使用电不对称效应控制等离子体处理空间的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及使用电不对称效应控制等离子体处理空间的系统和方法。公开了用于在晶片上启用等离子体的膜沉积的系统和方法，其中使用多个频率的射频信号产生等离子体并且其中控制在多个频率的射频信号之间的相位角关系。在该系统中，提供了基座以支撑晶片。等离子体产生区域形成在所述基座上方。电极邻近所述等离子体产生区域设置，以使得射频信号能传输到所述等离子体产生区域中。射频电源向所述电极提供不同频率的多个射频信号。所述不同频率中的最低频率是基本频率，并且所述不同频率中的大于所述基本频率的每个频率是所述基本频率的偶次谐波。所述射频电源对所述多个射频信号中的每一个之间的相位角关系提供可变控制。

Systems and methods for controlling plasma processing space using electrical asymmetry

The present invention relates to a system and method for controlling plasma processing space using an electric asymmetric effect. A system and method for film deposition on a wafer are disclosed, where multiple frequency RF signals are used to generate plasma, and the phase angle relationship between RF signals at multiple frequencies is controlled. In this system, the base is provided to support the chip. The plasma producing region is formed over the base of the base. The electrode is adjacent to the plasma to produce a region setting so that the radio frequency signal can be transmitted to the plasma producing area. The radio frequency power supply provides multiple RF signals at different frequencies to the electrode. The lowest frequency in the different frequencies is the basic frequency, and the frequencies greater than the basic frequencies in the different frequencies are the even harmonics of the fundamental frequencies. The RF power supply provides variable control on the phase angle relationship between each of the multiple radio frequency signals.

【技术实现步骤摘要】
使用电不对称效应控制等离子体处理空间的系统和方法
本专利技术涉及半导体器件制造。
技术介绍
许多现代半导体芯片制造工艺包括产生等离子体，来自等离子体的离子和/或自由基成分用于直接或间接影响暴露于等离子体的晶片表面上的变化。例如，各种基于等离子体的工艺可用于从晶片表面蚀刻材料，将材料沉积到晶片表面上，或修改已存在于晶片表面上的材料。通常通过向受控环境中的工艺气体施加射频(RF)功率，使得工艺气体被激发并转变成期望的等离子体来产生等离子体。等离子体的特性受许多工艺参数影响，所述工艺参数包括但不限于工艺气体的材料组成、工艺气体的流速、等离子体产生区域和周围结构的几何特征、等离子体产生区域内的压强、工艺气体和周围材料的温度、施加的RF功率的频率和幅值、以及施加的将等离子体的带电成分朝向晶片吸引的偏置等。然而，在一些等离子体工艺中，上述工艺参数可能不能提供对所有等离子体特性和行为的充分控制。具体地，在一些等离子体工艺中，在等离子体内可能发生称为“等离子体团(plasmoid)”的不稳定性，其中所述等离子体团的特征在于由较大体积的正常密度等离子体包围的小区域的较大密度等离子体。等离子体团的形成可导致晶片上的处理结果的不均匀性。因此，在没有不利影响等离子体处理的执行的情况下，减轻和/或控制等离子体处理中等离子体团的形成是有意义的。正是在这种背景下产生了本专利技术。
技术实现思路
在一示例性实施方式中，公开了一种用于执行等离子体处理以在晶片上沉积膜的方法。所述方法包括将所述晶片定位在基座的暴露于等离子体产生区域的顶表面上。所述方法还包括向所述等离子体产生区域提供工艺气体组合物。所述工艺气体组合物包括氧气和至少一种轰击气体。所述方法还包括产生至少两种不同频率的射频信号，其中所述至少两种不同频率中的最低频率是基本频率，并且其中具有大于所述基本频率的频率的每个射频信号与所述基本频率的射频信号处于偶次谐波关系，并且其中具有大于所述基本频率的频率的每个射频信号与所述基本频率的所述射频信号处于固定的相位关系。所述方法还包括将所产生的所述射频信号提供给电极以传输到所述等离子体产生区域内，使得所述射频信号在所述等离子体产生区域内将所述工艺气体组合物转变成等离子体，其中所述等离子体导致所述膜在所述晶片上沉积。所述方法还包括调整所述至少两种不同频率中的每一种的射频信号之间的相位角关系，以控制沉积在所述晶片上的所述膜的参数。在一示例性实施方式中，公开了一种用于执行等离子体处理以在晶片上沉积膜的系统。所述系统包括：基座，其具有被构造成支撑所述晶片的顶表面。所述系统还包括等离子体产生区域，其形成在所述基座的所述顶表面上方。所述系统还包括工艺气体供给源，其被配置为向所述等离子体产生区域供应工艺气体组合物。所述工艺气体组合物包含氧气和至少一种轰击气体。所述系统还包括电极，其邻近所述等离子体产生区域设置，以使得射频信号能从所述电极传输到所述等离子体产生区域中。所述系统还包括射频电源，其被配置为向所述电极同时提供不同频率的多个射频信号，其中所述不同频率中的最低频率是基本频率，并且其中具有大于所述基本频率的频率的每个射频信号与所述基本频率的所述射频信号处于偶次谐波关系，并且其中具有大于所述基本频率的频率的每个射频信号与所述基本频率的所述射频信号处于固定的相位关系。所述多个射频信号具有相应的频率，所述相应的频率被设定为在所述等离子体产生区域内将所述工艺气体组合物转变成所述等离子体以使所述膜沉积在所述晶片上。所述射频电源还包括相位控制器，该相位控制器被配置为对所述多个射频信号中的每一个之间的相位角关系提供可变控制，其中所述相位角关系的调整被用于控制沉积在所述晶片上的所述膜的参数。具体而言，本专利技术的一些方面可以阐述如下：1.一种用于执行等离子体处理以在晶片上沉积膜的方法，其包括：将所述晶片定位在基座的暴露于等离子体产生区域的顶表面上；向所述等离子体产生区域提供工艺气体组合物，所述工艺气体组合物包括氧气和至少一种轰击气体；产生至少两种不同频率的射频信号，其中所述至少两种不同频率中的最低频率是基本频率，并且其中具有大于所述基本频率的频率的每个射频信号与所述基本频率的射频信号处于偶次谐波关系，并且其中具有大于所述基本频率的频率的每个射频信号与所述基本频率的所述射频信号处于固定的相位关系；将所产生的所述射频信号提供给电极以传输到所述等离子体产生区域内，所述射频信号在所述等离子体产生区域内将所述工艺气体组合物转变成等离子体，所述等离子体导致所述膜在所述晶片上沉积；以及调整所述至少两种不同频率中的每一种频率的射频信号之间的相位角关系，以控制沉积在所述晶片上的所述膜的参数。2.根据条款1所述的方法，其还包括：为所产生的所述射频信号中的每一个提供单独的阻抗匹配。3.根据条款2所述的方法，其还包括：将至少两种不同频率的所述射频信号组合到单个输出线上以传输到所述电极。4.根据条款3所述的方法，其中组合所述射频信号包括处理所述射频信号中的每一个以在将经处理的所述射频信号传输到所述单个输出线之前滤除具有与经处理的所述射频信号的频率不同的频率的信号。5.根据条款4所述的方法，其中产生至少两种不同频率的射频信号包括产生具有约13.56MHz的频率的第一射频信号，以及产生具有约27.12MHz的频率的第二射频信号，并且其中控制所述至少两种不同频率中的每一种频率的射频信号之间的所述相位角关系包括控制所述第一射频信号和所述第二射频信号之间的相位角关系。6.根据条款1所述的方法，其中所述至少一种轰击气体包括单原子惰性气体。7.根据条款6所述的方法，其中所述至少一种轰击气体缺乏振动或旋转分子模式。8.根据条款1所述的方法，其中所述至少一种轰击气体是氩气。9.根据条款1所述的方法，其中所述等离子体处理是启用等离子体的原子层沉积工艺。10.根据条款1所述的方法，其中所述等离子体处理是启用等离子体的化学气相沉积工艺。11.根据条款1所述的方法，其中通过调节所述至少两种不同频率中的每一种频率的射频信号之间的所述相位角关系来控制的所述膜的参数包括所述膜的密度、所述膜的应力、所述膜的折射率、以及所述膜内少数材料种类的含量中的一种或多种。12.根据条款1所述的方法，其中，调整所述至少两种不同频率中的每一种频率的射频信号之间的相位角关系被执行，以抑制所述等离子体内的等离子体团形成。13.根据条款1所述的方法，其中所述至少一种轰击气体在致密化沉积在所述晶片上的所述膜方面是有效的。14.一种用于执行等离子体处理以在晶片上沉积膜的系统，其包括：基座，其具有被构造成支撑所述晶片的顶表面；等离子体产生区域，其形成在所述基座的所述顶表面上方；工艺气体供给源，其被配置为向所述等离子体产生区域供应工艺气体组合物，所述工艺气体组合物包含氧气和至少一种轰击气体；电极，其邻近所述等离子体产生区域设置，以使得射频信号能从所述电极传输到所述等离子体产生区域中；以及射频电源，其被配置为向所述电极同时提供不同频率的多个射频信号，其中所述不同频率中的最低频率是基本频率，并且其中具有大于所述基本频率的频率的每个射频信号与所述基本频率的所述射频信号处于偶次谐波关系，并且其中具有大于所述基本频率的频率的每个射频信号与所述基本频率的所述射频信号处于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于执行等离子体处理以在晶片上沉积膜的方法，其包括：将所述晶片定位在基座的暴露于等离子体产生区域的顶表面上；向所述等离子体产生区域提供工艺气体组合物，所述工艺气体组合物包括氧气和至少一种轰击气体；产生至少两种不同频率的射频信号，其中所述至少两种不同频率中的最低频率是基本频率，并且其中具有大于所述基本频率的频率的每个射频信号与所述基本频率的射频信号处于偶次谐波关系，并且其中具有大于所述基本频率的频率的每个射频信号与所述基本频率的所述射频信号处于固定的相位关系；将所产生的所述射频信号提供给电极以传输到所述等离子体产生区域内，所述射频信号在所述等离子体产生区域内将所述工艺气体组合物转变成等离子体，所述等离子体导致所述膜在所述晶片上沉积；以及调整所述至少两种不同频率中的每一种频率的射频信号之间的相位角关系，以控制沉积在所述晶片上的所述膜的参数。

【技术特征摘要】
2016.05.13 US 15/154,7151.一种用于执行等离子体处理以在晶片上沉积膜的方法，其包括：将所述晶片定位在基座的暴露于等离子体产生区域的顶表面上；向所述等离子体产生区域提供工艺气体组合物，所述工艺气体组合物包括氧气和至少一种轰击气体；产生至少两种不同频率的射频信号，其中所述至少两种不同频率中的最低频率是基本频率，并且其中具有大于所述基本频率的频率的每个射频信号与所述基本频率的射频信号处于偶次谐波关系，并且其中具有大于所述基本频率的频率的每个射频信号与所述基本频率的所述射频信号处于固定的相位关系；将所产生的所述射频信号提供给电极以传输到所述等离子体产生区域内，所述射频信号在所述等离子体产生区域内将所述工艺气体组合物转变成等离子体，所述等离子体导致所述膜在所述晶片上沉积；以及调整所述至少两种不同频率中的每一种频率的射频信号之间的相位角关系，以控制沉积在所述晶片上的所述膜的参数。2.根据权利要求1所述的方法，其还包括：为所产生的所述射频信号中的每一个提供单独的阻抗匹配。3.根据权利要求2所述的方法，其还包括：将至少两种不同频率的所述射频信号组合到单个输出线上以传输到所述电极。4.根据权利要求3所述的方法，其中组合所述射频信号包括处理所述射频信号中的每一个以在将经处理的所述射频信号传输到所述单个输出线之前滤除具有与经处理的所述射频信号的频率不同的频率的信号。5.根据权利要求4所述的方法，其中产生至少两种不同频率的射频信号包括产生具有约13.56MHz的频率的第一射频信号，以及产生具有约27.12MHz的频率的第二射频信号，并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：道格拉斯·凯尔，伊斯达克·卡里姆，亚思万斯·兰吉内尼，阿德里安·拉瓦伊，崎山幸则，爱德华·奥古斯蒂尼克，卡尔·利泽，季春海，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国,US