[发明专利]一种等离子体刻蚀工艺的处理装置及方法

说明书

本发明公开了一种等离子体刻蚀工艺的处理方法，该方法包括交替循环的沉积和刻蚀工艺子过程，在每个子过程进行中，时间控制模块控制第一输气管路、第二输气管路、抽气管路的启闭，使该子过程的气体输送到工艺腔内，同时检测模块的检测单元检测工艺腔内气体浓度所形成的特征值，通过特征值确定气体的种类和浓度，检测模块的切换单元判断所述特征值是否达到预定的阈值，如果达到预定的阈值，则切换偏压电源输出满足该子过程的偏压功率。本发明还公开了一种等离子体刻蚀工艺的处理装置。本发明提高了整个工艺的稳定性和控制性，得到更小的倾斜角度。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种用于补偿气体输送和偏压功率快速切换时不同步的等离子体刻蚀工艺的处理装置及方法，其中，该等离子体刻蚀工艺包括两个相互交替循环执行的沉积和刻蚀工艺子过程。

背景技术

近年来，汽车电子、航空航天、通讯、计算机等领域对微电子技术要求提高，要求其更趋向于小型化、超轻超薄、性能可靠、功耗低、多功能和低成本方向发展，从而对刻蚀工艺的要求越来越高。

刻蚀工艺包括干法刻蚀和湿法刻蚀。干法刻蚀常采用的为等离子体刻蚀工艺。等离子体是指被电离的气体，主要由电子、离子、原子、分子或自由基等粒子组成的集合体。等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反应，使反应气体激活成活性离子，如原子或游离基，这些活性离子扩散到许可时的部位，在哪里与被刻蚀材料反应，形成挥发性反应物而被去除。

等离子体刻蚀工艺已成为半导体未加工领域的一个重要技术，并且随着对刻蚀工艺的要求越来越高，循环刻蚀成为一大趋势，比如用于硅通孔刻蚀工艺。硅通孔刻蚀工艺是一种采用等离子体干法刻蚀的深硅刻蚀工艺，深硅刻蚀工艺一般采用博士(Bosch)工艺。Bosch工艺是一种改进的等离子体刻蚀工艺。Bosch工艺是在反应离子刻蚀过程中，反复在侧壁上沉积抗蚀层和钝化侧壁，在保护侧壁的条件下，形成高深宽比的沟槽。在沉积过程中，含碳氟等离子体气体通入反应腔中，能够形成氟化碳类高分子聚合物，沉积在侧壁上和底部，起到侧壁钝化的作用。在刻蚀过程中，含氟的气体进入反应腔中，形成等离子体，由于各向异性刻蚀，将底部的保护膜去除，并进一步刻蚀槽底部，而侧壁上的聚合物保护膜在消失殆尽之前又堆积一层保护膜，反复交替进行这一过程，从而实现高深宽比的刻蚀。

Bosch工艺使用SF₆作为刻蚀气体，C₄F₈作为沉积气体。在高深宽比刻蚀中，为了得到更小的倾斜角度，一是通过减少Bosch工艺刻蚀和沉积的时间，并尽可能快地让流量达到预定的阈值，二是通过匹配不同的偏压功率，通SF₆气体时进行刻蚀时，需要配合使用高功率偏压电源，增加竖直方向的物理轰击；通C₄F₈气体时进行沉积时，需要配合低功率偏压电源，减少底部物理轰击。

等离子体光谱检测技术(OES)是目前使用最广泛的终点检测手段。其原理是利用检测等离子体中某种反应性化学基团或挥发性基团所发射波长的光强的变化，来实现终点检测。等离子体中的原子或分子被电子激发到激发态后，在返回到另一个能态时，伴随着这一过程所发射出来的光线。光线强度变化可以从反应腔室侧壁上的观测孔进行观测。不同原子或分子所激发的光波波长各不相同，光线强度的变化反应出等离子体中原子或分子浓度的变化。在预期的刻蚀终点处可检测到发射光谱的改变，就是检测到的刻蚀终点。根据被检测得到的光线强度变强或变弱的改变，从而对工艺步骤的终点实时监控。

通常的等离子体刻蚀工艺的处理装置中，利用等离子体光谱检测技术形成的等离子体光谱检测仪来进行终点检测，等离子体光谱检测仪通常包含上千个CCD单元的线性阵列，所监控的波长范围从200nm到1100nm，在等离子体光谱检测仪内，经光电转换、电信号的A/D转换及复杂的数字信号处理后得到数据，再将这些数据送到相应的应用软件处理后就可实时观测等离子体变化的等离子体光谱谱图。