專利名稱：采用不同頻率的rf功率調(diào)制的高縱橫比蝕刻的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的形成。
已知這種方法將處于兩種不同頻率的等離子體激勵(lì)場應(yīng)用于真空室中的區(qū)域，來對工件進(jìn)行等離子體加工，其中，將某一氣體引入到所述區(qū)域，且所述氣體由所述場轉(zhuǎn)化成用于加工的等離子體。所述工件通常為半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)板，且所述等離子體參與了在工件上形成集成電路特征的過程。通常，通過所述加工室中的一對彼此分隔的電極，或是加工室內(nèi)的一個(gè)電極和加工室外的線圈形式的電抗來將處于兩種不同頻率的等離子體激勵(lì)場引入到所述區(qū)域。經(jīng)過激勵(lì)的該等離子體通常對工件進(jìn)行干蝕刻，但在某些情況下會導(dǎo)致將材料沉積在工件上。高頻RF功率(具有超過約10MHz的頻率)通?？刂频入x子體的密度，即等離子體的通量，而具有較低到中等范圍的頻率(從處于100KHz的范圍到約為10MHz)的RF功率則通?？刂迫肷湓诠ぜ系?、等離子體中的離子的能量。
隨著特征尺寸的持續(xù)變小，在對加工工件的等離子體的各種參數(shù)進(jìn)行精確控制方面也提出了更高的要求。在等離子體參數(shù)中，需要精確控制的是等離子體的化學(xué)性質(zhì)(即離子的和自由基的種類)、入射到襯底上的等離子體的通量和等離子體離子能量。隨著特征尺寸的不斷縮小和在制造集成電路過程中新材料的應(yīng)用，加工工件中所包含的窗的尺寸也不斷縮小，同時(shí)，這也將現(xiàn)有的等離子體處理機(jī)，特別是對用于蝕刻的處理機(jī)作了限制。不斷縮小的特征尺寸和對于新材料的需求也限制了將相同的反應(yīng)器，即真空加工室用于不同的蝕刻應(yīng)用之中。
高縱橫比(HAR)的小孔具有較高的孔深度和孔直徑之比。用光刻膠掩?；蛴惭谀Ｖ惖难谀硖峁┬】讏D案。在本說明書和權(quán)利要求中，將高縱橫比特征定義為具有超過10∶1的深度/直徑比的特征。
隨著集成電路尺寸的縮小，在高縱橫比接觸孔蝕刻中，CD和輪廓控制連同蝕刻停止成為介質(zhì)蝕刻中非常具有挑戰(zhàn)性的問題。接觸孔/通孔的各種特征(上部和下部的CD、結(jié)構(gòu)角、彎曲和頸縮)取決于等離子體的性質(zhì)(如等離子體的化學(xué)性質(zhì)、離子與中性粒子之比、離子能量分布等等)和襯底的性質(zhì)(介質(zhì)材料的摻雜級、襯底的溫度等)。然而，對相同的襯底性質(zhì)而言，隨著高縱橫比接觸件蝕刻的進(jìn)行，等離子體的性質(zhì)(如離子與中性粒子之比，總通量，等等)也發(fā)生了變化。隨著孔的縱橫比的增加，所述的性質(zhì)變化造成了較低的蝕刻速度，而蝕刻速度的降低又導(dǎo)致蝕刻停止或錐形的輪廓，等等。從而，在提供改進(jìn)的蝕刻時(shí)，需要將蝕刻條件根據(jù)蝕刻深度和所需的輪廓進(jìn)行調(diào)整。

發(fā)明內(nèi)容
為實(shí)現(xiàn)前述目標(biāo)和符合本發(fā)明的目的，提供了一種用于通過掩模將高縱橫比特征蝕刻到襯底上的層之中的方法。將所述基板放置于加工室中，該加工室能夠提供第一頻率、不同于第一頻率的第二頻率以及不同于第一頻率和第二頻率的第三頻率。將蝕刻氣體引入到所述加工室中。提供了第一蝕刻步驟，其中，所述第一頻率處于第一功率值，第二頻率處于第二功率值，第三頻率處于第三功率值，其中所述三個(gè)功率中的至少兩個(gè)大于零，其中，所述第一蝕刻在將要蝕刻的層中蝕刻至第一深度。提供了第二蝕刻步驟，其中，所述第一頻率處于第四功率值，第二頻率處于第五功率值，第三頻率處于第六功率值，其中，第四和第六功率中至少有一個(gè)大于零，且第五功率大于零，并從第一功率不等于第四功率或第三功率不等于第六功率的組中選出一種情形，其中，所述第二蝕刻在要蝕刻的層中蝕刻至比第一深度深的第二深度。
在本發(fā)明的另一種表現(xiàn)形式中，提供了一種用于通過掩模在襯底上的層中蝕刻特征的設(shè)備。等離子體加工室包括形成等離子體加工室外殼的加工室壁、用于在所述等離子體加工室外殼中支撐襯底的襯底支撐、用于調(diào)節(jié)等離子體加工室外殼中的壓力的壓力調(diào)節(jié)器、為維持等離子體而將功率提供給等離子體加工室外殼的至少一個(gè)電極、用于將氣體引入到等離子體加工室外殼中的氣體入口、用于將氣體從等離子體加工室外殼中排放出去的氣體出口。氣體源可以與所述氣體入口之間流通流體。第一功率源在加工室壁內(nèi)提供處于第一頻率的功率。第二功率源在加工室壁內(nèi)提供處于不同于第一頻率的第二頻率的功率。第三功率源在加工室壁內(nèi)提供處于不同于第一頻率和第二頻率的第三頻率的功率。將控制器可控地連接到所述氣體入口和第一功率源、第二功率源、第三功率源。所述控制器包括至少一個(gè)處理器和計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，而后者包含用于通過所述氣體入口引入蝕刻氣體的計(jì)算機(jī)可讀代碼、用于執(zhí)行第一蝕刻步驟的計(jì)算機(jī)可讀代碼和用于提供第二蝕刻步驟的計(jì)算機(jī)可讀代碼。所述第一蝕刻步驟包括從處于第一功率值的第一功率源供能、從處于第二功率值的第二功率源供能和從處于第三功率值的第三功率源供能，其中，所述第一功率值和第三功率值大于零，且用所述第一蝕刻在要蝕刻的層上蝕刻所述特征至第一深度。用于執(zhí)行第二蝕刻步驟的計(jì)算機(jī)可讀代碼包括從處于第四功率值的第一功率源供能、從處于第五功率值的第二功率源供能和從處于第六功率值的第三功率源供能，其中，所述第一功率值和第三功率值大于零，且用所述第一蝕刻在將要蝕刻的層上蝕刻所述特征至第一深度，其中，所述第四和第六功率值中的至少一個(gè)大于零，且所述第五功率值大于零，并從第一功率值不等于第四功率值或第三功率值不等于第六功率值的組中選出某一條件，其中，所述第二蝕刻在要進(jìn)行蝕刻的層中蝕刻所述特征至大于第一深度的第二深度。
以下，在本發(fā)明的結(jié)合附圖的詳細(xì)說明中就本發(fā)明的這些和其他特征進(jìn)行更為詳細(xì)的闡述。


在附圖的各圖中，通過舉例而不是通過限制的方式對本發(fā)明進(jìn)行了圖示說明，在這些圖中，相似的附圖標(biāo)記表示類似的部件，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的真空等離子體處理機(jī)的局部示意圖。
圖2A-C形成了圖1中的控制器所包括的電子電路的框圖和圖1中所示的真空處理機(jī)室的電路部分的圖示。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的真空等離子體處理機(jī)的局部示意圖。
圖4是用于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的過程的高級流程圖。
圖5A-D是襯底的示意的橫截面圖，所述襯底具有一個(gè)蝕刻層，該蝕刻層中蝕刻了高縱橫比的特征。
圖6A-C是襯底的示意的橫截面圖，所述襯底用于在進(jìn)行蝕刻加工時(shí)增大特征的縱橫比。
圖7示出了作為提供的RF頻率的函數(shù)的、用于相同的化學(xué)性質(zhì)和相同的功率值的等離子體粒子組成。
圖8A-B是處于各種不同頻率的各個(gè)功率的離子能量及其分布圖。
圖9A和9B示出了一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)適于實(shí)現(xiàn)控制器。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，通過引用附圖中示出的本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例，將對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。在以下說明中，陳述了大量的具體細(xì)節(jié)，以便讓讀者透徹地理解本發(fā)明。然而，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然，不具有一部分或所有這些細(xì)節(jié)也可以實(shí)施本發(fā)明。在其他情況下，沒有詳細(xì)說明眾所周知的加工步驟和/或結(jié)構(gòu)，以避免不必要地干擾對本發(fā)明的說明。
現(xiàn)在參閱圖1，其中，示出具有縱軸11(即中心線)的等離子體處理機(jī)真空室10包括導(dǎo)電金屬壁12、下部電極組合13和上部電極組合14。壁12具有與軸11共軸的圓形內(nèi)周界。且壁12接地，即其處于DC和RF參考電位。在加工過程中，真空泵9將室10的內(nèi)部維持在數(shù)量級為0.001到500托的真空狀態(tài)。室10的內(nèi)部包括封閉的等離子體區(qū)域8，所述區(qū)域處于與下部電極組合13的上表面接近的下邊界和與上部電極組合14的下表面接近的上邊界之間，且封閉的等離子體區(qū)域8的側(cè)邊界與壁12相分隔。
通常稱為下部電極的下部電極組合13與軸11共軸，且固定到電絕緣環(huán)17上，而后者又固定到室10的接地的金屬基座19上。電極組合13包括圓形的中心金屬電極16，所述電極與軸11共軸，并具有用于容納圓形工件18的上表面，而所述工件通常為具有與金屬電極16的直徑基本相等的直徑的半導(dǎo)體晶片。當(dāng)工件18處于恰當(dāng)?shù)奈恢脮r(shí)，它的中心與軸11重合?？梢詫㈦姌O16連接到DC夾持電壓源(未示出)，以使用靜電力將工件18夾持到電極16上。通過用管道21和閥門22將氦氣源20連接到電極16中的某一區(qū)域(未示出)，和響應(yīng)某一電信號，用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方式對電極16和工件18的溫度進(jìn)行了控制，所述電信號是控制器24響應(yīng)由(1)設(shè)定值源25提供給它的溫度設(shè)定值和(2)所述電極的溫度測量值產(chǎn)生的，而所述溫度測量值是由內(nèi)置于電極16中的溫度監(jiān)視器26產(chǎn)生的信號指明的。
下部電極組合13也包括電絕緣環(huán)28，該環(huán)通常由石英制成。環(huán)28固定到絕緣環(huán)17的上表面，且與軸11共軸，同時(shí)，它具有基本上等于工件18的直徑的內(nèi)直徑，以便當(dāng)工件18處于恰當(dāng)?shù)奈恢脮r(shí)，所述工件的周界幾乎與環(huán)28的內(nèi)周界鄰接。環(huán)17的上表面的處于環(huán)28以外的部分和環(huán)17的側(cè)壁分別由絕緣環(huán)33和接地的金屬環(huán)32覆蓋。在絕緣環(huán)33上疊放了金屬電極環(huán)34，所述電極環(huán)上可以覆蓋或涂覆一層(未示出)介質(zhì)或?qū)щ姴牧稀?dǎo)電環(huán)34和其覆蓋或包覆層由不會污染區(qū)域8中的等離子體的化學(xué)性質(zhì)的材料制成。這樣的材料是合適的、導(dǎo)電率相對較高的半導(dǎo)體材料，如本征硅。另外，環(huán)34是由合適的非污染材料覆蓋的金屬。在特定的情況下，環(huán)34通過介質(zhì)絕緣環(huán)33與接地的金屬環(huán)32電絕緣，而在其他情況下，環(huán)34電連接到接地的環(huán)32。環(huán)33和34與軸線11共軸，并在下部電極組合13的外邊緣和環(huán)28之間水平地延伸。
上部電極組合14包括中心電極36，該電極與軸線11共軸，并具有由不污染區(qū)域8中的等離子體化學(xué)性質(zhì)的、導(dǎo)電的本征硅制成的下表面36a。電極36包括內(nèi)部通道(未示出)和多個(gè)噴頭孔(未示出)，這些通道和噴頭孔與合適的加工氣體源37之間可以流通流體，且所述加工氣體通過噴頭孔進(jìn)入?yún)^(qū)域8，并在其中轉(zhuǎn)化成對工件18進(jìn)行加工的等離子體。電極36包括對某一電信號作出反應(yīng)的加熱和/或冷卻裝置45，而所述電信號是控制器24響應(yīng)設(shè)定值源25提供給它的設(shè)定值信號和指示電極36的溫度的信號通過導(dǎo)線35提供給裝置45的，且所述指示溫度的信號是由內(nèi)置于組合14之中的溫度表39生成的。
組合14也包括絕緣環(huán)38和金屬環(huán)40。絕緣環(huán)38與軸線11共軸，并優(yōu)選地由石英制成和基本與環(huán)28對準(zhǔn)。環(huán)38具有與中心電極36的外周界鄰接的內(nèi)周界。與軸線11共軸的金屬環(huán)40具有分別與絕緣環(huán)38的外周界和側(cè)壁12的內(nèi)周界鄰接的內(nèi)外周界，以便使環(huán)40處于RF和DC的地電位。金屬環(huán)40的較低的內(nèi)表面由電絕緣環(huán)41覆蓋，且所述絕緣環(huán)攜帶了導(dǎo)電的電極環(huán)42。在電極環(huán)42上或涂抹或覆蓋了一層(未示出)不污染區(qū)域8中的等離子體的化學(xué)性質(zhì)的導(dǎo)電或絕緣材料。在特定的情況下，環(huán)42通過環(huán)41和環(huán)41的下垂凸緣(未示出)與環(huán)40和壁12電絕緣，在其他情況下，則電連接到環(huán)40和壁12。
從之前所述可知，封閉的等離子體區(qū)域8具有由(1)電極36的下表面36a，(2)絕緣環(huán)38的下表面和(3)電極環(huán)42的下表面確定的上邊界，以及由(1)工件18的上表面(當(dāng)工件在恰當(dāng)?shù)奈恢蒙蠒r(shí))，(2)絕緣環(huán)28的上表面和(3)電極環(huán)34的上表面確定的下表面。馬達(dá)43通過相對于下部電極組合13的上表面上下移動上部電極組合14的下表面來控制區(qū)域8的上下邊界之間的間隔。響應(yīng)來自控制器24的信號，馬達(dá)43將電極組合13和14的表面之間的間隔設(shè)置在相對激勵(lì)加工工件18的等離子體的特定頻率試驗(yàn)確定的最優(yōu)值上，且所述值是從設(shè)定值源50得到的。
通過由不污染區(qū)域8中的等離子體的化學(xué)性質(zhì)的材料制成的、彼此分隔的和垂直堆疊的條板44限定了封閉的等離子體區(qū)域8的側(cè)面的邊界。條板44由電絕緣材料(優(yōu)選為介質(zhì)，如石英)或稍微導(dǎo)電的材料(如碳化硅)制成，以便讓這些條板充電、電位浮置或電接地。條板44的配置方式使得沒有大量的等離子體從條板44之間的縫隙之間流過。然而，區(qū)域8中的未離子化的氣體通過條板44之間的縫隙逃逸到處于壁12和環(huán)32之間的室10中的區(qū)域46，并通過泵9經(jīng)基座19的合適開孔從室10的內(nèi)部抽出。
通過合適的分隔裝置(未示出)，將條板44在垂直的方向上固定地彼此分隔，并且通過馬達(dá)47將這些條板相對于彼此和下部的組合13上下驅(qū)動，以控制封閉的等離子區(qū)域8中的壓力。區(qū)域8中的壓力是通過由設(shè)定值源25提供給控制器24的壓力設(shè)定值和區(qū)域8中壓力表48的輸出信號控制的。控制器24響應(yīng)所述壓力設(shè)定值和壓力表48的輸出信號來控制馬達(dá)47，從而改變了最下方的條板44的下表面和電極組合13的上表面之間的間隔。因此，區(qū)域8中的壓力維持在所述壓力設(shè)定值上。將條板44進(jìn)行配置，使得所述條板不隨馬達(dá)43的啟動而移動，以與電極組合13和14之間的間隔無關(guān)地控制封閉的等離子體區(qū)域8中的壓力。
響應(yīng)設(shè)定值源50，控制器24對將幾種不同RF頻率的各種組合從源裝置51耦合到電極16、34、36、42進(jìn)行控制。應(yīng)用于電極16、34、36和42的不同RF頻率可具有不同功率，并能對封閉區(qū)域8中的等離子體的不同現(xiàn)象進(jìn)行控制。在圖1的實(shí)施例中，控制器24有選擇地將三個(gè)不同的頻率從源裝置51應(yīng)用于電極16、34、36和42。圖中示出源裝置51包括三個(gè)獨(dú)立的源52、54和56，這些源可以是固定的頻率源，但優(yōu)選為低功率的可變頻率振蕩器。另一方面，源裝置51包括單一的低功率合成器，該合成器可以產(chǎn)生三種選定的頻率。所述低功率源驅(qū)動相關(guān)的可變功率增益的RF功率放大器，且所述放大器具有隨與特定的放大器相關(guān)的源的頻率變化而變化的可變通頻帶。為此，源52、54和56中的每一個(gè)均具有相關(guān)的頻率和功率設(shè)定58和59。通常，源52的頻率處于100KHz和10MHz之間的相對較低的范圍內(nèi)，源54的頻率處于10MHz和150MHz之間的中間范圍內(nèi)，且源56的頻率處于27MHz和300MHz之間的相對較高的范圍內(nèi)。在一個(gè)經(jīng)過實(shí)際測試的配置中，將源52、54和56的頻率分別設(shè)置成2MHz、27MHz和60MHz。應(yīng)用于區(qū)域8的RF能量的頻率和功率的各種組合影響了封閉區(qū)域8中的等離子體的密度分布、等離子體的離子能量與DC偏壓以及區(qū)域8中的等離子體的化學(xué)性質(zhì)。
源54和56的頻率控制了等離子體的化學(xué)性質(zhì)，因?yàn)?，在所有其他重要的等離子體激勵(lì)參數(shù)保持不變的情況下，隨著等離子體激勵(lì)頻率的增加，出現(xiàn)了程度更大的等離子體離解。特別地，隨著頻率的增加，較輕的蝕刻劑分子在等離子體中所占的百分比也將增加。應(yīng)用于等離子體的較高頻率導(dǎo)致了更大程度上的分子碎裂。
用來自源52、54和56的頻率和功率的各種組合驅(qū)動電極16、34、36和42，可以為各種目的對等離子體進(jìn)行調(diào)整，如提供一致或非一致的等離子體密度、離子能量和分子碎裂。
響應(yīng)來自設(shè)定值源50的輸出信號和源裝置51的RF輸出，控制器24對將幾種來自源裝置51的頻率以各種組合和排列應(yīng)用于電極16、34、36和42進(jìn)行控制。在一個(gè)特殊的實(shí)施例中，設(shè)定值源50啟動控制器24，使得(1)來自源52、54和56的至少其中一個(gè)頻率，但最多三個(gè)頻率驅(qū)動電極16和36，同時(shí)電極34、36和42接地；(2)來自源52、54和56的至少其中兩個(gè)頻率驅(qū)動電極16，同時(shí)電極34和42接地；(3)源54或56中僅有一個(gè)驅(qū)動電極16或36，或者，僅源52驅(qū)動電極16，同時(shí)電極34和42接地；(4)源52和/或源54驅(qū)動電極34，或者，該電極通過某一濾波器連接到地，所述濾波器具有讓源52和/或源54的頻率(即頻率F2和F3)通過的通帶，同時(shí)，剩余的電極16、36和42具有各種到源52、54和56的連接；和(5)源52和/或源54驅(qū)動電極42，或者，該電極通過某一濾波器連接到地，所述濾波器具有讓源52和/或源54的頻率(即頻率F2和F3)通過的通帶，同時(shí)，剩余的電極16、34和36具有各種到源52、54和56的連接。
現(xiàn)在參閱附圖2，其中的框圖包括了控制器24的電路，且所述控制器用于有選擇地將源52、54和56的輸出耦合到電極16、34、36和42。
具有頻率F1的低頻源52僅驅(qū)動下部電極組合13的中心電極16。為此，將源52的輸出通過電壓、電流和相位角度傳感器60以及開關(guān)62和64耦合到匹配/可調(diào)接地網(wǎng)58。網(wǎng)絡(luò)58包括可變電抗，所述電抗具有預(yù)設(shè)的值，以相對于源52的頻率而言在源52的輸出阻抗和區(qū)域8中的等離子體的預(yù)期阻抗之間提供近似的匹配。而傳感器60則得到指示在源52和匹配/可調(diào)接地網(wǎng)58之間流動的電流、源52的輸出和地58之間的電壓以及所述感應(yīng)的電壓和電流之間的相角的輸出信號。傳感器60將這些電流、電壓和相角信號提供給控制器66，后者響應(yīng)這些信號來控制源52的頻率，以便以本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉的方式在源52的輸出阻抗和處于源52的頻率的等離子體的阻抗之間維持基本精確的阻抗匹配。另外，如果源52的頻率是固定的，則傳感器60將這些電流、電壓和相角信號提供給控制器66，后者響應(yīng)這些信號來控制匹配網(wǎng)絡(luò)58的可變電抗，以便以本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉的方式在源52的輸出阻抗和處于源52的頻率的等離子體的阻抗之間維持基本精確的阻抗匹配。網(wǎng)絡(luò)58的可變電抗，當(dāng)其得到匹配時(shí)，將根據(jù)源52的頻率進(jìn)行近似的調(diào)整，以便為源52的頻率在兩個(gè)方向上提供低阻抗通道和為源54和56的頻率提供高阻抗通道，以便基本衰減源54和56的頻率，即網(wǎng)絡(luò)58拒用了這兩種頻率。當(dāng)源52的頻率隨操作員引起的其設(shè)定值的變化而發(fā)生變化時(shí)，控制器66相應(yīng)地改變網(wǎng)絡(luò)58的電抗，以便為源52的頻率維持所述低阻抗通道和相對于源52的頻率而言在所述源的輸出阻抗與所述等離子體的阻抗之間維持近似的匹配。
通常希望，當(dāng)源52驅(qū)動電極16時(shí)，在電極16和36之間能夠存在處于源52的頻率的電場。為此目的，將電極36有選擇地通過開關(guān)65和帶通濾波器67連接到地，且所述濾波器具有等于操作員設(shè)定的源52標(biāo)稱頻率的中心頻率。因此，處于源52的頻率的電流通過濾波器67從電極36流到地中，對于源54和56的頻率，該濾波器具有較大的阻抗，從而基本上阻斷了處于源54和56的頻率的電流。在這種情況下，常常希望將電極34和42連接到DC和RF地，而這可以通過讓控制器24合上分別連接于電極34和42與地之間的開關(guān)69和71達(dá)到。為其他目的，控制器24通過合上連接于電極16和地之間的開關(guān)72將電極16連接到RF和DC地。
在正常的運(yùn)行過程中，源52驅(qū)動電極16，且開關(guān)62和64按照圖示的方式進(jìn)行連接。然而，在其他情況下，在將源52與電極16解耦時(shí)，由控制器啟動開關(guān)62和64，以便使開關(guān)62和64分別與電阻器68和70的第一端子接合，且所述電阻器均具有等于源52的輸出阻抗的電阻值。電阻器68和70的第二端子連接到地，以便在將源52與電極16解耦時(shí)，源52的輸出驅(qū)動與源52的輸出阻抗匹配的負(fù)荷。在這些條件下，網(wǎng)絡(luò)58的輸入端子連接到電阻器70上，使得從電極16往回看網(wǎng)絡(luò)58的輸出端子的阻抗與源52耦合到電極16時(shí)的阻抗相等。此外，因?yàn)閷⒕W(wǎng)絡(luò)58根據(jù)源52的頻率進(jìn)行了近似的調(diào)整，從而網(wǎng)絡(luò)58提供了從電極16開始，經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)58的經(jīng)過調(diào)整的電路，并通過電阻器70連接到地的處于源52的頻率的低阻抗和從電極16開始，經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)58的經(jīng)過調(diào)整的電路，并通過電阻器70連接到地的處于源54和56的頻率的高阻抗。
具有頻率F2的中頻源54能夠驅(qū)動(1)僅僅電極16，(2)僅僅電極36，(3)電極16和電極36(同時(shí))，(4)僅僅電極34，(5)僅僅電極42，(6)電極34和36(同時(shí))，(7)電極34和42(同時(shí))，(8)電極36和42(同時(shí))。
為這些目的，將源54的輸出耦合到三位置共軸RF開關(guān)74，該開關(guān)具有有選擇地連接的、以便在不同時(shí)間驅(qū)動匹配/可調(diào)接地網(wǎng)76和78的第一和第二輸出端子。除網(wǎng)絡(luò)76和78為源54的頻率提供了匹配和可調(diào)的接地這一點(diǎn)以外，網(wǎng)絡(luò)76和78彼此相同，并與網(wǎng)絡(luò)66類似。這樣，網(wǎng)絡(luò)76和78讓處于源54的頻率的電流和電壓通過，但是阻斷了處于源52和56的頻率的電流和電壓。開關(guān)74包括連接到功率分配器80的輸入端口的第三端子，且所述功率分配器具有第一和第二輸出端口，在這些端口上，可以得到處于源54的頻率的、相位相反的功率。取決于其設(shè)計(jì)和設(shè)定值，分配器80的輸出端口處的功率可以相同或不同；可以由操作員人工設(shè)定，或由控制器24響應(yīng)其存儲器儲存的程序自動地設(shè)定分配器80的設(shè)定值。分別將處于分配器80的第一和第二輸出端口的功率同時(shí)地提供給網(wǎng)絡(luò)76和78。通過電壓、電流和相角傳感器82以及開關(guān)84和86，將功率從開關(guān)74的第一輸出端子或分配器80的第一輸出端子提供給網(wǎng)絡(luò)76的輸入端，而開關(guān)84和86則分別有選擇地通過電阻器88和90連接到地。通過電壓、電流和相角傳感器92以及開關(guān)94和96，將功率從開關(guān)74的第二輸出端子或分配器80的第二輸出端子提供給網(wǎng)絡(luò)78的輸入端，而開關(guān)94和96則分別有選擇地通過電阻器98和100連接到地。控制器102和104分別與網(wǎng)絡(luò)76和78以及傳感器82和92有關(guān)。響應(yīng)傳感器82和92的輸出以及操作員的輸入，控制器102和104以與之前用于控制器66的方式相同的方式控制網(wǎng)絡(luò)76和78的電抗值和源54的頻率。
響應(yīng)來自控制器24的控制信號，三位置共軸RF開關(guān)106有選擇地將網(wǎng)絡(luò)76的輸出連接到電極16或電極34，或是讓網(wǎng)絡(luò)76的輸出開路。響應(yīng)來自控制器24的控制信號，三位置共軸RF開關(guān)108與開關(guān)106一起有選擇地將網(wǎng)絡(luò)78的輸出連接到電極36或電極42，或是讓網(wǎng)絡(luò)78的輸出開路。在控制器24啟動開關(guān)74以將源54的輸出耦合到網(wǎng)絡(luò)76的同時(shí)，所述控制器合上開關(guān)106，以將網(wǎng)絡(luò)76的輸出連接到電極16或電極34。如果控制器24通過讓開關(guān)74接合其第一輸出端子來使得網(wǎng)絡(luò)76的輸出耦合到電極16，則該控制器(1)斷開開關(guān)72，以防止電極16接地和(2)斷開或合上開關(guān)69，以分別將電極34與地解耦或?qū)⑵浣拥?。如果控制?4通過讓開關(guān)74接合其第一輸出端子來使得網(wǎng)絡(luò)76的輸出耦合到電極34，則該控制器(1)斷開開關(guān)69，以防止電極34接地和(2)斷開或合上開關(guān)72，以分別將電極16與地解耦或?qū)⑵浣拥亍Ｈ绻刂破?4通過讓開關(guān)74接合其第二輸出端子來使得網(wǎng)絡(luò)78的輸出耦合到電極36，則該控制器(1)當(dāng)開關(guān)110合上時(shí)，斷開將電極36連接到RF和DC地的開關(guān)110，和(2)斷開或合上開關(guān)71，以分別將電極42與地解耦或?qū)⑵浣拥亍Ｈ绻刂破?4通過讓開關(guān)74接合其第二輸出端子來使得網(wǎng)絡(luò)78的輸出耦合到電極42，則該控制器(1)斷開開關(guān)71，以將電極42與地解耦和(2)斷開或合上開關(guān)110，以分別將電極36與地解耦或?qū)⑵浣拥?。如果控制?4啟動開關(guān)74，使得分配器80同時(shí)將功率分配給網(wǎng)絡(luò)76和78，則控制器24斷開開關(guān)69、71、72和110，以免連接到網(wǎng)絡(luò)76和/或78輸出端的電極16、34、36或42中的任何一個(gè)接地。
具有頻率F3的高頻源56可以驅(qū)動(1)僅僅電極16，(2)僅僅電極36，(3)電極16和36(同時(shí))，(4)僅僅電極34，(5)僅僅電極42，(6)電極34和36(同時(shí))，(7)電極34和42(同時(shí))，和(8)電極36和42(同時(shí))。
為這些目的，源56的輸出驅(qū)動與源54驅(qū)動的電路相同的電路，除了以下這一點(diǎn)將與源56相關(guān)的匹配/接地網(wǎng)112和114根據(jù)源56的標(biāo)稱頻率進(jìn)行調(diào)整，并將它們預(yù)設(shè)成使得網(wǎng)絡(luò)112和114通過來自源56的電流和電壓，但阻斷源52和54的電流和電壓。從而，將源56的輸出耦合到三位置共軸RF開關(guān)116，所述開關(guān)具有分別連接以驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)112、114和分配器118的第一、第二和第三輸出端子，且所述分配器具有連接的以驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)112和114的輸入端子的第一和第二輸出端子。將開關(guān)116和分配器118的第一輸出端子通過電壓、電流和相角傳感器120以及開關(guān)122和124有選擇地連接到匹配網(wǎng)絡(luò)112的輸入端子，同時(shí)將開關(guān)116和分配器118的第二輸出端子通過電壓、電流和相角傳感器126以及開關(guān)128和130有選擇地連接到匹配網(wǎng)絡(luò)114的輸入端子。分別將開關(guān)122、124、128和130通過電阻器131-134有選擇地連接到地，其中，每個(gè)電阻器具有與源56的輸出阻抗相等的電阻值?？刂破?36和138分別和網(wǎng)絡(luò)112和114以及傳感器120和126相關(guān)，以控制網(wǎng)絡(luò)112和114以及源56的頻率。
控制器24啟動(1)三位置共軸開關(guān)140，以有選擇地將網(wǎng)絡(luò)112的輸出連接到電極16或電極34，或是既不連接到電極16也不連接到電極34，和(2)三位置共軸開關(guān)142，以有選擇地將匹配網(wǎng)絡(luò)絡(luò)114的輸出連接到電極36或電極42，或是既不連接到電極36也不連接到電極42?？刂破?4，連同開關(guān)116和142的啟動，斷開了開關(guān)69、72和110，以防止連接到網(wǎng)絡(luò)112和114的輸出端子的電極16、34、36或42中的任何一個(gè)接地，如之前的涉及與源54相關(guān)的電路的部分所述。
控制器24啟動圖2中的各種開關(guān)，以便為幾種能應(yīng)用于電極16、34、36和42的幾個(gè)頻率的各種組合和排列提供較強(qiáng)的通用性。例如，可以將源52、54和56的低、中和高頻率同時(shí)應(yīng)用于電極16，同時(shí)，將開關(guān)69、71和110合上，以將電極34、36和42接地。在這些情況下，由于電場從電極16耦合到電極34、36和42的地電位，在等離子體封閉區(qū)8中，處于源52、54和56的每個(gè)頻率的能量的不同部分被分流到地。所述處于頻率F1、F2和F3的每個(gè)頻率的、從電極16耦合到電極34、36和42的地電位的能量數(shù)量是(1)與所述三種頻率中的每種頻率相關(guān)的波長、(2)電極16和36之間的距離、(3)電極16和34之間的距離、(4)電極36和42之間的距離的函數(shù)。此外，電極的幾何形狀和馬達(dá)47控制了室10中的電極的各種不同組合之間的距離。
第二種示例情形包括將所述較低和中間頻率應(yīng)用于下部電極16，同時(shí)將所述較高頻率應(yīng)用于上部電極36和將電極34和42接地，以及合上開關(guān)65，從而通過帶通濾波器67僅為所述較低頻率提供了從電極36開始到地的低阻抗通道。此外，合上開關(guān)96和142，以將電極36連接到網(wǎng)絡(luò)78的輸出端子，并將網(wǎng)絡(luò)78的輸入端子通過電阻100連接到地，這樣，便為源54的中間頻率形成了從電極36開始，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)78到地的低阻抗通道。由于源56的較高頻率和電極36和42之間的相對較近的間隔，因而處于所述較高頻率的電場傾向于主要存在于區(qū)域8的上部，以便為離解從源37流入到區(qū)域8中的氣體提供相對較大的電場密度。處于所述高頻的電場不傾向于耦合到電極16，因?yàn)閺碾姌O16到地不存在對于所述較高頻率的低阻抗通道。網(wǎng)絡(luò)58和76實(shí)際上是用于所述較低和中間頻率的、并拒絕所述高頻率電流的帶通濾波器。由于網(wǎng)絡(luò)58和76對于所述較高頻率具有較高的阻抗，因而它們將所述較高頻率與電極16進(jìn)行了解耦。
與和較高頻率F3相關(guān)的電場不同，和源52的較低頻率F1相關(guān)的電場從電極16延伸到(1)電極34，(2)電極36和(3)電極42。電極36中所得的處于頻率F1的電流通過濾波器67的低阻抗通道流入地中。因此，與頻率F1相關(guān)的電場影響了遍及區(qū)域8的離子能量。
與源54的中間頻率相關(guān)的電場主要從電極16延伸到電極34和36，并在較小的程度上延伸到電極42。電極36中所得的處于頻率F2的電流通過網(wǎng)絡(luò)78的低阻抗通道經(jīng)由開關(guān)108、96和電阻器100流入地中。
第三種示例情形包括將所述較低和中間頻率應(yīng)用于下部的電極16和將所述中間頻率應(yīng)用于上部的電極36，同時(shí)，將電極34和42接地以及合上開關(guān)65，從而，僅為所述較低頻率提供了從電極36經(jīng)過帶通濾波器67到地的低阻抗通道。從而，以與之前所述的用于第二種示例情形的方式相同的方式，將源52的較低頻率耦合到區(qū)域8中的等離子體。對第三種示例情形而言，源56的較高頻率并不是一個(gè)考慮因素，因?yàn)榭刂破?4造成了開關(guān)140和142與它們開路的端子進(jìn)行接合。通過讓開關(guān)74接合其第三輸出端子，以使分配器80響應(yīng)來自源54的功率，將源54的中間頻率耦合到電極16和36?？刂破?4合上開關(guān)106和108，以便使網(wǎng)絡(luò)76和78的輸出分別驅(qū)動電極16和36。因此，處于所述中間頻率的電場耦合于(1)電極16和36，(2)電極16和34，和(3)電極36和42之間。結(jié)果，處于所述中間頻率的電場影響了遍及區(qū)域8的離子能量、等離子體密度和分子離解。
第四種示例情形包括將所述較低頻率應(yīng)用于電極16和將所述中間和較高頻率應(yīng)用于電極36，同時(shí)，將電極34和42接地。在這種情況下，控制器24啟動(1)開關(guān)74和116，使它們到達(dá)各自的第二位置，(2)開關(guān)108和142，以便將網(wǎng)絡(luò)78和114的輸出端子連接到電極36，(3)開關(guān)94和96，以便將網(wǎng)絡(luò)78的輸入端子連接到傳感器92，(4)開關(guān)128和130，以便將網(wǎng)絡(luò)114的輸入端子連接到傳感器126，(5)開關(guān)106和140，以便將網(wǎng)絡(luò)76和112的輸出端子分別連接到電極16和開路，和(6)開關(guān)86和124，以便將網(wǎng)絡(luò)76和112的輸入端子分別通過電阻90和132連接到地。因此，源52的較低頻率具有從電極36經(jīng)過帶通濾波器67到地的低阻抗通道，但是源54和56不具有這樣的從電極36到地的低阻抗通道。結(jié)果，以與之前所述的用于第二種示例情形的方式相同的方式將源52的較低頻率耦合到8中的等離子體。存在從網(wǎng)絡(luò)78的輸出端子開始，通過開關(guān)108到達(dá)電極36的低阻抗通道，從此，該通道通過區(qū)域8中的等離子體到達(dá)(1)電極16，并通過網(wǎng)絡(luò)76、開關(guān)86和電阻器98到地和(2)電極42并到地。因此，處于所述中間頻率的大量電場在區(qū)域8中存在于電極36和42以及電極16和36之間。結(jié)果，主要控制存在對區(qū)域8的上部、電極16和36之間的區(qū)域8的中心部分的離子分布。對這種情形而言，源56的較高頻率的僅有的低阻抗通道處于電極36和42之間。電極16和36之間不存在用于源56的較高頻率的低阻抗通道，因?yàn)?，通過將開關(guān)140開路，已經(jīng)將電極16與網(wǎng)絡(luò)112的輸出端子進(jìn)行了解耦。電極36和34之間的間隔對于源56的較高頻率使得電極34和36之間的等離子體的阻抗遠(yuǎn)大于電極36和42之間的阻抗。因此，以與之前所述的用于第二種示例情形的方式相同的方式，源56的較高頻率影響了區(qū)域8中的等離子體。
在第五種示例情形中，將源52和54的較低和中間頻率應(yīng)用于下部電極16，同時(shí)將電極34、36和42接地。為此，控制器24合上開關(guān)106，以將網(wǎng)絡(luò)76輸出端連接到電極16，同時(shí)合上開關(guān)69、71和110。從而，以與所述的用于第一種示例情形的所述較低和中間頻率的方式相同的方式，源52和54的較低和中間頻率影響了區(qū)域8中的等離子體。由于與第三種示例情形中所闡明的相同的原因，區(qū)域8中的等離子體未受到源56的較高頻率的影響。
在其他的示例情形中，控制器24能夠控制圖2中的各種開關(guān)，使得只有源52的較低頻率連接到電極16，而源54和源56沒有連接到任何電極。在這樣的情況下，控制器24合上開關(guān)110，且室10以略顯簡單的方式對工件進(jìn)行加工。此外，控制器24能將源54和56中的任一個(gè)或這兩者的輸出連接到電極16、34、36和42中的任一個(gè)電極。例如，可能希望將源56的較高頻率耦合于電極16和36之間，同時(shí)將源54的中間頻率耦合于電極36和34之間。在這樣的情況下，控制器(1)斷開開關(guān)69、71、72、110，(2)合上開關(guān)74、94和96以及開關(guān)116、128和130，以便將源54和56的輸出分別應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)78和114的輸入端子，(3)合上開關(guān)108和142，以便將網(wǎng)絡(luò)78和114的輸出連接到電極36，(4)合上開關(guān)106和86，以便為源54的中間頻率形成從電極34開始，經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)76和電阻器94到地的低阻抗通道，和(5)合上開關(guān)140和124，以便為源56的較高頻率形成從電極16開始，經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)112和電阻器132到地的低阻抗通道。因此，在區(qū)域8中建立了電場，所述電場(1)僅用于處于電極16和36之間的源56的較高頻率，和(2)僅用于處于電極34和36之間的源54的中間頻率。因?yàn)閷τ谠?4的中間頻率而言，不存在從電極16到地的低阻抗通道，因此，沒有為所述中間頻率在電極16和36之間的區(qū)域8中建立很強(qiáng)的電場。因?yàn)閷τ谠?6的較高頻率而言，不存在從電極34到地的低阻抗通道，因此，沒有為所述較高頻率在電極34和36之間的區(qū)域8中建立很強(qiáng)的電場。同樣應(yīng)當(dāng)理解，可以用與所述和圖示的電路類似的合適帶通濾波器電路專為源56的較高頻率提供電極36和42之間的低阻抗通道。
現(xiàn)在參閱附圖的圖3，其中示出了室10的第二個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖3中的實(shí)施例與圖1中的實(shí)施例類似，但是圖3中的實(shí)施例具有體積大得多的、延伸到室的壁12和基座19的等離子體封閉區(qū)。因此，圖3中的實(shí)施例沒有包括條板44，并且，通過使用真空泵9的壓力控制，唯一地控制了用等離子體加工工件18時(shí)的壓力。金屬環(huán)40的整個(gè)下表面，環(huán)32的側(cè)壁和側(cè)壁12的內(nèi)表面均已接地，并確定了圖3中的實(shí)施例中的等離子封閉區(qū)的邊界的各個(gè)部分。為防止金屬環(huán)40的下表面的任何部分對等離子體造成化學(xué)污染，環(huán)32的側(cè)壁或側(cè)壁12的內(nèi)表面，所有這些表面上均覆蓋了板100，且所述板由不污染區(qū)域8中的等離子體的化學(xué)性質(zhì)的、本征硅之類的導(dǎo)電或介質(zhì)材料制成。因?yàn)閭?cè)壁12是圖3中的實(shí)施例中的等離子體封閉區(qū)的一部分，因而以與所述的用于控制圖1的實(shí)施例中的電極組合14的方式相同的方式對所述側(cè)壁的溫度進(jìn)行控制。
圖3的實(shí)施例中的電極對幾種RF頻率產(chǎn)生響應(yīng)，并且，以與聯(lián)系圖1和圖2所述的方式類似的方式對所述電極進(jìn)行了控制。由于圖3的實(shí)施例中的等離子體密封區(qū)的較大體積和復(fù)雜形狀的原因，使得圖3的室中的電場明顯地不同于圖1的室中的電場。然而，在某種程度上，圖3的實(shí)施例中的電場對于等離子體的影響與聯(lián)系圖1和圖2的實(shí)施例的說明所述的對應(yīng)電場對等離子體的影響相類似。
圖9A和9B示出了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)800，該系統(tǒng)適于實(shí)施在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的控制器24。圖9A示出了所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一種可能的物理形式。當(dāng)然，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以具有從集成電路、印刷電路板和小型的手持裝置到較大的超級計(jì)算機(jī)等許多種物理形式。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)800包括監(jiān)視器802、顯示器804、機(jī)箱806、磁盤驅(qū)動器808、鍵盤810和鼠標(biāo)812。磁盤814是一種用來將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)800和從該系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
圖9B是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)800的框圖的一個(gè)實(shí)例。連接到系統(tǒng)總線820的是許多種子系統(tǒng)。處理器822(也稱為中央處理單元或CPU)耦合到存儲裝置，包括存儲器824。存儲器824包括隨機(jī)存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。如本行業(yè)中眾所周知的，ROM用來將數(shù)據(jù)和指令單向地傳送給CPU，且RAM通常用來在兩個(gè)方向上傳送數(shù)據(jù)和指令。這兩種存儲器可以包括以下所述的任何合適的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。同樣，固定磁盤826雙向地耦合到所述CPU822；所述固定磁盤提供了額外的數(shù)據(jù)存儲容量，并可以包括以下所述的任何計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)?？梢杂霉潭ù疟P826存儲程序、數(shù)據(jù)等等，且所述固定磁盤通常是比主存儲器慢的第二存儲器(如硬盤)。將會理解，在適當(dāng)?shù)那闆r下，可以以標(biāo)準(zhǔn)方式將固定磁盤826中保存的信息以虛擬內(nèi)存的形式包含到存儲器824之中。可移動磁盤814則可以采取以下所述的任何計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的形式。
CPU822也耦合到顯示器804、鍵盤810、鼠標(biāo)812和揚(yáng)聲器830之類的多種輸入/輸出設(shè)備上。一般地，輸入/輸出裝置可以是以下任意一種視頻顯示器、跟蹤球、鼠標(biāo)、鍵盤、麥克風(fēng)、觸摸顯示器、傳感器式的讀卡機(jī)、磁帶或紙帶閱讀器、圖形輸入板、指示筆、聲音或筆跡識別器、生物特征閱讀器或其他計(jì)算機(jī)。使用網(wǎng)絡(luò)接口840，可將CPU822任選地耦合到另一臺計(jì)算機(jī)或電信網(wǎng)絡(luò)。我們考慮，使用這樣的網(wǎng)絡(luò)接口，在執(zhí)行上述的方法步驟的過程中，所述CPU可以接收來自所述網(wǎng)絡(luò)的信息，也可以將信息輸出到所述網(wǎng)絡(luò)。而且，可以單獨(dú)地通過CPU822執(zhí)行，或與分擔(dān)了一部分處理量的遠(yuǎn)方CPU一起在因特網(wǎng)之類的網(wǎng)上執(zhí)行本發(fā)明的方法實(shí)施例。
此外，本發(fā)明的實(shí)施例還涉及具有計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的計(jì)算機(jī)存儲產(chǎn)品，所述介質(zhì)存儲了用于執(zhí)行各種用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的操作的計(jì)算機(jī)代碼。所述介質(zhì)和計(jì)算機(jī)代碼可以是為本發(fā)明的目的而特別設(shè)計(jì)和制造的，或者，它們可以是計(jì)算機(jī)軟件行業(yè)人員熟知的和可得到的。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的實(shí)例包括，但不限于硬盤、軟盤和磁帶之類的磁介質(zhì)；CD-ROM和全息裝置之類的光介質(zhì)；光磁軟盤之類的磁-光介質(zhì)；以及專門配置成儲存和執(zhí)行程序代碼的硬件裝置，如專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯裝置(PLD)、ROM和RAM裝置。計(jì)算機(jī)代碼的實(shí)例包括由編譯器產(chǎn)生的機(jī)器碼，和包含由使用解釋程序的計(jì)算機(jī)執(zhí)行的更高級代碼的文件。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)也可以是表示了可以由處理器執(zhí)行的指令序列的、由包含于載波之中的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)挠?jì)算機(jī)代碼。
圖4是在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中采用的過程的高級流程圖。將具有蝕刻層和所述蝕刻層上放有掩模的襯底放置于加工室中(步驟404)。該加工室可以是圖1和圖3中示出的加工室中的任一種，并能夠同時(shí)提供處于至少三種不同頻率的RF功率。圖5A是襯底504的示意的橫截面圖，所述襯底具有要蝕刻的層508，且在所述層上放有掩模512。將要蝕刻的所述掩模材料可以是各種類型的光刻膠(如DUV，193nm或157nm)或不同的硬掩模材料(如多晶硅，氮化鈦等)。
將蝕刻氣體引入所述加工室(步驟408)。該蝕刻氣體可以是傳統(tǒng)的蝕刻氣體。為第一蝕刻步驟提供了第一頻率、不同于第一頻率的第二頻率和不同于第一頻率與第二頻率的第三頻率，其中，所述第一蝕刻在所述介質(zhì)層中蝕刻所述特征至第一深度(步驟412)。圖5B是在蝕刻層508將特征516蝕刻到第一深度520后，具有蝕刻層508的襯底504的示意的橫截面圖。將用于所述RF源的功率設(shè)定值進(jìn)行優(yōu)化，以在產(chǎn)生由所述特征寬度與所述特征深度之比定義的所述縱橫比時(shí)，蝕刻所述第一深度。在一個(gè)實(shí)例中，所述第一頻率處于第一功率值，所述第二頻率處于第二功率值，所述第三頻率處于第三功率值，其中，至少所述第一功率值和第三功率值大于零，且所述第一蝕刻在所述介質(zhì)層中蝕刻所述特征至第一深度。
為第二蝕刻步驟提供了不同于第一蝕刻步驟的功率，其中，所述第二蝕刻在所述介質(zhì)層中蝕刻所述特征至比所述第一深度大的第二深度(步驟416)。圖5C是在蝕刻層508將特征516蝕刻到比所述第一深度更深的第二深度524后，具有蝕刻層508的襯底504的示意的橫截面圖。將用于所述RF源的功率設(shè)定值進(jìn)行優(yōu)化，以在產(chǎn)生由所述特征寬度與所述特征深度之比定義的所述縱橫比時(shí)，從所述第一深度蝕刻到所述第二深度。為繼續(xù)以上實(shí)例，所述第一頻率處于第四功率值，所述第二頻率處于第五功率值，所述第三頻率處于第六功率值，其中，所述第四和第六功率值中至少有一個(gè)大于零，且所述第五功率值大于零，并且，從所述第一功率值不等于所述第四功率值和所述第三功率值不等于所述第六功率值的組中選取了某一條件，其中，所述第二蝕刻在介質(zhì)層中蝕刻所述特征至大于所述第一深度的第二深度。
以不同于第二蝕刻步驟的功率提供第三蝕刻步驟，其中，所述第三蝕刻步驟在介質(zhì)層中蝕刻所述特征至大于所述第二深度的第三深度。圖5D是在蝕刻層508將特征516蝕刻到比所述第二深度更深的第三深度528后，具有蝕刻層508的襯底504的示意的橫截面圖。將用于所述RF源的功率設(shè)定值進(jìn)行優(yōu)化，以在產(chǎn)生由所述特征寬度與所述特征深度之比定義的所需縱橫比時(shí)，從所述第二深度蝕刻到所述第三深度。為繼續(xù)以上實(shí)例，所述第一頻率處于第七功率值，所述第二頻率處于第八功率值，所述第三頻率處于第九功率值，其中，所述第七、第八和第九功率值中至少有兩個(gè)大于零，并且，從所述第七功率值不等于所述第四功率值、第八功率值不等于所述第五功率值和所述第九功率值不等于所述第六功率值的組中選取了某一條件，其中，所述第三蝕刻在介質(zhì)層中蝕刻所述特征至大于所述第二深度的第三深度。所述高縱橫比接觸件蝕刻不必限于僅僅3步。根據(jù)HAR蝕刻的控制需要，可以采用更多或更少的步驟，以控制沿蝕刻過程的輪廓。
對于高縱橫比接觸件HARC，當(dāng)接觸件蝕刻得更深時(shí)，蝕刻的機(jī)制會發(fā)生變化。例如，隨著蝕刻深度的增加，蝕刻速度會降低。此外，彎曲也可能增加，且對掩模的蝕刻選擇性會降低。隨著蝕刻的進(jìn)行，使用至少三種頻率和改變這些頻率的功率值允許將所得的等離子體根據(jù)蝕刻深度和所需的輪廓進(jìn)行調(diào)整，從而提供了改進(jìn)的和經(jīng)過優(yōu)化的蝕刻。而這可以通過使用各種頻率的不同RF功率和相同的蝕刻反應(yīng)物的混合物來實(shí)現(xiàn)。通常，為了控制沿蝕刻的輪廓，使用了不同的蝕刻反應(yīng)物的混合物。使用這種方法的原因主要是，它們提供了等離子體中不同的離子種類。相反的，在本發(fā)明中，控制等離子體中的粒子組成是通過使用各種頻率的RF功率來實(shí)現(xiàn)的。
圖6A-C總結(jié)了蝕刻過程中的具體時(shí)間處的蝕刻輪廓和每一步所需的功率條件(在之前的段落中已有陳述)。這些圖涉及3個(gè)步驟的蝕刻過程，其中d1是步驟S1后的蝕刻深度(如圖6A所示)，d2是步驟S2后的蝕刻深度(如圖6B所示)，d3是步驟S3后的蝕刻深度(如圖6C所示)。P1至P9是用于使用的功率值的符號，且F1、F2、F3是使用的頻率。
表1總結(jié)了所述三個(gè)步驟中的每一個(gè)步驟所需的功率條件。
表1

對于步驟S1，如圖6A所示，頻率F1設(shè)定為功率值P1，頻率F2設(shè)定為功率值P2，頻率F3設(shè)定為功率值P3。(P1＞0和P3＞0)或(P1＞0和P2＞0)。
對于S2，如圖6B所示，頻率F1設(shè)定為功率值P4，頻率F2設(shè)定為功率值P5，頻率F3設(shè)定為功率值P6。P4≠P1或P6≠P3或P5≠P1。(P4＞0和(P5＞0或P6＞0))或(P4＞0和(P5＞0和P6＞0))。
對于S3，如圖6C所示，頻率F1設(shè)定為功率值P7，頻率F2設(shè)定為功率值P8，頻率F3設(shè)定為功率值P9。P7≠P4或P8≠P5或P9≠P6(P7＞0和P8＞0)或(P7＞0和P9＞0)或(P8＞0和P9＞0)或(P7＞0和P8＞0和P9＞0)。
為簡單起見，詳細(xì)說明了這種情況，但是這些步驟的組合或排列也是可能的(如讓S2代替S3，讓S3代替S2，或者甚至將S3排除出去)。同樣，取決于蝕刻的難度，可以加入更多的蝕刻步驟，以進(jìn)行完全的蝕刻過程。交替進(jìn)行各蝕刻步驟也是可以的，(如在S2后進(jìn)行S3，并且這兩個(gè)步驟均進(jìn)行較短時(shí)間，然后又進(jìn)行S2和S3)。
優(yōu)選地，所述第—頻率處于100KHz到10MHz的范圍內(nèi)。更優(yōu)選地，所述第一頻率約為2MHz。優(yōu)選地，所述第二頻率處于10MHz到35MHz的范圍內(nèi)。更優(yōu)選地，所述第二頻率約為27MHz。優(yōu)選地，所述第三頻率大于40MHz。更優(yōu)選地，所述第三頻率約為60MHz。
圖7中示出了蝕刻化學(xué)混合物相同和功率值相同時(shí)的粒子組成。為每種特定的頻率，將每種特定的離子的離子流量規(guī)格化為一。第一條曲線604示出了CF3+在各種頻率時(shí)在總的離子流量中所占比例。第二條曲線608示出了C2F4+在各種頻率時(shí)在總的離子流量中所占比例。第三條曲線612示出了CF+在各種頻率時(shí)在總的離子流量中所占比例。第四條曲線616示出了C3F5+在各種頻率時(shí)在總的離子流量中所占比例。第五條曲線620示出了Ar+在各種頻率時(shí)在總的離子流量中所占比例。第六條曲線624示出了CHF2+在各種頻率時(shí)在總的離子流量中所占比例。第七條曲線628示出了C2F5+在各種頻率時(shí)在總的離子流量中所占比例。這張圖說明了各種頻率是如何影響粒子組成比例的。因此，可以通過在蝕刻過程中改變RF頻率來控制等離子體中的粒子組成。
圖8A示出了作為相同頻率(27MHz)的RF功率的函數(shù)的離子能量和分布的變化。圖中表示了氫氟碳化合物等離子體中的一種主要離子CHF2+(具有51個(gè)原子單位的質(zhì)量)的離子能量分布。曲線704示出了當(dāng)僅將27MHz的、處于200W的功率值的信號提供給等離子體時(shí)，離子CHF2+的離子能量及其分布。曲線708示出了當(dāng)將27MHz的、處于400W的功率值的信號提供給等離子體時(shí)，離子CHF2+的離子能量及其分布。第三條曲線712示出了當(dāng)將27MHz的、處于800W的功率值的信號提供給等離子體時(shí)，離子CHF2+的離子能量及其分布。第四條曲線716示出了當(dāng)將27MHz的、處于1200W的功率值的信號提供給等離子體時(shí)，離子CHF2+的離子能量及其分布。第五條曲線720示出了當(dāng)將27MHz的、處于1600W的功率值的信號提供給等離子體時(shí)，離子CHF2+的離子能量及其分布。第六條曲線724示出了當(dāng)將27MHz的、處于2000W的功率值的信號提供給等離子體時(shí)，離子CHF2+的離子能量及其分布。
通過比較，圖8B示出了作為用于相同的較高頻率(60MHz)的RF功率的函數(shù)的相同離子CHF2+的離子能量及其分布的變化。曲線744示出了當(dāng)僅將60MHz的、處于100W的功率值的信號提供給等離子體時(shí)，離子CHF2+的離子能量及其分布。曲線748示出了當(dāng)將60MHz的、處于200W的功率值的信號提供給等離子體時(shí)，離子CHF2+的離子能量及其分布。第三條曲線752示出了當(dāng)將60MHz的、處于400W的功率值的信號提供給等離子體時(shí)，離子CHF2+的離子能量及其分布。第四條曲線756示出了當(dāng)將60MHz的、處于800W的功率值的信號提供給等離子體時(shí)，離子CHF2+的離子能量及其分布。第五條曲線760示出了當(dāng)將60MHz的、處于1100W的功率值的信號提供給等離子體時(shí)，離子CHF2+的離子能量及其分布。
通過比較圖8A和圖8B，顯然，使用某一具體的RF頻率(如27MHz)不能得到所述的具體離子能級(如低至80W)，但是，可以用較高的RF頻率(如60MHz)得到所述的離子能級?？傊ㄟ^改變RF頻率和功率值，不僅可以改變等離子體中的粒子組成，也可以改變離子能量及其分布。
在蝕刻高縱橫比特征時(shí)，隨著蝕刻的進(jìn)行，本發(fā)明隨蝕刻優(yōu)化了不同的蝕刻條件(如離子與中性粒子之比，離子能量分布)。在HAR接觸件蝕刻開始時(shí)，可以采用較少侵犯性的蝕刻條件。而這將確保良好的PR(光刻膠)選擇性、較少的PR小面，從而導(dǎo)致了更少的彎曲。而這可以通過優(yōu)先使用較高頻率的功率(如60MHz或更高)和讓較低的頻率(如27MHz和2MHz)處于相對較低的功率值來實(shí)現(xiàn)。通過使用這種蝕刻，直到所述蝕刻經(jīng)過彎曲層(bow level)為止，可以進(jìn)一步避免彎曲的形成。隨著縱橫比的增加，所述離子與中性粒子之比也將降低，并且，還將觀察到蝕刻和離子能量之間的更為明顯的相關(guān)性。從而，需要更高的離子能量來進(jìn)行所述蝕刻?？梢酝ㄟ^在蝕刻過程的后期優(yōu)先使用處于不同功率值的27MHz和2MHz的頻率來實(shí)現(xiàn)此目的。而這可以通過增加來自27MHz和/或2MHz RF源的功率和減少來自60MHz功率源的功率來實(shí)現(xiàn)。增加來自27MHz的RF源的功率也增加了掩模的選擇性。而這在蝕刻高縱橫比的接觸件時(shí)是非常有用的。
還發(fā)現(xiàn)需要合適數(shù)量的選擇性來減少彎曲(bowing)。過多或過少的選擇性均會增加彎曲。
本發(fā)明的實(shí)施例中使用的蝕刻氣體可以含有氟碳化合物或氫氟碳化合物成分?？梢詫搴?或氙和/或任何惰性氣體加入到所述蝕刻氣體中。氧可以是所述蝕刻氣體的另一種成分。
優(yōu)選地，要蝕刻的層是介質(zhì)層。更優(yōu)選地，要蝕刻的層是二氧化硅層。優(yōu)選地，要蝕刻的層是單一的層。更優(yōu)選地，要蝕刻的層是單一的均質(zhì)層。
實(shí)例實(shí)例1在這個(gè)實(shí)例中，使用基本的C4F8化學(xué)成分在氧化物中蝕刻接觸件。
所述蝕刻使用由250sccm的Ar、28sccm的C4F8和10sccm的O2組成的蝕刻氣體，且所述氣體流入到所述室中。室的壓力設(shè)定為50毫托。第一RF功率源提供了頻率為2MHz的第一RF信號。第二功率源提供了頻率為27MHz的第二RF信號。第三功率源提供了頻率為60MHz的第三RF信號。
在第一蝕刻步驟中，所述第一功率源提供2MHz的2000w功率，所述第二功率源提供27MHz的0w功率，而所述第三功率源提供60MHz的1000w功率。該步驟持續(xù)120秒。
在第二蝕刻步驟中，所述第一功率源提供2MHz的1400w功率，所述第二功率源提供27MHz的1400w功率，而所述第三功率源提供60MHz的200w功率。該步驟持續(xù)120秒。
所得的特征具有3.0μm的深度和0.18μm的上部CD。因此，所述特征的縱橫比為3.0/0.18，即約為16.7。
實(shí)例2在這個(gè)實(shí)例中，使用基本的C4F6化學(xué)成分，在氧化物中蝕刻接觸件。
所述蝕刻使用由400sccm的Ar、30sccm的C4F6和24sccm的O2組成的蝕刻氣體，且所述氣體流入到所述室中。室的壓力設(shè)定為35毫托。第一RF功率源提供了頻率為2MHz的第一RF信號。第二功率源提供了頻率為27MHz的第二RF信號。第三功率源提供了頻率為60MHz的第三RF信號。
在第一蝕刻步驟中，所述第一功率源提供2MHz的2000w功率，所述第二功率源提供27MHz的200w功率，而所述第三功率源提供60MHz的1000w功率。該步驟持續(xù)100秒。
在第二蝕刻步驟中，所述第一功率源提供2MHz的2000w功率，所述第二功率源提供27MHz的600w功率，而所述第三功率源提供60MHz的600w功率。該步驟持續(xù)100秒。
在第三蝕刻步驟中，所述第一功率源提供2MHz的1400w功率，所述第二功率源提供27MHz的1500w功率，而所述第三功率源提供60MHz的100w功率。該步驟持續(xù)80秒。
所得的特征具有2.6μm的深度和0.16μm的上部CD。因此，所述特征的縱橫比為2.6/0.16，即約為16.25。
盡管用幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例說明了本發(fā)明，但是，還存在處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)的變形、排列、修改和各種替代性的等同物。同樣應(yīng)當(dāng)注意，存在許多實(shí)施本發(fā)明的方法和設(shè)備的其他方法。因此，本文的意圖是將后附的權(quán)利要求書理解為包括所有這些處于本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍之內(nèi)的變形、排列、修改和各種替代性的等同物。
權(quán)利要求
1.一種用于通過掩模在襯底上要蝕刻的層中蝕刻高縱橫比特征的方法，包括將所述襯底放置于加工室中，該加工室能夠提供處于第一頻率的、不同于所述第一頻率的第二頻率的和不同于所述第一和第二頻率的第三頻率的RF功率；將蝕刻氣體引入到所述加工室；提供第一蝕刻步驟，其中，所述第一頻率處于第一功率值，所述第二頻率處于第二功率值，所述第三頻率處于第三功率值，其中，所述第一功率值和第二與第三功率值中至少一個(gè)大于零，且所述第一蝕刻在要蝕刻的層中蝕刻所述特征至第一深度；以及提供第二蝕刻步驟，其中，所述第一頻率處于第四功率值，所述第二頻率處于第五功率值，所述第三頻率處于第六功率值，其中，所述第四與第六功率值中至少一個(gè)大于零，且所述第五功率值大于零，其中，從所述第一功率值不等于所述第四功率值和所述第三功率值不等于所述第六功率值的組中選取某一條件，其中，所述第二蝕刻在要蝕刻的層中蝕刻所述特征至大于所述第一深度的第二深度。
2.如權(quán)利要求1中所述的方法，其中，要蝕刻的層是介質(zhì)層。
3.如權(quán)利要求2中所述的方法，其中，所述介質(zhì)層是單一層。
4.如權(quán)利要求3中所述的方法，其中，所述的單一層是均勻?qū)印?br> 5.如權(quán)利要求4中所述的方法，還包括第三蝕刻步驟，其中，所述第七、第八和第九功率值中至少兩個(gè)大于零，且從所述第七功率值不等于所述第四功率值、所述第八功率值不等于所述第五功率值、所述第九功率值不等于所述第六功率值的組中選取了某一條件，其中，所述第三蝕刻在所述介質(zhì)層中蝕刻所述特征至大于所述第二深度的第三深度。
6.如權(quán)利要求5中所述的方法，其中，所述第一頻率處于100KHz和10MHz之間，所述第二頻率處于10MHz和約35MHz之間，且所述第三頻率大于40MHz。
7.如權(quán)利要求5中所述的方法，其中，所述第一頻率約為2MHz，所述第二頻率約為27MHz，且所述第三頻率約為60MHz。
8.如權(quán)利要求5中所述的方法，其中，所述蝕刻氣體包括從碳氟化合物和碳?xì)浞衔锏慕M中選出的一種成分氣體。
9.如權(quán)利要求1中所述的方法，還包括第三蝕刻步驟，其中，所述第七、第八和第九功率值中至少兩個(gè)大于零，且從所述第七功率值不等于所述第四功率值、所述第八功率值不等于所述第五功率值、所述第九功率值不等于所述第六功率值的組中選取了某一條件，其中，所述第三蝕刻在所述介質(zhì)層中蝕刻所述特征至大于所述第二深度的第三深度。
10.如權(quán)利要求9中所述的方法，其中，所述第一頻率處于100KHz和10MHz之間，所述第二頻率處于10MHz與約35MHz之間，且所述第三頻率大于40MHz。
11.一種以權(quán)利要求1中所述的方法形成的半導(dǎo)體裝置。
12.一種用于在襯底上的介質(zhì)層中蝕刻高縱橫比特征的方法，包括將所述襯底放置在加工室中，該加工室能夠提供處于第一頻率的、不同于所述第一頻率的第二頻率的和不同于所述第一和第二頻率的第三頻率的RF功率；將蝕刻氣體引入到所述加工室；提供第一蝕刻步驟，用所述第一頻率、所述第二頻率和所述第三頻率在所述蝕刻層上蝕刻所述特征至第一深度；提供第二蝕刻步驟，用所述第一頻率、所述第二頻率和所述第三頻率，且至少其中一個(gè)頻率處于與第一蝕刻步驟中使用的頻率不同的功率值，在所述蝕刻層上蝕刻所述特征至比所述第一深度大的第二深度；提供第三蝕刻步驟，用所述第一頻率、所述第二頻率和所述第三頻率，且至少其中一個(gè)頻率處于與第二蝕刻步驟中使用的頻率不同的功率值，以在所述蝕刻層上蝕刻所述特征至比所述第二深度大的第三深度。
13.如權(quán)利要求12中所述的方法，其中，要蝕刻的層是介質(zhì)層。
14.如權(quán)利要求13中所述的方法，其中，所述介質(zhì)層是單一層。
15.如權(quán)利要求14中所述的方法，其中，所述單一層是均勻?qū)印?br> 16.如權(quán)利要求12中所述的方法，其中，所述第一頻率處于100KHz與10MHz之間，所述第二頻率處于10MHz與約35MHz之間，且所述第三頻率大于40MHz。
17.一種用于通過掩模在襯底上的蝕刻層中蝕刻特征的設(shè)備，包括等離子體加工室，該室包括形成等離子體加工室外殼的室壁；所述等離子體加工室外殼內(nèi)的用于支持襯底的襯底支撐；用于調(diào)節(jié)所述等離子體加工室外殼中的壓力的壓力調(diào)節(jié)器；為所述等離子體加工室外殼供電以維持等離子體的至少一個(gè)電極；用于將氣體引入所述等離子體加工室外殼的氣體入口；以及用于將氣體從所述等離子體加工室外殼中排放出去的氣體出口；與所述氣體入口之間能流動氣體的氣源；第一功率源，它用于在所述室壁內(nèi)提供處于第一頻率的功率；第二功率源，它用于在所述室壁內(nèi)提供處于不同于所述第一頻率的第二頻率的功率；第三功率源，它用于在所述室壁內(nèi)提供處于不同于所述第一頻率和第二頻率的第三頻率的功率；可控地連接到所述氣體入口、第一功率源、第二功率源和第三功率源的控制器，該控制器包括至少一個(gè)處理器；以及計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，包括用于通過所述氣體入口引入蝕刻氣體的計(jì)算機(jī)可讀代碼；用于執(zhí)行第一蝕刻步驟的計(jì)算機(jī)可讀代碼，該步驟包括提供來自所述第一功率源的處于第一功率值的能量；提供來自所述第二功率源處于第二功率值的的能量；提供來自所述第三功率源的處于第三功率值的能量；其中，所述第一功率值和第三功率值大于零，且用所述第一蝕刻來在要蝕刻的層上蝕刻所述特征至第一深度；以及用于執(zhí)行第二蝕刻步驟的計(jì)算機(jī)可讀代碼，該步驟包括提供來自所述第一功率源的處于第四功率值的能量；提供來自所述第二功率源的處于第五功率值的能量；提供來自所述第三功率源的處于第六功率值的能量；其中，所述第一功率值和第三功率值大于零，且用所述第一蝕刻來在將要蝕刻的層上蝕刻所述特征至第一深度；其中，所述第四和第六功率值中至少有一個(gè)大于零，且所述第五功率值大于零，并從第一功率值不等于第四功率值和第三功率值不等于第六功率值的組中選取了一個(gè)條件，其中，所述第二蝕刻在要蝕刻的層中蝕刻所述特征至大于所述第一深度的第二深度。
18.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中所述第一頻率處于100KHz與10MHz之間，所述第二頻率處于10MHz與約35MHz之間，且所述第三頻率大于40MHz。
全文摘要
提供了一種用于通過掩模將高縱橫比特征蝕刻到襯底上的層中的方法。將所述襯底放置在加工室中(404)，該加工室能夠提供第一頻率、不同于第一頻率的第二頻率以及不同于第一頻率和第二頻率的第三頻率。將蝕刻氣體引入到所述加工室中(408)。提供了第一蝕刻步驟(412)，其中，所述第一頻率、第二頻率和第三頻率處在用于第一蝕刻步驟的功率設(shè)定值上。提供了第二蝕刻步驟(416)，其中，所述第一頻率、第二頻率和第三頻率處于不同的功率設(shè)定值。任選地，也可提供第三蝕刻步驟(420)。
文檔編號H05H1/46GK1871695SQ200480030884
公開日2006年11月29日 申請日期2004年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月22日
發(fā)明者C·魯蘇, R·德漢斯, E·A·赫德森, M·斯里尼瓦桑, L·李, F·克維切 申請人:蘭姆研究有限公司