[发明专利]独立控制自由基密度、离子密度和离子能量的方法和系统

说明书

本发明涉及独立控制自由基密度、离子密度和离子能量的方法和系统。在第一时间段,施加较高的射频功率以产生暴露于所述衬底的等离子体，同时在衬底层次施加低偏置电压。在第二时间段,施加较低的射频功率以产生等离子体，同时在衬底层次施加高偏置电压。以交替和连续的方式重复第一时间段和第二时间段持续在所述衬底上产生所期望的效果所必需的总的时间段。在一些实施方式中，第一时间段比第二时间段短，使得在时均基础上，所述等离子体具有比自由基密度大的离子密度。在一些实施方式中，第一时间段比第二时间段长，使得在时均基础上，所述等离子体具有比自由基密度小的离子密度。

技术领域

本发明总体上涉及半导体器件制造。

背景技术

许多现代的半导体芯片制造工艺包括产生等离子体，离子和/或自由基成分源于该等离子体，以用于直接或间接地影响暴露于等离子体的衬底的表面上的变化。例如，各种基于等离子体的工艺可用于从衬底表面蚀刻材料、沉积材料到衬底表面上、或修改已经存在于衬底表面上的材料。等离子体通常通过在受控环境中施加射频(RF)功率至工艺气体来产生，使得该工艺气体被激励并转换成所需要的等离子体。等离子体的特性受许多工艺参数的影响，这些工艺参数包括但不限于，工艺气体的材料组成、工艺气体的流率、等离子体产生区域和周围结构的几何特征、工艺气体和周围材料的温度、所施加的RF功率的频率和幅值、和被施加以将等离子体的带电成分朝向衬底吸引的偏置电压等等。理解并控制可能影响所产生的等离子体与衬底相互作用的工艺参数中的一些，这是有意义的。就是这样的背景下，产生本发明。

发明内容

在一示例性的实施方式中，公开了一种用于在半导体制造工艺中对等离子体进行控制以具有增大的离子密度和减小的自由基密度的方法。该方法包括用于将衬底设置在处理模块内的衬底支架上的操作(a)。该方法还包括供给工艺气体组合物到在所述衬底上的等离子体产生区域的操作(b)。该方法包括操作(c)，其中，在第一时间段,施加第一射频功率到所述等离子体产生区域内的所述工艺气体组合物以产生暴露于所述衬底的等离子体。所述第一射频功率对应于高射频功率电平。此外，在操作(c)期间，在对应于低偏置电压电平的第一偏置电压设置下在所述衬底支架施加偏置电压。该方法还包括操作(d)，其中，在所述第一时间段结束后的第二时间段,施加第二射频功率到所述等离子体产生区域内的所述工艺气体组合物以产生暴露于所述衬底的等离子体。施加所述第二射频功率而不是所述第一射频功率。该方法包括以交替和连续的方式重复操作(c)和(d)持续在所述衬底上产生所期望的效果所必需的总的时间段。在该方法中，操作(c)的第一时间段的持续时间比操作(d)的第二时间段的持续时间短，使得所述等离子体内的时均离子密度比所述等离子体内的时均自由基密度大。

在一示例性的实施方式中，公开了一种用于在半导体制造工艺中对等离子体进行控制以具有减小的离子密度和增大的自由基密度的方法。该方法包括用于将衬底设置在处理模块内的衬底支架上的操作(a)。该方法还包括供给工艺气体组合物到在所述衬底上的等离子体产生区域的操作(b)。该方法包括操作(c)，其中，在第一时间段,施加第一射频功率到所述等离子体产生区域内的所述工艺气体组合物以产生暴露于所述衬底的等离子体。所述第一射频功率对应于高射频功率电平。此外，在操作(c)期间，在对应于低偏置电压电平的第一偏置电压设置下在所述衬底支架施加偏置电压。该方法还包括操作(d)，其中，在所述第一时间段结束后的第二时间段,施加第二射频功率到所述等离子体产生区域内的所述工艺气体组合物以产生暴露于所述衬底的等离子体。施加所述第二射频功率而不是所述第一射频功率。所述第二射频功率对应于低射频功率电平。此外，在操作(d)期间，在对应于高偏置电压电平的第二偏置电压设置下在所述衬底支架施加偏置电压。该方法包括以交替和连续的方式重复操作(c)和(d)持续在所述衬底上产生所期望的效果所必需的总的时间段。在该方法中，操作(c)的第一时间段的持续时间比操作(d)的第二时间段的持续时间长，使得所述等离子体内的时均离子密度比所述等离子体内的时均自由基密度小。

具体而言，本发明的一些方面可以阐述如下：