[发明专利]等离子体刻蚀装置及栅极的刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种等离子体刻蚀装置 及栅极的刻蚀方法。

背景技术

在半导体集成电路制造工艺中，通过一系列的沉积、光刻、刻蚀、 平坦化等工艺在半导体衬底上形成半导体结构。其中，光刻工艺用于形 成掩膜图案，定义待刻蚀区域；而刻蚀工艺用于将光刻定义的图案转移 到材料层中，在材料层中形成剖面结构。等离子体刻蚀即为常用的一种 刻蚀工艺。等离子体刻蚀工艺中，以适当的气体作为刻蚀气体，通过能 量源例如射频源激励刻蚀气体形成等离子体，然后用所述等离子体刻蚀 没有光刻掩膜的区域，即可在材料层中形成所需要的图形。

图1为现有的一种等离子体刻蚀装置的基本原理图。如图1所示， 所述刻蚀装置包括工艺腔壁10、位于工艺腔壁10顶部的射频电极14(也 称为上电极)、与所述射频电极14电连接的激励射频电源18、位于所 述工艺腔壁10顶部中央并穿过该顶部的刻蚀气体喷嘴16、位于所述工 艺腔壁10形成的工艺腔的内部的、与所述射频电极14相对放置的静电 卡盘12(又称为下电极)。所述静电卡盘12用于放置待加工的加工件 20(例如半导体衬底或半导体结构或半导体晶片)。此外，所述静电卡 盘12也可以与偏置射频电源电连接。

工作时，将加工件20置于所述静电卡盘12上，然后通过喷嘴16向 工艺腔中喷入刻蚀气体，激励射频电源18向所述射频电极14输入射频 功率(称为激励射频)，并通过所述的射频电极14将激励射频施加到 所述工艺腔中的刻蚀气体中，激励刻蚀气体电离，形成等离子体。通过 等离子体的物理轰击和化学反应对加工件20进行刻蚀加工。

刻蚀速率和刻蚀选择比是等离子体刻蚀装置的两个重要技术指标。 刻蚀速率是指等离子体刻蚀装置单位时间内刻蚀某种材料(膜层)的速 率；刻蚀选择比是指等离子体刻蚀装置刻蚀两种材料(膜层)的刻蚀速 率的比值。增加刻蚀速率能够提高产率；增加选择比能够在刻蚀当前材 料(膜层)时，减少其他材料(膜层)的损失。因此，在实际应用中， 希望在高刻蚀选择比的情况下，拥有相对较高的刻蚀速率。

通过改变刻蚀剂的种类可以改变刻蚀选择比，改变等离子体的能量 可以改变刻蚀速率。而刻蚀能量的改变一般是通过调整激励射频的功率 来实现的；此外，也可以在如图1所示的静电卡盘12上施加偏置射频， 偏置射频用于提高等离子体的动能，加速将工艺腔中的等离子体施加于 加工件20的表面，从而提高刻蚀速率。

由于激励射频和偏置射频的射频功率输出的能量较高，使得等离子 体的能量较高，虽然可以获得较高的刻蚀速率，但是刻蚀选择比较低。

特别是随着半导体集成电路的关键尺寸的不断减小，在有些工艺步 骤中对刻蚀选择比的要求也越来越高；例如，栅极介质层的厚度不断减 小，栅极刻蚀工艺中需要刻蚀选择比越来越高。然而，上述的等离子体 刻蚀装置已经难以满足对刻蚀选择比更高要求的需要。

发明内容

本发明提供一种等离子体刻蚀装置，本发明的等离子体刻蚀装置在 刻蚀时可提供更高的刻蚀选择比。

本发明还提供一种栅极的刻蚀方法，本发明的方法可兼顾高刻蚀速 率和高刻蚀选择比。

本发明提供的一种等离子体刻蚀装置，包括具有第一电极、第二电 极的工艺腔、与所述第一电极电连接的激励射频电源和与所述第二电极 电连接的偏置射频电源；其中，所述第一电极和第二电极相对放置，所 述第一电极和第二电极之间为所述的工艺腔；所述激励射频电源用于向 所述第一电极输入激励射频功率；所述偏置射频电源用于向所述第二电 极输入偏置射频功率；

所述激励射频电源和/或偏置射频电源为间断起辉模式的射频电 源；其中，所述间断起辉模式为在单位射频周期的部分时间有功率输出 的起辉模式。

本发明还提供一种等离子体刻蚀装置，包括具有第一电极、第二电 极的工艺腔、与所述第一电极电连接的激励射频电源和与所述第二电极 电连接的偏置射频电源；其中，所述第一电极和第二电极相对放置，所 述第一电极和第二电极之间为所述的工艺腔；所述激励射频电源用于向 所述第一电极输入激励射频功率；所述偏置射频电源用于向所述第二电 极输入偏置射频功率；

所述激励射频电源和/或偏置射频电源为具有间断起辉模式和连续 起辉模式的射频电源；