專利名稱：處理具有最小扇貝紋路的襯底的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在受控制的工藝條件下通過(guò)蝕刻穿由使用等離子體的掩模所限定的結(jié)構(gòu)來(lái)獲得半導(dǎo)體晶片上的特征的方法和裝置。更具體地，本發(fā)明涉及一種用于在等離子體蝕刻期間減小扇貝紋路(scalloping)的方法和裝置。
背景技術(shù)：
已經(jīng)公開(kāi)的用于各向異性地蝕刻硅和多晶硅膜材料的各種方法包括差分(difference)、反應(yīng)式離子蝕刻(RIE)、三極管、微波、電感耦合等離子體源等。一般來(lái)說(shuō)，蝕刻是通過(guò)選擇性地去除襯底的一部分來(lái)將期望的圖樣或特征轉(zhuǎn)移到襯底的工藝?？赏ㄟ^(guò)化學(xué)或物理蝕刻來(lái)實(shí)現(xiàn)襯底蝕刻。通過(guò)使用化學(xué)反應(yīng)和/或具有帶電粒子的物理能量種類來(lái)實(shí)現(xiàn)等離子體蝕刻。即，在結(jié)合單一氣體或多種氣體的氣體混合物的真空室中生成離子和其它粒子?？梢酝ㄟ^(guò)施加偏壓來(lái)使帶正電的離子或帶有其它電荷的粒子朝向襯底加速以蝕刻襯底。
襯底蝕刻可以在襯底上顯示各向異性或者各向同性的特性。被高能電流帳篷(tent)增強(qiáng)的定向離子與聚合體側(cè)壁保護(hù)一起趨向于在襯底上提供各向異性更強(qiáng)的蝕刻輪廓。此外，在等離子狀態(tài)下的氣體電離通常包括在等離子體蝕刻期間出現(xiàn)的非通常數(shù)量的伴隨離子(incident ion)。伴隨離子導(dǎo)致各向同性蝕刻，其特征在于，或多或少地在所有方向上均勻地蝕刻。
表示期望圖樣的負(fù)像的掩模覆蓋襯底，以限定通過(guò)蝕刻去除的區(qū)域。掩蔽可以通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的任何一種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如包括硬掩蔽、抗蝕劑掩蔽、或氧化物掩蔽。例如，硬掩?？砂ň哂薪殡姴牧?例如，氧化硅、氮化硅、和碳化硅)和金屬材料(例如，鋁金屬)的許多材料中的任意一種。正和負(fù)抗蝕劑掩?？杀挥糜谖g刻晶體硅、多晶硅、和非晶硅。值得注意地，當(dāng)選擇適當(dāng)?shù)奈g刻氣體時(shí)必須考慮掩模侵蝕特性，以實(shí)現(xiàn)最小的掩模侵蝕，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)最大的襯底蝕刻。
在圖1A至圖1C中示出蝕刻輪廓的實(shí)例。圖1A至圖1C示出具有在顯示各向同性和各向異性蝕刻特性的襯底上圖樣化的掩模材料的傳統(tǒng)襯底蝕刻的截面圖。參照?qǐng)D1A，在截面圖中示出具有掩模104的襯底108。圖僅是為了示意的目的，并不用于表示刻度比例。在該實(shí)例中，可使用本領(lǐng)域公知的許多襯底材料以及本領(lǐng)域公知的許多掩模材料。圖1B示出在蝕刻工藝期間的中間步驟的實(shí)例。在該實(shí)例中，襯底108已經(jīng)被蝕刻或部分地蝕刻。定向離予112決定主要的蝕刻圖樣和方向。通常，定向離子112在與襯底基本垂直的方向上蝕刻襯底。如上所述，該特性通常被稱為各向異性蝕刻。此外，如上所述，非通常濃度的伴隨離子116可存在于電離氣體中，其導(dǎo)致了一些各向同性蝕刻。這些伴隨離子在不垂直的方向上撞擊襯底，導(dǎo)致由扇貝紋路狀輪廓118所示的側(cè)壁侵蝕。圖1C示出在將掩模層從襯底剝離之后，使用傳統(tǒng)方法的蝕刻襯底的一部分的輪廓實(shí)例。
在其它實(shí)施例中，在硅蝕刻中觀察具有氯氣的低感光抗蝕劑掩模的選擇性。掩模侵蝕率通常依賴于幾個(gè)因素，包括氣體類型、離子和其它蝕刻劑粒子的反應(yīng)、溫度、以及操作壓力。包括氟化氫的氣體混合物可減小掩模侵蝕，并提供較好的側(cè)壁保護(hù)。使用具有氧氣或氮?dú)獾奈g刻氣體SF6，具有一些限制地對(duì)形成側(cè)壁保護(hù)的聚合物或鈍化層沉積進(jìn)行了研究。由在表面上生成的SiOX或SiNX形成的介電層通常只有原子層的厚度，并且未覆蓋全部區(qū)域。該限制使得更加難以控制工藝。當(dāng)與沒(méi)有氫氣的氟氣比較時(shí)，氯、溴、和碘類型的氣體通常提供更低的蝕刻速度，這些氣體還表現(xiàn)出比氟氣更小的側(cè)面蝕刻(lateral etching)。已經(jīng)測(cè)試了這些氣體的混合物，并提供各種程度的有效的各向異向蝕刻。
沿著蝕刻輪廓(etch profile)側(cè)壁的扇貝紋路是廣泛研究的現(xiàn)象。由于扇貝紋路，蝕刻特征的側(cè)壁代替相對(duì)的平滑和/或平坦呈現(xiàn)出扇貝狀的外觀。這種扇貝紋路對(duì)合成裝置的電和/或物理特性產(chǎn)生負(fù)面影響。在其它的優(yōu)點(diǎn)中，下面描述的本發(fā)明的實(shí)施例強(qiáng)調(diào)扇貝紋路的問(wèn)題。
根據(jù)以上所述，這里提供一種處理具有最小扇貝紋路的襯底的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種處理具有最小扇貝紋路的襯底的方法。通過(guò)處理具有最小扇貝紋路的襯底，可以改善特征公差(featuretolerance)和質(zhì)量。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種用于通過(guò)蝕刻掩模來(lái)蝕刻層中特征(feature)的方法，該方法包括以下步驟在第一壓力下提供聚合物沉積氣體；由聚合物沉積氣體形成第一等離子體；以及在蝕刻掩模和層的所有露出表面上形成鈍化層。該方法還包括以下步驟在第二壓力下提供蝕刻氣體；由蝕刻氣體形成第二等離子體；以及在一蝕刻速度下將由蝕刻掩模限定的特征蝕刻成為層。該方法還包括以下步驟提供控制閥，使得在選取的時(shí)間參數(shù)內(nèi)轉(zhuǎn)換聚合物沉積氣體和蝕刻氣體，以使得第一壓力和第二壓力基本相等，以重復(fù)聚合物沉積和襯底蝕刻，直至實(shí)現(xiàn)期望的特征。
在一些實(shí)施例中，工藝壓力被維持在彼此10％的范圍內(nèi)。在其它實(shí)施例中，工藝壓力基本相等。在優(yōu)選實(shí)施例中，壓力范圍為5mTorr到300mTorr，而在又一實(shí)施例中，壓力維持在大約50mTorr。
在一些實(shí)施例中，維持連續(xù)的等離子體場(chǎng)。在其它實(shí)施例中，在小于大約250毫秒內(nèi)發(fā)生工藝氣體切換。
本發(fā)明的另一實(shí)施例提供了一種用于通過(guò)蝕刻掩模來(lái)蝕刻層中特征的方法，該方法包括以下步驟在第一壓力下提供蝕刻氣體；由蝕刻氣體形成第一等離子體；以及以一蝕刻速度將由蝕刻掩模限定的特征蝕刻成為層。該方法還包括以下步驟在第二壓力下提供等離子體沉積氣體；由等離子體沉積氣體形成第二等離子體；以及在蝕刻掩模和層的所有露出表面上形成鈍化層。該方法還包括以下步驟提供控制閥，使得在選取的時(shí)間參數(shù)內(nèi)切換蝕刻氣體和聚合物沉積氣體，以使第一壓力和第二壓力基本相等，以重復(fù)襯底蝕刻和聚合物沉積，直至實(shí)現(xiàn)期望的特征。
在一些實(shí)施例中，工藝壓力被維持在彼此10％的范圍內(nèi)。在其它實(shí)施例中，工藝壓力基本相等。在優(yōu)選實(shí)施例中，壓力范圍為5mTorr到300mTorr，而在又一實(shí)施例中，壓力維持在大約50mTorr。
在一些實(shí)施例中，維持連續(xù)的等離子體場(chǎng)。在又一實(shí)施例中，在小于大約250毫秒內(nèi)發(fā)生工藝氣體切換。


參照下面結(jié)合附圖的描述，將更好地理解本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1A至圖1C示出具有在顯示各向同性和各向異性蝕刻特性的襯底上圖樣化的掩模材料的傳統(tǒng)襯底蝕刻的截面圖；
圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于確定襯底的最優(yōu)蝕刻速度的工藝流程圖；圖3A至圖3F示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的襯底蝕刻的截面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于最優(yōu)蝕刻襯底的工藝流程圖；以及圖5是可以用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例的實(shí)例裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本方法實(shí)現(xiàn)了蝕刻襯底的側(cè)壁輪廓中的優(yōu)點(diǎn)。具體地，在蝕刻晶體硅襯底、外延硅、多晶硅、非晶硅、及其它適當(dāng)?shù)膶悠陂g使扇貝紋路最小化。
方法確定最優(yōu)工藝參數(shù)一般來(lái)說(shuō)，整個(gè)蝕刻工藝可包括沉積子工藝和蝕刻子工藝(sub-process)的多重循環(huán)(例如，幾十個(gè)、幾百個(gè)、或更多個(gè))。應(yīng)當(dāng)相信，沉積子工藝和蝕刻子工藝之間的快速切換有助于避免或大體上減小在生成的蝕刻輪廓中的扇貝紋路。此外，應(yīng)當(dāng)相信，調(diào)整整個(gè)蝕刻工藝，使得在蝕刻子工藝和沉積子工藝期間的室壓基本相等或盡可能的相近，這非常有助于避免或大體上減小在生成的蝕刻輪廓中的扇貝紋路。
在以下實(shí)例中，采用加州弗里蒙特的Lam Research Corporation的TCP9400RTX等離子體處理型系統(tǒng)。本發(fā)明考慮到使用兼容的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)上述方法。在此描述的方法提供襯底上的硅層中的令人滿意的蝕刻，同時(shí)維持相對(duì)較高的生產(chǎn)量和所有者相對(duì)較低的成本。
參照?qǐng)D2，圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于確定襯底的最優(yōu)蝕刻速度的實(shí)例工藝流程圖。應(yīng)當(dāng)注意，將結(jié)合圖2論述示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的襯底蝕刻的截面圖的圖3A至圖3F。因此，根據(jù)圖2，可處理至少一個(gè)包括光刻膠掩膜304和襯底308的晶片300，以確定在用于聚合物沉積子工藝和蝕刻子工藝的工廠環(huán)境中的最優(yōu)控制參數(shù)，其不僅滿足傳統(tǒng)的要求(例如，具有所有者最低成本的滿意蝕刻)，而且提供彼此接近的聚合物沉積子工藝壓力和蝕刻子工藝壓力(優(yōu)選地為盡可能的接近，以及最優(yōu)地為基本相等)。雖然聚合物沉積子工藝壓力與蝕刻子工藝壓力彼此接近的附加要求將導(dǎo)致一些其它方面的妥協(xié)，但是應(yīng)當(dāng)相信，在實(shí)施例中，這種方法仍然是值得的，因?yàn)?，這種方法可生成非常有利的蝕刻輪廓，尤其是對(duì)于避免用于深度蝕刻或涉及精確特征的蝕刻的扇貝紋路的能力。
盡管不希望被理論束縛，應(yīng)當(dāng)相信，由于需要平衡每個(gè)工藝狀態(tài)所需的時(shí)間，子工藝之間的壓力差可經(jīng)常導(dǎo)致能夠降低整個(gè)工藝速度的負(fù)面時(shí)間因素。此外，子工藝之間的壓力差可使蝕刻輪廓變得各向異性較弱，這通常是不期望看到的。
因而，在步驟202中提供用于P1和P2的操作壓力。壓力P1表示在此壓力下可發(fā)生鈍化層的聚合物沉積的壓力(參見(jiàn)步驟208)。相似地，P2表示在此壓力下可發(fā)生蝕刻的壓力(參見(jiàn)步驟210)。值得注意地，在所有的實(shí)施例中，P1和P2的操作壓力基本相同。即，在一個(gè)實(shí)施例中，壓力P1和P2在彼此10％的范圍內(nèi)。在另一實(shí)施例中，壓力P1和P2在彼此5％的范圍內(nèi)。在又一實(shí)施例中，壓力P1和P2在彼此2％的范圍內(nèi)。在再一實(shí)施例中，壓力P1和P2在彼此1％的范圍內(nèi)。在其它實(shí)施例中，壓力P1和P2基本相等。此外，只要在任一給定的操作壓力下，就可使用多個(gè)操作壓力，P1和P2基本相同。因此，操作壓力可在幾毫托(mTorr)到幾百mTorr的范圍內(nèi)。
在步驟202中選定用于P1和P2的操作壓力之后，在步驟204中提供工藝參數(shù)組。在工廠環(huán)境中，工藝工程師通常采用工藝參數(shù)的不同組合，以獲得提供滿意結(jié)果(例如，由諸如裝置制造商指定的蝕刻輪廓)的配方(recipe)，同時(shí)使工具所有者(即，擁有和/或操作等離子體處理裝置的實(shí)體)的所有者成本最小化。通常，該工藝包括可在具有在工廠環(huán)境中改變以提供滿意蝕刻的工藝參數(shù)(溫度、氣流速度、頂部功率(top power)、底部功率(bottom power)、偏壓、氦冷卻流速度等)的工藝窗口中選取蝕刻配方，同時(shí)要求盡可能少的經(jīng)過(guò)處理時(shí)間、維持/清除負(fù)荷、工具損壞等。同樣地，在工藝參數(shù)(例如，溫度、氣流速度、頂部功率、底部功率、偏壓、氦冷卻流速度等)可改變以提供滿意蝕刻的工藝窗口中可實(shí)現(xiàn)聚合物沉積子工藝。
一旦確定了操作參數(shù)，在步驟206中，將包括其上具有掩模304的襯底308的晶片300(圖3)放入等離子體室500(圖5)。如上所述，可使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的許多襯底，其包括例如，硅、多晶硅、或非晶硅膜。此外，可使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的許多掩模，例如，其包括但不背離本發(fā)明的硬掩模、抗蝕劑掩模、或氧化物掩模。掩模的目的是對(duì)在工藝室中生成的離子流形成阻擋物。掩模允許選擇性地蝕刻下面的襯底。圖3A示出包括襯底308和掩模304的晶片300的截面部分，在步驟204中，該晶片被放入工藝室500(圖5)中。
在圖5中示出工藝室500的實(shí)例，并將在下面進(jìn)行進(jìn)一步的論述。為了論述的目的，盡管本領(lǐng)域技術(shù)人員公認(rèn)的系統(tǒng)可以是單室或多室設(shè)計(jì)，但工藝室500包括單室。可以以本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的任何方式(包括例如真空輔助卡盤和/或靜電卡盤)將晶片300固定在工藝室500中。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，晶片300被放置在具有作為傳熱介質(zhì)的背面氦氣的底部電極的表面上?？赏ㄟ^(guò)再循環(huán)冷卻器實(shí)現(xiàn)制冷，其將溫度保持在冷凝點(diǎn)之上。通常，設(shè)定的溫度可為大約15℃。冷卻晶片300以不會(huì)阻止聚合物沉積步驟。
下面兩個(gè)步驟(208/210)表示由形成鈍化層的聚合物沉積(子工藝)與蝕刻(子工藝)襯底交替定義的循環(huán)處理。這里描述的工藝不限于步驟208至210的任一順序。在步驟208中，在圖3B和圖3D中示出使用例如八氟環(huán)丁烷(C4F8)的聚合物沉積(子處理)。對(duì)于聚合物沉積步驟，可將C4F8氣流設(shè)置為從30標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘(sccm)至200sccm。確定C4F8氣體的初始聚合物沉積壓力，并通過(guò)具有預(yù)置閥位置的節(jié)流閥控制氣流速度。如圖3B所示，鈍化層312形成在掩模304和襯底308層所露出的表面上。在蝕刻步驟之后，圖3D示出形成在蝕刻溝道316的側(cè)壁318上的鈍化層312。鈍化層312的一個(gè)目的在于在蝕刻步驟期間提供對(duì)掩模304和側(cè)壁318的保護(hù)。
圖3C和圖3E中示出了蝕刻步驟210的結(jié)果。使用六氟化硫(SF6)的硅蝕刻步驟(子工藝)可在沉積步驟(子工藝)之前或之后執(zhí)行。對(duì)于蝕刻步驟，SF6氣流可設(shè)置為從30sccm至300sccm?？纱_定SF6氣體的初始蝕刻壓力，并通過(guò)具有預(yù)置閥位置的節(jié)流閥(使用計(jì)算機(jī)控制模塊)來(lái)控制氣流速度。注意到，可將沉積和蝕刻工藝壓力設(shè)定為具有相同的預(yù)置閥位置，或具有不同但基本相似的預(yù)置閥位置。此外，能夠?qū)⒊练e和蝕刻步驟的重疊時(shí)間設(shè)定為在開(kāi)始每個(gè)預(yù)置沉積和蝕刻時(shí)間的循環(huán)之后幾秒鐘至大約20秒。該重疊時(shí)間還可在單獨(dú)的步驟中設(shè)置。圖3C示出由循環(huán)蝕刻步驟210生成的蝕刻溝道316。應(yīng)當(dāng)注意，在蝕刻期間去除在步驟208中形成的鈍化層312的一部分。在優(yōu)選實(shí)施例中，在聚合物沉積步驟208期間在掩模304上形成的部分鈍化層312保留在掩模304上?？梢詮膱D3C中看出，在循環(huán)蝕刻步驟210期間，通過(guò)鈍化層312防止掩模304被侵蝕。圖3E示出在循環(huán)工藝中進(jìn)一步的蝕刻步驟210。
一旦完成蝕刻步驟210，在步驟212中該方法確定是否需要更多蝕刻。該確定可基于用戶所選取的許多參數(shù)(包括，例如，期望的蝕刻深度)，或可響應(yīng)于任何其它端點(diǎn)技術(shù)(endpoint technique)。如果需要更多蝕刻，則過(guò)程返回到步驟208并繼續(xù)循環(huán)，直至不再需要蝕刻。在該實(shí)例中，在整個(gè)沉積和蝕刻步驟中保持為沉積和蝕刻步驟而生成的等離子體場(chǎng)。此外，在一些實(shí)施例中，可通過(guò)質(zhì)量流(mass flow)控制閥(MFC閥)來(lái)控制沉積步驟和蝕刻步驟之間的氣體轉(zhuǎn)換。優(yōu)選地，兩個(gè)步驟之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間間隔小于250毫秒。在一些實(shí)施例中，MFC閥同時(shí)控制對(duì)應(yīng)于兩個(gè)循環(huán)步驟的氣體，使得一次只向處理室提供一種氣體。
過(guò)程終止在步驟212，然后該方法確定是否需要研究用于當(dāng)前壓力P1和P2的其它工藝參數(shù)組。如果期望其它工藝參數(shù)組，則方法返回到步驟204，以提供新的工藝參數(shù)組(同時(shí)維持當(dāng)前壓力P1和P2)，因此該方法基于此繼續(xù)執(zhí)行上述步驟。在一個(gè)實(shí)施例中，具有基本相同配置和成分的晶片可放置在室中。以這種方式，可記錄和分析工藝輪廓，以確定最優(yōu)工藝參數(shù)組。在另一個(gè)實(shí)施例中，可將具有不同成分和/或結(jié)構(gòu)的晶片放置在使用相同或不同工藝參數(shù)組的室中。一旦使用了全部工藝參數(shù)組，該方法隨后進(jìn)行至步驟216，以確定是否研究另一組操作壓力P1和P2。如上所述，工藝壓力P1和P2基本相同，但范圍可從幾mTorr至幾百mTorr。然后，方法結(jié)束。
因此，例如，用于確定用于給定晶片成分的最優(yōu)蝕刻的方法可概括為1.P1＝50mTorr，其中，P2基本等于P1a.工藝參數(shù)組1.1
i.沉積/蝕刻循環(huán)b.工藝參數(shù)組1.2i.沉積/蝕刻循環(huán)c.工藝參數(shù)組1.3i.沉積/蝕刻循環(huán)2.P1＝100mTorr，其中，P2基本等于P1d.工藝參數(shù)組2.1i.沉積/蝕刻循環(huán)e.工藝參數(shù)組2.2i.沉積/蝕刻循環(huán)f.工藝參數(shù)組2.3i.沉積/蝕刻循環(huán)3.P1＝xmTorr，其中，P2基本等于P1g.工藝參數(shù)組3.1i.沉積/蝕刻循環(huán)可以從上述實(shí)例看出，該重復(fù)過(guò)程可無(wú)限地繼續(xù)，直至測(cè)試完所有工藝參數(shù)組和所有壓力。結(jié)果將生成數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可被分析，以確定對(duì)于給定生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的最佳蝕刻工藝。方法使用所選取的工藝參數(shù)應(yīng)當(dāng)注意，下文僅是為了示出使用示例性配方在示例性等離子體處理系統(tǒng)中的示例性蝕刻。不是所有的蝕刻配方都需要所有的這些步驟。在其它配方中，可采用其它的傳統(tǒng)步驟。
本發(fā)明預(yù)定幾個(gè)特定的控制參數(shù)，以最優(yōu)化蝕刻速度、蝕刻輪廓、和蝕刻滿意度。例如，貫穿沉積步驟和蝕刻步驟的室壓可相對(duì)保持盡可能地接近。即，對(duì)于給定的所選取的操作壓力，優(yōu)選地，將沉積步驟操作壓力和蝕刻步驟操作壓力之間的差值保持最小。因?yàn)橄到y(tǒng)不需要如傳統(tǒng)系統(tǒng)一樣的等待間隔來(lái)平衡，所以貫穿整個(gè)沉積/蝕刻循環(huán)維持恒定的操作壓力可減少處理時(shí)間。在實(shí)施例中，沉積和蝕刻工藝壓力保持在大約50mTorr。操作壓力范圍可確定為從幾mTorr到幾百mTorr。
此外，例如，還可以期望在整個(gè)沉積和蝕刻步驟中維持等離子體場(chǎng)。為了維持等離子體場(chǎng)，相對(duì)于室壓和氣體體積，系統(tǒng)必須盡可能地保持平衡。因?yàn)橄到y(tǒng)不需要如在傳統(tǒng)系統(tǒng)中一樣的等待間隔來(lái)達(dá)到平衡，所以貫穿整個(gè)沉積/蝕刻循環(huán)維持等離子場(chǎng)可減少處理時(shí)間。這里示出的實(shí)例使用TCP(變壓器耦合等離子體)等離子體源。然而，在不背離本發(fā)明的情況下，可使用諸如ICP(感應(yīng)耦合等離子體)、ECR(電子回旋加速器諧振)、和RIE(反應(yīng)式離子蝕刻)等的其它源。
參照?qǐng)D4，圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于最優(yōu)地蝕刻襯底的工藝流程圖。圖4所示的工藝將在生產(chǎn)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)。在步驟402中，提供用于P1和P2的操作壓力。一般來(lái)說(shuō)，使用例如圖2所示的過(guò)程來(lái)預(yù)定這些工藝壓力。為了說(shuō)明的目的，在示例性實(shí)施例中，設(shè)定如上所述50mTorr的壓力。由控制器535(圖5)來(lái)維持壓力。下面將參照?qǐng)D5進(jìn)一步詳細(xì)論述控制器535及其相關(guān)結(jié)構(gòu)和功能。
在步驟404中提供工藝參數(shù)。因此，例如，在實(shí)施例中，C4F8氣體用于沉積。通過(guò)使氣體遭受來(lái)自頂部TCP等離子體源和底部電極大約13.56MHz的射頻，從沉積氣體中生成等離子體。在沉積期間，將TCP(頂部)功率維持在大約400W，以及將偏壓維持在大約50V。利用來(lái)自頂部TCP等離子體源和底部電極大約13.56MHz的射頻，通過(guò)釋放氟基(fluorine radical)可將SF6氣體用于蝕刻。在蝕刻期間，將TCP(頂部)功率維持在大約400W，以及將偏壓維持在大約100V。在一些實(shí)施例中，在蝕刻和聚合物沉積期間，不能與SF6和C4F8氣體一起引入氬氣。如上所述，在等離子體狀態(tài)下的氣體電離通常包括在等離子體蝕刻期間呈現(xiàn)的非通常數(shù)量的伴隨離子。這些離子可撞擊側(cè)壁并去除一部分鈍化層，或底切(undercut)側(cè)壁而導(dǎo)致扇貝形輪廓。從而，在優(yōu)選實(shí)施例中，每一個(gè)沉積和蝕刻步驟的持續(xù)時(shí)間可維持小于大約12秒。可將其它工藝參數(shù)設(shè)置為通過(guò)上述最優(yōu)化方法所確定的。
蝕刻/沉積循環(huán)408/410以基本類似于上面圖2所述的蝕刻/沉積循環(huán)208/210的方式進(jìn)行。因此，在圖3B和3D中示出了使用例如C4F8的聚合物沉積(子工藝)的步驟408的結(jié)果。對(duì)于聚合物沉積子工藝，C4F8氣流可設(shè)置為從30sccm至200sccm?？纱_定C4F8氣體的初始聚合物沉積壓力，在此可通過(guò)具有預(yù)置閥位置的節(jié)流閥來(lái)控制氣流速度。如圖3B所示，鈍化層312形成在掩模304和襯底308層所露出的表面上。在蝕刻步驟之后，圖3D示出形成在蝕刻溝道316的側(cè)壁318上的鈍化層312。鈍化層312的目的在于在蝕刻步驟期間提供對(duì)掩模304和側(cè)壁318的保護(hù)。
在圖3C和圖3E中示出蝕刻步驟410的結(jié)果。使用SF6的硅蝕刻步驟(子工藝)可在沉積步驟(子工藝)之前或之后執(zhí)行。對(duì)于蝕刻步驟，SF6氣流可設(shè)置為從30sccm至300sccm。可確定SF6氣體的初始蝕刻壓力，在此可通過(guò)具有預(yù)置閥位置的節(jié)流閥(使用控制器535)來(lái)控制氣流速度。注意到，可將沉積和蝕刻工藝壓力設(shè)定為具有相同的預(yù)置閥位置，或具有不同但基本相似的預(yù)置閥位置。此外，能夠?qū)⒊练e和蝕刻步驟的重疊時(shí)間設(shè)定為在每個(gè)預(yù)置沉積和蝕刻的循環(huán)開(kāi)始之后幾秒至大約20秒。該重疊時(shí)間還可在單獨(dú)的步驟中設(shè)置。圖3C示出由蝕刻步驟410生成的蝕刻溝道316。應(yīng)當(dāng)注意，在蝕刻期間可去除在步驟408中形成的鈍化層312的一部分。在優(yōu)選實(shí)施例中，在聚合物沉積步驟408期間在掩模304上形成的部分鈍化層312保留在掩模304上?？梢詮膱D3C中看出，在蝕刻步驟410期間，通過(guò)鈍化層312防止掩模304被侵蝕。圖3E示出在循環(huán)工藝中進(jìn)一步的蝕刻步驟410。
在所述的實(shí)施例中，可以期望貫穿循環(huán)409維持等離子體場(chǎng)和轉(zhuǎn)換時(shí)間間隔。如上所述，因?yàn)橄到y(tǒng)不需要如在傳統(tǒng)系統(tǒng)中的等待間隔來(lái)達(dá)到平衡，所以維持等離子體場(chǎng)和氣體之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間間隔有利于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，這可以減少處理時(shí)間。如上所述，優(yōu)選地，轉(zhuǎn)換時(shí)間間隔小于250毫秒。在一些實(shí)施例中，可使用質(zhì)量流控制閥來(lái)在工藝氣體之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。單氣閥確保一次只有一種類型的氣體釋放到等離子體室500中。繼續(xù)該方法直至實(shí)現(xiàn)理想的蝕刻，因此該方法確定在步驟412中不需要其它處理。然后，方法結(jié)束。裝置參照?qǐng)D5，圖5是可在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的工藝室500的概括示意圖。在示出的實(shí)施例中，等離子體處理室500包括變壓器線圈等離予體(TCP)線圈502、上部電極504、下部電極508、氣體源510、至少一個(gè)RF源548/544、排氣泵520、以及控制器535。其中設(shè)置有TCP線圈502、上部電極504、和下部電極508的室壁552限定等離子體外殼(enclosure)。電極504/508和TCP線圈502限定封閉的等離子體體積540。至少一個(gè)RF源548/544與上部電極504和下部電極508電連接。RF源548/544可包括單個(gè)RF或RF的不同組合，以向如上所述的上部電極504和下部電極508供電。在等離子體處理室500中，包括襯底層和掩模層的晶片580位于下部電極508之上。下部電極508結(jié)合有用于支撐晶片580的合適的襯底卡盤機(jī)構(gòu)(例如，靜電、機(jī)械夾具等)。等離子體反應(yīng)器頂部528結(jié)合有與下部電極508直接相對(duì)設(shè)置的上部電極504。
氣體可通過(guò)氣體源510穿過(guò)進(jìn)氣口543提供給封閉的等離子體體積540，并可通過(guò)排氣泵520從封閉的等離子體體積540中排出。氣體源510還包括鈍化層氣體源512、蝕刻劑氣體源514、以及其它氣體源516。通過(guò)閥537、539、和541實(shí)現(xiàn)對(duì)各種氣體的氣流調(diào)節(jié)。在可選實(shí)施例中，可通過(guò)單個(gè)質(zhì)量流量控制閥(未示出)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種氣體的氣流調(diào)節(jié)。換句話說(shuō)，可將分離的氣體輸送到公用的多點(diǎn)閥，使得可通過(guò)控制器535在單個(gè)過(guò)程點(diǎn)來(lái)控制氣體之間的轉(zhuǎn)換。排氣閥520形成用于封閉的等離子體體積540的排氣口。
控制器535可與系統(tǒng)的各個(gè)組件電連接，以調(diào)節(jié)等離子體工藝組件，組件包括例如，RF源544/548、排氣閥520、與鈍化層氣體源512連接的控制閥537、與蝕刻劑氣體源514連接的控制閥539、以及與其它氣體源516連接的控制閥54l。如上所述，單個(gè)質(zhì)量流量控制閥(未示出)也可與控制器535電連接，使得可在單個(gè)過(guò)程點(diǎn)控制氣體之間的轉(zhuǎn)換?？刂破?35也可用于控制晶片區(qū)域中的氣壓、晶片背面He冷卻壓力、偏壓、以及與閥控制同步的各個(gè)溫度。
盡管根據(jù)幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但對(duì)其所作的改變、置換、修改、及各種等同替換等均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，盡管在圖2和圖4中示出蝕刻子步驟在沉積子步驟之前，但是如果需要，可將這些子步驟反過(guò)來(lái)。還要注意，存在很多實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法和裝置的替換方式。因此，這意味著，下面所附的權(quán)利要求應(yīng)被解釋為包括所有落入本發(fā)明的真正精神和范圍內(nèi)的改變、置換、修改、及各種等同替換。
權(quán)利要求
1.一種用于通過(guò)蝕刻掩模來(lái)蝕刻層中的特征的方法，包括以下步驟a)在第一壓力下提供聚合物沉積氣體；由所述聚合物沉積氣體形成第一等離子體；在所述蝕刻掩模和所述層的所有露出的表面上形成鈍化層；b)在第二壓力下提供蝕刻氣體；由所述蝕刻氣體形成第二等離子體；將由所述蝕刻掩模限定的所述特征蝕刻成為所述層；以及c)提供用于在選取的時(shí)間參數(shù)內(nèi)在所述聚合物沉積氣體和所述蝕刻氣體之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的控制閥，其中，所述第一壓力和所述第二壓力基本相等，并且其中，重復(fù)所述步驟a)和b)，直至實(shí)現(xiàn)所述特征。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一壓力和所述第二壓力之間的差小于10％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，選取所述第一壓力和所述第二壓力，以在形成所述特征時(shí)使蝕刻速度最優(yōu)化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一壓力和所述第二壓力維持在大約3mTorr至大約300mTorr。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一壓力和所述第二壓力維持在大約50mTorr。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟a)和b)時(shí)間上重疊，以維持持續(xù)的等離子體場(chǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，在持續(xù)時(shí)間中，所述重疊小于大約20秒。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述選取的時(shí)間參數(shù)小于大約250毫秒。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在公共室中執(zhí)行沉積所述鈍化層和蝕刻所述特征。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述層是基于硅的襯底。
11.一種用于通過(guò)蝕刻掩模來(lái)蝕刻層中的特征的方法，其包括a)在第一壓力下提供蝕刻氣體；由所述蝕刻氣體形成第一等離子體；以及將由所述蝕刻掩模限定的特征蝕刻成為所述層；b)在第二壓力下提供聚合物沉積氣體；由所述聚合物沉積氣體形成第二等離子體；在所述蝕刻掩模和所述層的所有露出的表面上形成鈍化層；以及c)提供用于在選取的時(shí)間參數(shù)內(nèi)在所述聚合物沉積氣體和所述蝕刻氣體之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的控制閥，其中，所述第一壓力和所述第二壓力基本相等，并且，其中，重復(fù)所述步驟a)和b)，直至實(shí)現(xiàn)所述特征。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述第一壓力和所述第二壓力之間的差小于10％。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，選取所述第一壓力和所述第二壓力，以在形成所述特征時(shí)使蝕刻速度最優(yōu)化。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述第一壓力和所述第二壓力維持在大約3mTorr至大約300mTorr。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述第一壓力和所述第二壓力維持在大約50mTorr。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，步驟a)和b)時(shí)間上重疊，以維持持續(xù)的等離子體場(chǎng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，在持續(xù)時(shí)間中，所述重疊小于大約20秒。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述選取的時(shí)間參數(shù)小于大約250毫秒。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在公共的室中執(zhí)行沉積所述鈍化層和蝕刻所述特征。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種處理具有最小扇貝紋路的襯底的方法。通過(guò)處理具有最小扇貝紋路的襯底，可改善特征公差和質(zhì)量。本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種用于通過(guò)以任何順序交替聚合物沉積和襯底蝕刻步驟通過(guò)蝕刻掩模來(lái)蝕刻層中特征的方法。為了實(shí)現(xiàn)文中描述的優(yōu)點(diǎn)，工藝步驟之間的工藝氣壓可基本相等。在一些實(shí)施例中，在整個(gè)襯底處理期間可維持持續(xù)的等離子體流。在另一些實(shí)施例中，可通過(guò)單個(gè)質(zhì)量流量控制閥來(lái)控制工藝氣體，以在小于250毫秒內(nèi)轉(zhuǎn)換工藝氣體。
文檔編號(hào)H01L21/302GK101052536SQ200580009789
公開(kāi)日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2005年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月26日
發(fā)明者塔瑪拉克·潘杜姆索波爾恩 申請(qǐng)人:朗姆研究公司