等离子体处理系统中的选择性控制技术方案

本发明专利技术提供了一种用于穿过半导体基片上给定层来蚀刻功能部分的等离子体处理系统中的方法。该方法包括将基片放在等离子体处理系统的等离子体处理室中。该方法也包括使蚀刻剂气体混合物流入等离子体处理室，该蚀刻剂气体混合物用于蚀刻给定层。该方法还包括由蚀刻剂源气体轰击等离子体。此外，该方法包括至少部分穿过该给定层蚀刻功能部分，同时向基片施加偏压ＲＦ信号。该偏压ＲＦ信号具有在约２７ＭＨｚ至约７５ＭＨｚ之间的偏压ＲＦ频率；和偏压ＲＦ功率分量，其用于使得蚀刻功能部分被以比预定选择性阈值高的对所述基片的第二层的蚀刻选择性蚀刻，或使得功能部分被以所述偏压ＲＦ频率根据预定蚀刻速度参数和蚀刻轮廓参数蚀刻。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总的来说涉及基片制造技术，具体地，涉及用于在等离子体处理系统中优化离子能量控制的方法和设备。
技术介绍
在例如半导体晶片或玻璃面板等用于平板显示器制造的基片的处理中，经常使用等离子体。例如，作为基片处理(化学汽相沉积、等离子体增强型化学汽相沉积、物理汽相沉积等)的部分，将基片分成多个模片(die)或矩形区域，其中，每个模片或矩形区域都将变成集成电路。接着，通过一系列步骤处理基片，其中有选择地去除(蚀刻工艺)并沉积(沉积工艺)材料，以在其上形成电子元件。通过在基片上的介电层上形成导电图样来顺序生成集成电路。在示意性的等离子体处理中，在蚀刻前，用硬化感光乳剂薄膜(即，例如光刻胶掩模)涂覆基片。接着，选择性地去除硬化感光乳剂的区域，以露出下层的部分。接着，将基片放在被称为卡盘的基片支撑结构上的等离子体处理室中，该基片支撑结构包括单极或双极电极。接着，使适当的蚀刻剂源气体(例如，C4F8、C4F6、CHF3、CH2F3、CF4、CH3F、C2F4、N2、O2、Ar、Xe、He、H2、NH3、SF6、BCl3、Cl2等)流入室中，并且由一组RF频率轰击，以形成用于蚀刻基片的露出区域的等离子体。通过调整RF频率组来控制等离子体中的离子能量的量，从而优化蚀刻处理。在称为双镶嵌的普通基片制造方法中，介电层由填充通孔的导电插塞电连接。通常，在介电层中形成开口，接着用传导材料(例如，铝(Al)、铜(Cu)等)填充，以允许两组导电图样之间的电接触。这样，建立了基片上的两个有源区(例如，源区/漏区)之间的电接触。通常通过化学机械抛光(CMP)去除介电层的表面上的多余的导电材料。通常存在两种制造双镶嵌基片的方法先通孔(Via-First)和先沟槽(Trench-First)。在先通孔方法的一个实例中，首先用光刻胶涂覆基片，然后光刻图样化通孔。接着，各向异性蚀穿表面盖罩(cap)材料，并且向下蚀穿基片的低K层，并且停止于氮化硅阻挡(barrier)上，刚刚在下面金属层上方。接着，除去通孔光刻胶层，并且涂覆并光刻图样化沟槽光刻胶。将一些光刻胶留在通孔底部，并防止下部通孔在沟槽蚀刻处理中过蚀刻。接着，第二各向异性蚀透表面盖罩材料，并向下蚀刻低K材料到期望的深度。这种蚀刻形成沟槽。接着，除去光刻胶，且利用非常软的低能蚀刻将位于通孔底部的氮化硅阻挡开口(open)，这种蚀刻不会使得下层的铜溅射进通孔。如上所述，使用导电材料(例如，铝(Al)、铜(Cu)等)填充沟槽和通孔，并且通过化学机械抛光(CMP)抛光。尽管先通孔方法已经被广泛用于小尺寸装置，因为它避免了在通孔形成前形成沟槽时出现的光刻胶淤积现象，但是它也易于遭受光刻胶侵蚀(poisoning)。可选方法是先沟槽。在一个实例中，用光刻胶涂覆基片，并施加沟槽光刻图样。接着，在除去光刻胶之后，各向异性干蚀刻接着穿透表面硬掩模(通常还是SiN、TiN、或TaN)。将另一种光刻胶涂覆到沟槽硬掩模上，接着光刻图样化通孔。接着，第二各向异性蚀刻接着穿透盖罩层，部分向下蚀刻进入低K材料。这种蚀刻形成了部分通孔。接着，利用硬掩模除去光刻胶，以在通孔上进行沟槽蚀刻。接着，沟槽蚀刻穿透盖罩层，部分向下蚀刻低K材料到理想深度。这种蚀刻也清洁了通孔，同时停止在位于通孔底部最终阻挡上。接着利用特定蚀刻使底部阻挡开口。与先通孔技术不同，光刻胶的侵蚀非常少。然而，使用目前的等离子体处理技术(其中亚微米通孔触点和沟槽具有高纵横比)可能难以满足基片上的高电路密度逐步增长的要求。新型低k薄膜和合成薄膜堆叠的使用对于介电质蚀刻处理工艺及设备提出了一系列新的挑战。为方便讨论，图1A示出层堆叠100的理想截面图，该层堆叠表示光刻步骤之前的示意性半导体IC的层。在以下讨论中，这里讨论各层之间的空间关系所使用的例如“之上(上面)”和“之下(下面)”等术语可能是但不总是表示所谈到的各个层之间的直接接触。应指出，在各层之上、之下、或之间也可存在其它层。进一步地，不是所有示出的层都必须存在，一些或全部层可用其它不同的层代替。在层叠100的底部，示出了包含SiO2的层108。在层108之上设置阻挡层104，其通常包含氮化物或碳化物(SiN或SiC)。双镶嵌基片进一步包括一组含有M1 109a-b的金属层，该金属层通常包含铝或铜。在阻挡层104之上设置包括低K材料(例如，SiOC等)的中间介电(IMD)层106。在IMD层106上面可设置通常包括SiO2的盖罩层103。在盖罩层103之上可沉积通常包括TiN、SiN、或TaN的沟槽掩模层102。图1B示出在进一步增加光刻胶层110和BARC层112后，图1A的层堆叠100的相当理想化的截面图。图1C示出在已经通过光刻处理光刻胶层110和BARC层112后，图1B的层堆叠100的相当理想化的截面图。在此实例中，用一组沟槽114a-b生成光刻胶掩模图样。图1D示出在等离子体系统中处理沟槽掩模层101，进一步将沟槽114a-b延伸到盖罩层103后，图1C的层堆叠100的截面图。图1E示出去除光刻胶层110和BARC层112后，图1D的层堆叠100的截面图。图1F示出为了生成第二金属层以及将其连接至第一金属层109a-b的通孔而设置第二光刻胶层116和BRAC层118后，图1E的层堆叠100的截面图。图1G示出将光刻胶层开口并在IMD层106中执行部分蚀刻以产生通孔后，图1F的层堆叠100的截面图。图1H示出在去除光刻胶层110和BARC层112并执行额外的蚀刻处理以将沟槽延伸到理想深度并蚀穿停止在阻挡层104上的通孔后，图1G的层堆叠100的截面图。在图1I中，使用例如CH2F2、CH3F等蚀穿阻挡层104。在图1J中，在抛光层堆叠100向下直至盖罩层103执行化学机械抛光处理，并且已经沉积导电材料(例如，铝(Al)、铜(Cu)等)以接触存在的M1金属材料。在典型的等离子体处理系统中，可使用第一RF能源来产生用于处理基片的离子团。一般而言，可以说由该第一RF能源产生用于离解(dissociate)离子的源RF信号。另外，存在另一种RF能源，其用于通过等离子体产生偏压并且引导等离子体远离等离子体处理系统内的结构并将其引向基片。一般而言，可以说由该第二RF能源生成用于控制离子能量的偏压RF信号。例如，双频三极管构造可以具有位于室顶部处的源RF发生器，以及被耦合以向基片提供偏压RF信号的偏压RF发生器。现在参考图2A，示出双频三极管等离子体处理系统200的简化图。典型的结构是使用充分高频的源RF发生器202(例如，27MHz、60MHz、或100MHz)，以向上部电极提供相应的源RF信号；并使用充分低频的偏压RF发生器204(例如，8KHz、2MHz、或3MHz)，以向耦合至基片的下部电极提供相应的偏压RF信号。双频二极管构造可以具有被耦合以向基片提供源RF信号和偏压RF信号的源RF发生器和偏压RF发生器。现在参考图2B，示出了双频二极管等离子体处理系统250的简化图。等离子体206形成在基片上，并且被加速向下进入基片，以通过在等离子体和充以负电的晶片之间形成的电场，物理轰击并蚀刻基片上的硅或其它材料。典型结构是提供充分高频的源RF发生器252(例如，27MHz、60MHz本文档来自技高网...

【技术保护点】
在等离子体处理系统中，用于至少部分穿过半导体基片上的给定层蚀刻功能部分的方法，包括：　　　　将所述基片放置在所述等离子体处理系统的等离子体处理室中；　　　　使蚀刻剂气体混合物流入所述等离子体处理室，所述蚀刻剂气体混合物用于蚀刻所述给定层；　　　　由所述蚀刻剂源气体轰击等离子体；以及　　　　至少部分地穿过所述给定层蚀刻所述功能部分，同时向所述基片施加偏压ＲＦ信号，所述偏压ＲＦ信号具有在约４５ＭＨｚ和约７５ＭＨｚ之间的偏压ＲＦ频率，所述偏压ＲＦ信号进一步具有偏压ＲＦ功率分量，所述偏压ＲＦ功率分量用于使得所述蚀刻功能部分被以比预定选择性阈值高的对所述基片的第二层的蚀刻选择性蚀刻。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-12-23 10/745,846;US 2004-6-29 10/881,4101.在等离子体处理系统中，用于至少部分穿过半导体基片上的给定层蚀刻功能部分的方法，包括将所述基片放置在所述等离子体处理系统的等离子体处理室中；使蚀刻剂气体混合物流入所述等离子体处理室，所述蚀刻剂气体混合物用于蚀刻所述给定层；由所述蚀刻剂源气体轰击等离子体；以及至少部分地穿过所述给定层蚀刻所述功能部分，同时向所述基片施加偏压RF信号，所述偏压RF信号具有在约45MHz和约75 MHz之间的偏压RF频率，所述偏压RF信号进一步具有偏压RF功率分量，所述偏压RF功率分量用于使得所述蚀刻功能部分被以比预定选择性阈值高的对所述基片的第二层的蚀刻选择性蚀刻。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述偏压RF频率为约60MHz。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述等离子体处理系统表示具有单频二极管构造的电容耦合系统。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述等离子体处理系统表示具有双频三极管构造的电容耦合系统。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述等离子体处理系统表示具有双频二极管构造的电容耦合系统。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述等离子体处理系统表示电感耦合等离子体系统。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述等离子体处理系统表示ECR(电子回旋共振)系统。8.据权利要求1所述的方法，其中所述给定层表示低K层。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述给定层是双镶嵌层堆叠的部分，所述双镶嵌层堆叠包括含铜的层。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述功能部分表示在双镶嵌处理中使用的沟槽。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述给定层表示包含SiN的阻挡层。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述给定层表示包含SiC的阻挡层。13.在等离子体处理系统中，用于穿过半导体基片上的介电层蚀刻功能部分的方法，包括将所述基片放置在所述等离子体处理系统的等离子体处理室中；使蚀刻剂气体混合物流入所述等离子体处理室，所述蚀刻剂气体混合物用于蚀刻所述介电层；由所述蚀刻剂源气体...

【专利技术属性】
技术研发人员：竹下健二，奥黛特蒂梅尔，费利克斯科扎克维奇，埃里克赫德森，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]