Lam Research Corporation 的专利:多状态射频脉冲控制掩模形状和破损选择性与工艺余量权衡(​MULTI-STATE RF PULSING TO CONTROL MASK SHAPE AND BREAKING SELECTIVITY VERSUS PROCESS MARGIN TRADE-OFF)

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日期:2022-10-03

Lam Research Corporation 的专利:多状态射频脉冲控制掩模形状和破损选择性与工艺余量权衡(MULTI-STATE RF PULSING TO CONTROL MASK SHAPE AND BREAKING SELECTIVITY VERSUS PROCESS MARGIN TRADE-OFF)

在等离子处理系统中的基板上执行蚀刻工艺的方法,包括:将源RF功率和偏置RF功率施加到电极上;其中,源RF功率和偏置RF功率是脉冲信号,它们共同定义了多个多态脉冲RF周期,每个周期具有第一状态、第二状态和第三状态;其中,第一状态由具有第一射频功率电平的源射频功率和具有第一偏置射频功率电平的偏置射频功率来定义;其中,第二状态由源RF功率和偏置RF功率定义,具有基本零的功率电平;其中,第三状态定义为具有第二射频功率电平的RF功率水平低于第一源RF功率电平的源RF功率水平,并且该RF功率的偏置功率具有基本为零的功率电平。

本公开的实现涉及多状态RF脉冲幅度,以控制掩模形状并打破蚀刻选择性与工艺裕量之间的权衡。

RF脉冲技术在过去十年中已经从连续波模式(CW)运行到脉冲模式(开-关,电平到电平)状态。双态RF脉冲的进步通过提高工艺裕量与蚀刻选择性、轮廓翘曲、临界尺寸(CD)和刻蚀速率均匀性,实现了高纵横比刻蚀。在当前的双态RF脉冲命名法中,“State1”(或“S1”)表示高偏置和源功率状态,例如大于1 kW,离子能量大于3 keV,在小于30 mTorr的压力下运行以获得窄IADF。脉冲中的另一种状态称为“State0”(或“S0”),表示具有低偏置和源功率的沉积步骤,例如小于1 kW,离子能量小于100 eV。State0主要提供归因于不同机理的钝化,例如直接离子沉积和离子活化中性沉积。在这种 2 态 RF 脉冲状态下,典型的脉冲重复频率约为 100 Hz 至 2 kHz。

随着器件尺寸的不断缩小和间距尺寸的进一步减小(例如,目前从100 nm到小于约60 nm),在当前的脉冲技术下,很难打破蚀刻选择性与工艺裕量之间的权衡。当前的技术制度很难在保持足够的工艺裕量(例如,刻蚀不足、未打开、封盖)的同时平衡高纵横比蚀刻的健康状况。

高纵横比(HAR)接触刻蚀的关键挑战之一是保持足够的工艺裕量,同时尝试选择性地蚀刻与掩模(例如Poly)相比的堆叠。通常,过程裕量与颈缩的形状和大小有关,因为这会在HAR过程中建立极限纵横比。然而,本公开的实现提供了一种控制掩模(颈部)形状和改进选择性与工艺裕量权衡的方法。

根据本公开的实现,基于仅源功率状态的多态RF脉冲与中间状态有助于控制掩模形状(修剪颈部)而不会引起不希望的掩模刻面。将这种仅源功率脉冲机制与传统的双态开关脉冲相结合,可显著提高裕量与选择性权衡,从而利用 HAR 工艺改进旋钮的优势。

图2A是用于蚀刻过程的单个脉冲RF周期的RF功率与时间的关系图,根据本公开的实现。图中显示了单个脉冲RF周期内一段时间内的偏置RF功率和源RF功率。在当前的RF脉冲技术下,采用双态脉冲制度,使用电平到电平或开关脉冲。在这种双态脉冲状态下,State1 (S1) 是高离子能量产生状态,其中源 RF 和偏置 RF 处于高功率状态,而状态0 (S0) 是低离子能量产生状态,其中源 RF 和偏置 RF 处于低功耗或完全关闭状态。S1的功能是蚀刻电介质材料,因为S1产生高能离子,直接激活表面并蚀刻薄膜。而S0的主要作用是钝化,因为S0主要是中性驱动的,从而驱动蚀刻特征中的钝化,尽管仍然有一些低能量来保持蚀刻。

图2B和2C从概念上分别示出了根据S1和S0状态的蚀刻特征的横截面视图,如上所述的逐级脉冲过程。如图所示,S1主要实现高纵横比特征的蚀刻,但也可能导致掩模溅射和形成“颈部”轮廓。S0主要实现钝化,通过直接离子沉积和离子辅助中性沉积保护掩模。

因此,通过电平对电平(L2L)脉冲RF,S1提供高纵横比蚀刻,还可以溅射并形成颈部;S0提供离子辅助中性沉积。然而,两者都会导致一定程度的颈部,并且随着一个人移动到更高的AR和更小的间距,打开脖子变得困难。对于L2L,最紧的关键尺寸发生在颈部,当达到非常小的特征尺寸或间距尺寸时,这往往会限制蚀刻。例如,颈部AR几乎可以是该特征AR的两倍。这也限制了可以应用的化学种类以及可以施加到结构中进行蚀刻的通电量,因此这在高纵横比蚀刻中起到了限制作用。