[發(fā)明專(zhuān)利]獨(dú)立控制自由基密度、離子密度和離子能量的方法和系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610750129.3
• 申請(qǐng)日: 2016-08-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106653551B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚忠奎;傅乾;吳英;許晴
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 朗姆研究公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01J37/32
• 分類(lèi)號(hào): H01J37/32;H01J37/02
• 代理公司: 上海勝康律師事務(wù)所 31263
• 代理人: 樊英如;張華

本發(fā)明涉及獨(dú)立控制自由基密度、離子密度和離子能量的方法和系統(tǒng)。在第一時(shí)間段,施加較高的射頻功率以產(chǎn)生暴露于所述襯底的等離子體，同時(shí)在襯底層次施加低偏置電壓。在第二時(shí)間段,施加較低的射頻功率以產(chǎn)生等離子體，同時(shí)在襯底層次施加高偏置電壓。以交替和連續(xù)的方式重復(fù)第一時(shí)間段和第二時(shí)間段持續(xù)在所述襯底上產(chǎn)生所期望的效果所必需的總的時(shí)間段。在一些實(shí)施方式中，第一時(shí)間段比第二時(shí)間段短，使得在時(shí)均基礎(chǔ)上，所述等離子體具有比自由基密度大的離子密度。在一些實(shí)施方式中，第一時(shí)間段比第二時(shí)間段長(zhǎng)，使得在時(shí)均基礎(chǔ)上，所述等離子體具有比自由基密度小的離子密度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體器件制造。

背景技術(shù)

許多現(xiàn)代的半導(dǎo)體芯片制造工藝包括產(chǎn)生等離子體，離子和/或自由基成分源于該等離子體，以用于直接或間接地影響暴露于等離子體的襯底的表面上的變化。例如，各種基于等離子體的工藝可用于從襯底表面蝕刻材料、沉積材料到襯底表面上、或修改已經(jīng)存在于襯底表面上的材料。等離子體通常通過(guò)在受控環(huán)境中施加射頻(RF)功率至工藝氣體來(lái)產(chǎn)生，使得該工藝氣體被激勵(lì)并轉(zhuǎn)換成所需要的等離子體。等離子體的特性受許多工藝參數(shù)的影響，這些工藝參數(shù)包括但不限于，工藝氣體的材料組成、工藝氣體的流率、等離子體產(chǎn)生區(qū)域和周?chē)Y(jié)構(gòu)的幾何特征、工藝氣體和周?chē)牧系臏囟取⑺┘拥腞F功率的頻率和幅值、和被施加以將等離子體的帶電成分朝向襯底吸引的偏置電壓等等。理解并控制可能影響所產(chǎn)生的等離子體與襯底相互作用的工藝參數(shù)中的一些，這是有意義的。就是這樣的背景下，產(chǎn)生本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

在一示例性的實(shí)施方式中，公開(kāi)了一種用于在半導(dǎo)體制造工藝中對(duì)等離子體進(jìn)行控制以具有增大的離子密度和減小的自由基密度的方法。該方法包括用于將襯底設(shè)置在處理模塊內(nèi)的襯底支架上的操作(a)。該方法還包括供給工藝氣體組合物到在所述襯底上的等離子體產(chǎn)生區(qū)域的操作(b)。該方法包括操作(c)，其中，在第一時(shí)間段,施加第一射頻功率到所述等離子體產(chǎn)生區(qū)域內(nèi)的所述工藝氣體組合物以產(chǎn)生暴露于所述襯底的等離子體。所述第一射頻功率對(duì)應(yīng)于高射頻功率電平。此外，在操作(c)期間，在對(duì)應(yīng)于低偏置電壓電平的第一偏置電壓設(shè)置下在所述襯底支架施加偏置電壓。該方法還包括操作(d)，其中，在所述第一時(shí)間段結(jié)束后的第二時(shí)間段,施加第二射頻功率到所述等離子體產(chǎn)生區(qū)域內(nèi)的所述工藝氣體組合物以產(chǎn)生暴露于所述襯底的等離子體。施加所述第二射頻功率而不是所述第一射頻功率。該方法包括以交替和連續(xù)的方式重復(fù)操作(c)和(d)持續(xù)在所述襯底上產(chǎn)生所期望的效果所必需的總的時(shí)間段。在該方法中，操作(c)的第一時(shí)間段的持續(xù)時(shí)間比操作(d)的第二時(shí)間段的持續(xù)時(shí)間短，使得所述等離子體內(nèi)的時(shí)均離子密度比所述等離子體內(nèi)的時(shí)均自由基密度大。

在一示例性的實(shí)施方式中，公開(kāi)了一種用于在半導(dǎo)體制造工藝中對(duì)等離子體進(jìn)行控制以具有減小的離子密度和增大的自由基密度的方法。該方法包括用于將襯底設(shè)置在處理模塊內(nèi)的襯底支架上的操作(a)。該方法還包括供給工藝氣體組合物到在所述襯底上的等離子體產(chǎn)生區(qū)域的操作(b)。該方法包括操作(c)，其中，在第一時(shí)間段,施加第一射頻功率到所述等離子體產(chǎn)生區(qū)域內(nèi)的所述工藝氣體組合物以產(chǎn)生暴露于所述襯底的等離子體。所述第一射頻功率對(duì)應(yīng)于高射頻功率電平。此外，在操作(c)期間，在對(duì)應(yīng)于低偏置電壓電平的第一偏置電壓設(shè)置下在所述襯底支架施加偏置電壓。該方法還包括操作(d)，其中，在所述第一時(shí)間段結(jié)束后的第二時(shí)間段,施加第二射頻功率到所述等離子體產(chǎn)生區(qū)域內(nèi)的所述工藝氣體組合物以產(chǎn)生暴露于所述襯底的等離子體。施加所述第二射頻功率而不是所述第一射頻功率。所述第二射頻功率對(duì)應(yīng)于低射頻功率電平。此外，在操作(d)期間，在對(duì)應(yīng)于高偏置電壓電平的第二偏置電壓設(shè)置下在所述襯底支架施加偏置電壓。該方法包括以交替和連續(xù)的方式重復(fù)操作(c)和(d)持續(xù)在所述襯底上產(chǎn)生所期望的效果所必需的總的時(shí)間段。在該方法中，操作(c)的第一時(shí)間段的持續(xù)時(shí)間比操作(d)的第二時(shí)間段的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，使得所述等離子體內(nèi)的時(shí)均離子密度比所述等離子體內(nèi)的時(shí)均自由基密度小。

具體而言，本發(fā)明的一些方面可以闡述如下：