用于实现具有低角分散的峰值离子能量增强的系统和方法与流程

本发明的实施方案涉及用于实现具有低角分散的峰值离子能量增强的系统和方法。

背景技术：

1、在一些等离子体处理系统中，射频(rf)信号被提供至等离子体室内的电极。rf信号被用于在等离子体室内产生等离子体。等离子体被用于各种操作，例如清理放置在下电极上的衬底、蚀刻衬底等。在利用等离子体处理衬底期间，rf信号是连续的。

2、本发明的实施方案就是在该背景下产生的。

技术实现思路

1、本发明的实施方案提供了用于实现具有低的角分散的峰值离子能量增强的系统、设备、方法和计算机程序。应了解，本发明的实施方案可以各种方式实现，例如以处理、设备、系统、装置、或计算机可读介质上的方法实现。下面将说明一些实施方案。

2、在一些实施方案中，本文中所述的系统和方法能在不增加或不显著增加被施加的射频(rf)偏置电压或rf偏置功率的情况下增进离子能量并产生峰值能量处的窄的角分散。峰值能量处的窄的角分散被用于实现高深宽比蚀刻。

3、本文中所述的系统和方法在脉冲发生(pulsing)时间段期间施加高频电平与低频电平。高频电平由高频rf产生器(如27兆赫rf产生器或60兆赫rf产生器)施加，低频电平由另一低频rf产生器(如2兆赫rf产生器或13.56兆赫rf产生器或400千赫rf产生器)施加。系统和方法具有能促进紧密(如窄的)离子角度而增加峰值离子能量的优点，经增加的峰值离子能量例如比使用非脉冲化rf信号(如连续波rf信号)所实现的峰值离子能量大例如超过35％。紧密的离子角度及峰值离子能量的增加是由于低频与高频同步rf电压脉冲化所实现的。在高频电平开始期间，等离子体离子从先前的(如前面的)低频电平接收到升压(voltage boost)。例如，来自低频电平的电压量被添加至接在低频电平后的高频电平的电压量。这造成对于相同rf偏置电压，本文中所述的系统和方法比连续波技术在离子能量及角分布函数(ieadf)中有更高的峰值能量。等离子体鞘的鞘电压基于如下所示的方程式(1)充放电。

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5、其中vlow为具有低频电平的rf信号的电压电平，vhigh为具有高频电平的rf信号的电压电平、vhigh_peak为在低频电平转换为高频电平的时间t之后的最终电压电平，其中先前的低频电平的贡献被添加至现行的高频电压电平。此外，在方程式(1)中，exp为指数函数，r为用作为电容器的等离子体鞘的输出处的阻抗、rc为电容器的时间常数、而c为电容器的电容值。在高频电平的开始期间，等离子体离子行进通过等离子体鞘，并且以高于连续波技术的较高电压(由于来自于先前的低频电平的电压电平)击打衬底。来自于先前的低频电平的电压电平被添加至高频电平的电压电平。该等离子体鞘电压电平的增加能增加如下所提供的方程式(2)中的分母。

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7、其中vs为等离子体鞘的电压，ti为鞘边缘处的离子温度，e为单一电子所携带的电荷量、tan为正切函数。方程式(2)的分母的增加提供了窄的离子角度σθ。此外，低频电平增加电阻值r，而电阻值r的增加能增加时间常数rc。当在低频电平期间时间常数rc增加时，会使衬底处的偏置电压增加得甚至多于使用单一频率而不使用脉冲化时如连续波模式中的情况。相较于通过增加rf偏置产生器系统所供给的偏置电压而增加衬底处的偏置电压的系统而言，在高频电平与低频电平之间的脉冲发生一起产生了蚀刻率的预定增加量如35-50％及通道的关键尺寸的预定改善量如10％。关键尺寸的改善是在有更直的蚀刻后特征时实现的。

8、此外，本文中所述的系统和方法能通过将来自低功率参数水平的功率或电压量贡献至高功率参数水平的功率量，在不实质上增加偏置电压或偏置功率的情况下增强离子能量并且产生在峰值能量处的窄的角分散。本文中所述的系统和方法在脉冲发生时间期间的高状态期间使用高功率参数水平并且在脉冲发生时间期间的低状态期间使用低功率参数水平。低功率参数水平为高状态期间的功率参数水平的百分比。高功率参数水平与低功率参数水平由相同的rf产生器(如高频rf产生器或低频rf产生器)供给。因此，在高状态的开始期间，充当电容器的等离子体鞘持有先前的低功率参数水平的低电压或功率，然后该低电压或功率被添加至高功率参数水平的高电压或高功率以造成ieadf中的较高峰值能量。在高状态与低状态期间的峰值能量高于相同偏置电压的连续波技术的情况。等离子体鞘的电压根据方程式(1)而充放电。

9、在高功率参数水平的开始期间，等离子体离子行进通过等离子体鞘，并且以高于连续波技术的较高电压击打衬底。来自于先前的(如前面的)低功率参数水平的电压或功率量增加了对高功率参数水平的电压的贡献。高功率参数水平的电压的添加能增加等离子体鞘的电压以更进一步地增大方程式(2)的分母。方程式(2)的分母的增大会造成窄的离子角度。此外，不同于连续波技术，由于在从低功率参数水平至高功率参数水平的过渡期间，等离子体鞘开始较薄，因此等离子体离子经历较少的碰撞以及较少的散射以保留离子能量及较紧密的离子角度两者。相较于连续波模式中的较厚的鞘，碰撞以及散射皆较少。相较于连续波模式，在高功率参数水平期间于峰值能量处的能量经增强的离子维持高深宽比蚀刻用的较紧密的离子角度。此外，由于在低功率参数水平期间在鞘边缘处的离子温度ti低，因此在自低功率参数水平转变为高功率参数水平的过渡期间离子的角分散会比cw技术更窄。所有这些因素共同增加iedf中的峰值能量并使该峰值能量处的离子角度更紧密。另外，由于低功率参数水平与高功率参数水平之间的脉冲发生，掩模比连续波技术中的掩模受到的侵蚀明显更少。

10、在一些实施方案中，描述了一种操作等离子体室以在蚀刻操作期间增加离子能量并减少朝向衬底表面的离子的角分散的方法。该方法包含接收脉冲化信号以驱动该等离子体室的操作。该脉冲化信号具有两状态，两状态包含第一状态与第二状态。该方法还包含于第一状态期间在主要频率电平下操作主要rf产生器以及在第二状态期间使该主要rf产生器处于关闭状态。该第一状态期间该主要rf产生器的该操作对形成在该衬底上方的等离子体鞘产生经增加的电荷。该经增加的电荷增加该等离子体鞘的厚度。该方法还包含于该第二状态期间在次要频率电平下操作次要rf产生器以及在该第一状态期间使该次要rf产生器处于该关闭状态。该第二状态期间该次要rf产生器的操作使用在该第一状态期间所产生的该等离子体鞘的该经增加的电荷的至少一部分作为用于增强该第二状态期间所产生的该离子能量的添加功率。该添加功率减少当该离子朝向该衬底表面时该离子的该角分散。该主要rf产生器与该次要rf产生器通过阻抗匹配电路而耦合至与该等离子体室相关的上电极。该方法包含根据该脉冲化信号在该第一状态与该第二状态中持续操作该主要rf产生器与该次要rf产生器，以增进该第一状态与该第二状态的多个循环期间的蚀刻操作。

11、在多种实施方案中，描述了一种操作等离子体室以在蚀刻操作期间增加离子能量并减少朝向衬底表面的离子的角分散的方法。该方法包含接收脉冲化信号以驱动该等离子体室的操作。该方法还包含于第一状态期间在第一主要频率电平下以及于第二状态期间在第二主要频率电平下操作主要rf产生器。该第一状态期间该主要rf产生器的操作对形成在该衬底上方的等离子体鞘产生经增加的电荷。该方法还包含于该第一状态期间在第一次要频率电平下以及于该第二状态期间在第二次要频率电平下操作次要rf产生器。该第二状态期间该次要rf产生器的操作使用在该第一状态期间所产生的该等离子体鞘的该经增加的电荷的至少一部分作为用于增强该第二状态期间所产生的该离子能量的添加功率。该第一主要频率电平、该第二主要频率电平、该第一次要频率电平、以及该第二次要频率电平中的每一者都为非零。例如，在该第一状态与该第二状态期间并未关闭该主要rf产生器与该次要rf产生器中的任一者。该方法包含根据该脉冲化信号在该第一状态与该第二状态中持续操作该主要rf产生器与该次要rf产生器，以增进该第一状态与该第二状态的多个循环期间的该蚀刻操作。

12、在多个实施方案中，描述了一种操作等离子体室以在蚀刻操作期间增加离子能量并减少朝向衬底表面的离子的角分散的系统。该系统包含具有主要电源的主要rf产生器，该主要电源被用于产生主要rf信号。该系统还包含具有次要电源的次要rf产生器，该次要电源被用于产生次要rf信号。该系统还包含耦合至该主要电源与该次要电源的阻抗匹配网络。该阻抗匹配网络被用于接收该主要rf信号与该次要rf信号以产生经修改的rf信号。该系统包含具有上电极的该等离子体室，该上电极耦合至该阻抗匹配网络。该等离子体室接收该经修改的rf信号。该主要rf产生器包含一或多个处理器。该主要rf产生器的该一或多个处理器接收脉冲化信号以驱动该等离子体室的操作。该一或多个处理器于第一状态期间在主要频率电平下操作该主要rf产生器以及在第二状态期间使该主要rf产生器处于关闭状态。该第一状态期间该主要rf产生器的该操作对形成在该衬底上方的等离子体鞘产生经增加的电荷。该经增加的电荷增加该等离子体鞘的厚度。该次要rf产生器包含用于接收该脉冲化信号的一或多个处理器。该次要rf产生器的该一或多个处理器于该第二状态期间在次要频率电平下操作该次要rf产生器及在该第一状态期间使该次要rf产生器处于该关闭状态。该第二状态期间该次要rf产生器的操作使用在该第一状态期间所产生的该等离子体鞘的该经增加的电荷的至少一部分作为用于增强该第二状态期间所产生的该离子能量的添加功率。该添加功率减少当该离子朝向该衬底的表面时该离子的该角分散。该主要rf产生器与该次要rf产生器根据该脉冲化信号在该第一状态与该第二状态中持续操作，以增进该第一状态与该第二状态的多个循环期间的该蚀刻操作。

13、根据下文结合附图的详细说明，其他方面将变得清楚。