不需要晶片倾斜或旋转的离子束蚀刻制造技术

本发明专利技术涉及不需要晶片倾斜或旋转的离子束蚀刻。本发明专利技术的各个实施例涉及用于在衬底上蚀刻特征的方法和装置。在多个实施例中，不使用衬底旋转或倾斜。尽管传统的蚀刻工艺依靠衬底旋转来均衡离子在衬底表面上的分布，但本文的各个实施例通过相对于离子源移动离子束来实现这一目的。离子束的移动可以以多种方式来实现，包括以静电技术、机械技术、磁技术及其组合来实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及半导体加工领域，更具体地涉及不需要晶片倾斜或旋转的离子束蚀刻。
技术介绍
半导体器件的制造典型地包括一系列操作，在其中各种材料在半导体衬底上沉积和从其上除去。材料去除的一种技术是离子束蚀刻，这涉及将离子传递到衬底的表面以各向异性的方式物理地和/或化学地从该表面去除原子和化合物。撞击离子撞击衬底表面并通过动量转移(以及通过在反应性离子蚀刻的情况下的反应)去除材料。
技术实现思路
本文的各个实施例涉及用于蚀刻在半导体衬底上的材料的方法和装置。在本文的实施例的一个方面，提供了一种用于蚀刻在半导体衬底上的材料的离子束蚀刻装置，该装置包括:反应室；在反应室中的衬底支撑件；离子源，其包括:用于生成和/或维持等离子体的等离子体区，和被置于等离子体区附近的离子提取器，离子提取器包括:第一电极、第二电极和任选的第三电极，第一电极、第二电极和任选的第三电极中的每一个中包含多个孔，和构造成提供偏置电势到第一电极，第二电极和第三电极中的一个或多个的电源，其中离子源被配置为生成从第一电极，第二电极和第三电极中的多个孔发出的多个离子束；和具有用于下述操作的指令的控制器:(a)生成离子束，使得离子束轨迹偏转到相对于离子提取器的最下部电极成非垂直角度，最下部电极是第一电极、第二电极和第三电极中的一个，和(b)改变离子束轨迹，使得离子束在蚀刻期间相对于离子源的方位移动。在某些实施例中，第三电极是偏心孔电极，其中在第三电极中的孔从第一电极和第二电极中的孔偏移。在一些这样的实施例中，(a)中的指令包括施加偏置到所述偏心孔电极从而使所述离子束从所述最下部电极中的多个孔以非垂直的角度发出。在这些或其它情况下，(b)中的指令可以包含在蚀刻期间用以改变施加到偏心孔电极的偏置从而相对于离子源和衬底表面的方位移动离子束。也可使用机械技术。例如，(b)中的指令可以包含在蚀刻期间机械地移动所述第三电极从而相对于所述离子源和衬底表面的方位移动所述离子束。在各种实现中，一个或多个电磁线圈可以用来实现(a)和/或(b)。在一些实例中，该装置还包括被置于反应室外面以在离子源和衬底支撑件之间的区中生成磁场的一个或多个电磁线圈，其中，(b)中的指令包含改变磁场的强度，从而相对于所述离子源和衬底表面的方位移动所述离子束的指令。在一些情况下，可以使用一个以上的偏心孔电极。例如，在第三电极中的孔相对于在第一电极和第二电极中的孔在第一方向上偏移，其中装置还包括第四电极，该第四电极是具有相对于在所述第一电极和第二电极中的孔在第二方向上偏移的孔的偏心孔电极，其中所述第一方向与所述第二方向不同。偏转板提供了额外的或可替代的机制来偏转所述离子束。在一些实施例中，离子源还包括多组在最下部电极的下方设置的偏转板，其中(a)中的指令包括在每一组偏转板的偏转板之间生成电场，并且其中所述离子束通过电场行进。在多种情况下，(b)中的指令可以包含改变在每一组偏转板中的偏转板之间的电场强度的指令，由此相对于离子源和衬底表面的方位移动离子束。偏转板可以采取多种形式。在一些实施例中，偏转板被设置成一个或多个阵列的平行导电条。在特定实施例中，偏转板被设置成第一阵列的平行导电条和第二阵列的平行导电条，所述第一阵列和第二阵列定位成彼此垂直。在另一实施例中，偏转板被设置作为至少部分地置于绝缘板中的孔内的导电板。如上所述，电磁线圈可以在各种情况下使用。在一些实施例中，该装置还包括被置于反应室外面以在离子源和衬底支撑件之间生成磁场的一个或多个电磁线圈，(b)中的指令包含改变在离子源和衬底支撑件之间的磁场的强度从而改变在离子源和衬底支撑件之间的区中的离子束轨迹的指令。在这些或其它情况下，该装置可进一步包括被置于反应室外面以生成邻近离子源的第一磁场的一个或多个电磁线圈，其中，(a)中的指令包括生成第一磁场以使离子束偏转的指令。(b)中的指令可以包括改变第一磁场的强度从而相对离子源和衬底表面的方位移动离子束。在一些实施例中，该装置还包括被置于反应室外面以生成在离子源和衬底支撑件之间的第二磁场的一个或多个电磁线圈，其中，(b)中的指令包括改变第二磁场的强度从而相对于离子源和衬底表面的方位移动离子束的指令。在多种情况下，衬底支撑件没有被配置为在蚀刻期间使衬底倾斜。在这些或其它情况下，衬底支撑件没有被配置为在蚀刻期间旋转衬底。这些特征可以显著简化蚀刻方法和/或用于实施所述蚀刻方法的装置。在任何所公开的实施例中，中空的阴极发射极电极可以存在于离子源中。可以对任一公开的实施例进行的另一改变是注射头。在某些实施例中，该装置还包括用于在局部高压下向反应室中的衬底提供反应物的注射头，其中，控制器还包括维持所述反应室低于加工压强的指令，其中所述局部高压比所述加工压强高至少约100倍。在一些实施例中，从最下部电极的孔发出的离子束彼此平行地发出。在所公开的实施例的另一方面，提供一种用于蚀刻在半导体衬底上的材料的方法，该方法包括:(a)生成等离子体；(b)使用包括至少两个电极的离子源从等离子体生成离子束，每一个电极内具有多个孔，离子束具有离子束轨迹，该离子束轨迹被偏转到相对于离子源的最下部电极成非垂直角度，和(c)改变离子束轨迹，使得离子束在蚀刻期间相对于离子源的方位移动。在各个实施例中，衬底在蚀刻期间不旋转。在这些或其它实施例中，衬底在蚀刻期间不倾斜。]这些和其它特征将在下面参照相关附图进行说明。【附图说明】图1是描绘了离子束蚀刻工艺的蚀刻速率与入射角的关系的图。图2示出了用于执行某些离子束蚀刻工艺的反应室的简图。图3A-3C描绘了欠聚集(图3A)、聚集(图3B)或过聚集(图3C)的离子束。图4是表示在图3A-3C中所示的光束类型的相对离子强度与有效离子分布角度的图。图5是表示发散离子束的离子束轮廓和角度轮廓的图。图6示出了相对束电流密度与跨越衬底直径的距离之间的关系，其中静态发散光束与静态衬底一起使用。图7A和7B示出了其中包括偏心孔电极的离子提取器的实施例。图8提出了一种包括两个偏心孔电极的离子提取器的实施例。图9描绘了包括成组的偏转板的离子提取器。图10示出了具有围绕装置的周边配置的几组磁性线圈的蚀刻装置。图11A和11B示出了使用不同的离子束发散和倾斜条件蚀刻的衬底的外形建模结果Ο图12描绘了具有两组不同的磁性线圈的蚀刻装置，其中一组被置于邻近离子源，另一组被置于在离子源与衬底之间。图13示出了离子源包括两个偏心孔电极并且其中磁线圈被用于在离子源下面生成磁场的一个实施例。图14示出了其中离子源包括偏转板并且其中电磁线圈被用于在离子源下面生成磁场的一个实施例。图15 —般性地描绘了在其中电场和/或磁场被用来改变离子束的轨迹的各个实施例。图16示出了根据某些实施例的中空的阴极发射极电极。图17示出了根据某些实施例的中空的阴极发射极电极的特写图。图18示出了注射头用于在某些实施例中在局部高压下传送反应物的一个实施例。图19是示出了在反应室和图18所示的注射头的各个区中经历的压强的图。图20Α和20Β示出了用于在某些实施例中在局部高压下传送反应物的注射头的另一实施例。图21示出了根据某些实施例的、用于偏转离子束的偏转板。图22描绘了附着到电极上的、图21的偏转板。图23示出了在其中具有孔的绝缘板，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于蚀刻半导体衬底上的材料的离子束蚀刻装置，所述装置包括：反应室；在所述反应室中的衬底支撑件；离子源，其包括：用于生成和/或维持等离子体的等离子体区，和被置于所述等离子体区附近的离子提取器，所述离子提取器包括：第一电极、第二电极和任选的第三电极，所述第一电极、第二电极和第三电极中的每一个包含多个孔，和构造成提供偏置电势到所述第一电极、第二电极和第三电极中的一个或多个的电源，其中所述离子提取器被配置为生成从所述第一电极、第二电极和第三电极中的多个孔发出的多个离子束；和具有用于以下操作的指令的控制器：(a)生成所述离子束，使得所述离子束轨迹偏转到相对于所述离子提取器的最下部电极成非垂直角度，所述最下部电极是所述第一电极、第二电极和第三电极中的一个，和(b)改变所述离子束轨迹，使得所述离子束在蚀刻期间相对于衬底的方位移动。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊凡·L·贝瑞三世，索斯藤·利尔，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US