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TWI578381B - 用於蝕刻基板之方法 - Google Patents

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TWI578381B
TWI578381B TW100144698A TW100144698A TWI578381B TW I578381 B TWI578381 B TW I578381B TW 100144698 A TW100144698 A TW 100144698A TW 100144698 A TW100144698 A TW 100144698A TW I578381 B TWI578381 B TW I578381B
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雀什艾倫
盧比拉得蓋布利爾
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應用材料股份有限公司
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Description

用於蝕刻基板之方法
本發明的實施例大體上關於用以蝕刻基板的方法。
一些蝕刻反應器利用循環蝕刻步驟，該等循環蝕刻步驟包括一些程式步驟(諸如蝕刻與沉積，或者蝕刻、快閃及沉積)。循環蝕刻製程可使用時間多工氣體模組化(time multiplexed gas modulation,TMGM)系統或波斯科(Bosch)系統來依序地提供蝕刻劑與沉積物種。沉積物種在先前被蝕刻的表面上提供保護膜以保護表面(通常是溝槽的側壁)免於進一步蝕刻。隨著形成越來越深的溝槽，重複此兩個步驟。不佳的循環蝕刻製程控制會不利地增加側壁的粗糙度，此會導致微電子元件的缺陷。
又，沉積物種的沉積沒有良好地被控制且會造成沉積物種被沉積在待蝕刻的表面上。因此，必須包括額外的製程步驟以從待蝕刻的表面上移除沉積物種，或蝕刻步驟必須進行長達更長的時段以先移除沉積物種而抵達待蝕刻的表面。所以，對於循環蝕刻製程而言，不佳的沉積物種控制會造成更長的時段。
所以，在此提供改善的用以蝕刻基板的方法。
在此提供用以蝕刻基板的方法與設備。在一些實施例中，一種用以在電漿蝕刻反應器中蝕刻基板的方法可包括：(a)使用從第一製程氣體所形成的第一反應性物種在特徵結構的表面上沉積聚合物，該第一製程氣體包含聚合物形成氣體，該特徵結構被形成在基板中，該基板設置在該蝕刻反應器中；(b)使用從第三製程氣體所形成的第三反應性物種在該蝕刻反應器中蝕刻該基板的該特徵結構的底表面，該第三製程氣體包括蝕刻氣體；及(c)當沉積該聚合物時或當蝕刻該底表面時的至少一者，以從第二製程氣體所形成的第二反應性物種轟擊該特徵結構的底表面，用以當沉積該聚合物時能移除設置在該底表面上的該聚合物的至少一些，或用以當蝕刻該底表面時能化學地或物理地的至少一者損壞該底表面，該第二製程氣體包含惰性氣體、氧化氣體、還原氣體或該聚合物形成氣體的一或更多者。在一些實施例中，該方法可進一步包括重複步驟(a)、(b)和(c)直至該特徵結構蝕刻至該基板內達預定之深度。
本發明的其他和更進一步之實施例在下文描述。
在此揭示用以蝕刻基板的方法與設備。儘管在此描述的設備與方法對於MEMS應用的蝕刻矽是特別有利的，可設想出的是本發明的實施例不被侷限在MEMS應用或藉由矽蝕刻的使用，而是可有利地被利用來蝕刻其他類型的材料與/或被利用在其他蝕刻反應器中。在此揭示的發明方法可有利地提供縮短的用以蝕刻基板中特徵結構的時段。在此揭示的發明方法可有利地提供經蝕刻的特徵結構的更平滑表面。
第1圖圖示根據本發明的一些實施例的蝕刻反應器100的剖視圖。蝕刻反應器100包括下腔室主體102、上腔室主體104與室頂106，下腔室主體102、上腔室主體104與室頂106圍繞製程容積108。室頂106可以是平坦的或具有其他幾何形態。在一實施例中，室頂106是圓頂。可替換間隙物110被提供在室頂106與上腔室主體104之間，因此可依需要可選擇地改變室頂106相對於上腔室主體104的傾斜與/或高度。
RF線圈112設置在室頂106上方且經由匹配電路116耦接到RF源114。室頂106對於RF功率是可傳遞的，以致從RF源114被施加到線圈112的源功率能誘導地耦合到且能量化設置在反應器100的製程容積108中的氣體，以維持電漿170。傳統上，被施加到線圈112的功率稱為源功率。
可在範圍從約2 MHz到約60 MHz的射頻下及在範圍從約10瓦到約5000瓦的功率下提供源功率。可將源功率予以脈衝化。
上腔室主體104包括泵送通道118，泵送通道118將反應器100的製程容積108經由節流閥122連接到泵120。泵120與節流閥122可被運作以控制反應器100的製程容積108內的壓力。泵120亦移除蝕刻副產物。擋板180可設置在泵送通道118中，以將泵120的污染減到最小並改善製程容積108內的傳導性。
反應器100具有耦接到反應器100的快速氣體交換系統124，快速氣體交換系統124經由多個噴嘴126提供製程與/或其他氣體到製程容積108，噴嘴126設置在上腔室主體104的周圍或內部或設置在其他適當的位置處。快速氣體交換系統124可選擇地容許任何單一氣體或多種氣體的組合被提供到製程容積108。在一些實施例中，快速氣體交換系統124具有四個輸送線128，各個輸送線128耦接到不同的氣體源。輸送線128可耦接到相同或不同的噴嘴126。
在第1圖圖示的實施例中，各個輸送線128包括第一閥130、質流計132與第二閥134。第二閥134耦接到共用的管座138，管座138耦接到該等噴嘴126。氣體從質流計132所藉由流經到製程容積108的導管的長度小於約2.5 m，藉此容許該等氣體之間的更快速切換時間。可藉由隔離閥136將快速氣體交換系統124與反應器100的製程容積108予以隔離，隔離閥136設置在管座138與噴嘴126之間。
排放導管162耦接在隔離閥136與管座138之間，以容許殘餘氣體從快速氣體交換系統124被排空而不會進入反應器100。提供關閉閥164，以在氣體被輸送到反應器100的製程容積108時能關閉排放導管162。
耦接到快速氣體交換系統124的氣體源可提供氣體，該等氣體包括但不限於六氟化硫(SF6)、氧(O2)、氬(Ar)、三氟甲烷(CHF3)、八氟環丁烷(C4F8)、三氟化氮(NF3)、四氟化碳(CF4)、三氟甲烷(CHF3)、三氟化氯(ClF3)、三氟化溴(BrF3)、三氟化碘(IF3)、氦-氧氣體(HeO2)、氦-氫氣體(HeH2)、氫(H2)、氦(He)與/或供在此所描述的製程所用的其他氣體。流量控制閥可包括氣動運作，以容許快速響應。在一實例中，快速氣體交換系統124係可運作，以在高達約1000 sccm下輸送SF6與C4F8、在約500 sccm下輸送氦與在約200 sccm下輸送氧(O2)和氬。在一替代實施例中，快速氣體交換系統124可更包括第三氣體面板，第三氣體面板包含電漿維持氣體(諸如氬與/或氦)且可運作以在以下進一步描述的循環蝕刻方法的期間持續地輸送氣體到反應器100。
蝕刻反應器100額外地包括基板支撐組件140，基板支撐組件140設置在製程容積108中。基板支撐組件140包括靜電夾盤142，靜電夾盤142被裝設在熱隔離件144上。熱隔離件144將靜電夾盤142與桿173隔絕，其中桿173係於下腔室主體102的底部的上方支撐靜電夾盤142。
舉升銷146設置穿過基板支撐組件140。舉升板148設置在基板支撐組件140下方且可被舉升器154致動，以可選擇地位移該等舉升銷146而將位在靜電夾盤142的上表面152上的基板150升高與/或將基板150放置在靜電夾盤142的上表面152上。
靜電夾盤142包括至少一個電極(未圖示)，電極可被能量化以將基板150靜電地保持到靜電夾盤142的上表面152。靜電夾盤142的電極經由匹配電路158耦接到偏壓功率源156。偏壓功率源156能夠在蝕刻期間可選擇地將靜電夾盤142的電極予以能量化，以控制離子的方向性。
由偏壓功率源156所施加到靜電夾盤142的偏壓功率可被脈衝化，例如在一時段中重複地儲存或收集能量且接著在另一時段中快速地釋放能量以輸送提高的瞬間功率量，同時源功率可持續地被施加。特定而言，可藉由使用產生器脈衝化能力將偏壓功率予以脈衝化以提供功率開啟的百分比時間(稱為工作循環)，其中產生器脈衝化能力是由控制系統來設定。在一實施例中，脈衝化偏壓功率的開啟時間與關閉時間可在整個蝕刻循環中是一致的。例如，若功率開啟長達約3 msec且關閉長達約15 msec，則工作週期是約16.67%。單位為每秒循環或赫茲(Hz)的脈衝化頻率等於1.0除以單位為秒的開啟與關閉時間的總和。例如，當偏壓功率開啟長達約3 msec且關閉長達約15 msec時，對於總時間為約18 msce，則單位為每秒循環的脈衝化頻率是約55.55 Hz。在一實施例中，可使用在蝕刻循環期間開啟/關閉時間係改變的專有脈衝化輪廓。在一實施例中，藉由改變被施加到基板的偏壓功率，蝕刻循環可在沉積與/或蝕刻步驟之間切換。偏壓功率被脈衝化，以有助於減少溝槽側壁的扇貝化(scalloping)、改善阻抗選擇性、改善蝕刻速率與避免材料界面刻槽化(notching)。
可選地，且額外地參照第2圖，在一些實施例中，背側氣體源160可被耦接通過基板支撐組件140，以提供一或更多個氣體到空間202，其中空間202被界定在基板150與靜電夾盤142的上表面152之間。由背側氣體源160提供的氣體可包括氦與/或背側製程氣體。背側製程氣體是被輸送來自基板與基板支撐件之間的氣體，背側製程氣體會在蝕刻循環期間藉由和腔室中的材料(諸如製程氣體、蝕刻副產物、被沉積在基板上的罩幕或其他層或作為蝕刻目標的材料)反應而影響蝕刻或聚合的速率。在一些實施例中，背側製程氣體是含氧氣體(諸如O2)。在一些實施例中，背側氣體中He對O2的比例是體積上或質量上從約50:50到約70:30，以用於矽蝕刻應用。可設想出的是可利用其他背側製程氣體來控制靠近基板的邊緣的製程。可將背側製程氣體的使用有利地用在單一步驟蝕刻製程以及循環蝕刻製程。
為了使由背側氣體源160提供的製程氣體抵達基板150的邊緣，背側氣體從基板150的邊緣的下方洩漏的速率高於傳統背側氣體系統的洩漏速率。在一些實施例中，可藉由將基板150與靜電夾盤142的上表面152之間的空間202中的氣體的壓力維持在約4 Torr與26 Torr之間來增加洩漏速率。在一些實施例中，壓力可被維持在約10 Torr與22 Torr之間。在一些實施例中，壓力可被維持在約14 Torr與20 Torr之間。亦可藉由在唇部206中提供刻槽(204，以虛線顯示)或其他特徵結構來達到洩漏速率(由箭頭208所示)，該刻槽或其他特徵結構係促進靜電夾盤142與基板150之間的背側氣體的洩漏，其中唇部206係支撐基板150與靜電夾盤142的上表面152。
返回第1圖，蝕刻反應器100可更包括控制器171，控制器171大體上包含中央處理單元(CPU)172、記憶體174與支援電路176，並且控制器171直接地耦接到且控制蝕刻反應器100與各種系統部件(諸如RF源114、快速氣體交換系統124與諸如此類者(如第1圖所示))，或者經由涉及製程腔室與/或支援系統的其他電腦或控制器(未圖示)而耦接到且控制該等各種系統部件。控制器171可以是可用在工業設備中的任何形式的通用目的電腦處理器以控制各種腔室與子處理器。CPU 172的記憶體或電腦可讀媒體174可以是可輕易取得的記憶體的一或更多者，諸如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟碟、硬碟或任何其他形式的數位儲存器，無論是本端的或遠端的皆可。支援電路176耦接到CPU 172而用於以傳統方式來支援處理器。該等電路包括快取、功率供應器、時脈電路、輸入/輸出電路和子系統，與諸如此類者。在此描述的發明方法(諸如以下描述的方法300)能夠以作為軟體常式(software routine)被儲存在記憶體中。當CPU 172執行軟體常式時，軟體常式將通用目的電腦轉換成專用目的電腦(控制器)178，專用目的電腦(控制器)178係以在此描述的方式控制反應器100的運作。軟體常式亦可被第二CPU(未圖示)儲存與/或執行，第二CPU是在由控制器174的CPU 172所控制的硬體的遠端。
第3圖圖示用以根據本發明的一些實施例而蝕刻基板的方法300的流程圖。方法300可被實施在蝕刻反應器100或其他適當的蝕刻反應器中。以下將根據第4A-C圖所示的蝕刻基板的階段來描述方法300。方法300開始於提供基板400例如到蝕刻反應器100或到可執行方法300的類似的蝕刻反應器。
如第4A圖所示，基板400可包括被形成在基板400中的特徵結構402。例如，特徵結構402可以是多種特徵結構的任何一或更多者，諸如溝槽、介層洞、罩幕層中的圖案或諸如此類者。基板400可以是單一層(未圖示)，或如圖所示的多個層的組合。例如，基板400可包含第一層406與第二層408，第一層406具有形成在第一層中的特徵結構402，第二層408設置在第一層406下方。如第4A圖所示，第二層可包括特徵結構402的底表面410。在一些實施例中，第一層406可以是罩幕層(諸如光阻劑)、硬罩幕或其他適當的罩幕層。在一些實施例中，第二層408可包含待蝕刻的材料(例如特徵結構在其內延伸的材料)，諸如半導體材料。例如，第二層可以是含矽層、主要的含矽層、摻雜矽層、實質上純矽層(例如原子百分比大於約95%的矽)或任何適當的含半導體材料層。
在302，聚合物412可被沉積在特徵結構402的表面上。例如，可使用從第一製程氣體所形成的第一反應性物種來沉積聚合物412，其中第一製程氣體包含聚合物形成氣體。在一些實施例中，第一製程氣體包含氟碳氣體，諸如氟碳化合物、氫氟碳化合物(HFC)或全氟碳化合物(PFC)的至少一者。在一些實施例中，氟碳氣體可包含八氟化環丁烷(C4F8)、八氟化丙烷(C3F8)、六氟化丁二烯(C4F6)、五氟化乙烷(C2HF5)、六氟化乙烷(C2F6)、三氟化甲烷(CHF3)、四氟化乙烯(C2F4)、四氟化碳(CF4)或四氟化乙烷(C2H2F4)的一或更多者。第一製程氣體可更包括惰性氣體，諸如氬(Ar)或諸如此類者。可將第一製程氣體偕同其他製程氣體(諸如以下討論的第二製程氣體)予以共流動或脈衝化。
例如，在一些實施例中，在302的聚合物沉積期間，可以從約100 sccm到約500 sccm的速率(例如從約150 sccm到約450 sccm)將C4F8提供到蝕刻反應器100的製程容積108內，同時將腔室壓力維持在從約60 mTorr到約120 mTorr(例如約85 mTorr)。可將RF功率施加到線圈112以維持從製程氣體所形成的電漿。在一些實施例中，被施加到線圈112的RF功率可以是從約1000瓦到約3000瓦(例如從約1500瓦到約2500瓦)。可使用功率控制模式或電壓控制模式的一者將RF偏壓施加到靜電夾盤142的電極以促進沉積。例如，控制器171可被程式化，以提供期望的控制模式。在一些實施例中，可以從約1瓦到約500瓦(例如從約70瓦到約350瓦)由偏壓功率源156提供RF偏壓功率到靜電夾盤142的電極。在一些實施例中，可以從約15伏特到約400伏特由由偏壓功率源156提供RF偏壓電壓到靜電夾盤142的電極。RF偏壓可被脈衝化或被施加成連續工作(continuous duty)。在302的沉積製程的期間可以是從約1.0秒到約5.0秒(例如從約1.0秒到約3.0秒)。
在302沉積聚合物的同時，可在304以第二反應性物種來轟擊特徵結構402的底表面410，以避免聚合物在底表面410上的實質累積(例如以移除被沉積在底表面上的聚合物的至少一些)。例如，聚合物412在底表面410上的累積是不令人樂見的，此是因為此累積會減緩如以下所討論的在306藉由蝕刻製程對底表面410的蝕刻。可從第二製程氣體形成第二反應性物種，其中第二製程氣體包括惰性氣體、氧化氣體或還原氣體的一或更多者。在聚合物412的沉積期間，可使第二製程氣體偕同在302所使用的第一製程氣體連續地流動，或可將第二製程氣體偕同第一製程氣體予以脈衝化。例如，在此討論的「脈衝化」可意指：週期性地注射一或更多個第二製程氣體以形成一或更多個第二反應性物種而從底表面410移除聚合物的至少一些，同時使第一製程氣體連續地流動以沉積聚合物412；或者，將第一與第二製程氣體予以脈衝化以沉積聚合物412。以下討論利用在302與304此兩實施例的示範性非限制製程機制。
示範性氧化氣體包括含氧氣體，諸如氧(O2)、二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)或諸如此類者的一或更多者。示範性還原氣體包括含氫氣體，諸如氫(H2)、氦-氫氣體(HeH2)或諸如此類者的一或更多者。在一些實施例中，第一製程氣體可包含氧(O2)與氬(Ar)。在一些實施例中，第二反應性物種可包含氧離子與氬離子。例如，第二反應性物種可和被沉積在底表面410上的聚合物起物理與/或化學反應以形成揮發性物種，揮發性物種可從製程容積108被排空。例如，從包括惰性氣體(諸如氬)的第二製程氣體所形成的第二反應性物種可和聚合物起物理反應，以例如產生懸鍵(dangling bond)、增加表面積或諸如此類者。例如，從包括氧化氣體或還原氣體的一者的第二製程氣體所形成的第二反應性物種可和聚合物起化學反應，以形成揮發性物種，揮發性物種可從製程容積108被排空。例如，在一些實施例中，具有物理反應性與化學反應性物種兩者的第二反應性物種是令人期望的，以將聚合物的移除予以最大化。
例如，在一些實施例中，在302的聚合物沉積的期間，可以從約100 sccm到約300 sccm的速率(例如從約150 sccm到約250 sccm)將包括O2與Ar的第二製程氣體偕同在302用以沉積聚合物的第一製程氣體予以共流動或脈衝化到蝕刻反應器100的製程容積108內，同時將腔室壓力維持在從約30 mTorr到約250 mTorr(例如約60 mTorr)。例如，在一些實施例中，可以從約1 sccm到約205 sccm的速率(例如從約1 sccm到約55 sccm)使O2流動。可將RF功率施加到線圈112以維持從第一製程氣體所形成的電漿。在一實施例中，被施加到線圈112的RF功率是從約1000瓦到約3000瓦(例如從約1500瓦到約2500瓦)。可使用功率控制模式或電壓控制模式的一者將RF偏壓施加到靜電夾盤142的電極以促進沉積。例如，控制器171可被程式化，以提供期望的控制模式。在一些實施例中，可以從約100瓦到約500瓦(例如從約150瓦到約350瓦)由偏壓功率源156提供RF偏壓功率到靜電夾盤142的電極。在一些實施例中，可以從約15伏特到約500伏特(例如從約100伏特到約400伏特)由偏壓功率源156提供RF偏壓電壓到靜電夾盤142的電極。RF偏壓功率可被脈衝化或被施加成連續工作。若利用第一與第二製程氣體的共流動的話，在304的轟擊的期間可類似於在302的沉積製程。或者，若利用調節機制，則在304的各個轟擊的期間可以是沉積製程的期間的約5%到約50%(例如約10%到約30%)。由於此期間是以調節方式來提供，上述百分比可被視為工作週期(例如由開啟時段及後續的關閉時段所定義的週期，該週期可被重複，其中工作週期百分比等於開啟時間除以總週期時間)。
以下討論在聚合物412的沉積期間利用302與304此兩實施例的示範性非限制製程機制。例如，在一些實施例中，製程機制可包括偕同第二製程氣體而調節第一製程氣體，諸如偕同包含Ar與O2的第二製程氣體而調節包含C4F8的第一製程氣體。例如，C4F8可被提供長達約2秒。在C4F8的此2秒期間，Ar與O2可被提供成50%工作週期的脈衝，例如約0.5秒「關閉」與約0.5秒「開啟」。例如，在一些實施例中，製程機制可包括偕同第一製程氣體而調節第二製程氣體，諸如偕同包含C4F8的第一製程氣體而調節包含Ar與O2的第二製程氣體。例如，Ar與O2可被提供長達約2秒。在Ar與O2的此2秒期間，C4F8可被提供成50%工作週期，例如約0.5秒「關閉」與約0.5秒「開啟」。或者，可以任何適當的製程機制將第一與第二製程氣體予以交替地脈衝化或提供，N致聚合物412被沉積在特徵結構402的底表面410以外的所有特徵結構402上。
在306，可使用從第三製程氣體所形成的第三反應性物種來蝕刻特徵結構402的底表面410。第三製程氣體可包括蝕刻氣體，諸如含鹵素氣體，例如含氟氣體(例如當蝕刻矽時)。適當的含氟氣體可包括SF6、NF3、CF4、CHF3、ClF3、BrF3、IF3或該等含氟氣體的衍生物。在一些實施例中，含氟氣體包括六氟化硫(SF6)。在一些實施例中，第三製程氣體可更包含惰性氣體，諸如氬(Ar)或諸如此類者。
基於任何的多種原因的組合，在306的蝕刻的同時，或在306的蝕刻步驟依序後，可在308以從第四製程氣體所形成的第四反應性物種來轟擊包括底表面410的特徵結構402。第四反應性物種與第四製程氣體可包含第二反應性物種與第二製程氣體(如上文涉及沉積製程期間的轟擊所討論)，並且在一些實施例中，第四反應性物種與第四製程氣體可替代地或進一步地包括沉積氣體。例如，可利用藉由第四反應性物種的轟擊來物理地與/或化學地損壞暴露的底表面410以改善蝕刻速率。例如，化學損壞可意指在待蝕刻的表面上的懸鍵的產生，或和表面起化學反應而產生以比現存表面更快的速率被蝕刻的表面。例如惰性氣體可用以產生懸鍵。氧化氣體可用以和被沉積在特徵結構的底表面上的任何聚合物起化學反應。還原氣體(諸如含氫氣體)可用以和表面(諸如含矽表面)起化學反應，而產生能以更快的速率被蝕刻的氫化矽或諸如此類者。還原氣體亦可用以和被沉積在特徵結構的底部上的任何聚合物起反應。替代地或組合地，例如，藉由第四反應性物種的轟擊可用以在特徵結構的新蝕刻側壁上沉積聚合物層，以限制經蝕刻的特徵結構中的底切(undercutting)或刻槽化(notching)的一或更多者。如在此所討論，底切可例如係指特徵結構402的不期望蝕刻，其中該不期望蝕刻係使得蝕刻到第二層408內的特徵結構402的第二部分具有臨界尺寸，該臨界尺寸超過被界定在第一層406中的特徵結構402的第一部分的臨界尺寸。例如，關於底切的普遍情況是當第一層406是罩幕層且第二層是基板或圖案會被蝕刻到其內的層時。若特徵結構402的新蝕刻側壁沒有以如第4圖所示的聚合物層來保護，則底切會因第二層408的等向性蝕刻而發生。
同樣地，扇貝化或刻槽化會由於和底切類似的原因而發生，但是如在此所揭示，扇貝化或刻槽化係指在第二層408中的特徵結構402的新蝕刻側壁的表面粗糙化。例如，隨著底表面的蝕刻進行，蝕刻前端的新產生側壁不具有覆蓋住該等側壁的聚合物412。因此，第三反應性物種會攻擊側壁。經過在302、304、306與308的製程的一些重複或反覆之後，側壁在特徵結構的側壁的表面上會具有扇貝化結構。因此扇貝化結構的表面粗糙化是不令人樂見的且會造成元件失效。因此且例如，為了限制隨著蝕刻進行的表面粗糙化的程度，第四製程氣體可更包含聚合物形成氣體(諸如氟碳氣體，例如C4F8)，以在剛蝕刻的側壁上沉積聚合物。例如，可使聚合物製程氣體的其他成分(諸如蝕刻氣體、惰性氣體，與氧化或還原氣體的至少一者)偕同類似如上所述的聚合物形成氣體共流動或偕同聚合物形成氣體交替地流動。
可從第四製程氣體形成第四反應性物種，其中第四製程氣體包括如上所討論的第一或第二製程氣體的一或更多者。例如，第四製程氣體可包括聚合物形成氣體、惰性氣體、還原氣體或氧化氣體的一或更多者。在底表面410的蝕刻期間，可使第四製程氣體偕同在306所使用的第三製程氣體連續地流動，或可將第四製程氣體偕同第三製程氣體予以脈衝化。例如，在一些實施例中，第四製程氣體可包括惰性氣體與氧化氣體或還原氣體的至少一者。在一些實施例中，第四製程氣體可包含O2與Ar。替代地，或和惰性氣體與氧化氣體或還原氣體的至少一者組合地，第四製程氣體可更包含聚合物形成氣體(諸如氟碳氣體)。在一些實施例中，第四製程氣體可更包含C4F8。當底表面被蝕刻時，可如上所描述在304同樣地利用氧化或還原氣體的至少一者，以移除被沉積在特徵結構402的底表面410上的聚合物的至少一些，與/或化學地損壞暴露的底表面，而促進改善的蝕刻速率。在308的惰性氣體可和在304的惰性氣體具有類似目的，此惰性氣體能容許沉積與蝕刻步驟之間的快速過渡，與/或物理地損壞暴露的底表面，以促進改善的蝕刻速率。
例如，在一些實施例中，在306的底表面410的蝕刻的期間，可提供SF6來蝕刻底表面410。可以從約50 sccm到約500 sccm的速率(例如從約150 sccm到約350 sccm)將SF6提供到蝕刻反應器100的製程容積108內，同時將腔室壓力維持在從約30 mTorr到約250 mTorr(例如約100 mTorr)。可選地，可以從約1 sccm到約20 sccm的速率(例如從約1 sccm到約5 sccm)使O2偕同SF6共流動或使O2偕同SF6交替地流動。可選地，可以從約50 sccm到約300 sccm的速率(例如從約100 sccm到約200 sccm)使Ar偕同SF6共流動或使Ar偕同SF6交替地流動。可選地，或作為O2和Ar的替代物，可使C4F8偕同SF6共流動或使C4F8偕同SF6交替地流動。在一些實施例中，可以從約5 sccm到約200 sccm的速率(例如從約25 sccm到約150 sccm)使C4F8偕同SF6共流動或使C4F8偕同SF6交替地流動。可將RF功率施加到線圈112以維持從第二製程氣體所形成的電漿。在一實施例中，被施加到線圈112的RF功率可以是從約1000瓦到約3000瓦(例如從約1500瓦到約2500瓦)。可使用功率控制模式或電壓控制模式的一者將RF偏壓施加到靜電夾盤142的電極以促進沉積。例如，控制器171可被程式化，以提供期望的控制模式。在一些實施例中，可以從約100瓦到約500瓦(例如從約150瓦到約350瓦)由偏壓功率源156提供RF偏壓功率到靜電夾盤142的電極。在一些實施例中，可以從約15伏特到約500伏特(例如從約100伏特到約400伏特)由偏壓功率源156提供RF偏壓電壓到靜電夾盤142的電極。RF偏壓功率可被脈衝化或被施加成連續工作。若利用第三與第二製程氣體的共流動，則在308的轟擊的期間可類似於在306的蝕刻製程。或者，若利用調節機制的話，在308的各個轟擊的期間可以是從約5%到約50%的工作週期(例如從約10%到約30%)。
以下討論在底表面410的蝕刻期間利用306與308此兩實施例的示範性製程機制。例如，在一些實施例中，製程機制可包括偕同第四製程氣體而調節第三製程氣體，諸如偕同包含O2的第四製程氣體而調節包含SF6與Ar的第三製程氣體。例如，SF6與Ar可被提供長達約4秒。在SF6與Ar的此4秒期間，O2可被提供成約12.5%工作週期，例如約0.5秒「開啟」與約3.5秒「關閉」。或者，可以任何適當的製程機制將第三與第四製程氣體予以交替地脈衝化或提供，以致特徵結構402的底表面410被蝕刻，同時能限制扇貝化或底切。在一些實施例中，聚合物形成氣體可被用作為第四製程氣體的一部分，例如聚合物形成氣體可被脈衝化成開啟長達從約0.5秒到約1秒且接著在週期的其餘部分係關閉，或者當蝕刻進行時在一時段中逐漸地減少聚合物形成氣體的流動從第一速率(例如約70 sccm)到零。
在310，可重複在302、304、306與308的製程。例如，可藉由在快速氣體交換系統124中使用具有響應時間在100 ms範圍中的質流控制器來提高302、304與306的任何者之間的迅速切換。步驟302、304、306與308之間的較快速的切換造成較快速的蝕刻速率與較少的特徵結構側壁的扇貝化。例如，如第4C圖所示，當底表面410被蝕刻時，步驟302的重複造成聚合物412沿著特徵結構402的剛蝕刻的側壁的延伸。步驟302的重複可限制超過特徵結構402的期望臨界尺寸的特徵結構402蝕刻。步驟302、304、306與308的重複可以任何期望的順序來發生，以在經蝕刻的特徵結構中達到期望的深度。例如，重複可以是依序的，諸如302、304、306與308之後再次地是302、304、306與308。或者，重複可以是任何期望的順序或使用如上所討論的任何期望組合的製程氣體。根據在此所揭示的各個步驟302、304、306與308的實施例，重複製程的其他變形是可行的。
儘管上述說明是導向本發明的實施例，可在不悖離本發明的基本範疇下設想出本發明的其他與進一步的實施例。
100．．．蝕刻反應器
102．．．下腔室主體
104．．．上腔室主體
106．．．室頂
108．．．製程容積
110．．．可替換間隙物
112．．．RF線圈
114．．．RF源
116．．．匹配電路
118．．．泵送通道
120．．．泵
122．．．節流閥
124．．．快速氣體交換系統
126．．．噴嘴
128．．．輸送線
130．．．第一閥
132．．．質流計
134．．．第二閥
136．．．隔離閥
138．．．共用的管座
140．．．基板支撐組件
142．．．靜電夾盤
144．．．熱隔離件
146．．．舉升銷
148．．．舉升板
150．．．基板
152．．．上表面
154．．．舉升器
156．．．偏壓功率源
158．．．匹配電路
160．．．背側氣體源
162．．．排放導管
164．．．關閉閥
170．．．電漿
171．．．控制器
172．．．中央處理單元(CPU)
173．．．桿
174．．．記憶體
176．．．支援電路
180．．．擋板
202．．．空間
204．．．刻槽
206．．．唇部
208．．．箭頭
300．．．方法
302-310．．．步驟
400．．．基板
402．．．特徵結構
406．．．第一層
408．．．第二層
410．．．底表面
412．．．聚合物
可藉由參考本發明的實施例來詳細暸解本發明的說明，本發明的說明簡短地在前面概述過，其中該等實施例在附圖中示出。但是應注意的是，附圖僅示出本發明的典型實施例，因此附圖不應被視為會對本發明範疇構成限制，此是因為本發明可允許其他等效實施例。
第1圖圖示根據本發明的一些實施例的基板蝕刻反應器的剖視圖。
第2圖圖示根據本發明的一些實施例的基板支撐組件的部分剖視圖。
第3圖圖示根據本發明的一些實施例而蝕刻基板的方法的流程圖。
第4A-C圖圖示根據本發明的一些實施例的蝕刻基板的階段。
為促進瞭解，在可能時使用相同的元件符號來表示該等圖式共有的相同元件。然而，應瞭解，附圖僅示出本發明的典型實施例，因此附圖不應被視為會對本發明範疇構成限制，此是因為本發明可允許其他等效實施例。
300．．．方法
302-310．．．步驟

Claims (20)

  1. 一種用以在一電漿蝕刻反應器中蝕刻一基板的方法，包含：(a)使用從一第一製程氣體所形成的一第一反應性物種在一特徵結構的表面上沉積一聚合物，該第一製程氣體包含一聚合物形成氣體，該特徵結構被形成在一基板中，該基板設置在該蝕刻反應器中；(b)使用從一第三製程氣體所形成的一第三反應性物種在該蝕刻反應器中蝕刻該基板的該特徵結構的底表面，該第三製程氣體包括一蝕刻氣體，其中被引進到該蝕刻反應器內的該些氣體的一組成在(a)與(b)之間改變；及(c)當沉積該聚合物時或當蝕刻該底表面時的至少一者，以從一第二製程氣體所形成的一第二反應性物種轟擊該特徵結構的一底表面，用以當沉積該聚合物時能移除設置在該底表面上的該聚合物的至少一些，其中對該特徵結構的該底表面之各個轟擊的期間為沉積該聚合物的期間之約5%到約50%，或用以當蝕刻該底表面時能化學地或物理地的至少一者損壞該底表面，其中對該特徵結構的該底表面之各個轟擊的期間為蝕刻該底表面的期間之約5%到約50%，該第二製程氣體包含一惰性氣體、一氧化氣體、一還原氣體或該聚合物形成氣體的一或更多者。
  2. 如請求項1之方法，更包含：重複(a)、(b)與(c)，直到該特徵結構被蝕刻到該基板內達一預定深度。
  3. 如請求項1之方法，更包含：在(a)、(b)與(c)的期間，提供射頻(RF)功率到該基板。
  4. 如請求項1之方法，其中該基板更包含：一第一層，該第一層具有形成在該第一層中的該特徵結構；及一第二層，該第二層設置在該第一層下方，其中該第二層包括該特徵結構的該底表面。
  5. 如請求項4之方法，其中該第一層是一罩幕層且該第二層是一含矽層。
  6. 如請求項1之方法，其中該氧化氣體包含氧(O2)且該惰性氣體包含氬(Ar)。
  7. 如請求項1之方法，其中該聚合物形成氣體包含一氟碳氣體。
  8. 如請求項1之方法，其中該蝕刻氣體是一含氟氣體。
  9. 如請求項1之方法，其中(c)更包含：當沉積該聚合物時，以從該第二製程氣體所形成的該第二反應性物種轟擊該特徵結構的該底表面，用以移除設置在該底表面上的該聚合物的至少一些，其中該第二製程氣體包含該惰性氣體及該氧化氣體。
  10. 如請求項9之方法，其中該第一製程氣體被提供長達一第一時段，且其中將該第二製程氣體偕同該第一製程氣體予以同時地脈衝化。
  11. 如請求項9之方法，其中該第二製程氣體被提供長達一第一時段，且其中將該第一製程氣體偕同該第二製程氣體予以同時地脈衝化。
  12. 如請求項1之方法，其中(c)更包含：當蝕刻該底表面時，以該第二反應性物種轟擊該特徵結構的該底表面，用以化學地或物理地的至少一者損壞該底表面，其中該第二製程氣體包含該惰性氣體、以及該氧化氣體或該還原氣體的至少一者。
  13. 如請求項12之方法，其中該第二製程氣體包含該惰 性氣體與該氧化氣體。
  14. 如請求項12之方法，其中該第二製程氣體包含該惰性氣體與該還原氣體。
  15. 如請求項12之方法，其中該第二製程氣體更包含該聚合物形成氣體。
  16. 如請求項12之方法，其中該第三製程氣體連續地被提供長達一第一時段，及其中將該第二製程氣體偕同該第三製程氣體同時地予以脈衝化長達該第一時段。
  17. 如請求項16之方法，其中該第三製程氣體更包含該惰性氣體，及其中該第二製程氣體包含氧(O2)。
  18. 一種用以在一電漿蝕刻反應器中蝕刻一基板的方法，包含：(a)使用從一第一製程氣體所形成的一第一反應性物種在一特徵結構的表面上沉積一聚合物，該第一製程氣體包含一聚合物形成氣體，該特徵結構被形成在一基板中，該基板設置在該蝕刻反應器中；(b)使用從一第三製程氣體所形成的一第三反應性物種在該蝕刻反應器中蝕刻該基板的該特徵結構的底表面，該第三製程氣體包括一蝕刻氣體，其中被 引進到該蝕刻反應器內的該些氣體的一組成在(a)與(b)之間改變；及(c)當沉積該聚合物時，以從一第二製程氣體所形成的一第二反應性物種轟擊該特徵結構的一底表面，用以當沉積該聚合物時能移除設置在該底表面上的該聚合物的至少一些，其中對該特徵結構的該底表面之各個轟擊的期間為沉積該聚合物的期間之約5%到約50%，該第二製程氣體包含一惰性氣體、以及一氧化氣體或一還原氣體的至少一者。
  19. 一種用以在一電漿蝕刻反應器中蝕刻一基板的方法，包含：(a)使用從一第一製程氣體所形成的一第一反應性物種在一特徵結構的表面上沉積一聚合物，該第一製程氣體包含一聚合物形成氣體，該特徵結構被形成在一基板中，該基板設置在該蝕刻反應器中；(b)使用從一第三製程氣體所形成的一第三反應性物種在該蝕刻反應器中蝕刻該基板的該特徵結構的底表面，該第三製程氣體包括一蝕刻氣體，其中被引進到該蝕刻反應器內的該些氣體的一組成在(a)與(b)之間改變；及(c)當蝕刻該底表面時，以從一第二製程氣體所形成的一第二反應性物種轟擊該特徵結構的一底表面，用以當蝕刻該底表面時能化學地或物理地的至少 一者損壞該底表面，其中對該特徵結構的該底表面之各個轟擊的期間為蝕刻該底表面的期間之約5%到約50%，該第二製程氣體包含一惰性氣體、以及一氧化氣體或一還原氣體的至少一者。
  20. 如請求項19之方法，其中該第二製程氣體更包含該聚合物形成氣體。
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