[发明专利]用于等离子体蚀刻室中的离子铣削的系统、方法和设备

说明书

技术领域

本发明总体涉及半导体制造，更具体而言，涉及用于在等离子体蚀刻室中执行离子铣削（mill）操作的系统、方法和设备。

背景技术

蚀刻（etch）很多材料经常会形成非易失性蚀刻处理副产品。举例而言，对材料的薄膜堆叠进行蚀刻来在磁随机存取存储器（MRAM）和电阻式随机存取存储器（RRAM）构造和器件中形成特征。非易失性蚀刻处理副产品能在特征的侧壁上形成沉积物。侧壁沉积物会导致器件畸形，诸如缩短了有源器件以及其他畸形。

离子铣削被用于去除在各种非易失性材料层中蚀刻的特征的侧壁上的非易失性蚀刻处理副产品沉积物。离子铣削将离子导向特征的侧壁上，以去除蚀刻副产品沉积物。

典型的离子铣削是无效的，因为特征尺寸的宽度变得小于200nm和/或特征深度对宽度（深宽）比超过1:1。因此，需要一种对于特征尺寸的宽度小于200nm和/或特征深宽比超过1:1有效的离子铣削处理。

发明内容

大致而言，本发明通过提供可以适用于等离子体蚀刻室中的半导体衬底的离子铣削系统和方法，满足了这些需要。应该理解的是本发明可以以大量方式实现，包含作为工艺、设备、系统、计算机可读介质、或者器件实现。本发明的若干创造性实施方式如下所述。

一个实施方式提供一种在等离子体蚀刻系统中执行的离子铣削的系统和方法，等离子体蚀刻系统包含等离子体蚀刻室、耦接至等离子体蚀刻室的多个处理气体源、射频偏置源和控制器。等离子体蚀刻室包含衬底支持件。衬底支持件是非枢转(non-pivoting)且非旋转的衬底支持件。衬底支持件能够将待处理的衬底支持在衬底支持件的顶面上，而不使用机械夹持器件。等离子体蚀刻室还包含设置成与衬底支持件的顶面相对的上电极。射频偏置源耦接至衬底支持件。控制器耦接至等离子体蚀刻室、多个处理气体源和射频偏置源。控制器包含存储在计算机可读介质上的用于执行等离子体蚀刻室中的离子铣削处理的逻辑。

多个处理气体源可以包含混合器且包含氦源、氖源、氩源、氙源和氪源中的至少2个。存储在计算机可读介质上的用于执行等离子体蚀刻室中的离子铣削处理的逻辑可以包含：存储在计算机可读介质上的用于向等离子体蚀刻室注入离子铣削处理气体的所选择的组合的逻辑；存储在计算机可读介质上的用于产生具有选择的离子角分布的离子铣削等离子体的逻辑；以及存储在计算机可读介质上的用于使在衬底中形成的特征的至少一个侧壁上的沉积物挥发的逻辑。存储在计算机可读介质上的用于向所述等离子体蚀刻室注入离子铣削处理气体的所选择的组合的逻辑可以包含：存储在计算机可读介质上的用于确定在衬底中形成的特征的至少一个侧壁上的多个沉积物中的至少一个的位置的逻辑。

存储在计算机可读介质上的用于向所述等离子体蚀刻室注入离子铣削处理气体的所选择的组合的逻辑可以包含：存储在计算机可读介质上的用于选择介于约60毫托与约300毫托之间的离子铣削操作压强的逻辑。

存储在计算机可读介质上的用于向等离子体蚀刻室注入离子铣削处理气体的所选择的组合的逻辑可以包含：存储在计算机可读介质上的用于选择离子铣削处理气体的质量的比率的逻辑。

离子角分布包含介于相对于衬底的表面的垂线的约0度至相对于衬底的表面的垂线的约50度的范围。射频偏置源具有介于约200kHz与约2MHz之间的输出频率。

另一个实施方式提供一种离子铣削的方法，包含：将衬底置于等离子体蚀刻室；向衬底实施等离子体蚀刻处理；结束等离子体蚀刻处理；向等离子体蚀刻室注入离子铣削处理气体的选择的组合；产生具有选择的离子角分布的离子铣削等离子体；以及使在衬底中形成的特征的至少一个侧壁上的至少一个沉积物挥发。

根据结合附图进行的、以示例的方式示出本发明的原理的下面的具体说明可以得知本发明的其他方面和优点。

附图说明

本发明通过结合附图的下面的具体说明变得容易理解。

图1A是典型的离子铣削室系统。

图1B是在半导体衬底的表面上的一个或多个层中蚀刻的特征的详细的侧视图。

图1C是在半导体衬底的表面中蚀刻的特征的详细的侧视图。

图2A是依据本发明的实施方式的、不同质量的惰性气体离子能量的图线。

图2B是依据本发明的实施方式的、能够执行离子铣削的等离子体室系统。

图2C是依据本发明的实施方式的、在半导体衬底的表面中蚀刻的特征的详细的侧视图。

图3是示出依据本发明的一个实施方式的、在原位离子铣削处理中执行的方法操作的流程图。

具体实施方式