等離子體處理裝置及等離子體處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工設(shè)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(shù)】
[0002]近年來，隨著半導(dǎo)體制造工藝的發(fā)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(yīng)用于半導(dǎo)體器件的制造中。
[0003]通常，等離子體處理裝置的處理腔室內(nèi)配置上電極和下電極，在下電極之上載置待處理基板。進(jìn)行如等離子體刻蝕的等離子體工藝時(shí)，通過在上電極或下電極施加等離子體射頻功率源進(jìn)行高頻放電，使工藝氣體生成等離子體，同時(shí)在下電極施加偏置射頻功率源以提供負(fù)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(jìn)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(tài)下，如果進(jìn)一步持續(xù)用正離子進(jìn)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(fā)生移動(dòng)路線的扭曲，最終導(dǎo)致刻蝕圖形的扭曲變形。
[0004]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(dāng)射頻信號為高電平時(shí)，等離子體射頻功率源產(chǎn)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(jìn)行正離子刻蝕；當(dāng)射頻信號為低電平時(shí)，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(tuán)等而生成負(fù)離子，該負(fù)離子與滯留在刻蝕圖形底部的正離子電中和。
[0005]然而，由于失活電子向分子或原子或原子團(tuán)的附著是通過電子撞擊分子或原子團(tuán)進(jìn)行的，所以負(fù)離子的生成速度慢，此外負(fù)離子是通過熱擴(kuò)散和靜電力擴(kuò)散才能被引入到待處理基板，引入基板的時(shí)間較長，因此仍無法在低電平期間進(jìn)行有效的正離子的電中和。若增加低電平時(shí)間，則意味著等離子體射頻功率源關(guān)閉期間的增加，也可能會發(fā)生等離子體熄滅的情況。
[0006]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(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)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(jié)構(gòu)的刻蝕效率的等離子體處理裝置和等離子體處理方法。
[0008]為達(dá)成上述目的，本發(fā)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(shè)置的上電極；第一射頻功率供應(yīng)單元，與所述下電極電連接；第二射頻功率供應(yīng)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(yīng)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(yīng)單元和所述第二射頻功率供應(yīng)單元其中一個(gè)為等離子體射頻功率源，另一個(gè)為偏置射頻功率源。
[0009]優(yōu)選的，所述第二射頻功率供應(yīng)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。
[0010]優(yōu)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。
[0011]優(yōu)選的，所述第二射頻功率源包括第二射頻功率產(chǎn)生器和與所述第二射頻功率產(chǎn)生器相連的第二射頻信號發(fā)生器，所述第三射頻功率源包括與所述第二射頻信號發(fā)生器相連的第三射頻功率產(chǎn)生器，所述第二射頻信號發(fā)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。
[0012]優(yōu)選的，所述第一射頻功率供應(yīng)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。
[0013]優(yōu)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。
[0014]優(yōu)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(shí)于所述第二射頻功率，延時(shí)時(shí)間為小于等于10us。
[0015]優(yōu)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%。
[0016]優(yōu)選的，所述第一射頻功率供應(yīng)單元為偏置射頻功率源，所述第二射頻功率供應(yīng)單元為等離子體射頻功率源。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還提供了一種等離子體處理方法，包括:提供待處理基板于一等離子體處理裝置內(nèi)，所述等離子體處理裝置包括處理腔室，所述處理腔室內(nèi)設(shè)有下電極以及與所述下電極分隔并與之相對的上電極；在所述處理腔室內(nèi)通入反應(yīng)氣體，所述反應(yīng)氣體由第一射頻功率供應(yīng)單元或第二射頻功率供應(yīng)單元電離為等離子體，其中所述第一射頻功率供應(yīng)單元和所述下電極電連接，所述第二射頻功率供應(yīng)單元和所述下電極及所述上電極電連接；通過所述等離子體對所述待處理基板進(jìn)行處理，其中，所述第二射頻功率供應(yīng)單元以脈沖的方式輸出射頻功率，且其施加于所述上電極的第二射頻功率與施加于所述下電極的第三射頻功率為反相的脈沖信號；所述第一射頻功率供應(yīng)單元和所述第二射頻功率供應(yīng)單元其中一個(gè)為等離子體射頻功率源，另一個(gè)為偏置射頻功率源。
[0018]優(yōu)選地，所述第一射頻功率供應(yīng)單元以脈沖的方式輸出第一射頻功率。
[0019]優(yōu)選地，所述第一射頻功率和所述第二射頻功率為同步脈沖信號。
[0020]優(yōu)選地，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(shí)于所述第二射頻功率，延時(shí)時(shí)間為小于等于10us。
[0021]優(yōu)選地，所述第一射頻功率供應(yīng)單元為偏置射頻功率源，所述第二射頻功率供應(yīng)單元為等離子體射頻功率源。
[0022]本發(fā)明的有益效果在于通過在上電極和下電極施加反相的射頻脈沖信號，使得負(fù)離子和二次電子能夠充分與刻蝕圖形底部積累的正離子中和，由此改善刻蝕圖形的形貌，提高等離子體工藝的效率。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例等離子體處理裝置的示意圖；
[0024]圖2a和圖2b為圖1所示的等離子體處理裝置在等離子體刻蝕工藝中等離子體分布示意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明另一實(shí)施例等離子體處理裝置的示意圖；
[0026]圖4為圖3所示的等離子體處理裝置進(jìn)行等離子體刻蝕工藝時(shí)射頻功率的時(shí)序圖；
[0027]圖5為本發(fā)明的另一實(shí)施例等離子體處理裝置進(jìn)行等離子體刻蝕工藝時(shí)射頻功率的時(shí)序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0029]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“相連”、“電連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0030]圖1顯示了本發(fā)明一種實(shí)施例提供的等離子處理裝置。應(yīng)該理解，等離子體處理裝置僅僅是示例性的，其可以包括更少或更多的組成元件，或該組成元件的安排可能與圖1所示不同。本實(shí)施例以及后續(xù)實(shí)施例中等離子體處理裝置可以是電感耦合等離子體處理裝置(ICP)也可以是電容耦合等離子體處理裝置(CCP)。
[0031]等離子體處理裝置包括處理腔室，其中引入有刻蝕氣體；處理腔室下部設(shè)置有用于夾持基板W的夾盤(例如靜電夾盤或機(jī)械夾盤)，該基板W可以是待要處理的半導(dǎo)體基板或者待要加工成平板顯示器的玻璃平板。夾盤中設(shè)置有下電極10。處理腔室頂部與下電極10相對的位置處，如反應(yīng)氣體噴淋頭，設(shè)置有上電極11。此外，處理腔室內(nèi)的其他結(jié)構(gòu)可與現(xiàn)有技術(shù)的等離子體處理裝置基本相同。
[0032]等離子體處理裝置還包括第一射頻功率供應(yīng)單元和第二射頻功率供應(yīng)單元。第一射頻功率供應(yīng)單元通過射頻匹配器與下電極10電連接，第二射頻功率供應(yīng)單元通過