双室结构的脉冲等离子体室制造技术

本发明专利技术提供了用于在脉冲等离子体室中处理衬底的实施方式。处理装置具有由板分隔的两个室，该板流体连接所述室，该处理装置包括连续波(CW)控制器、脉冲控制器，以及系统控制器。CW控制器设置用于与上电极耦合的第一射频(RF)功率源的电压和频率。脉冲控制器能操作以设置用于通过耦合到下电极的第二RF功率源产生的脉冲RF信号的电压、频率、接通期间的持续时间以及断开期间的持续时间。系统控制器能操作以设置参数来调节在室之间的物质的流量以有助于负离子蚀刻，有助于中和在OFF期间的余辉过程中在晶片表面上的过量正电荷，且有助于在ON期间再激发在下室中的下部等离子体。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2012年8月17日、中国专利申请号为201280043579.9(对应国际申请号为PCT/US2012/051460)、专利技术名称为“双室结构的脉冲等离子室”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请涉及于2010年8月4日提交的题为“Plasma Processing Chamber with Dual Axial Gas Injection and Exhaust”的美国专利申请No.12/850,552；于2010年8月4日提交的题为“Dual Plasma Volume Processing Apparatus for Neutral/Ion Flux Control”的美国专利申请No.12/850,559；于2011年7月21日提交的题为“Negative Ion Control For Dielectric Etch”的美国专利申请No.13/188,421，以上申请均以引用的方式并入本文。
本专利技术涉及用于电介质蚀刻半导体器件的方法、系统和计算机程序，并且更具体地，涉及用于在双模块电容耦合等离子体(CCP)室中电介质蚀刻半导体器件的方法、系统和计算机程序。
技术介绍
集成电路的制造包括将含有掺杂硅的区域的硅衬底(晶片)浸入化学反应性等离子体，其中亚微米器件的特性(例如，晶体管、电容器等)被蚀刻在表面上。一旦制造了第一层，在所述第一层的顶部上建立一些绝缘(介电)层，其中的孔，也称为过孔，以及沟槽被蚀刻到材料中用于放置导电互连件。SiO2是在半导体制造中使用的常用的电介质。用于SiO2蚀刻的等离子体通常包括碳氟化合物气体，例如四氟化碳CF4和八氟环丁烷(C-C4F8)，以及氩(Ar)和氧(O2)气体。词语等离子体是用来指其中组分原子和分子已被部分或完全电离的那些气体。由于获得的低离解速率有利于在表面上较大的钝化分子和高离子能量，因此电容性射频(RF)功率耦合通常用于激发并维持等离子体。为了获得朝向硅衬底的离子能量和离子通量的独立控制，有时使用双频电容性放电(DF-CCP)。在半导体晶片制造中目前所使用的等离子体处理系统依赖于高度相互依赖的控制参数来控制传递到晶片的自由基分离、自由基通量、离子能量和离子通量。例如，目前的等离子体处理系统试图通过控制在晶片的存在下产生的单个的等离子体实现必要的自由基分离、自由基通量、离子能量和离子通量。不幸的是，化学离解和自由基形成耦合于离子产生和等离子体密度并经常不协同工作以实现期望的等离子体处理条件。一些半导体加工设备采用脉冲RF功率源。当等离子体关断时在RF断开(OFF)期间目前的脉冲RF等离子体技术不提供对余辉等离子体的控制。典型地，在RF断开期间，等离子体电位崩塌以及电子向室的壁逃逸。在余辉中，电子密度下降且负离子密度增加。然后离子也向壁逃逸。带电物质动力学决定了室内部的电荷的分布，因此，决定了它的蚀刻性能，但不幸的是这些动力学和带电物质的通量大多是不受控制的。余辉期间可用的唯一控制是频率的调制和占空比。脉冲等离子体技术的另一个问题是当RF功率开通时等离子体再点燃。如果等离子体和余辉在RF断开期间完全熄灭，则再激发等离子体需要高的RF电压水平。此外，RF问题会有麻烦，特别是当在低的气体压强下操作时。正是在这样的背景下出现实施方式。具体而言，本专利技术的一些方面可以描述如下:1.一种用于在具有上室和下室的晶片处理装置中处理晶片的方法，该方法包括：设置用于通过耦合到所述上室中的上电极的第一射频(RF)功率源产生的连续RF信号的第一参数，其中，所述第一参数包括第一电压和第一频率，所述第一RF功率源构造成在所述室的操作期间提供连续RF功率；设置用于通过耦合到所述下室中的下电极的第二RF功率源产生的脉冲RF信号的第二参数，其中，所述第二参数包括第二电压、第二频率、接通期间的持续时间以及断开期间的持续时间，其中板分隔所述上室和所述下室，所述板具有使得在操作期间物质的流能够从所述上室到所述下室的多个孔；施加所述连续RF信号给所述上电极；以及施加所述脉冲RF信号到所述下电极，其中在所述接通期间在所述下室内激发下等离子体，其中所述下等离子体的电位在所述断开期间衰减直到所述电位达到基本上为0值，其中设置所述第一参数和所述第二参数来调节在所述接通期间从所述上室到所述下室的物质的流量和调节在所述断开期间物质的流量，其中调节所述物质的流量有助于调节所述下室中的负离子蚀刻以及调节在断开期间的余辉过程中在所述下室中的晶片表面上的正电荷，并且通过调节从所述上室到所述下室的电子流调节所述物质的流有助于在所述接通期间的过程中再激发所述下室中的所述下等离子体。2.如条款1所述的方法，其还包括：设置在所述上室中的第一压强；以及设置在所述下室中的第二压强。3.如条款2所述的方法，其中所述第一压强高于所述第二压强。4.如条款2所述的方法，其还包括：增大所述第一压强以增大从所述上室到所述下室的物质的流量。5.如条款1所述的方法，其还包括：调整在分隔所述上室和所述下室的所述板中的通孔的长度，其中，减小所述通孔的所述长度以增加从所述上室到所述下室的物质的流量。6.如条款5所述的方法，其还包括：减少在所述板中的所述通孔的数量以降低在所述上室和所述下室之间的物质的流量。7.如条款1所述的方法，其中，设置所述第一参数包括：增大所述第一电压以增大所述物质的流量。8.如条款1所述的方法，其中，所述接通期间的持续时间不同于所述断开期间的持续时间。9.如条款1所述的方法，其中，所述接通期间的持续时间等于所述断开期间的持续时间。10.如条款1所述的方法，其中，所述第一RF功率源的频率具有介于27兆赫和100兆赫之间的值。11.如条款1所述的方法，其中，所述第二RF功率源的频率具有介于0.4兆赫和25兆赫之间的值。12.如条款1所述的方法，其中，所述第一RF功率源的电压具有介于100V和600V之间的值。13.如条款1所述的方法，其中，所述第二RF功率源的电压具有介于1000V和6000V之间的值。14.如条款1所述的方法，其中，所述上室能操作以在处理所述晶片时在所述上室中形成上等离子体。15.如条款1所述的方法，其中，所述上室能操作以在处理过程中具有介于20毫乇和60毫乇之间的第一压强，并且其中所述下室能操作以在处理过程中具有介于10毫乇和19毫乇之间的第二压强。16.一种用于在具有上室和下室的晶片处理装置中处理晶片的方法，该方法包括：设置用于通过耦合到所述上室中的上电极的第一射频(RF)功率源产生的连续RF信号的第一参数，其中，所述第一参数包括第一电压和第一频率，所述第一RF功率源构造成在所述室的操作期间提供连续RF功率；设置用于通过耦合到所述下室中的下电极的第二RF功率源产生的脉冲RF信号的第二参数，其中，所述第二参数包括第二电压、第二频率、接通期间的持续时间以及断开期间的持续时间，其中板分隔所述上室和所述下室，所述板具有使得在操作期间物质的流能够从所述上室到所述下室的多个孔；设置用于通过耦合到所述下电极的第三RF功率源产生的第三脉冲RF信号的第三参数；施加所述连续RF信号给所述上电极；施加所述脉冲RF信号给所述下电极；以及施加所述脉冲RF信号到所述下电极，其中在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在具有上室和下室的晶片处理装置中处理晶片的方法，该方法包括：设置用于通过耦合到所述上室中的上电极的第一射频(RF)功率源产生的连续RF信号的第一参数，其中，所述第一参数包括第一电压和第一频率，所述第一RF功率源构造成在所述室的操作期间提供连续RF功率；设置用于通过耦合到所述下室中的下电极的第二RF功率源产生的脉冲RF信号的第二参数，其中，所述第二参数包括第二电压、第二频率、接通期间的持续时间以及断开期间的持续时间，其中板分隔所述上室和所述下室，所述板具有使得在操作期间物质的流能够从所述上室到所述下室的多个孔；施加所述连续RF信号给所述上电极；以及施加所述脉冲RF信号到所述下电极，其中在所述接通期间在所述下室内激发下等离子体，其中所述下等离子体的电位在所述断开期间衰减直到所述电位达到基本上为0值，其中设置所述第一参数和所述第二参数来调节在所述接通期间从所述上室到所述下室的物质的流量和调节在所述断开期间物质的流量，其中调节所述物质的流量有助于调节所述下室中的负离子蚀刻以及调节在断开期间的余辉过程中在所述下室中的晶片表面上的正电荷，并且通过调节从所述上室到所述下室的电子流调节所述物质的流有助于在所述接通期间的过程中再激发所述下室中的所述下等离子体。...

【技术特征摘要】
2011.09.07 US 13/227,4041.一种用于在具有上室和下室的晶片处理装置中处理晶片的方法，该方法包括：设置用于通过耦合到所述上室中的上电极的第一射频(RF)功率源产生的连续RF信号的第一参数，其中，所述第一参数包括第一电压和第一频率，所述第一RF功率源构造成在所述室的操作期间提供连续RF功率；设置用于通过耦合到所述下室中的下电极的第二RF功率源产生的脉冲RF信号的第二参数，其中，所述第二参数包括第二电压、第二频率、接通期间的持续时间以及断开期间的持续时间，其中板分隔所述上室和所述下室，所述板具有使得在操作期间物质的流能够从所述上室到所述下室的多个孔；施加所述连续RF信号给所述上电极；以及施加所述脉冲RF信号到所述下电极，其中在所述接通期间在所述下室内激发下等离子体，其中所述下等离子体的电位在所述断开期间衰减直到所述电位达到基本上为0值，其中设置所述第一参数和所述第二参数来调节在所述接通期间从所述上室到所述下室的物质的流量和调节在所述断开期间物质的流量，其中调节所述物质的流量有助于调节所述下室中的负离子蚀刻以及调节在断开期间的余辉过程中在所述下室中的晶片表面上的正电荷，并且通过调节从所述上室到所述下室的电子流调节所述物质的流有助于在所述接通期间的过程中再激发所述下室中的所述下等离子体。2.如权利要求1所述的方法，其还包括：设置在所述上室中的第一压强；以及设置在所述下室中的第二压强。3.如权利要求2所述的方法，其中所述第一压强高于所述第二压强。4.如权利要求2所述的方法，其还包括：增大所述第一压强以增大从所述上室到所述下室的物质的流量。5.如权利要求1所述的方法，其还包括：调整在分隔所述上室和所述下室的所述板中的通孔的长度，其中，减小所述通孔的所述长度以增加从所述上室到所述下室的物质的流量。6.一种用于在具有上室和下室的晶片处理装置中处理晶片的方法，该方法包括：设置用于通过耦合到所述上室中的上电极的第一射频(RF)功率源产生的连续RF信号的第一参数，其中，所述第一参数包括第一电压和第一频率，所述第一RF功率源构造成在所述室的操作期间提供连续RF功率；设置用于通过耦合到所述下室中的下电极的第二RF功率源产生的脉冲RF信号的第二参数，其中，所述第二参数包括第二电压、第二频率、接通期间的持续时间以及断开期间的持续时间，其中板分隔所述上室和所述下室，所述板具有使得在操作期间物质的流能够从所述上室到所述下室的多个孔；设置用于通过耦合到所述下电极的第三RF功率源产生的第三脉冲RF信号的第三参数；施加所述连续RF信号给所述上电极；施加所述脉冲RF信号给所述下电极；以及施加...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿列克谢·马拉赫塔诺夫，拉金德·丁德萨，埃里克·赫德森，安德鲁·D·贝利三世，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US