用于等離子體反應器中的射頻去耦和偏壓控制的設備和方法技術

提供了一種用于在寬范圍內控制偏壓和用于對雙射頻（ＲＦ）電流進行去耦以允許獨立地控制用于處理基板的等離子體的等離子體密度和離子能量的方法和設備。示例性的設備提供了等離子體處理室，該等離子體處理室包括被配置得保持一基板的底部電極和連接于底部電極的第一和第二ＲＦ電源。還包括與頂部地線延伸部電隔離的頂部電極。包括限定一組濾波器裝置的濾波器陣列。一開關耦合于頂部電極并且該開關被配置得將頂部電極互連到一個濾波器裝置。濾波器裝置被配置得允許或禁止由ＲＦ電源的一個或兩個所產生的ＲＦ電流流過頂部電極。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及半導體制造，更為具體地，涉及用于控制等離子體刻蝕反應器中晶片的偏壓和在使用多RF源的情況下射頻(RF)的去耦。
技術介紹
目前等離子體反應器可以與雙射頻(RF)系統一起使用，其中各RF系統可以在不同頻率下工作。圖1示出描述現有技術的含有兩個電極的雙射頻RF系統的圖100。圖100的反應器包含RF驅動電極104和無源電極102，晶片116放置在RF驅動電極104頂部上。經過硬栓接金屬連接110向RF驅動電極供給RF電流。在使能RF電源的情況下，電流經過RF驅動電極進入等離子體區域并沿著相同的路徑通過反應器到達無源電極102，如箭頭114所示。另外，RF電流穿過等離子區域前進到地線延伸部(ground extension)116和118，如箭頭114a所示。由于27兆赫(MHz)與2MHz的電流路徑相同，所以2MHz和27MHz頻率并未被去耦。現有技術的等離子體反應器不能獨立地控制反應器室中的等離子體的等離子體密度和離子能量。通常，雙RF系統的較高頻率影響等離子體密度，而較低頻率影響反應器中的電壓，進而影響離子能量。然而，由于雙頻的耦合，所以不能獨立地控制等離子體密度和離子能量。雖然可以修改為一個雙頻的RF系統所提供的電源以增加或降低等離子密度，但該修改也對離子能量有影響。即，在兩個頻率耦合的系統中控制等離子體密度和離子能量的向量不正交。因此，一個參數(例如等離子體密度)的改變還會影響其它參數(離子能量)，反之亦然。另外，無源電極面積與RF驅動電極面積的比率確定了晶片處的偏壓。例如，隨著RF驅動電極的面積相對于無源電極的面積減小，RF驅動電極處的偏壓將增加。結果，由于晶片位于RF驅動電極處，離子的晶片處偏壓也將增加。這樣，在刻蝕操作期間沖擊在晶片上的能量將增加。雖然由高偏壓所產生的高離子能量對某些刻蝕工藝有益，但是對其它工藝則是不希望的。例如，高離子能量優選地用于高深寬比(aspect ratio)刻蝕，即在基板中鉆深而小的接觸孔。然而，其它工藝，例如刻蝕溝槽，最適宜在較低的離子能量下進行。不幸的是，由于等離子體刻蝕室的幾何結構，特別是由于電極面積比，限制了晶片處的偏壓控制。雖然可以將晶片傳輸到具有不同幾何結構的等離子體反應器，即用于需要較低離子能量的工藝的較小直徑的無源電極，由于附加的處理，帶來了補充固定設備的額外花費和晶片污染的風險。另一選擇是采用較小直徑電極來替換無源電極，然而，該選擇又將增加成本，并且將加劇污染及處理問題。結果，需要解決現有技術的問題，以便可以更加獨立地控制室內的等離子體密度和離子能量以最佳地適應各種刻蝕工藝。另外，為了適應反應器，需要在寬范圍中控制RF驅動電極處的偏壓，以便可以為各種刻蝕工藝精確地改變偏壓。
技術實現思路
總的來說，本專利技術通過提供用于在寬范圍中控制晶片處偏壓的方法和設備滿足了這些需要。另外，本專利技術提供了對雙RF電流(具有不同頻率)去耦的方法和設備，從而允許獨立地控制等離子體的等離子體密度和離子能量。應該明白，本專利技術可以用多種方式來實現，包括實現為設備、系統、裝置或方法。下面說明本專利技術的幾個獨創性實施例。在一個實施例中，提供了一種用于等離子體處理室的設備。在該實施例中，處理室包括RF驅動電極，被配置得用來保持一基板；和第一和第二射頻(RF)電源，與RF驅動電極相連。還包括被地線延伸部包圍但與地線延伸部電隔離的無源電極。包括限定一組濾波器設置的濾波器陣列。一開關耦合于頂部電極，并且該開關被配置得將頂部電極與一個濾波器裝置互連。濾波器裝置被配置得允許或禁止由一個或兩個RF電源產生的RF電流從頂部電極流過。在本專利技術的另一實施例中，提供了一種用于具有可選擇的操作模式的刻蝕系統的設備。在該實施例中，包括配置成接受來自第一和第二RF發生器的第一和第二RF電流的RF驅動電極。包括無源電極，其被限定在RF驅動電極上方，該RF驅動電極限定了二者之間的等離子體區域，并且所述無源電極處于電浮置狀態。在該實施例中還包括選擇開關，其被配置得允許第一和第二RF電流中的一個、兩個或零個流過無源電極。在本專利技術的又一實施例中，提供了一種用于對在等離子體刻蝕中使用的雙頻進行去耦的設備。在該實施例中，包括等離子體刻蝕反應器。該等離子體刻蝕反應器包括底部和頂部電極；第一和第二RF電源，連接于底部電極；以及等離子體區域，由頂部和底部電極限定。頂部電極與頂部地線延伸部電隔離。包括穿過頂部電極到第一和第二電源的第一RF返回路徑。還包括穿過地線延伸部到第一和第二電源的第二RF電流返回路徑。包括一選擇開關，其被配置得阻止RF電流中的一個、兩個或零個流過第一RF電流返回路徑。在本專利技術的再一實施例中，提供了一種用于刻蝕基板的設備。在該實施例中，包括配置成向底部電極輸送RF電流的第一和第二電源。還包括頂部電極，限定到電源的第一返回路徑；和頂部和底部地線延伸部，限定到電源的第二和第三返回路徑。包括具有可選擇的操作模式的選擇開關，其中阻止RF電流中的一個、全部或零個流過第一返回路徑。本專利技術的又一實施例中，提供了一種在等離子體刻蝕室中刻蝕晶片的方法。該方法包括提供具有可選擇的操作模式的刻蝕系統以處理基板。然后，選擇配置成設置刻蝕系統中的刻蝕環境的刻蝕配方。接著，選擇一個操作模式以在基板處建立選定的偏壓。然后，在所設置的刻蝕環境和所選定的偏壓下進行刻蝕。本專利技術的優點有許多。最為顯著地，所述設備和方法允許在寬范圍中控制基板處的偏壓。通過有選擇性地阻止RF電流穿過返回路徑，修改了頂部與底部電極的有效面積比，由此影響了偏壓。因此，防止了由等離子體刻蝕室的設計所產生的固有偏壓限制。另外，RF電流的選擇性阻止允許對提供給刻蝕室的雙RF電流進行去耦。因此，在這些條件下，可以獲得對等離子體密度和離子能量的更加獨立的控制。本專利技術的其他方案和優點從下述詳細說明結合附圖將變得顯而易見，所述說明通過示例示出了本專利技術的原理。附圖說明通過下面結合附圖的詳細說明將很容易理解本專利技術，相同的標號指示相同的結構元件。圖1示出描述現有技術的含有兩個電極的雙頻RF系統的框圖。圖2示出描述選擇開關定位成允許低頻RF電流通過的等離子體刻蝕反應器的剖面的框圖。圖3示出描述選擇開關定位成允許高頻RF電流通過的等離子體刻蝕反應器的剖面的框圖。圖4示出描述選擇開關定位成阻止高頻和低頻RF電流中的每一個的等離子體刻蝕反應器的剖面的框圖。圖5示出描述選擇開關定位成既不阻止低頻RF電流也不阻止高頻RF電流的等離子體刻蝕反應器的剖面的框圖。圖6示出提供用于在具有可選擇的操作模式的刻蝕系統中處理基板的方法的流程圖。圖7示出描述用于執行用于在等離子體刻蝕反應器中進行的刻蝕操作的刻蝕配方的控制系統的框圖。具體實施例方式本專利技術說明了用于對等離子體刻蝕反應器的雙頻進行去耦的設備和方法，由此允許更好地并且獨立地控制離子能量和等離子體密度。然而，對本領域技術人員顯而易見的是，可以在不具備這些具體細節的一些或全部的情況下來實施本專利技術。另一方面，為了避免不必要地使本專利技術晦澀，沒有詳細說明公知的處理操作。本專利技術的實施例提供了用于對等離子體刻蝕反應器的雙頻進行去耦的設備和方法，以便獨立地控制等離子體密度和離子能量，還提供了用于在寬電壓范圍內控制晶片處的偏壓的設備和方法。在一個實施例中本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種等離子體處理室，其包括：底部電極，被配置得保持一基板；第一和第二射頻（ＲＦ）電源，與底部電極相連；頂部電極，與頂部地線延伸部電隔離；濾波器陣列，用于限定一組濾波器裝置；和開關，耦合于頂部電極，該開 關被配置得將頂部電極互連到所述濾波器裝置組中的所選定的一個，所述濾波器裝置組中的一個的選定被配置得基本上允許或禁止由第一ＲＦ電源和第二ＲＦ電源中的一個或兩個所產生的ＲＦ電流流過頂部電極。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：安德瑞斯費舍爾，
申請(專利權)人：拉姆研究公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]