[发明专利]一种改善等离子体刻蚀工艺的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件的制造领域，尤其涉及一种改善等离子体刻蚀工艺的技术领域。

背景技术

等离子体处理装置利用真空反应室的工作原理进行半导体基片和等离子平板的基片加工。真空反应室的工作原理是在真空反应室中通入含有适当刻蚀反应气体，然后再对该真空反应室进行射频能量输入，以激活反应气体，来点燃和维持等离子体，以便对基片表面的材料层进行刻蚀。在电容性等离子体反应器已经被广泛地用来加工半导体基片和显示器平板等，在电容性等离子体反应室内通常设置上下对应的上电极和下电极，通过在上下电极上进行射频能量输入，实现对等离子体的点燃和维持。

等离子体放电时通入的碳氟刻蚀反应气体会解离形成中性自由基及正离子等。而中性自由基如CF₂*等会聚合生成大分子的聚合物。这些聚合物会沉积在真空反应室腔体侧壁及上电极、待处理基片表面等。沉积在基片表面的碳氟聚合物会在正离子轰击下刻蚀氧化硅等电介质材料。而沉积在上电极及侧壁的聚合物会造成上电极变黑，当聚合物累积到一定程度时，可能会形成颗粒降落到基片表面，造成基片污染。因此传统的刻蚀反应腔体中上电极会通过外部热源加热，利用高温减少上电极表面的聚合物沉积，使更多的聚合物沉积在基片表面，增加基片刻蚀效率，减少污染颗粒来源。

另一方面，在刻蚀反应腔体中由于使用碳氟气体作为刻蚀气体，等离子体中具有高浓度高活性的的F离子,在较高的上电极温度下，上电极表面没有聚合物保护，而且上电极材料一般为含硅的材料，F离子会直接腐蚀上电极，严重损伤上电极及其他腔体部件的使用寿命。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种改善等离子体刻蚀工艺的方法，一种改善等离子体刻蚀工艺的方法，所述方法在一等离子体处理腔内进行，所述等离子体处理腔内包括一下电极，用于支撑待处理基片；所述下电极上方设置一上电极，所述上电极设有若干个气体通道，所述上电极连接一控温装置，用于动态调节所述上电极温度，所述方法包括下列步骤：

a)将反应气体注入等离子体处理腔内，所述反应气体包括碳氟气体，所述碳氟气体在所述上电极和所述下电极的作用下解离成自由基CFx和自由基F；

b)先调节上电极温度至第一温度，所述第一温度小于100℃，在此温度下等离子体处理腔内对基片的底部抗反射层进行刻蚀，同时，自由基CFx在所述上电极表面发生聚合物沉积反应；

c)再调节上电极温度至第二温度，所述第二温度大于80℃，在此温度下等离子体处理腔内对基片的电介质层进行刻蚀，同时，自由基F对所述上电极表面和上电极表面沉积的聚合物进行化学腐蚀反应。

在同一工艺条件下，所述第二温度高于所述第一温度。所述的第二温度与第一温度温差大于20℃。

进一步的，所述待处理基片依次为光刻胶层、底部抗反射层、电介质层和基底。

进一步的，所述待处理基片的电介质层厚度大于底部抗反射层。

所述上电极表面会同时发生自由基CFx聚合物的沉积和自由基F对电极表面的化学腐蚀及对碳氟聚合物的腐蚀两种化学过程，在不同的上电极温度下，两种化学过程的速率不同,所述沉积反应速率随着上电极温度的升高而降低，所述腐蚀反应速率随着上电极温度的升高而升高。

所述上电极连接的控温装置包括一加热部件，所述加热部件材质为金属材质，内部设置有加热丝。

所述的控温装置包括一热交换器，所述热交换器内填充热交换液，用于冷却或者加热所述上电极。

所述的反应气体还包括氧气。

所述等离子体反应腔内压力在100毫托-200毫托之间。