[发明专利]用于对离子产生和工艺气体离解具有独立控制的等离子体蚀刻的系统、方法和装置

说明书

技术领域

本发明总体上涉及等离子体蚀刻系统和方法，尤其是涉及用于对离子产生和工艺气体离解具有独立控制的等离子体蚀刻的系统和方法。

背景技术

典型等离子体蚀刻工艺的简化描述是其中具有工艺气体的等离子体室。该工艺由电气耦合到工艺气体中的RF或微波信号激发。激发该工艺气体导致在该工艺气体中形成离子和自由基。然后，该离子和自由基被指向待蚀刻的表面。利用等离子体室内的气流以及各个表面的电气偏置，该离子和自由基可被指向待蚀刻的表面。该离子和自由基与待蚀刻表面中的材料起反应。

增加蚀刻等离子体的密度是加快蚀刻表面被蚀刻（例如，通常用埃每分钟表示的蚀刻速率）的一种方法。增加蚀刻等离子体的密度增加了离子的浓度从而增强了工艺气体、离子和蚀刻表面之间的反应。但是，增加等离子体密度也会导致工艺气体混合物过度离解成组元或分子，超出最佳的离解程度。

举例来说，增加的等离子体密度通常会引起氟原子自由基从氟碳工艺气体混合物离解。离解的氟可加速蚀刻掩模的、特征侧壁的、或者待蚀刻的层下面的蚀刻停止层的不希望的蚀刻。此外，氟碳源气体的过度离解可导致等离子体中的氟碳自由基种类的非最佳组合，产生类似于过量氟的影响。

会有均匀性和控制也会被降低或者低于当工艺气体被离解过多时发生的期望值等其他问题。鉴于以上所述，需要用于对离子产生和工艺气体离解具有独立控制的等离子体蚀刻的系统和方法。

发明内容

一般而言，本发明通过提供用于对离子产生和工艺气体离解具有独立控制的等离子体蚀刻的系统和方法来满足这些需要。应当理解的是，本发明可以多种方式实施，包括作为工序、装置、系统、计算机可读介质、或者器件。下面会描述本发明的若干创造性的实施方式。

一实施方式提供了蚀刻半导体晶片的方法，所述方法包括将源气体混合物注入到处理室中，将源气体混合物注入到处理室中包括将所述源气体混合物注入到所述处理室的上电极中的多个空心阴极腔中以及在所述空心阴极腔中的每一个中产生等离子体。在所述空心阴极腔中产生所述等离子体包括将第一偏置信号施加到所述空心阴极腔。将产生的所述等离子体从所述空心阴极腔中的每一个的对应出口输出到所述处理室中的晶片处理区域中。所述晶片处理区域位于所述空心阴极腔的所述出口和待蚀刻的表面之间。将蚀刻剂气体混合物注入到所述晶片处理区域中。所述蚀刻剂气体混合物通过所述上电极中的多个注入口被注入使得所述蚀刻剂气体混合物与从所述空心阴极腔的所述出口输出的所述等离子体混合。通过从空心阴极腔的所述出口流出的所述等离子体和源气体，所述蚀刻剂气体混合物实质上被防止流入所述空心阴极腔的所述出口中。混合所述蚀刻剂气体混合物和所述等离子体在所述晶片处理区域中产生成组的期望化学物质种类（species），导致待蚀刻的所述表面的最佳蚀刻结果。

在所述空心阴极腔中的每一个中产生等离子体可包括冷却所述上电极。偏置所述空心阴极腔可包括将所述第一偏置信号施加到所述上电极的第二导电层，所述空心阴极腔被形成于所述第二导电层中。所述第一偏置信号可包括RF偏置信号。所述第一偏置信号可包括大约1MHz到大约15MHz之间的范围内的RF信号。

所述多个注入口可实质上分布于所述上电极的所述晶片处理区域的整个表面。所述空心阴极腔可实质上分布于所述上电极的所述晶片处理区域的整个表面。所述多个空心阴极腔和所述多个注入口可实质上均匀地散置于所述上电极的所述晶片处理区域的整个表面。

将产生的所述等离子体从所述空心阴极腔中的每一个的对应出口输出可包括将第二偏置信号施加到下电极。在所述空心阴极腔中的每一个中产生等离子体可包括将第三偏置信号施加到所述空心阴极腔的所述出口。所述第三偏置信号可以是接地电位。

蚀刻待蚀刻的所述表面可包括将第四偏置信号施加到晶片支撑电极或施加到耦合于所述晶片处理区域的另一电极，以增加所述等离子体的产生和由从所述空心阴极腔流出的所述等离子体提供的晶片离子轰击。

蚀刻待蚀刻的所述表面可包括从所述晶片处理区域移除蚀刻副产品。还可将接地电位施加所述上电极的第一导电层。所述空心阴极腔可包括多个空心阴极沟槽。所述上电极中的所述多个注入口可包括多个注入沟槽。所述源气体混合物可以是惰性气体。所述蚀刻剂气体混合物可包括含氟碳化合物的气体。所述空心阴极腔中的每一个的所述出口可具有大于等离子体鞘厚度两倍的宽度。