[发明专利]用于等离子体鞘电压控制的系统、方法和装置

说明书

技术领域

本发明一般涉及等离子体加工，尤其涉及用于控制等离子体鞘电压的系统、方法和装置。

背景技术

制造集成电路包括将包含掺杂硅的区域的半导体衬底(晶片)浸入化学反应等离子体中，其中亚微米设备特征(例如，晶体管、电容器等)被蚀刻到表面层上。一个或多个后端绝缘(介电)层随后构建于第一层之上。孔(例如，通孔)和沟槽被蚀刻到层中以便放置导电互连件。

SiO₂是在集成电路制造中使用的常见介电物。在SiO₂层上使用的蚀刻等离子体通常包括诸如四氟化碳CF₄和八氟环丁烷(C-C₄F₈)等氟碳气体以及氩气(Ar)和氧气(O₂)。如本文所使用的，“等离子体”是指组成物原子和分子已经部分地或完全地电离的那些气体。

电容射频(RF)功率耦合通常由于所获得的低离解率而用于激励和维持等离子体，有利于表面处的较大钝化分子和高离子能量。为了获得离子能量和离子通量对硅衬底的独立控制，有时使用双重频率电容放电(DF-CCP)。

当正离子从等离子体中逸出且撞击到待蚀刻特征时，通常通过正离子来执行半导体晶片蚀刻。等离子体离子的蚀刻率是通过等离子体传递到等离子体离子的能量的函数。典型地，通过增加施加到等离子体的RF功率能够产生能量的增加。

不幸的是，增加的RF功率还会导致等离子体腔室内的电弧放电，例如从等离子体腔室的一部分到等离子体腔室的另一部分和/或半导体晶片的电弧放电。该电弧放电会损坏等离子体腔室和半导体晶片。

增加的RF功率还需要供给到等离子体腔室的更多功率(即，较大的RF发生器以及对于设施电源的需求增加)。增加的RF功率还需要附加的冷却容量，这进一步增加了操作成本、提高了系统空间要求和对于设施电源的需求。

鉴于前述情况，对于控制等离子体鞘电压来增加等离子体离子的能量水平的系统、方法和装置存在需求。

发明内容

广义地讲，本发明通过提供用于控制等离子体鞘电压来增加等离子体离子的能量水平的系统、方法和装置来满足这些需要。应当理解的是，能够以多种方式来实施本发明，包括过程、装置、系统、计算机可读介质或设备。下文描述了本发明的多个创造性实施例。

一个实施例提供了锁相等离子体腔室系统，其包括：等离子体腔室，所述等离子体腔室包括上方电极和下方电极；多个RF源，至少一个所述RF源与所述下方电极耦合。锁相电路与RF源中的此后指定为第一RF源和第二RF源的至少两个RF源耦合。控制器与等离子体腔室、每一个RF源以及锁相电路耦合。所述控制器包括操作系统软件、多个逻辑电路和处理配方。

接地电位与上方电极耦合。上方电极和下方电极可以对称。上方电极和下方电极可以不对称。

第一RF源和第二RF源耦合到锁相电路并且具有与所述下方电极耦合的对应输出。第三RF源能够与下方电极耦合。第三RF源能够与上方电极耦合。第一RF源可以具有与下方电极耦合的对应输出，并且第二RF源可以具有与上方电极耦合的对应输出。

上方电极可以包括有轮廓的(contoured)下表面，所述有轮廓的下表面包括朝向下方电极的外周延伸的凸起周向环。有轮廓的下表面还可以包括围绕凸起周向环的外周的锥形环状部。等离子体腔室还可以包括等离子体约束结构。等离子体约束结构可以包括至少一个等离子体约束环。

另一个实施例提供了增加从等离子体发射的离子的能量水平的方法，该方法包括：将处理气体喷射到等离子体腔室中；将第一RF信号和第二RF信号锁相，其中所述第二RF信号是第一RF信号的二次谐波；将经锁相的第一RF信号和第二RF信号耦合到等离子体腔室；点燃等离子体腔室中的等离子体；当经锁相的第一RF信号和第二RF信号峰值重合时，从下方等离子体鞘喷射能量增加的等离子体离子。

能量增加的等离子体离子能够与等离子体腔室的下方电极上的半导体晶片的表面反应。第三RF信号能够与等离子体腔室耦合，其中所述第三RF信号能够与等离子体腔室中的上方电极耦合，并且经锁相的第一RF信号和第二RF信号能够与等离子体腔室中的下方电极耦合。可替代地，第一RF信号和第三RF信号能够与等离子体腔室中的下方电极耦合，并且第二RF信号能够与等离子体腔室中的下方电极耦合。经锁相的第一RF信号和第二RF信号以及第三RF信号能够与等离子体腔室中的下方电极耦合。