[发明专利]产生脉冲等离子体的方法及其等离子体设备

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种产生脉冲等离子体的方法及其等离子体设备。

背景技术

目前，随着电子技术的高速发展，人们对集成电路的集成度要求越来越高，这就要求生产集成电路的企业不断提高半导体晶片的加工能力。等离子体装置广泛地被应用于制造集成电路(IC)或MEMS器件的制造工艺中。因此，适用于刻蚀、沉积或其他工艺的等离子体发生设备的研发对于半导体制造工艺和设施的发展来说是至关重要的。在用于半导体制造工艺的等离子体设备的研发中，最重要的因素是增大对衬底的加工能力，以便提高产率，以及执行用于制造高度集成器件工艺的能力。

在传统半导体制造工艺中已经使用各种类型的等离子体设备，例如，电容耦合等离子体(CCP)类型，电感耦合等离子体(ICP)类型以及表面波或电子回旋共振等离子体(ECR)等类型。利用电容耦合方式产生的等离子体，其结构简单，造价低，容易产生大面积均匀分布的等离子体，适用于介质等类型膜的刻蚀。表面波或电子回旋共振等离子尽管可以在较低的工作气压下获得密度较高的等离子体，需要微波管，ECR则需要引入外磁场，造价相对较高。现今采用比较广泛的用于等离子体刻蚀设备的激发等离子体方式为电感耦合等离子体，这种方式可以在较低工作气压下获得高密度的等离子体，而且结构简单，造价低，同时可以对产生等离子体的射频源(决定等离子体密度)与基片台射频源(决定入射到晶片上的粒子能量)独立控制，适用于金属和半导体等材料的刻蚀。目前各种类型等离子体源均在半导体工业中有应用。

传统的等离子体设备采用的等离子体源的波形为正弦连续波，如图1所示的电感耦合等离子体装置，此装置一般包括反应腔室1、静电卡盘2、电感耦合线圈3、第一阻抗匹配器4、第一射频电源5、第二阻抗匹配器6、第二射频电源7，电感耦合线圈3位于反应腔室1上方的介质窗口8上方，且电感耦合线圈3通过第一阻抗匹配器4与第一射频电源5电连接，静电卡盘2通过第二阻抗匹配器6与第二射频电源7电连接，静电卡盘2上安装晶片9。

当刻蚀工艺的特征尺度到20nm及以下时，采用连续波的等离子体进行刻蚀工艺时会对器件造成损伤，影响器件的电学性能，这种损伤称为等离子体诱导损伤(PID)，主要产生的原因包括：(1)由于高能离子轰击晶片引起的表面物理损伤；(2)光子辐射轰击晶片引起的损伤；(3)等离子体非均匀性引起的损伤：等离子体不均匀→晶片上的表面势不均匀→流到栅极氧化物上的电流不均匀→损伤或岛结构的局域电荷→破坏离子的轨迹和刻蚀剖面；(4)电荷分布的不均匀性引起的损伤：各向同性的电子在高深宽比沟槽的顶部积累负电荷，定向的离子在沟槽的底部积累正电荷，这样也会导致PID的产生。

目前通常采用解决PID的方案是对射频电源进行脉冲调制，如采用的第一射频电源5和第二射频电源7均为脉冲射频电源，或其中的一个电源是脉冲调制射频电源。如图2所示，目前采用的脉冲调制射频电源采用开关(ON/OFF)模式，其中脉冲开启(ON)的时间为T₁，脉冲关闭(OFF)的时间为T₂，脉冲周期T＝T₁+T₂，通过改变脉冲参数T₁、T₂以及T₁阶段的射频功率来实现对等离子体参数的调节。现有技术的这种方法也存在缺点，如图2所示，在脉冲调制射频电源的脉冲ON阶段，电子密度快速上升并到达稳定，维持等离子体放电；脉冲调制射频电源的脉冲OFF时，电子密度迅速下降，等离子体淹没不能维持放电。因此目前利用脉冲调制射频电源的方法来产生等离子体时遇到的比较大的挑战是在脉冲周期内等离子体状态不稳定，同时会造成脉冲射频阻抗匹配非常困难；同时在等离子体湮灭期间容易形成尘埃等颗粒，对工 艺过程及晶片处理的良率有较大影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种产生脉冲等离子体的方法及其等离子体设备，该方法使得在脉冲周期内等离子体状态稳定，从而使得脉冲射频阻抗匹配非常容易，减少等离子体诱导损伤，大大提高了工艺过程及晶片处理的良品率。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种产生脉冲等离子体的方法，通过脉冲电源向反应腔室输出功率,以产生脉冲等离子体,所述方法包括以下步骤：

所述脉冲电源输出第一脉冲信号，所述第一脉冲信号的功率为P₁，持续时间为T₁；