TWI641041B

TWI641041B - 蝕刻基板之方法

Info

Publication number: TWI641041B
Application number: TW103115729A
Authority: TW
Inventors: 劉彤; 瑞蘭德大衛; 米喜拉羅西特; 瑟拉裘汀卡利德莫修汀; 亞拉曼奇里麥德哈瓦饒; 庫默亞傑
Original assignee: 應用材料股份有限公司
Priority date: 2013-05-09
Filing date: 2014-05-01
Publication date: 2018-11-11
Also published as: US20140335679A1; TW201501201A; WO2014182592A1

Abstract

在某些實施例中，將特徵蝕刻至基板中的方法可包括使在基板上配置有光阻層的基板暴露於第一處理氣體，藉以在形成於該光阻層中的特徵之底部與側壁上形成含聚合物層，其中第一處理氣體是經由配置在處理腔室內的第一組氣體噴嘴而選擇性地供應至該基板的第一區域；及使該基板暴露於實質無氧的第二處理氣體以將該特徵蝕刻至該基板中，其中該第二處理氣體是經由配置在該處理腔室內的第二組氣體噴嘴而選擇性地供應至該基板的第二區域。

Description

蝕刻基板之方法

本發明實施例大體上關於半導體元件製造。

在習知蝕刻製程利用光阻層界定特徵期間，在蝕刻基板時經常使光阻層部分耗損。然而，本案發明人觀察到，由於習知製程通常能達到的基板-光阻層蝕刻選擇性的緣故，在達到期望的蝕刻深度之前，該光阻層可能就實質或完全消耗完畢，從而限制了所能形成的特徵深度。為了補償這樣選擇性，可能會增加光阻層的厚度。然而，增加光阻層的厚度會導致製造成本較高並減弱對光阻層耗損均勻度的控制，且從而導致所蝕刻的特徵不均勻。

因此，本發明提供用於蝕刻基板的改進方法。

本文中提供蝕刻基板的方法。在某些實施例中，一種將特徵蝕刻至基板中的方法可包括使在基板上配置有光阻層的基板暴露於第一處理氣體，藉以在形成於該光阻層中的特徵之側壁或底部上形成含聚合物層，其中該第一處理氣體是經由配置在處理腔室內的第一組氣體噴嘴而選擇性地供應至該基板的第一區域；及使該基板暴露於第二處理氣體以將該特徵蝕刻至該基板中，其中該第二處理氣體是經由配置在該處理腔室內的第二組氣體噴嘴而選擇性地供應至該基板的第二區域。

在某些實施例中提供一種電腦可讀取媒體，該電腦可讀取媒體上儲存有指令，當執行該等指令時會進行將特徵蝕刻至基板中的方法。該方法可包括使在基板上配置有光阻層的基板暴露於第一處理氣體，藉以在形成於該光阻層中的特徵之側壁或底部上形成含聚合物層，其中該第一處理氣體是經由配置在處理腔室內的第一組氣體噴嘴而選擇性地供應至該基板的第一區域；及使該基板暴露於第二處理氣體以將該特徵蝕刻至該基板中，其中該第二處理氣體是經由配置在該處理腔室內的第二組氣體噴嘴而選擇性地供應至該基板的第二區域。

以下描述本發明的其他及進一步實施例。

100‧‧‧方法

102、104、106‧‧‧步驟

202‧‧‧基板

204‧‧‧光阻劑/光阻層

206‧‧‧特徵

210‧‧‧含聚合物層

212‧‧‧底部

214‧‧‧側壁

216‧‧‧含聚合物層

218‧‧‧光阻層

220‧‧‧特徵

300‧‧‧處理腔室

302‧‧‧氣體分配系統

304‧‧‧氣體分配板

305‧‧‧外殼

311‧‧‧外殼

315‧‧‧電源

317‧‧‧匹配網路

320‧‧‧偏壓電源

321‧‧‧匹配網路

322‧‧‧下襯層

323‧‧‧上襯層

324‧‧‧基板

325‧‧‧腔室

326‧‧‧中心

327‧‧‧舉升銷

328‧‧‧邊緣

330‧‧‧幫浦

335‧‧‧閥

340‧‧‧基板支座/靜電夾頭

345‧‧‧冷卻器

350‧‧‧蓋

354‧‧‧控制器

355‧‧‧噴嘴

356‧‧‧中央處理單元

357‧‧‧噴嘴

358‧‧‧記憶體

360‧‧‧冷卻機構

362‧‧‧支援電路

400‧‧‧氣環

402‧‧‧第一組流動通道

404‧‧‧第二組流動通道

406‧‧‧第三組流動通道

參閱附圖中所示的本發明示例性實施例可明白以上簡要闡述及以下更詳細討論的本發明實施例。然而應注意的是，該等附圖僅示出本發明的代表性實施例，故而該等附圖不應視為本發明範圍的限制，就本發明而言，尚容許做出其他等效實施例。

第1圖圖示根據本發明某些實施例之蝕刻基板的方法。

第2A圖至第2C圖圖示經歷本發明某些實施例之蝕刻基板之方法的各種階段的基板。

第3圖圖示適合進行本發明某些實施例之蝕刻基板之方法的處理腔室。

第4圖圖示適合用於處理腔室中以進行本發明某些實施例之蝕刻基板之方法的氣環(gas ring)。

為幫助理解，盡可能地使用相同元件符號來代表該等圖式中共同的相同元件。該等圖式未按比例繪製，且為求清晰，該等圖式可能經過簡化。無需多做說明，便能思及到一實施例中的元件及特徵可有利地併入其他實施例中。

本文中揭示蝕刻基板的方法。在至少某些實施例中，該等方法可有利地提供一種在基板上蝕刻特徵的方法，該在基板上蝕刻特徵的方法提供高的矽-光阻層蝕刻選擇性，從而允許形成具有增加深度的特徵且同時減少蝕刻製程期間的光阻層耗損。雖然沒有限制，但在某些實施例中，該等方法可用於形成高深寬比的特徵(例如，側壁與底部的比例大於約4：1的特徵)或矽穿孔(TSV)特徵。

第1圖圖示根據本發明某些實施例之蝕刻基板的方法100。第2A圖至第2C圖圖示經歷本發明某些實施例之蝕刻基板方法100之各種階段的基板。

方法100始於步驟102，在步驟102中，提供基板202至處理腔室。該處理腔室可為任一種適合在基板(例如，基板202)上蝕刻一個或更多個特徵的處理腔室，例如，如以下參閱第3圖所述的蝕刻腔室(如，處理腔室)。

該基板可為任一種適合用於製造半導體元件的基板。例如，參閱第2圖，該基板202可為矽基板，例如結晶矽(例如，Si<100>或Si<111>)、氧化矽、應變矽(strained silicon)、經摻雜或未經摻雜的多晶矽或諸如此類者、III-V族或II-VI族化合物基板、矽鍺(SiGe)基板、磊晶基板(epi-substrate)、絕緣層上覆矽(SOI)基板、諸如液晶顯示器、電漿顯示器、電致發光(EL)燈顯示器的顯示器基板、太陽能陣列、太陽能面板、發光二極體(LED)基板、半導體晶圓，或諸如此類者。

在某些實施例中，基板202可包含複數個半製成或已製成的半導體元件，舉例而言，例如二維元件或三維元件，例如，多閘極元件、鰭式場效電晶體(FinFET)、金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)、奈米線場效電晶體(NWFET)、三閘極電晶體、記憶元件，例如NAND元件或NOR元件，或諸如此類者。

在某些實施例中，該基板包含一層或更多層，例如，如第2A圖至第2C圖所示的穿隧氧化層208。穿隧氧化層208可包括任何適用於製造所期望之半導體元件的材料。例如，在某些實施例中，穿隧氧化層208可在單層或層疊結構或類似結構中包含矽與氧，例如氧化矽(SiO₂)、氮氧化矽(SiON)或高介電常數材料，例如，氧化或氮氧化的鋁(Al)、鉿(Hf)、鑭(La)或鋯(Zr)，或氮化矽(Si_xN_y)。

在某些實施例中，該基板可包含形成在基板202中的複數個場隔離區(圖中未示出)，藉以隔離不同導電類型的井 (例如，n-型或p-型)及/或隔離相鄰的電晶體(圖中未示出)。該等場隔離區可為例如藉由在基板202中蝕刻溝槽且隨後在溝槽中填入合適的絕緣體，例如填入氧化矽(SiO₂)、氮氧化矽(SiON)或諸如此類材料所形成的淺溝槽隔離(STI)結構。

在某些實施例中，基板202上配置著具有特徵206 的光阻層204，且該等特徵將會形成在基板202中。光阻層204可包括任何合適的光阻劑，例如，正光阻劑或負光阻劑，可採任何適當方式形成並圖案化該等光阻劑，例如可使用i-射線(i-line，例如，約365奈米的波長)、g-射線(g-line，例如，約436奈米的波長)、紫外線(UV)、深紫外線(DUV)或極紫外線(EUV)等光線類型藉由光學微影技術、接觸印刷技術或諸如此類方式形成並圖案化該等光阻劑。

下個步驟104是使基板202暴露於第一處理氣體，藉以在特徵206的側壁214和底部212上形成含聚合物層210，如第2B圖所示者。此外，在某些實施例中，含聚合物層210可形成在該光阻層204的至少一部分上(圖中示為216)。本案發明人觀察到，形成含聚合物層210能保護光阻層204，從而減少在後續蝕刻製程(例如，以下所討論的蝕刻製程)期間所蝕刻之光阻劑的量。減少所蝕刻之光阻劑的量會提高蝕刻製程期間基板202的蝕刻選擇性，從而允許將特徵蝕刻至更深的深度又不會耗損光阻劑。

含聚合物層210可包括任何與製程相容且適合如上述般保護光阻劑204的含聚合物材料。例如，在某些實施例中，該含聚合物層可包括氟碳化合物(C_xF_y)、氫氟碳化合物 (C_xH_yF_z)或諸如此類者。在某些實施例中，該含聚合物層210可視基板202的組成或種類、製程條件或諸如此類因素而定。

在某些實施例中，可形成具有不同厚度的含聚合物層210。例如，在某些實施例中，形成在特徵206之底部212上的含聚合物層210之厚度(第一厚度)可能小於形成在特徵206之側壁214上的含聚合物層210之厚度(第二厚度)。例如，在某些實施例中，形成在特徵206之側壁214上的含聚合物層210之厚度與形成在特徵206之底部212上的含聚合物層210之厚度的比例可大於約2：1。本案發明人觀察到，在特徵206之側壁214上提供更大厚度的含聚合物層210能使得當形成在特徵206之底部212上的含聚合物層210完全耗損時，在特徵206的側壁214上仍留有含聚合物層210，從而減少在蝕刻製程期間該特徵206的側向蝕刻量，並進而增加該特徵的垂直蝕刻。

在某些實施例中，該第一處理氣體可經由配置在該處理腔室內的第一組氣體入口(例如下述的氣體噴嘴355、氣體噴嘴357)而選擇性地供應至基板202的第一區域。該第一區域可為基板202的任何部位，例如，基板202的邊緣(如第3圖所示般為基板324的邊緣328)、基板202的中心(如第3圖所示般為基板的中心326)或諸如此類者。可擇一或併用地，在某些實施例中，該第一處理氣體可依序地供應至複數個第一區域。例如，該第一處理氣體可供應至靠近基板202邊緣的區域處，且隨後供應至靠近該基板202中心的區域處。該第一處理氣體可供應至該複數個第一區域中的每個區域並供應任意的時間長度，舉例言之，例如可持續供應約350毫秒至約5秒。該第一處理氣體可循環地供應至該複數個第一區域並重複適當次數的循環以形成期望的含聚合物層210。

本案發明人觀察到，如上述般選擇性地供應該第一處理氣體可有利地在整個基板上提供均勻的含聚合物層210。該第一處理氣體可經由任何合適的機構或硬體結構而選擇性地供應至該基板202的第一區域或複數個第一區域，該合適的機構或硬體結構可例如配置成可提供選擇性方向流動及選擇性比例分配之第一處理氣體的氣體分配設備，例如快速氣體交換單元及/或下述的氣環400。

該第一處理氣體可包括任何適用於形成含聚合物層 210的含聚合物氣體。例如，在某些實施例中，該第一處理氣體可包括含氟氣體、含氟碳氣體或含氫氟碳氣體以作為主要反應劑。例如，在該處理氣體包括含氟氣體的實施例中，該含氟氣體可包括能解離而形成氟基(fluorine radical)的氣體，例如NF₃、SF₆或諸如此類者。在該處理氣體包括含氟碳氣體(例如，CF₄、C₄F₆、C₄F₈或諸如此類者)的實施例中，該含氟碳氣體可包括能解離而形成氟基及CF_x(其中x為正整數)的氣體。在該處理氣體包括含氫氟碳氣體(例如，CH₂F₂、CH₄、CHF₃或諸如此類者)的實施例中，該含氫氟碳氣體可包括能解離而形成氟基及CF_x並可提供氫(H)的氣體，其中該氫(H)會與自由氟結合以提高C：F的比例(或C：H：F的比例)。在某些實施例中，該第一處理氣體可包含惰性氣體，例如氬(Ar)、氖(Ne)或諸如此類氣體的其中一種或更多種氣體，藉以幫助輸送該第一處理氣體至該處理腔室。

可採用任何適合幫助形成該含聚合物層210的流動速率來供應該第一處理氣體。例如，在某些實施例中，可用約200sccm至約800sccm的流動速率供應該第一處理氣體。可供應該第一處理氣體至該處理腔室持續任意時間長度，例如可持續長達約2秒，或在某些實施例中可持續約1秒至約2秒。

在某些實施例中，可點燃該第一處理氣體以形成電漿，藉以幫助形成該含聚合物層210。例如，在某些實施例中，可提供射頻(RF)及/或直流(DC)功率至該處理腔室以點燃該第一處理氣體而形成並維持該電漿。在提供RF功率的實施例中，可提供約1000瓦(W)至約5000瓦的RF功率。

此外，可調整一個或更多個製程參數，舉例而言，例如可調整該處理腔室內的溫度或壓力，藉以幫助沉積具有期望特性(例如，密度、厚度、組成或諸如此類特性)的含聚合物層210。例如，在某些實施例中，該處理腔室可維持在約100毫托耳(mTorr)至約200毫托耳的壓力。在某些實施例中，該處理腔室可維持在約攝氏10度至約攝氏30度的溫度。在某些實施例中，可對該處理腔室內的電極或基板支座施加偏壓功率，藉以幫助沉積該含聚合物層210。在此等實施例中，可提供約0至約100瓦的偏壓功率至該電極或基板支座。在某些實施例中，可持續地提供該偏壓功率，或在某些實施例中，可脈衝地提供該偏壓功率。

在下一步驟106，使基板202暴露於第二處理氣體，藉以將至少一部分的特徵220蝕刻至基板202中，例如，如第2C圖中所示者。在某些實施例中，當蝕刻基板202時，也可能蝕刻或去除一部分的光阻層(圖中以218表示之)及/或一部分的該含聚合物層(圖中以222表示之)。

在某些實施例中。該第二處理氣體可經由配置在該處理腔室內的第一組氣體入口(例如下述的氣體噴嘴355、氣體噴嘴357)而選擇性地供應至基板202的第二區域。該第二區域可為基板202的任何部位，例如，基板202的邊緣(如第3圖所示般為基板324的邊緣328)、基板202的中心(如第3圖所示般為基板的中心326)或諸如此類者。該第二區域可能與該第一區域相同、不同或與該第一區域的至少一部分重疊。

可擇一或併用地，在某些實施例中，該第二處理氣體可依序地供應至複數個第二區域。例如，該第二處理氣體可供應至靠近基板202邊緣的區域處，且隨後供應至靠近該基板202中心的區域處。該第二處理氣體可供應至該複數個第二區域中的每個區域並供應任意時間長度，舉例言之，例如可供應約350毫秒至約5秒。該第二處理氣體可循環地供應至該複數個第二區域並重複適當次數的循環以形成期望的含聚合物層210。

本案發明人觀察到，如上述般選擇性地供應該第二處理氣體可有利地在整個基板202上提供更高的蝕刻均勻度。該第二處理氣體可經由例如以上參照第一處理氣體所描述般的機構或硬體結構而選擇性地供應至該基板202的第二區域。

該第二處理氣體可包括任何適用於蝕刻基板202以形成特徵220的處理氣體。例如，在某些實施例中，該第二處理氣體可包括含氟氣體，舉例言之，例如六氟化硫(SF₆)、四氟化碳(CF₄)、三氟化氮(NF₃)。在某些實施例中，該第二處理氣體可包括可包含惰性氣體，例如氬(Ar)、氖(Ne)、氦(He)或諸如此類氣體之其中一種或更多種氣體，藉以幫助輸送該第二處理氣體至該處理腔室。在某些實施例中，該第二處理氣體可實質不包含氧(O₂)。本案發明人觀察到，藉由實質不供應氧(O₂)可降低或抑制光阻層204的蝕刻速率，從而使光阻層204的耗損減至最小，並允許蝕刻基板202至更深的深度。當用於本文中時，使用「實質無氧(O₂)」意指該第二處理氣體中可能沒有氧存在或存在痕量的氧。

可採用任何適合幫助蝕刻該基板202的流動速率來供應該第二處理氣體。例如，在某些實施例中，可用約200sccm至約900sccm的流動速率來供應該第二處理氣體，或在某些實施例中，可以大於約500sccm的流動速率來供應該第二處理氣體。本案發明人觀察到，相較於具有較低流動速率的習知蝕刻製程而言，以此等流動速率供應該第二處理氣體可增進基板的蝕刻效率。可供應該第二處理氣體至該處理腔室持續任意時間長度，舉例言之，例如可持續長達約3秒，或在某些實施例中可持續約1秒至約3秒。

在某些實施例中，可點燃該第二處理氣體以形成電漿，藉以幫助蝕刻基板202。例如，在某些實施例中，可提供RF及/或DC功率至該處理腔室以點燃該第一處理氣體而形成並維持該電漿。在提供RF功率的實施例中，可提供約1000瓦至約5000瓦的RF功率。

此外，可調整一個或更多個製程參數，舉例而言，例如可調整該處理腔室內的溫度或壓力，藉以幫助蝕刻基板202達期望的深度。例如，當蝕刻該基板時，在某些實施例中，該處理腔室可維持在高於約160毫托耳的壓力，或在某些實施例中，該處理腔室可高達約250毫托耳的壓力。本案發明人觀察到，相較於使用較低壓力的習知蝕刻製程而言，藉著使該處理腔室維持在上述壓力可增進該基板的蝕刻效率。在某些實施例中，該處理腔室可維持在約攝氏-10度至約攝氏30度。

在某些實施例中，可對該處理腔室內的電極或基板支座(例如下述的基板支座340)施加偏壓功率，藉以幫助蝕刻該基板。在此等實施例中，可提供約100至約300瓦的偏壓功率至該電極或基板支座。在某些實施例中，可持續地提供該偏壓功率，或在某些實施例中，可脈衝地提供該偏壓功率。在脈衝地施加偏壓功率的實施例中，可採用約70MHz至約140MHz的頻率及/或約30%至約80%的工作週期(duty cycle)脈衝地施加該偏壓功率。本案發明人觀察到，藉由脈衝施加偏壓功率可降低或抑制光阻層204的蝕刻速率，從而使光阻層204的耗損減至最小，並允許蝕刻基板202至更深的深度。

在某些實施例中，可採交替方式各別供應該第一處理氣體(於步驟104供應)及第二處理氣體(於步驟106供應)。例如，在某些實施例中，可供應該第一處理氣體至該處理腔室持續第一時間(例如，長達約2秒)，隨後供應該第二處理氣體至該處理腔室持續第二時間(例如，長達約3秒)。可循環地供應該第一處理氣體及該第二處理氣體(例如，供應該第一處理氣體隨後供應該第二處理氣體的動作重複進行)，且該循環可重複進行任意適當次數(例如，超過約100次)以形成達到期望尺寸的特徵220。

在上述方法的示範順序中，可供應該第一處理氣體至該處理腔室(於步驟104供應之)，且之後立即接著供應該第二處理氣體至該處理腔室(於步驟106供應之)，沒有與該兩步驟同時進行或穿插其間進行的中間步驟。接著重複進行供應該第一處理氣體至該處理腔室隨後立刻供應該第二處理氣體至該處理腔室(且沒有與該兩步驟同時進行或穿插其間進行之中間步驟)的循環。該第一處理區域經由第一組氣體噴嘴(例如，上述的氣體噴嘴355)供應至該第一區域(例如，基板324的中心326)，且該第二處理區域經由第二組氣體噴嘴(例如，氣體噴嘴357)供應至該第二區域(例如，基板324的邊緣328)，其中該第二區域不同於該第一區域，且該第二組噴嘴不同於該第一組噴嘴。為了在整個基板上提供期望的蝕刻均勻度，該第二處理氣體可經由具有複數個遞迴式(recursive)流動通道的氣環(例如，下述氣環400)而供應至該第二組氣體噴嘴。

在某些實施例中，可藉由配置成可採選擇性方向流動或按比例分配其中至少一種方式供應第一處理氣體及第二處理氣體的氣體分配設備(例如，快速氣體交換單元)以上述交替或循環方式來供應該第一處理氣體及該第二處理氣體。例如，在2014年3月12日由Roy Nangoy等人申請且發明名稱為「方向性及按比例輸送製程氣體至製程腔室用的氣體分配設備(GAS DISTRIBUTION APPARATUS FOR DIRECTIONAL AND PROPORTIONAL DELIVERY OF PROCESS GAS TO A PROCESS CHAMBER)」的美國專利申請案序號第14/207,475號中描述了適用的氣體分配設備。本案發明人觀察到，利用此種氣體分配設備可採快速交替的方式將該第一處理氣體及該第二處理氣體供應至該基板附近的期望區域，從而有助於控制該含聚合物層210的均勻度及基板202的蝕刻作用而可形成具有期望尺寸的特徵220。

第3圖圖示適用於根據本發明實施例的其中至少一部分(例如以上所討論的蝕刻製程部分)來處理各種基板並可容納各種基板尺寸之系統(例如，處理腔室300)的側剖圖。在某些實施例中，該基板(例如，基板324)可為圓形晶圓，例如直徑200毫米或300毫米，或更大，例如450毫米的晶圓。該基板亦可為任意多角形、方形、矩形、曲形或其他非圓形工件，例如用於製造平面顯示器的多角形玻璃基板。處理腔室300可為應用材料Centura® Silvia^TM蝕刻系統的一部分，該系統可購自位於美國加州聖塔克拉拉市的應用材料公司。來自其他製造商的其他處理腔室亦可用來實施本發明的一部分。

在某些實施例中，處理腔室300可包含電源315及匹配網路317、偏壓電源320及匹配網路321、腔室325、幫浦330、閥335、基板支座340(例如，靜電夾頭)、冷卻器345、蓋350、一個或更多個的氣體噴嘴355和氣體噴嘴357及氣體分配系統302。

在某些實施例中，氣體分配系統302位於外殼305 中，該外殼305緊鄰該腔室325，例如該外殼305位於該腔室325下方。氣體分配系統302使位在一個或更多個氣體分配板(gas panel)304內的一個或更多個氣源選擇性地耦接至該等氣體噴嘴355和氣體噴嘴357中之一個或更多個噴嘴，藉以供應處理氣體至該腔室325。在某些實施例中，氣體分配系統302配置成可採選擇性方向輸送(selective directional)或按比例分配(proportional delivery)其中至少一種方式方式來供應一種或更多種處理氣體(例如，該第一處理氣體及該第二處理氣體，舉例言之，氣體分配系統302可例如為快速氣體交換單元。該外殼305位於該腔室325的鄰近處以減少交換氣體時的氣體過渡時間(gas transition time)、使氣體用量降至最低並使氣體浪費減至最少。

處理腔室300可進一步包含舉升銷327以用於在腔室325內升高或降低該基板支座340，該基板支座340則支撐著基板324。腔室325進一步包含主體，該主體具有下襯層322、上襯層323及可供基板324(例如上述基板202)出入用的門。閥335可配置在幫浦330與腔室325之間，並可操作該閥335以控制該腔室325內部的壓力。基板支座340可配置在腔室325內。蓋350可配置在該腔室325上。

該等氣體噴嘴355和氣體噴嘴357可採用任何適用於提供所期望之處理氣體分佈模式的結構配置在該處理腔室 300四周。例如，在某些實施例中，第一氣體噴嘴或第一組氣體噴嘴(例如，氣體噴嘴355)及/或第二氣體噴嘴或第二組氣體噴嘴(例如，氣體噴嘴357)可配置在該腔室內，藉以在整個基板324上以期望的分佈模式提供一種或更多種處理氣體。所期望的分佈模式可以是任何適合將一濃度的一種或更多種處理氣體供應至靠近基板324之中心326處及/或邊緣328處的處理氣體分佈模式。在某些實施例中，該等氣體噴嘴355和氣體噴嘴357各自可包括可調式氣體噴嘴，該可調式氣體噴嘴具有一個或多個出口而可選擇性地引導氣流從該氣體分配系統302流向腔室325。可操作氣體噴嘴355以引導氣體流入該腔室325內的不同區域，例如可流至該腔室325的中心區域及/或側邊區域。在某些實施例中，氣體噴嘴355可包含用於從腔室325頂部引入氣體的第一出口及用於從腔室325側邊引入氣體的第二出口，藉以選擇性地控制該腔室325中的氣體分佈模式。

在某些實施例中，該等氣體噴嘴(例如，氣體噴嘴355 和氣體噴嘴357)中的一個或更多個噴嘴可為氣環400的一部分，舉例而言，例如第4圖中所示氣環400的一部分。例如，參閱第4圖，在某些實施例中，氣體分配系統302可供應一種或更多種處理氣體至複數個流動通道，且該複數個流動通道配置成如該圖所示般的遞迴模式(recursive pattern)。例如，在某些實施例中，該氣體分配系統302可流體耦接至第一組流動通道402。該第一組流動通道402的每個流動通道可流體耦接至第二組流動通道404。該第二組流動通道404的每個流動通道可流體耦接至第三組流動通道406，該第三組流動通道406則進而流體耦接至該等氣體噴嘴(如圖中所示的氣體噴嘴357)的個別噴嘴。本案發明人觀察到，經由如第4圖所示之氣環供應該等處理氣體有助於使該等處理氣體均勻分佈在該處理腔室內。

回到第3圖，可使用氣體分配系統302以瞬間速率 (instantaneous rate)供應至少兩種不同氣體混合物至該腔室325，以下將對此做進一步說明。在一選用性的實施例中，處理腔室300可包含光譜監測器，該光譜監測器可進行操作以在該腔室325中形成溝槽期間測量所蝕刻的溝槽深度及所沉積的膜厚度，並具有使用其他光譜特性來判斷該處理腔室300之狀態的能力。處理腔室300可配置成能容納各種基板尺寸，例如可容納直徑高達約300毫米的基板(儘管在具有其他結構配置的處理腔室中可使用更大或更小尺寸的基板)。

在某些實施例中，用於產生並維持電漿的電源315 經由功率產生設備而耦接至該腔室325，該功率產生設備封閉在設置於該腔室325上方的外殼311中。該電源可為感應耦合電源。該電源315可操作以產生範圍約2MHz至約13.5MHz的射頻、具有脈衝能力、範圍約10瓦至約10,000瓦的功率(例如約4500瓦至約5500瓦的功率)並可進一步包含匹配網路317。在一實例中，電源315可操作以產生具有脈衝能力的13MHz射頻。電源315可包括雙可調式電源(dual tunable source)，而可在一蝕刻循環期間改變該射頻。在某些實施例中，電源315可包括能夠產生高電漿解離作用的遠端電漿源，且該遠端電漿源可安裝於處理腔室300上。當使用遠端電漿源時，處理腔室300可進一步包含配置在該腔室325中的電漿分配板或一連串的板以幫助使電漿分佈於基板324。在某些實施例中，處理腔室300可包含原位電源(in-situ source power)及遠端電漿電源兩者，其中使用該遠端電漿電源在遠端電漿腔室中生成該電漿並將該電漿輸送至該腔室325，其中該原位電源315則維持該腔室325中已生成的電漿。在某些實施例中，可進行蝕刻循環，其中，在該蝕刻循環期間，該功率範圍(即，電源315的瓦數)可增高或降低。電源315在該蝕刻循環期間可脈衝運作。

在某些實施例中，用於對基板324施加偏壓的偏壓電源320耦接至腔室325和基板支座340。偏壓電源320可操作以產生約400KHz且具有脈衝能力的射頻、約10瓦至約2000瓦的低功率範圍(例如約900瓦至約1800瓦)並可進一步包含匹配網路321。在某些實施例中，偏壓電源320可能能夠產生約100kHz至約13.56MHz、約100kHz至約2MHz及約400kHz至約2MHz的可選式射頻範圍、具有脈衝能力、約10瓦至約2000瓦的低功率範圍及可進一步包含動態匹配網路或固定式匹配網路和調頻器。在某些實施例中，可進行蝕刻循環，其中在該蝕刻循環期間，該功率範圍(即，偏壓電源320的瓦數)可增高或降低。

偏壓電源320在該蝕刻循環期間可脈衝運作。在該蝕刻循環期間，該射頻電源在開與關之間切換，以使偏壓電源320脈衝運作。該偏壓電源320的脈衝頻率可介在約10Hz 至約1000Hz的範圍間及可介在約50Hz至約180Hz的範圍間。在某些實施例中，該電源在開與關之間切換動作均勻地分配在該蝕刻循環的整個過程中。在某些實施例裡，於蝕刻循環的整個過程中，脈衝的時間分佈模式(timing profile)可以改變且可取決於基板324的組成而定。該偏壓電源320切換成開啟的所占時間百分比(即，以上所述的工作週期)與脈衝頻率直接相關。可依據正在處理中的基板材料來調整該偏壓功率頻率及脈衝頻率。

在某些實施例中，冷卻器345可運作以控制該腔室 325內部溫度及位在該腔室325中之基板324的溫度。冷卻器345可位於靠近腔室325之處並耦接至腔室325。冷卻器345可包括低溫冷卻器，例如零度以下使用的熱電式冷卻器，及該冷卻器345可進一步包含用於超低溫的直接冷卻式機構。冷卻器345可操作以產生範圍在約攝氏-20度至約攝氏80度間的溫度，且該冷卻器345可位在靠近腔室325之處以達到快速反應時間並可包含斜線升降溫能力(ramping capability)以允許具有某種程度的控制而有助於增進蝕刻速率。在某些實施例中，冷卻器345能夠產生範圍在約攝氏-10度至約攝氏60度間的溫度並可位在該腔室325附近以達到較快速的反應時間。在某些實施例中，可操作冷卻器345以使該腔室325中的溫度從約攝氏-10度降至約攝氏-20度。

在某些實施例中，處理腔室300可包含附加的冷卻機構360以用於控制該處理腔室300的溫度。由於使用高源功率(high source power)，導致該蓋350可能出現高溫，該附加冷卻機構360可設置在該蓋350上以控制該蓋350的溫度。該附加冷卻機構360可包括一個或更多個高冷卻載量風扇。

在某些實施例中，可利用耦接至該腔室325的幫浦330和閥335操作該處理腔室300以維持約10毫托耳至約1000毫托耳的腔室壓力範圍。在該蝕刻循環期間可調整該腔室壓力以進一步改進該等溝槽輪廓。例如，當從沉積步驟切換成蝕刻步驟時，該腔室壓力可能快速降低或升高。幫浦330可包括渦輪式幫浦，例如可操作2600公升/秒的渦輪式幫浦以處理整個腔室325中範圍約100sccm至約1000sccm間的流量。與幫浦330連接的閥335可包括具有快速反應時間的節流閘閥以幫助控制該等處理氣流及壓力變化。處理腔室300可進一步包含雙壓力計以測量該腔室325中的壓力。在某些實施例中，於該蝕刻循環期間，可操作該處理腔室300以維持約10毫托耳至約250毫托耳(例如，約60毫托耳至約150毫托耳)範圍間的動態壓力。視情況需要可利用自動節流閘閥控制或具有預設控制點的閥，並當改變流動參數時，可使該動態壓力維持在設定點。

在某些實施例中提供控制器354，該控制器354包含中央處理單元(CPU)356、記憶體358及用於CPU 356的支援電路362。控制器354幫助控制該處理腔室300的該等構件及控制例如以上進一步詳細討論的蝕刻製程。為幫助控制該處理腔室300，控制器354可為任一型能用於工業設定以控制各種腔室和子處理器的通用電腦處理器。CPU 356的記憶體358或電腦可讀取媒體可為本地或遠端的一個或更多個現成可取得的記憶體，例如，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。支援電路362耦接至該CPU 356以採習知方式支援該處理器。這些電路包括快取記憶體、電源、時鐘電路、輸入/輸出電路和子系統，及諸如此類者。本文中所述的方法或至少一部分的方法(例如，在處理腔室300中進行的該些部分，或由控制器354所控制之設備來進行的該些部分)可作為軟體常式儲存在記憶體358中。該軟體常式亦可儲存在第二CPU(圖中未示出)中及/或該第二CPU來執行，且該第二CPU位在遠離該CPU 356所控制的硬體之處。

因此，本文中已揭示數種蝕刻基板的方法。在至少一部分實施例中，該等方法可有益地提供在基板中蝕刻特徵的方法，且相較於習知所使用的方法而言，該等方法提供較高的矽對遮罩層之蝕刻選擇性。

儘管上述內容是針對本發明多個實施例進行說明，但在不偏離本發明基本範圍下，當可做出本發明的其他及進一步實施例。

Claims

一種將特徵蝕刻至一基板中的方法，包括以下步驟：使配置有一光阻層於其上之一基板暴露於一第一處理氣體以在形成於該光阻層中的一特徵之側壁或一底部上形成一含聚合物層，其中該第一處理氣體是經由配置在一處理腔室內的一第一組氣體噴嘴而選擇性地供應至該基板的一第一區域；及使該基板暴露於一實質無氧的一第二處理氣體以將該特徵蝕刻至該基板中，其中該第二處理氣體是經由配置在該處理腔室內的一第二組氣體噴嘴而選擇性地供應至該基板的一第二區域。
如請求項1所述之方法，其中該第一區域是靠近該基板的一中心或該基板的一邊緣之至少一者，且其中該第二區域是靠近該基板的該中心或該基板的該邊緣之至少一者。
如請求項2所述之方法，其中該第一處理氣體或該第二處理氣體之至少一者依序地供應至靠近該基板的該中心處及靠近該基板的該邊緣處。
如請求項1所述之方法，其中供應該第一處理氣體持續一長達2秒的時間，及其中供應該第二處理氣體持續一長達3秒的時間。
如請求項1至請求項4中任一項所述之方法，其中在一重複的循環中交替地供應該第一處理氣體及該第二處理氣體。
如請求項1至請求項4中任一項所述之方法，其中該第一處理氣體包括一含氟氣體、一含氟碳氣體或一含氫氟碳氣體之一者，及其中該第二處理氣體包括一含氟氣體。
如請求項1至請求項4中任一項所述之方法，其中該第一組氣體噴嘴或該第二組氣體噴嘴之至少一者耦接至一氣環(gas ring)，該氣環具有複數個流動通道，且該複數個流動通道配置成一遞回模式(recursive pattern)。
如請求項7所述之方法，其中該複數個流動通道包括一第一組流動通道、一第二組流動通道及一第三組流動通道，其中該第一組流動通道流體耦接至該第二組流動通道，該第二組流動通道流體耦接至該第三組流動通道，且該第三組流動通道流體耦接至該等氣體噴嘴的個別噴嘴。
如請求項1至請求項4中任一項所述之方法，其中該含聚合物層在該特徵的該底部上形成一第一厚度及在該特徵的該等側壁上形成一第二厚度，及其中該第一厚度小於該第二厚度。
如請求項1至請求項4中任一項所述之方法，進一步包括以下步驟：當將該特徵蝕刻至該基板中時，提供一脈衝偏壓功率至一基板支座，其中該基板配置在該基板支座上。
一種電腦可讀取媒體，該媒體上儲存有指令，當執行該等指令時會進行一將特徵蝕刻至一基板中的方法，該方法包括以下步驟：使配置有一光阻層於其上之一基板暴露於一第一處理氣體以在形成於該光阻層中的一特徵之側壁或一底部上形成一含聚合物層，其中該第一處理氣體是經由配置在一處理腔室內的一第一組氣體噴嘴而選擇性地供應至該基板的一第一區域；及使該基板暴露於一實質無氧的第二處理氣體以將該特徵蝕刻至該基板中，其中該第二處理氣體是經由配置在該處理腔室內的一第二組氣體噴嘴而選擇性地供應至該基板的一第二區域。
如請求項11所述之電腦可讀取媒體，其中該第一區域是靠近該基板的一中心或該基板的一邊緣之至少一者，及其中該第二區域是靠近該基板的該中心或該基板的該邊緣之至少一者。
如請求項12所述之電腦可讀取媒體，其中該第一處理氣體或該第二處理氣體之至少一者依序地供應至靠近該基板的該中心處及靠近該基板的該邊緣處。
如請求項11所述之電腦可讀取媒體，其中供應該第一處理氣體持續一長達2秒的時間，及其中供應該第二處理氣體持續一長達3秒的時間。
如請求項11至請求項14中任一項所述之電腦可讀取媒體，其中在一重複的循環中交替地供應該第一處理氣體及該第二處理氣體。
如請求項11至請求項14中任一項所述之電腦可讀取媒體，其中該第一處理氣體包括一含氟氣體、一含氟碳氣體或一含氫氟碳氣體之一者，及其中該第二處理氣體包括一含氟氣體。
如請求項11至請求項14中任一項所述之電腦可讀取媒體，其中該第一組氣體噴嘴或該第二組氣體噴嘴之至少一者耦接至一氣環，該氣環具有複數個流動通道，且該複數個流動通道配置成一遞回模式。
如請求項17所述之電腦可讀取媒體，其中該複數個流動通道包括一第一組流動通道、一第二組流動通道及一第三組流動通道，其中該第一組流動通道流體耦接至該第二組流動通道，該第二組流動通道流體耦接至該第三組流動通道，且該第三組流動通道流體耦接至該等氣體噴嘴的個別噴嘴。
如請求項11至請求項14中任一項所述之電腦可讀取媒體，其中該含聚合物層在該特徵的該底部上形成一第一厚度及在該特徵的該等側壁上形成一第二厚度，及其中該第一厚度小於該第二厚度。
如請求項11至請求項14中任一項所述之電腦可讀取媒體，進一步包括：當將該特徵蝕刻至該基板中時，提供一脈衝偏壓功率至一基板支座，其中該基板配置在該基板支座上。