專利名稱：具有強(qiáng)化電荷中和的等離子處理以及處理控制的制作方法
具有強(qiáng)化電荷中和的等離子處理以及處理控制
此處所用的標(biāo)題僅為組織上的目的而不應(yīng)被解釋為對(duì)本申請(qǐng)此處描述的 內(nèi)容的限制。
背景技術(shù)：
等離子處理已經(jīng)被廣泛使用于半導(dǎo)體及其他工業(yè)達(dá)數(shù)十年之久。等離子
處理用于例如清洗、蝕刻(etching)、研磨(mi 11 ing)以及沉積(deposition) 的作業(yè)。在許多等離子處理系統(tǒng)中，電荷傾向累積在要處理的基底(substrate) 上。這種電荷增長能在基底上發(fā)展出較高的電位電壓，因而導(dǎo)致等離子處理 不均勻、電弧(arcing)以及基底損害。例如，等離子蝕刻系統(tǒng)(plasma etching systems)中的電荷增長能導(dǎo)致不均勻的蝕刻深度及凹陷或?qū)妆砻娴膿p 害，因而可能降低處理良率。此外，沉積系統(tǒng)中的電荷增長能導(dǎo)致不均勻的 沉積及對(duì)沉積薄膜層的損害。
最近，等離子處理已經(jīng)^^皮用于#^雜。等離子摻雜(plasma doping)有時(shí)候 稱為PLAD或等離子沉浸式離子注入(plasma immersion ion implantation, PIII)。等離子摻雜系統(tǒng)已經(jīng)被開發(fā)來滿足某些現(xiàn)代電子及光學(xué)裝置的摻雜需 求。等離子摻雜基本上不同于利用電場(chǎng)加速離子然后根據(jù)其質(zhì)荷比 (mas s-1o-charge ra t io)過濾離子以選擇想要的注入離子的現(xiàn)有光束線離子 注入系統(tǒng)(beam-1 ine ion implantation systems)。相對(duì)地,等離子摻雜系 統(tǒng)將標(biāo)的物沉浸于包含摻雜劑離子的等離子中，并且利用 一系列的負(fù)電壓脈 沖加偏壓于標(biāo)的物。等離子鞘(plasma sheath)內(nèi)的電場(chǎng)加速朝向標(biāo)的物的離 子，藉以將離子注入目標(biāo)的表面。
半導(dǎo)體工業(yè)的等離子摻雜系統(tǒng)通常需要非常高度的處理控制。廣泛使用 于半導(dǎo)體工業(yè)的現(xiàn)有光束線離子注入系統(tǒng)具有優(yōu)良的處理控制以及優(yōu)良的批
6次間均勻度(run-to-run unif ormi ty)?，F(xiàn)有光束線離子注入系統(tǒng)提供跨越先
進(jìn)半導(dǎo)體基底的全部表面的高度均勻的摻雜。
一般而言，等離子摻雜系統(tǒng)的處理控制不如現(xiàn)有光束線離子注入系統(tǒng)。 在許多等離子摻雜系統(tǒng)中，電荷傾向累積在要等離子摻雜的基底上。這種電 荷增長能在基底上發(fā)展出導(dǎo)致無法接受的摻雜不均勻及電弧的較高電位電 壓，因而可能損害裝置。


為了讓本發(fā)明的上述和其他優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉其較佳實(shí)施例， 并配合附圖予以詳細(xì)說明。附圖未必依其實(shí)際比例顯示，通常會(huì)特別強(qiáng)調(diào)以 便說明本發(fā)明的原理。
圖1A顯示根據(jù)本發(fā)明的具電荷中和的等離子處理系統(tǒng)的 一 實(shí)施例。
圖1B顯示根據(jù)本發(fā)明的具有電荷中和的等離子處理系統(tǒng)的另 一實(shí)施例。
圖2A顯示射頻電源所產(chǎn)生的先前技藝波形，此波形具有在某些條件下可 導(dǎo)致電荷累積于基底的單一振幅。
圖2B顯示偏壓電源所產(chǎn)生的先前技藝波形，此偏壓電源在等離子處理期 間施加負(fù)電壓至基底以吸引等離子的離子。
圖3A顯示根據(jù)本發(fā)明的射頻電源所產(chǎn)生的射頻功率波形，此波形具有至 少部分中和基底上的電荷累積的多重振幅。
圖3B顯示根據(jù)本發(fā)明的偏壓電源所產(chǎn)生的偏壓波形，此偏壓電源在等離 子處理期間施加負(fù)電壓至基底以吸引離子。
圖3C顯示才艮據(jù)本發(fā)明的偏壓電源所產(chǎn)生的偏壓波形，此偏壓電源在等離 子處理期間施加負(fù)電壓至基底以吸引離子且在終止等離子處理之后施加正電 壓至基底以協(xié)助中和基底上的電荷。
圖4A至圖4C顯示根據(jù)本發(fā)明的射頻電源所產(chǎn)生的射頻功率波形及偏壓 電源所產(chǎn)生的偏壓波形，這些波形類似于圖3A至圖3C所述的波形但在時(shí)間
7軸位移以〗更利用第一功率位準(zhǔn)P肌及第二功率位準(zhǔn)P^兩者進(jìn)行等離子處理。
圖5A至圖5C顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的具有變動(dòng)頻率的射頻電源 所產(chǎn)生的射頻功率波形以及相對(duì)應(yīng)的偏壓電源所產(chǎn)生的偏壓波形。
圖6顯示4艮據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的已測(cè)量的多重設(shè)定點(diǎn)射頻功率及控制 信號(hào)波形。
具體實(shí)施例方式
本說明書所提及的"一實(shí)施例"或"實(shí)施例"意指此實(shí)施例所述的 特殊特征、結(jié)構(gòu)或特性包含于本發(fā)明的至少一實(shí)施例。在本說明書各處 所出現(xiàn)的片語"在一實(shí)施例中"未必都參照相同的實(shí)施例。
須知只要本發(fā)明保持可操作則本發(fā)明的方法的個(gè)別步驟能以任何 順序及/或同時(shí)地進(jìn)行。此外，須知只要本發(fā)明保持可操作則本發(fā)明的 裝置及方法可包括任何數(shù)目或所有的所述實(shí)施例。
現(xiàn)在將參考如附圖所示的實(shí)施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明。然而，本發(fā) 明可能以許多不同的形式來實(shí)施，因此不應(yīng)視為局限于在此所述"實(shí)施 例。相反地，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解本發(fā)明包含各種替換、修改以
揭示內(nèi)容范圍內(nèi)的附加實(shí)行、修改以及實(shí)施例，如同其他領(lǐng)域一樣。例 如，須知根據(jù)本發(fā)明的等離子處理系統(tǒng)的中和電荷方法能使用任何類型 的等離子源。
許多等離子處理系統(tǒng)以脈沖操作模式操作，此模式施加一 系列的脈 沖至等離子源以產(chǎn)生脈沖等離子。并且，可在等離子源脈沖的導(dǎo)通期間 施加一系列的脈沖至要等離子處理的基底，此等離子源脈沖加偏壓于基 底以吸引注入、蝕刻或沉積的離子。在脈沖操作模式中，電荷傾向在等 離子源脈沖的導(dǎo)通期間累積于要等離子處理的基底上。當(dāng)?shù)入x子源脈沖 的工作周期(duty cycle)較低(亦即根據(jù)處理參數(shù)小于大約25%且有時(shí)小
8于2%)時(shí)，電荷傾向藉由等離子的電子予以有效地中和且只有最小的充 電效應(yīng)。
然而，目前有需要以具有較高的工作周期(亦即在大約2%以上的工 作周期)的脈沖操作模式進(jìn)行等離子處理。此種較高的工作周期對(duì)于達(dá) 成想要的產(chǎn)能與維持某些現(xiàn)代裝置所需要的蝕刻率、沉積率以及摻雜位 準(zhǔn)而言是必要的。例如，最好藉由具有大于2%的工作周期的等離子摻雜 進(jìn)行某些先進(jìn)裝置的多晶硅閘極摻雜(poly gate doping)及反摻雜 (counter doping)。此外，最好在大于2%的工作周期進(jìn)行許多等離子蝕 刻及沉積處理以增加處理產(chǎn)能至可接受的位準(zhǔn)。
當(dāng)增加工作周期至大約2%以上時(shí)，在等離子源的無脈沖周期期間可
中和要等離子處理的基底上的電荷的時(shí)間變短。結(jié)果，電荷累積或電荷 增長可能發(fā)生于要等離子處理的基底，導(dǎo)致在要等離子處理的基底上發(fā) 展出可能造成等離子處理不均勻、電弧以及基底損害的較高的電位電 壓。例如，包含薄閘極介電層的基底可能易受到過量電荷增長的損害。
本發(fā)明是有關(guān)于在等離子處理期間中和電荷的方法與裝置。本發(fā)明 的方法與裝置藉由降低充電效應(yīng)造成損害的可能性允許以較高的工作 周期進(jìn)行等離子處理。尤其，根據(jù)本發(fā)明的等離子處理裝置包括射頻電 源，此射頻電源改變施加至等離子源的射頻功率以便至少部分地中和在 等離子處理期間的電荷累積。此外，可改變對(duì)要等離子處理的基底的偏 壓以便至少部分地中和電荷累積。此外，在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，使 施加至等離子源的射頻功率脈沖與施加至基底的偏壓在時(shí)間上同步，并 且改變施加至等離子源的射頻功率脈沖與施加至要等離子處理的基底 的偏壓的相關(guān)時(shí)序以便至少部分地中和在基底上的電荷累積及/或達(dá) 到某些處理目標(biāo)。
特別是在多個(gè)實(shí)施例中，單一或多重射頻電源用以獨(dú)立供電給等離 子源且加偏壓于要等離子處理的基底以便在等離子處理期間至少部分
9地中和電荷。并且，在多個(gè)實(shí)施例中，在等離子處理期間施加至等離子 源的射頻功率以及施加至基底的偏壓將在相對(duì)時(shí)間予以施加，以便在等 離子處理期間至少部分地中和電荷。
除了中和電荷之外，本發(fā)明的方法與裝置可精確地控制在終止等離 子處理周期(亦即無脈沖周期)期間施加至基底的射頻電源與偏壓的功 率當(dāng)中至少一個(gè)以便達(dá)到某些處理目標(biāo)。例如，本發(fā)明的方法及裝置可 精確地控制在無脈沖周期期間施加至基底的射頻電源及偏壓的功率當(dāng) 中至少一個(gè)以便允許化學(xué)反應(yīng)發(fā)生于基底的表面上。此種性能可改善產(chǎn) 能且在某些蝕刻及沉積處理中提供更多的處理控制。
此外，本發(fā)明的等離子摻雜的方法與裝置可精確地控制在無脈沖周 期期間施加至基底的射頻電源及偏壓的功率當(dāng)中至少一個(gè)以便在等離
子摻雜時(shí)改善保留劑量(dose)。此保留劑量改善將減少注入時(shí)間，因而 將增加等離子摻雜產(chǎn)能。除了中和電荷之外，本發(fā)明的方法與裝置可精 確地控制在終止等離子摻雜周期期間施加至基底的射頻電源及偏壓的 功率當(dāng)中至少一個(gè)以便達(dá)成撞擊(knock-on)型離子注入機(jī)制，此機(jī)制達(dá) 成如同在此所述的改善的側(cè)壁等離子摻雜分布(sidewall plasma doping prof i les)及逆增式摻雜分布(retrograde doping profiles)。
圖1A顯示#4居本發(fā)明的具有電荷中和的等離子處理系統(tǒng)100的一 實(shí)施例。須知這只是根據(jù)本發(fā)明的具有電荷中和的可進(jìn)行等離子處理 (例如離子注入、沉積以及蝕刻)的裝置的許多可能設(shè)計(jì)之一。尤其，須 知有許多可能的等離子源可用于本發(fā)明的等離子處理系統(tǒng)。圖l所示的
等離子源包括平面及螺旋射頻線圈兩者。其他實(shí)施例包括單一平面或螺 旋射頻線圈。另外其他實(shí)施例包括電容耦合式(capacitively coupled) 等離子源或電子回旋共振式(electron cyclotron resonance, ECR)等 離子源。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解有許多類型的等效等離子源。
等離子處理系統(tǒng)100包括具有平面及螺旋射頻線圈兩者與導(dǎo)電頂端
10的感應(yīng)耦合式等離子(inductively co叩led plasma, ICP)源101。在 2004年12月20日提出申請(qǐng)且授予本專利權(quán)人的名為《具有導(dǎo)電頂端之 射頻等離子源》的美國專利申請(qǐng)案第10/905, 172號(hào)中說明一種類似的 射頻感應(yīng)耦合式等離子源。美國專利申請(qǐng)案第10/905,172號(hào)的說明書 的全部?jī)?nèi)容并入本案供參考。因?yàn)榭商峁┓浅＞鶆虻碾x子通量(ion flux),所以等離子處理系統(tǒng)IOO所示的等離子源101非常適合等離子 摻雜及需要高度均勻處理的其他精確等離子處理應(yīng)用。此外，因?yàn)槟苡?效;也馬區(qū)散二次電子發(fā)射(secondary electron emiss ions)戶斤產(chǎn)生的熱， 所以等離子源101可用于高功率等離子處理。
尤其，等離子處理系統(tǒng)100包括內(nèi)含外部氣源(external gas source) 104所供應(yīng)的處理氣體的等離子處理室(plasma chamber) 102。 經(jīng)由比例閥(proportional valve) 106與等離子處理室102耦合的外部 氣源104供應(yīng)處理氣體給等離子處理室102。在某些實(shí)施例中，使用氣 體擋板(gas baffle)來分散進(jìn)入等離子源101的氣體。壓力計(jì)(pressure gauge) 108測(cè)量等離子處理室102內(nèi)部的壓力。等離子處理室102中的 排氣孔(exhaust port) 110與排空等離子處理室102的真空泵(vacuum pump) 112耦合。排氣閥(exhaust valve) 114控制經(jīng)由排氣孔110的排 氣氣導(dǎo)(exhaust conductance)。
氣壓4空制器(gas pressure controller) 116電性連才妻至比例岡106、 壓力計(jì)108以及排氣閥114。氣壓控制器116藉由控制響應(yīng)壓力計(jì)108 的反饋回路的排氣氣導(dǎo)及處理氣體流率(How rate)在等離子處理室102 中維持想要的壓力。排氣氣導(dǎo)以排氣闊114來控制。處理氣體流率以比 例閥106來控制。
在某些實(shí)施例中，質(zhì)量流量計(jì)(mass flow meter)提供微量氣體 (trace gas)種類的比例控制給處理氣體，此質(zhì)量流量計(jì)與提供一級(jí)摻 雜劑種類的處理氣體同軸地(in line)耦合。并且，在某些實(shí)施例中，
li單獨(dú)氣體噴射裝置用于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整(in-situ conditioning)種類。此外， 在某些實(shí)施例中，多點(diǎn)氣體噴射裝置用以提供造成中和化學(xué)效應(yīng)的氣 體，此效應(yīng)導(dǎo)致跨越基底的變化。
等離子處理室102具有室頂(chamber top) 118，室頂118的第一區(qū) ,爻(first section) 120由通常以水平方向延伸的介電材料所構(gòu)成。室頂 118的第二區(qū)段(second section) 122由通常以垂直方向從第一區(qū)段 延伸一高度的介電材料所構(gòu)成。第一區(qū)段U0及第二區(qū)段l"有時(shí)在此 通稱為介電窗(dielectric window)。須知有許多不同的室頂118。例如， 第一區(qū)段120可由通常以曲向延伸使得第一區(qū)段l20與第二區(qū)段1"不 正交的介電材料所構(gòu)成，如同并入本案供參考的美國專利申請(qǐng)案第 1 0/905， 172號(hào)所述。在其他實(shí)施例中，室頂118只包括平坦的表面。
可選擇第一區(qū)段120及第二區(qū)段122的形狀及維度以達(dá)到某種效 能。例如，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解可選擇室頂118的第一區(qū)段 及第二區(qū)段122的維度以改善等離子的均勻度。在一實(shí)施例中，將調(diào)整 第二區(qū)段122的垂直方高度對(duì)跨越第二區(qū)段122的水平方向長度的比例 以達(dá)成更均勻的等離子。例如，在一特殊實(shí)施例中，第二區(qū)段122的垂 直方向高度對(duì)跨越第二區(qū)段122的水平方向長度的比例是在1. 5至5. 5 的范圍內(nèi)。
第一區(qū)段120及笫二區(qū)段122中的介電材料提供一種從射頻天線轉(zhuǎn) 移射頻功率到等離子處理室102內(nèi)的等離子的Jf某體。在一實(shí)施例中，用 以形成第一區(qū)段120及第二區(qū)段122的介電材料是可抗處理氣體的化學(xué) 腐蝕且具有優(yōu)良熱特性的高純度陶瓷材料(ceramic material)。例如， 在某些實(shí)施例中，介電材料是99.6。/n的氧化鋁(Al203)或氮化鋁(AlN)。在 其他實(shí)施例中，介電材料是氧化4乙及4乙鋁石榴石(YAG)。
室頂118的頂蓋(lid) 124由以水平方向跨越第二區(qū)段122延伸一長 度之導(dǎo)電材料所構(gòu)成。在許多實(shí)施例中，用以形成頂蓋124的材料的導(dǎo)
12電率夠高足以驅(qū)散熱負(fù)荷且最小化二次電子發(fā)射所造成的充電效應(yīng)。通
常，用以形成頂蓋124的導(dǎo)電材料可抗處理氣體的化學(xué)腐蝕。在某些實(shí) 施例中，此導(dǎo)電材料是鋁或硅。
可利用由氟碳聚合物(fluoro-carbon polymer)所制成的抗鹵素0 形環(huán)(halogen-resistant 0-ring)耦合頂蓋124與第二區(qū)^殳122，例如 由全氟化橡膠(Chemrz及/或Kalrex)材料所構(gòu)成的0形環(huán)。通常以最 小化第二區(qū)段122上的壓縮但所提供的壓縮足以將頂蓋124密封到第二 區(qū)段122的方式將頂蓋124安裝到第二區(qū)段122。在某些操作模式中， 頂蓋124是射頻且如圖1所示以直流(DC)接地。
在某些實(shí)施例中，等離子處理室102包括襯板(liner)125,配置襯 板125可避免或大為降低金屬污垢，其方式為提供等離子處理室102內(nèi) 部的基點(diǎn)連線屏蔽(line-of-site shielding)以阻隔等離子的離子撞擊 等離子處理室102的內(nèi)部金屬壁所噴賊的金屬。此種襯板在2007年1 月16日提出申請(qǐng)且授予本專利權(quán)人的名為《具有減少金屬污垢的襯板 的等離子源》的美國專利申請(qǐng)案第11/623,739號(hào)中予以說明。美國專 利申請(qǐng)案第11/623, 739號(hào)的說明書的全部?jī)?nèi)容并入本案供參考。
在各種實(shí)施例中，襯板是一片的(one-piece)或單一的(unitary)等 離子處理室襯板，或是片斷的等離子處理室襯板。在許多實(shí)施例中，等 離子處理室襯板125由例如鋁的金屬基材所構(gòu)成。在這些實(shí)施例中，至 少有等離子處理室襯板125的內(nèi)表面(inner surface) 125，包含可避免 等離子處理室襯板基材的噴'減的硬涂層(hard coating)材料。
某些等離子處理(例如等離子摻雜處理)因?yàn)槎坞娮影l(fā)射在等離 子源101的內(nèi)表面上產(chǎn)生大量不均勻分布的熱。在某些實(shí)施例中，等離 子處理室襯板125是溫控等離子處理室村板125。此外，在某些實(shí)施例 中，頂蓋124包括冷卻系統(tǒng)，此冷卻系統(tǒng)調(diào)節(jié)頂蓋124及周圍區(qū)域的溫 度以便驅(qū)散在處理期間所產(chǎn)生的熱負(fù)荷。冷卻系統(tǒng)可以是包括頂蓋124
13中的冷卻通道的流體冷卻系統(tǒng)，所述冷卻通道由冷卻劑源循環(huán)液態(tài)冷卻 劑。
射頻天線的位置接近室頂118的第一區(qū)段120與第二區(qū)段122當(dāng)中 至少一個(gè)。圖l的等離子源101顯示兩個(gè)互相電性絕緣的單獨(dú)射頻天線。 然而，在其他實(shí)施例中，此兩個(gè)單獨(dú)射頻天線是電性連接的。在圖l所 示的實(shí)施例中，具有多圈的平面線圈射頻天線(planar coil RF antenna) 126 (有時(shí)稱為平面天線或水平天線)的位置鄰接室頂118的第 一區(qū)革爻120。此外，具有多圈的螺旋線圈射頻天線(helical coil RF antenna) 128 (有時(shí)稱為螺旋天線或垂直天線)圍繞室頂118的第二區(qū)段 122。
在某些實(shí)施例中，以可降低有效天線線圈電壓的電容器 (capacitor) 129來終止平面線圈射頻天線126與螺旋線圈射頻天線128 當(dāng)中至少一個(gè)。術(shù)語"有效天線線圈電壓"在此定義為跨越射頻天線 與128的電壓降。換言之，有效線圈電壓是"離子所視之"電壓或等離
子的離子所經(jīng)歷的等效電壓。
并且，在某些實(shí)施例中，平面線圈射頻天線126與螺旋線圈射頻天 線128當(dāng)中至少一個(gè)包括介電層(dielectric layer)134,其介電常數(shù) 低于氧化鋁(Al203)介電窗材料的介電常數(shù)。具有較低的介電常數(shù)的介電 層134有效地形成也可降低有效天線線圈電壓的電容分壓器。此外，在 某些實(shí)施例中，平面線圈射頻天線126與螺旋線圈射頻天線128當(dāng)中至 少 一 個(gè)包括也可降低有效天線線圈電壓的法拉第屏蔽(Faraday shield)136。
例如射頻電源的射頻源130電性連接至平面線圈射頻天線126與螺 旋線圈射頻天線128當(dāng)中至少一個(gè)。在許多實(shí)施例中，射頻電源130藉 由卩J4元匹酉己網(wǎng)3各(impedance matching network) 132與射步貞天纟戔126、 128耦合，阻抗匹配網(wǎng)路132匹配射頻電源130的輸出阻抗與射頻天線
14126、 128的阻抗以便最大化從射頻電源130轉(zhuǎn)移到射頻天線126、 128 的功率。所顯示的從阻抗匹配網(wǎng)路132的輸出到平面線圈射頻天線126 及螺旋線圏射頻天線128的虛線指出可制作從阻抗匹配網(wǎng)路132的輸出 到平面線圈射頻天線126與螺旋線圈射頻天線128的一或兩個(gè)的電性連接。
在某些實(shí)施例中，平面線圈射頻天線126與螺旋線圈射頻天線128 當(dāng)中至少一個(gè)被制成可予以液態(tài)冷卻。冷卻平面線圈射頻天線126與螺 旋線圏射頻天線128當(dāng)中至少一個(gè)將降低在射頻天線126、 128中傳播 的射頻功率所造成的溫度梯度(temperature gradients)。
在某些實(shí)施例中，等離子源101包括等離子點(diǎn)火器(plasma igniter)138。許多類型的等離子點(diǎn)火器可用于等離子源101。在一實(shí)施 例中，等離子點(diǎn)火器138包括有助于點(diǎn)火等離子的撞擊氣體的儲(chǔ)存器 (reservoir) 140,此撞擊氣體是例如氬(Ar)的高度可離子化氣體。儲(chǔ)存 器140利用高氣導(dǎo)氣體連接與等離子處理室102耦合。爆破閥(burst valve)142隔離儲(chǔ)存器140與等離子處理室102。在另一實(shí)施例中，利 用低氣導(dǎo)氣體連接將撞擊氣源直接垂至爆破閥142。在某些實(shí)施例中， 在初始高流率爆破之后提供穩(wěn)定流率的撞擊氣體的有限氣導(dǎo)孔或計(jì)量 閥(metering valve)將隔離儲(chǔ)存器140的一部分。
平臺(tái)144在等離子處理室102中的位置低于等離子源101的頂端 118。平臺(tái)144支撐等離子處理的基底146。在許多實(shí)施例中，基底146 電性連接至平臺(tái)144。在圖l所示的實(shí)施例中，平臺(tái)144平行于等離子 源101。然而，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，將平臺(tái)144相對(duì)于等離子源101 傾斜以達(dá)成各種處理目標(biāo)。
平臺(tái)144用以支撐基底146或其他處理的工件。在某些實(shí)施例中， 平臺(tái)144與以至少一方向轉(zhuǎn)移、掃描或振蕩基底146的移動(dòng)式平臺(tái)機(jī)械 性耦合。在一實(shí)施例中，此移動(dòng)式平臺(tái)是抖動(dòng)或振蕩基底146的抖動(dòng)產(chǎn)
15生器(dither generator)或振蕩器(osci 1 lator)。轉(zhuǎn)移、抖動(dòng)及/或振 蕩動(dòng)作可降〗氐或消除遮蔽效應(yīng)(shadowing effects)且可改善撞擊基底 146表面的離子束通量的均勻度。
偏壓電源148電性連接至平臺(tái)144。偏壓電源148用以加偏壓于平 臺(tái)144及基底146以便由等離子取出等離子的離子且撞擊基底146。在 各種實(shí)施例中，離子可以是等離子摻雜之摻雜劑離子或者是蝕刻及沉積 的惰性或反應(yīng)性離子。在各種實(shí)施例中，偏壓電源148是直流電源(DC power supply)、脈沖電源或射頻電源。在根據(jù)本發(fā)明的等離子處理裝 置的一實(shí)施例中，偏壓電源148的輸出波形與供電給平面線圈射頻天線 126與螺旋線圈射頻天線128當(dāng)中至少一個(gè)的射頻電源130的輸出波形 無關(guān)。在根據(jù)本發(fā)明的等離子處理裝置的另一實(shí)施例中，偏壓電源148 的輸出波形與供電給平面線圈射頻天線126與螺旋線圈射頻天線128當(dāng) 中至少一個(gè)的射頻電源130的輸出波形同步。偏壓電源148與射頻電源電源。
控制器152用以控制射頻電源130及偏壓電源148來產(chǎn)生等離子及 加偏壓于基底146，以便至少部分地中和在根據(jù)本發(fā)明的等離子處理期 間的電荷累積?？刂破?52可以是電源130、 148的一部分或是電性連 接至電源130、 148的控制輸入端的單獨(dú)控制器?？刂破?52控制射頻 電源130以^更以至少兩種不同^展幅施加脈沖至平面線圈射頻天線126與 螺旋線圈射頻天線128的一或兩個(gè)。并且，控制器152控制射頻電源130 及偏壓電源148以便施加脈沖至平面線圈射頻天線126與螺旋線圈射頻 天線128當(dāng)中至少一個(gè)，并且也在相關(guān)時(shí)間施加脈沖至基底146以至少 部分地中和在根據(jù)本發(fā)明的等離子處理期間的電荷累積。
任何本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解有許多不同類型的等離子源101可用于 本發(fā)明。例如，參閱在2005年4月25日提出申請(qǐng)的名為《傾斜等離子
16摻雜》的美國專利申請(qǐng)案第10/908,009號(hào)的等離子源說明。也參閱在 2005年10月13日提出申請(qǐng)的名為《共形摻雜裝置及方法》的美國專利 申請(qǐng)案第11/163， 303號(hào)的等離子源說明。也參閱在2005年10月13曰 提出申請(qǐng)的名為《共形摻雜裝置及方法》的美國專利申請(qǐng)案第 11/163， 307號(hào)的等離子源說明。此外，參閱在2006年12月4日提出申 請(qǐng)的名為《具有電子式可控制注入角度的等離子摻雜》的美國專利申請(qǐng) 案第11/566， 418號(hào)的等離子源說明。美國專利申請(qǐng)案第10/908, 009、 11/163, 303、 11/163， 307以及11/566， 418號(hào)的說明書的全部?jī)?nèi)容并入 本案供參考。
在操作中，控制器152指示射頻電源130產(chǎn)生在射頻天線126與128 當(dāng)中至少一個(gè)中傳播的射頻電流。亦即，平面線圈射頻天線126與螺旋 線圈射頻天線128當(dāng)中至少一個(gè)是主動(dòng)天線(active antenna)。術(shù)語"主 動(dòng)天線，，在此定義為電源直接驅(qū)動(dòng)的天線。在本發(fā)明的等離子處理裝置 的許多實(shí)施例中，射頻電源130以脈沖模式操作。然而，射頻電源130 也能以連續(xù)模式操作。
在某些實(shí)施例中，平面線圈天線126與螺旋線圈天線1"之一是寄 生天線(parasitic antenna)。術(shù)語"寄生天線"在此定義為利用主動(dòng) 天線進(jìn)行電磁通訊但并未直接連接至電源的天線。換言之，寄生天線并 非由電源直接激勵(lì)，而是由鄰近的主動(dòng)天線激勵(lì)，此主動(dòng)天線位于圖1A 所示的裝置中并且是由射頻電源130供電的平面線圈天線與螺旋線 圈天線128之一。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，寄生天線的一端電性連接 至接地電位以便提供天線調(diào)校功能。在這實(shí)施例中，寄生天線包括用以 改變寄生天線線圈的有效圈數(shù)的線圈調(diào)整器(coil adjuster) l50?？墒?用許多不同類型的線圈調(diào)整器，例如金屬性短路。
射頻天線126、 128的射頻電流接著感應(yīng)射頻電流進(jìn)入等離子處理 室102。等離子處理室102的射頻電流激勵(lì)及離子化處理氣體以便在等
17離子處理室102中產(chǎn)生等離子。等離子處理室襯板125阻擋等離子的離 子所噴濺的金屬到達(dá)基底146。
控制器152也指示偏壓電源148以吸引等離子的離子朝向基底146 的負(fù)電壓脈沖來加偏壓于基底146。在負(fù)電壓脈沖期間，等離子鞘內(nèi)的 電場(chǎng)加速離子朝向等離子處理的基底146。例如，等離子鞘內(nèi)的電場(chǎng)可 加速離子朝向基底146以便將離子注入基底146的表面、蝕刻基底146 的表面、在基底146的表面上產(chǎn)生蝕刻抑或沉積的化學(xué)反應(yīng)、或在基底 146的表面上生長薄膜。在某些實(shí)施例中，使用柵極(grid)來取出朝向 基底146的等離子的離子以便增加離子的能量。
當(dāng)射頻電源130及偏壓電源148在某些處理?xiàng)l件下(例如較高的工 作周期)以脈沖模式操作時(shí)，電荷可累積于基底146上。基底146上的 電荷累積可導(dǎo)致在要等離子處理的基底146上發(fā)展出較高的電位電壓， 因而造成處理不均勻、電弧以及裝置損害。藉由根據(jù)本發(fā)明的利用射頻 電源130產(chǎn)生多重位準(zhǔn)射頻波形以及加偏壓于基底146可大為減少基底 上的電荷累積。此外，藉由根據(jù)本發(fā)明的利用射頻電源130產(chǎn)生多重位 準(zhǔn)射頻波形以及加偏壓于基底146可達(dá)成某些處理目標(biāo)，例如處理率及 處理分布。
圖1B顯示根據(jù)本發(fā)明的具有電荷中和的等離子處理系統(tǒng)170的另 一實(shí)施例。等離子處理系統(tǒng)170是電容射頻放電系統(tǒng)。電容射頻放電等 離子處理系統(tǒng)在業(yè)界眾所周知。等離子處理系統(tǒng)170包括具有處理氣體 入口 (process gas inlet)174的等離子處理室172，處理氣體入口 174 由質(zhì)量流控制器接收流經(jīng)等離子放電區(qū)域的進(jìn)氣(feed gas)。等離子處 理室172也包括與移除流出氣體的真空泵耦合的排氣孔175。節(jié)流閥 (throttle valve)通常位于與真空泵耦合的排氣孔175中以便控制等離 子處理室172的壓力。操作壓力通常是在10至1000毫托(mT)范圍內(nèi)。
等離子處理系統(tǒng)170包括兩個(gè)常被稱為平行板電極(parallel
18plate electrodes) 176的平面電才及。平4亍板電才及176由射頻電源178所驅(qū)動(dòng)。平行板電極176以2至10公分(cffl)范圍內(nèi)的間距隔離。隔直流電容器(blocking capacitor) 180電性連接在射頻電源178的輸出端與平行板電極176之間。隔直流電容器180用以由驅(qū)動(dòng)信號(hào)移除直流(DC)及低頻信號(hào)。射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)通常是在100至1000伏特(V)范圍內(nèi)。平行斧反電才及176通常由1356萬赫(Hz)信號(hào)所驅(qū)動(dòng)，然而其他頻率也適合。
在現(xiàn)有電容射頻放電等離子處理系統(tǒng)中，基底直接位于底部平行板上。然而，等離子處理系統(tǒng)170包括位于底板與基底184之間的絕緣體(insulator) 182。絕緣體182允許基底184在偏壓上與射頻電源178所驅(qū)動(dòng)的平行板電極176無關(guān)。單獨(dú)的基底偏壓電源186用以加偏壓于基底184。基底偏壓電源186的輸出端電性連接至位于絕緣體182中的基底184。
控制器188用以控制射頻電源186及偏壓電源186來產(chǎn)生等離子及加偏壓于基底184以便至少部分地中和在根據(jù)本發(fā)明的等離子處理期間的電荷累積?？刂破?88可以是電源178、 186的一部分或是電性連接至電源178、 186的控制輸入端的單獨(dú)控制器?？刂破?88控制射頻電源178以l更以至少兩種不同振幅來施加多重位準(zhǔn)射頻脈沖至平行板電極176。并且，控制器188控制射頻電源178及偏壓電源186以便在相關(guān)時(shí)間施加射頻脈沖至平行板電極176而至少部分地中和在根據(jù)本發(fā)明的等離子處理期間的電荷累積。
等離子處理系統(tǒng)170的操作類似于等離子處理系統(tǒng)100的操作?？刂破?88指示射頻電源178產(chǎn)生傳播至平行板電極176的射頻電流以便藉由進(jìn)氣在平行板間產(chǎn)生等離子?？刂破?88也指示偏壓電源186以吸引等離子的離子朝向基底184的負(fù)電壓脈沖來加偏壓于基底184。在負(fù)電壓脈沖期間，等離子鞘內(nèi)的電場(chǎng)加速離子朝向等離子處理的基底184。例如，等離子鞘內(nèi)的電場(chǎng)可加速離子朝向基底184以便將離子注入基底
19184的表面、蝕刻基底184的表面、在基底184的表面上產(chǎn)生蝕刻抑或沉積之化學(xué)反應(yīng)、或在基底184的表面上生長薄膜。
當(dāng)射頻電源178及偏壓電源186在某些處理?xiàng)l件下操作時(shí)，電荷可累積于基底184上?；?84上的電荷累積可導(dǎo)致在要等離子處理的基底184上發(fā)展出較高的電位電壓，因而造成處理不均勻、電弧以及裝置損害。藉由根據(jù)本發(fā)明的利用射頻電源178產(chǎn)生多重位準(zhǔn)射頻波形以及加偏壓于基底184可大為減少基底184上的電荷累積。此外，藉由根據(jù)本發(fā)明的利用射頻電源178產(chǎn)生多重位準(zhǔn)射頻波形以及加偏壓于基底184可達(dá)成某些處理目標(biāo)，例如處理率及處理分布。
本發(fā)明的方法與裝置可應(yīng)用于許多其他類型的等離子處理系統(tǒng)。例如，本發(fā)明的方法與裝置可應(yīng)用于電子回旋共振式(ECR)等離子處理系統(tǒng)、螺旋波(helicon)等離子處理系統(tǒng)以及螺旋波共振器(heliconresonator)等離子處理系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)的每一個(gè)中，射頻電源產(chǎn)生具有至少兩種射頻功率位準(zhǔn)的多重振幅脈沖射頻波形。并且，在許多實(shí)施例中，偏壓電源利用控制器加偏壓于基底，此偏壓電源產(chǎn)生可與驅(qū)動(dòng)等離子源的射頻波形同步的偏壓波形。
圖2A顯示射頻電源130所產(chǎn)生的先前技藝波形200,此波形具有在某些條件下可導(dǎo)致電荷累積于基底146 (圖l)的單一振幅。波形200處于接地電位直到以具有功率位準(zhǔn)PRF 202的脈沖產(chǎn)生等離子為止。選擇功率位準(zhǔn)PRF 202以適合于等離子摻雜以及許多等離子蝕刻和等離子沉積處理。脈沖在脈沖周期(pulse period)TP 204之后終止然后回到接地電位。上述波形接著周期性地重復(fù)。
圖2B顯示偏壓供應(yīng)148所產(chǎn)生的先前技藝波形250，偏壓電源148在等離子處理期間施加負(fù)電壓252至基底146 (圖l)以吸引等離子的離子。當(dāng)射頻電源130所產(chǎn)生的波形200的功率等于功率位準(zhǔn)PRF 202時(shí)在周期L 254期間將施加負(fù)電壓252。負(fù)電壓252吸引等離子的離子至
20等離子處理的基底146。當(dāng)終止等離子處理時(shí)波形200在周期T2 256期間處于接地電位。若是較高的工作周期(亦即大于大約25%且在某些狀況下大于大約2%)，則當(dāng)射頻電源130所產(chǎn)生的波形250的功率等于功率位準(zhǔn)Pkf 202時(shí)電荷傾向在脈沖周期T, 254期間累積于基底146上。
本發(fā)明的方法與裝置藉由降低充電效應(yīng)造成損害的可能性允許以較高的工作周期進(jìn)行等離子處理，例如等離子摻雜、等離子蝕刻以及等離子沉積。有許多根據(jù)本發(fā)明之方法用以供電給等離子源IOI及加偏壓于要處理的基底146以便至少部分地中和基底146上的電荷累積。
圖3A顯示根據(jù)本發(fā)明的射頻電源130 (圖l)所產(chǎn)生的射頻功率波形300，此波形具有至少部分地中和基底146(圖l)上的電荷累積的多重振幅。波形300包含脈沖且具有分別在圖中標(biāo)示為Pm與Pm的第一功率位準(zhǔn)302與第二功率位準(zhǔn)304。然而，須知具有多于兩種振幅的波形可用于本發(fā)明的方法以便至少部分地中和基底146上的電荷累積。也應(yīng)須知上述波形可以是或不是離散的振幅。例如，上述波形可連續(xù)地變化。亦即，在某些實(shí)施例中，上述波形可以正或負(fù)斜率傾斜。并且，上述波形可以線性地或非線性地傾斜。
當(dāng)未加偏壓于等離子處理的基底146時(shí)將選擇第一功率位準(zhǔn)PKH 302以提供足夠的射頻功率來至少部分地中和基底l"上的電荷累積。選擇第二功率位準(zhǔn)PRF2 304以適合于等離子處理，例如等離子摻雜、等離子蝕刻以及等離子沉積。在各種實(shí)施例中，包括第一功率位準(zhǔn)Pm 302及第二功率位準(zhǔn)P^ 304的射頻電源130所產(chǎn)生的波形300被施加至平面線圈射頻天線126與螺旋線圈射頻天線H8(參閱圖l)之一或兩者。在一特定實(shí)施例中，當(dāng)射頻電源130所產(chǎn)生的波形300是第 一功率位準(zhǔn)PRF1302時(shí)被施加至平面線圈射頻天線126與螺旋線圈射頻天線128之一，并且當(dāng)波形300是第二功率位準(zhǔn)PRF2 304時(shí)被施加至平面線圈射頻天線126與螺旋線圈射頻天線128的另一個(gè)。在另一特定實(shí)施例中，當(dāng)射頻
21電源130所產(chǎn)生的波形300具有第一頻率時(shí)被施加至平面線圏射頻天線126與螺旋線圏射頻天線128之一，并且當(dāng)波形300具有不同于第一頻率的第二頻率時(shí)被施加至平面線圈射頻天線126與螺旋線圏射頻天線128的另一個(gè)，如同圖5A至圖5C所顯示。
圖3A所示的波形300指出第一功率位準(zhǔn)PRF1 302大于第二功率位準(zhǔn)PRF2 304。然而，在其他實(shí)施例中，第一功率位準(zhǔn)p^ 302小于第二功率位準(zhǔn)PRF2 304。并且，在某些實(shí)施例中，當(dāng)未加偏壓于等離子處理的基底l46時(shí)波形300將包括其值為零或某較低的功率位準(zhǔn)的第三功率位準(zhǔn)，如同圖6所顯示。
波形300也指出第一脈沖周期TP1 306對(duì)應(yīng)于波形300的功率等于第一功率位準(zhǔn)P肌302的時(shí)間周期，并且第二脈沖周期TP2 308對(duì)應(yīng)于波形300的功率等于第二功率位準(zhǔn)PRF2 304的時(shí)間周期。波形300的總多重振幅脈沖周期Tt。t" 310是第一脈沖周期Tm 306與第二脈沖周期Tp2 308的組合。例如，在一實(shí)施例中，第一脈沖周期TP1 306及第二脈沖周期TP2 308兩者都在30至500微秒(iiis)的范圍內(nèi)且總脈沖周期TT。tal 310是在60微秒(ps)至1毫秒(ms)的范圍內(nèi)。在其他實(shí)施例中，總脈沖周期T而u 310可在1毫秒(ms)或更大的等級(jí)。
圖3A指出在第一脈沖周期TP1 306期間的波形300的頻率與在第二脈沖周期TP2 308期間的波形300的頻率相同。然而，須知在各種實(shí)施例中，在第一脈沖周期TP1 306期間的波形300的頻率可能不同于在第二脈沖周期Tp2 308期間的波形300的頻率，如同圖5A至圖5C所顯示。此外，波形300的頻率可在第一脈沖周期TP1 306與第二脈沖周期TP2 3 08當(dāng)中至少一個(gè)的范圍內(nèi)變化。
因此，在某些實(shí)施例中，波形300包括所選擇的多重頻率及多重振幅兩者以便至少部分地中和在等離子處理期間的電荷累積。此外，在某些實(shí)施例中，波形300包括所選擇的多重頻率及多重振幅兩者以便改善
22某些處理參數(shù)，例如等離子摻雜的保留劑量。此外，在某些實(shí)施例中，
波形300包括所選擇的多重頻率及多重振幅兩者以便有助于達(dá)成某些處 理目標(biāo)。例如，波形300可包括多重頻率及多重振幅兩者以便改善處理 控制及增加處理率。
并且，波形300可包括多重頻率及多重振幅兩者以便達(dá)成撞擊離子 注入而形成逆增式摻雜分布。并且，波形300可包括多重頻率及多重振 幅兩者以便達(dá)成某種蝕刻分布及蝕刻處理目標(biāo)，例如達(dá)成高的深寬比 (aspect-ratio)蝕刻分布。此外，波形300可包4舌多重頻率及多重振幅 兩者以便達(dá)成某種沉積分布和處理目標(biāo)(例如沉積材料進(jìn)入高的深寬比 結(jié)構(gòu)、沉積共形或近似共形的涂布以及填充溝渠中的缺口 )以及其他裝 置結(jié)構(gòu)。
圖3B顯示根據(jù)本發(fā)明的偏壓電源148(圖l)所產(chǎn)生的偏壓波形350, 偏壓電源148在等離子處理期間施加負(fù)電壓352至基底146以吸引離子。 偏壓波形350與射頻功率波形300同步。然而，須知偏壓波形35 0的脈 沖未必對(duì)齊射頻功率波形300的脈沖。當(dāng)射頻電源130所產(chǎn)生的波形350 的功率等于第二功率位準(zhǔn)Pm 304時(shí)在第二脈沖周期TP2 308期間將施加 負(fù)電壓352。當(dāng)終止等離子處理且波形300的功率等于第一功率位準(zhǔn)pRF1 302時(shí)波形350在第一脈沖周期TP1 306期間將處于接地電位。
當(dāng)偏壓電源148 (圖l)所產(chǎn)生的波形350處于接地電位時(shí)以兩種不 同的功率位準(zhǔn)施加波形至等離子源101 (圖l)將有助于中和基底146 (圖 l)上的電荷累積，其中射頻電源130在周期Th 306期間施加第一功率 位準(zhǔn)PRF1 302。相對(duì)應(yīng)等離子的電子將中和至少一部分的累積于基底146 上的電荷。
圖3C顯示根據(jù)本發(fā)明的偏壓電源148(圖l)所產(chǎn)生的波形360，偏 壓電源148在等離子處理期間施加負(fù)電壓362至基底146以吸引離子， 并且在終止等離子處理之后施加正電壓364至基底146以協(xié)助中和基底
23146上的電荷。當(dāng)射頻電源130所產(chǎn)生的波形300的功率等于第二功率 位準(zhǔn)PRF2 304時(shí)在第二脈沖周期TP2 308期間將施加負(fù)電壓362。當(dāng)射頻 電源130所產(chǎn)生的波形300的功率等于第一功率位準(zhǔn)pRF1 302時(shí)波形360 在第一&:M中周期Tw 306期間將處于正電位364。
當(dāng)偏壓電源148(圖l)所產(chǎn)生的波形360處于正電位364時(shí)以兩種 不同的功率位準(zhǔn)施加波形至等離子源101 (圖l)將有助于中和累積于基 底146(圖l)上的電荷，其中射頻電源130(圖l)在第一周期TP1 306期 間施加第一功率位準(zhǔn)PRF1 302。相對(duì)應(yīng)等離子的電子將中和至少一部分 的累積于基底146上的電荷。此外，施加至基底146的正電壓364也將 中和至少一部分的累積于基底146上的電荷。
圖4A至圖4C顯示根據(jù)本發(fā)明的射頻電源130(圖l)所產(chǎn)生的射頻 功率波形400及偏壓電源148(圖l)所產(chǎn)生的偏壓波形402、 404,這些 波形類似于圖3A至圖3C所述的波形300、 350以及360,但在時(shí)間軸上 相對(duì)于波形300、 350以及360位移以便利用第一功率位準(zhǔn)PRF1 302及第 二功率位準(zhǔn)PRF2 304兩者進(jìn)行等離子處理。在這實(shí)施例中，射頻功率波 形400與偏壓波形402、 404同步，但是射頻功率波形400的脈沖并未 對(duì)齊偏壓波形402、 404的脈沖。
在等離子處理期間改變射頻電源130所產(chǎn)生的功率允許使用者更精 確地控制在等離子處理期間累積于基底14 6表面上的電荷數(shù)量以便達(dá)成 某些處理目標(biāo)及效應(yīng)。例如，增加接近第二脈沖周期TP2 308末端的功 率將強(qiáng)化累積于基底146上的電荷的中和。
圖5A至圖5C顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的具有可變頻率的射頻 電源130(圖l)所產(chǎn)生的射頻功率波形500以及偏壓電源148 (圖l)所產(chǎn) 生的相對(duì)應(yīng)偏壓波形502、 504。波形500類似于圖3及圖4所顯示的波 形300、 400。然而，雖然第一脈沖周期Tn 306與第二脈沖周期TP2 3 08 的射頻功率是相同的，但是第一脈沖周期TP1 306與第二脈沖周期TP2 308
24的頻率卻是不同的。改變波形500的頻率將改變離子/電子密度且因而 改變電荷中和效能。
因此，在一實(shí)施例中，第一脈沖周期TP1 306的波形500的頻率不 同于第二脈沖周期TP2 308的波形500的頻率，將選擇這些頻率以便至 少部分地中和在等離子處理期間的電荷累積。波形502、 504類似于圖3 所顯示的波形350及360。在其他實(shí)施例中，波形502、 504相對(duì)于波形 500在時(shí)間軸上位移，類似于圖4所顯示的波形402、 404的位移。
此外，在本發(fā)明的一方面，將選擇例如射頻電源130所產(chǎn)生的多重 功率位準(zhǔn)、第一脈沖周期乙306與第二脈沖周期TP2 308的波形500的 頻率、以及與偏壓電源148 (圖l)所產(chǎn)生的波形有關(guān)的波形500的相對(duì) 時(shí)序的參數(shù)，以便達(dá)成某些處理目標(biāo)。例如，當(dāng)偏壓處于接地電位時(shí)利 用射頻電源130產(chǎn)生多重功率位準(zhǔn)(其中射頻電源130產(chǎn)生一個(gè)功率位 準(zhǔn))允許使用者在等離子處理期間使用較小的功率及/或減少處理時(shí) 間，這是因?yàn)楫?dāng)偏壓處于接地電位時(shí)將發(fā)生某些等離子處理。
并且，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，將選擇射頻電源130(圖l)所產(chǎn)生 的多重功率位準(zhǔn)、第一脈沖周期Tn 306與第二脈沖周期TP2 308當(dāng)中至 少一個(gè)的波形500的頻率、以及與偏壓電源148(圖l)所產(chǎn)生的波形有 關(guān)的波形500的相對(duì)時(shí)序當(dāng)中至少一項(xiàng)，以便改善在進(jìn)行等離子摻雜時(shí) 基底146(圖l)上的保留劑量。例如，在等離子處理期間使用較小的功 率將導(dǎo)致較少的沉積，因而導(dǎo)致基底的較高的保留劑量。也可選擇操作 壓力、氣體流率、稀釋氣體類型以及等離子源功率，以便利用這方法進(jìn) 一步改善保留劑量。
并且，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，將選擇射頻電源130(圖l)所產(chǎn) 生的多重功率位準(zhǔn)、第一脈沖周期Tn 306與第二脈沖周期TP2 308當(dāng)中 至少一個(gè)的波形500的頻率、以及與偏壓電源148所產(chǎn)生的波形有關(guān)的 波形500的相對(duì)時(shí)序當(dāng)中至少一項(xiàng)以便改善在等離子處理期間的側(cè)壁覆
25蓋范圍。術(shù)語"改善側(cè)壁覆蓋范圍"在此是指增加與離子通量垂直的基 底表面的側(cè)壁上的材料沉積率對(duì)表面上的材料沉積率的比例。達(dá)成較佳 的側(cè)壁覆蓋范圍對(duì)于許多應(yīng)用而言是重要的，例如共形摻雜及共形沉積 應(yīng)用。例如，許多三維及其他先進(jìn)裝置需要共形摻雜及共形沉積。
并且，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，射頻電源130(圖l)以某種多重 功率位準(zhǔn)、多重頻率、以及與偏壓電源148(圖l)所產(chǎn)生的波形有關(guān)的 相對(duì)時(shí)序來產(chǎn)生波形，以便創(chuàng)造等離子摻雜的撞擊離子注入。術(shù)語"撞 擊離子注入"在此定義為經(jīng)由基底146的表層注入離子以驅(qū)動(dòng)摻雜劑材 料進(jìn)入基底146的反沖離子注入(recoi 1 ion implant)。
用于撞擊離子注入的離子可以是由惰性進(jìn)氣形成的惰性離子種類， 例如氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)以及氣(Xe)。在某些實(shí)施例中， 將選擇撞擊離子的質(zhì)量使其近似于想要的摻雜劑離子的質(zhì)量。射頻電源 130(圖l)利用足夠的能量產(chǎn)生足以指引撞擊離子朝向基底146(圖l)的 射頻功率，以便在撞擊時(shí)將沉積的摻雜劑材料實(shí)際撞入基底146 (圖1) 的平面與非平面特征兩者。并且，可選擇例如處理室壓力、氣體流率、 等離子源功率、氣體稀釋以及脈沖偏壓電源的工作周期的操作參數(shù)，以 便強(qiáng)化撞擊離子注入。
撞擊離子注入可用以形成逆增式摻雜分布。射頻電源130(圖l)以 某種多重功率位準(zhǔn)、多重頻率以及與偏壓電源148所產(chǎn)生的波形有關(guān)的 相對(duì)時(shí)序來產(chǎn)生波形，以便創(chuàng)造逆增式分布，例如逆增式摻雜分布或逆 增式沉積膜分布。術(shù)語"逆增式分布"在此定義為分布的峰值濃度(peak concentrationH氐于基底的表面的分布。例如，參閱4受予本專利權(quán)人的 名為《使用離子注入形成逆增式材料分布的方法》的美國專利申請(qǐng)案第 12/044,619號(hào)。美國專利申請(qǐng)案第12/044,619號(hào)的說明書的全部?jī)?nèi)容 并入本案供參考。
對(duì)于等離子摻雜，有時(shí)最好形成逆增式離子注入摻雜劑分布，這是
26因?yàn)橛性S多因素造成難以精確地控制離子注入層的深度。例如，在等離 子摻雜期間，可能有物理噴濺或化學(xué)蝕刻所造成的一些不想要的基底表
面蝕刻。此外，在基底的表面上可能有一些不想要的沉積。此外，由于
例如出現(xiàn)多重離子種類、離子間的碰撞、等離子鞘中的不均勻、出現(xiàn)二
次電子發(fā)射、寄生阻抗所形成的位移電流以及施加不理想的偏壓脈沖的
許多因素，可能有可觀的離子注入能量分布。
此外，有時(shí)最好形成逆增式離子注入摻雜劑分布，這是因?yàn)榇蟛糠?br> 的沉積或注入材料的最大峰值濃度位于或接近基底的表面使得表面-峰
值摻雜劑分布對(duì)后沉積或后注入處理非常敏感。尤其，通常在注入之后
進(jìn)4亍的光阻去除(photo-resist strip)處理將移除大量的接近表面的摻 雜劑材料。
在其^fe頭犯1夕U T , ^T5W吧稱丄JU "禾^f夕里叨千1正/'(i、 夕里5^平"
及與偏壓電源148所產(chǎn)生的波形有關(guān)的相對(duì)時(shí)序來產(chǎn)生波形，以便達(dá)成
某些處理目標(biāo)或處理分布，例如蝕刻分布。例如，可選擇多重功率位準(zhǔn)、
多重頻率以及與偏壓電源148所產(chǎn)生的波形有關(guān)的相對(duì)時(shí)序，以便達(dá)成 高的深寬比蝕刻分布或某些類型的沉積分布。
任何本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解根據(jù)本發(fā)明的射頻電源130 (圖l)所產(chǎn) 生的波形可具有多重振幅與多重頻率兩者，并且可具有各種與偏壓電源 148(圖l)所產(chǎn)生的波形有關(guān)的相對(duì)時(shí)序。事實(shí)上，有幾乎無數(shù)的可能波 形具有射頻電源130(圖l)所產(chǎn)生的多重功率位準(zhǔn)與多重頻率以及與偏 壓電源148(圖l)所產(chǎn)生的波形有關(guān)的相對(duì)時(shí)序，上述波形將至少部分 地中和電荷及/或達(dá)成在此所述的處理目標(biāo)。
圖6顯示根據(jù)本發(fā)明的 一 實(shí)施例的已測(cè)量的多重設(shè)定點(diǎn) (multi-set-point)射頻功率及控制信號(hào)波形600。波形600包括射頻電 源及控制信號(hào)波形作為時(shí)間軸由時(shí)間t。開始的函,數(shù)。波形600顯示離子 注入周期(ion implantation period) 602、電荷中和周期604以及電源
27關(guān)閉周期(power off period) 606。
參照?qǐng)Dl及圖6,控制器152(圖l)在時(shí)間t。產(chǎn)生注入脈沖608，注 入脈沖608指示偏壓電源148 (圖l)以吸引等離子的離子朝向基底146 的負(fù)電壓脈沖來加偏壓于基底146 (圖1)。注入脈沖602的上升時(shí)間是 大約30微秒。并且，控制器152在時(shí)間t。產(chǎn)生射頻脈沖控制信號(hào)(RF pulse control signal),射頻脈沖控制信號(hào)初始化具有第 一功率位準(zhǔn) 的射頻功率波形610?？刂破?52在離子注入周期602中產(chǎn)生第一射頻 脈沖控制信號(hào)612，第一射頻脈沖控制信號(hào)612使射頻電流流入射頻天 線126與128 (圖l)當(dāng)中至少一個(gè)，藉以撞擊等離子。第一射頻脈沖控 制信號(hào)612的上升時(shí)間是大約30微秒。
電荷中和周期604開始于第一射頻脈沖控制信號(hào)612與注入脈沖信 號(hào)(implant pulse signal) 608兩者都回到零之時(shí)。第一射頻脈沖控制 信號(hào)及注入脈沖控制信號(hào)的下降時(shí)間是大約20微秒?？刂破?52在電 荷中和周期604中產(chǎn)生第二射頻脈沖控制信號(hào)614，第二射頻脈沖控制 信號(hào)614使射頻功率波形610跳至第二功率位準(zhǔn)。在許多實(shí)施例中，第 二功率位準(zhǔn)大于第一功率位準(zhǔn)，如圖6所示。然而，在其他實(shí)施例中， 第二功率位準(zhǔn)可以是任何功率位準(zhǔn)，包括比第一功率位準(zhǔn)低的功率位 準(zhǔn)。第二射頻脈沖控制信號(hào)的上升時(shí)間也是大約30微秒。在電荷中和 周期604中，等離子的電子有效地中和至少一部分的基底146上的電荷。 這種部分或完全的電荷中和降低基底146上的不想要的充電效應(yīng)。
電源關(guān)閉周期606開始于第二射頻脈沖控制信號(hào)614回到零之的 時(shí)。第二射頻脈沖控制信號(hào)614的下降時(shí)間是大約20微秒。在電源關(guān) 閉周期606中，射頻功率被熄滅，因而終止等離子。根據(jù)本發(fā)明的具有 強(qiáng)化電荷中和的等離子處理方法可用于許多不同的多重設(shè)定點(diǎn)射頻功 率及控制信號(hào)波形600。
須知根據(jù)本發(fā)明的電荷中和的方法可用于許多其他類型的等離子
28處理裝置。例如，所述電荷中和的方法可用于具有感應(yīng)耦合式等離子
(ICP)源、螺旋波共振器等離子源、微波(microwave)等離子源、電子回 旋共振式(ECR)等離子源以及電容耦合式等離子源的等離子處理裝置。 事實(shí)上，能以脈沖模式操作的任何類型的等離子源皆可用以進(jìn)行本發(fā)明 的方法。 等效物
盡管結(jié)合各種實(shí)施例以及實(shí)例來描述本啟示，但并不意欲將本啟示限于 所述實(shí)施例。相反地，本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解，本啟示涵蓋各種替代實(shí)施例、 修改以及等效物，其可在不脫離如由隨附權(quán)利要求所界定的本發(fā)明的精神以 及范疇的情況下實(shí)施。
29
權(quán)利要求
1、一種等離子處理裝置，包括a.平臺(tái)，支撐等離子處理的基底；b.射頻電源，在輸出端產(chǎn)生多重位準(zhǔn)射頻功率波形，所述多重位準(zhǔn)射頻功率波形至少包含具有第一功率位準(zhǔn)的第一周期以及具有第二功率位準(zhǔn)的第二周期；c.射頻等離子源，具有電性連接至所述射頻電源的所述輸出端的電性輸入端，所述射頻等離子源至少在所述第一周期期間產(chǎn)生具有所述第一射頻功率位準(zhǔn)的第一射頻等離子且在所述第二周期期間產(chǎn)生具有所述第二射頻功率位準(zhǔn)的第二射頻等離子；以及d.偏壓電源，具有電性連接至所述平臺(tái)的輸出端，所述偏壓電源產(chǎn)生足以吸引所述等離子的離子至所述等離子處理的基底的偏壓波形。
2、 才艮據(jù);t又利要求l所述的等離子處理裝置，其中所述等離子處理裝置包 括等離子蝕刻裝置。
3、 才艮據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子處理裝置，其中所述等離子處理裝置包 括等離子沉積裝置。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子處理裝置，其中所述等離子處理裝置包 括等離子摻雜裝置。
5、 沖艮據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子處理裝置，其中所述第一功率位準(zhǔn)與所 述第二功率位準(zhǔn)當(dāng)中至少一個(gè)在所述第一周期與所述第二周期的個(gè)別期間實(shí)質(zhì)上是固定的。
6、 #4居權(quán)利要求1所述的等離子處理裝置，其中選擇所述第二射頻功率 位準(zhǔn)以^f更在所述第二周期中所述等離子具有足夠的電子來至少部分地中和在 所述第二周期期間累積于所述基底上的電荷，藉以降低所述基底上的充電效應(yīng)。
7、 才艮據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子處理裝置，其中選擇所述射頻功率波形 與所述偏壓波形的相對(duì)時(shí)序以便至少部分地中和在所述基底上累積的電荷。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子處理裝置，其中所述偏壓波形實(shí)質(zhì)上與 所述多重振幅射頻功率波形同步。
9、 一種等離子處理裝置，包括a. 平臺(tái)，支撐等離子處理的基底；b. 射頻電源，在輸出端產(chǎn)生多重位準(zhǔn)射頻功率波形，所述多重位準(zhǔn)射頻 功率波形至少包含具有第一功率位準(zhǔn)的第一周期以及具有第二功率位準(zhǔn)的第 二周期；c. 射頻等離子源，具有電性連接至所述射頻電源的所述輸出端的電性輸 入端，所迷射頻等離子源在所述第一周期期間產(chǎn)生具有所述第一射頻功率位 準(zhǔn)的第一射頻等離子且在所述第二周期期間產(chǎn)生具有所述第二射頻功率位準(zhǔn) 的第二射頻等離子；以及d. 偏壓電源，具有電性連接至所述平臺(tái)的輸出端，所述偏壓電源產(chǎn)生與 所述射頻功率波形同步的偏壓波形，并且至少在所述第 一周期期間具有其電 位足以吸引所述等離子的離子至所述等離子處理的基底的第一偏壓以及在所 述第二周期期間具有第二偏壓。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的等離子處理裝置，其中所述第一射頻功率位 準(zhǔn)與所述第二射頻功率位準(zhǔn)當(dāng)中至少一個(gè)在所述第一周期與所述第二周期的個(gè)別期間實(shí)質(zhì)上是固定的。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的等離子處理裝置，其中選擇所述第一射頻功 率位準(zhǔn)與所述第二射頻功率位準(zhǔn)、所述第一偏壓與所述第二偏壓、以及所述 第一周期與所述第二周期當(dāng)中至少一個(gè)以便達(dá)成預(yù)定處理率與預(yù)定處理分布 當(dāng)中至少一個(gè)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的等離子處理裝置，其中所述第二偏壓的電位 有助于中和在所述基底上累積的電荷。
13、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的等離子處理裝置，其中選擇所述第二射頻功 率位準(zhǔn)以便在所述第二周期中所述等離子具有足夠的電子來至少部分地中和 在所述第二周期期間累積于所述基底上的電荷，藉以降低所述基底上的充電效應(yīng)。
14、 才艮據(jù)權(quán)利要求9所述的等離子處理裝置，其中所述第二偏壓實(shí)質(zhì)上 是才妄地電位。
15、 ；限據(jù)權(quán)利要求9所述的等離子處理裝置，其中所述偏壓波形實(shí)質(zhì)上 與所述多重振幅射頻功率波形同步。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的等離子處理裝置，其中所述射頻功率波形的 脈沖實(shí)質(zhì)上在時(shí)間軸對(duì)齊所述偏壓波形的脈沖。
17、 才艮據(jù)權(quán)利要求15所述的等離子處理裝置，其中所述射頻功率波形的 脈沖相對(duì)于所述偏壓波形的脈沖在時(shí)間軸位移。
18、 才艮據(jù)權(quán)利要求9所述的等離子處理裝置，其中選擇所述射頻功率波 形與所述偏壓波形的相對(duì)時(shí)序以便至少部分地中和在所述基底上累積的電 荷。
19、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的等離子處理裝置，其中在所述第一周期中所 述射頻功率波形的頻率不同于在所述第二周期中所述射頻功率波形的頻率。
20、 一種等離子處理裝置，包括a. 平臺(tái)，支撐等離子處理的基底；b. 射頻電源，在輸出端產(chǎn)生在第一周期期間具有第一功率位準(zhǔn)、在第二 周期期間具有第二功率位準(zhǔn)、以及在第三周期期間具有第三功率位準(zhǔn)的多重 振幅射頻功率波形；c. 等離子源，具有電性連接至所述脈沖電源的所述輸出端的電性輸入端， 所述等離子源在所述第一周期期間產(chǎn)生具有所述第一功率位準(zhǔn)的第一等離子 且在所述第二周期期間產(chǎn)生具有所述第二功率位準(zhǔn)的第二等離子，然后在所 述第三周期期間實(shí)質(zhì)上熄滅所述等離子；以及d. 偏壓電源，具有電性連接至所述平臺(tái)的輸出端，所述偏壓電源產(chǎn)生在 所述第一周期期間具有第一電壓且在所述第二周期期間具有第二電壓的偏壓 波形，所述第一電壓足以吸引所述等離子的離子至所述等離子處理的基底。
21、 才艮據(jù)權(quán)利要求20所述的等離子處理裝置，其中所述偏壓波形實(shí)質(zhì)上與所述多重振幅射頻功率波形同步。
22、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的等離子處理裝置，其中所述第二射頻功率位 準(zhǔn)足以維持所述等離子具有足夠的電子來至少部分地中和在所述第二周期期 間累積的電荷，藉以降低所述基底上的充電效應(yīng)。
23、 才艮據(jù)權(quán)利要求20所述的等離子處理裝置，其中選擇所述多重振幅射積的電4肓。
24、 一種等離子處理裝置，包括a. 平臺(tái)，支撐等離子處理的基底；b. 射頻電源，在輸出端產(chǎn)生射頻功率波形，所述射頻功率波形至少具有 第一周期及第二周期；c. 射頻等離子源，具有電性連接至所述射頻電源的所述輸出端的電性輸 入端，所述射頻等離子源在所述第一周期期間產(chǎn)生第一射頻等離子且在所述 第二周期期間產(chǎn)生第二射頻等離子；以及d. 偏壓電源，具有電性連接至所述平臺(tái)的輸出端，所述偏壓電源與所述 射頻功率波形同步，并且在所述第 一周期期間具有足以吸引所述等離子的離 子至所述等離子處理的基底的第一偏壓以及在所述第二周期期間具有第二偏 壓。
25、 一種等離子處理裝置，包括a. 脈沖等離子產(chǎn)生裝置，所述脈沖等離子在等離子處理周期期間具有第 一功率位準(zhǔn)且在電荷中和周期期間具有第二功率位準(zhǔn)；以及b. 偏壓波形產(chǎn)生裝置，所述偏壓波形在所述等離子處理周期期間具有可 由所述等離子取出離子的第一電壓且在第二周期期間具有第二電壓，所述第 二電壓允i午所述等離子的電子至少部分地中和在所述等離子處理周期期間累 積于基底上的電荷。
全文摘要
一種等離子處理裝置，包括支撐等離子處理的基底的平臺(tái)。一種在輸出端產(chǎn)生多重位準(zhǔn)射頻功率波形的射頻電源，此射頻功率波形至少包含具有第一功率位準(zhǔn)的第一周期以及具有第二功率位準(zhǔn)的第二周期。一種具有電性連接至射頻電源的輸出端的電性輸入端的射頻等離子源，至少在第一周期期間產(chǎn)生具有第一射頻功率位準(zhǔn)的第一射頻等離子且在第二周期期間產(chǎn)生具有第二射頻功率位準(zhǔn)的第二射頻等離子。一種具有電性連接至平臺(tái)的輸出端的偏壓電源，產(chǎn)生足以吸引等離子的離子至等離子處理的基底的偏壓波形。
文檔編號(hào)H01L21/3065GK101689498SQ200880022236
公開日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2008年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月29日
發(fā)明者伯納德·G·琳賽, 提摩太·J·米勒, 維克拉姆·辛 申請(qǐng)人:瓦里安半導(dǎo)體設(shè)備公司