[发明专利]控制等离子体加工的系统和方法

说明书

一种等离子体加工系统包括真空室、第一耦合电极、布置在该真空室中的衬底固持器、第二耦合电极以及控制器。该衬底固持器被配置为支撑衬底。该第一耦合电极被配置为提供用于在该真空室中生成等离子体的功率。该第一耦合电极被进一步配置为将源功率脉冲耦合到该等离子体。该第二耦合电极被配置为将偏置功率脉冲耦合到该衬底。该控制器被配置为控制这些源功率脉冲这些偏置功率脉冲之间的第一偏移持续时间。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月14日提交的美国临时申请号62/718,454、于2018年8月30日提交的美国临时申请号62/724,879以及于2018年12月13日提交的美国非临时申请号16/219,535的优先权，这些申请特此通过引用整体并入。

技术领域

本发明总体上涉及等离子体加工，并且在具体实施例中，涉及控制等离子体加工的系统和方法。

背景技术

半导体器件的制造涉及包括在衬底上形成、图案化和去除多个材料层的一系列技术。为了实现当前和下一代半导体器件的物理和电气规格，对于各种图案化工艺，期望能够在维持结构完整性的同时减小特征尺寸的加工流程。从历史上看，已经利用微细加工在一个平面上创建晶体管，并在上方形成接线/金属化层，并且因此，这被表征为二维(2D)电路或2D制作。虽然微缩(Scaling)工作已经极大地增加了2D电路中每单位面积的晶体管数量，但是随着微缩进入纳米级半导体器件制作节点，微缩工作也将面临更大的挑战。因此，期望晶体管堆叠在彼此之上的三维(3D)半导体器件。

随着设备结构的致密化和竖直发展，对精确材料加工的期望变得越来越迫切。在等离子体工艺中，选择性、轮廓控制、膜保形性和均匀性之间的权衡可能难以管理。因此，期望将加工条件隔离和控制为对于刻蚀和沉积方案最佳的设备和技术，以便精确地操纵材料并且满足先进的微缩挑战。

等离子体工艺通常用于制造半导体器件。例如，等离子体刻蚀和等离子体沉积是半导体器件制作期间的常见工艺步骤。在等离子体加工期间，可以使用源功率和偏置功率的组合来生成和引导等离子体。图16展示了在等离子体加工期间用于施加源功率和偏置功率的常规时序图。在顶部的图中，源功率或偏置功率不存在明显的脉冲。在中间的图中，施加没有脉冲的连续偏置功率，而施加100μs源脉冲。在底部的图中，施加没有脉冲的连续源功率，而施加80μs偏置脉冲。

发明内容

根据实施例，一种等离子体加工系统包括真空室、第一耦合电极、布置在该真空室中的衬底固持器、第二耦合电极以及控制器。该衬底固持器被配置为支撑衬底。该第一耦合电极被配置为提供用于在该真空室中生成等离子体的功率。该第一耦合电极被进一步配置为将源功率脉冲耦合到该等离子体。该第二耦合电极被配置为将偏置功率脉冲耦合到该衬底。该控制器被配置为控制这些源功率脉冲这些偏置功率脉冲之间的第一偏移持续时间。

根据另一个实施例，一种装置包括真空室、耦合电极以及衬底固持器。该耦合电极耦合到源功率供应节点并且被配置为使用第一源功率脉冲序列在该真空室内生成等离子体。该衬底固持器耦合到偏置功率供应节点并且布置在该真空室内。该衬底固持器被配置为支撑要通过该等离子体加工的衬底。第二偏置功率脉冲序列被配置为使该等离子体的离子朝该衬底加速。

根据仍另一个实施例，一种等离子体加工方法包括：使用第一脉冲调制电路将第一信号输出到第一函数发生器；响应于输出该第一信号，使用该第一函数发生器生成第一源功率脉冲；在真空室的第一耦合电极处提供该第一源功率脉冲以生成等离子体；通过触发相对于该第一源功率脉冲的延迟来生成偏置功率脉冲；在该真空室的第二耦合电极处提供该偏置功率脉冲；以及对布置在该真空室中的衬底执行等离子体沉积或刻蚀工艺。提供该偏置功率脉冲使离子从该等离子体朝该衬底加速。

附图说明

为了更完整地理解本发明和其优点，现在参考结合附图进行的以下描述，在附图中：