一種雙射頻脈沖等離子體的刻蝕方法及其刻蝕裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種雙射頻脈沖等離子體的刻蝕方法及其刻蝕裝置，所述等離子體處理腔室具有上電極和下電極，通過源射頻功率和偏置射頻功率共同進(jìn)行制程，所述腔室中放置有基片，所述下電極分別連接有源射頻功率源和偏置射頻功率源，所述偏置射頻功率源以脈沖的方式輸出偏置功率，所述偏置射頻功率源交替輸出第一低頻頻率和第二低頻頻率的兩種脈沖信號進(jìn)行制程，所述第一低頻頻率和第二低頻頻率的脈沖信號的頻率相同且相位相反，本發(fā)明結(jié)合兩種低頻頻率刻蝕方法，通過調(diào)節(jié)脈沖發(fā)生器的脈沖周期及占空比實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)粒子密度和離子能量，使關(guān)鍵尺寸和均勻性都能得到連續(xù)的精確控制，對28nm刻蝕工藝或以下刻蝕工藝中關(guān)鍵尺寸精確控制提供有力幫助。
【專利說明】一種雙射頻脈沖等離子體的刻蝕方法及其刻蝕裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及等離子刻蝕領(lǐng)域，特別涉及一種交替使用不同低頻刻蝕頻率的雙射頻脈沖等離子體的刻蝕方法及其刻蝕裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]等離子體刻蝕是采用高頻輝光放電反應(yīng)，使反應(yīng)氣體激活成活性粒子，如原子或游離基，這些活性粒子擴(kuò)散到需刻蝕的部位，在那里與被刻蝕材料進(jìn)行反應(yīng)，形成揮發(fā)性生成物而被去除。它的優(yōu)勢在于快速的刻蝕速率同時(shí)可獲得良好的物理形貌。
[0003]目前，低溫等離子體微細(xì)加工手段是材料微納加工的關(guān)鍵技術(shù)，因?yàn)樗俏㈦娮?、光電子、微機(jī)械、微光學(xué)等制備技術(shù)的基礎(chǔ)。特別是在超大規(guī)模集成電路制造工藝中，有近三分之一的工序是借助于等離子體加工完成的，如等離子體薄膜沉積、等離子體刻蝕及等離子體去膠等，其中等離子體刻蝕成為最為關(guān)鍵的工藝流程之一，是實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)中的微細(xì)圖形高保真地從光刻模板轉(zhuǎn)移到硅片上不可替代的工藝。目前在一些發(fā)達(dá)國家的實(shí)驗(yàn)室里，刻蝕線寬已經(jīng)突破0.lum，并開始考慮挑戰(zhàn)納米芯片的加工技術(shù)。
[0004]在等離子體刻蝕工藝中，首先是在把硅晶片上面涂抹一層由碳?xì)浠衔飿?gòu)成的光敏物質(zhì)，并在光敏物質(zhì)上蓋上具有一定圖形規(guī)則的金屬模板。然后進(jìn)行紫外曝光，使部分晶片的表面裸露出來。接著再把這種待加工的硅晶片放置到具有化學(xué)活性的低溫等離子體中，進(jìn)行等離子體刻蝕。這種具有化學(xué)活性的等離子體通常是由氯氣或碳氟氣體放電產(chǎn)生的，它不僅含有電子和離子，還含有大量的活性自由基。這些活性基團(tuán)沉積到裸露的硅晶片上時(shí)，與硅原子相互結(jié)合而形成揮發(fā)性的氯化硅或氟化硅分子，從而對晶片進(jìn)行各向異性刻蝕。另一方面，為了控制轟擊到晶片上離子的能量分布和角度分布，還通常將晶片放置在一個施加射頻電極上面，在晶片的上方將形成一個非電中性的等離子體區(qū)，即鞘層。等離子體中的離子在鞘層電場的作用下，轟擊到裸露的晶片表面上，并與刻蝕介質(zhì)層表面進(jìn)行碰撞，使其濺射出來，從而實(shí)現(xiàn)對晶片的各向異性刻蝕。
[0005]等離子體刻蝕工藝的核心問題是在提高刻蝕速率的同時(shí)，又能保證刻蝕過程具有較高的均勻性、較高的各向異性以及較低的輻照損傷。這些物理問題包括:低氣壓放電條件下大面積高密度均勻等離子體的產(chǎn)生機(jī)理與方法、外界放電參數(shù)(如電源功率、頻率、放電氣壓以及放電模式等)對等離子體參數(shù)的調(diào)控行為、射頻偏壓鞘層的物理特性、帶電粒子(尤其是離子)與晶片表面材料層的相互作用機(jī)理、刻蝕剖面的演化規(guī)律等。
[0006]射頻等離子體鞘層的物理特性如下:由于所有粒子都必須穿越鞘層才能與晶片發(fā)生相互作用，因而鞘層在等離子體加工過程中具有重要的地位。鞘層電場要比等離子體內(nèi)部電場強(qiáng)兩個數(shù)量級，離子以玻姆(Bohm)速度進(jìn)入鞘層后，被鞘層電場加速，以一定的能量轟擊基板，而電子則受到鞘層電場的排斥。在氣壓較高情況下，離子還將與其他中性粒子發(fā)生彈性和非彈性碰撞，使離子以一定的角度轟擊晶片。換言之，鞘層特性決定了離子轟擊晶片的能量分布和角度分布，而離子的能量分布和角度分布直接影響到刻蝕速率與刻蝕剖面，進(jìn)而影響著等離子體加工的產(chǎn)量和質(zhì)量。[0007]與直流等離子體鞘層相比，射頻等離子體鞘層的特點(diǎn)在于等離子體參數(shù)如鞘層的厚度和鞘層電位等物理量均隨時(shí)間變化。決定射頻鞘層特性的關(guān)鍵物理量是外加射頻場的頻率和離子等離子體頻率之比，當(dāng)外加射頻偏壓的頻率遠(yuǎn)大于離子等離子體頻率時(shí)，離子不能瞬時(shí)響應(yīng)射頻電場，離子運(yùn)動由平均場決定，可以合理地假定離子在鞘層中的運(yùn)動是穩(wěn)態(tài)的。當(dāng)外加射頻場的頻率遠(yuǎn)小于離子等離子體頻率時(shí)，鞘層中離子運(yùn)動是由瞬時(shí)電勢決定的，這時(shí)，每一時(shí)刻的射頻鞘層特性都與電勢為相應(yīng)值的直流輝光放電的鞘層特性一樣，離子流密度呈現(xiàn)出隨時(shí)間周期性振蕩形式。頻率越低，離子流密度的振蕩幅值越大。當(dāng)外加射頻偏壓的頻率和離子等離子體頻率接近或相等時(shí)，離子只能部分地響應(yīng)射頻頻率，這時(shí)離子的運(yùn)動行為較為復(fù)雜。
[0008]對于單一射頻驅(qū)動的電容感應(yīng)耦合放電，鞘層電勢相對于等離子體電勢為負(fù)，且有一個波峰和一個波谷。在波峰和波谷兩個相位處，電勢隨時(shí)間變化緩慢，因而進(jìn)入鞘層離子較多。在波峰時(shí)，進(jìn)入的離子獲得的能量最小，而在波谷時(shí)，進(jìn)入的離子獲得的能量最大，導(dǎo)致離子能量分布呈雙峰結(jié)構(gòu)。研究表明，在低頻條件下，離子能量分布的高能峰和低能峰之間的寬度較寬，且隨著頻率的增加而變窄；在高頻條件下，能量分布趨于單峰結(jié)構(gòu)。
[0009]對于雙頻驅(qū)動的電容感應(yīng)耦合放電，同樣會在晶片附近形成一個隨時(shí)間瞬變的鞘層，雙頻鞘層電勢降的特點(diǎn)是:隨時(shí)間緩慢變化的包絡(luò)線受低頻所調(diào)制，而隨時(shí)間快速振蕩的鞘層電勢降受高頻調(diào)制。在這樣一個由低頻偏壓調(diào)制的鞘層電場作用下，入射到晶片上的離子能量分布呈多峰結(jié)構(gòu)，這一點(diǎn)與單頻鞘層有明顯的不同。這里需要說明的是，當(dāng)?shù)入x子體中的電子朝鞘層邊界運(yùn)動時(shí)，將受到這種快速運(yùn)動鞘層的反射，產(chǎn)生所謂的隨機(jī)加熱效應(yīng)。此外，由于所加高頻較高，所引起的駐波和趨膚效應(yīng)會對雙頻鞘層特性產(chǎn)生影響，從而影響刻蝕均勻性。
[0010]由于受到高、低頻電源的共同作用，雙頻電容感應(yīng)耦合的離子能量分布不同于傳統(tǒng)單頻電容感應(yīng)耦合的雙峰結(jié)構(gòu)，而是呈現(xiàn)出多峰結(jié)構(gòu)。隨著放電氣壓的減小，離子在鞘層中的碰撞減少，導(dǎo)致轟擊到基片上的離子能量顯著增加，且低能峰逐漸向能量較高的方向移動。兩個射頻電源的參數(shù)也對離子能量分布有著顯著的影響。減小低頻源的頻率，離子穿越鞘層的時(shí)間相對低頻周期變短，使得更多的離子可以有效地被低頻電源加速，轟擊到基板上的離子能量顯著增大。隨著高頻源頻率的增加，等離子體的鞘層厚度減小，離子在穿越鞘層的過程中碰撞次數(shù)減少，因此在高頻情況下，離子的碰撞效應(yīng)減小。通過增大施加在低頻源上的電壓幅值可以增加鞘層電位降，離子在穿越鞘層的過程中可以獲得更多的能量，從而使得轟擊到極板上的離子能量顯著增加。
[0011]不同低頻頻率下的離子能量分布的規(guī)律為:在低頻頻率較高時(shí)，入射離子的能量較小，低能峰向右偏移。這是由于在較高的低頻頻率下，離子在若干個射頻周期內(nèi)穿過鞘層，因此離子響應(yīng)平均的鞘層電位降。大部分的離子具有相近的能量，這使得低能峰向右偏移，離子能量較小。隨著低頻頻率的降低，離子穿越鞘層的時(shí)間不到一個射頻周期，如果離子在鞘層電位降較大時(shí)過鞘層，就可以獲得很高的能量。因此，當(dāng)頻率降低時(shí)，離子能量顯著增加。
[0012]等離子體刻蝕技術(shù)發(fā)展至今，對工藝精度的要求越來越高，以目前最前沿的28納米刻蝕來說，雙頻射頻去耦合技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于各種設(shè)備中。其優(yōu)點(diǎn)是可以將離子密度和離子能量近似地獨(dú)立控制。[0013]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的一種雙頻刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該雙頻刻蝕裝置包括一個刻蝕腔1’，刻蝕腔I’上、下部分別設(shè)有一進(jìn)氣口 5’和一排氣口 6’。刻蝕腔I’內(nèi)上部設(shè)置一上電極2’，下部設(shè)置一承載硅片4’的下電極3’，下電極3’通過一匹配電路分別連接一 60MHz的源射頻功率源和一 2MHz的偏置射頻功率源。在使用中，通過下電極3’ (60MHz)產(chǎn)生的等離子體控制粒子密度，通過下電極3’(2MHz)產(chǎn)生的等離子體控制離子能量，但其缺點(diǎn)是由2MHz產(chǎn)生的等離子體對晶片表面的轟擊效果太強(qiáng)，難易精細(xì)控制。
[0014]圖2為現(xiàn)有技術(shù)的另一種雙頻刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)不意圖。如圖2所不,該雙頻刻蝕裝置包括一個刻蝕腔1’，刻蝕腔I’上、下部分別設(shè)有一進(jìn)氣口 5’和一排氣口 6’?？涛g腔I’內(nèi)上部設(shè)置一上電極2’，下部設(shè)置一承載硅片4’的下電極3’，與上一個裝置不同的是，該裝置的下電極3’通過一匹配電路分別連接一 60MHz的源射頻功率源和一 13MHz的偏置射頻功率源。在使用中，通過下電極3’ (60MHz)產(chǎn)生的等離子體控制粒子密度，通過下電極3’ (13MHz)產(chǎn)生的等離子體控制離子能量，但其缺點(diǎn)是由13MHz產(chǎn)生的等離子體則由于13MHz本身對粒子密度也有貢獻(xiàn)，使得晶片表面附近的粒子密度的均勻性在晶片中心快而在晶片邊上慢，造成最后的晶片表面手轟擊的程度不均勻。
[0015]而在28nm刻蝕工藝甚至28nm以下刻蝕工藝中，對關(guān)鍵尺寸和輪廓在整個晶片表面的均勻性都有較高要求。
[0016]有鑒于此，提供一種能夠?qū)㈦x子密度和離子能量控制在合適的范圍內(nèi)的雙射頻脈沖等離子體的刻蝕方法及其刻蝕裝置顯得尤為重要。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種雙射頻脈沖等離子體的刻蝕方法及其刻蝕裝置，克服了現(xiàn)有技術(shù)的困難，解決了低頻頻率過高影響粒子密度分布，而低頻頻率過低轟擊效果太強(qiáng)，難易精細(xì)控制的難題，通過源功率頻率以及兩種低頻頻率相互交替的雙頻等離子體技術(shù)進(jìn)行刻蝕制程，以便精細(xì)控制晶片表面的離子密度和離子能量，使得關(guān)鍵尺寸本身及其均勻性都能得到連續(xù)的精確控制。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于等離子體處理腔室的雙射頻脈沖的控制方法，所述等離子體處理腔室具有上電極和下電極，通過源射頻功率和偏置射頻功率共同進(jìn)行制程，所述腔室中放置有基片，所述下電極分別連接有源射頻功率源和偏置射頻功率源，所述偏置射頻功率源以脈沖的方式輸出偏置功率，所述偏置射頻功率源交替輸出第一低頻頻率和第二低頻頻率的兩種脈沖信號進(jìn)行制程，所述第一低頻頻率和第二低頻頻率的脈沖信號的頻率相同且相位相反。
[0019]優(yōu)選地，所述第一低頻頻率的頻率范圍是12.8至14.3MHz ;所述第二低頻頻率的頻率范圍是1.8至2.3MHz。
[0020]優(yōu)選地，所述第一低頻頻率的頻率范圍是12.8至14.3MHz ;所述第二低頻頻率的頻率范圍是360至440KHz。
[0021]優(yōu)選地，所述脈沖信號的頻率為50Hz至IOOkHz。
[0022]優(yōu)選地，所述源功率的頻率為40MHz、60MHzUOOMHz及120MHz中的一種。
[0023]優(yōu)選地，所述第一低頻頻率的占空比為10%至90%。
[0024]更優(yōu)選地，所述第一低頻頻率的占空比為50%。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種刻蝕方法，包括以下步驟:
[0026]在襯底上依次形成刻蝕停止層、電介質(zhì)層、硬掩膜層以及底部抗反射層；[0027]在所述底部抗反射層上形成光刻膠的刻蝕圖案；
[0028]采用如權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的雙射頻脈沖等離子體的刻蝕方法刻蝕底部抗反射層和硬掩膜層；以及
[0029]進(jìn)行后續(xù)制程。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種用于等離子體處理腔室的偏置射頻功率源模塊，所述偏置射頻功率源模塊包括依次串聯(lián)連接的脈沖信號源、射頻偏壓發(fā)生電路以及選頻電路，所述偏置射頻功率源模塊為變頻功率源，用于交替地輸出第一低頻頻率和第二低頻頻率的偏置功率。
[0031]優(yōu)選地，所述第一低頻頻率的頻率范圍是12.8至14.3MHz ;所述第二低頻頻率的頻率范圍是1.8至2.3MHz。
[0032]優(yōu)選地，所述第一低頻頻率的頻率范圍是12.8至14.3MHz ;所述第二低頻頻率的頻率范圍是360至440KHz。
[0033]優(yōu)選地，所述射頻偏壓發(fā)生電路包括第一低頻射頻偏壓發(fā)生器和第二低頻射頻偏壓發(fā)生器，所述第一低頻射頻偏壓發(fā)生器的一端與所述脈沖信號源相連，另一端連至所述選頻電路；所述第二低頻射頻偏壓發(fā)生器的一端經(jīng)一非門與所述脈沖信號源相連，另一端連至所述選頻電路。
[0034]優(yōu)選地，所述選頻電路包括第一偏置射頻通路和第二偏置射頻通路，所述第一偏置射頻通路僅通過經(jīng)過第一低頻偏壓發(fā)生器的脈沖信號，所述第二偏置射頻通路僅通過經(jīng)過第二低頻偏壓發(fā)生器的脈沖信號。
[0035]優(yōu)選地，所述第一低頻頻率的占空比為10%至90%。
[0036]更優(yōu)選地，所述第一低頻頻率的占空比為50%。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種雙射頻脈沖等離子體的刻蝕裝置，包括一個刻蝕腔，所述刻蝕腔內(nèi)上部設(shè)置一上電極，下部設(shè)置一承載硅片的下電極，包括一如權(quán)利要求8至12中任意一項(xiàng)所述的偏置射頻功率源模塊、一匹配電路以及一與所述偏置射頻功率源模塊中的選頻電路并聯(lián)一源功率模塊，所述匹配電路的一端連接所述偏置射頻功率源模塊，另一端連接所述下電極。
[0038]優(yōu)選地，所述匹配電路包括第一匹配電路、第二匹配電路和第三匹配電路，所述第一匹配電路僅通過經(jīng)過第一偏置射頻通路的脈沖信號，所述第二匹配電路僅通過經(jīng)過第二偏置射頻通路的脈沖信號，所述第三匹配電路僅通過經(jīng)過源功率模塊的信號。
[0039]優(yōu)選地，所述源功率模塊的頻率為40MHz、60MHzUOOMHz及120MHz中的一種。
[0040]優(yōu)選地，所述第一低頻頻率的占空比為10%至90%。
[0041]更優(yōu)選地，所述第一低頻頻率的占空比為50%。
[0042]由于采用了以上技術(shù)，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過源功率頻率以及兩種低頻頻率相互交替的雙頻等離子體技術(shù)進(jìn)行刻蝕制程，巧妙結(jié)合兩種低頻頻率刻蝕方法，通過調(diào)節(jié)脈沖發(fā)生器的脈沖周期及占空比就可以達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)粒子密度和離子能量的目的，使得關(guān)鍵尺寸本身及其均勻性都能得到連續(xù)的精確控制，這將對28nm刻蝕工藝甚至28nm以下刻蝕工藝中關(guān)鍵尺寸的精確控制提供有力的幫助。
【專利附圖】

【附圖說明】[0043]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯:
[0044]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的一種雙頻刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖2為現(xiàn)有技術(shù)的另一種雙頻刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實(shí)施方式】的，本發(fā)明的一種雙射頻脈沖等離子體的刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實(shí)施方式】的，本發(fā)明中的偏置射頻功率源模塊的模塊連接示意圖；以及
[0048]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實(shí)施方式】的，實(shí)施本發(fā)明的一種雙射頻脈沖等離子體的刻蝕方法時(shí)，兩種低頻頻率的脈沖波形示意圖。
[0049]附圖標(biāo)記
[0050]I’刻蝕腔
[0051]2’上電極
[0052]3’下電極
[0053]4’ 硅片
[0054]5’ 進(jìn)氣口
[0055]6’ 排氣口
[0056]I刻蝕腔
[0057]2上電極
[0058]3下電極
[0059]4 硅片
[0060]5 進(jìn)氣 口
[0061]6 排氣口
【具體實(shí)施方式】
[0062]本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)以及上述實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)變化例，在此不予贅述。這樣的變化例并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，在此不予贅述。
[0063]為了克服低頻頻率過高影響粒子密度分布，而低頻頻率過低轟擊效果太強(qiáng)，難易精細(xì)控制的難題，本發(fā)明提供了一種用于等離子體處理腔室的雙射頻脈沖的控制方法，所述等離子體處理腔室具有上電極和下電極，通過源射頻功率和偏置射頻功率共同進(jìn)行制程，所述腔室中放置有基片，所述下電極分別連接有源射頻功率源和偏置射頻功率源，所述偏置射頻功率源以脈沖的方式輸出偏置功率，所述偏置射頻功率源交替輸出第一低頻頻率和第二低頻頻率的兩種脈沖信號進(jìn)行制程，所述第一低頻頻率和第二低頻頻率的脈沖信號的頻率相同且相位相反。
[0064]實(shí)施該方法中，下電極以第一低頻頻率以及第二低頻頻率交替進(jìn)行刻蝕，第一低頻頻率的頻率范圍是12.8至14.3MHzο第二低頻頻率的頻率范圍是1.8至2.3MH或者360至 440KHz。
[0065]優(yōu)選的第一低頻頻率為13MHz，優(yōu)選的第二低頻頻率為2MHz。
[0066]所述脈沖信號的頻率為50Hz至IOOkHz。[0067]源功率的頻率為40MHz、60MHzUOOMHz及120MHz中的一種，優(yōu)選的源功率頻率的頻率為60MHz。
[0068]第一低頻頻率的占空比為10%至90%，優(yōu)選的占空比為50%。
[0069]本發(fā)明中，采用在源功率的頻率在60Mhz連續(xù)輸出的狀態(tài)下，交替使用13MHz和2MHz的低頻射頻信號進(jìn)行刻蝕制程，以便精細(xì)控制晶片表面的離子密度和離子能量，使得關(guān)鍵尺寸本身及其均勻性都能得到連續(xù)的精確控制。
[0070]通常，在具有金屬硬掩膜的低介電材料四合一刻蝕工藝中，容易出現(xiàn)的問題是:在刻蝕過程中，
[0071](I)金屬硬掩膜被化學(xué)腐蝕或物理轟擊之后的副產(chǎn)物沉積在溝槽底部形成微掩膜，從而阻礙了溝槽內(nèi)低介電材料的均勻刻蝕，最終形成不平整、粗糙的底部形貌，進(jìn)而影響芯片的電性。
[0072](2)過強(qiáng)的離子轟擊會使金屬通孔底部的銅(Cu)過早暴露出來，形成“微笑曲線(Smiling Curve) ”，對后續(xù)工藝及電性測量產(chǎn)生不良影響。
[0073](3)金屬硬掩膜被化學(xué)腐蝕或物理轟擊之后金屬溝槽的邊緣平整度(LER)會受到影響。因此，在刻蝕過程中，總的射頻功率不宜太高，并且偏置頻率的選擇及源頻率和偏置頻率的功率比例也會影響到刻蝕制程結(jié)果。
[0074]如果偏置頻率太低(比如2MHz)，即使所使用的功率很低，等離子體的離子濃度不足而離子能量仍然較高，則容易出現(xiàn)前述(2)和(3)的狀況。
[0075]而如果偏置頻率太高(比如13MHz)，則偏置頻率對離子濃度貢獻(xiàn)過大，金屬硬掩膜自身的刻蝕速率過大，也容易出現(xiàn)前述(3)中提到的腐蝕或物理轟擊之后金屬溝槽的邊緣平整度會受到影響。并且，刻蝕中整個晶片的刻蝕速率均勻度也強(qiáng)烈地受到所選偏置頻率及其功率的影響。
[0076]本發(fā)明的雙射頻脈沖等離子體的刻蝕方法，采用脈沖方式將低頻頻率較高的和較低的偏置頻率的優(yōu)點(diǎn)整合在一起，即可實(shí)現(xiàn)自由控制離子能量和離子濃度的分配，得到所需的刻蝕形貌。
[0077]顯然，本發(fā)明的雙射頻脈沖等離子體的刻蝕方法，交替使用兩種低頻頻率進(jìn)行刻蝕制程，同時(shí)減弱低頻偏置頻率太低和偏置頻率太高兩種方法的不利因素，緩解了等離子體的離子濃度不足而離子能量仍然較高，以及對離子濃度貢獻(xiàn)過大，金屬硬掩膜自身的刻蝕速率過大的問題。明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)中下電極的偏置頻率單獨(dú)使用13MHz或2MHz進(jìn)行刻蝕制程的方法，避免了這兩種方法各自的缺陷，以便精細(xì)控制晶片表面的離子密度和離子能量，使得關(guān)鍵尺寸本身及其均勻性都能得到連續(xù)的精確控制。
[0078]而且，本發(fā)明的下電極通過兩種低頻頻率交替進(jìn)行刻蝕的方法，可以應(yīng)用到任何現(xiàn)有的射頻脈沖等離子體刻蝕方法中。本發(fā)明還提供了一種刻蝕方法，包括以下步驟:
[0079]在襯底上依次形成刻蝕停止層、電介質(zhì)層、硬掩膜層以及底部抗反射層。
[0080]在底部抗反射層上形成光刻膠的刻蝕圖案。
[0081]采用上述的雙射頻脈沖等離子體的刻蝕方法刻蝕底部抗反射層和硬掩膜層。以及
[0082]進(jìn)行后續(xù)制程。
[0083]顯然，該方法同樣可對等離子體產(chǎn)生的離子密度和離子能量進(jìn)行連續(xù)的有效控制，提高刻蝕工藝的均勻性，增加其工藝窗口。這里的工藝窗口是指工藝從“刻蝕”到“刻蝕停止(即沉積速率大于刻蝕速率)”的工藝參數(shù)范圍。
[0084]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實(shí)施方式】的，本發(fā)明的一種雙射頻脈沖等離子體的刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，本發(fā)明的一種雙射頻脈沖等離子體的刻蝕裝置，包括一個刻蝕腔1，刻蝕腔I的上部和下部分別設(shè)有一進(jìn)氣口 5和一排氣口 6?？涛g腔I內(nèi)上部設(shè)置一上電極2，下部設(shè)置一承載硅片4的下電極3。下電極3通過一匹配電路連接一偏置射頻功率源模塊，且所述偏置射頻功率源模塊中的選頻電路并聯(lián)一源功率模塊。偏置射頻功率源模塊為變頻功率源，以至少兩種偏置功率的低頻頻率交替進(jìn)行刻蝕。其中，偏置射頻功率源模塊為兩種偏置功率的低頻頻率交替呈現(xiàn)的變頻功率源模塊。第一低頻頻率的頻率范圍是12.8至14.3MHz。第二低頻頻率的頻率范圍是1.8至2.3MHz或者360至440KHz。所述源功率模塊的頻率為40MHz、60MHzUOOMHz及120MHz中的一種。
[0085]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實(shí)施方式】的，本發(fā)明中的偏置射頻功率源模塊的模塊連接示意圖。如圖4所示，本發(fā)明中的偏置射頻功率源模塊包括依次串聯(lián)連接的脈沖信號源、射頻偏壓發(fā)生電路以及選頻電路，所述偏置射頻功率源模塊為變頻功率源，用于交替地輸出第一低頻頻率和第二低頻頻率的偏置功率。所述第一低頻頻率的頻率范圍是12.8至14.3MHz。所述第二低頻頻率的頻率范圍是1.8至2.3MHz?；蛘?，所述第一低頻頻率的頻率范圍是12.8至14.3MHzο所述第二低頻頻率的頻率范圍是360至440KHz。
[0086]所述射頻偏壓發(fā)生電路包括第一低頻射頻偏壓發(fā)生器和第二低頻射頻偏壓發(fā)生器，所述第一低頻射頻偏壓發(fā)生器的一端與所述脈沖信號源相連，另一端連至所述選頻電路。所述第二低頻射頻偏壓發(fā)生器的一端經(jīng)一非門與所述脈沖信號源相連，另一端連至所述選頻電路。
[0087]所述選頻電路包括第一偏置射頻通路和第二偏置射頻通路，所述第一偏置射頻通路僅通過經(jīng)過第一低頻偏壓發(fā)生器的脈沖信號，所述第二偏置射頻通路僅通過經(jīng)過第二低頻偏壓發(fā)生器的脈沖信號。
[0088]所述匹配電路包括第一匹配電路、第二匹配電路和第三匹配電路，所述第一匹配電路僅通過經(jīng)過第一偏置射頻通路的脈沖信號，所述第二匹配電路僅通過經(jīng)過第二偏置射頻通路的脈沖信號，所述第三匹配電路僅通過經(jīng)過源功率模塊的信號。
[0089]其中，第一低頻頻率的占空比為10%至90%，優(yōu)選的占空比為50%。源功率頻率的頻率為 40MHz、60MHz、100MHz 及 120MHz 中的一種。
[0090]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實(shí)施方式】的，實(shí)施本發(fā)明中的一種雙射頻脈沖等離子體的刻蝕方法中的兩種低頻頻率的脈沖波形示意圖。如圖5所示，Tw為脈沖寬度，Ts為脈沖周期。顯而易見，在一個脈沖周期內(nèi)，由于第二低頻射頻偏壓發(fā)生器前端的非門的作用，第一低頻頻率與第二低頻頻率形成反向脈沖，使得第一低頻頻率與第二低頻頻率交替作用于刻蝕腔的下電極，輪流參與對晶片進(jìn)行刻蝕。而且還可以通過調(diào)節(jié)脈沖發(fā)生器的脈沖周期及占空比就可以達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)粒子密度和離子能量的目的。本發(fā)明中，采用源頻率在60Mhz連續(xù)輸出的狀態(tài)下，交替使用13MHz和2MHz的低頻射頻信號，以便精細(xì)控制晶片表面的離子密度和離子能量，使得關(guān)鍵尺寸本身及其均勻性都能得到連續(xù)的精確控制。
[0091]實(shí)施例1
[0092]繼續(xù)參考圖3和4，本實(shí)施例中，采用連續(xù)的60MHz源頻率信號與脈沖式的13MHz/2MHz低頻信號的雙頻等離子體技術(shù)進(jìn)行刻蝕制程。脈沖信號則由一個脈沖發(fā)生器產(chǎn)生，直接接入13MHz或2MHz射頻發(fā)生器，并通過一個非門接入另一低頻發(fā)生器以控制低頻射頻的頻率和開關(guān)使得13MHz和2MHz的脈沖相位相反。
[0093]脈沖式的低頻信號由兩臺13MHz和2MHz的單頻信號源分別產(chǎn)生，通過一個選頻電路進(jìn)入到一個匹配電路，受到非門以及選頻電路的作用，13MHz和2MHz交替輸入到下電極3。
[0094]繼續(xù)參考圖5，13MHz脈沖的占空比為50%，即13MHz信號和2MHz信號脈沖寬度相等地交替進(jìn)行刻蝕。通過射頻功率源的兩種低頻頻率相互替換的，輪流采用13MHz或2MHz進(jìn)行刻蝕，緩解了等離子體的離子濃度不足而離子能量仍然較高，以及對離子濃度貢獻(xiàn)過大，金屬硬掩膜自身的刻蝕速率過大的問題。
[0095]尤其是，本發(fā)明的雙射頻脈沖等離子體的刻蝕方法克服了等離子體刻蝕工藝的核心問題:就是在提高刻蝕速率的同時(shí)，又能保證刻蝕過程具有較高的均勻性、較高的各向異性以及較低的輻照損傷。
[0096]而且，本發(fā)明通過調(diào)節(jié)脈沖發(fā)生器的脈沖周期及占空比就可以達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)粒子密度和離子能量的目的。這將對28nm刻蝕工藝甚至28nm以下刻蝕工藝中關(guān)鍵尺寸的精確控制提供有力的幫助。
[0097]當(dāng)然，實(shí)際使用時(shí)，本發(fā)明的一種雙射頻脈沖等離子體的刻蝕方法以及刻蝕裝置中的第一低頻頻率會在12.8至14.3MHz的頻率范圍內(nèi)自適應(yīng)變化，不限于13MHz。而所述第二低頻頻率會在360至440KHz或者1.8至2.3MHz的頻率范圍內(nèi)自適應(yīng)變化，同樣不限于 2MHz。
[0098]綜上可知，本發(fā)明的雙射頻脈沖等離子體的刻蝕方法及其刻蝕裝置通過源功率頻率以及兩種低頻頻率相互交替的雙頻等離子體技術(shù)進(jìn)行刻蝕制程，巧妙結(jié)合兩種低頻頻率刻蝕方法，通過調(diào)節(jié)脈沖發(fā)生器的脈沖周期及占空比就可以達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)粒子密度和離子能量的目的，使得關(guān)鍵尺寸本身及其均勻性都能得到連續(xù)的精確控制，這將對28nm刻蝕工藝甚至28nm以下刻蝕工藝中關(guān)鍵尺寸的精確控制提供有力的幫助。
[0099]以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種用于等離子體處理腔室的雙射頻脈沖的控制方法，所述等離子體處理腔室具有上電極和下電極，通過源射頻功率和偏置射頻功率共同進(jìn)行制程，所述腔室中放置有基片，所述下電極分別連接有源射頻功率源和偏置射頻功率源，其特征在于: 所述偏置射頻功率源以脈沖的方式輸出偏置功率，所述偏置射頻功率源交替輸出第一低頻頻率和第二低頻頻率的兩種脈沖信號進(jìn)行制程，所述第一低頻頻率和第二低頻頻率的脈沖信號的頻率相同且相位相反。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙射頻脈沖等離子體的刻蝕方法，其特征在于:所述第一低頻頻率的頻率范圍是12.8至14.3MHz ;所述第二低頻頻率的頻率范圍是1.8至2.3MHz。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙射頻脈沖等離子體的刻蝕方法，其特征在于:所述第一低頻頻率的頻率范圍是12.8至14.3MHz ;所述第二低頻頻率的頻率范圍是360至440KHz。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的雙射頻脈沖等離子體的刻蝕方法，其特征在于:所述脈沖信號的頻率為50Hz至IOOkHz。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙射頻脈沖等離子體的刻蝕方法，其特征在于:所述源功率的頻率為 40MHz、60MHz、100MHz 及 120MHz 中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙射頻脈沖等離子體的刻蝕方法，其特征在于:所述第一低頻頻率的占空比為10%至90%。
7.一種刻蝕方法，其特征在于，包括以下步驟: 在襯底上依次形成刻蝕停止層、電介質(zhì)層、硬掩膜層以及底部抗反射層； 在所述底部抗反射層上形成光刻膠的刻蝕圖案； 采用如權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的雙射頻脈沖等離子體的刻蝕方法刻蝕底部抗反射層和硬掩膜層；以及 進(jìn)行后續(xù)制程。
8.一種用于等離子體處理腔室的偏置射頻功率源模塊，所述偏置射頻功率源模塊包括依次串聯(lián)連接的脈沖信號源、射頻偏壓發(fā)生電路以及選頻電路，其特征在于:所述偏置射頻功率源模塊為變頻功率源，用于交替地輸出第一低頻頻率和第二低頻頻率的偏置功率。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的偏置射頻功率源模塊，其特征在于:所述第一低頻頻率的頻率范圍是12.8至14.3MHz ;所述第二低頻頻率的頻率范圍是1.8至2.3MHz。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的偏置射頻功率源模塊，其特征在于:所述第一低頻頻率的頻率范圍是12.8至14.3MHz ;所述第二低頻頻率的頻率范圍是360至440KHz。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的偏置射頻功率源模塊，其特征在于:所述射頻偏壓發(fā)生電路包括第一低頻射頻偏壓發(fā)生器和第二低頻射頻偏壓發(fā)生器，所述第一低頻射頻偏壓發(fā)生器的一端與所述脈沖信號源相連，另一端連至所述選頻電路；所述第二低頻射頻偏壓發(fā)生器的一端經(jīng)一非門與所述脈沖信號源相連，另一端連至所述選頻電路。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的偏置射頻功率源模塊，其特征在于:所述選頻電路包括第一偏置射頻通路和第二偏置射頻通路，所述第一偏置射頻通路僅通過經(jīng)過第一低頻偏壓發(fā)生器的脈沖信號，所述第二偏置射頻通路僅通過經(jīng)過第二低頻偏壓發(fā)生器的脈沖信號。
13.—種雙射頻脈沖等離子體的刻蝕裝置，包括一個刻蝕腔(I)，所述刻蝕腔(I)內(nèi)上部設(shè)置一上電極(2)，下部設(shè)置一承載硅片(4)的下電極(3)，其特征在于:包括一如權(quán)利要求8至12中任意一項(xiàng)所述的偏置射頻功率源模塊、一匹配電路以及一與所述偏置射頻功率源模塊中的選頻電路并聯(lián)一源功率模塊，所述匹配電路的一端連接所述偏置射頻功率源模塊，另一端連接所述下電極(3)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的偏置射頻功率源模塊，其特征在于:所述匹配電路包括第一匹配電路、第二匹配電路和第三匹配電路，所述第一匹配電路僅通過經(jīng)過第一偏置射頻通路的脈沖信號，所述第二匹配電路僅通過經(jīng)過第二偏置射頻通路的脈沖信號，所述第三匹配電路僅通過經(jīng)過源功率模塊的信號。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的偏置射頻功率源模塊，其特征在于:所述源功率模塊的頻率為 40MHz、 60MHz、100MHz 及 120MHz 中的一種。
【文檔編號】B81C1/00GK103915308SQ201210594588
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月31日
【發(fā)明者】杜若昕, 梁潔, 王兆祥, 蘇興才 申請人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司