專利名稱：具有有效的無(wú)損害原位灰化的等離子體蝕刻器設(shè)計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及具有有效的無(wú)損害原位灰化的等離子體蝕刻器設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
集成芯片通過(guò)復(fù)雜制造工藝形成，在復(fù)雜的制造工藝期間，工件經(jīng)受不同步驟以形成一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件。多個(gè)工藝步驟(例如，注入、蝕刻等)利用掩模層。掩模層使得工件的選擇區(qū)域被處理，而工件的其他區(qū)域不被處理。掩模層通常包括感光光刻膠材料。光刻膠材料通常旋涂在半導(dǎo)體工件上方，然后進(jìn)行圖案化，從而在工藝步驟期間掩蔽半導(dǎo)體工件的表面。一旦完成工藝步驟，在實(shí)施接下來(lái)的工藝之前，從半導(dǎo)體工件去除光刻膠材料。在現(xiàn)代制造工藝中，使用灰化工藝從工件去除光刻膠。通常在稱作灰化器的等離子體蝕刻器中實(shí)施灰化，該等離子體蝕刻器生成具有灰化化學(xué)物質(zhì)的等離子體，其中灰化化學(xué)物質(zhì)包括反應(yīng)氣體的混合物，所述反應(yīng)氣體與光刻膠發(fā)生反應(yīng)從而形成灰化的光刻膠。然后，從工件的表面去除灰化的光刻膠。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種等離子體蝕刻系統(tǒng)，包括:處理室，被配置成容納半導(dǎo)體工件；第一等離子體源，被配置成將第一等離子體提供在所述處理室的第一區(qū)域內(nèi)，其中，所述第一區(qū)域與所述半導(dǎo)體工件接觸；第二等離子體源，被配置成在提供所述第一等離子體之后提供第二等離子體，所述第二等離子體位于所述處理室的第二區(qū)域內(nèi)，所述處理室的所述第二區(qū)域通過(guò)所述第一區(qū)域與所述半導(dǎo)體工件空間分離；以及基板偏壓電源，被配置成選擇性地將偏壓施加給所述半導(dǎo)體工件。在可選實(shí)施方式中，所述第一等離子體包括直流等離子體，所述直流等離子體具有在所述直流等離子體中的離子和所述半導(dǎo)體工件之間的高電勢(shì)差，所述高電勢(shì)差通過(guò)操作所述基板偏壓電源使得將大的偏壓施加給所述半導(dǎo)體工件來(lái)形成。在可選實(shí)施方式中，所述第二等離子體包括局部化等離子體，所述局部化等離子體具有小于所述高電勢(shì)差的電勢(shì)差并且所述局部化等離子體與所述半導(dǎo)體工件空間分離。在可選實(shí)施方式中，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括:控制單元，被配置成在所述第一等離子體源被操作為提供所述直流等離子體時(shí)選擇性地操作所述基板偏壓電源以將偏壓施加給所述半導(dǎo)體工件，并且還被配置成在所述第二等離子體源被操作為提供所述局部化等離子體時(shí)關(guān)斷所述偏壓。在可選實(shí)施方式中，所述局部化等離子體的空間分離使得在所述第一區(qū)域內(nèi)形成擴(kuò)散等離子體，所述擴(kuò)散等離子體在所述擴(kuò)散等離子體中的離子和所述半導(dǎo)體工件之間具有基本上為零的電勢(shì)差；以及，來(lái)自所述局部化等離子體的離子通過(guò)所述擴(kuò)散等離子體進(jìn)行擴(kuò)散并且變成中性自由基，所述中性自由基以不損害所述半導(dǎo)體工件的低能量擴(kuò)散到在所述半導(dǎo)體工件上的光刻膠材料中。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用于原位蝕刻和光刻膠灰化的等離子體蝕刻系統(tǒng)，包括:處理室，被配置成容納具有光刻膠材料的半導(dǎo)體工件；以及局部化等離子體源，被配置成將具有低電勢(shì)的局部化等離子體提供在所述處理室內(nèi)的適當(dāng)位置處使得所述局部化等離子體與所述半導(dǎo)體工件空間分離；其中，所述空間分離使得具有基本上為零的電勢(shì)的擴(kuò)散等離子體形成在所述處理室內(nèi)的所述局部化等離子體和所述半導(dǎo)體工件之間的適當(dāng)位置處；其中，來(lái)自所述局部化等離子體的灰化氣體離子通過(guò)所述擴(kuò)散等離子體擴(kuò)散到所述光刻膠材料中，從而能夠灰化所述光刻膠材料而沒有損害所述半導(dǎo)體工件。在可選實(shí)施方式中，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括:一種或多種磁性元件，被配置成在所述處理室內(nèi)生成磁場(chǎng)，所述磁場(chǎng)將所述局部化等離子體空間限定在所述處理室的一個(gè)區(qū)域內(nèi)。在可選實(shí)施方式中，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括:直流等離子體源，被配置成生成具有高電勢(shì)的直流等離子體，其中，所述直流等離子體被配置成實(shí)施所述半導(dǎo)體工件的蝕刻。在可選實(shí)施方式中，所述直流等離子體源包括電感耦合等離子體源、電容耦合等離子體源或者電子回旋共振等離子體源。在可選實(shí)施方式中，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括:控制單元，被配置成在所述直流等離子體源被操作為提供用于蝕刻所述半導(dǎo)體工件的所述直流等離子體時(shí)，選擇性地將偏壓施加給所述半導(dǎo)體工件；并且還被配置成在所述局部化等離子體源被操作為提供用于實(shí)施原位灰化的所述局部化等離子體時(shí)，關(guān)斷所述偏壓。在可選實(shí)施方式中，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括:局部化等離子體氣體源，被配置成將一種或多種灰化氣體提供給所述處理室，其中，所述一種或多種灰化氣體包括氧氣、氫氣或氮?dú)?。在可選實(shí)施方式中，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括:直流等離子體氣體源，被配置成將一種或多種蝕刻氣體提供給所述處理室，其中，所述一種或多種蝕刻氣體包括氧氣、氮?dú)饣蚍鷼?。在可選實(shí)施方式中，所述直流等離子體源包括:第一天線；第一 RF電源，被配置成將第一 RF信號(hào)提供給所述第一天線，其中，所述第一天線將來(lái)自所述第一 RF信號(hào)的電感耦合能量提供給所述一種或多種蝕刻氣體；以及，所述局部化等離子體源包括:第二天線；第二 RF電源，被配置成提供第二 RF信號(hào)給所述第二天線，其中，所述第二天線將來(lái)自所述第二 RF信號(hào)的電感耦合能量提供給所述一種或多種灰化氣體。在可選實(shí)施方式中，所述第一天線位于所述處理室內(nèi)的比所述第二天線更靠近所述半導(dǎo)體工件的位置處。在可選實(shí)施方式中，所述局部化等離子體源包括:中空導(dǎo)電陰極管，電連接至高壓DC電源；以及一個(gè)或多個(gè)陽(yáng)極，電接地；其中，在所述中空導(dǎo)電陰極管和所述一個(gè)或多個(gè)陽(yáng)極之間的電勢(shì)差使得來(lái)自所述中空導(dǎo)電陰極管的電子與所述一種或多種灰化氣體產(chǎn)生碰撞，從而離子化所述一種或多種灰化氣體來(lái)形成所述局部化等離子體。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，還提供了一種原位光刻膠灰化的方法，包括:將局部化等離子體提供在處理室中的第二區(qū)域的位置處，所述第二區(qū)域通過(guò)第一區(qū)域與半導(dǎo)體工件空間分離，其中，所述局部化等離子體具有多個(gè)灰化氣體離子；將擴(kuò)散等離子體提供在所述處理室中的所述第一區(qū)域內(nèi)，所述第一區(qū)域與所述半導(dǎo)體工件接觸；以及，其中，來(lái)自所述局部化等離子體的所述灰化氣體離子通過(guò)所述擴(kuò)散等離子體進(jìn)行擴(kuò)散并且變成中性自由基，所述中性自由基以不損害所述半導(dǎo)體工件的低能量擴(kuò)散到在所述半導(dǎo)體工件上的光刻膠材料中。在可選實(shí)施方式中，所述方法進(jìn)一步包括將直流等離子體提供給所述第一區(qū)域，其中，提供所述直流等離子體包括:施加偏壓給在所述處理室內(nèi)的半導(dǎo)體工件，所述偏壓在大約100V至大約200V范圍內(nèi)；以及，將功率在大約1000W至大約2000W范圍內(nèi)的RF信號(hào)提供給位于所述處理室內(nèi)的第一天線。在可選實(shí)施方式中，提供所述局部化等離子體包括:將功率在大約50W至大約200W范圍內(nèi)的RF信號(hào)提供給位于所述處理室內(nèi)的第二天線。在可選實(shí)施方式中，所述方法進(jìn)一步包括:利用所述局部化等離子體對(duì)所述半導(dǎo)體工件上的晶體管器件柵極結(jié)構(gòu)實(shí)施蝕刻。在可選實(shí)施方式中，所述方法進(jìn)一步包括:利用所述局部化等離子體對(duì)在所述半導(dǎo)體工件上的所述光刻膠材料實(shí)施灰化。


圖1示出了配置成實(shí)施原位灰化的等離子體蝕刻系統(tǒng)的一些實(shí)施例的框圖。圖2示出了包括電感耦合的直流和局部化等離子體源的等離子蝕刻系統(tǒng)的一些實(shí)施例的框圖。圖3示出了具有包括中空陰極的局部化等離子體源的等離子蝕刻系統(tǒng)的一些可選實(shí)施例的框圖。圖4示出了包括中空陰極的局部化等離子體源的一些實(shí)施例的更詳細(xì)的框圖。圖5示出了在工件上實(shí)施原位灰化光刻膠材料而沒有損害工件的方法的一些實(shí)施例的流程圖。圖6不出了在工件上方實(shí)施原位灰化光刻膠材料而沒有損害工件的可選方法的一些實(shí)施例的流程圖。圖7至圖9為根據(jù)圖6的方法工作的處理室的框圖。
具體實(shí)施例方式本文中結(jié)合附圖進(jìn)行描述，其中，在通篇描述中，類似的參考標(biāo)號(hào)用于指代類似的元件，并且各種結(jié)構(gòu)沒有按比例進(jìn)行繪制。在下面的描述中，為了說(shuō)明，闡述了大量具體細(xì)節(jié)以便于理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以通過(guò)更少程度的這些具體細(xì)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)本文所述的一個(gè)或多個(gè)方面。在其他情況下，以框圖的方式示出了公知結(jié)構(gòu)和器件以便于理解。半導(dǎo)體工件的等離子體蝕刻通常使用反應(yīng)氣體，反應(yīng)氣體包括用于蝕刻硅、電介質(zhì)以及金屬的氯或氟蝕刻化學(xué)物質(zhì)。在蝕刻期間，通過(guò)高頻電磁場(chǎng)激發(fā)反應(yīng)氣體，導(dǎo)致生成包括轟擊半導(dǎo)體工件表面的離子的蝕刻等離子體。在完成等離子體蝕刻工藝以后，使用具有灰化氣體化學(xué)物質(zhì)(例如，02、N2、以及H2)的獨(dú)立的灰化等離子體從工件去除光刻膠。為了防止與水分相互作用導(dǎo)致蝕刻副產(chǎn)品的產(chǎn)量損失，可以將原位灰化工藝用于先進(jìn)的蝕刻工藝中。然而，原位灰化工藝使用在工件和灰化離子之間具有高電勢(shì)差的直流灰化等離子體。高電勢(shì)差導(dǎo)致沉積在處理室壁上的蝕刻副產(chǎn)品(諸如氟離子)再分離從而在灰化期間對(duì)工件造成損害。因此，本發(fā)明涉及一種配置成防止原位灰化期間損害工件的等離子蝕刻系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，等離子體蝕刻系統(tǒng)包括:與處理室連通的直流等離子體源和局部化等離子體源。直流等離子體源配置成將直流等離子體提供給處理室以實(shí)現(xiàn)蝕刻半導(dǎo)體工件。直流等離子體具有通過(guò)將大偏壓施加給工件所形成的高電勢(shì)。在完成蝕刻以后，關(guān)斷偏壓和直流等離子體源。然后，局部化等離子體源工作以將低電勢(shì)、局部化等離子體提供給處理室中的與工件空間分離的位置?？臻g分離導(dǎo)致形成具有零/低電勢(shì)的擴(kuò)散等離子體，該擴(kuò)散等離子體與工件接觸。擴(kuò)散等離子體的零/低電勢(shì)使得反應(yīng)灰化實(shí)施，而減輕了由于正等離子體電勢(shì)所產(chǎn)生的離子轟擊造成的工件損傷。圖1示出了配置成實(shí)施原位灰化的等離子體蝕刻系統(tǒng)100的一些實(shí)施例的框圖。等離子體蝕刻系統(tǒng)100包括:處理室102，具有配置成保持半導(dǎo)體工件106的晶圓吸盤104。光刻膠硬掩模層108位于半導(dǎo)體工件106上。直流等離子體源116和局部化等離子體源118與處理室102連通。直流等離子體源116被配置成將第一等離子體提供給處理室102的第一區(qū)域120。第一區(qū)域120定位于使得第一等離子體與半導(dǎo)體工件106接觸。在各實(shí)施例中，直流等離子體源116包括:電容耦合等離子體(CCP)源、電感耦合等離子體(ICP)源或者電子回旋共振(ECR)等離子體源。局部化等離子體源118被配置成將局部化第二等離子體提供給處理室102的局部化第二區(qū)域122。第二區(qū)域122定位于使得第二等離子體與半導(dǎo)體工件106空間分離。應(yīng)該理解，第一區(qū)域120和第二區(qū)域122的尺寸可以在操作期間改變。例如，第一區(qū)域120可以包括在第一時(shí)間點(diǎn)處的區(qū)域大于在稍后的第二時(shí)間點(diǎn)處的區(qū)域?；迤珘弘娫?10電連接半導(dǎo)體工件106?；迤珘弘娫?10被配置成選擇性地將偏壓施加給半導(dǎo)體工件106。在一些實(shí)施例中，控制單元114被配置成操作開關(guān)元件112以在通過(guò)直流等離子體源116和/或局部化等離子體源118生成等離子體期間選擇性地連接和關(guān)斷基板偏壓電源。偏壓導(dǎo)致半導(dǎo)體工件106和等離子體中的帶電離子之間形成電勢(shì)差。電勢(shì)差對(duì)從等離子體向半導(dǎo)體工件106的帶電離子加速，從而改善蝕刻。在操作期間，處理室102保持為低壓真空，例如，在大約IOmTorr至大約IOOmTorr范圍內(nèi)。將一種或多種能夠形成等離子體的反應(yīng)氣體提供給處理室102。在一些實(shí)施例中，從直流等離子體源116和/或從局部化等離子體源118提供反應(yīng)氣體。直流等離子體源116被配置成在處理室102的第一區(qū)域120內(nèi)提供具有高電勢(shì)的直流等離子體(即，直接暴露給工件106的等離子體)以實(shí)現(xiàn)蝕刻。在各個(gè)實(shí)施例中，直流等離子體包括蝕刻氣體化學(xué)物質(zhì)，該蝕刻氣體化學(xué)物質(zhì)包括蝕刻氣體，例如氧氣(O2)、氮?dú)?N2)、氟氣(F2)等，這些蝕刻氣體能夠形成高能離子以蝕刻半導(dǎo)體工件106的非掩蔽區(qū)域。通過(guò)操作基板偏壓電源110將大偏壓施加給工件106來(lái)實(shí)現(xiàn)高電勢(shì)的直流等離子體，造成了直流等離子體內(nèi)的離子和半導(dǎo)體工件106之間的高電勢(shì)差。在蝕刻完成后，關(guān)斷直流等離子體源116和由基板偏壓電源110所提供的偏壓(即，變成基本上O功率)。局部化等離子體源118被配置成在第二區(qū)域122內(nèi)提供具有低電勢(shì)的局部化等離子體以實(shí)現(xiàn)灰化。在各個(gè)實(shí)施例中，局部化等離子體包括灰化氣體化學(xué)物質(zhì)，灰化氣體化學(xué)物質(zhì)包括灰化氣體，諸如氧氣(O2)、氮?dú)?N2)、氫氣(H2)等。這些灰化氣體能夠灰化半導(dǎo)體工件106上的光刻膠硬掩模層108。在一些實(shí)施例中，原位形成局部化等離子體，或者換句話說(shuō)，在形成直流等離子體以后沒有中斷地在處理室102內(nèi)形成局部化等離子體。半導(dǎo)體工件106和第二區(qū)域122內(nèi)的局部化等離子體之間的空間分離導(dǎo)致在第一區(qū)域120內(nèi)形成擴(kuò)散等離子體，這分離局部化等離子體和半導(dǎo)體工件106。由于基板偏壓電源110基本上為零，所以擴(kuò)散等離子體具有基本上為零的電勢(shì)。來(lái)自局部化等離子體的灰化氣體離子(例如，O2)通過(guò)擴(kuò)散等離子體進(jìn)行擴(kuò)散并且成為以不會(huì)損害半導(dǎo)體工件106的低能量擴(kuò)散到光刻膠掩模層108中的中性自由基。擴(kuò)散的灰化氣體離子與光刻膠硬掩模層108相互作用，形成可以從處理室102去除的灰化光刻膠。應(yīng)該理解，可以通過(guò)各種方式來(lái)生成直流等離子體、擴(kuò)散等離子體以及局部化等離子體。圖2至圖4示出了等離子體蝕刻系統(tǒng)的各個(gè)非限制性實(shí)施例的框圖，該等離子體蝕刻系統(tǒng)具有如本文所提供的直流等離子體源和局部化等離子體源。圖2示出了等離子體蝕刻系統(tǒng)200的一些實(shí)施例的框圖，該等離子體蝕刻系統(tǒng)包括直流等離子體源116和局部化等離子體源118，所述直流等離子體源116和局部化等離子體源118包括電感耦合等離子體源。直流等離子體源116包括直流等離子體氣體源202、第一 RF電源204以及第一天線206。直流等離子體氣體源202經(jīng)由直流等離子體氣體導(dǎo)管與處理室102連通并且被配置成將一種或多種蝕刻氣 體提供給處理室102。提供給處理室102的蝕刻氣體可以根據(jù)要被蝕刻的材料而改變。在一些實(shí)施例中，其中，要被蝕刻的材料包括氧化物材料，蝕刻氣體可以包括一種或多種蝕刻氣體化學(xué)物質(zhì)(例如，包括02或/和!12)的混合物。第一 RF電源204連接至第一天線206。第一 RF電源204被配置成在設(shè)置頻率(例如，13.56MHz)工作的RF信號(hào)。將RF信號(hào)提供給第一天線206，從而將來(lái)自RF信號(hào)的電感耦合能量提供給處理室102內(nèi)的蝕刻氣體顆粒。當(dāng)將足夠的功率提供給蝕刻氣體顆粒時(shí)，直流等離子體點(diǎn)燃。局部化等離子體源118包括:局部化等離子體氣體源208、第二 RF電源210以及第二天線212。局部化等離子體氣體源208經(jīng)由局部化等離子體氣體導(dǎo)管與處理室102連通并且被配置成將一種或多種灰化氣體提供給處理室102。在一些實(shí)施例中，灰化氣體包括實(shí)施光刻膠材料灰化的灰化氣體化學(xué)物質(zhì)，例如，包括O2、或/和H2。第二 RF電源210連接至天線212。第二 RF電源210被配置成生成在設(shè)置頻率(例如，13.56MHz)工作的RF信號(hào)。將RF信號(hào)提供給第二天線212，從而將來(lái)自RF信號(hào)的電感耦合能量提供給處理室102內(nèi)的灰化氣體顆粒。當(dāng)將充分功率傳遞至灰化氣體顆粒時(shí)，直流等離子體點(diǎn)燃。第三RF電源214被配置成選擇性地將偏壓施加給半導(dǎo)體工件106。在一些實(shí)施例中，第三RF電源214被配置成獨(dú)立于第二 RF電源210進(jìn)行工作。在一些實(shí)施例中，因?yàn)镽F電源204、210以及214在具有輸出阻抗(例如，50歐姆)的輸出功率下工作，該輸出阻抗與處理室102內(nèi)的等離子體負(fù)載很難匹配，所以匹配網(wǎng)絡(luò)配置成使RF電源的輸出阻抗與通過(guò)天線和/或等離子體負(fù)載(S卩，阻抗)所確定的復(fù)阻抗相匹配，從而有效地將來(lái)自RF電源的功率耦合至等離子體。例如，圖2示出了包括匹配網(wǎng)絡(luò)218的第三RF電源214，該匹配網(wǎng)絡(luò)218配置成將電源216的輸出阻抗與由工件106和等離子體負(fù)載所確定的復(fù)阻抗相匹配。在一些實(shí)施例中，將第一 RF電源204配置成提供具有功率在大約100W至大約200W范圍內(nèi)，或者在大約1000W至大約2500W范圍內(nèi)的RF信號(hào)。在一些實(shí)施例中，第二 RF電源210配置成提供具有功率在大約50W至大約200W范圍內(nèi)的RF信號(hào)。在一些實(shí)施例中，第三RF電源214配置成提供在大約OV至大約20V范圍內(nèi)的偏壓信號(hào)。應(yīng)該理解，圖2所示的第一天線206和第二天線212的位置是非限定性實(shí)施例，并且在不同實(shí)施例中，所述位置可以改變。在一些實(shí)施例中，第一天線206和第二天線212被配置在適當(dāng)位置處，在該適當(dāng)位置，等離子體能夠形成在處理室102的特定位置內(nèi)。例如，在一些實(shí)施例中，第一天線206所處的位置比第二天線212所處的位置更接近半導(dǎo)體工件106。這種天線配置使得第一天線206生成與半導(dǎo)體工件106接觸的直流等離子體并且使得第二天線212生成局部化等離子體，這在原位灰化期間通過(guò)擴(kuò)散等離子體將局部化等離子體與工件分離。圖3示出了等離子體蝕刻系統(tǒng)300的可選實(shí)施例。等離子體蝕刻系統(tǒng)300包括:直流等離子體源116，包括電感耦合等離子體源；和局部化等離子體源118，包括中空陰極302。如圖3所述，中間陰極302在分離局部化等離子體生成和半導(dǎo)體工件106的位置處與等離子體蝕刻系統(tǒng)300的處理室102結(jié)合為一體。中空陰極302被配置成將具有來(lái)自中空陰極302的灰化氣體化學(xué)物質(zhì)(例如，02、H2、或N2)的局部化等離子體304輸出到處理室102中。一旦局部化等離子體304位于處理室102中，約束裝置312被配置成對(duì)局部化等離子體304工作以將局部化等離子體限定在處理室102內(nèi)的一區(qū)域中。在各個(gè)實(shí)施例中，例如，約束裝置312可以包括靜電等離子體約束裝置和/或等離子體磁約束裝置。通過(guò)將局部化等離子生成體與半導(dǎo)體工件106分離，在局部化等離子體和半導(dǎo)體工件106之間形成具有低電勢(shì)的擴(kuò)散等離子體306。擴(kuò)散等離子體306使得局部化等離子體內(nèi)的反應(yīng)性灰化氣體離子擴(kuò)散到光刻膠硬掩模層108中、作為與光刻膠硬掩模層108發(fā)生反應(yīng)從而形成灰化的中性自由基。例如，如圖3所示，在局部化等離子體中的離子308的電勢(shì)比擴(kuò)散等離子體中的離子/中性自由基310的電勢(shì)高(通過(guò)箭頭示出)。擴(kuò)散等離子體內(nèi)的離子/中性自由基310的相對(duì)較低電勢(shì)降低了局部化等離子體離子308入射在半導(dǎo)體工件106上的能量，從而防止在灰化期間損害半導(dǎo)體工件106。圖4示出了具有更詳細(xì)示例說(shuō)明的局部化等離子體源的等離子體蝕刻系統(tǒng)400的一些實(shí)施例的框圖，該局部化等離子體源包括中空陰極302，中空陰極302配置成在處理室102內(nèi)生成由電子束生成的等離子體。在一些實(shí)施例中，中空陰極302包括連接至高壓DC電源404的中空導(dǎo)電陰極管402，該高壓DC電源被配置成為中空導(dǎo)電陰極管402提供高壓。應(yīng)該理解，在其他實(shí)施例中，中空陰極302可以包括形狀為非管狀的中空導(dǎo)電陰極。開槽陽(yáng)極406和末端陽(yáng)極408位于中空導(dǎo)電陰極管402的下流。在一些實(shí)施例中，開槽陽(yáng)極406和末端陽(yáng)極408位于處理室102內(nèi)，開槽陽(yáng)極406和末端陽(yáng)極408這兩者都接地。在中空導(dǎo)電陰極管402與陽(yáng)極406和408之間的大電勢(shì)差產(chǎn)生將電子從中空陰極302拉向陽(yáng)極406和408的電場(chǎng)。電子在腔室中放電作為電子束。在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)磁性元件414被配置成提供與電子束平行的磁場(chǎng)B。磁場(chǎng)磁性校準(zhǔn)高能量電子束。電子與一種或多種灰化氣體碰撞，導(dǎo)致灰化氣體離子化并且形成包括局部化等離子體的等離子體片。在一些實(shí)施例中，一種或多種磁性元件414進(jìn)一步被配置成將局部化等離子體304限定在處理室102的第二區(qū)域內(nèi)。在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)磁性元件414包括一個(gè)或多個(gè)配置成在處理室102內(nèi)生成磁場(chǎng)的條狀磁體。在各個(gè)實(shí)施例中，一種或多種磁性元件414可以位于處理室102內(nèi)部和/或外部。盡管圖4示出了位于局部化等離子體304上方的磁性元件，但是應(yīng)該理解，可以沿著局部化等離子體的多側(cè)(多于一側(cè))定位磁性元件。例如，磁性元件414可以位于局部化等離子體304的上方和下方。圖5示出了方法500的一些實(shí)施例的流程圖，該方法在工件上實(shí)施光刻膠材料的原位灰化，而不損害工件。雖然下文中作為一些行為或事件示出并描述了本文所公開的方法(例如，方法500和600)，但是應(yīng)該理解，這些行為或事件的所示順序不能理解為是限定性的。例如，一些行為可以按不同順序發(fā)生和/或一些行為與本文所示和/或所述行為或事件以外的其他行為或事件同時(shí)發(fā)生。另外，實(shí)施一個(gè)或多個(gè)方面或者本文描述的實(shí)施例可以不需要所有的所示行為。此外，可以在一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立行為和/或階段中實(shí)施本文描述的一個(gè)或多個(gè)行為。在步驟502中，將局部化等離子體提供給處理室的局部化第二區(qū)域，該第二區(qū)域通過(guò)第一區(qū)域與半導(dǎo)體工件空間上分離。在步驟504中，將擴(kuò)散等離子體提供給處理室的第一區(qū)域。處理室的第一區(qū)域與半導(dǎo)體工件接觸。擴(kuò)散等離子體的電勢(shì)比局部化等離子體更低的電勢(shì)低，從而使得通過(guò)利用較低電勢(shì)的擴(kuò)散等離子體分離局部化等離子體和半導(dǎo)體工件，減輕了由于局部化等離子體內(nèi)的離子對(duì)半導(dǎo)體工件的損害。圖6示出了方法600的一些實(shí)施例的流程圖，該方法在工件上實(shí)施原位灰化光刻膠材料，而不損害工件。在步驟602中，將偏壓施加給處理室內(nèi)的半導(dǎo)體工件。在一些實(shí)施例，例如，偏壓在大約50V至大約500V的范圍內(nèi)。在步驟604中，將直流等離子體提供給處理室，直流等離子體提供給在處理室內(nèi)的一位置，使得直流等離子體或其產(chǎn)品與半導(dǎo)體工件接觸。在各個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)電容耦合等離子體源、電感耦合等離子體源或者電子回旋共振等離子體源生成直流等離子體。在一些實(shí)施例中，在步驟606中，通過(guò)首先將一種或多種蝕刻氣體提供給處理室來(lái)生成直流等離子體。在步驟608中，將第一 RF信號(hào)提供給第一天線，從而第一天線被配置成將來(lái)自第一 RF信號(hào)的功率電感耦合蝕刻氣體。第一 RF信號(hào)的功率根據(jù)蝕刻應(yīng)用而變化。例如，第一 RF信號(hào)可以具有用于前端蝕刻應(yīng)用的在大約100W至大約200W范圍內(nèi)的RF功率或者用于后端蝕刻應(yīng)用的在大約1000W至大約2000W范圍內(nèi)的RF功率。一旦將足夠的能量提供給蝕刻氣體，直流等離子體點(diǎn)燃(ignite),該直流等離子體包括多個(gè)具有相對(duì)于半導(dǎo)體工件的高電勢(shì)差的離子。在步驟610中，關(guān)斷偏壓和直流等離子體源。在一些實(shí)施例中，關(guān)斷偏壓和等離子體源可以包括將偏壓和RF電源變?yōu)榛旧狭阒?，該零值消耗高電?shì)直流等離子體。在步驟612中，將局部化等離子體提供給處理室內(nèi)的與工件分離的一位置。在各個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)中空陰極、電容耦合等離子體源、電感耦合等離子體源或者電子回旋共振等離子體源生成局部化等離子體。在一些實(shí)施例中，在步驟614中，通過(guò)首先將一種或多種灰化氣體提供給處理室來(lái)生成局部化等離子體。在步驟616中，將第二 RF信號(hào)施加給第二天線，該第二天線被配置成將來(lái)自第二 RF信號(hào)的功率電感耦合至灰化氣體。在一些實(shí)施例中，第二 RF信號(hào)的功率在大約100W至大約200W的范圍內(nèi)。局部化等離子體和工件的空間分離導(dǎo)致生成位于局部化等離子體和工件之間的具有零/低電勢(shì)的擴(kuò)散等離子體。擴(kuò)散增離子體的低-零電勢(shì)導(dǎo)致來(lái)自局部化等離子體的離子入射到工件上作為低能量中性自由基。在一些實(shí)施例中，在步驟616中，利用局部化等離子體實(shí)施蝕刻工件。由于擴(kuò)散等離子體位于局部化等離子體和半導(dǎo)體工件之間，最后得到的低能量中性自由基可以實(shí)施一些精細(xì)蝕刻而沒有硅損害。例如，可以將局部化等離子體用于蝕刻線性晶體管器件的柵極結(jié)構(gòu)的前端。在一些實(shí)施例中，在步驟618中，利用局部化等離子體實(shí)施原位灰化光刻膠。通常，在灰化工藝期間，諸如O2的反應(yīng)灰化氣體轟擊工件。然而，擴(kuò)散等離子體提供致使反應(yīng)灰化氣體擴(kuò)散到工件中的緩沖區(qū)。擴(kuò)散的反應(yīng)灰化氣體不會(huì)造成對(duì)工件的損害。圖7至圖9是根據(jù)圖6的方法的示例性應(yīng)用操作處理室102的框圖。圖7至圖9中所使用的電勢(shì)值為非限定實(shí)例，僅為了示出的方法600將電勢(shì)應(yīng)用到等離子體蝕刻系統(tǒng)。圖7示出了在處理室102內(nèi)具有直流等離子體702的等離子體蝕刻系統(tǒng)800的框圖。通過(guò)操作具有100W的RF功率的直流等離子體源116來(lái)提供直流等離子體702。在處理室102內(nèi)的直流等離子體702的位置使得直流等離子體702與半導(dǎo)體工件106接觸。電源216被配置成將100V偏壓施加給工件106以提供在直流等離子體702的離子和半導(dǎo)體工件106之間的高電勢(shì)差。具有高電勢(shì)的離子被配置成蝕刻半導(dǎo)體工件106的非掩蔽區(qū)域。圖8示出了偏壓和直流等離子體源關(guān)斷的等離子體蝕刻系統(tǒng)800的框圖。通過(guò)關(guān)斷直流等離子體源116的RF功率和電源216的偏壓(即，通過(guò)在OW的RF功率和OV的偏壓下工作)，消耗直流等離子體。圖9示出了在處理室102內(nèi)具有局部化等離子體304的等離子體蝕刻系統(tǒng)900的框圖。通過(guò)操作具有100W的RF功率的局部化等離子體源118來(lái)提供局部化等離子體304。局部化等離子體304與半導(dǎo)體工件106分離，導(dǎo)致形成擴(kuò)散等離子體306。擴(kuò)散等離子體306防止局部化等離子體304的低電勢(shì)灰化氣體離子轟擊半導(dǎo)體工件106。相反，低電勢(shì)/零電勢(shì)擴(kuò)散等離子體306導(dǎo)致局部化等離子體304的灰化氣體離子擴(kuò)散到光刻膠硬掩模層108中，其中，灰化氣體與光刻膠發(fā)生反應(yīng)以形成灰化光刻膠。還應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以基于閱讀和/或理解說(shuō)明書和附圖進(jìn)行等效改變和/更改。本文中的發(fā)明包括所有這些更改和改變，并且通常不是旨在由此進(jìn)行限定。另夕卜，盡管可能已經(jīng)公開了僅關(guān)于若干實(shí)施例之一的具體特征或方面，但是如所期望的這種特征或方面可以與其他實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)其他特征和/或方面結(jié)合。此外，在某種程度上，術(shù)語(yǔ)“包括”，“所有”，“具有”，“帶有”和/或本文使用的術(shù)語(yǔ)的變形，這些術(shù)語(yǔ)用來(lái)包括在像“包含”的含義中。此外，“示例性”僅意指實(shí)例，而不是最好的。還應(yīng)當(dāng)理解為了清楚和便于理解的目的，用相對(duì)于彼此的具體尺寸和/或定向表示本文描述的部件、層和/或元件，并且實(shí)際的尺寸和/或定向可以不同于本文所示的尺寸和/或定向。因此，本發(fā)明涉及等離子體蝕刻器，該等離子體蝕刻器實(shí)施原位灰化并且實(shí)際上沒有損害蝕刻的工件。在一些實(shí)施例中，本發(fā)明涉及等離子體蝕刻系統(tǒng)，該等離子體蝕刻系統(tǒng)包括被配置成容納半導(dǎo)體工件的處理室。第一等離子體源被配置成將第一等離子體提供在處理室的第一區(qū)域內(nèi)，其中，第一區(qū)域與半導(dǎo)體工件接觸。第二等離子體源被配置成在第一等離子體之后原位提供第二等離子體，該第二等離子體在處理室的第二區(qū)域內(nèi)局部化，該第二區(qū)域通過(guò)第一區(qū)域可與半導(dǎo)體工件空間分離?；迤珘弘娫幢慌渲贸蛇x擇性地將偏壓提供給半導(dǎo)體工件。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明涉及用于原位蝕刻和光刻膠灰化的等離子體蝕刻系統(tǒng)。等離子體蝕刻系統(tǒng)包括處理室，該處理室被配置成容納具有光刻膠材料的半導(dǎo)體工件。局部化等離子體源被配置成將具有低電勢(shì)的局部化等離子體提供在處理室內(nèi)的與半導(dǎo)體工件空間分離的適當(dāng)位置處。空間分離導(dǎo)致具有基本上為零電勢(shì)的擴(kuò)散等離子體形成在局部化等離子體和半導(dǎo)體工件之間的處理室內(nèi)的適當(dāng)位置處。來(lái)自局部化等離子體的灰化氣體通過(guò)擴(kuò)散等離子體擴(kuò)散到光刻膠材料中，從而能夠灰化光刻膠材料，而沒有損害半導(dǎo)體工件。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明涉及原位光刻膠灰化的方法。該方法包括將局部化等離子體提供在處理室的第二區(qū)域中的位置，該處理室的第二區(qū)域通過(guò)第一區(qū)域與工件空間分離，其中，局部化等離子體具有多種灰化氣體離子。該方法進(jìn)一步包括將擴(kuò)散等離子體提供在處理室的第一區(qū)域內(nèi)，該處理室的第一區(qū)域與半導(dǎo)體工件接觸。來(lái)自局部化等離子體的灰化氣體離子通過(guò)擴(kuò)散等離子體進(jìn)行擴(kuò)散并且變成中性自由基，所述中性自由基以不會(huì)損害半導(dǎo)體工件的低能量擴(kuò)散到在半導(dǎo)體工件上的光刻膠材料中。
權(quán)利要求
1.一種等離子體蝕刻系統(tǒng)，包括: 處理室，被配置成容納半導(dǎo)體工件； 第一等離子體源，被配置成將第一等離子體提供在所述處理室的第一區(qū)域內(nèi)，其中，所述第一區(qū)域與所述半導(dǎo)體工件接觸； 第二等離子體源，被配置成在提供所述第一等離子體之后提供第二等離子體，所述第二等離子體位于所述處理室的第二區(qū)域內(nèi)，所述處理室的所述第二區(qū)域通過(guò)所述第一區(qū)域與所述半導(dǎo)體工件空間分離；以及 基板偏壓電源，被配置成選擇性地將偏壓施加給所述半導(dǎo)體工件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一等離子體包括直流等離子體，所述直流等離子體具有在所述直流等離子體中的離子和所述半導(dǎo)體工件之間的高電勢(shì)差，所述高電勢(shì)差通過(guò)操作所述基板偏壓電源使得將大的偏壓施加給所述半導(dǎo)體工件來(lái)形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述第二等離子體包括局部化等離子體，所述局部化等離子體具有小于所述高電勢(shì)差的電勢(shì)差并且所述局部化等離子體與所述半導(dǎo)體工件空間分離。
4.一種用于原位蝕刻和光刻膠灰化的等離子體蝕刻系統(tǒng)，包括: 處理室，被配置成容納具有光刻膠材料的半導(dǎo)體工件；以及 局部化等離子體源，被配置成將具有低電勢(shì)的局部化等離子體提供在所述處理室內(nèi)的適當(dāng)位置處使得所述局部化等離子體與所述半導(dǎo)體工件空間分離； 其中，所述空間分離使得具有基本上為零的電勢(shì)的擴(kuò)散等離子體形成在所述處理室內(nèi)的所述局部化等離子體和所 述半導(dǎo)體工件之間的適當(dāng)位置處； 其中，來(lái)自所述局部化等離子體的灰化氣體離子通過(guò)所述擴(kuò)散等離子體擴(kuò)散到所述光刻膠材料中，從而能夠灰化所述光刻膠材料而沒有損害所述半導(dǎo)體工件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: 一種或多種磁性元件，被配置成在所述處理室內(nèi)生成磁場(chǎng)，所述磁場(chǎng)將所述局部化等離子體空間限定在所述處理室的一個(gè)區(qū)域內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: 直流等離子體源，被配置成生成具有高電勢(shì)的直流等離子體，其中，所述直流等離子體被配置成實(shí)施所述半導(dǎo)體工件的蝕刻。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述直流等離子體源包括電感耦合等離子體源、電容耦合等離子體源或者電子回旋共振等離子體源。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: 控制單元，被配置成在所述直流等離子體源被操作為提供用于蝕刻所述半導(dǎo)體工件的所述直流等離子體時(shí)，選擇性地將偏壓施加給所述半導(dǎo)體工件；并且還被配置成在所述局部化等離子體源被操作為提供用于實(shí)施原位灰化的所述局部化等離子體時(shí)，關(guān)斷所述偏壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: 局部化等離子體氣體源，被配置成將一種或多種灰化氣體提供給所述處理室，其中，所述一種或多種灰化氣體包括氧氣、氫氣或氮?dú)狻?br> 10.一種原位光刻膠灰化的方法,包括:將局部化等離子體提供在處理室中的第二區(qū)域的位置處，所述第二區(qū)域通過(guò)第一區(qū)域與半導(dǎo)體工件空間分離，其中，所述局部化等離子體具有多個(gè)灰化氣體離子； 將擴(kuò)散等離子體提供在所述處理室中的所述第一區(qū)域內(nèi)，所述第一區(qū)域與所述半導(dǎo)體工件接觸；以及 其中， 來(lái)自所述局部化等離子體的所述灰化氣體離子通過(guò)所述擴(kuò)散等離子體進(jìn)行擴(kuò)散并且變成中性自由基，所述中性自由基以不損害所述半導(dǎo)體工件的低能量擴(kuò)散到在所述半導(dǎo)體工件上的光刻膠材料中。
全文摘要
在一些實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種等離子體蝕刻系統(tǒng)，該等離子體蝕刻系統(tǒng)具有與處理室連通的直流和局部化等離子體源。直流等離子體源用于將直流等離子體提供給處理室以蝕刻半導(dǎo)體工件。直流等離子體具有通過(guò)將大的偏壓施加給工件形成的高電勢(shì)。在完成蝕刻以后，關(guān)斷偏壓和直流等離子體源。然后，局部化等離子體源用于將低電勢(shì)局部化等離子體提供在處理室內(nèi)的適當(dāng)位置使得局部化等離子體與工件空間分離。空間分離導(dǎo)致形成與工件接觸的具有零電勢(shì)/低電勢(shì)的擴(kuò)散等離子體。零電勢(shì)/低電勢(shì)的擴(kuò)散等離子體使得實(shí)施反應(yīng)灰化，而降低了由于正等離子體電勢(shì)所引起的離子轟擊造成的工件損傷。本發(fā)明還公開了具有有效的無(wú)損害原位灰化的等離子體蝕刻器設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)H01L21/311GK103187236SQ20121019499
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者蕭穎, 林進(jìn)祥 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司