專利名稱：使用等離子體鞘工程的加化蝕刻與沉積剖面控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本揭示案是有關(guān)于等離子體處理(plasma processing)，且更明確而言，是有關(guān)于等離子體處理裝置(plasma processing apparatus)。
背景技術(shù)：
等離子體處理裝置在處理腔室(process chamber)中產(chǎn)生等離子體(plasma)，以用于處理由處理腔室中的壓板(platen)支撐的工件(workpiece)。等離子體處理裝置可包含(但不限于)摻雜系統(tǒng)(doping system)、蝕刻系統(tǒng)(etching system)以及沉積系統(tǒng) (deposition system)。等離子體通常為離子(ion)(通常具有正電荷)與電子(具有負(fù)電荷)的準(zhǔn)中性集合(quasi-neutral collection)。等離子體在等離子體的主體(bulk)中具有每公分約0伏特的電場(electric field)。在一些等離子體處理裝置中，來自等離子體的離子被朝工件吸引。在等離子體摻雜裝置(plasma doping apparatus)中，可用足夠的能量來吸引離子，以將其植入工件的實(shí)體結(jié)構(gòu)(physical structure)(例如在一個(gè)例子中為半導(dǎo)體基板(semiconductor substrate))中。等離子體由接近工件的通常被稱為等離子體鞘(plasma sheath)的區(qū)域定界。等離子體鞘是與等離子體相比具有較少電子的區(qū)域。來自此等離子體鞘的光發(fā)射的強(qiáng)度小于等離子體，這是因?yàn)榇嬖谳^少電子，且因此鮮有激發(fā)_馳豫碰撞(excitation-relaxation collision)發(fā)生。因此，等離子體鞘有時(shí)被稱為“暗區(qū)(dark space)”。轉(zhuǎn)向圖1，說明已知等離子體處理裝置的多個(gè)部分的橫截面圖，其中等離子體140 具有等離子體鞘142，其鄰近待處理的工件138的前表面。工件138的前表面界定平面151， 且工件138由壓板134支撐。等離子體140與等離子體鞘142之間的邊界141平行于平面 151。來自等離子體140的離子102可越過等離子體鞘142被朝工件138吸引。因此，朝工件138加速的離子102通常相對于平面151以0°的入射角(angle of incidence)(例如， 垂直于平面151)撞擊工件138。入射角可能存在小于約3°的較小角展(angular spread)。 另外，藉由控制等離子體處理參數(shù)(plasma process parameter)(諸如處理腔室內(nèi)的氣體壓力)，可使所述角展增加至多達(dá)約5°。已知等離子體處理的缺點(diǎn)為缺乏對離子102的角展控制。隨著工件上的結(jié)構(gòu)變小，且隨著三維結(jié)構(gòu)變得更常見(例如溝槽式電容器(trench capacitor)、垂直通道晶體管(vertical channel transistor)，諸如FinFET)，具有較大的角度控制將是有益的。舉例而言，圖1中為說明的清楚起見而展示具有夸大尺寸的溝槽(trench) 144。在以約0°的入射角或甚至至多達(dá)5°的角展來引導(dǎo)離子102的情況下，可能難以均勻地處理溝槽144的側(cè)壁(sidewall) 147。因此，需要一種等離子體處理裝置，其克服上述不足及缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
藉由本文所揭示的等離子體處理方法來克服現(xiàn)有技術(shù)的問題。在某些實(shí)施例中，使用等離子體處理工具在工件上沉積材料。舉例而言，揭示一種用于材料的保形 (conformal)沉積的方法。在此實(shí)施例中，等離子體鞘形狀經(jīng)修改以允許材料以某一入射角范圍沖擊工件。藉由隨時(shí)間過去而改變此入射角范圍，可在上面沉積多種不同特征。在另一實(shí)施例中，使用等離子體處理工具來蝕刻工件。在此實(shí)施例中，等離子體鞘形狀經(jīng)更改以允許離子以某一入射角范圍沖擊工件。藉由隨時(shí)間過去而改變此入射角范圍，可形成多種不同形狀的特征。


為了更清楚理解本揭示案，伴隨圖式做為參考，其中相同的組件以相同的標(biāo)號表示圖1為與現(xiàn)有技術(shù)一致的已知等離子體處理裝置的簡化方塊圖。圖2為與本揭示案的實(shí)施例一致的等離子體處理裝置的方塊圖。圖3為與本揭示案的實(shí)施例一致的等離子體摻雜裝置的方塊圖。圖4為用以控制等離子體與等離子體鞘之間的邊界的形狀的一對絕緣體的橫截面圖。圖5為與圖4 一致的橫截面圖，其說明越過圖4的邊界而加速的離子的離子軌跡。圖6為圖5的離子軌跡的角離子分布的曲線圖。圖7為用以控制一對絕緣體與工件之間的垂直間距的系統(tǒng)的方塊圖。圖8為與圖7 —致的橫截面圖，其說明不同垂直間距處的離子軌跡橫截面圖。圖9為用以控制一對絕緣體之間的水平間距的系統(tǒng)的方塊圖。圖10為與圖9 一致的橫截面圖，其說明不同水平間距處的離子軌跡。圖11為具有用以使一對絕緣薄片相對于工件而移動(dòng)的掃描系統(tǒng)的等離子體處理裝置的方塊圖。圖12為圖11的絕緣薄片的平面圖，其繪示絕緣薄片與圓盤形工件之間的相對移動(dòng)。圖13為與圖11 一致的具有多個(gè)絕緣體的掃描系統(tǒng)的方塊圖。圖14為與本揭示案的第二實(shí)施例一致的等離子體處理裝置的方塊圖。圖15為用以控制等離子體與等離子體鞘的間的邊界的形狀的兩個(gè)絕緣體的橫截面圖。圖16為圖15的離子軌跡的角離子分布的曲線圖。圖17為用以控制一組絕緣體與工件之間的垂直間距的系統(tǒng)的方塊圖。圖18為與圖17 —致的橫截面圖，其說明第一垂直間距處的離子軌跡。圖19為與圖17 —致的橫截面圖，其說明第二垂直間距處的離子軌跡。圖20為用以控制絕緣體之間的水平間距的系統(tǒng)的方塊圖。圖21為與圖20 —致的橫截面圖，其說明負(fù)水平間距處的離子軌跡。圖22為用以控制等離子體與等離子體鞘之間的邊界的形狀的三個(gè)絕緣體的橫截面圖。圖23為圖22的離子軌跡的角離子分布的曲線圖。圖24a至圖24c為絕緣修改器的額外實(shí)施例的橫截面圖。
圖25為具有用以使絕緣薄片相對于工件而移動(dòng)的掃描系統(tǒng)的等離子體處理裝置的方塊圖。圖26為圖25的絕緣薄片的平面圖，其繪示絕緣薄片與圓盤形工件之間的相對移動(dòng)。圖27為與圖25 —致的具有多個(gè)絕緣體的掃描系統(tǒng)的方塊圖。圖28a說明自等離子體至工件的傳統(tǒng)離子路徑。圖28b說明窄三維特征的保形沉積。圖28c說明寬、淺三維特征的保形沉積。圖29a繪示與圖28a相關(guān)聯(lián)的離子角分布。圖29b繪示與圖28b相關(guān)聯(lián)的離子角分布。圖29c繪示與圖28c相關(guān)聯(lián)的離子角分布。圖30a至圖30f繪示各種入射角對沉積的影響。圖31a說明在三維特征中具有氣隙的材料的沉積。圖31b繪示與圖30a相關(guān)聯(lián)的離子角分布。圖32a說明具有垂直側(cè)壁的三維特征的蝕刻。圖32b說明具有向內(nèi)成錐形的側(cè)壁的三維特征的蝕刻。圖32c說明可使用圖29b的離子角分布形成的特征形狀。圖32d說明可使用圖29c的離子角分布形成的特征形狀。圖33a說明具有向外成錐形的側(cè)壁的三維特征的蝕刻。圖33b說明可使用圖30b的離子角分布形成的特征形狀。圖33c說明可使用圖30b的離子角分布形成的特征形狀。圖33d說明可使用圖30b的離子角分布形成的特征形狀。
具體實(shí)施例方式圖2為與本揭示案的實(shí)施例一致的具有絕緣修改器208的等離子體處理裝置200 的方塊圖。絕緣修改器208經(jīng)組態(tài)以修改等離子體鞘242內(nèi)的電場，以控制等離子體140 與等離子體鞘242之間的邊界241的形狀。因此，越過等離子體鞘242自等離子體140吸引的離子102可以一入射角范圍撞擊工件138。本文可進(jìn)一步將等離子體處理裝置200描述為等離子體摻雜裝置。然而，等離子體處理裝置200亦可包含(但不限于)蝕刻及沉積系統(tǒng)。此外，等離子體摻雜系統(tǒng)可對經(jīng)處理的工件執(zhí)行許多不同材料修改處理。一種此類處理包含用所要摻雜劑來摻雜工件(諸如半導(dǎo)體基板)。等離子體處理裝置200可包含處理腔室202、壓板134、源206以及絕緣修改器 208。壓板134定位于處理腔室202中，用于支撐工件138。工件可包含(但不限于)半導(dǎo)體晶圓、平坦面板、太陽電池板(solar panel)以及聚合物基板。在一實(shí)施例中，半導(dǎo)體晶圓可具有圓盤形狀，其具有300毫米(mm)的直徑。如此項(xiàng)技術(shù)中已知，源206經(jīng)組態(tài)以在處理腔室202中產(chǎn)生等離子體140。在圖2的實(shí)施例中，絕緣修改器208包含一對絕緣體 212及214，其之間界定間隙，所述間隙具有水平間距(G)。在其他實(shí)施例中，絕緣修改器可僅包含一個(gè)絕緣體。此對絕緣體212及214可為具有薄的平坦形狀的一對薄片。在其他實(shí)施例中，此對絕緣體212及214可為其他形狀，諸如管形、楔形(wedge shaped)，且/或具有接近所述間隙的傾斜邊緣。在一實(shí)施例中，由此對絕緣體212及214界定的間隙的水平間距可為約6. 0毫米 (mm)。此對絕緣體212及214亦可定位在由工件138的前表面界定的平面151上方的垂直間距(vertical spacing) (Z)處。在一實(shí)施例中，所述垂直間距(Z)可為約3. 0mm。在操作中，氣體源(gas source) 288將可離子化氣體(ionizable gas)供應(yīng)至處理腔室202。可離子化氣體的實(shí)例包含(但不限于)BF3> BI3、N2、Ar、PH3> AsH3、B2H6, H2、Xe、 Kr、Ne、He、SiH4, SiF4, GeH4、GeF4、CH4、CF4, AsF5, PF3 及 PF5。源(source) 206 可藉由激發(fā)及離子化提供至處理腔室202的氣體而產(chǎn)生等離子體140?？山逵刹煌瑱C(jī)制越過等離子體鞘 242自等離子體140吸引離子。在圖2的實(shí)施例中，偏壓源(bias source) 290經(jīng)組態(tài)以加偏壓于工件138，以越過等離子體鞘242自等離子體140吸引離子102。偏壓源290可為用以提供DC電壓偏壓信號的DC電源，或用以提供RF偏壓信號的RF電源。有利的是，絕緣修改器208修改等離子體鞘242內(nèi)的電場，以控制等離子體140與等離子體鞘242之間的邊界241的形狀。在圖2的實(shí)施例中，絕緣修改器208包含一對絕緣體212及214。絕緣體212、214可由石英、氧化鋁、氮化硼、玻璃、氮化硅等制造。等離子體140與等離子體鞘242之間的邊界241可相對于平面151具有凸形狀。當(dāng)偏壓源290加偏壓于工件138時(shí)，離子102以較大的入射角范圍被越過等離子體鞘242而吸引穿過絕緣體212與214之間的間隙。舉例而言，遵循軌跡路徑(trajectory path) 271的離子可相對于平面151以+ θ °的角度撞擊工件138。遵循軌跡路徑270的離子可相對于同一平面151 以約0°的角度撞擊工件138。遵循軌跡路徑269的離子可相對于平面151以-θ °的角度撞擊工件138。因此，入射角的范圍可在以約0°為中心的+ θ°與-θ°之間。另外，一些離子軌跡路徑(諸如路徑269及271)可彼此交叉。視若干因數(shù)(包含但不限于，絕緣體 212與214之間的水平間距(G)、絕緣體在平面151上方的垂直間距(Z)、絕緣體212及214 的介電常數(shù)(dielectric constant)以及其他等離子體處理參數(shù))而定，入射角(θ )的范圍可在以約0°為中心的+60°與-60°之間。因此，工件138上的較小的三維結(jié)構(gòu)可由離子102均勻地處理。舉例而言，與圖1的情形相比，溝槽244的為說明的清楚起見而具有夸大尺寸的側(cè)壁247可由離子102更均勻地處理。轉(zhuǎn)向圖3，說明一例示性等離子體摻雜裝置300的方塊圖。與圖2的裝置一致，等離子體摻雜裝置300具有一對絕緣體212及214，以控制等離子體140與等離子體鞘242之間的邊界241的形狀。等離子體摻雜裝置300包含處理腔室202，其界定封閉體(enclosed volume) 3030 氣體源304經(jīng)由質(zhì)量流量控制器(mass flow controller) 306向處理腔室302的封閉體 303提供主要摻雜劑氣體(primary dopant gas)。氣體隔板(gas baffle) 370可定位于處理腔室202中，以使來自氣體源304的氣體流偏轉(zhuǎn)。壓力計(jì)(pressure gauge) 308量測處理腔室202內(nèi)的壓力。真空泵(vacuum pump) 312經(jīng)由排氣口(exhaust port)310抽空來自處理腔室202的排氣。排氣閥(exhaust valve) 314控制經(jīng)由排氣口 310的排氣傳導(dǎo)性 (exhaust conductance)。等離子體摻雜裝置300可進(jìn)一步包含氣體壓力控制器(gas pressure controller) 316，其電連接至質(zhì)量流量控制器306、壓力計(jì)308及排氣閥314。氣體壓力控制器316可經(jīng)組態(tài)以藉由在回應(yīng)于壓力計(jì)308的回饋環(huán)路中用排氣閥314控制排氣傳導(dǎo)性或用質(zhì)量流量控制器306控制處理氣體流動(dòng)速率，來維持處理腔室202中的所要壓力。處理腔室202可具有腔室頂部(chamber top) 318，其包含第一區(qū)段(first section) 320，所述第一區(qū)段320由介電材料形成，且在大體水平方向上延伸。腔室頂部318 亦包含第二區(qū)段(second SeCti0n)322，其由介電材料形成，且在大體垂直方向上自第一區(qū)段320延伸一高度。腔室頂部318進(jìn)一步包含蓋(lid)324，其由導(dǎo)電且導(dǎo)熱的材料形成，且在水平方向上延伸越過第二區(qū)段322。等離子體摻雜裝置進(jìn)一步包含源301，其經(jīng)組態(tài)以在處理腔室202內(nèi)產(chǎn)生等離子體140。源301可包含RF源350，諸如電源，用以將RF功率供應(yīng)至平面天線(planar antenna) 326及螺旋天線(helical antenna) 346中的一者或兩者，以產(chǎn)生等離子體140。 RF源350可藉由阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(impedance matching network) 352耦合至天線326、346， 阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)352使RF源350的輸出阻抗與· · · 天線326、346的阻抗匹配，以便使自 RF源350轉(zhuǎn)移至· · 天線326、346的功率增至最大。等離子體摻雜裝置亦可包含偏壓電源(bias power supply) 390，其電耦合至壓板134。等離子體摻雜系統(tǒng)可進(jìn)一步包含控制器356及用戶界面系統(tǒng)(user interface system) 358?？刂破?56可為或包含通用電腦(general-purpose computer)或通用電腦的網(wǎng)絡(luò)，其可經(jīng)程式化以執(zhí)行所要的輸入/輸出功能?？刂破?56亦可包含通信設(shè)備、數(shù)據(jù)儲存設(shè)備及軟件。用戶界面系統(tǒng)358可包含諸如觸控式屏幕、鍵盤、使用者指點(diǎn)設(shè)備(user pointing device)、顯示器、打印機(jī)等設(shè)備，以允許使用者經(jīng)由控制器356輸入命令及/或數(shù)據(jù)，且/或監(jiān)視等離子體摻雜裝置。屏蔽環(huán)(shield ring) 394可安置于壓板134周圍， 以改良工件138的邊緣附近的所植入離子分布的均勻性。亦可將諸如法拉第杯(Faraday cup) 399的一或多個(gè)法拉第感測器定位于屏蔽環(huán)394中，以感測離子束電流。在操作中，氣體源304供應(yīng)含有所要摻雜劑的主要摻雜劑氣體，以供植入工件138 中。源301經(jīng)組態(tài)以在處理腔室302內(nèi)產(chǎn)生等離子體140。源301可由控制器356控制。 為了產(chǎn)生等離子體140，RF源350使· · · ·天線326、346中的至少一者中的RF電流諧振，以產(chǎn)生振蕩磁場。所述振蕩磁場將RF電流感應(yīng)至處理腔室202中。處理腔室202中的 RF電流激發(fā)并離子化主要摻雜劑氣體，以產(chǎn)生等離子體140。偏壓電源390提供具有脈沖接通(ON)及斷開(OFF)周期的經(jīng)脈沖的壓板信號，以加偏壓于壓板134，且因此加偏壓于工件138，以使來自等離子體140的離子越過等離子體鞘242朝工件138加速。離子102可為帶正電的離子，且因此經(jīng)脈沖的壓板信號的脈沖接通周期可相對于處理腔室202為負(fù)電壓脈沖，以吸引帶正電的離子102。可選擇經(jīng)脈沖的壓板信號的頻率及/或脈沖的工作周期，以提供所要的劑量率?？蛇x擇經(jīng)脈沖的壓板信號的振幅，以提供所要的能量。有利的是，此對絕緣體212及214控制等離子體140與等離子體鞘242之間的邊界241的形狀，如先前相對于圖2詳述。因此，可以較大的入射角范圍越過等離子體鞘242 吸引離子102穿過絕緣體212與214之間的間隙，以用于摻雜工件138。轉(zhuǎn)向圖4，說明此對絕緣體212及214以及工件138的局部橫截面圖，其繪示等離子體鞘242中圍繞由絕緣體212及214界定的間隙的電場線。所述電場線以及等離子體與等離子體鞘242之間的所得弓形邊界241得自電腦模擬，其中工件138在-2，000伏特下加
8偏壓，且絕緣體212及214由玻璃制造。如所說明，圍繞所述間隙的弓形邊界241可進(jìn)一步具有相對于平面151的凸形狀。圖5為與圖4 一致的橫截面圖，其說明越過等離子體鞘242而加速穿過絕緣體212 與214之間的間隙的模擬離子軌跡。在等離子體摻雜裝置中，離子可因邊界241的形狀以及等離子體鞘242內(nèi)的電場線而在間隙間距的中心區(qū)域中植入工件138中。舉例而言，在絕緣體212與214之間的總水平間距(Gl)中，離子圍繞中心水平間距(G3)撞擊工件138。 在此實(shí)施例中，無離子圍繞接近絕緣體212及214的周邊水平間距(G2)及(G4)撞擊工件。圖6是與圖5所說明的離子軌跡一致的撞擊工件138的離子的入射角分布的曲線 602。如圖所示，曲線602顯示入射角以約0°為中心，且在自約+60°至-60°的較大角范圍上改變。此較大入射角范圍達(dá)成三維結(jié)構(gòu)的保形(conformal)摻雜。舉例而言，可用具有此較大入射角范圍的離子更均勻地?fù)诫s溝槽結(jié)構(gòu)的側(cè)壁。轉(zhuǎn)向圖7，說明與本揭示案一致的另一實(shí)施例的方塊圖，其中可調(diào)整絕緣修改器與由工件138的前表面界定的平面151之間的垂直間距(Z)。絕緣修改器可為此對絕緣體 212及214，如在其他實(shí)施例中詳述。致動(dòng)器(actuator) 702可機(jī)械耦合至此對絕緣體212 及214，以在如由箭頭720、722所示的相對于平面151的垂直方向上驅(qū)動(dòng)絕緣體。此對絕緣體212及214相對于平面151且亦相對于彼此的Z位置影響等離子體與等離子體鞘之間的邊界的形狀，且亦影響撞擊工件138的離子的軌跡。致動(dòng)器702可由控制器(諸如控制器 356)控制。圖8為與圖7 —致的橫截面圖，用以說明在所有其他參數(shù)相等的情況下，在此對絕緣體212及214相對于平面151的不同Z位置處的離子軌跡。在第一相對較短的Z間隙位置820中，絕緣體212、214定位于平面151上方第一距離(Zl)處。在相比而言較高的Z間隙位置840處，絕緣體212、214定位于平面151上方第二距離(Z2)處，其中(Z2) > (Zl)。 在第一位置820中，等離子體與等離子體鞘之間的邊界841具有相對于平面151的凸形狀。 邊界841亦具有近似接近圓的圓周的一部分的形狀的形狀，其中弓形形狀的頂點(diǎn)在絕緣體 212的頂部表面上方一距離(Za)處。相反，第二位置840中的邊界843具有較淺形狀，其中弓形形狀的頂點(diǎn)在絕緣體212的頂部表面上方較短距離(Zb)處，或其中(Zb) < (Za)。與 Z間隙距離(Zl)及(Z2)組合的邊界841、843的形狀以及等離子體鞘中的電場線影響撞擊工件138的離子的角展。舉例而言，以相對較短的Z間隙位置820撞擊工件138的離子的角展大于以相對較長的Z間隙位置撞擊工件138的離子的角展。另外，與具有較高Z間隙位置的水平間距(G6)相比，離子撞擊工件138的具有較短Z間隙位置820的較寬水平間距 (G5)，其中(G6) < (G5)。盡管圖8中未說明，但每一絕緣體212及214的Z間隙位置亦可彼此不同，以進(jìn)一步影響等離子體與等離子體鞘之間的邊界的形狀，且因此影響離子的角展。轉(zhuǎn)向圖9，說明與本揭示案一致的另一實(shí)施例的方塊圖，其中可調(diào)整絕緣體212與 214之間的水平間距(G)。水平間距調(diào)整可代替或加上圖8及圖9早先詳述的垂直間距調(diào)整。致動(dòng)器902可機(jī)械耦合至此對絕緣體212及214中的至少一者，以在由箭頭906所示的方向上，相對于彼此驅(qū)動(dòng)絕緣體。致動(dòng)器902可由控制器(諸如控制器356)控制。圖10為與圖9 一致的橫截面圖，用以說明在所有其他參數(shù)相等的情況下，在絕緣體212與214之間的不同水平間隙間距下的離子軌跡。在第一相對較短水平間隙位置1020中，絕緣體212、214定位為彼此相距第一水平距離(Ga)。在相比而言較長的水平間隙位置 1040中，絕緣體212、214定位為彼此相距第二水平距離(Gb)，其中(Gb) > (Ga)。在第一位置1020中，等離子體與等離子體鞘的間的邊界1041具有相對于平面151的凸形狀。邊界1041亦具有近似接近圓的圓周的一部分的形狀的形狀。相反，第二位置1040中的邊界 1043具有相對于平面151的凸形狀，其中邊界1043的中心部分大約平行于平面151。因此， 用相對于平面151具有約0°的入射角的離子撞擊工件138的較大對應(yīng)中心部分。圖11為具有用以相對于工件138驅(qū)動(dòng)絕緣修改器208的掃描系統(tǒng)1102的等離子體處理裝置1100的方塊圖。在圖11的實(shí)施例中，絕緣修改器208包含一對正方形絕緣薄片1112及1114，其為最佳(在圖12中可見)。掃描系統(tǒng)1102可包含致動(dòng)器1104，其機(jī)械耦合至絕緣薄片1112及1114，以驅(qū)動(dòng)所述絕緣薄片1112及1114。致動(dòng)器1104可由控制器(諸如控制器356)控制。圖12為正方形絕緣薄片1112及1114以及圓盤形工件138的平面圖，用以說明其間的相對移動(dòng)的一實(shí)例。在圖12的實(shí)施例中，掃描系統(tǒng)1102可自位置A至位置B及位置 C等驅(qū)動(dòng)正方形絕緣薄片1112及1114，使得工件138的所有部分暴露于由此對正方形絕緣薄片1112及1114界定的間隙。若笛卡爾座標(biāo)系統(tǒng)(Cartesian coordinate system)如圖 12中詳述般界定，則在圖12的X方向上驅(qū)動(dòng)絕緣薄片1112及1114。在其他實(shí)施例中，可在Y方向上或以X與Y方向之間的任何角度驅(qū)動(dòng)絕緣薄片1112及1114或另一組不同的絕緣薄片。另外，工件138可隨著掃描系統(tǒng)1102在一個(gè)方向上驅(qū)動(dòng)絕緣薄片1112及1114而旋轉(zhuǎn)。工件138亦可在掃描系統(tǒng)1102在一個(gè)方向上驅(qū)動(dòng)絕緣薄片之后旋轉(zhuǎn)一預(yù)定旋轉(zhuǎn)角度。在一實(shí)例中，所述旋轉(zhuǎn)可圍繞工件的中心軸，如由箭頭1124所說明。轉(zhuǎn)向圖13，說明與圖11 一致的掃描系統(tǒng)1102。與圖11相比，圖13的掃描系統(tǒng) 1102包含多個(gè)絕緣體1302-1、1302-2、1302-3、…、1302_(η_1)以及1302-η，在其之間界定多個(gè)間隙1303-1、1303-2、…、1303_η。掃描系統(tǒng)可相對于工件138驅(qū)動(dòng)所述多個(gè)絕緣體 1302-1、1302-2、1302-3、...、1302-(η_1)以及 1302-η，因此所述多個(gè)間隙 1303-1、 1303-2、…、1303-η 經(jīng)過工件 138。圖14繪示圖2的等離子體處理裝置的第二實(shí)施例。如上文所述，等離子體處理裝置200可包含處理腔室202、壓板134、源206以及絕緣修改器248。在圖14的實(shí)施例中，絕緣修改器248包含絕緣體252及254，在其之間界定具有水平間距(G)的間隙。在其他實(shí)施例中，絕緣修改器248可僅包含一個(gè)絕緣體。在一個(gè)實(shí)施例中，由絕緣體252及254界定的間隙的水平間距可在約1毫米(mm)與60mm之間，視鞘厚度及所要的角分布而定。絕緣體252及254亦可定位于由工件138的前表面界定的平面151上方的垂直間距(Z1、12)處。在一實(shí)施例中，較靠近的垂直間距(Zl)可在約Imm與IOmm之間。在一些實(shí)施例中，絕緣體之間的高度差異(亦即，Z2-Z1)可在約Omm與40mm之間，視鞘厚度及所要的角分布而定。雖然圖14在大于絕緣體254的垂直高度處繪示絕緣體252，但若需要，絕緣體254可具有大于絕緣體252的垂直高度。兩個(gè)絕緣體之間的垂直高度的差異形成相對于平面151的間隙角度。藉由形成平面257來量測間隙角度，平面257穿過絕緣體252的最靠近鞘且接近間隙的邊緣，以及絕緣體254的最靠近鞘且接近間隙的邊緣。平面257與平面151之間的角度界定間隙角度(Ψ)。 在一些實(shí)施例中，沿平面257，而非沿水平方向，量測間隙寬度(gap width) (δ)。間隙寬度
1(δ )根據(jù)以下等式與水平間距(horizontal spacing) (G)有關(guān)δ =G/cos(W)，其中Ψ為間隙角度。間隙寬度(δ )可在Omm與40mm之間。在一些實(shí)施例中，水平間距可為0，或甚至為負(fù)(其在絕緣體彼此重疊時(shí)達(dá)成)。與Omm或負(fù)水平間距結(jié)合的 Z2-Z1的較大差異可用于形成非常大的中心角，諸如大于80°。如下文將更詳細(xì)地描述，所揭示的裝置可用于形成離子的角分布。這些角分布 (諸如圖16及圖23中所示的角分布)可由兩個(gè)參數(shù)表征。第一參數(shù)為中心角，其為形成角分布的中心的角度。將中心角界定為自與平面151的正交的角偏差。換言之，垂直于平面 151撞擊的離子被稱為具有0°的中心角。隨著入射角變得更平行于平面151，其值增加。在圖16中，中心角對應(yīng)于約45°。在圖23中，存在兩個(gè)中心角，在-45°及+45° 處。所關(guān)注的第二參數(shù)為角展，或角范圍。此為離子圍繞中心角的分布。換言之，所有離子并非以同一角度撞擊工件。相反，離子以具有圍繞中心角的角分布的情形到達(dá)。在圖16中， 角度的分布大約自35°至55° ；進(jìn)而具有約20°的角展(或范圍)。類似地，圖23的角展 (或角分布)為約20°。間隙角度(Ψ)有助于界定中心角。為形成不垂直于工件平面151的中心角(亦即，非零中心角)，間隙角度(Ψ)可為非零。換言之，非零間隙角度(Ψ)暗示間隙平面257 不平行于工件平面151。藉由具有非零間隙角度(Ψ)，中心角改變，以便不垂直工件平面 151。較大的間隙角度(亦即，大于30° )通常形成較大的中心角偏差(亦即，大于30° )。 較小的間隙角度(亦即，當(dāng)間隙平面257與工件平面151幾乎平行時(shí))產(chǎn)生較小的中心角 (亦即，小于10° )。等離子體140與等離子體鞘242之間的邊界241可相對于平面151具有不規(guī)則形狀。當(dāng)偏壓源290加偏壓于工件138時(shí)，離子102以較大的中心角范圍越過等離子體鞘242 被吸引穿過絕緣體252與254之間的間隙。舉例而言，離子可相對于平面151以+ θ °的非零中心角撞擊工件138。若絕緣體的垂直間距反轉(zhuǎn)，則離子可相對于平面151以-θ °的非零中心角撞擊工件138。因此，入射角的范圍可以約θ°為中心，其中θ在-80°與80° 之間。視若干因數(shù)(包含但不限于絕緣體252與254之間的水平間距(G)、絕緣體在平面 151上方的垂直間距(Ζ1、Ζ2)、間隙寬度(δ)、間隙角度(Ψ)、垂直間距差異(Ζ2-Ζ1)、絕緣體252及254的介電常數(shù)、絕緣體252及254的介電厚度以及其他等離子體處理參數(shù))而定，可修改入射角(Θ)的范圍及中心。舉例而言，角分布可在+5度與-5度之間，而中心角可在-80°與+80°之間。在其他實(shí)施例中，角分布可更大(或更小)。類似地，可修改中心角以達(dá)成其他值。因此，工件138上的較小三維結(jié)構(gòu)可由離子102均勻地處理。圖15為橫截面圖，其說明越過等離子體鞘242而加速穿過絕緣體252與254之間的間隙的模擬離子軌跡。在等離子體摻雜裝置中，離子可因邊界241的形狀以及等離子體鞘242內(nèi)的電場線而在間隙間距的中心區(qū)域中植入工件138中。舉例而言，歸因于兩個(gè)絕緣體252、254之間的垂直間距差異，離子在空間(G7)中以非零角度撞擊工件。另外，在此實(shí)施例中，少數(shù)離子在空間G7外撞擊接近絕緣體的工件。圖16是與圖15所說明的離子軌跡一致的撞擊工件138的離子的入射角分布的曲線603。如圖所示，曲線603顯示入射角以約45度的非零中心角為中心，圍繞此中心角具有約20度的角分布。在其他實(shí)施例中，中心角可在-80度與+80度之間變化，且圍繞中心角的角分布可自約+20度至-20度變化。此入射角范圍達(dá)成三維結(jié)構(gòu)的保形摻雜。藉由改變間隙寬度(δ )、絕緣體之間的間距(Ζ2-Ζ1)以及絕緣體相對于工件的位置(Zl)，中心角及角分布可經(jīng)修改，以達(dá)成較寬的數(shù)值范圍，包含(但不限于)具有較小角分布(亦即，小于5° )的較大中心角(亦即，大于60° )、具有較大角分布(亦即，大于 10° )的較大中心角(亦即，大于60° )、具有較大角分布(亦即，大于10° )的較小中心角(亦即，小于40° )以及具有較小角分布(小于5° )的較小中心角(小于40° )。轉(zhuǎn)向圖17，說明與本揭示案一致的另一實(shí)施例的方塊圖，其中可調(diào)整絕緣修改器與由工件138的前表面界定的平面151之間的垂直間距(Ζ1、Ζ2)。絕緣修改器可為絕緣體 252及254，如在其他實(shí)施例中詳述。致動(dòng)器703a、703b可分別機(jī)械耦合至絕緣體252及 254，以在如由箭頭730、732所示的相對于平面151的垂直方向上驅(qū)動(dòng)絕緣體。絕緣體252 及254相對于平面151且亦相對于彼此的Z位置影響等離子體與等離子體鞘之間的邊界的形狀，且亦影響撞擊工件138的離子的軌跡。致動(dòng)器703a、703b可由控制器(諸如控制器 356a、356b)控制。在其他實(shí)施例中，使用單一控制器來控制兩個(gè)致動(dòng)器703a、703b。圖18及圖19為與圖17—致的橫截面圖，用以說明在所有其他參數(shù)相等的情況下，在絕緣體252及254相對于平面151的不同Z位置處的離子軌跡。在圖18中，絕緣體 252、254垂直間隔開距離(Z2a-Zl)。在圖19中，使用第二垂直間距(Z2b_Zl)來定位絕緣體252、254，其中Z2b>Z2a。因此，間隙角度(Ψ)在圖19中較大。在圖18中，等離子體與等離子體鞘之間的邊界863相對于平面151具有大致凸形狀。相反，在圖19中，邊界963 具有較淺形狀。邊界863、963的形狀結(jié)合Z間隙距離(Zl)及(Z2a、Z2b)、間隙角度(Ψ)以及等離子體鞘中的電場線影響離子撞擊工件138的中心角。舉例而言，以相對較短的垂直間距(較小間隙角度)撞擊工件138的離子的中心角比圖19中所示的以相對較大的垂直間距(較大間隙角度)撞擊工件138的離子的中心角更靠近零度(亦即，更靠近以垂直角度撞擊工件)。在另一實(shí)施例中，絕緣體之間的垂直間距(Z2-Z1)得以維持，而Zl改變。此情形具有使絕緣體更靠近(或遠(yuǎn)離)工件而移動(dòng)且同時(shí)維持間隙角度(Ψ)的作用。在此實(shí)施例中，中心角保持恒定，而角分布隨著Zl改變而改變。在一些實(shí)施例中，角分布隨著Zl減小而增加，而所述分布隨著Zl增加而減小。換言之，例如，Zl的一個(gè)值可導(dǎo)致圍繞中心角的5°至10°的角分布，而Zl的較小值可導(dǎo)致20°至30°的角分布。此效應(yīng)可歸因于等離子體與等離子體鞘之間的邊界的形狀的改變，其隨著絕緣體相對于工件移動(dòng)而改變。轉(zhuǎn)向圖20，說明與本揭示案一致的另一實(shí)施例的方塊圖，其中可調(diào)整絕緣體252 與254之間的水平間距(G)。水平間距調(diào)整可代替或加上先前詳述的圖18及圖19的垂直間距調(diào)整。致動(dòng)器912可機(jī)械耦合至絕緣體252及254中的至少一者，以在由箭頭916所示的方向上相對于彼此驅(qū)動(dòng)絕緣體。致動(dòng)器912可由控制器(諸如控制器356)控制。水平間距(G)的修改影響間隙寬度(δ)及間隙角度(Ψ)兩者。在一實(shí)施例中，絕緣體之間的水平間隙間距(G)是變化的。水平間隙間距的修改可用于影響中心角及角分布兩者。舉例而言，若水平間隙間距減小至0，或藉由使絕緣體重疊而為負(fù)，如圖21中所示，則中心角可變得非常大。較小的正水平間隙間距將導(dǎo)致較大的間隙角度(Ψ)，視Ζ2及Zl的值而定，從而導(dǎo)致較大的中心角。較大的正水平間隙間距將減小間隙角度(Ψ)，從而導(dǎo)致較小的中心角。
可使用圖22所示的組態(tài)來形成諸如圖23所示的雙峰式角展(bimodal angular spread) 1200。雙峰式角展涉及具有第一角分布的第一中心角以及具有第二角分布的第二中心角。亦可藉由改變僅兩個(gè)絕緣體的相對垂直位置(諸如圖15所說明)來形成此雙峰式角展。在圖22的實(shí)施例中，使用至少三個(gè)絕緣體1400、1402、1404。藉由將外部兩個(gè)絕緣體1400、1404配置于同一垂直平面(Z2)上，且維持所述絕緣體之間的相同水平間距G8、 G9，有可能形成對稱的雙峰式角展1200，以約+/-θ °為中心。如上文所述，可藉由改變外部絕緣體1400、1404與中間絕緣體1402之間的垂直間距來修改中心角，以便改變間隙角度 (Ψ)?？山逵筛淖兘^緣體1400、1402、1404之間的水平間距(G8、G9)來修改角展，以便改變間隙寬度(S)。可藉由使Z2a不同于Z2b、藉由選擇G8不同于G9或上述兩個(gè)動(dòng)作的組合， 來形成非對稱分布。雖然前述實(shí)施例將絕緣體繪示為平面的，但此并非本揭示案的要求。圖24a至圖 24c繪示絕緣體的若干其他實(shí)施例。圖24a繪示倒置“V”形絕緣體組態(tài)。如上文所述，等離子體鞘遵循絕緣體的形狀。因此，鞘形成對應(yīng)的倒置“V”形狀。絕緣體1500中的間隙允許離子經(jīng)過絕緣體。倒置“V”的斜率(如由Φ界定)界定離子分布的中心角。在此實(shí)施例中，間隙角度(Ψ)將為Φ的余角(complement)。間隙Ge、Gd分別界定角展α 1、α 2。如在將圖24a與圖24b進(jìn)行比較時(shí)可見，較大的間隙寬度(諸如Ge)比較窄的間隙寬度Gd允許更大的角展(亦即，α1> α 2)。圖24c說明另一實(shí)施例，其中絕緣體1502是非線性的、 彎曲的或曲線的，使得間隙寬度Ge與工件138成一角度。如上文所闡釋，間隙角度決定中心角，而間隙的寬度決定角展。其他實(shí)施例亦為可能的，且在本揭示案的范疇內(nèi)。舉例而言，在一些實(shí)施例中，使用兩個(gè)或兩個(gè)以上絕緣體，其中所述絕緣體間隔開，以便在其間形成間隙。絕緣體之間的間隙允許離子穿過而到達(dá)工件。在其他實(shí)施例中，使用單一絕緣體，其中具有至少一個(gè)開口或間隙，而離子可穿過所述開口或間隙。當(dāng)開發(fā)系統(tǒng)時(shí)，存在若干考慮因素。較高的間隙角度(Ψ)導(dǎo)致離子分布的較大中心角。開口沿平面257的長度界定間隙的寬度(δ)。間隙寬度(δ)影響離子分布的角展。 重要的是，注意此兩個(gè)變數(shù)彼此獨(dú)立。換言之，可在不改變間隙寬度(S)的情況下修改間隙角度(Ψ)。類似地，可在不影響間隙角度(Ψ)的情況下改變間隙寬度(S)。另一所關(guān)注變數(shù)為自間隙(或任一絕緣體)至工件138的距離。此外，此變數(shù)可獨(dú)立于其他兩個(gè)變數(shù)而改變。獨(dú)立的水平及垂直致動(dòng)器(見圖17及圖20)的使用允許判定這些參數(shù)時(shí)的最大靈活性。圖25為具有用以相對于工件138驅(qū)動(dòng)絕緣修改器248的掃描系統(tǒng)1602的等離子體處理裝置1600的方塊圖。在圖25的實(shí)施例中，絕緣修改器248包含正方形絕緣薄片1612 及1614，其為最佳(在圖26中可見)。掃描系統(tǒng)1602可包含一或多個(gè)致動(dòng)器1604，其機(jī)械耦接至絕緣薄片1612及1614，以在垂直及水平方向上驅(qū)動(dòng)所述絕緣薄片1612及1614。致動(dòng)器1604可由控制器(諸如控制器356)控制。圖26為正方形絕緣薄片1612及1614以及圓盤形工件138的平面圖，用以說明其間的相對移動(dòng)的一實(shí)例。在圖26的實(shí)施例中，掃描系統(tǒng)1602可自位置A至位置B及位置 C等驅(qū)動(dòng)正方形絕緣薄片1612及1614，使得工件138的所有部分暴露于由正方形絕緣薄片 1612及1614界定的間隙。若笛卡爾座標(biāo)系統(tǒng)如圖26中詳述般界定，則在圖26的X方向上驅(qū)動(dòng)絕緣薄片1612及1614。在其他實(shí)施例中，可在Y方向上或以X與Y方向之間的任何角度驅(qū)動(dòng)絕緣薄片1612及1614或另一組不同的絕緣薄片。另外，工件138可隨著掃描系統(tǒng) 1602在一個(gè)方向上驅(qū)動(dòng)絕緣薄片1612及1614而旋轉(zhuǎn)。工件138亦可在掃描系統(tǒng)1602在一個(gè)方向上驅(qū)動(dòng)絕緣薄片之后旋轉(zhuǎn)一預(yù)定旋轉(zhuǎn)角度。在一實(shí)例中，所述旋轉(zhuǎn)可圍繞工件的中心軸，如由箭頭1624所說明。盡管將圖25的掃描系統(tǒng)繪示為具有彼此相距一垂直間距的兩個(gè)絕緣板，但其他實(shí)施例是可能的。舉例而言，可使用三個(gè)絕緣板來形成掃描系統(tǒng)，進(jìn)而形成兩個(gè)間隙，如圖 22所示。另外，可在掃描系統(tǒng)中使用替代形狀(諸如圖24a至圖24c所示的形狀)。此外， 這些圖中所示的圖案可復(fù)制，使得工件的寬度或長度上存在多個(gè)間隙。在一些實(shí)施例中，所有間隙產(chǎn)生相同的角分布(如圖15至圖16所示)。在其他實(shí)施例中，所述間隙以+/_ θ ° 產(chǎn)生相反分布(如圖22至圖23所示)。在其他實(shí)施例中，所述間隙用于產(chǎn)生變化的角分布。在此實(shí)施例中，工件所經(jīng)歷的最終角分布將為各種角分布的總和。轉(zhuǎn)向圖27，說明與圖25 —致的掃描系統(tǒng)1602。與圖25相比，圖27的掃描系統(tǒng) 1602包含多個(gè)絕緣體1702-1、1702-2、1702-3、…、1702_(η_1)以及1702-η，在其之間界定多個(gè)間隙1703-1、1703-2、…、1703_η。掃描系統(tǒng)可相對于工件138驅(qū)動(dòng)所述多個(gè)絕緣體
1702-1、1702-2、1702-3、...、1702-(η-1)及1702-η，因此所述多個(gè)間隙 1703_1、1703_2、…、
1703-η經(jīng)過工件138。可藉由改變間隙間距或藉由改變垂直間距(Ζ2-Ζ1)來進(jìn)行間隙角度(Ψ)的修改。 對間隙角度的改變可影響中心角。可藉由改變絕緣體的高度(ZI)或藉由改變間隙間距來進(jìn)行角分布的修改。可使用對所有三個(gè)參數(shù)(Ζ2、Zl及間隙間距)的修改來形成具有所要角分布或角展的所要中心角。另外，冷卻絕緣體252及254可為有益或有利的。在一些實(shí)施例中，這些絕緣體可具有嵌入其中的通道，藉此流體(諸如液體或氣體)可經(jīng)過，以移除熱量。在其他實(shí)施例中， 絕緣體可為良好的熱導(dǎo)體，且可與散熱片(thermal sink)接觸。如上文所提及，鞘修改可用以執(zhí)行多種等離子體處理步驟。舉例而言，沉積或蝕刻制程可利用這些技術(shù)。舉例而言，關(guān)于沉積，在半導(dǎo)體處理中通常有必要在高縱橫比 (aspect ratio)間隙中沉積保形(亦即，相等厚度)膜。在此處理中，來自等離子體的材料沉積于工件的表面上，進(jìn)而在工件頂上形成膜。 此步驟可進(jìn)行若干次以形成不同的膜厚度。較難在三維特征上沉積，因?yàn)樗鎏卣鞯谋砻婵赡芟鄬τ诠ぜ捻斆鏋榇怪钡?。較大的縱橫比甚至更難以在上面進(jìn)行沉積。將縱橫比界定為特定特征(諸如間隔物(spacer)或溝槽)的深度(或高度)除以其寬度。在元件幾何形狀縮小時(shí)，對高縱橫比空間(其中高縱橫比被界定為大于3.0 1)的無空隙填充 (void-free filling)由于現(xiàn)存沉積制程中的限制而變得愈加困難。在溝槽及間隔物中形成襯料(liner)是這些困難制程的實(shí)例。將低介電常數(shù)膜整合至銅鑲嵌堆迭中的主要挑戰(zhàn)是在溝槽處，尤其在側(cè)壁處，密封多孔介電膜與導(dǎo)電銅擴(kuò)散障壁之間的界面。等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)是可用以形成這些襯料的一種可能制程。然而，直視(line-of-sight)制程的效能受三維特征的縱橫比限制。隨著縱橫比增加，密封制程的覆蓋率降低，且因此效能降低。
為溝槽加襯料僅為需要對傳統(tǒng)PECVD制程的修改的等離子體制程的一實(shí)例。沉積經(jīng)摻雜(摻雜有硼或磷)的硅膜以形成三維元件是另一實(shí)例。在內(nèi)連線層級處形成氣隙 (air gap)是又一實(shí)例。圖28b至圖28c繪示多種三維特征，其可使用本揭示案中所描述的PECVD制程來保形地沉積。圖28a繪示已知的平坦工件表面。此表面最佳用離子或中性粒子沉積，所述離子或中性粒全部垂直于或近似垂直于工件的表面。圖29a繪示最佳沉積的離子角分布。 此沉積是在不對等離子體鞘進(jìn)行任何修改的情況下進(jìn)行的。圖28b繪示與圖28c的溝槽相比較窄、較深的溝槽。此溝槽具有左側(cè)壁1720、右側(cè)壁1722以及底面1724。將均勻涂層或?qū)?726涂布于基板的表面，包含基板表面1728、側(cè)壁1720、1722以及底面1724。顯然，僅垂直于基板表面1728的入射束可僅用以涂覆基板表面1728及底面1724。入射角是相對于垂直于工件平面151的線而界定的。因此，0°的入射角垂直于工件平面151。軌跡1730具有0°的入射角，而軌跡1732與軌跡1734相比具有較大的入射角。軌跡1734被繪示為具有Θ/的入射角。為在側(cè)壁上適當(dāng)且均勻地沉積材料，有必要具有經(jīng)修改的離子角分布。具有0°的入射角(軌跡1730)的離子在基板表面1726及底面1728上沉積材料。具有大于特定值的角度的離子(諸如沿軌跡1732行進(jìn)的離子)可僅在側(cè)壁1720、1724的上部沉積材料，因?yàn)轫斆?728投射陰影，其阻止離子到達(dá)側(cè)壁的下部部分。具有小于此特定值的入射角1734 的離子能夠在側(cè)壁7120、1722的所有部分上沉積材料。因此，若特征的深度由變數(shù)d表示， 且特征的寬度由變數(shù)w表示，則能夠在側(cè)壁的底部部分上沉積材料的最大入射角Q1由下式界定tan θ j = w/d,或 θ i = arctan (w/d)大于θ 1的角度可能僅在側(cè)壁的一部分上沉積材料，進(jìn)而形成不均勻的材料層。圖30a繪示圖28b的特征。在工件上及特征內(nèi)標(biāo)記各個(gè)點(diǎn)(Q至Z)。舉例而言， Q、R、S在工件上位于特征的左側(cè)，而點(diǎn)X、Y、Z在工件上位于特征的右側(cè)。點(diǎn)T、W沿特征的側(cè)壁，且點(diǎn)U、V在特征的底面上。圖30b至圖30f繪示各種時(shí)序圖。假定相對于工件掃描上文所描述的間隙，使得間隙自特征的左側(cè)向右側(cè)移動(dòng)(如圖30a所示)。每一時(shí)序圖繪示隨時(shí)間改變而沉積的高度。舉例而言，圖30b繪示當(dāng)使用0°的入射角時(shí)的時(shí)序圖。在此實(shí)施例中，隨著間隙向右側(cè)移動(dòng)，材料沿工件的表面沉積。一旦開口直接位于特征上方(亦即，點(diǎn)S)，沉積的深度便改變，對應(yīng)于特征的底部。當(dāng)間隙直接位于點(diǎn)χ上方時(shí)，高度再次改變，因?yàn)槌练e目前發(fā)生于工件的表面上。應(yīng)注意，側(cè)壁無法使用0°的入射角來沉積。圖30c繪示針對小于θ J界定為arctan(w/d))的入射角的時(shí)序圖。在此圖中， 離子到達(dá)工件的在間隙左側(cè)的一部分。換言之，當(dāng)間隙直接位于點(diǎn)S上方時(shí)，離子以R與S 之間的點(diǎn)為目標(biāo)。因此，圖30c的第一部分為圖30b的經(jīng)延遲的型式。當(dāng)間隙到達(dá)離子接觸點(diǎn)S的點(diǎn)時(shí)，間隙的進(jìn)一步橫向移動(dòng)將致使離子撞擊左側(cè)壁，從而到達(dá)點(diǎn)T及點(diǎn)U。由于入射角小于G1，因此整個(gè)側(cè)壁被沉積。隨著間隙繼續(xù)向右側(cè)移動(dòng)，最終離子無法對特征進(jìn)行沉積，因?yàn)楣ぜ砻?亦即，點(diǎn)X)阻擋離子。此時(shí)，離子繼續(xù)在工件的頂面上沉積，其再次為圖30b的經(jīng)延遲的型式。由于離子向左側(cè)成角度，因此右側(cè)壁從未被沉積。
圖30d繪示針對大于θ工的入射角的時(shí)序圖。此圖接近地類似于圖30c，但具有若干重要差異。首先，所述圖相對于頂面(亦即，9、1 、33、￥、2)進(jìn)一步延遲。而且，由于增加的入射角，離子在被頂面(點(diǎn)X)阻擋之前無法到達(dá)特征的底部(點(diǎn)U)。因此，底面及右側(cè)壁未被沉積。圖30e繪示針對負(fù)的但大于_ θ工的入射角的時(shí)序圖。此圖對應(yīng)于圖30c，其中離子到達(dá)整個(gè)側(cè)壁且亦到達(dá)特征的底部的一部分。由于離子直接向下及向右，因此右側(cè)壁被沉積，但左側(cè)壁不被沉積。圖30f繪示針對比_ θ 1負(fù)更多的入射角的時(shí)序圖。此圖繪示離子從未到達(dá)特征的底面，且僅沉積在右側(cè)壁的一部分上。藉由選擇入射角的正確范圍，有可能形成三維特征的所要沉積。圖30b至圖30f 的圖為實(shí)例，且點(diǎn)Q至點(diǎn)Z的位置僅用于說明改變?nèi)肷浣堑淖饔?。圖28c繪示與圖28b相比較寬、較淺的溝槽。此溝槽具有左側(cè)壁1740、右側(cè)壁1742 以及底面1744。將均勻的涂層或?qū)?746涂布于基板的表面，包含基板表面1748、側(cè)壁1740、 1742以及底面1744。如下文所述，為在側(cè)壁上適當(dāng)且均勻地沉積材料，有必要具有經(jīng)修改的離子角分布。具有0°的入射角的離子(沿軌跡1750行進(jìn)的離子)在基板及底面上沉積材料。具有大于約70°的入射角的離子(諸如遵循軌跡1752的離子)可僅在側(cè)壁1740、 1742的上部部分上沉積材料，因?yàn)轫斆?728投射陰影，其阻止離子到達(dá)側(cè)壁的下部部分。 具有相對較小入射角的離子(例如，遵循軌跡1754的離子)能夠在側(cè)壁1740、1742的所有部分上以及底面1744上沉積材料。因此，若特征的深度由變數(shù)d表示，且特征的寬度由變數(shù)w表示，則能夠在側(cè)壁的底部部分上沉積材料的最大入射角θ 2由下式界定tan θ 2 = w/d,或 θ 2 = arctan (w/d)在此情況下，寬度(w)比深度(d)大得多，因此θ 2 > θ工(圖28b)。在一實(shí)施例中，Q1可為30°，而θ 2可為50°。因此，可使用較寬的離子角分布。在所有情況下，最大所要離子角分布與待沉積的三維特征的縱橫比有關(guān)。較窄、較深的特征需要較小范圍的角分布，如圖29b所示，而較寬、較淺的特征可利用較寬范圍的角分布，如圖29c所示。因此，所揭示的實(shí)施例可用以產(chǎn)生三維特征的保形沉積。操縱等離子體鞘以根據(jù)圖29b形成離子角分布，其中θ是基于待于其上進(jìn)行沉積的三維特征的縱橫比而界定。如關(guān)于圖4至圖5所描述，可操縱傳入離子的入射角以形成+/-θ的角分布，其以約0°為中心。在一些實(shí)施例中，θ是基于arctangent (w/d)，其中w為特征寬度，且d被界定為特征深度。此舉是藉由改變間隙的大小以及其與工件的垂直間距而完成，如圖7至圖10所示。在一些實(shí)施例中，可能期望在三維結(jié)構(gòu)中沉積材料，而在沉積的下留下氣隙。圖 31a繪示三維特征1900，其具有側(cè)壁1902、1904以及底面1905。材料1906以在所沉積的材料906與底面1905之間留下氣隙1908的方式沉積?？山逵蛇m當(dāng)?shù)匦薷碾x子角分布來形成此組態(tài)。舉例而言，基于上面的描述，顯然傳入的離子無法具有垂直于工件的入射角，因此將在所有水平表面上沉積材料，包含底面 905。此外，具有低入射角的離子能夠到達(dá)底面1905及側(cè)壁1902、1904的下部部分。因此， 為達(dá)成所要圖案，需要不同的角分布，如圖31b所示。所述角分布為雙峰的，以約-θ °及 θ°為中心。如前，較佳角分布與特征1900的縱橫比有關(guān)。在此情況下，假定特征的深度為d，且其寬度為W。進(jìn)一步假定所要?dú)庀?908的高度為h。入射角不得小于由下式界定的入射角tan ( θ 3) = w/ (d_h)，或 θ 3 = arctan (w/ (d_h))。圖31b繪示雙峰式角分布，其將達(dá)成圖31a所示的圖案。以圖22所示的組態(tài)安置的絕緣體可用以產(chǎn)生此雙峰式角分布。如上文所述，可操縱等離子體鞘以改變其形狀。雖然以上揭示內(nèi)容建議使用基于特定鞘形狀而時(shí)間不變的角分布，但不以此方式限制本揭示案。舉例而言，隨著材料在兩個(gè)側(cè)壁上沉積，特征的寬度以高于深度的速率減小。因此，特征的縱橫比增加。因此，為抵消此作用，可基于增加的縱橫比，隨時(shí)間過去而操縱鞘以減小角分布。因此，為保形地沉積三維特征，可如上文所述基于初始縱橫比來使用離子角分布。 隨著材料沉積于側(cè)壁及底面上，縱橫比必然增加。此情形要求角分布對應(yīng)地減小。重復(fù)此過程，直至所要量的材料已沉積于側(cè)壁及底面上為止。如上文所述，藉由改變絕緣體212、 214的間隔(見圖8)或絕緣體212、214與工件138之間的距離(見圖10)來調(diào)整角分布。 此調(diào)整可基于沉積速率連續(xù)地進(jìn)行，或可在需要時(shí)以不連續(xù)步驟進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，可在制程期間修改等離子體參數(shù)。在其他實(shí)施例中，可在制程期間修改植入能量。在另一實(shí)例中，考慮圖31a所示的特征。如上文所述，使用雙峰式離子角分布來形成在底面上方間隔開的材料層。雙峰式分布的中心角與特征的縱橫比及氣隙的所要高度有關(guān)。一旦所述層形成，便可修改角分布。舉例而言，可減小兩個(gè)雙峰中心角，以在先前沉積的材料上沉積更多材料。此制程可繼續(xù)，直至中心角達(dá)到0°為止。此舉允許特征如圖31a 所示般填充。在另一實(shí)施例中，在材料層已被沉積且氣隙908形成之后，可使用0°的傳統(tǒng)入射角來使更多材料成層至先前沉積的層上。此外，此使用變化的入射角的方法無需僅用于保形沉積。此制程可經(jīng)修改以便在需要時(shí)形成不均勻的離子流(ion flux)。另外，基于經(jīng)修改的鞘形狀的沉積的使用可與其他步驟組合。舉例而言，傳統(tǒng)(正交)沉積可在上文所述的保形沉積制程之前或之后。舉例而言，圖31b所示的離子角分布可用以在溝槽中形成氣隙1908。接著可隨后使用傳統(tǒng)的正交沉積來增加涂層的厚度。或者，可首先應(yīng)用傳統(tǒng)PECVD，接著是指向性(directional) 沉積。此沉積方法可應(yīng)用于多種膜及沉積前驅(qū)體(precursor)。舉例而言，諸如(但不限于)有機(jī)硅前驅(qū)體(甲基硅烷(methysilane)、六甲基二硅氧烷(hexamethyldisiloxane， HMDS0)、八甲基四硅氧烷(octamethyltetrasiloxane，0MCTS)以及四甲基四硅氧烷 (tetramethyltetrasiloxane, TMCTS))等材料可用于SiCOH的沉積，以用于孔密封應(yīng)用及氣隙的形成。SiH4可用于SiO2及SiN襯里(line)及間隔物的沉積。有機(jī)金屬前驅(qū)體可用于在通孔及襯里中沉積襯料及擴(kuò)散障壁。最終，SiH4/B2H6/PH3/AsH3混合物可用于三維沉積。除沉積以外，對等離子體鞘的操縱亦可用于蝕刻制程。在等離子體蝕刻期間，離子及中性粒子產(chǎn)生，且經(jīng)控制以影響正蝕刻的三維特征的側(cè)壁剖面。在一些實(shí)施例中，需要直的(亦即，垂直)側(cè)壁。此舉是使用非等向性蝕刻(anisotropic etch)來執(zhí)行，其中離子被正交地引導(dǎo)至工件的表面。使用此類型的蝕刻的實(shí)例包含閘極堆迭、BEOL鑲嵌以及 FinFET。圖32a繪示由正交引導(dǎo)的離子2010蝕刻的特征2002。基板2004的將不被蝕刻的部分由遮罩(mask) 2000保護(hù)。由于所有離子均與基板2004的表面正交，因此經(jīng)蝕刻的區(qū)2002具有垂直側(cè)壁。圖29a繪示形成此特征所必要的離子角分布。在其他實(shí)施例中，等向性蝕刻是合意的，且通常使用濕式化學(xué)(wet chemistry) (例如，在磊晶沉積(印i deposition)之前的S/D蝕刻，用于經(jīng)改良的重疊)來完成。在某些實(shí)施例中，合意的是具有溝槽或其他三維特征，其中側(cè)壁不垂直而是錐形的。圖32b繪示此特征，其中側(cè)壁稍微成錐形。注意，增加的離子分布允許在水平方向上在遮罩下方蝕刻側(cè)壁。在一實(shí)施例中，具有較寬角展(諸如大于40°，如圖29c所示)的離子沖擊于工件2024上。此舉在未由遮罩2020保護(hù)的所有區(qū)域中蝕刻工件2024。由于使用較寬角展， 因此具有最大入射角的離子2030能夠蝕刻定位于遮罩2020下方的材料2026?；宓妮^小的楔狀物2028保留在遮罩下方，因?yàn)槠溆烧谡?020保護(hù)。藉由增加離子角展(亦即，允許較大的最大入射角)，在遮罩下方的經(jīng)蝕刻的材料2026的量可增加，進(jìn)而增加錐形的程度。 隨著材料被蝕刻掉，角分布減小，使得最大入射角減小。圖29b繪示實(shí)例角展。角展的減小趨于將蝕刻集中于較窄區(qū)域。隨著過程繼續(xù)，角展可連續(xù)減小，直至其變?yōu)橹T如圖29a中的傳統(tǒng)角展為止。角展隨時(shí)間變化的速率決定側(cè)壁形狀。錐度2031部分基于初始角展及角展減小的速率。角展的緩慢減小產(chǎn)生具有輕微錐形2031的特征。角展的較快減小增加了特征的錐度。如所闡釋，圖32b所示的錐形作用可使用此方法來形成。諸如圖32c及圖32d所示的形狀的額外形狀亦可藉由使用以約0°為中心的角分布且隨時(shí)間而改變角展來形成。 為形成圖32b所示的形狀，制程藉由使用較寬角度而開始。此角度蝕刻側(cè)壁頂部附近的材料。隨著溝槽加深，角展減小，其致使所得側(cè)壁變?yōu)殄F形。圖32c使用與用以形成圖32b的特征的剖面類似的剖面，然而與用以形成圖32b所示的剖面時(shí)此離子束的持續(xù)時(shí)間相比， 具有0°的入射角的離子束(見圖29a)的持續(xù)時(shí)間減小。此外，開始角分布大于用以形成圖32b所示的形狀的角分布。使用諸如大于40°的較寬角展來產(chǎn)生圖32d的特征，如圖29c 所示，隨時(shí)間過去，角展極少或無減小。圖33a繪示三維特征2100，其中側(cè)壁2102的錐度大于90度。將90度界定為垂直于工件的表面。大于90度的錐度意謂特征的寬度隨深度增加而增加。為以此方式蝕刻特征2100，可使用如圖31b所示的離子角分布。入射離子的雙峰性質(zhì)形成兩個(gè)經(jīng)蝕刻的區(qū)域 2104、2106，其每一者大致平行于入射中心角中之一者。在圖33a中，入射角足夠大，使得特征2100的底面的一部分2110未完全被蝕刻。此剩余部分2110的大小隨入射角、遮罩2112 中的開口的寬度以及特征2100的深度而變。舉例而言，將經(jīng)蝕刻的區(qū)域的最內(nèi)邊緣界定為基板的第一部分，其具有至離子束的視線(line-of-sight)。將這些位置命名為Φ1及Φ2。Φ1自遮罩的右角偏移等于 dXtan(@)的距離，其中d為特征2100的深度，且θ為入射角。若遮罩2112中的開口由 w給定，則在dXtan( )大w/2的情況下，未經(jīng)蝕刻的部分2110將存在。為消除此未經(jīng)蝕刻的部分2110，可在雙峰式離子角分布完成的后，使用以0°為中心的第二角分布或傳統(tǒng)正交分布(見圖29a)。此特征可見于圖33b。亦可藉由執(zhí)行過蝕刻(over-etch)步驟來達(dá)成上述情形，其中在兩個(gè)層之間使用蝕刻障壁。在蝕刻制程中，材料之間存在不同的選擇性(selectivity)，使得某種材料將不用所使用的等離子體蝕刻。因此，蝕刻制程接著將在此層停止。
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可藉由組合圖31b所示的雙峰式離子分布與以約0°為中心的角分布(諸如圖 29a、圖29b及圖29c所示的彼等角分布)來形成其他特征形狀。圖33c及圖33d繪示兩個(gè)特征形狀，其可藉由隨時(shí)間修改角分布而形成，使得其可利用以0°為中心的角分布及雙峰式角分布兩者。舉例而言，可藉由以不具有角展的蝕刻開始(見圖29a)來形成圖33c中的形狀。此情形形成垂直溝槽，如此項(xiàng)技術(shù)中已知。稍后，使用較寬角展，其蝕刻材料，以便形成所要形狀?？墒褂玫认蛐晕g刻來形成圖33d所示的形狀。術(shù)語“入射角(angleof incidence) ” 與“入射角(incident angle)”在整個(gè)本揭示案中可互換使用，且具有相同意義。具體而言，入射角為離子撞擊工件的角度。將入射角量測為自垂直于由工件的前表面界定的平面151的線的偏轉(zhuǎn)。換言之，垂直撞擊工件的離子具有0°的入射角。因此，提供對工件上的特征執(zhí)行等離子體處理的方法。在某些實(shí)施例中，等離子體鞘的形狀被修改，且接著來自等離子體的材料沉積于特征上。在另一實(shí)施例中，對等離子體鞘的修改與特征的縱橫比相關(guān)而變化。在其他實(shí)施例中，當(dāng)材料沉積于特征上，對等離子體鞘的修改亦隨著時(shí)間變化。對等離子體鞘的修改亦可用以對工件執(zhí)行蝕刻?？蓤?zhí)行對等離子體鞘的各種修改，以改變經(jīng)蝕刻的特征的形狀及剖面。本揭示案的范疇不受本文所描述的具體實(shí)施例限制。事實(shí)上，除本文所述內(nèi)容以外，熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者自前面的描述及附圖將明白本揭示案的其他各種實(shí)施例及修改。因此， 此些其他實(shí)施例及修改既定屬于本揭示案的范疇內(nèi)。此外，盡管已在用于特定目的的特定環(huán)境中的特定實(shí)施方案的上下文中描述了本揭示案，但熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者將認(rèn)識到，本揭示案的有用性不限于此，且本揭示案可有益地為任意數(shù)目的目的而在任意數(shù)目的環(huán)境中實(shí)施。因此，應(yīng)鑒于如本文所述的本揭示案的完整寬度及精神來解釋下文所陳述的權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種保形沉積的方法，包括 將工件定位在處理腔室中；在所述處理腔室中產(chǎn)生等離子體，所述等離子體具有鄰近于所述工件的前表面的等離子體鞘；以及修改所述等離子體與所述等離子體鞘之間的邊界的形狀，同時(shí)使材料越過所述邊界自所述等離子體加速，以在所述工件的所述前表面的特征上形成經(jīng)沉積的層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保形沉積的方法，其中所述材料以一入射角范圍撞擊所述特征，且其中所述入射角范圍取決于所述等離子體與所述等離子體鞘之間的所述邊界的所述形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的保形沉積的方法，其中在所述特征上的所述層的沉積期間， 多次修改所述等離子體與所述等離子體鞘之間的所述邊界的所述形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的保形沉積的方法，其中藉由在所述等離子體與所述工件之間放置絕緣修改器，來修改所述等離子體與所述等離子體鞘之間的所述邊界的所述形狀，所述絕緣修改器中包括間隙。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的保形沉積的方法，其中藉由改變所述間隙的寬度來修改所述入射角范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的保形沉積的方法，其中藉由改變所述絕緣修改器與所述工件之間的垂直距離來修改所述入射角范圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的保形沉積的方法，其中所述絕緣修改器包括第一絕緣體及第二絕緣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的保形沉積的方法，其中藉由改變所述第一絕緣體與所述第二絕緣體之間的垂直距離來修改所述入射角范圍。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保形沉積的方法，其中所述入射角范圍包括中心角及圍繞所述中心角的分布，且其中所述中心角垂直于所述工件，且所述分布是基于所述特征的縱橫比，所述縱橫比被界定為所述特征的深度除以所述特征的寬度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保形沉積的方法，其中在經(jīng)沉積的所述層與所述特征的底面之間維持氣隙。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的保形沉積的方法，其中所述入射角范圍包括中心角及圍繞所述中心角的分布，其中所述中心角不垂直于所述工件。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的保形沉積的方法，其中所述角及分布為雙峰式分布，所述雙峰式分布具有兩個(gè)中心角與圍繞每一中心角的分布。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的保形沉積的方法，包括基于所述特征的第一縱橫比選擇第一中心角及分布，所述第一縱橫比被界定為所述特征的第一深度除以所述特征的第一寬度；使用所述第一中心角及分布朝所述特征引導(dǎo)所述材料，藉此所述材料沉積于所述特征上，進(jìn)而使所述第一縱橫比改變?yōu)榈诙v橫比；基于所述第二縱橫比選擇第二中心角及分布；以及使用所述第二中心角及分布朝所述特征引導(dǎo)所述材料，藉此所述材料沉積于所述特征上。
14.一種在工件中蝕刻三維特征的方法，所述三維特征具有所要的寬度、深度及錐度， 所述在工件中蝕刻三維特征的方法包括將工件定位在處理腔室中；在所述處理腔室中產(chǎn)生等離子體，所述等離子體具有鄰近于所述工件的前表面的等離子體鞘；以及修改所述等離子體與所述等離子體鞘之間的邊界的形狀，同時(shí)使材料越過所述邊界自所述等離子體加速，以在所述工件的所述前表面上蝕刻所述特征。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的在工件中蝕刻三維特征的方法，其中所述材料以一入射角范圍撞擊所述特征，且其中所述入射角范圍取決于所述等離子體與所述等離子體鞘之間的所述邊界的所述形狀。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的在工件中蝕刻三維特征的方法，其中所述入射角范圍包含中心角及圍繞所述中心角的分布。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的在工件中蝕刻三維特征的方法，其中所述特征向內(nèi)成錐形，使得在所述工件的所述前表面處的所要的所述寬度大于在所述特征的底部處的所要的所述寬度，且所述中心角垂直于所述工件，且所述分布大于零度。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的在工件中蝕刻三維特征的方法，其中所述特征向外成錐形，使得在所述工件的所述前表面處的所要的所述寬度小于在所述特征的所述底部處的所要的所述寬度，且所述入射角范圍包括兩個(gè)中心角，每一所述中心角具有一分布。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的在工件中蝕刻三維特征的方法，其中對所述邊界的修改包括基于所要的所述錐度選擇第一中心角及分布；以及使用所述第一中心角及分布朝所述特征引導(dǎo)所述材料，藉此所述材料蝕刻所述工件至第一深度。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的在工件中蝕刻三維特征的方法，更包括 基于所要的所述錐度及所述第一深度選擇第二中心角及分布；以及使用所述第二中心角及分布朝所述特征引導(dǎo)所述材料，藉此所述材料蝕刻所述工件至第二深度。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的在工件中蝕刻三維特征的方法，更包括多次重復(fù)選擇及引導(dǎo)步驟，直至已蝕刻所要深度為止。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的在工件中蝕刻三維特征的方法，其中所述分布隨時(shí)間過去而減小。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的在工件中蝕刻三維特征的方法，其中所述入射角隨時(shí)間過去而減小。
全文摘要
使用等離子體處理工具在工件上沉積材料。舉例而言，揭示一種用于材料的保形沉積的方法。在此實(shí)施例中，等離子體鞘形狀經(jīng)修改以允許材料以某一范圍的入射角沖擊所述工件。藉由隨時(shí)間過去而改變此入射角范圍，可在上面沉積多種不同特征。在另一實(shí)施例中，使用等離子體處理工具來蝕刻工件。在此實(shí)施例中，等離子體鞘形狀經(jīng)更改以允許離子以某一范圍的入射角沖擊工件。藉由隨時(shí)間過去而改變此入射角范圍，可形成多種不同形狀的特征。
文檔編號H01L21/205GK102422389SQ201080020274
公開日2012年4月18日 申請日期2010年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者喬治·D·帕帕守爾艾迪斯, 盧多維克·葛特, 提摩太·J·米勒, 維克拉姆·辛 申請人:瓦里安半導(dǎo)體設(shè)備公司