使用脉冲电压和射频功率的等离子体处理制造技术

本文中所提供的本公开的实施例包括用于在处理腔室中对基板进行等离子体处理的装置和方法。更具体地，本公开的实施例描述一种偏置机制，所述偏置机制被配置成将从RF发生器射频(RF)产生的RF波形提供至处理腔室内的一个或多个电极，且将从一个或多个脉冲电压(PV)发生器输送的脉冲电压(PV)波形提供至处理腔室内的一个或多个电极。本文所公开的(多个)等离子体工艺可用于控制离子能量分布函数(IEDF)的形状，以及在等离子体处理期间控制等离子体与基板表面的相互作用。与基板表面的相互作用。与基板表面的相互作用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用脉冲电压和射频功率的等离子体处理
背景领域
[0001]本文所述实施例总体涉及半导体器件制造硬件和工艺，并且更具体地涉及控制向半导体制造中所使用的等离子体处理腔室中所形成的等离子体输送功率的装置和方法。

技术介绍

[0002]可靠地生产高深宽比特征是下一代超大规模集成电路(VLSI)和极大规模集成电路(ULSI)半导体器件的关键技术挑战中的一者。形成高深宽比特征的一种方法使用等离子体辅助蚀刻工艺(诸如反应性离子蚀刻(RIE)等离子体工艺)在基板的材料层(诸如介电层)中形成高深宽比开口。在典型的RIE等离子体工艺中，等离子体形成在RIE处理腔室中，且来自等离子体的离子朝向基板的表面加速，以在设置于形成在基板的所述表面上的掩模层下面的材料层中形成开口。
[0003]典型的反应性离子蚀刻(RIE)等离子体处理腔室包括射频(RF)偏置发生器，所述射频(RF)偏置发生器将RF电压供应给“功率电极”(例如，偏置电极)，诸如定位成与“静电卡盘”(ESC)组件相邻的金属板，更常见地称作“阴极”。功率电极可经由介电材料(例如，陶瓷材料)的厚层电容性地耦合至处理系统的等离子体，所述厚层为ESC组件的一部分。在电容性耦合的气体放电中，通过经由RF匹配网络(“RF匹配”)耦合至RF电极的射频(RF)发生器产生等离子体，所述RF匹配网络将视在负载调谐为50Ω，以最小化反射功率并最大化功率输送效率。向功率电极施加RF电压使排斥电子的等离子体壳层(也称作“阴极壳层”)形成在基板的处理表面之上，所述基板在处理期间定位在ESC组件的基板支撑表面上。等离子体壳层的非线性、类二极管本质导致对所施加的RF场的整流，使得直流(DC)电压降或“自偏置”出现在基板与等离子体之间，从而使基板电位相对于等离子体电位为负。此电压降确定了朝向基板加速的等离子体离子的平均能量，且因此确定了蚀刻各向异性。更具体地，离子方向性、特征轮廓和对掩模和终止层的蚀刻选择性受离子能量分布函数(IEDF)控制。在具有RF偏置的等离子体中，IEDF通常具有两个非离散峰值，一个处于低能量，且一个处于高能量；以及具有在两个峰值之间延伸的能量范围的离子群。离子群在IEDF的两个峰值之间的存在反映出基板与等离子体之间的电压降以RF偏置频率振荡的事实。当使用较低频率的RF偏置发生器来实现较高的自偏置电压时，这两个峰值之间的能量差可以是显著的；并且因为蚀刻轮廓由于处于低能量峰值的离子而更加各向同性，所以这有可能会导致蚀刻特征壁的弯曲。与高能量离子相比，低能量离子在到达经蚀刻特征底部处的拐角时效果较差(例如，由于充电效应)，但引起掩模材料的较少溅射。这在诸如硬模开口或介电模具蚀刻之类的高深宽比蚀刻应用中很重要。随着特征大小继续减小且深宽比增大，同时特征轮廓控制要求变得更严格，更加需要在处理期间在基板表面处具有良好控制的IEDF。
[0004]其他常规等离子体工艺和处理腔室设计还发现，向等离子体处理腔室中的电极中的一者或多者输送多个不同RF频率可用于控制各种等离子体性质，诸如等离子体密度、离子能量和/或等离子体化学性质。然而，已发现，来自两个或更多个RF源(所述RF源各自被配
置成提供不同RF频率)的多个常规正弦波形的输送，不能充分地或理想地控制壳层性质且可能导致不期望的电弧问题。此外，由于在处理期间RF源之间的直接或电容性耦合，每个RF源可感应出RF电流，所述RF电流被提供给其他(多个)连接的RF源的输出(例如，时常称作“串扰”)，从而导致功率从预期负载(等离子体)分流，以及可能对RF源中的每一者造成损坏。
[0005]因此，本领域中需要新颖、稳健且可靠的等离子体处理和偏置方法，所述方法能够维持几乎恒定的壳层电压，且因此在基板表面处形成期望且可重复的IEDF，以实现对IEDF形状的精确控制，且在一些情况下，实现对形成在基板表面中的特征的蚀刻轮廓的精确控制。

技术实现思路

[0006]本公开大体包括一种等离子体处理腔室，所述等离子体处理腔室包括基板支撑组件、脉冲电压波形发生器、第一滤波器组件、射频(RF)发生器和第二滤波器组件。所述基板支撑组件包括基板支撑表面、支撑底座、以及设置在支撑底座与基板支撑表面之间的偏置电极，其中第一介电层设置在支撑底座与偏置电极之间，且第二介电层设置在偏置电极与基板表面之间。脉冲电压波形发生器电耦合至偏置电极，且被配置成产生包括脉冲电压波形的脉冲电压信号。第一滤波器组件电耦合在脉冲电压波形发生器与偏置电极之间。射频(RF)发生器电耦合至支撑底座或偏置电极，且被配置成产生包括RF波形的RF信号。第二滤波器组件电耦合在射频发生器与支撑底座或偏置电极之间。在一些配置中，第二滤波器组件电耦合在射频发生器与射频匹配器之间，所述射频匹配器电耦合在射频发生器与支撑底座或偏置电极之间。在一些其他配置中，射频匹配器设置在第二滤波器组件与支撑底座或偏置电极之间。
[0007]本公开的实施例可进一步提供一种在等离子体处理腔室中处理基板的方法，所述方法包括通过使用射频发生器将射频信号输送至设置于基板支撑组件内的支撑底座，其中射频发生器经由脉冲电压滤波器组件电耦合至支撑底座；以及通过使用第一脉冲电压波形发生器在设置于基板支撑组件内的偏置电极处建立第一脉冲电压波形，其中第一脉冲电压波形发生器经由第一射频滤波器组件电耦合至偏置电极。偏置电极设置在支撑底座与基板支撑组件的基板支撑表面之间。第一介电层设置在支撑底座与偏置电极之间，且第二介电层设置在偏置电极与基板支撑表面之间。
[0008]本公开的实施例可进一步提供一种在等离子体处理腔室中处理基板的方法，所述方法包括通过使用射频发生器将射频信号输送至设置于基板支撑组件内的支撑底座，其中射频发生器经由脉冲电压滤波器组件电耦合至支撑底座；通过使用第一脉冲电压波形发生器在设置于基板支撑组件内的偏置电极处建立第一脉冲电压波形，其中第一脉冲电压波形发生器经由第一射频滤波器组件电耦合至偏置电极；以及通过使用第二脉冲电压波形发生器在设置于基板支撑组件内的边缘控制电极处建立第二脉冲电压波形，其中第二脉冲电压波形发生器经由第二射频滤波器组件电耦合至边缘控制电极。偏置电极设置在支撑底座与基板支撑组件的基板支撑表面之间。第一介电层设置在支撑底座与偏置电极之间，第二介电层设置在偏置电极与基板支撑表面之间，且边缘控制电极环绕偏置电极的至少一部分。
[0009]本公开的实施例可进一步提供一种等离子体处理腔室，所述等离子体处理腔室包
括基板支撑组件、脉冲电压波形发生器、射频滤波器组件、射频发生器和脉冲电压滤波器组件。所述基板支撑组件包括基板支撑表面、支撑底座、设置在支撑底座与基板支撑表面之间的第一偏置电极，第一介电层设置在支撑底座与第一偏置电极之，且第二介电层设置在第一偏置电极与基板支撑表面之间。脉冲电压波形发生器经由第一电导体电耦合至第一偏置电极，且被配置成在第一偏置电极处建立脉冲电压波形。射频滤波器组件电耦合在脉冲电压波形发生器与第一电导体之间。射频发生器经由第二电导体电耦合至支撑底座或第一偏置电极，且被配置成在支撑底座或第一偏置电极处建立射频电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在等离子体处理腔室中处理基板的方法，包括以下步骤：通过使用射频发生器将射频信号输送至设置于基板支撑组件内的支撑底座，其中所述射频发生器经由脉冲电压滤波器组件电耦合至所述支撑底座；以及通过使用第一脉冲电压波形发生器在设置于所述基板支撑组件内的偏置电极处建立第一脉冲电压波形，其中所述第一脉冲电压波形发生器经由第一射频滤波器组件电耦合至所述偏置电极，其中所述偏置电极设置在所述支撑底座与所述基板支撑组件的基板支撑表面之间，第一介电层设置在所述支撑底座与所述偏置电极之间，以及第二介电层设置在所述偏置电极与所述基板支撑表面之间。2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一脉冲电压波形包括一连串重复循环，以使得每个循环内的波形具有在第一时间间隔期间发生的第一部分和在第二时间间隔期间发生的第二部分，正电压脉冲仅存在于所述第一时间间隔的至少一部分期间，所述第一脉冲电压波形发生器的输出连接至负电压供应器达所述第二时间间隔的至少一部分，以及所述脉冲电压波形在所述第二时间间隔的至少一部分期间大体上恒定。3.如权利要求2所述的方法，其中所述第二时间间隔占所述一连串重复循环中的每个循环的至少50％。4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一脉冲电压波形包括一连串重复循环，以使得每个循环内的波形具有在第一时间间隔期间发生的第一部分和在第二时间间隔期间发生的第二部分，正电压脉冲仅存在于所述第一时间间隔的至少一部分期间，所述第一脉冲电压波形发生器的输出连接至正电压供应器达第一时间间隔的至少一部分，以及所述脉冲电压波形在所述第二时间间隔的至少一部分期间大体上恒定。5.如权利要求1所述的方法，其中所述第一脉冲电压波形包括一连串重复循环，以使得每个循环内的波形具有在第一时间间隔期间发生的第一部分和在第二时间间隔期间发生的第二部分，正电压脉冲仅存在于所述第一时间间隔的至少一部分期间，电压波形发生器的输出连接至正电压供应器达第一时间间隔的至少一部分，以及所述第二时间间隔比所述第一时间间隔长。6.如权利要求5所述的方法，其中所述第一时间间隔占所述一连串重复循环中的每个循环的小于约15％。7.如权利要求1所述的方法，其中所述第二介电层包括具有无限电阻率的材料。8.如权利要求1所述的方法，其中所述第二介电层具有约0.1mm与约2mm之间的厚度。9.如权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：通过使用经由所述第一射频滤波器组件耦合至偏置电极的卡紧模块在所述基板与所述偏置电极之间建立电压降来将所述基板卡紧至所述基板支撑组件，以及
第一发生器输出耦合组件，所述第一发生器输出耦合组件将所述第一脉冲电压波形发生器的输出耦合至所述卡紧模块，其中所述第一发生器输出耦合组件耦合至设置于所述第一发生器输出耦合组件与所述偏置电极之间的阻塞电容器。10.如权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：(a)在第一时间段内在所述偏置电极处建立脉冲电压波形的第一短脉冲，其中脉冲电压波形的所述第一短脉冲包括所述第一脉冲电压波形；(b)在第二时间段内停止所述建立脉冲电压波形的所述第一短脉冲；以及重复(a)和(b)至少一次或多次。11.如权利要求10所述的方法，进一步包括以下步骤：(c)在第三时间段内在所述偏置电极处建立脉冲电压波形的第二短脉冲，其中所述脉冲电压波形的所述第二短脉冲包括与所述第一脉冲电压波形不同的第二脉冲电压波形；(d)在第四时间段内停止所述建立脉冲电压波形的所述第二短脉冲；以及重复(c)和(d)至少一次或多次。12.如权利要求11所述的方法，进一步包括以下步骤：按顺序重复(a)、(b)、(c)和(d)至少一次或多次。13.如权利要求10所述的方法，其中所述第一脉冲电压波形包括一连串重复循环，以使得每个循环内的波形具有在第一时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：L，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：