一種減少基片材料受高能離子轟擊損傷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種減少基片材料受高能離子轟擊損傷的方法，屬于等離子體刻蝕領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]等離子體刻蝕是采用射頻放電使腔室的反應(yīng)性氣體產(chǎn)生解或者電離，產(chǎn)生活性粒子，如原子、離子或者自由基團(tuán)，這些粒子擴(kuò)散到基片的刻蝕部位，與基片的材料進(jìn)行反應(yīng)，在基片上得到需要獲得的圖案。等離子體刻蝕因其具有刻蝕速率快，刻蝕圖案良好等優(yōu)勢被廣泛的應(yīng)用于材料的處理過程中。
[0003]目前，低溫等離子體加工技術(shù)是半導(dǎo)體生產(chǎn)中非常重要的一部分，特別是在超大規(guī)模集成電路的制造工藝中，有將近三分之一的工序是需要借助等離子體技術(shù)來完成，如等離子體薄膜沉積、等離子體刻蝕以及等離子體灰化基片掩膜等等。其中等離子體刻蝕需要用到等離子體中帶電粒子，如電子、正離子和負(fù)離子。在刻蝕過程中，尤其是在線寬22nm及以下的刻蝕工藝中，刻蝕溝槽的深寬比越來越大。并且在刻蝕過程中，為了讓帶點(diǎn)粒子能夠深入到刻蝕溝槽的底部與材料進(jìn)行反應(yīng)，需要在基片臺上加上一定的偏置電壓吸引帶電粒子轟擊到基片材料上。
[0004]連續(xù)波射頻功率源是常用的施加在基片臺射頻電壓的一種方式。連續(xù)波射頻偏置電壓在基片表面形成的偏壓鞘層能夠有效的將主等離子體區(qū)中的帶電粒子吸引到材料的表面和刻蝕溝槽的內(nèi)部，使其和刻蝕材料進(jìn)行反應(yīng)。但是同時會在刻蝕溝槽的側(cè)壁和底部不同程度的附著上電荷，這些電荷在局部可能會形成較強(qiáng)的電場，這些電場會導(dǎo)致后續(xù)的離子轟擊到溝槽中時不再是垂直入射，而是在這些電場的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而造成刻蝕形貌的變形。尤其是沉積在溝槽底部的帶電粒子，會造成溝槽底部出現(xiàn)底側(cè)切或者旁刻，這些情況嚴(yán)重影響器件的性能，甚至使得刻蝕的器件直接報廢。
[0005]脈沖調(diào)制基片偏置射頻功率源是為了減少電荷在刻蝕過程中沉積的有效手段。因?yàn)?，在脈沖調(diào)制后的基片偏置射頻電壓在后輝光期基片偏壓鞘層很薄，甚至是直接塌縮消失，這樣等離子體中的帶電粒子就會直接轟擊到材料的表面甚至是溝槽的底部中和在材料表面和溝槽中積累的電荷。使得在下一個脈沖輝光階段能夠繼續(xù)進(jìn)行材料的刻蝕過程。但是一般的脈沖調(diào)制基片偏置射頻功率源的脈沖信號是將脈沖上升沿很小(小于5ns)的脈沖信號對源進(jìn)行調(diào)制，脈沖調(diào)制后的基片偏置射頻功率具有很小的上升沿，因此突然耦合到基片臺上的功率會加諸在基片臺上方的離子上，使其具有很高的離子能量，這些高能離子轟擊在基片上會導(dǎo)致基片臺上材料的損傷。由于隨著刻蝕線寬越來越窄，在小于22nm及以下的線寬溝槽刻蝕過程中，材料基底的氧化物厚度僅有十幾個納米甚至是幾個納米，因此如此高能量的離子會直接導(dǎo)致氧化物的損傷甚至是擊穿，從而導(dǎo)致刻蝕材料的損傷甚至是報廢。
[0006]鑒于此，提供一種能夠使得在脈沖調(diào)制基片偏置射頻功率源后減少高能離子轟擊基片材料造成損傷的方法顯的尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有方法中的缺陷，本發(fā)明提供一種減少基片材料受高能離子轟擊損傷的方法。這種方法應(yīng)解決了在深硅刻蝕領(lǐng)域，脈沖調(diào)制基片偏置功率后不能兼具減少刻蝕形貌變形和減少高能離子造成的材料損傷兩方面的優(yōu)點(diǎn)，使得在刻蝕過程中能夠精確地控制材料的刻蝕形貌和保存材料的安全性。
[0008]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種減少基片材料受高能離子轟擊損傷的方法，等離子體放電腔室具有線圈射頻功率源信號和基片偏置射頻功率源信號，通過改變基片偏置射頻功率源信號的脈沖調(diào)制信號的上升沿，減少在基片材料刻蝕過程中脈沖調(diào)制偏置射頻功率源初期產(chǎn)生的高能離子對基片上材料的損傷，所述方法包括如下步驟:
(a)產(chǎn)生一個脈沖上升沿的時間為t的脈沖信號，t小于DXT且大于零，其中D為脈沖的占空比，T為整個脈沖的周期；
(b)使用步驟(a)產(chǎn)生的脈沖信號調(diào)制基片偏置射頻功率源的功率，使調(diào)制后的基片偏置射頻功率源信號具有t的上升時間；
其中基片偏置射頻功率源信號的射頻頻率為2MHz至60MHz，脈沖信號的頻率范圍是100 Hz至100 kHz，脈沖信號的占空比是10%至95%。
[0009]所述線圈射頻功率源信號的頻率為12 MHz至14 MMHz0
[0010]所述線圈射頻功率源信號被頻率為100 Hz至100 KHz的方波脈沖信號調(diào)制，調(diào)制后的線圈射頻源功率信號與所述基片偏置射頻功率源信號同步或者不同步。
[0011]所述線圈射頻功率源信號的脈沖調(diào)制信號，其脈沖頻率和所述基片偏置射頻功率源信號的脈沖調(diào)制信號的頻率相同或者小于所述基片偏置射頻功率源信號的脈沖調(diào)制信號頻率或者大于所述基片偏置射頻功率源信號的脈沖頻率。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:這種減少基片材料受高能離子轟擊損傷的方法，等離子體放電腔室具有線圈射頻功率源信號和基片偏置射頻功率源信號，通過改變基片偏置射頻功率源信號的脈沖調(diào)制信號的上升沿，減少在基片材料刻蝕過程中脈沖調(diào)制偏置射頻功率源初期產(chǎn)生的高能離子對基片上材料的損傷。這種方法解決了在深硅刻蝕領(lǐng)域，脈沖調(diào)制基片偏置功率后不能兼具減少刻蝕形貌變形和減少高能離子造成的材料損傷兩方面的優(yōu)點(diǎn)，使得在刻蝕過程中能夠精確地控制材料的刻蝕形貌和保存材料的安全性。
【附圖說明】
[0013]圖1是一種脈沖調(diào)制基片偏置射頻功率源的功率施加方式。
[0014]圖2是另一種脈沖調(diào)制基片偏置射頻功率源的功率施加方式。
[0015]圖3是一種線圈射頻功率源連續(xù)波形和基片偏置射頻功率源進(jìn)行脈沖調(diào)制的波形示意圖。
[0016]圖4是一種線圈射頻功率源和基片偏置射頻功率源同時進(jìn)行脈沖調(diào)制的波形示意圖。
[0017]圖中:1、等離子體放電腔室，2、放電線圈，3、石英窗，4、基片臺，5、進(jìn)氣口，6、抽氣口，7、線圈射頻功率源信號，8、基片偏置射頻功率源信號，9、基片偏置射頻功率源脈沖調(diào)制信號，10、調(diào)制后的基片偏置射頻功率源射頻信號，11、線圈射頻功率源脈沖調(diào)制源信號，12、調(diào)制后的線圈射頻功率源射頻信號，t、脈沖信號的上升沿，T、脈沖的周期，Φ為9和11兩信號之間的相位差。
【具體實(shí)施方式】
[0018]圖1是一種脈沖調(diào)制基片偏置射頻功率源的功率施加方式。其中包含了等離子體放電腔室1，放電線圈2，石英窗3，基片臺4，進(jìn)氣口 5和出氣口 6 ;還包含了施加于放電線圈2上的射頻功率源A和放置于射頻功率源A和放電線圈2