[发明专利]加强等离子体处理系统中的等离子体增强蚀刻

说明书

优先权

本申请根据35USC.119（e）要求由Eric A.Hudson于2012年8月27日申请的美国申请No.61/693,382，题为“加强等离子体处理系统中的等离子体增强蚀刻”的共同拥有的临时专利申请的优先权，其所有内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及半导体蚀刻领域，更具体地涉及等离子体增强蚀刻。

背景技术

等离子体增强处理长时间以来用于将衬底加工成集成电路管芯，然后进一步加工成用于各种电子器件中的集成电路。等离子体增强处理包括，例如，等离子体增强蚀刻、等离子体增强沉积、等离子体增强清洗等。

在等离子体增强蚀刻的领域中，等离子体通常从可包括不同组成气体的原料气体产生。原料气体由能量源激励以形成等离子体从而蚀刻衬底表面。通过使用各种掩膜，可在衬底的各层上创建不同的图案。等离子体本身可以使用一种或多种等离子体产生技术来创建，所述等离子体产生技术包括，例如，电感耦合等离子体、电容耦合等离子体、微波等离子体等，

用于蚀刻介质晶片膜的商用等离子体室主要是根据平行板电容耦合等离子体（CCP）。在这种类型的室中，在一个或多个RF频率处的RF激励是从一个或多个RF源施加到一个或多个电极以从所提供的蚀刻源气体（原料）产生蚀刻等离子体。室的蚀刻特性通过众多输入参数中的改变来控制，输入参数包括，例如，压强、原料气体的选择、每种原料气体的流率、RF源的功率等。

即使有了这些众多的控制参数，等离子体的化学和物理特性是相互依存并难以独立地控制的，这是公知的。换句话说，改变输入参数（如RF功率或压强）往往导致多个等离子体参数的变化和/或多个蚀刻结果参数的变化。各种等离子体特性和/或各种晶片蚀刻结果之间的相互依赖关系往往在现代电介质蚀刻的应用中采用的窄间隙、电容耦合等离子体处理室中被放大。

为了详细说明，考虑只基于CF₄原料气体和单个的RF激励频率的蚀刻工艺的简单例子。随着RF功率的增加，等离子体表面相互作用的聚合程度会改变，通常增加到最大，然后下降。这种性能反映了在较低的RF功率的CF₄的分解以形成聚合自由基物质，如CF₂。在较高的RF功率下，这些自由基的次级分解形成如C+F等较少的聚合物质。这种现象使用RF功率设置提供对在等离子体中的聚合度的一些控制。

然而，在输入RF功率中的变化也会影响等离子体的物理性质，例如等离子体密度、离子通量和离子能量。这是因为等离子体化学性质的控制，如聚合反应，被与控制等离子体的物理性质（如等离子体密度）相同的参数（如RF功率）影响，使得这样的化学和物理性质强烈地相互依存。

如果操纵一个或多个输入参数时，可以去耦（decouple）对等离子体特性的影响，那么更精确地控制晶片蚀刻结果和更宽的工艺窗口是可能的。例如，如果特定的聚合物质的密度可以独立于离子通量或电子温度而控制（即，以去耦的方式），那么可以实现更精确地控制晶片蚀刻结果和更宽的工艺窗口。

提高等离子体特性和/或处理蚀刻结果的去耦，以优化蚀刻，从而满足当前和未来的蚀刻规格，是本发明的各个实施方式的许多目标之一。

发明内容

在本发明的一种实施方式中，提供了一种用于蚀刻等离子体处理室中的衬底的方法，该等离子体处理室至少具有初级等离子体产生区域和通过半阻挡结构与所述初级等离子体产生区域分开的次级等离子体产生区域，该方法包括：提供初级原料气体进入所述初级等离子体产生区域；提供次级原料气体进入所述次级等离子体产生区域，所述次级原料气体与初级原料气体是不同的；从所述初级原料气体产生初级等离子体；从所述次级原料气体产生次级等离子体；至少使用所述初级等离子体和来自所述次级等离子体的中性物质来蚀刻所述衬底，所述中性物质从所述次级等离子体产生区域通过所述半阻挡结构迁移至所述初级等离子体产生区域。