[發明專利]等離子體處理裝置及等離子體處理方法

有效

• 申請號: 201310719118.5
• 申請日: 2013-12-23
• 公開（公告）號: CN104733278A
• 公開（公告）日: 2015-06-24
• 發明（設計）人: 葉如彬;梁潔;浦遠
• 申請（專利權）人: 中微半導體設備（上海）有限公司
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;林彥之

技術領域

本發明涉及半導體加工設備，特別涉及一種等離子體處理裝置及等離子體處理方法。

背景技術

近年來，隨著半導體制造工藝的發展，對元件的集成度和性能要求越來越高，等離子工藝被廣泛應用于半導體器件的制造中。

通常，等離子體處理裝置的處理腔室內配置上電極和下電極，在下電極之上載置待處理基板。進行如等離子體刻蝕的等離子體工藝時，通過在上電極或下電極施加等離子體射頻功率源進行高頻放電，使工藝氣體生成等離子體，同時在下電極施加偏置射頻功率源以提供負的偏置電壓，使等離子體中的正離子向下電極加速。加速的正離子轟擊基板表面以所期望的圖形進行刻蝕。然而，正離子在轟擊和刻蝕的過程中也滯留在刻蝕圖形（如孔或溝槽）的底部。在這種狀態下，如果進一步持續用正離子進行刻蝕，被引入到基板的正離子與滯留在刻蝕圖形底部的正離子排斥而發生移動路線的扭曲，最終導致刻蝕圖形的扭曲變形。

為了改善上述問題，近年來提出了通過脈沖射頻輸出功率控制等離子體工藝的方法。具體來說，用于生成等離子體的等離子體射頻功率源和偏置用的偏置射頻功率源以同步脈沖的方式（即相位、脈沖周期及占空比均相同）輸出射頻信號。當射頻信號為高電平時，等離子體射頻功率源產生等離子體，偏置射頻功率源使得等離子體中的正離子向下電極加速，進行正離子刻蝕；當射頻信號為低電平時，等離子體中失去能量的失活電子附著于中性的分子和原子或原子團等而生成負離子，該負離子與滯留在刻蝕圖形底部的正離子電中和。

然而，由于失活電子向分子或原子或原子團的附著是通過電子撞擊分子或原子團進行的，所以負離子的生成速度慢，此外負離子是通過熱擴散和靜電力擴散才能被引入到待處理基板，引入基板的時間較長，因此仍無法在低電平期間進行有效的正離子的電中和。若增加低電平時間，則意味著等離子體射頻功率源關閉期間的增加，也可能會發生等離子體熄滅的情況。

因此，需要提供一種能克服上述缺陷的等離子體處理裝置。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種能夠提高正離子刻蝕效率，特別是提高高深寬比結構的刻蝕效率的等離子體處理裝置和等離子體處理方法。

為達成上述目的，本發明提供一種等離子體處理裝置，包括等離子體處理腔室，其包括下電極以及與所述下電極分隔并與之相對設置的上電極；第一射頻功率供應單元，與所述下電極電連接；第二射頻功率供應單元，與所述上電極及所述下電極電連接，所述第二射頻功率供應單元以脈沖的方式輸出射頻功率，其施加于所述上電極的射頻功率與施加于所述下電極的射頻功率為反相的脈沖信號；所述第一射頻功率供應單元和所述第二射頻功率供應單元其中一個為等離子體射頻功率源，另一個為偏置射頻功率源。

優選的，所述第二射頻功率供應單元包括第二射頻功率源及第三射頻功率源，所述第二射頻功率源與所述下電極相連以提供第二射頻功率，所述第三射頻功率源與所述上電極相連以提供第三射頻功率。

優選的，還包括脈沖信號控制單元，其與所述第二射頻功率源和所述第三射頻功率源相連，并分別提供脈沖信號以控制所述第二射頻功率與所述第三射頻功率為反相的脈沖信號。

優選的，所述第二射頻功率源包括第二射頻功率產生器和與所述第二射頻功率產生器相連的第二射頻信號發生器，所述第三射頻功率源包括與所述第二射頻信號發生器相連的第三射頻功率產生器，所述第二射頻信號發生器提供脈沖信號以使所述第二射頻功率與所述第三射頻功率為反相的脈沖信號。

優選的，所述第一射頻功率供應單元包括第一射頻功率源，其以脈沖的方式輸出第一射頻功率。

優選的，所述第一射頻功率和所述第二射頻功率為同步脈沖信號。

優選的，所述第二射頻功率與所述第三射頻功率為具有相位差的反相脈沖信號，所述第三射頻功率延時于所述第二射頻功率，延時時間為小于等于10us。

優選的，所述射頻功率的脈沖頻率為10-100000赫茲，信號占空比范圍為10%～90%。

優選的，所述第一射頻功率供應單元為偏置射頻功率源，所述第二射頻功率供應單元為等離子體射頻功率源。