專利名稱：具有解耦等離子體控制的混合蝕刻室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有等離子參數(shù)的獨(dú)立控制的蝕刻室。
技術(shù)背景在半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，等離子體蝕刻室已經(jīng)得到了數(shù)年的應(yīng)用。 一般而 言，可以根據(jù)應(yīng)用和等離子體源將等離子體蝕刻室劃分成多種類型。就應(yīng) 用而言，將等離子體室劃分成用于蝕刻多晶硅和金屬的導(dǎo)體蝕刻器以及用于蝕刻諸如氧化硅、未摻雜硅酸鹽玻璃(USG)、硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG) 等的絕緣體的電介質(zhì)蝕刻器。就等離子體源而言，兩種涉及對象應(yīng)用的主 要類型為電容耦合室和電感耦合室。眾所周知，電容耦合室是通過采用陰 極和陽極，并在其間施加RF電勢構(gòu)建的。另一方面，在電感耦合室內(nèi)，通 過位于蝕刻室之上或所述室周圍的天線將RF能量耦合到所述室內(nèi)。由于電感耦合室具有生成高密度等離子體的能力，并由此具有高蝕刻 速率，因而其主要用在導(dǎo)體蝕刻應(yīng)用中。另一方面，由于電容耦合室具有 提供提高的選擇性的能力，因而其主要用在電介質(zhì)蝕刻應(yīng)用中，盡管這些 室通常產(chǎn)生中低密度等離子體，并由此具有較低的蝕刻速率。在本領(lǐng)域，以前曾經(jīng)將電感耦合等離子體源用于某些電介質(zhì)蝕刻應(yīng)用， 但是，必須開發(fā)出各種解決方案來解決由所生成的高密度等離子體帶來的 問題。也就是說，電感耦合等離子體室傾向于將前體氣體分子分解成小成 分。大量的諸如氟的小離子對等離子體蝕刻工藝具有不利影響。為了降低 氟的量，有人提出在所述室內(nèi)部采用加熱硅部分，使之起著氟凈化劑的作 用。另一建議是使天線的RF能量形成脈沖，或?qū)ζ溥M(jìn)行調(diào)制。不管所采用的等離子體源如何，本領(lǐng)域一直在探尋如何實(shí)現(xiàn)對等離子 體參數(shù)的獨(dú)立控制。例如，在電感耦合室內(nèi)，向天線施加一個RF頻率，以 生成等離子體并控制離子密度，向陰極施加一個RF偏置頻率，以控制離子 能量轟擊。通過這種方式，可以將施加至天線的能量用于控制等離子體密度，同時可以將施加至陰極的能量用于控制離子能量。為了在電容耦合室 中實(shí)現(xiàn)類似的能力，已經(jīng)開發(fā)出了雙頻電容耦合室。在這樣的室內(nèi)，采用高頻RF能量來控制等離子體密度，同時采用低頻RF能量來控制離子能量。 最近半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)對電介質(zhì)蝕刻能力提出了更高的要求。這 些要求使得對各種等離子體參數(shù)的更好的且獨(dú)立的控制成為了必要。為了 滿足這些要求，最近有人提出在電容耦合室內(nèi)采用多個頻率，以進(jìn)行電介 質(zhì)蝕刻。值得注意的是，有人提出采用兩個不同的高頻RF能量來控制等離 子體解離(dissociation),并且采用較低的頻率來控制離子能量。例如，可以在美國專利6589437和7144521以及美國公開申請 2005/0264218和2005/0133163中找到與上述現(xiàn)有技術(shù)問題相關(guān)的進(jìn)一步信 息。但是，盡管存在所有的已經(jīng)提出的解決方案，仍然需要一種能夠?qū)Φ?離子體參數(shù)進(jìn)行更好的且獨(dú)立的控制的改進(jìn)的蝕刻室。當(dāng)前的蝕刻室技術(shù) 所面臨的一些問題包括不具備獨(dú)立控制氣體解離的能力，不具備以高蝕刻 速率獲得高選擇性的能力，因等離子體密度不夠而難以執(zhí)行等離子體室清 潔過程，不具備在低壓，例如，低于10mTorr的壓力下工作的能力，以及 蝕刻室部件，諸如噴頭，的高腐蝕速率。發(fā)明內(nèi)容提供本發(fā)明的以下發(fā)明內(nèi)容以提供對本發(fā)明的一些方面和特征的基本 理解。該發(fā)明內(nèi)容不是本發(fā)明的詳盡概述，因此并非意在特別地指出本發(fā) 明的關(guān)鍵或決定性元件或勾畫出本發(fā)明的范圍。其唯一目的是以簡化形式 提供本發(fā)明的一些觀念，作為下文給出的更詳細(xì)說明的前序。本發(fā)明的各方面通過提供對影響等離子體的各參數(shù)的不同控制而提供 了對等離子體蝕刻的改進(jìn)控制。為了實(shí)現(xiàn)改進(jìn)控制，利用電感耦合等離子 體源控制中性通量(neutrals flux)，由一個電容耦合的源控制物理濺射 效率和離子增強(qiáng)蝕刻效率；而由頻率高于第一電容耦合的源的另一電容耦 合的源控制離子通量。根據(jù)本發(fā)明的其他方面，提供了 一種用于蝕刻其上有電介質(zhì)層的襯底 的蝕刻等離子體處理室，其包括a)反應(yīng)器容器，其包括不導(dǎo)電側(cè)壁、頂部和底部閉合部，所述底部閉合部包括晶片支撐裝置，所述頂部和所述晶片支撐裝置界定平行板反應(yīng)器;b) 第一RF電源，在足以啟動和維持工藝氣體等離子體的頻率"pd下向 所述支撐裝置提供RF能量；c) 第二RF電源，在足以控制所述等離子體中產(chǎn)生的離子的運(yùn)動特性的 頻率co iM下向所述支撐裝置提供RF能量，其中",。n〈 0) pd;d) 位于所述反應(yīng)器容器的不導(dǎo)電側(cè)壁周圍的電感線圈；以及e) 第三RF電源，向所述電感線圈提供RF能量以將所述第三RF電源電 感耦合到所述等離子體。第三RF電源可以在"i。p〈"i。n的頻率向所述電感線圈提供RF能量。該 蝕刻等離子體處理室還可以包括調(diào)制設(shè)備，以調(diào)制第三RF功率，從而輸出 具有可選擇的幅度、寬度和脈沖間間隔的脈沖。電感線圈可以在軸向上繞 所述側(cè)壁分布。該電感線圈可以包括第一線圈和第二線圈。第三RF電源可 以包括向第一線圈供電的第一電源和向第二線圈供電的第二電源。第一電 源和第二電源的頻率可以低于2MHz，且第一和第二電源之一的頻率可以為 另一個的大約一半。第一電源和第二電源的頻率可以低于2MHz，且第一和 第二電源的頻率可以相同。側(cè)壁可以包括豎直部分和水平部分，且第一線 圈可以繞豎直部分沿豎直方向纏繞，第二線圈可以繞水平部分沿水平方向 纏繞。第一 RF電源可以在10MHz以上的頻率提供RF能量，第二 RF電源可 以在10MHz以下的頻率提供RF能量，且第三RF電源可以在2MHz以下的頻 率提供RF能量。第一 RF電源可以在15MHz以上的頻率提供RF能量，第二 RF電源可以在15MHz以下的頻率提供RF能量，且第三RF電源可以在2MHz 以下的頻率提供RF能量。蝕刻第一 RF電源可以在大約60MHz的頻率提供 RF能量，第二RF電源可以在大約2MHz的頻率提供RF能量，且第三RF電 源可以在不超過1MHz的頻率提供RF能量。該蝕刻等離子體處理室還可以 包括防止等離子體進(jìn)入排氣歧管的擋板。該蝕刻等離子體處理室還可以包 括耦合在第三RF電源和第一與第二線圈之間的開關(guān)電路。該開關(guān)電路可以 控制從第三RF電源施加到第一線圈和第二線圈的RF功率的功率比。根據(jù)本發(fā)明的其他方面，提供了一種操作等離子體反應(yīng)器的方法，其 包括a.將工件引入所述反應(yīng)器中；b. 將工藝氣體引入所述反應(yīng)器中；c. 將高頻RF能量電容耦合到所述反應(yīng)器中，以在所述反應(yīng)器中啟動和 維持工藝等離子體；d. 將低頻RF能量電容耦合到所述反應(yīng)器中，以便控制所述等離子體中 的離子的離子能量；以及e. 將RF能量電感耦合到所述反應(yīng)器中，以便控制所述等離子體之內(nèi)的 中性通量。該方法還可以包括調(diào)制第二低頻RF能量以產(chǎn)生調(diào)制的電感耦合。電感 耦合第二低頻RF能量的過程可以包括在第一頻率激勵第一線圈以及在第二 頻率激勵第二線圈。第一頻率可以約為第二頻率的一半。第一頻率和第二 頻率的頻率可以大致相同。該方法還可以包括f. 從所述反應(yīng)器中取出所述工件；以及g. 將所述第二低頻RF能量電感耦合到所述反應(yīng)器中，以引燃等離子體， 從而清除所述反應(yīng)器的殘余物。步驟e可以包括調(diào)制低頻RF能量以產(chǎn)生調(diào)制的電感耦合。步驟g的功 率電平可以高于步驟e的功率電平。


包含于本說明書中并且構(gòu)成了其組成部分的附圖與文字說明一起示例 性地說明了本發(fā)明的實(shí)施例，其作用在于對本發(fā)明的原理進(jìn)行解釋和舉例 說明。附圖的作用在于以示意圖的方式示出示范性實(shí)施例的主要特征。附 圖并非旨在描繪實(shí)際實(shí)施例的每一特征，也并非旨在描繪所示元件的相對 尺寸，并且附圖并非是按比例繪制的。圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的蝕刻室的示意性截面圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的過程的流程圖的示意性圖示。圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的示意性截面圖。圖4是本發(fā)明的又一實(shí)施例的示意性截面圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供了一種蝕刻室，其能夠?qū)崿F(xiàn)對氣體解離、等離子體密度和離子能量的獨(dú)立控制，從而實(shí)現(xiàn)先進(jìn)蝕刻工藝。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)能夠通過將在一個頻率下驅(qū)動的電感耦合天線與雙頻偏置RF功率結(jié)合而獲得對等 離子體處理參數(shù)的改進(jìn)的控制。此外，本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)通過對抵達(dá)天線的 功率進(jìn)行調(diào)制能夠進(jìn)一步增強(qiáng)所述改進(jìn)的控制。方程1估算了蝕刻速率相對于等離子體的各種成分的關(guān)系。方程1:五&腿"。rexp(-i) + 5(1- )r+ +:r/￡0r+其中，^和^a是自發(fā)化學(xué)蝕刻的速率參數(shù)；r是中性通量；)^是物理 濺射效率； 是反應(yīng)物質(zhì)所占據(jù)的表面部位的分?jǐn)?shù)；r+是離子通量；且& 是在表面上的反應(yīng)物質(zhì)達(dá)到飽和時的離子增強(qiáng)蝕刻效率。第一項^rexp(-，)^是針對化學(xué)蝕刻以及針對室清潔的最重要的項；第二項i;ci-0)r;是針對物理蝕刻，g卩，離子轟擊的主要項；而最后一項&0r;是針對離子增強(qiáng)蝕刻的主要項。通過理解這一關(guān)系，本發(fā)明人對獨(dú)立控制各種參數(shù)的方式進(jìn)行了研究。值得注意的是，本發(fā)明人已經(jīng)確定通過提供對方程1的各種參數(shù)的不 同控制，由此控制蝕刻速率相對于等離子體的各種成分的關(guān)系能夠獲得對 等離子體蝕刻的改進(jìn)的控制。為了實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的控制，本發(fā)明人己經(jīng)確定， 通過采用電感耦合等離子體源控制中性通量r能夠獲得有利效果。其還控 制了反應(yīng)物質(zhì)所占據(jù)的表面部分的百分比，即， 。另一方面，應(yīng)當(dāng)通過 一個電容耦合的源來控制物理濺射效率rp和離子增強(qiáng)的蝕刻效率Fw，它們 都與離子能量直接相關(guān)；而應(yīng)當(dāng)通過頻率比第一個電容耦合的源高的另一 電容耦合的源控制離子通量「 +。通過根據(jù)上述準(zhǔn)則設(shè)計等離子體室，由施加到電感耦合的源的功率控 制方程l的第一項，即化學(xué)蝕刻和室清潔。通過施加到低頻電容耦合的源 的功率控制第二項，即用于蝕刻的離子能量。通過施加到電感源、低頻源 和高頻源的功率組合來控制第三項，即離子通量增強(qiáng)項。圖i為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的蝕刻室100的示意截面圖。室ioo包括上室體107，其大致為圓形且是允許通過其耦合RF能量的材料。室100還包 括下室體105，其是導(dǎo)電的，且包括豎直壁104、水平部分109和底部106。 下室體105、上室體107和頂部110共同形成真空室。豎直壁104和水平部 分109形成室的導(dǎo)電側(cè)壁。上室體107形成室的不導(dǎo)電側(cè)壁并備有頂部110， 頂部110可以是導(dǎo)電的或包括與陰極115相對的導(dǎo)電電極160。頂部還可以 包括用于向室內(nèi)注入前體氣體的注氣口 150。如本領(lǐng)域所知的，注氣口 150 可以是單個注射器、多個注射器、噴頭等。陰極115可以是任何常規(guī)陰極， 通常包括埋入式電極板155，其用于通過施加DC偏壓來夾住晶片120并與 頂部110的相對電極160協(xié)作對RF能量進(jìn)行電容性耦合。經(jīng)由抽氣歧管125 排空室100。在上室壁107周圍提供線圈130，從RF電源135向線圈130提供RF能 量。在這一實(shí)施例中，RF電源135產(chǎn)生通常低于大約2MHz或低于lMHz的 低RF頻率。在該具體范例中，電源135產(chǎn)生大約為600-900kHz的RF頻率。 利用兩個RF電源140和145進(jìn)一步從陰極115為室100供電。當(dāng)向陰極115 施加RF頻率時，頂部110充當(dāng)著相對的地，以實(shí)現(xiàn)RF能量到等離子體的 電容耦合。在這一實(shí)施例中，RF電源140產(chǎn)生低于10MHz的RF頻率，而 RF電源145產(chǎn)生高于10MHz的RF頻率。在該具體范例中，電源140在2MHz 下產(chǎn)生RF功率，而電源145在更高頻率下，例如在27MHz或60MHz下產(chǎn)生 RF頻率。在操作圖1的室時，可以由電源135連續(xù)地或利用脈沖功率為電感線 圈130供電。當(dāng)用脈沖功率激勵線圈130時，有利的是使用"瞬時接通" 電源，例如Pribyl的美國專利7100532所披露的電源，在此并入其全部內(nèi) 容作為參考。從電源135施加到線圈130的功率可以是這樣的，用于處理時為大約 100W-2000W，用于等離子體室清潔時大約為lkW-5kW。在電源135為"開關(guān) 式"或"脈沖式"電源的實(shí)施例中，其產(chǎn)生600到900kHz量級的正弦波形 (連續(xù)運(yùn)行)，并受到調(diào)制器138調(diào)制，以控制任何單個脈沖或脈沖串的寬 度、幅度和脈沖間時延或占空比。可以通過對電源135的切換控制部分進(jìn) 行簡單操作來獲得期望的調(diào)制，以實(shí)現(xiàn)期望的幅度、寬度和脈沖間間隔。 電容耦合的低頻電源140提供的功率可以為大約0-10kW，而高頻電容耦合的電源145提供的功率可以為大約0-5kW。如本領(lǐng)域公知的，通過晶片120 將電容耦合的RF偏壓通過阻抗匹配和耦合網(wǎng)絡(luò)147施加到處理等離子體。利用如上所述的本發(fā)明的室，發(fā)明人能夠?qū)崿F(xiàn)從前無法獲得的改進(jìn)結(jié) 果。特別地，發(fā)明人能夠克服電感耦合室選擇性低和電容耦合蝕刻室蝕刻 速率低的固有問題。通過利用低頻電感源和雙頻電容源的組合，發(fā)明人能 夠以高選擇性實(shí)現(xiàn)高蝕刻速率。此外，該布置由于可以使用電感源產(chǎn)生的 高密度等離子體而實(shí)現(xiàn)了高的室清潔效率。為了闡明本發(fā)明的室設(shè)計的一些優(yōu)點(diǎn)，考慮以下的工藝周期。通常， 本領(lǐng)域已知電介質(zhì)蝕刻會導(dǎo)致諸如聚合物的材料沉積在室的內(nèi)部。這種沉 積可能是有害的，因?yàn)樗鼈兛赡軙诤罄m(xù)處理的襯底中導(dǎo)致缺陷，或者導(dǎo) 致等離子體處理的偏差，因?yàn)樗鼤绊懙入x子體的化學(xué)反應(yīng)并可能改變等 離子體的成分。因此，利用本發(fā)明的室設(shè)計來實(shí)施圖2所示的工藝以消除 這些問題。在步驟200中，如圖1中的箭頭A所示，經(jīng)由加載縫將諸如晶 片的待蝕刻襯底插入室內(nèi)。在步驟210，在存在等離子體的情況下通過向電 極155施加夾持電勢來夾持晶片。在步驟220，通過向線圈130施加連續(xù)或 脈沖RF功率來執(zhí)行等離子體蝕刻工藝。施加到線圈的RF功率大約為 100W-2000W。同時，在2MHz時以大約0-10kW且在60MHz時以大約0-5kW 向電極155施加雙頻RF偏置功率。在完成蝕刻工藝時，在步驟230，對晶 片解除夾持，且在步驟240，從室中將其取出。然后，在步驟250，通過向 線圈130施加RF功率再次引燃等離子體，以便從室的內(nèi)部清除所有殘余物。 然而，對于清潔步驟而言，將該工藝調(diào)節(jié)成幾乎為化學(xué)的而非物理的。因 此，通過向線圈130施加大約lkW-5kW的RF功率產(chǎn)生高密度等離子體。這 導(dǎo)致各種等離子體解離到非常小的成分，例如氧基團(tuán)，這在殘余物的化學(xué) 蝕刻中有極大幫助。 一旦完成清潔，通過插入下一個要蝕刻的晶片來重復(fù) 該工藝。圖3是本發(fā)明另一實(shí)施例的截面示意圖。圖3的室300類似于圖1，因 此在此將僅討論不同的特征。值得注意的是，在圖3的室中，下室體305 的水平部分309由對RF能量透明的材料制成，因此實(shí)際上它成為上室體307 的一部分，即，上室體307和部分309都形成不導(dǎo)電側(cè)壁，圍繞該不導(dǎo)電 側(cè)壁提供RF線圈。圖3的室還包括兩個電感線圈330和330'。在這一實(shí)施例中，可以經(jīng)由開關(guān)電路360由RF電源335有選擇地為兩個線圈330和330' 供電。如本領(lǐng)域所知，開關(guān)電路360可以以開/關(guān)的方式或利用例如可變耦 合電路以可變功率方式向每個線圈施加RF功率。通過這種方式，可以實(shí)現(xiàn) 對等離子體和等離子體分布的改進(jìn)控制。例如，可以在等離子蝕刻期間使 用所述線圈中的一個，而在等離子體室清潔期間兩個都使用。順便指出， 圖3還示出了使用擋板365來防止等離子體進(jìn)入歧管325。擋板365可以是 本領(lǐng)域中使用的任何已知擋板。圖4是本發(fā)明又一實(shí)施例的截面示意圖。圖4的室類似于圖3的室， 相似之處在于提供了兩個線圈430和430'。然而，在圖4的實(shí)施例中，使 用獨(dú)立的電源435和435'為線圈供電。根據(jù)一個實(shí)施例，兩個電源435和 435，在相同頻率下工作，例如在lMHz以下。然而，根據(jù)另一實(shí)施例，這兩 個電源435和435'工作在不同頻率下，每個都在lMHz以下。根據(jù)一個具體 范例， 一個電源工作在600KHz，而另一個工作在900KHz?？傊景l(fā)明的各實(shí)施例利用了雙頻電容耦合等離子體偏置源與單個 或兩個電感耦合等離子體源組合。通過工作在頻率""被選擇成向離子傳 遞能量的第一 RF發(fā)生器和工作在頻率"P》o i的第二 RF發(fā)生器對雙頻電容 耦合等離子源供能。以相互RF隔離的方式將兩個RF頻率施加到半導(dǎo)體晶 片支架，而頂部充當(dāng)著地電勢。將第二 RF發(fā)生器頻率"p選擇為大于"i， 即將("p/"i)選擇為大于2左右，在一個特定范例中，將其設(shè)置為30。 電感耦合的激勵貢獻(xiàn)與RF偏置頻率無關(guān)，對接近晶片表面形成的等離子體 包層沒有顯著影響。將電感耦合頻率設(shè)置成低于"i， 一般選擇為偏置頻率 "i的一半或低于一半。利用施加到晶片的較高雙頻RF偏壓和提供用于電感耦合的低阻抗開關(guān) 型RF源的組合，本發(fā)明的室提供了穩(wěn)定的等離子體處理和對等離子體參數(shù) 的改進(jìn)控制。首先，低阻抗源到低阻抗負(fù)載的阻抗匹配取消了對基本匹配 網(wǎng)絡(luò)的需求。其次，缺少用于阻抗匹配的網(wǎng)絡(luò)意味著負(fù)載以很大準(zhǔn)確性"跟 隨"RF開關(guān)源輸出的波形。與調(diào)制設(shè)備組合，使得用于電感耦合的低頻RF 源能夠提供脈沖寬度和/或脈沖間延遲調(diào)制。在單個脈沖、脈沖間延遲和脈 沖寬度調(diào)制之間實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的再現(xiàn)性。這樣就實(shí)現(xiàn)了通過電感耦合調(diào)制而 對等離子體電子能量分布的選擇性控制，同時(基本)在所選擇的被作為偏壓施加到晶片的等離子體頻率下通過穩(wěn)態(tài)RF功率(高頻)獨(dú)立地維持了 等離子體密度。精確的脈沖間延遲允許以受控方式進(jìn)行等離子體電子的馳 豫，形成選定的時間平均的電子能量分布提供了操縱等離子體化學(xué)反應(yīng)的 手段，由此加強(qiáng)或減弱了選定的基團(tuán)成形。被切換的電感耦合電源能夠(通 過控制開關(guān)功能)實(shí)現(xiàn)大約+/-50%的寬頻率范圍而無需輔助電路的調(diào)節(jié)。最后，應(yīng)當(dāng)理解本文所述的工藝和技術(shù)并非內(nèi)在地與特定設(shè)備相關(guān)， 其可以通過部件的任何適當(dāng)組合來實(shí)現(xiàn)。此外，可以根據(jù)本文所述的教導(dǎo) 使用各種類型的通用裝置。構(gòu)造專門設(shè)備來執(zhí)行本文所述的方法步驟也可 能被證明是有利的。已經(jīng)相對于特定范例描述了本發(fā)明，但從所有方面來 說都是例示性的而不是限制性的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將要認(rèn)識到，硬件、 軟件和固件的很多不同組合都適于實(shí)踐本發(fā)明。例如，可以用各種編程或 腳本語言來實(shí)現(xiàn)所述軟件，該編程或腳本語言例如是匯編語言、C/C++、 perl、 shell、 PHP、 Java等。已經(jīng)相對于特定范例描述了本發(fā)明，但從所有方面來說都是例示性的 而不是限制性的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將要認(rèn)識到，硬件、軟件和固件的很 多不同組合都適于實(shí)踐本發(fā)明。此外，考慮到本文公開的本發(fā)明的說明書 和實(shí)踐，本發(fā)明的其他實(shí)現(xiàn)方式對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見的。 在等離子體室領(lǐng)域中可以單獨(dú)或以任何組合來使用所述實(shí)施例的各方面和 /或部件。說明書和范例意在僅被視為示范性的，本發(fā)明的真實(shí)范圍和精神 由以下權(quán)利要求表明。
權(quán)利要求
1、一種用于蝕刻其上具有電介質(zhì)層的襯底的蝕刻等離子體處理室，包括a)反應(yīng)器容器，其包括不導(dǎo)電側(cè)壁、頂部和底部閉合部，所述底部閉合部包括晶片支撐裝置，所述頂部和所述晶片支撐裝置界定平行板反應(yīng)器；b)第一RF電源，在足以啟動和維持工藝氣體等離子體的頻率ωpd下向所述支撐裝置提供RF能量；c)第二RF電源，在足以控制所述等離子體中產(chǎn)生的離子的運(yùn)動特性的頻率ωion下向所述支撐裝置提供RF能量，其中ωion＜ωpd；d)位于所述反應(yīng)器容器的不導(dǎo)電側(cè)壁周圍的電感線圈；以及e)第三RF電源，向所述電感線圈提供RF能量以將所述第三RF電源電感耦合到所述等離子體。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蝕刻等離子體處理室，其中所述第三RF電 源在"i。P〈 " i。 的頻率向所述電感線圈提供RF能量。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蝕刻等離子體處理室，還包括調(diào)制設(shè)備，用 于調(diào)制所述第三RF電源，以便由此輸出具有可選幅度、寬度和脈沖間間隔 的脈沖。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蝕刻等離子體處理室，其中所述電感線圈在 軸向上繞所述側(cè)壁分布。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的蝕刻等離子體處理室，其中所述電感線圈包 括第一線圈和第二線圈。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的蝕刻等離子體處理室，其中所述第三RF電 源包括向所述第一線圈供電的第一電源和向所述第二線圈供電的第二電 源。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的蝕刻等離子體處理室，其中所述第一電源和 所述第二電源的頻率低于2MHz，且其中所述第一和第二電源之一的頻率大 約為另一個的一半。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的蝕刻等離子體處理室，其中所述第一電源和 所述第二電源的頻率低于2MHz，且其中所述第一電源和第二電源的頻率相 同。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的蝕刻等離子體處理室，其中所述側(cè)壁包括豎 直部分和水平部分，且其中所述第一線圈繞所述豎直部分沿豎直方向纏繞， 所述第二線圈繞所述水平部分沿水平方向纏繞。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蝕刻等離子體處理室，其中所述第一 RF電 源在10MHz以上的頻率提供RF能量，所述第二 RF電源在10MHz以下的頻 率提供RF能量，且所述第三RF電源在2MHz以下的頻率提供RF能量。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蝕刻等離子體處理室，其中所述第一RF電 源在15MHz以上的頻率提供RF能量，所述第二 RF電源在15MHz以下的頻 率提供RF能量，且所述第三RF電源在2MHz以下的頻率提供RF能量。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蝕刻等離子體處理室，其中所述第一RF電 源在大約60MHz的頻率提供RF能量，所述第二 RF電源在大約2MHz的頻率 提供RF能量，且所述第三RF電源在不超過1MHz的頻率提供RF能量。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蝕刻等離子體處理室，還包括防止等離子 體進(jìn)入排氣歧管的擋板。
14、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的蝕刻等離子體處理室，還包括耦合在所述 第三RF電源和所述第一和第二線圈之間的開關(guān)電路。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的蝕刻等離子體處理室，其中所述開關(guān)電路 控制從所述第三RF電源施加到所述第一線圈和所述第二線圈的RF功率的 功率比。
16、 一種操作等離子體反應(yīng)器的方法，包括a. 將工件引入到所述反應(yīng)器中；b. 將工藝氣體引入到所述反應(yīng)器中；c. 將高頻RF能量電容耦合到所述反應(yīng)器中，以便在所述反應(yīng)器中啟動 和維持工藝等離子體；d. 將低頻RF能量電容耦合到所述反應(yīng)器中，以便控制所述等離子體中 的離子的離子能量；以及e. 將RF能量電感耦合到所述反應(yīng)器中，以便控制所述等離子體內(nèi)的中 性通量。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括調(diào)制所述第二低頻RF能量 以產(chǎn)生調(diào)制的電感耦合。
18、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中電感耦合第二低頻RF能量的 過程包括在第一頻率激勵第一線圈以及在第二頻率激勵第二線圈。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第一頻率約為所述第二頻 率的一半。
20、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第一頻率和所述第二頻率 的頻率大致相同。
21、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括f. 從所述反應(yīng)器中取出所述工件；以及g. 將所述第二低頻RF能量電感耦合到所述反應(yīng)器中，以引燃等離子體，從而清除所述反應(yīng)器的殘余物。
22、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中步驟e包括調(diào)制所述低頻RF 能量以產(chǎn)生調(diào)制的電感耦合。
23、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中步驟g的功率電平高于步驟e 的功率電平。
全文摘要
一種具有解耦等離子體控制的混合蝕刻室和用于改善對等離子體參數(shù)的控制的方法。該等離子體室包括向等離子體電容耦合RF能量的雙頻偏壓源和向等離子體電感耦合RF能量的單頻或雙頻源。可以調(diào)制該電感源以改善蝕刻的均勻性。
文檔編號H01L21/00GK101335193SQ20081013061
公開日2008年12月31日 申請日期2008年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月26日
發(fā)明者J·G·揚(yáng), M·巴恩斯, T·布盧克 申請人:因特瓦克公司