[发明专利]等离子体刻蚀系统的阻抗匹配方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种等离子体刻蚀系统的阻抗匹配方法。

背景技术

在半导体工艺中，等离子体气体相关的工艺在半导体器件的制作中的重要性越来越大，例如等离子体刻蚀工艺、反应离子刻蚀工艺等等。

双频等离子体刻蚀系统一般包括刻蚀腔室、偏置电源（bias power）和源电源（source power），所述源电源的频率较高比如13MHZ，27MHZ或者60Mhz以上，用于在反应腔内产生并维持等离子体同时用于控制等离子体的密度，所述偏置电源的频率较低，典型的如2Mhz的射频电源，用于控制等离子体的运动方向以及所携带的能量。所述偏置电源和源电源通过阻抗匹配器向反应腔内提供射频电源。

双频同步脉冲等离子刻蚀系统中，偏置电源和源电源需要同时工作在脉冲模式下。采用脉冲电源和连续功率电源相比，可以降低在产生等离子体的过程中可能出现的紫外线辐射、充电损伤、物理溅射等问题，在所述双频同步脉冲等离子体刻蚀系统中，整个系统在脉冲开启（pulse on）和脉冲关闭（pulse off）的过程中，反应腔内的等离子体的状态会发生变化，而导致源电源的输出阻抗和阻抗匹配器的输入阻抗不匹配，导致电源的供电效率降低。

可以通过调整源电源的频率或者阻抗匹配器内的匹配电容实现源电源的输出阻抗和阻抗匹配器的输入阻抗。现有技术中通过调整源电源的频率实现阻抗匹配的方法中，源电源的调频算法效率低，无法自动找到合适的匹配频率。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种等离子体刻蚀系统的阻抗匹配方法，提高阻抗匹配的效率。

为解决上述问题，本发明提供一种等离子体刻蚀系统的阻抗匹配方法，包括：提供等离子体刻蚀系统，所述等离子体刻蚀系统包括：阻抗匹配器，所述阻抗匹配器的输入端与源电源和偏置电源电连接，所述阻抗匹配器的输出端与反应腔电连接，所述阻抗匹配器和源电源的连接端与电压-电流探测器的一端电连接，所述电压-电流探测器另一端通过频率调整控制单元与源电源连接；源电源和偏置电源同时工作在连续功率模式下，调整源电源的频率使所述源电源阻抗与匹配器输入端阻抗匹配，获得第一匹配频率；将所述偏置电源转变为脉冲功率模式，所述脉冲功率模式包括脉冲开启状态和脉冲关闭状态，所述脉冲开启状态的功率与连续功率模式下的功率相同，所述脉冲关闭状态的功率小于所述脉冲开启状态的功率，将所述第一匹配频率作为偏置电源脉冲开启状态下的源电源的基准频率；在所述偏置电源由脉冲开启状态转变为脉冲关闭状态时，以所述基准频率为基准，增大或减小所述源电源的频率使所述源电源阻抗与匹配器输入端阻抗匹配，获得源电源的第二匹配频率。

可选的，调整源电源的频率的方法包括：所述电压-电流探测器获取源电源与阻抗匹配器连接短的输入电流和电压，通过所述电流和电压数据得到阻抗匹配器输入端的阻抗和功率反射系数，所述功率反射系数为反射功率和源电源输出功率的比值；将所述阻抗匹配器的输入端阻抗和功率反射系数反馈给频率调整控制器；所述频率调整控制器根据获取的输入阻抗值和功率反射系数调整源电源的频率。

可选的，所述频率调整控制单元通过阻抗匹配器的输入端阻抗的相位角的正弦值控制源电源频率调整的方向：若所述相位角的正弦值大于0，则降低源电源的频率；若所述相位角的正弦值小于0，则增大源电源的频率，当所述相位角的正弦值为0时，停止调频，此时源电源的频率第二匹配频率。

可选的，调整源电源频率的过程中，所述源电源单次降低或增大的频率的数值为一个频率步进，根据功率反射系数的大小调整频率步进的数值。

可选的，所述功率反射系数越大，则频率步进的数值越大。

可选的，所述功率反射系数大于0.25，所述频率步进的数值为100KHz。

可选的，所述频率步进的数值随着功率反射系数的减小而减小。

可选的，所述频率步进的数值随着功率反射系数的减小等比例减小。

可选的，所述偏置电源转变为脉冲功率模式后，电压-电流探测器得到的功率反射系数发生变化而触发所述频率调整控制单元对源电源的频率调整。

可选的，触发所述源电源进行频率调整的功率反射系数大小范围为0.1～0.9。

可选的，源电源阻抗与匹配器输入端阻抗匹配时，所述阻抗匹配器输入端的功率反射系数为0。

可选的，所述源电源和偏置电源共同工作在脉冲功率模式下。

可选的，所述源电源在脉冲功率模式下的输出功率的范围为200W～1000W。

可选的，所述偏置电源的频率由偏置电源自动设定。