[发明专利]使用RF功率传递的时间分解调频方案以用于脉冲等离子体工艺的方法及设备

说明书

技术领域

本发明的实施例大体而言关于半导体基板工艺系统，且更详言之，关于使用脉冲等离子体处理基板的方法及设备。

背景技术

在半导体集成电路(integrated circuit，IC)制造中，诸如组件晶体管的装置形成于通常由硅构成的半导体晶圆基板上。在制造过程中，各种材料经沉积在不同的层上，以构建或形成所需集成电路。各层对经由金属化线互连的装置进行定义。在对已包含装置及金属化线的晶圆(在业内亦称作基板)上执行的某些等离子体增强工艺中，晶圆的表面上可能会累积相当量的电荷。此电荷累积在晶圆上可能不均匀。因而此电荷累积可能会在某些金属化材料中引发感应出破坏性电流，及/或在介电层引起电弧。此等电流及/或电弧可能会毁坏或损坏晶圆上之前已形成的某些装置。为缓解电荷效应并避免电荷损害，供应至等离子体增强反应器中的等离子体的功率可经过脉冲处理。因而，在完整或部分等离子体增强工艺期间，耦接至该等离子体的功率经脉冲处理。于2001年7月3日颁予的美国专利第6,255,221号中揭示了该技术用于一蚀刻反应器中的一实例。

使用脉冲的等离子体蚀刻反应器的一缺陷在于，来自RF发电机或RF源的功率必须经由一动态调谐的匹配网络(亦称作匹配单元)耦接至一等离子体反应器中的天线或电极。该脉冲功率自天线或电极耦接至反应器中的工艺气体，以形成用于蚀刻工艺的等离子体。该匹配网络确保该RF源的输出有效耦接至等离子体，以最大化耦接至该等离子体的能量。该匹配网络通常将50奥姆匹配等离子体的复变阻抗(complex impedance)。在工艺期间，随着等离子体特性变化，为促进动态匹配，该匹配网络不断地可调整，以确保在工艺期间实现并维持匹配。

大体而言，执行工艺配方的控制器控制该匹配网络。该控制器亦监视来自该匹配网络的反射功率。若来自该匹配网络的反射功率变大，则控制器将调整该匹配网络的电容或电感，以在RF源与腔室中现有等离子体之间实现更充足的匹配。由于用于将高功率RF能量耦接至等离子体的匹配网络大体而言包含机械可调谐组件(亦即电容器及/或电感器)，因此与耦接至等离子体所需的RF脉冲的脉冲长度相比，该调谐过程可能会慢。因而，当以脉冲方式向该匹配网络传递功率时，由于将针对每一脉冲调整网络，反射功率可能会比较分散或与实际的反射功率不一致，引起该控制器过度调整该匹配网络或调整得不够。此类连续调整可引起过大的反射功率，及等离子体功率耦接效率的降低。

因此，行业中需要改良的方法及设备，用以操作一使用脉冲功率的等离子体增强半导体晶圆工艺。

发明内容

本发明的实施例大体而言提供一种用于在广工艺窗口内进行脉冲等离子体工艺的方法及设备。在某些实施例中，一设备可包括一具有调频的RF电源及一耦接至该RF电源的匹配网络，该RF电源与该匹配网络共享一共同感应器，该共同感应器用于读取反射回该RF电源的反射RF功率。在某些实施例中，一设备可包括一具有调频的RF电源、一耦接至该RF电源的匹配网络及一用于调谐该RF电源及该匹配网络中的各者的通用控制器，该RF电源与该匹配网络共享一共同感应器，该共同感应器用于读取反射回该RF电源的反射RF功率。

在某些实施例中，提供一调谐程序使得基于各种工艺配方或参数以进行脉冲等离子体工艺成为可能。在某些实施例中，该调谐程序可包括在一连续波(CW)模式下激发一等离子体，同时使该源及偏压RF电源处于固定频率，且这些匹配网络处于自动模式。一旦匹配网络经过调节以确保来自源及偏压的反射功率最小(约2-3秒)，将固定源匹配网络参数，同时将偏压匹配网络保持在自动模式。此后将为源RF电源开启调频，而偏压RF电源的调频保持关闭。大约1秒之后，开启脉冲模式，随后为偏压RF电源开启调频，并将源匹配网络切换回自动模式。系统实现稳定且实现最小的反射功率还需要2-4秒(视匹配网络的预设及配方参数而定)。

在某些实施例中，提供一种方法：使用处于一主/从配置的一源RF电源及一偏压RF电源对一操作等离子体工艺的系统进行调谐，其中每一电源能够进行调频且分别经由一源匹配网络及一偏压匹配网络耦接至一工艺腔室。该方法可包括首先使用该源RF电源及该偏压RF电源在一工艺腔室中激发一等离子体，其中每一电源设定于一连续波模式或一固定频率模式，该源匹配网络及该偏压匹配网络各自设定为一自动调谐模式。随后，在这些匹配网络调节以减小来自该源RF电源及该偏压RF电源的反射功率之后，可将该源匹配网络更改为锁定模式，同时将该偏压匹配网络保持在自动模式。可开启该源RF电源的调频，同时将偏压RF电源的调频保持关闭状态。可开启该源RF电源及/或该偏压RF电源的脉冲模式。可随后将该偏压RF电源置于调频模式。