[发明专利]多频率多阶段的等离子体射频输出的方法及其装置

说明书

一种用于等离子体刻蚀的射频功率输出的方法，包括：提供多个射频发生器，每个射频发生器输出各自不同频率的射频功率，每个射频发生器输出的功率可变，提供控制器，所述控制器控制所述多个射频发生器在连续脉冲期间输出射频功率，所述连续脉冲的一个脉冲周期包括三个连续阶段，在每个阶段，至少一个射频发生器输出射频功率，所述三个连续阶段分别为产生等离子体阶段、刻蚀阶段、维持等离子阶段，所述脉冲周期的周期长度为50us‑0.1s。该方法可以实现更快的切换速度，在脉冲模式下进行带功率的射频频率切换。

技术领域

本发明涉及射频脉冲输出方法，还涉及执行该方法的射频源系统以及包括该射频源系统的等离子体刻蚀装置。

背景技术

现有半导体加工中广泛采用等离子刻蚀设备对半导体晶圆进行加工，以获得微观尺寸的半导体器件及导体连接。常见的等离子刻蚀设备是电容耦合型(CCP)和电感耦合型(ICP)刻蚀机，这些设备一般具有两个射频发生器，其中一个用来电离通入反应腔内的反应气体使之产生等离子体，另一个射频发生器用来控制入射到晶圆表面的离子能量。

现在，很多等离子加工流程使用脉冲式等离子射频发生器以取代持续式等离子射频发生器。脉冲式等离子射频发生器的特点是在整个加工时段，射频电源不是持续供电而是交替进行开通和关闭供电或者交替进行高功率和低功率的射频供电，其输出功率的波形呈脉冲形式。开通-关闭的占空比可以调整，一般在10％-90％范围内。脉冲式等离子射频的优势是在关闭阶段，硅片表面的鞘层消失，积聚在硅片表面以及在刻蚀出的深孔边缘中的电子因鞘层的消失而与硅片中和，此时更多的电子能进入深孔的底部从而中和积聚在底部的离子，这样在下一个开通阶段有利于对深孔的进一步的刻蚀。并且，在同一个脉冲中，等离子发生器的频率也可以切换以适用于不同的刻蚀工艺。

现存的可切换双频等离子体系统利用继电器进行具有不同频率的射频发生器之间的切换，其缺点有两点：一是不能在有功率输出情况下进行切换或者只有在小功率下才能进行切换；二是在脉冲功率模式下不能进行切换，因为继电器切换是机械动作，其反应时间远大于脉冲周期。所以，现存的双频等离子切换技术只能用于小功率及脉冲时间较长(秒的量级)的功率输出场合，而且不容易维持连续等离子体运行。

发明内容

针对上述问题，在第一方面，本发明提出了一种用于等离子体刻蚀的射频功率输出的方法，该方法包括：提供多个射频发生器，每个射频发生器输出各自不同频率的射频功率，用于输出到一个等离子刻蚀器，每个射频发生器输出的功率可变，提供控制器，所述控制器控制所述多个射频发生器的输出射频功率在多个连续进行的脉冲周期中变化，其中每个脉冲周期包括三个处理阶段，在每个处理阶段中至少一个射频发生器输出射频功率，所述三个处理阶段分别为依次进行的产生等离子体阶段、刻蚀阶段、等离子维持阶段，所述脉冲周期的周期长度为50us-0.1s，所述多个射频发生器至少包括三个射频发生器，分别为高频射频发生器、中频射频发生器和低频射频发生器，其中高频射频发生器在产生等离子体阶段输出第一高频射频功率到等离子刻蚀器以产生足够浓度的等离子体，在维持等离子阶段输出第二高频射频功率到等离子刻蚀器以维持等离子体。

可选地，在每个阶段，至多两个射频发生器同时输出射频功率。

可选地，所述高频射频发生器的输出频率为40MHz-100MHz、中频射频发生器的输出频率为10MHz-20MHz、低频射频发生器的输出频率为200kHz-4MHz。

可选地，在产生等离子体阶段，所述中频射频发生器输出第一中频射频功率，用于产生等离子体和反应基团。

可选地，在刻蚀阶段，所述中频射频发生器和所述低频射频发生器输出第二中频射频功率和第一低频射频功率，用于进行高深宽比刻蚀。

可选地，在维持等离子阶段，所述低频射频发生器停止输出射频功率以释放加工工件的电荷累积。

可选地，所述高频射频发生器和所述中频射频发生器输出的功率范围是50W-10kW。