一种减少基片材料受高能离子轰击损伤的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种减少基片材料受高能离子轰击损伤的方法，属于等离子体刻蚀领域。
【背景技术】
[0002]等离子体刻蚀是采用射频放电使腔室的反应性气体产生解或者电离，产生活性粒子，如原子、离子或者自由基团，这些粒子扩散到基片的刻蚀部位，与基片的材料进行反应，在基片上得到需要获得的图案。等离子体刻蚀因其具有刻蚀速率快，刻蚀图案良好等优势被广泛的应用于材料的处理过程中。
[0003]目前，低温等离子体加工技术是半导体生产中非常重要的一部分，特别是在超大规模集成电路的制造工艺中，有将近三分之一的工序是需要借助等离子体技术来完成，如等离子体薄膜沉积、等离子体刻蚀以及等离子体灰化基片掩膜等等。其中等离子体刻蚀需要用到等离子体中带电粒子，如电子、正离子和负离子。在刻蚀过程中，尤其是在线宽22nm及以下的刻蚀工艺中，刻蚀沟槽的深宽比越来越大。并且在刻蚀过程中，为了让带点粒子能够深入到刻蚀沟槽的底部与材料进行反应，需要在基片台上加上一定的偏置电压吸引带电粒子轰击到基片材料上。
[0004]连续波射频功率源是常用的施加在基片台射频电压的一种方式。连续波射频偏置电压在基片表面形成的偏压鞘层能够有效的将主等离子体区中的带电粒子吸引到材料的表面和刻蚀沟槽的内部，使其和刻蚀材料进行反应。但是同时会在刻蚀沟槽的侧壁和底部不同程度的附着上电荷，这些电荷在局部可能会形成较强的电场，这些电场会导致后续的离子轰击到沟槽中时不再是垂直入射，而是在这些电场的作用下发生偏转，从而造成刻蚀形貌的变形。尤其是沉积在沟槽底部的带电粒子，会造成沟槽底部出现底侧切或者旁刻，这些情况严重影响器件的性能，甚至使得刻蚀的器件直接报废。
[0005]脉冲调制基片偏置射频功率源是为了减少电荷在刻蚀过程中沉积的有效手段。因为，在脉冲调制后的基片偏置射频电压在后辉光期基片偏压鞘层很薄，甚至是直接塌缩消失，这样等离子体中的带电粒子就会直接轰击到材料的表面甚至是沟槽的底部中和在材料表面和沟槽中积累的电荷。使得在下一个脉冲辉光阶段能够继续进行材料的刻蚀过程。但是一般的脉冲调制基片偏置射频功率源的脉冲信号是将脉冲上升沿很小(小于5ns)的脉冲信号对源进行调制，脉冲调制后的基片偏置射频功率具有很小的上升沿，因此突然耦合到基片台上的功率会加诸在基片台上方的离子上，使其具有很高的离子能量，这些高能离子轰击在基片上会导致基片台上材料的损伤。由于随着刻蚀线宽越来越窄，在小于22nm及以下的线宽沟槽刻蚀过程中，材料基底的氧化物厚度仅有十几个纳米甚至是几个纳米，因此如此高能量的离子会直接导致氧化物的损伤甚至是击穿，从而导致刻蚀材料的损伤甚至是报废。
[0006]鉴于此，提供一种能够使得在脉冲调制基片偏置射频功率源后减少高能离子轰击基片材料造成损伤的方法显的尤为重要。
【发明内容】
[0007]针对现有方法中的缺陷，本发明提供一种减少基片材料受高能离子轰击损伤的方法。这种方法应解决了在深硅刻蚀领域，脉冲调制基片偏置功率后不能兼具减少刻蚀形貌变形和减少高能离子造成的材料损伤两方面的优点，使得在刻蚀过程中能够精确地控制材料的刻蚀形貌和保存材料的安全性。
[0008]本发明采用的技术方案是:一种减少基片材料受高能离子轰击损伤的方法，等离子体放电腔室具有线圈射频功率源信号和基片偏置射频功率源信号，通过改变基片偏置射频功率源信号的脉冲调制信号的上升沿，减少在基片材料刻蚀过程中脉冲调制偏置射频功率源初期产生的高能离子对基片上材料的损伤，所述方法包括如下步骤:
(a)产生一个脉冲上升沿的时间为t的脉冲信号，t小于DXT且大于零，其中D为脉冲的占空比，T为整个脉冲的周期；
(b)使用步骤(a)产生的脉冲信号调制基片偏置射频功率源的功率，使调制后的基片偏置射频功率源信号具有t的上升时间；
其中基片偏置射频功率源信号的射频频率为2MHz至60MHz，脉冲信号的频率范围是100 Hz至100 kHz，脉冲信号的占空比是10%至95%。
[0009]所述线圈射频功率源信号的频率为12 MHz至14 MMHz0
[0010]所述线圈射频功率源信号被频率为100 Hz至100 KHz的方波脉冲信号调制，调制后的线圈射频源功率信号与所述基片偏置射频功率源信号同步或者不同步。
[0011]所述线圈射频功率源信号的脉冲调制信号，其脉冲频率和所述基片偏置射频功率源信号的脉冲调制信号的频率相同或者小于所述基片偏置射频功率源信号的脉冲调制信号频率或者大于所述基片偏置射频功率源信号的脉冲频率。
[0012]本发明的有益效果是:这种减少基片材料受高能离子轰击损伤的方法，等离子体放电腔室具有线圈射频功率源信号和基片偏置射频功率源信号，通过改变基片偏置射频功率源信号的脉冲调制信号的上升沿，减少在基片材料刻蚀过程中脉冲调制偏置射频功率源初期产生的高能离子对基片上材料的损伤。这种方法解决了在深硅刻蚀领域，脉冲调制基片偏置功率后不能兼具减少刻蚀形貌变形和减少高能离子造成的材料损伤两方面的优点，使得在刻蚀过程中能够精确地控制材料的刻蚀形貌和保存材料的安全性。
【附图说明】
[0013]图1是一种脉冲调制基片偏置射频功率源的功率施加方式。
[0014]图2是另一种脉冲调制基片偏置射频功率源的功率施加方式。
[0015]图3是一种线圈射频功率源连续波形和基片偏置射频功率源进行脉冲调制的波形示意图。
[0016]图4是一种线圈射频功率源和基片偏置射频功率源同时进行脉冲调制的波形示意图。
[0017]图中:1、等离子体放电腔室，2、放电线圈，3、石英窗，4、基片台，5、进气口，6、抽气口，7、线圈射频功率源信号，8、基片偏置射频功率源信号，9、基片偏置射频功率源脉冲调制信号，10、调制后的基片偏置射频功率源射频信号，11、线圈射频功率源脉冲调制源信号，12、调制后的线圈射频功率源射频信号，t、脉冲信号的上升沿，T、脉冲的周期，Φ为9和11两信号之间的相位差。
【具体实施方式】
[0018]图1是一种脉冲调制基片偏置射频功率源的功率施加方式。其中包含了等离子体放电腔室1，放电线圈2，石英窗3，基片台4，进气口 5和出气口 6 ;还包含了施加于放电线圈2上的射频功率源A和放置于射频功率源A和放电线圈2