刻蚀的材料的从第一材料到第二材料的改变；基于第二材料将处理设备的控制设置调整到不同于控制设置的第一集合的控制设置的第二集合；以及使用控制设置的第二集合通过提取板将第二离子束导引到衬底。在另一实施例中，一种刻蚀装置结构的方法包含：提供包括安置于衬底基底(substratebase)上的层堆叠(layerstack)及具有安置于层堆叠上的多个掩模特征(maskfeature)的掩模的衬底，所述层堆叠具有包含至少一个金属层的多个层；以及使用处理设备的控制设置的第一集合通过处理设备的提取板将第一离子束导引到层堆叠。所述方法可进一步包含：检测来自层堆叠的光学发射光谱学(opticalemissionspectroscopy；OES)信号，所述OES信号指示在层堆叠中刻蚀的材料的从第一材料到第二材料的改变；基于第二材料将处理设备的控制设置调整到不同于控制设置的第一集合的控制设置的第二集合；以及使用控制设置的第二集合通过提取板将第二离子束导引到层堆叠。在另一实施例中，处理设备包含：等离子体源(plasmasource)，其用以产生等离子体室(plasmachamber)中的等离子体；提取板，其沿着等离子体室的一侧安置，所述提取板具有经配置以在等离子体室与衬底之间施加偏压时将离子束导引到衬底的孔口(aperture)；以及监视设备，其用以测量来自衬底的信号。处理设备还可包含包括指令的至少一个计算机可读存储介质，所述指令在执行时致使处理设备识别来自衬底的第一信号，所述第一信号指示在将第一离子束导引到衬底时材料的从第一材料到第二材料的改变，基于第二材料将处理设备的控制设置调整到不同于控制设置的第一集合的控制设置的第二集合，及使用控制设置的第二集合通过提取板将第二离子束导引到层堆叠。附图说明图1A描绘根据一个实施例的处理设备的侧视图；图1B提供图1A的处理设备的提取板及处理室的一个实施例的俯视图描绘；图2A描绘示范性MRAM层堆叠的侧视图；图2B描绘根据一个实施例的刻蚀MRAM结构；图3A说明用以监视层堆叠的刻蚀的OES信号的使用；图3B描绘依据各种材料的离子入射角的溅射速率；图4A描绘可应用于层堆叠的两个不同层的刻蚀的两个不同离子角分布的实例；图4B展示将离子束导引到衬底以产生经刻蚀结构的实施例；图5描绘示范性第一工艺流程；图6描绘示范性第二工艺流程；图7描绘示范性第三工艺流程；图8描绘示范性第四工艺流程；图9A到9C呈现用于实施与各种实施例一致的动态离子能量控制的一种情境的图形表示；图10描绘示范性第五工艺流程；图11描绘示范性第六工艺流程；图12A到12C呈现用于实施图10的工艺流程的一种情境的图形表示；以及图12D到12F呈现用于实施图11的工艺流程的一种情境的图形表示。具体实施方式现将在下文中参考附图更全面地描述各种实施例，附图中示出了一些实施例。然而，本专利技术的标的可以实施于许多不同形式并且不应解释为限于本文所阐述的实施例。而是，提供这些实施例是为了使得本专利技术将是透彻并且完整的，并且这些实施例将把标的的范围完整地传达给所属领域的技术人员。在附图中，相同标号始终指代相同元件。本文中所描述的实施例提供用于动态地刻蚀衬底的设备及方法。确切地说，本实施例提供用以在安置于衬底基底上的在本文中被称作“层堆叠”的层的堆叠内产生经刻蚀结构的新颖方法及设备。层堆叠可部分用掩模覆盖，所述掩模包括用以定义待刻蚀到层堆叠中的结构的图案的经图案化特征的集合。本实施例适合于刻蚀包含至少一个金属层的层堆叠，例如用以形成MRAM装置或类似装置的层堆叠。然而，可使用本实施例以用于刻蚀其它多层结构，其中在刻蚀期间动态地调整离子束刻蚀条件。在各种实施例中，使用动态刻蚀工艺执行层堆叠的刻蚀，所述动态刻蚀工艺使用从等离子体室提取的离子束来溅射刻蚀层堆叠的多个层。根据本实施例，根据经刻蚀的层的物理和/或化学性质将处理设备的控制设置动态地调整为离子束的定制特性。以此方式，包含骤降度及侧壁损坏的MRAM层堆叠的结构可通过根据在待形成的MRAM装置的层堆叠内经刻蚀的层控制离子束的入射离子的入射角及能量来改进。此情形可为特别有用的，因为层堆叠的不同金属层可具有依据离子能量及离子入射角两者的不同溅射率，且其在经形成的MRAM结构上的再沉积速率可能因不同的粘着系数而不同。举例来说，对于更难以刻蚀的金属层来说，本实施例可将离子束能量动态地调整为较高能量及较大入射角，而对于更易于刻蚀的金属层来说，可将离子束动态地切换为较低能量及较低入射角。在各种实施例中，监视设备及方法用以实时确定第一层的刻蚀何时完成，或邻近第一层的第二层的刻蚀何时开始，或两者的组合。以此方式，可作出关于何时调整产生用于刻蚀的离子束的处理设备的控制设置的确定。本实施例的监视设备可为如在所属领域中通常已知的光学发射光谱学(opticalemissionspectroscopy；OES)装置。监视设备可替代性地为反射计装置，其测量经刻蚀的衬底的表面反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种刻蚀衬底的方法，其包括：使用处理设备的控制设置的第一集合通过所述处理设备的提取板将第一离子束导引到所述衬底；检测来自所述衬底的信号，所述信号指示由所述第一离子束刻蚀的材料的从第一材料到第二材料的改变；基于所述第二材料将所述处理设备的控制设置调整到不同于控制设置的所述第一集合的控制设置的第二集合；以及使用控制设置的所述第二集合通过所述提取板将第二离子束导引到所述衬底。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.09 US 14/274,0181.一种刻蚀衬底的方法，其包括：使用处理设备的控制设置的第一集合通过所述处理设备的提取板将第一离子束导引到所述衬底；检测来自所述衬底的信号，所述信号指示由所述第一离子束刻蚀的材料的从第一材料到第二材料的改变；基于所述第二材料将所述处理设备的控制设置调整到不同于控制设置的所述第一集合的控制设置的第二集合；以及使用控制设置的所述第二集合通过所述提取板将第二离子束导引到所述衬底。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述衬底包括：衬底基底上的包括多个层的层堆叠；以及掩模，包括在导引所述第一离子束之前安置于所述层堆叠上的多个掩模特征。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于调整所述控制设置包括调整离子至少一个控制设定以调整所述第一离子束与第二离子束之间的离子入射角，从而考虑所述第一材料及第二材料的溅射刻蚀特性的差异。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述检测所述信号包括接收由所述第一材料或第二材料的至少一个元素产生的光学发射光谱学(OES)信号。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述调整所述控制设置包括调整以下各者中的至少一者：提取电压、应用于所述处理设备的等离子体室的RF功率、所述衬底与所述提取板之间的分离、所述等离子体室的压力、用于脉冲离子束的离子束工作循环及应用于固持所述衬底的衬底固持器的扫描速度。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述将所述控制设置调整到控制设置的所述第二集合包括：将来自控制设置的所述第一集合的所述控制设置调整到与所述第二材料相关联的控制设置的预定集合；执行计量以测量使用控制设置的所述预定集合所导引穿过所述提取板的离子束的至少一个参数，所测量的所述至少一个参数包括离子能量、离子束电流及离子角分布；以及基于所述离子束的所测量的所述至少一个参数将控制设置的所述预定集合调整到控制设置的所述第二集合。7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：接收包括以下各者中的至少一者的初始离子束轮廓：初始离子角度、初始离子能量及初始离子电流；响应于所接收到的所述初始离子束轮廓，使用控制设置的初步集合产生初步离子束；执行计量以测量所述初步离子束；以及调整控制设置的所述初步集合直到所述初步离子束匹配所述初始离子束轮廓为止。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述第一离子束具有第一离子角分布，且所述第二离子束具有不同于所述第一离子角分布的第二离子角分布。9.一种刻蚀装置结构的方法，其包括：提供包括安置于衬底基底上的层堆叠及具有安置于所述层堆叠上的多个掩模特征的掩模的衬底，所述层堆叠具有包含至少一个金属层的多个层；使用处理设备的控制设置的第一集合通过所述处理设备的提取板将第一离子束导引到所述层堆叠；检测来自所述层堆叠的光学发射光谱学(OES)信号，所述OES信号指示在所述层堆叠中刻蚀的材料的从第一材料到第二材料的改变；基于所述第二材料将所述处理设备的控制设置调整到不...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢多维克·葛特，丹尼尔·迪斯塔苏，尼尼·文奴斯，崔斯坦·马，刘宇，
申请(专利权)人：瓦里安半导体设备公司，
类型：发明
国别省市：美国;US