[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

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。

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。

例如，在博世工艺中，利用时间控制模块控制沉积或刻蚀过程，利用等离子体光谱检测仪对工艺过程进行终点检测。在刻蚀或沉积过程交替进行过程中，由时间控制模块同时控制输气阀和偏压电源的开启，然而，由于射频功率切换和气体输送的延迟时间不同，分别为几百毫秒和0.4-0.8秒，较大的延迟时间差造成在射频电源开启和气体输送之间产生较大的异相位，由于气体进入到等离子腔中的浓度，不可能在开始就达到所要求的值，如果这时候施加了满足要求的偏压功率，则不能很好地形成所需的等离子体，导致沉积或刻蚀工艺子过程的工艺质量和稳定性下降，影响到整个工艺的质量和稳定性，比如对图案的刻蚀控制和ER控制等变得困难。

此外，在其他包含快速转换的循环刻蚀工艺中，也会存在气体输送和所施加的偏压电源切换不同步的现象。

因此，需要一种方法能够补偿循环刻蚀工艺中气体输送和偏压功率切换的不同步现象，从而促进气体输送和偏压功率切换达到同步，进一步提高整个工艺的稳定性和可控性。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种补偿循环等离子体刻蚀工艺中气体输送和射频功率在快速切换时不同步的装置及其方法，提高整个工艺的稳定性和可控性。