CN108471666B - 一种等离子体产生方法及装置和半导体处理设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种等离子体产生方法及装置和半导体处理设备。该等离子体产生方法包括：上射频源输出主脉冲信号，用于激发反应腔室内的工艺气体形成等离子体，在主脉冲信号的关闭阶段，上射频源输出一个或多个辅助脉冲信号，辅助脉冲信号能维持反应腔室内的等离子体在主脉冲信号的关闭阶段处于起辉状态。该等离子体产生方法通过辅助脉冲信号维持反应腔室内的等离子体在主脉冲信号的关闭阶段处于起辉状态，能够防止反应腔室内因为加载的主脉冲功率不足所导致的在主脉冲信号关闭阶段的等离子体灭辉，从而实现反应腔室内等离子体的稳定产生及工艺窗口的扩大，使等离子体工艺能够稳定进行。

Description

一种等离子体产生方法及装置和半导体处理设备
技术领域
本发明涉及磁控溅射技术领域，具体地，涉及一种等离子体产生方法及装置和半导体处理设备。
背景技术
半导体装备中，用于硅刻蚀工艺的等离子体设备通常应用电感耦合等离子体(ICP)原理，由射频电源提供射频能量到腔室中电离高真空状态下的特殊气体(如氩气Ar、氦气He、氮气N2、氢气H2等)，产生含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子的等离子体，这些活性粒子和置于腔体并曝露在等离子体环境下的晶圆之间发生复杂的相互作用，使晶圆材料表面发生各种物理和化学反应，从而使材料表面性能发生变化，完成晶圆的刻蚀工艺过程。
随着集成电路的进一步发展，原有的技术方案已无法满足20nm及以下刻蚀工艺的要求，而脉冲等离子体新技术的应用则实现了微细化工艺上的突破。脉冲等离子体技术用于减小连续波射频能量带来的等离子体诱导损伤(Plasma induced damage,PID)，改善刻蚀工艺中的负载效应(Loading effect)，显著提高刻蚀选择比(Selectivity)，并且增大了工艺窗口、增加了调节手段，因此，对于脉冲等离子体源的设计非常关键。
现有技术一给出一种典型的双线圈电感耦合等离子体设备。如图1所示，该设备由反应腔室3、上电极***、下电极***以及静电卡盘10组成，上电极***包括上射频源1、第一匹配器2、电流分配单元22和电感耦合型双线圈19。电感耦合型双线圈19由内线圈20和外线圈21组成，都位于介质窗13的上方。上射频源1通过第一匹配器2，再连接电流分配单元22将能量分别输出到内线圈20和外线圈21上，射频能量将气路喷嘴14输入的气体电离，从而产生等离子体23作用于晶圆17上进行工艺。下电极***包括下射频源15和第三匹配器16，其中下射频源15和第三匹配器16连接到静电卡盘10上，实现下电极的射频功率馈入。其中，上射频源1和下射频源15为输出脉冲型射频信号的脉冲射频电源，两个射频电源通过脉冲同步电缆18连接。
图1所示设备采用脉冲技术输出射频能量到腔室，实现减小等离子体损伤以及改善工艺性能。如图2所示，脉冲应用方式为上电极***采用脉冲波射频能量，同时下电极***也采用脉冲波射频能量，而且上下电极加载的射频能量频率相等，射频波形的相位同步，射频能量的脉冲频率和占空比也相等(如脉冲频率100Hz或其它脉冲频率，占空比50％或其它占空比)。通过上下电极***的同步脉冲，更大限度的减小了等离子体的粒子速度和粒子温度，使得轰击晶圆的粒子能量大大减小。
如图3所示，上电极和下电极加载的同步脉冲信号为相同频率和占空比的信号，在腔室中的实际加载信号为两者的叠加。
现有技术一中，在上电极***和下电极***同时加载脉冲信号并起辉的情况下，由于脉冲模式下功率加载时间较短，等离子体较难实现起辉，因此设备硬件窗口较小。特别是在占空比较小时，由于加载功率时间短，容易出现等离子体无法起辉或者起辉后无法维持又灭辉的情况。如图4所示，在脉冲同步信号为低占空比的情况下，匹配比较困难，需要多个脉冲周期方能实现起辉和匹配，图4中在Ti时间点实现起辉，此时达到稳定的匹配阻抗Z和稳定的等离子体密度ni，但很快就因为维持起辉的能量不足又灭辉(如在Tj时间点灭辉)，无法保持等离子体的温度。现有技术一中腔室等离子体在脉冲模式的起辉不稳定，造成工艺重复性差。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种等离子体产生方法及装置。该等离子体产生方法通过辅助脉冲信号维持反应腔室内的等离子体在主脉冲信号的关闭阶段处于起辉状态，能够防止反应腔室内因为加载的主脉冲功率不足所导致的在主脉冲信号关闭阶段的等离子体灭辉，从而实现反应腔室内等离子体的稳定产生及工艺窗口的扩大，使等离子体工艺能够稳定进行。
本发明提供一种等离子体产生方法，包括：上射频源输出主脉冲信号，用于激发反应腔室内的工艺气体形成等离子体，在所述主脉冲信号的关闭阶段，所述上射频源输出一个或多个辅助脉冲信号，所述辅助脉冲信号能维持所述反应腔室内的所述等离子体在所述主脉冲信号的关闭阶段处于起辉状态。
优选地，所述辅助脉冲信号的占空比小于所述主脉冲信号的占空比。
优选地，所述辅助脉冲信号的幅值小于所述主脉冲信号的幅值。
优选地，所述辅助脉冲信号开启时的上升沿延迟于所述主脉冲信号开启时的上升沿。
优选地，所述辅助脉冲信号的频率等于所述主脉冲信号的频率，所述辅助脉冲信号与所述主脉冲信号的射频频率相同。
优选地，所述主脉冲信号的频率包括100KHz以下，所述主脉冲信号的占空比包括90％以下。
本发明还提供一种等离子体产生装置，包括上射频源，所述上射频源能输出主脉冲信号，以激发反应腔室内的工艺气体形成等离子体，其特征在于，所述上射频源还能在所述主脉冲信号的关闭阶段输出一个或多个辅助脉冲信号，所述辅助脉冲信号能维持所述反应腔室内的所述等离子体在所述主脉冲信号的关闭阶段处于起辉状态。
优选地，所述上射频源包括主射频源，所述主射频源通过第一匹配器连接所述反应腔室顶部的主线圈，所述主射频源能输出主脉冲信号，并在所述主脉冲信号的关闭阶段输出一个或多个所述辅助脉冲信号。
优选地，所述上射频源包括主射频源和辅助射频源，其中，所述主射频源能输出所述主脉冲信号，所述主射频源通过第一匹配器连接所述反应腔室顶部的主线圈；所述辅助射频源通过第二匹配器连接所述反应腔室顶部的次线圈，所述辅助射频源能在所述主脉冲信号的关闭阶段输出一个或多个所述辅助脉冲信号。
优选地，所述主射频源与所述辅助射频源通过脉冲触发电缆连接，所述脉冲触发电缆能控制所述辅助脉冲信号的占空比小于所述主脉冲信号的占空比；和/或，所述辅助脉冲信号的幅值小于所述主脉冲信号的幅值；和/或，所述辅助脉冲信号开启时的上升沿延迟于所述主脉冲信号开启时的上升沿。
优选地，还包括第一控制开关，所述第一控制开关连接于所述主射频源的输出端与所述第一匹配器的输入端之间，或者，所述第一控制开关连接于所述第一匹配器的输出端与所述主线圈之间；所述第一控制开关开启或关闭，以控制所述主射频源向所述主线圈输出或停止输出所述主脉冲信号或所述辅助脉冲信号。
优选地，还包括第一控制开关和第二控制开关，所述第一控制开关连接于所述主射频源的输出端与所述第一匹配器的输入端之间，或者，所述第一控制开关连接于所述第一匹配器的输出端与所述主线圈之间；所述第一控制开关开启或关闭，以控制所述主射频源向所述主线圈输出或停止输出所述主脉冲信号；
所述第二控制开关连接于所述辅助射频源的输出端与所述第二匹配器的输入端之间，或者，所述第二控制开关连接于所述第二匹配器的输出端与所述次线圈之间；所述第二控制开关开启或关闭，以控制所述辅助射频源向所述次线圈输出或停止输出所述辅助脉冲信号。
优选地，所述主线圈包括外线圈组和内线圈组，所述外线圈组和所述内线圈组设置在垂直于所述反应腔室中心轴的相同或不同平面上，且所述外线圈组位于所述内线圈组的远离所述中心轴的外侧；
所述次线圈设置在垂直于所述反应腔室中心轴的平面上，且所述次线圈在垂直于所述反应腔室中心轴的平面上的投影位于所述外线圈组和所述内线圈组在垂直于所述反应腔室中心轴的平面上的投影之间。
本发明还提供一种半导体处理设备，包括上述等离子体产生装置。
本发明的有益效果：本发明所提供的等离子体产生方法，通过在主脉冲信号的关闭阶段，上射频源输出一个或多个辅助脉冲信号，通过辅助脉冲信号维持反应腔室内的等离子体在主脉冲信号的关闭阶段处于起辉状态，能够防止反应腔室内因为加载的主脉冲功率不足所导致的在主脉冲信号关闭阶段的等离子体灭辉，从而实现反应腔室内等离子体的稳定产生及工艺窗口的扩大，使等离子体工艺能够稳定进行。
本发明所提供的等离子体产生装置，通过设置辅助射频源或主射频源，能在主脉冲信号的关闭阶段向反应腔室加载一个或多个辅助脉冲信号，以维持等离子体在主脉冲信号的关闭阶段处于起辉状态，从而防止反应腔室内因为主射频源加载的主脉冲功率不足所导致的在主脉冲信号关闭阶段的等离子体灭辉，从而实现反应腔室内等离子体的稳定产生及工艺窗口的扩大，使等离子体工艺能够稳定进行。
本发明所提供的半导体处理设备，通过采用上述等离子体产生装置，不仅能够减小该半导体处理设备在工艺过程中的等离子体诱导损伤，而且能够防止由于加载的射频脉冲功率不足所导致的在脉冲关闭阶段出现等离子体灭辉，从而实现了等离子体的稳定产生及工艺窗口的扩大，提高了该半导体处理设备的等离子体工艺稳定性。
附图说明
图1为现有技术中电感耦合双线圈等离子体设备的结构示意图；
图2为现有技术中反应腔室中加载的上下射频脉冲波形示意图；
图3为现有技术中反应腔室中加载的上下射频脉冲波形以及其叠加后的波形示意图；
图4为现有技术中反应腔室内等离子体在射频脉冲能量加载过程中的起辉及灭辉示意图；
图5为本发明实施例1中上射频源脉冲信号和下射频源脉冲信号以及反应腔室中二者叠加后的脉冲波形示意图；
图6为本发明实施例1中反应腔室中叠加后的射频脉冲波形及相应的等离子体状态曲线示意图；
图7为本发明实施例2中等离子体产生装置的结构示意图；
图8为图7中控制主射频源和辅助射频源输出脉冲信号的控制开关的控制时序图；
图9为本发明实施例3中等离子体产生装置的结构示意图。
其中的附图标记说明：
1.上射频源；11.主射频源；12.辅助射频源；2.第一匹配器；3.反应腔室；4.主线圈；41.外线圈组；42.内线圈组；L.中心轴；5.第二匹配器；6.次线圈；7.脉冲触发电缆；8.第一控制开关；9.第二控制开关；10.静电卡盘；13.介质窗；14.气路喷嘴；15.下射频源；16.第三匹配器；17.晶圆；18.脉冲同步电缆；19.电感耦合型双线圈；20.内线圈；21.外线圈；22.电流分配单元；23.等离子体；Z.反应腔室内阻抗匹配时的等离子体阻抗；ni.反应腔室内阻抗匹配时的等离子体密度。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明所提供的一种等离子体产生方法及装置和半导体处理设备作进一步详细描述。
实施例1：
本实施例提供一种等离子体产生方法，包括：上射频源输出主脉冲信号，用于激发反应腔室内的工艺气体形成等离子体，在主脉冲信号的关闭阶段，上射频源输出一个或多个辅助脉冲信号，辅助脉冲信号能维持反应腔室内的等离子体在主脉冲信号的关闭阶段处于起辉状态。
通过在主脉冲信号的关闭阶段，上射频源输出一个或多个辅助脉冲信号，通过辅助脉冲信号维持反应腔室内的等离子体在主脉冲信号的关闭阶段处于起辉状态，能够防止反应腔室内因为加载的主脉冲功率不足所导致的在主脉冲信号关闭阶段的等离子体灭辉，从而实现反应腔室内等离子体的稳定产生及工艺窗口的扩大，使等离子体工艺能够稳定进行。
需要说明的是，在主脉冲信号的关闭阶段，上射频源输出一个还是多个辅助脉冲信号，需要根据具体的工艺条件和工艺要求决定，只要能确保在主脉冲信号的关闭阶段，辅助脉冲信号能够维持已经起辉的等离子体一直处于起辉状态，在下一个主脉冲信号的开启阶段到来时不要灭辉即可。
本实施例中，如图5所示，在主脉冲信号的关闭阶段，上射频源输出一个辅助脉冲信号。辅助脉冲信号的占空比小于主脉冲信号的占空比。辅助脉冲信号的幅值小于主脉冲信号的幅值。如此设置，只要能确保在主脉冲信号的关闭阶段，辅助脉冲信号能够维持已经起辉的等离子体一直处于起辉状态，在下一个主脉冲信号的开启阶段到来时不要灭辉即可，从而使反应腔室内的等离子体在工艺阶段更加稳定；同时，辅助脉冲信号的幅值小于主脉冲信号的幅值，还能避免辅助脉冲信号能量较大使得等离子体粒子温度较高，从而造成对晶圆的损伤，即避免等离子体诱导损伤。
需要说明的是，辅助脉冲信号的幅值也可以大于或等于主脉冲信号的幅值。这样同样能够通过辅助脉冲信号维持已经起辉的等离子体一直处于起辉状态，在下一个主脉冲信号的开启阶段到来时不会灭辉，从而使反应腔室内的等离子体在工艺阶段更加稳定。
本实施例中，辅助脉冲信号开启时的上升沿延迟于主脉冲信号开启时的上升沿。其中，辅助脉冲信号开启时的上升沿指辅助脉冲信号的加载时间，主脉冲信号开启时的上升沿指主脉冲信号的加载时间，辅助脉冲信号的加载时间迟于主脉冲信号的加载时间，即辅助脉冲信号始终加载于相邻两个主脉冲信号之间的主脉冲信号关闭阶段。如此设置，在主脉冲信号的关闭阶段，反应腔室内的等离子体能量在降低到使其灭辉之前，辅助脉冲信号的及时加载能使反应腔室内的等离子体不会灭辉。
需要说明的是，辅助脉冲信号开启时的上升沿延迟于主脉冲信号开启时的上升沿，且具体延迟时间根据实际的硬件条件和工艺条件确定。优选的，辅助脉冲信号的频率等于主脉冲信号的频率，辅助脉冲信号与主脉冲信号的射频频率相同。如此设置，能使反应腔室内的等离子体更加稳定，且在主脉冲信号的关闭阶段，反应腔室内的等离子体不容易灭辉；同时，还使主脉冲信号和辅助脉冲信号的产生更加容易控制。
当然，辅助脉冲信号的频率与主脉冲信号的频率也可以不同，辅助脉冲信号与主脉冲信号的射频频率也可以不相同。
本实施例中，如图5所示，在主脉冲信号的关闭阶段，上射频源输出一个辅助脉冲信号。主脉冲信号的频率f＝1/(Tm+Tn)，主脉冲信号的脉冲占空比D1＝Tm/(Tm+Tn)，辅助脉冲信号的频率与主脉冲信号的频率相等，辅助脉冲信号的脉冲占空比D2＝Ts/(Tm+Tn)，辅助脉冲信号的上升沿延迟于主脉冲信号的上升沿，延迟时间为Td。在反应腔室中主脉冲信号和辅助脉冲信号叠加后形成的脉冲信号的频率与主脉冲信号的频率相等，叠加后形成的脉冲信号的脉冲占空比为D3＝(Tm+Ts)/(Tm+Tn)。
另外，本实施例中，下射频源也输出射频脉冲信号，用于在承载晶圆的静电卡盘上形成负偏压。优选的，该射频脉冲信号与主脉冲信号的时序、脉冲频率和占空比均相同。由于反应腔室内实际加载的脉冲信号为上射频源输出的主脉冲信号和辅助脉冲信号与下射频源输出的射频脉冲信号的相互叠加，因此，如此设置下射频源输出的射频脉冲信号，能够更大限度地减小反应腔室内等离子体的粒子速度和粒子温度，从而使轰击晶圆的粒子能量大大减小，进而避免等离子体诱导损伤。
如图6所示，在主脉冲信号产生的电磁场的作用下，反应腔室内的工艺气体电离形成等离子体，在主脉冲信号的开启周期Tm时间段内，工艺气体迅速被电离形成高密度的等离子体并达到稳定，随后进入主脉冲信号的关闭周期；此时由于加载到反应腔室的射频脉冲能量为零，因此，反应腔室内的等离子体阻抗Z和等离子体密度ni迅速下降，同时等离子体中电子的温度和离子的温度都降低到非常小，粒子到达晶圆表面后对晶圆的损伤降低到非常低的水平，从而能够减小等离子体诱导损伤，改善工艺性能；在主脉冲信号的关闭周期中等离子体阻抗Z和密度ni都在变化，上射频源在延迟于主脉冲信号的上升沿Td时间后输出一个占空比较短且功率较小的辅助脉冲信号到反应腔室，达到维持反应腔室内等离子体起辉状态的目的，这样就避免了下一次主脉冲信号开启后需要使反应腔室内的工艺气体重新电离形成等离子体的过程，从而使反应腔室内的等离子体能够更加稳定，并在后续的脉冲周期中持续维持，如此循环往复，达到稳定等离子体处理工艺的要求。
本实施例中，通过在主脉冲信号的关闭阶段，使上射频源输出一个或多个辅助脉冲信号，能使反应腔室内的等离子体稳定地维持在起辉状态，从而避免主脉冲信号再次处于开启阶段时需要重新起辉的情况，从而保证了等离子体处理工艺的稳定性。优选的，主脉冲信号的频率包括100KHz以下，主脉冲信号的占空比包括90％以下。由于主脉冲信号的频率和占空比越低，则越容易出现在主脉冲信号的关闭阶段等离子体灭辉的情况，所以，本实施例中的等离子体产生方法能够实现较低的主脉冲信号频率和较低的主脉冲信号占空比的应用，从而扩大了工艺应用窗口。
另外，本实施例中，上射频源和下射频源的射频信号频率均为13.56MHz。当然，上射频源和下射频源的射频信号频率也可以是400KHz，2MHz，27.12MHz，40MHz，60MHz或100MHz等高频频率。同时上射频源和下射频源也可以分别加载不同射频频率的射频信号，如上射频源加载的射频信号频率为2MHz(即主脉冲信号和辅助脉冲信号的射频频率均为2MHz)，下射频源加载的射频信号频率为13.56MHz。
实施例1的有益效果：实施例1中所提供的等离子体产生方法，通过在主脉冲信号的关闭阶段，上射频源输出一个或多个辅助脉冲信号，通过辅助脉冲信号维持反应腔室内的等离子体在主脉冲信号的关闭阶段处于起辉状态，能够防止反应腔室内因为加载的主脉冲功率不足所导致的在主脉冲信号关闭阶段的等离子体灭辉，从而实现反应腔室内等离子体的稳定产生及工艺窗口的扩大，使等离子体工艺能够稳定进行。
实施例2：
基于实施例1中的等离子体产生方法，本实施例提供一种等离子体产生装置，如图7所示，包括上射频源1，上射频源1能输出主脉冲信号，以激发反应腔室3内的工艺气体形成等离子体23，上射频源1还能在主脉冲信号的关闭阶段输出一个或多个辅助脉冲信号，辅助脉冲信号能维持反应腔室3内的等离子体23在主脉冲信号的关闭阶段处于起辉状态。
本实施例中，上射频源1包括主射频源11，主射频源11通过第一匹配器2连接反应腔室3顶部的主线圈4，主射频源11能输出主脉冲信号，上射频源1还包括辅助射频源12，辅助射频源12通过第二匹配器5连接反应腔室3顶部的次线圈6，辅助射频源12能在主脉冲信号的关闭阶段输出一个或多个辅助脉冲信号；主脉冲信号能激发反应腔室3内的工艺气体形成等离子体23；辅助脉冲信号能维持等离子体23在主脉冲信号的关闭阶段处于起辉状态。
通过设置辅助射频源12，能在主脉冲信号的关闭阶段向反应腔室3加载一个或多个辅助脉冲信号，以维持等离子体23在主脉冲信号的关闭阶段处于起辉状态，从而防止反应腔室3内因为主射频源11加载的主脉冲功率不足所导致的在主脉冲信号关闭阶段的等离子体23灭辉，从而实现反应腔室3内等离子体23的稳定产生及工艺窗口的扩大，使等离子体23工艺能够稳定进行。
本实施例中，主射频源11与辅助射频源12通过脉冲触发电缆7连接，脉冲触发电缆7能控制辅助脉冲信号的占空比小于主脉冲信号的占空比；和辅助脉冲信号的幅值大于、小于或等于主脉冲信号的幅值；和辅助脉冲信号开启时的上升沿延迟于主脉冲信号开启时的上升沿。通过脉冲触发电缆7对辅助脉冲信号占空比和幅值的控制，能够确保在主脉冲信号的关闭阶段，辅助脉冲信号能够维持已经起辉的等离子体23一直处于起辉状态，在下一个主脉冲信号的开启阶段到来时不会灭辉，从而使反应腔室3内的等离子体23在工艺阶段更加稳定；同时，还能避免辅助脉冲信号能量较大造成等离子体23粒子温度较高对晶圆的损伤，即避免等离子体23诱导损伤。另外，通过脉冲触发电缆7对辅助脉冲信号相对主脉冲信号延迟时间的控制，能确保在主脉冲信号的关闭阶段，反应腔室3内的等离子体23能量在降低到使其灭辉之前，辅助脉冲信号的及时加载能使反应腔室3内的等离子体23不会灭辉。
需要说明的是，脉冲触发电缆7也可以只控制辅助脉冲信号占空比、幅值和延迟时间中的其中一个参数。
本实施例中，等离子体产生装置还包括第一控制开关8，第一控制开关8连接于主射频源11的输出端与第一匹配器2的输入端之间。第一控制开关8开启或关闭，以控制主射频源11向主线圈4输出或停止输出主脉冲信号(如图8所示)；和，还包括第二控制开关9，第二控制开关9连接于辅助射频源12的输出端与第二匹配器5的输入端之间。第二控制开关9开启或关闭，以控制辅助射频源12向次线圈6输出或停止输出辅助脉冲信号(如图8所示)。第一控制开关8和第二控制开关9的设置，能够防止上射频源1中主射频源11与辅助射频源12之间射频脉冲信号的相互干扰，从而避免干扰信号对主射频源11和辅助射频源12以及第一匹配器2和第二匹配器5的工作造成影响，并避免造成器件损坏。
需要说明的是，第一控制开关8也可以连接于第一匹配器2的输出端与主线圈4之间。第二控制开关9也可以连接于第二匹配器5的输出端与次线圈6之间。第一控制开关8和第二控制开关9的设置同样能起到上述作用。另外，第一控制开关8和第二控制开关9也可以只设置其中一个。
本实施例中，主线圈4包括外线圈组41和内线圈组42，外线圈组41和内线圈组42设置在垂直于反应腔室3中心轴L的相同平面上，且外线圈组41位于内线圈组42的远离中心轴L的外侧；次线圈6设置在垂直于反应腔室3中心轴L的平面上，且次线圈6在垂直于反应腔室3中心轴L的平面上的投影位于外线圈组41和内线圈组42在垂直于反应腔室3中心轴L的平面上的投影之间。如此设置，使次线圈6在垂直于反应腔室3中心轴L的平面上的位置比较居中，这样就减小了次线圈6对反应腔室3内等离子体23均匀性的影响，同时还使反应腔室3内的等离子体23容易起辉。因为，如果次线圈6在垂直于反应腔室3中心轴L的平面上的位置靠近中心轴L所在的中心，则会造成反应腔室3中等离子体23中间区域密度较高，从而使等离子体23均匀性不好；如果次线圈6在垂直于反应腔室3中心轴L的平面上的位置位于远离中心轴L的外圈，又需要在次线圈6上施加较高的电压才能实现工艺气体的电离，从而使反应腔室3内的等离子体23激发较难起辉。
本实施例中，用于连接反应腔室3顶部的主线圈4的第一匹配器2采用具有电流分配功能的匹配器，具有电流分配功能的匹配器加载到外线圈组41和内线圈组42上的电流大小可以相同，也可以不同，电流大小的相同或不同能使外线圈组41和内线圈组42上产生的电场大小相同或不同，从而能够根据具体的工艺条件和工艺要求使反应腔室3内产生的等离子体23的均匀性更好。
另外，本实施例中，反应腔室3内的下部还设置有静电卡盘10，晶圆17放置于静电卡盘10的正上方。介质窗13位于反应腔室3的上部，主线圈4和次线圈6均位于介质窗13的上方，介质窗13中心有气路喷嘴14，通过气路喷嘴14将工艺气体通入反应腔室3中。上射频源1输出的射频能量将从气路喷嘴14输入的工艺气体电离，从而产生等离子体23，作用于晶圆17上进行工艺。等离子体产生装置还包括下射频源15，下射频源15通过第三匹配器16连接静电卡盘10，下射频源15也输出射频脉冲信号，且上射频源1和下射频源15输出的脉冲信号的脉冲频率和占空比均相同。下射频源15与上射频源1之间连接脉冲同步电缆18，脉冲同步电缆18用于控制上射频源1和下射频源15输出脉冲信号的时序，如本实施例中，脉冲同步电缆18控制上射频源1和下射频源15输出脉冲信号的时序相同。由于反应腔室3内实际加载的脉冲信号为上射频源1输出的主脉冲信号和辅助脉冲信号与下射频源15输出的射频脉冲信号的相互叠加，因此，如此设置，能够更大限度地减小等离子体23的粒子速度和粒子温度，从而使轰击晶圆17的粒子能量大大减小，进而避免等离子体23诱导损伤。
需要说明的是，本实施例中的等离子体产生装置可以是电感耦合型等离子体产生装置，也可以是电容耦合型等离子体产生装置。
实施例2的有益效果：实施例2中所提供的等离子体产生装置，通过设置辅助射频源，能在主脉冲信号的关闭阶段向反应腔室加载一个或多个辅助脉冲信号，以维持等离子体在主脉冲信号的关闭阶段处于起辉状态，从而防止反应腔室内因为主射频源加载的主脉冲功率不足所导致的在主脉冲信号关闭阶段的等离子体灭辉，从而实现反应腔室内等离子体的稳定产生及工艺窗口的扩大，使等离子体工艺能够稳定进行。
实施例3：
基于实施例1中所提供的等离子体产生方法，本实施例提供一种等离子体产生装置，与实施例2中不同的是，如图9所示，上射频源1只包括主射频源11，即本实施例中的等离子体产生装置只设置有主射频源11，而没有设置辅助射频源。主射频源11能输出主脉冲信号，并在主脉冲信号的关闭阶段输出一个或多个辅助脉冲信号。
相应地，该等离子体产生装置还包括第一控制开关8，第一控制开关8连接于主射频源11的输出端与第一匹配器2的输入端之间；第一控制开关8开启或关闭，以控制主射频源11向主线圈4输出或停止输出主脉冲信号或辅助脉冲信号。即本实施例中，主脉冲信号和辅助脉冲信号均向主线圈4输出。
本实施例中等离子体产生装置的其他结构与实施例2中相同，此处不再赘述。
实施例3的有益效果：实施例3中所提供的等离子体产生装置，通过设置主射频源，能在主脉冲信号的关闭阶段向反应腔室加载一个或多个辅助脉冲信号，以维持等离子体在主脉冲信号的关闭阶段处于起辉状态，从而防止反应腔室内因为主射频源加载的主脉冲功率不足所导致的在主脉冲信号关闭阶段的等离子体灭辉，从而实现反应腔室内等离子体的稳定产生及工艺窗口的扩大，使等离子体工艺能够稳定进行。
实施例4：
本实施例提供一种半导体处理设备，包括实施例2-3任意一个中的等离子体产生装置。
通过采用实施例2-3任意一个中的等离子体产生装置，不仅能够减小该半导体处理设备在工艺过程中的等离子体诱导损伤，而且能够防止由于加载的射频脉冲功率不足所导致的在脉冲关闭阶段出现等离子体灭辉，从而实现了等离子体的稳定产生及工艺窗口的扩大，提高了该半导体处理设备的等离子体工艺稳定性。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种等离子体产生方法，包括：上射频源输出主脉冲信号，用于激发反应腔室内的工艺气体形成等离子体，其特征在于，在所述主脉冲信号的关闭阶段的部分时间内，所述上射频源输出一个或多个辅助脉冲信号，所述辅助脉冲信号能维持所述反应腔室内的所述等离子体在所述主脉冲信号的关闭阶段处于起辉状态。
2.根据权利要求1所述的等离子体产生方法，其特征在于，所述辅助脉冲信号的占空比小于所述主脉冲信号的占空比。
3.根据权利要求1所述的等离子体产生方法，其特征在于，所述辅助脉冲信号的幅值小于所述主脉冲信号的幅值。
4.根据权利要求1所述的等离子体产生方法，其特征在于，所述辅助脉冲信号开启时的上升沿延迟于所述主脉冲信号开启时的上升沿。
5.根据权利要求1所述的等离子体产生方法，其特征在于，所述辅助脉冲信号的频率等于所述主脉冲信号的频率，所述辅助脉冲信号与所述主脉冲信号的射频频率相同。
6.根据权利要求1所述的等离子体产生方法，其特征在于，所述主脉冲信号的频率包括100KHz以下，所述主脉冲信号的占空比包括90％以下。
7.一种等离子体产生装置，包括上射频源，所述上射频源能输出主脉冲信号，以激发反应腔室内的工艺气体形成等离子体，其特征在于，所述上射频源还能在所述主脉冲信号的关闭阶段的部分时间内输出一个或多个辅助脉冲信号，所述辅助脉冲信号能维持所述反应腔室内的所述等离子体在所述主脉冲信号的关闭阶段处于起辉状态。
8.根据权利要求7所述的等离子体产生装置，其特征在于，所述上射频源包括主射频源，所述主射频源通过第一匹配器连接所述反应腔室顶部的主线圈，所述主射频源能输出主脉冲信号，并在所述主脉冲信号的关闭阶段输出一个或多个所述辅助脉冲信号。
9.根据权利要求7所述的等离子体产生装置，其特征在于，所述上射频源包括主射频源和辅助射频源，其中，所述主射频源能输出所述主脉冲信号，所述主射频源通过第一匹配器连接所述反应腔室顶部的主线圈；所述辅助射频源通过第二匹配器连接所述反应腔室顶部的次线圈，所述辅助射频源能在所述主脉冲信号的关闭阶段输出一个或多个所述辅助脉冲信号。
10.根据权利要求9所述的等离子体产生装置，其特征在于，所述主射频源与所述辅助射频源通过脉冲触发电缆连接，所述脉冲触发电缆能控制所述辅助脉冲信号的占空比小于所述主脉冲信号的占空比；和/或，所述辅助脉冲信号的幅值小于所述主脉冲信号的幅值；和/或，所述辅助脉冲信号开启时的上升沿延迟于所述主脉冲信号开启时的上升沿。
11.根据权利要求8所述的等离子体产生装置，其特征在于，还包括第一控制开关，所述第一控制开关连接于所述主射频源的输出端与所述第一匹配器的输入端之间，或者，所述第一控制开关连接于所述第一匹配器的输出端与所述主线圈之间；所述第一控制开关开启或关闭，以控制所述主射频源向所述主线圈输出或停止输出所述主脉冲信号或所述辅助脉冲信号。
12.根据权利要求9所述的等离子体产生装置，其特征在于，还包括第一控制开关和第二控制开关，所述第一控制开关连接于所述主射频源的输出端与所述第一匹配器的输入端之间，或者，所述第一控制开关连接于所述第一匹配器的输出端与所述主线圈之间；所述第一控制开关开启或关闭，以控制所述主射频源向所述主线圈输出或停止输出所述主脉冲信号；所述第二控制开关连接于所述辅助射频源的输出端与所述第二匹配器的输入端之间，或者，所述第二控制开关连接于所述第二匹配器的输出端与所述次线圈之间；所述第二控制开关开启或关闭，以控制所述辅助射频源向所述次线圈输出或停止输出所述辅助脉冲信号。
13.根据权利要求9所述的等离子体产生装置，其特征在于，所述主线圈包括外线圈组和内线圈组，所述外线圈组和所述内线圈组设置在垂直于所述反应腔室中心轴的相同或不同平面上，且所述外线圈组位于所述内线圈组的远离所述中心轴的外侧；所述次线圈设置在垂直于所述反应腔室中心轴的平面上，且所述次线圈在垂直于所述反应腔室中心轴的平面上的投影位于所述外线圈组和所述内线圈组在垂直于所述反应腔室中心轴的平面上的投影之间。
14.一种半导体处理设备，其特征在于，包括权利要求7-13任意一项所述的等离子体产生装置。
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