CN103295870B - 等离子体刻蚀设备及刻蚀方法 - Google Patents
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Abstract
一种等离子体刻蚀设备及刻蚀方法，其中等离子体刻蚀设备包括：刻蚀腔室；第一射频电源，所述第一射频电源提供2MHz至120MHz的射频功率；第二射频电源，所述第二射频电源提供2MHz至40MHz的射频功率；电源脉冲控制器，所述电源脉冲控制器控制第一射频电源和/或第二射频电源的脉冲，使得所述第一射频电源的脉冲频率大于1000Hz和/或所述第二射频电源的脉冲频率小于1000Hz。本发明能够改善形成的刻蚀孔的侧壁形貌。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种等离子体刻蚀设备及刻蚀方法。
背景技术
随着半导体器件的集成度提高，半导体器件的线宽越来越小，关键尺寸的控制也越来越重要，对刻蚀工艺的要求也越来越高。
刻蚀工艺是一种有选择的去除形成在硅片表面的材料或者有选择的去除硅片材料的工艺。刻蚀工艺包括湿法刻蚀和干法刻蚀，干法刻蚀由于选择性高、可控性强成为当今最常用的刻蚀工艺之一。
干法刻蚀即为等离子体刻蚀，通常在等离子体处理装置中通入刻蚀气体，并电离所述刻蚀气体成等离子体，利用所述等离子体对待刻蚀的晶圆进行刻蚀。现有的等离子体刻蚀方法通常在待刻蚀层表面形成光刻胶图形，以所述光刻胶图形为掩膜对所述待刻蚀层进行刻蚀。
现有的等离子体处理装置包括电容耦合等离子体刻蚀设备(CapacitorCoupledPlasma，CCP)、感应耦合等离子体刻蚀设备(InductiveCoupledPlasma，ICP)，但是，采用现有的等离子体处理装置进行刻蚀工艺时，特别在深孔刻蚀时，比如刻蚀的开口或沟槽的深宽比（aspectratio）大于10时形成的刻蚀图案保真度(Profile)低，图案的侧壁扭曲度大。
发明内容
本发明解决的问题是现有的等离子体处理装置进行刻蚀工艺时，形成的刻蚀图案保真度(Profile)低，图案的侧壁扭曲度大。
为解决上述问题，本发明提供一种等离子体刻蚀设备，包括：刻蚀腔室；第一射频电源，所述第一射频电源提供2MHz至120MHz的射频功率；第二射频电源，所述第二射频电源提供2MHz至40MHz的射频功率；电源脉冲控制器，所述电源脉冲控制器控制第一射频电源和/或第二射频电源的脉冲，使得所述第一射频电源的脉冲频率大于1000Hz和/或所述第二射频电源的脉冲频率小于1000Hz。
可选的，所述第一射频电源的脉冲频率大于1000Hz小于2.5KHz或者所述第二射频电源的脉冲频率大于100Hz。
可选的，所述第一射频电源的脉冲频率至少为所述第二射频电源的脉冲频率的2倍。
可选的，所述电源脉冲控制器包括第一射频电源脉冲控制器和第二射频电源脉冲控制器。
可选的，所述第一射频电源脉冲控制器控制所述第一射频电源的脉冲占空比为5%-95%。
可选的，所述第二射频电源脉冲控制器控制所述第二射频电源的脉冲占空比为5%-95%。
可选的，所述第一射频电源的脉冲模式为双级模式或单级模式，所述第二射频电源脉冲模式为双级模式或单级模式。
可选的，所述第一射频电源为源射频电源，所述第一射频电源输出13-120MHz的射频功率；所述第二射频电源为偏压射频电源，所述第二射频电源输出2-13MHz的射频功率。
可选的，所述等离子体刻蚀设备为电容耦合等离子体刻蚀设备，还包括：位于刻蚀腔室内的第一电极和第二电极，其中所述第二电极与第一电极相对，所述第一射频电源电连接至第一或第二电极，所述第二射频电源电连接至第二电极。
可选的，所述等离子体刻蚀设备为感应耦合等离子体刻蚀设备，还包括：位于刻蚀腔室内的电极和线圈，其中，所述第一射频电源电连接至线圈，所述第二射频电源电连接至电极。
本发明还提供一种刻蚀方法，包括：提供待刻蚀晶圆；采用上述任一项等离子体刻蚀设备对所述待刻蚀晶圆进行刻蚀，在待刻蚀晶圆上形成预定图案。
可选的，所述预定图案为通孔、开口或沟槽。
可选的，所述预定图案的深宽比大于10。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明通过设置电源脉冲控制器，使得第一射频电源和/或第二射频电源的输出为脉冲形式，从而能够独立地控制所述第一射频电源的脉冲和第二射频电源的脉冲，从而能够独立地控制形成在刻蚀腔室内部的等离子体温度和等离子体鞘层(Plasmasheath)厚度也就是离子入射能量。本发明的实施例减少了等离子体刻蚀过程中，等离子体对晶圆的电子损伤，特别需要说明的是，在高深宽比(highaspectratio)图形刻蚀工艺中，特别是深宽比大于10时，本发明的实施例能够减少等离子体中正电荷对侧壁的影响(side-effect)，较佳地保护刻蚀图形的侧壁。
对比现有技术的持续高能量输出，脉冲频率大于1000Hz的第一射频电源维持的等离子体密度具有高重复频率和低电子温度，从而能够降低等离子体对待刻蚀晶圆的电子损伤，脉冲频率小于1000Hz的所述第二射频电源相对于所述第一射频电源具有较低的重复频率，能够中和刻蚀图形底部的等离子体中正离子(PositiveIon)，有效地减少侧壁正离子累积，从而防止刻蚀图形侧壁扭曲变形。
在一实施例中，当单独控制第一射频电源的脉冲频率时，第一射频电源的脉冲频率越低，等离子体有足够时间对沟槽侧壁产生的电子损伤，导致沟槽侧壁扭曲变形，而当所述第一射频电源的脉冲频率大于1000Hz时，能够有效减少等离子体对沟槽侧壁产生的电子损伤，减小沟槽侧壁扭曲变形。
在另一实施例中，当单独控制第二射频电源的脉冲频率时，第二射频电源的脉冲频率越高，导致沟槽侧壁扭曲变形度越大，而当所述第二射频电源的脉冲频率小于1000Hz时，能减小沟槽侧壁扭曲变形。
附图说明
图1是本发明一实施例的通过电源脉冲控制器控制第一射频电源和第二射频电源的第一射频电源电压脉冲和第二射频电源电压脉冲示意图；
图2是本发明第一射频电源在不同的双电平脉冲频率时刻蚀晶圆的扫描电镜对比图；
图3是本发明另一实施例中第一射频电源在不同的脉冲频率时刻蚀晶圆的扫描电镜对比图；
图4是本发明另一实施例中第二射频电源在不同的脉冲频率时刻蚀晶圆的扫描电镜对比图。
具体实施方式
等离子体刻蚀通常在等离子体处理装置中通入刻蚀气体，并电离所述刻蚀气体成等离子体，利用所述等离子体对待刻蚀的晶圆进行刻蚀。
现有的等离子体刻蚀方法通常在待刻蚀层表面形成掩膜图形(包括光刻胶图形、硬掩膜图形、以及硬掩膜图形与光刻胶堆栈图形)，以掩膜图形为掩膜对所述待刻蚀层进行刻蚀。在刻蚀通孔工艺中，发明人在采用现有的等离子体刻蚀设备和工艺刻蚀介质层的过程中发现，随着形成的通孔（或开口、或沟槽）的深宽比的增加，形成的通孔（或开口、或沟槽）的侧壁扭曲度大。
发明人进行创造性研究，发现采用现有的等离子体处理装置进行刻蚀工艺时刻蚀图案保真度(Profile)低、图案的侧壁扭曲度大的原因在于：侧壁在刻蚀过程中积累了不均匀的电荷，不均匀的电荷积累会造成入射的等离子体不是垂直入射，而是在侧壁不均匀电场的作用下发生偏移。最终造成刻蚀孔洞形状的扭曲。
基于上述分析，本发明的发明人提供一种等离子体刻蚀设备，包括：刻蚀腔室；第一射频电源，所述第一射频电源提供2MHz至120MHz的射频功率；第二射频电源，所述第二射频电源提供2MHz至40MHz的射频功率；电源脉冲控制器，所述电源脉冲控制器控制第一射频电源和/或第二射频电源的脉冲，使得所述第一射频电源的脉冲频率大于1000Hz和/或所述第二射频电源的脉冲频率小于1000Hz。
具体地，本发明的发明人发现刻蚀孔侧壁不均匀分布的电荷会造成入射离子飞行轨迹偏移，最后造成刻蚀孔扭曲。因此相应地采用所述电源脉冲控制器控制第一射频电源和/或第二射频电源的脉冲，使得在脉冲的关闭或者低功率阶段时，等离子体会熄灭或者减少浓度，此时在脉冲的高功率阶段积累的电荷会逐渐中和。
其中所述脉冲控制器可以是射频电源内置式，也可以是外置式，需要说明的是，当所述脉冲控制器为外置式时，所述第一射频电源和/或第二射频电源适于接收外部的脉冲信号。
进一步地，本发明的发明人发现，如果脉冲频率太高会导致电荷尚未中和就进入下一步高功率刻蚀阶段，这样依然会继续造成侧壁损害，而脉冲频率太低则在高功率刻蚀阶段已经造成较大损害，所以脉冲频率必须是在合适的数值效果最好，较佳地，所述第一射频电源的脉冲频率的范围为1KHz-2.5KHz，所述第二射频电源的脉冲频率的范围为100Hz-1KHz，且所述第一射频电源提供60MHz，所述第二射频电源提供2MHz时，脉冲的高功率阶段积累的电荷中和效果佳。
本发明通过设置电源脉冲控制器，使得第一射频电源和/或第二射频电源的输出为脉冲形式，从而能够独立地控制所述第一射频电源的脉冲和第二射频电源脉冲，从而能够独立地控制形成在刻蚀腔室内部地等离子体温度和等离子体鞘层(Plasmasheath)。本发明的实施例减少了等离子体刻蚀过程中，等离子体对晶圆的电子损伤，特别需要说明的是，在高深宽比(highaspectratio)图形刻蚀工艺中，本发明的实施例能够减少等离子体中正电荷对侧壁的影响(side-effect)，较佳地保护刻蚀图形的侧壁。
对比现有技术的持续高能量输出，脉冲频率大于1000Hz的第一射频电源维持的等离子体密度具有高重复频率和低电子温度，从而能够降低等离子体对待刻蚀晶圆的电子损伤，脉冲频率小于1000Hz的所述第二射频电源相对于所述第一射频电源具有较低的重复频率，能够中和刻蚀图形底部的等离子体中正离子(PositiveIon)，有效地减少侧壁正离子累积，从而防止刻蚀图形侧壁扭曲变形。
下面结合具体实施例对本发明的等离子体刻蚀设备做详细描述。
实施例一
本发明的发明人提供一种等离子体刻蚀设备，包括：刻蚀腔室；第一射频电源，所述第一射频电源提供2MHz至120MHz的射频电源；第二射频电源，所述第二射频电源提供2MHz至40MHz的射频电源；连接第一射频电源和第二射频电源的电源脉冲控制器，所述电源脉冲控制器控制第一射频电源和第二射频电源的脉冲，使得所述第一射频电源的脉冲频率大于1000Hz和所述第二射频电源的脉冲频率小于1000Hz。
具体地，所述等离子体刻蚀设备可以为电容耦合等离子体刻蚀设备或感应耦合等离子体刻蚀设备。
所述第一射频电源为源射频电源(SourceRFPower)，所述第一射频电源输出2MHz至120MHz射频功率的射频电源或输出13-200MHz的射频功率的射频电源或输出为13MHz至120MHz射频功率的射频电源。
所述第二射频电源为偏压射频电源(BiasRFPower)，所述第二射频电源输出2MHz至40MHz射频功率的射频电源或输出2-13MHz的射频功率的射频电源。
在本实施例中，所述第一射频电源和第二射频电源输出为脉冲形式，具体地，通过设置电源脉冲控制器，控制所述第一射频电源和第二射频电源，使得所述第一射频电源和第二射频电源输出为脉冲形式。
在一实施例中，所述电源脉冲控制器同时控制第一射频电源和第二射频电源，使得第一射频电源和第二射频电源输出为脉冲形式。
较佳地，所述电源脉冲控制器控制第一射频电源和第二射频电源的脉冲，使得所述第一射频电源的脉冲频率大于1000Hz和所述第二射频电源的脉冲频率小于1000Hz。
在另一实施例中，所述电源脉冲控制器包括第一射频电源脉冲控制器和第二射频电源脉冲控制器，其中，所述第一射频电源脉冲控制器控制所述第一射频电源的脉冲参数，例如频率、占空比、电压大小，所述第二射频电源脉冲控制器控制所述第二射频电源的脉冲参数，例如频率、占空比、电压大小，使得所述第一射频电源和第二射频电源的脉冲输出相互独立，从而使得刻蚀腔室中的等离子体温度和等离子体鞘层调节度更加灵活。
较佳地，所述第一射频电源脉冲控制器控制所述第一射频电源的脉冲，使得所述第一射频电源的脉冲频率大于1000Hz，所述第二射频电源脉冲控制器控制所述第二射频电源的脉冲，使得所述第二射频电源的脉冲频率小于1000Hz。
还需要说明的是，本发明的发明人经过研究后发现，当所述第一射频电源的脉冲频率至少为所述第二射频电源的脉冲频率的2倍时，刻蚀图形侧壁形貌的控制效果显著。
进一步地，当所述第一射频电源的脉冲频率大于1000Hz、所述第二射频电源的脉冲频率小于1000Hz且所述第一射频电源的脉冲频率至少为所述第二射频电源的脉冲频率的2倍时，第一射频电源维持的等离子体密度具有高重复频率和低电子温度，从而能够降低等离子体对待刻蚀晶圆的电子损伤，所述第二射频电源相对于所述第一射频电源具有更低低的重复频率，能够中和刻蚀图形底部的等离子体中正离子，有效地减少侧壁正离子累积，从而防止刻蚀图形侧壁扭曲变形。
在一实施例中，本发明的发明人发现，如果脉冲频率太高会导致电荷尚未中和就进入下一步高功率刻蚀阶段，这样依然会继续造成侧壁损害，而脉冲频率太低则在高功率刻蚀阶段已经造成较大损害，所以脉冲频率必须是在合适的数值效果最好，较佳地，所述第一射频电源的脉冲频率的范围为1KHz-2.5KHz，所述第二射频电源的脉冲频率的范围为100Hz-1KHz，且所述第一射频电源提供60MHz，所述第二射频电源提供2MHz时，脉冲的高功率阶段积累的电荷中和效果佳。
请参考图1，图1是本发明一实施例的通过电源脉冲控制器控制第一射频电源和第二射频电源的第一射频电源电压脉冲和第二射频电源电压脉冲示意图，其中，图1中的a为第一射频电源电压脉冲示意图，图1中的b为第二射频电源电压脉冲示意图；图中所示脉冲为双电平型的（在高电平和低电平之间切换），本发明也可以是ON-OFF型的（在高电平和零之间切换）通过控制第一射频电源电压脉冲和第二射频电源电压脉冲，使得刻蚀腔室中的等离子体温度和等离子体鞘层调节度更加灵活。
还需要说明的是，本发明的发明人发现，所述第一射频电源脉冲控制器控制所述第一射频电源的脉冲占空比为5%-95%，所述第二射频电源脉冲控制器控制所述第二射频电源的脉冲占空比为5%-95%时，能够较佳地降低等离子体对待刻蚀晶圆的电子损伤。
下面以所述等离子体刻蚀设备为电容耦合等离子体刻蚀设备为例，对等离子体刻蚀设备做详细说明。
本实施例提供的电容耦合等离子体刻蚀设备，包括：刻蚀腔室；位于刻蚀腔室内的第一电极和第二电极，其中所述第二电极与第一电极相对；连接至第一电极的第一射频电源，所述第一射频电源提供2MHz至120MHz的射频电源；连接至第二电极的第二射频电源，所述第一射频电源提供2MHz至40MHz的射频电源；连接第一射频电源和第二射频电源的电源脉冲控制器，所述电源脉冲控制器控制第一射频电源和第二射频电源的脉冲，使得所述第一射频电源的脉冲频率大于1000Hz和所述第二射频电源的脉冲频率小于1000Hz；与刻蚀腔室连通的气体源，所述气体源用于向刻蚀腔室提供刻蚀气体；与刻蚀腔体连通的排气泵，所述排气泵用于排除刻蚀腔体内的气体。
当所述电容耦合等离子体刻蚀设备进行刻蚀时，将待刻蚀晶圆放置于刻蚀腔室内的紧固件上，所述紧固件为静电卡盘或机械紧固装置。在一实施例中，所述紧固件为第一电极或所述紧固件包括第一电极。
所述气体源向刻蚀腔室提供刻蚀气体，对所述待刻蚀晶圆进行刻蚀，其中刻蚀过程中，所述第一射频电源提供2MHz至120MHz的射频电源；连接至第二电极的第二射频电源，所述第一射频电源提供2MHz至40MHz的射频电源，且所述电源脉冲控制器控制第一射频电源和第二射频电源的脉冲，使得所述第一射频电源的脉冲频率大于1000Hz和所述第二射频电源的脉冲频率小于1000Hz，直至在待刻蚀晶圆上形成预定图案。
所述预定图案为通孔、开口或沟槽，所述预定图案的深宽比大于10。
本发明的发明人经过实验发现，采用本实施例提供的刻蚀方法，待刻蚀的晶圆电子损伤小，形成的预定图案侧壁扭曲变形小。
下面以所述等离子体刻蚀设备为感应耦合等离子体刻蚀设备为例，对等离子体刻蚀设备做详细说明。
本实施例提供的感应耦合等离子体刻蚀设备，包括：
刻蚀腔室；第一射频电源，所述第一射频电源提供2MHz至120MHz的射频电源；第二射频电源，所述第二射频电源提供2MHz至40MHz的射频电源；位于刻蚀腔室内的电极和线圈，其中，所述第一射频电源电连接至线圈，所述第二射频电源电连接至电极；连接第一射频电源和/或第二射频电源的电源脉冲控制器，所述电源脉冲控制器控制第一射频电源和/或第二射频电源的脉冲，使得所述第一射频电源的脉冲频率大于1000Hz和/或所述第二射频电源的脉冲频率小于1000Hz；与刻蚀腔室连通的气体源，所述气体源用于向刻蚀腔室提供刻蚀气体；与刻蚀腔体连通的排气泵，所述排气泵用于排除刻蚀腔体内的气体。
当所述感应耦合等离子体刻蚀设备进行刻蚀时，将待刻蚀晶圆放置于刻蚀腔室内的紧固件上，所述紧固件为静电卡盘或机械紧固装置。在一实施例中，所述紧固件为电极或所述紧固件包括电极。
所述气体源向刻蚀腔室提供刻蚀气体，对所述待刻蚀晶圆进行刻蚀，其中刻蚀过程中，所述第一射频电源提供2MHz至120MHz的射频电源；连接至第二电极的第二射频电源，所述第一射频电源提供2MHz至40MHz的射频电源，且所述电源脉冲控制器控制第一射频电源和第二射频电源的脉冲，使得所述第一射频电源的脉冲频率大于1000Hz和所述第二射频电源的脉冲频率小于1000Hz，直至在待刻蚀晶圆上形成预定图案。
具体地，所述第一射频电源为源射频电源(SourceRFPower)，所述第一射频电源输出2MHz至120MHz射频功率的射频电源或输出13-200MHz的射频功率的射频电源或输出为13MHz至120MHz射频功率的射频电源。
所述第二射频电源为偏压射频电源(BiasRFPower)，所述第二射频电源输出2MHz至40MHz射频功率的射频电源或输出2-13MHz的射频功率的射频电源。
所述预定图案为通孔、开口或沟槽，所述预定图案的深宽比大于10。
本发明的发明人经过实验发现，采用本实施例提供的刻蚀方法，待刻蚀的晶圆电子损伤小，形成的预定图案侧壁扭曲变形小。
实施例二
本发明的发明人提供一种等离子体刻蚀设备，包括：刻蚀腔室；第一射频电源，所述第一射频电源提供2MHz至120MHz的射频电源；第二射频电源，所述第二射频电源提供2MHz至40MHz的射频电源；连接第一射频电源和第二射频电源的电源脉冲控制器，所述电源脉冲控制器控制第一射频电源脉冲，使得所述第一射频电源的脉冲频率大于1000Hz。
具体地，所述等离子体刻蚀设备可以为电容耦合等离子体刻蚀设备或感应耦合等离子体刻蚀设备。所述第一射频电源为源射频电源(SourceRFPower)，所述第一射频电源输出2MHz至120MHz射频功率的射频电源或输出13-200MHz的射频功率的射频电源或输出为13MHz至120MHz射频功率的射频电源。所述第二射频电源为偏压射频电源(BiasRFPower)，所述第二射频电源输出2MHz至40MHz射频功率的射频电源或输出2-13MHz的射频功率的射频电源。
在本实施例中，所述第一射频电源输出为脉冲形式，具体地，通过设置电源脉冲控制器，控制所述第一射频电源，使得所述第一射频电源输出为脉冲形式。
较佳地，所述电源脉冲控制器控制所述第一射频电源的脉冲，使得所述第一射频电源的脉冲频率大于1000Hz。
在另一实施例中，所述电源脉冲控制器控制所述第一射频电源的脉冲占空比为5%-95%。在另一实施例中，所述第一射频电源的脉冲模式为双级(dual-level)模式或单级(single-level)模式。
具体地，所述等离子体处理装置可以为电容耦合等离子体刻蚀设备或感应耦合等离子体刻蚀设备，所述等离子体处理装置具体描述请参考实施例一中的相应描述，在这里不再赘述。
采用上述等离子体处理装置刻蚀晶圆的方法包括：提供待刻蚀晶圆；采用等离子体刻蚀设备对所述待刻蚀晶圆进行刻蚀，在待刻蚀晶圆上形成预定图案，其中，所述第一射频电源为源射频电源(SourceRFPower)，所述第一射频电源输出2MHz至120MHz射频功率的射频电源或输出13-200MHz的射频功率的射频电源或输出为13MHz至120MHz射频功率的射频电源；所述第二射频电源为偏压射频电源(BiasRFPower)，所述第二射频电源输出2MHz至40MHz射频功率的射频电源或输出2-13MHz的射频功率的射频电源；连接第一射频电源的电源脉冲控制器，所述电源脉冲控制器控制第一射频电源脉冲，使得所述第一射频电源的脉冲频率大于1000Hz。
请参考图2，图2为本发明一实施例刻蚀晶圆的扫描电镜对比图，刻蚀条件为：第一射频电源提供60MHz的射频电源，输出功率为在350瓦和50瓦之间进行脉冲切换，第二射频电源提供2MHz的射频电源，输出功率为6500瓦，刻蚀腔体压力为20-50毫托，刻蚀气体包括：C4F6、C4F8、Ar、O2和CH2F2，其中C4F6的流量为35至50SCCM，C4F8的流量为35至50SCCM，Ar的流量为150至250SCCM，O2的流量为65至85SCCM，CH2F2的流量为65至85SCCM，刻蚀时间为400秒。
在本实施例中，保持上述刻蚀条件不变，采用所述电源脉冲控制器控制第一射频电源脉冲，使得所述第一射频电源的脉冲频率为1.8KHz和200Hz，对晶圆进行刻蚀沟槽，其中，图2中的a是第一射频电源的脉冲频率为1.8KHz、频率占空比为82%，即所述第一射频电源的脉冲开启时间为0.45毫秒，所述第一射频电源的脉冲关闭时间为0.1毫秒，进行刻蚀沟槽后的扫描电镜图；图2中的b是第一射频电源的脉冲频率为200Hz、频率占空比为80%，即所述第一射频电源的脉冲开启时间为4毫秒，所述第一射频电源的脉冲关闭时间为1毫秒，进行刻蚀沟槽后的扫描电镜图，从图2中明显可以看出，图2的a的沟槽侧壁明显比图2的b沟槽的侧壁扭曲变形小。
发明人通过上述创造性实验，发现当第一射频电源的脉冲频率越低时，等离子体有足够时间对沟槽侧壁产生的电子损伤，导致沟槽侧壁扭曲变形，而当所述第一射频电源的脉冲频率大于1000Hz时，能够有效减少等离子体对沟槽侧壁产生的电子损伤，减小沟槽侧壁扭曲变形。
请参考图3，图3为本发明另一实施例刻蚀晶圆的扫描电镜对比图，刻蚀条件为：第一射频电源提供60MHz的射频电源，输出功率在350瓦和0瓦之间进行脉冲切换，第二射频电源提供2MHz的射频电源，输出功率为6500瓦，刻蚀腔体压力为20-50毫托，刻蚀气体包括：C4F6、C4F8、Ar、O2和CH2F2，其中C4F6的流量为35至50SCCM，C4F8的流量为35至50SCCM，Ar的流量为150至250SCCM，O2的流量为65至85SCCM，CH2F2的流量为65至85SCCM，刻蚀时间为345秒。
在本实施例中，保持上述刻蚀条件不变，采用所述电源脉冲控制器控制第一射频电源脉冲，使得所述第一射频电源的脉冲频率分别为1.8KHz、1000Hz、500Hz、200Hz对晶圆进行刻蚀沟槽，其中图3中的a是第一射频电源的脉冲频率为1.8KHz、频率占空比为82%，即所述第一射频电源的脉冲开启时间为0.45毫秒，第一射频电源的脉冲关闭时间为0.1毫秒，进行刻蚀沟槽后的扫描电镜图；其中图3中的b是第一射频电源的脉冲频率为1000KHz、频率占空比为80%，即所述第一射频电源的脉冲开启时间为0.8毫秒，第一射频电源的脉冲关闭时间为0.2毫秒，进行刻蚀沟槽后的扫描电镜图；其中图3中的c是第一射频电源的脉冲频率为500KHz、频率占空比为80%，即所述第一射频电源的脉冲开启时间为1.6毫秒，第一射频电源的脉冲关闭时间为0.4毫秒，进行刻蚀沟槽后的扫描电镜图；其中图3中的d是第一射频电源的脉冲频率为200KHz、频率占空比为80%，即所述第一射频电源的脉冲开启时间为4毫秒，第一射频电源的脉冲关闭时间为1毫秒，进行刻蚀沟槽后的扫描电镜图，从扫描电镜图可以看出，采用本实施例形成的沟槽剖面受损小。
上述实验进一步验证：当第一射频电源的脉冲频率越低时，等离子体有足够时间对沟槽侧壁产生的电子损伤，导致沟槽侧壁扭曲变形，而当所述第一射频电源的脉冲频率大于1000Hz时，能够有效减少等离子体对沟槽侧壁产生的电子损伤，减小沟槽侧壁扭曲变形。
实施例三
本发明的发明人提供一种等离子体刻蚀设备，包括：刻蚀腔室；第一射频电源，所述第一射频电源提供2MHz至120MHz的射频电源；第二射频电源，所述第二射频电源提供2MHz至40MHz的射频电源；连接第二射频电源的电源脉冲控制器，所述电源脉冲控制器控制第二射频电源的脉冲，使得所述第二射频电源的脉冲频率小于1000Hz。
具体地，所述等离子体刻蚀设备可以为电容耦合等离子体刻蚀设备或感应耦合等离子体刻蚀设备。所述第一射频电源为源射频电源(SourceRFPower)，所述第一射频电源输出2MHz至120MHz射频功率的射频电源或输出13-200MHz的射频功率的射频电源或输出为13MHz至120MHz射频功率的射频电源。所述第二射频电源为偏压射频电源(BiasRFPower)，所述第二射频电源输出2MHz至40MHz射频功率的射频电源或输出2-13MHz的射频功率的射频电源。
在本实施例中，所述第二射频电源输出为脉冲形式，具体地，通过设置电源脉冲控制器，控制所述第二射频电源，使得所述第二射频电源输出为脉冲形式。
较佳地，所述电源脉冲控制器控制所述第二射频电源的脉冲，使得所述第二射频电源的脉冲频率小于1000Hz。
具体地，所述等离子体处理装置可以为电容耦合等离子体刻蚀设备或感应耦合等离子体刻蚀设备，所述等离子体处理装置具体描述请参考实施例一中的相应描述，在这里不再赘述。
采用上述等离子体处理装置刻蚀晶圆的方法包括：提供待刻蚀晶圆；采用等离子体刻蚀设备对所述待刻蚀晶圆进行刻蚀，在待刻蚀晶圆上形成预定图案，其中，所述第一射频电源提供2MHz至120MHz的射频电源；第二射频电源，所述第二射频电源提供2MHz至40MHz的射频电源；连接第二射频电源的电源脉冲控制器，所述电源脉冲控制器控制第二射频电源脉冲，使得所述第二射频电源的脉冲频率小于1000Hz。
请参考图4，图4为本发明一实施例刻蚀晶圆的扫描电镜对比图，刻蚀条件为：第一射频电源提供60MHz的射频电源，输出功率为350瓦，第二射频电源提供2MHz的射频电源，输出功率为在6500瓦和0瓦之间进行脉冲切换，刻蚀腔体压力为20-50毫托，刻蚀气体包括：C4F6、C4F8、Ar、O2和CH2F2，其中C4F6的流量为35至50SCCM，C4F8的流量为35至50SCCM，Ar的流量为150至250SCCM，O2的流量为65至85SCCM，CH2F2的流量为65至85SCCM，刻蚀时间为400秒。
在本实施例中，保持上述刻蚀条件不变，采用所述电源脉冲控制器控制第二射频电源脉冲，使得所述第二射频电源的脉冲频率分别为1000KHz、500Hz、200Hz和第二射频电源为持续开启状态对晶圆进行刻蚀沟槽，其中图4中的a是第二射频电源的脉冲频率为1000Hz、频率占空比为80%，即所述第二射频电源的脉冲开启时间为0.8毫秒，第二射频电源的脉冲关闭时间为0.2毫秒，进行刻蚀沟槽后的扫描电镜图；图4中的b是第二射频电源的脉冲频率为500Hz、频率占空比为80%，即所述第二射频电源的脉冲开启时间为1.6毫秒，第二射频电源的脉冲关闭时间为0.4毫秒，进行刻蚀沟槽后的扫描电镜图，图4中的c是第二射频电源的脉冲频率为200Hz、频率占空比为80%，即所述第二射频电源的脉冲开启时间为4毫秒，第二射频电源的脉冲关闭时间为1毫秒，进行刻蚀沟槽后的扫描电镜图，图4中的d是第二射频电源的持续开启进行刻蚀沟槽后的扫描电镜图，从扫描电镜图中可以看到，持续开启第二射频电源的沟槽比采用本实施例刻蚀的沟槽侧壁损伤度大。
综上，本发明通过设置电源脉冲控制器，使得第一射频电源和/或第二射频电源的输出为脉冲形式，从而能够独立地控制所述第一射频电源的脉冲和第二射频电源脉冲，从而能够独立地控制形成在刻蚀腔室内部地等离子体温度和等离子体鞘层(Plasmasheath)。本发明的实施例减少了等离子体刻蚀过程中，等离子体对晶圆的电子损伤，特别需要说明的是，在高深宽比(highaspectratio)图形刻蚀工艺中，本发明的实施例能够减少等离子体中正电荷对侧壁的影响(side-effect)，较佳地保护刻蚀图形的侧壁。
对比现有技术的持续高能量输出，脉冲频率大于1000Hz的第一射频电源维持的等离子体密度具有高重复频率和低电子温度，从而能够降低等离子体对待刻蚀晶圆的电子损伤，脉冲频率小于1000Hz的所述第二射频电源相对于所述第一射频电源具有较低的重复频率，能够中和刻蚀图形底部的等离子体中正离子(PositiveIon)，有效地减少侧壁正离子累积，从而防止刻蚀图形侧壁扭曲变形。
在一实施例中，当单独控制第一射频电源的脉冲频率时，第一射频电源的脉冲频率越低，等离子体有足够时间对沟槽侧壁产生的电子损伤，导致沟槽侧壁扭曲变形，而当所述第一射频电源的脉冲频率大于1000Hz时，能够有效减少等离子体对沟槽侧壁产生的电子损伤，减小沟槽侧壁扭曲变形。
在另一实施例中，当单独控制第二射频电源的脉冲频率时，第二射频电源的脉冲频率越高，导致沟槽侧壁扭曲变形度越大，而当所述第一射频电源的脉冲频率小于1000Hz时，能减小沟槽侧壁扭曲变形。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (11)
1.一种等离子体刻蚀设备，其特征在于，包括：
刻蚀腔室；
第一射频电源，所述第一射频电源提供2MHz至120MHz的射频功率；
第二射频电源，所述第二射频电源提供2MHz至40MHz的射频功率；
电源脉冲控制器，所述电源脉冲控制器控制第一射频电源和第二射频电源的脉冲，使得所述第一射频电源的脉冲频率大于1000Hz小于2.5KHz和所述第二射频电源的脉冲频率大于100Hz小于1000Hz；
所述电源脉冲控制器包括第一射频电源脉冲控制器和第二射频电源脉冲控制器，其中，所述第一射频电源脉冲控制器控制所述第一射频电源的脉冲参数，所述第二射频电源脉冲控制器控制所述第二射频电源的脉冲参数。
2.如权利要求1所述等离子体刻蚀设备，其特征在于，所述第一射频电源的脉冲频率至少为所述第二射频电源的脉冲频率的2倍。
3.如权利要求1所述等离子体刻蚀设备，其特征在于，所述第一射频电源脉冲控制器控制所述第一射频电源的脉冲占空比为5％-95％。
4.如权利要求1所述等离子体刻蚀设备，其特征在于，所述第二射频电源脉冲控制器控制所述第二射频电源的脉冲占空比为5％-95％。
5.如权利要求1所述等离子体刻蚀设备，其特征在于，所述第一射频电源的脉冲模式为双级模式或单级模式，所述第二射频电源脉冲模式为双级模式或单级模式。
6.如权利要求1所述等离子体刻蚀设备，其特征在于，所述第一射频电源为源射频电源，所述第一射频电源输出13-120MHz的射频功率；所述第二射频电源为偏压射频电源，所述第二射频电源输出2-13MHz的射频功率。
7.如权利要求1所述等离子体刻蚀设备，其特征在于，所述等离子体刻蚀设备为电容耦合等离子体刻蚀设备，还包括：位于刻蚀腔室内的第一电极和第二电极，其中所述第二电极与第一电极相对，所述第一射频电源电连接至第一或第二电极，所述第二射频电源电连接至第二电极。
8.如权利要求1所述等离子体刻蚀设备，其特征在于，所述等离子体刻蚀设备为感应耦合等离子体刻蚀设备，还包括：位于刻蚀腔室内的电极和线圈，其中，所述第一射频电源电连接至线圈，所述第二射频电源电连接至电极。
9.一种刻蚀方法，其特征在于，包括：
提供待刻蚀晶圆；
采用权利要求1-8任一项等离子体刻蚀设备对所述待刻蚀晶圆进行刻蚀，在待刻蚀晶圆上形成预定图案。
10.如权利要求9所述的刻蚀方法，其特征在于，所述预定图案为通孔、开口或沟槽。
11.如权利要求9所述的刻蚀方法，其特征在于，所述预定图案的深宽比大于10。
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