半导体结构的刻蚀方法技术

一种半导体结构的刻蚀方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底表面具有待刻蚀材料层；在所述待刻蚀材料层表面形成掩膜层；以所述掩膜层为掩膜，对所述待刻蚀材料层进行刻蚀工艺，通入反应气体后，射频功率源以第一脉冲的方式输出射频功率，偏置功率源以第二脉冲的方式输出偏置功率，且所述第一脉冲和第二脉冲的脉冲频率不同。不仅刻蚀速率较快，且通过调控所述射频功率源和偏置功率源之间的脉冲频率比例，可以调整刻蚀的工艺窗口大小和刻蚀速率随时间的分布。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体技术，特别涉及一种。
技术介绍
在半导体工艺中，对半导体材料进行刻蚀的工艺通常包括干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺，其中，由于利用等离子体进行刻蚀的干法刻蚀工艺能有效地控制刻蚀开口的尺寸而成为目前最主流的刻蚀工艺。现有工艺通常利用辉光放电、射频信号、电晕放电等形成等离子体。其中，利用射频信号形成等离子体时，可以通过调控处理气体成分、射频功率的频率、射频功率的耦合模式、气压、温度等参数，控制形成的等离子体的密度和能量，从而优化等离子体处理效果。因此，在现有的半导体刻蚀装置中，通常采用射频信号形成等离子体，且利用射频信号在待刻蚀基片上形成偏压，使得所述等离子体轰击待刻蚀基片，对所述待 刻蚀基片进行刻蚀工艺。现有的采用射频信号形成等离子体的刻蚀装置主要包括电感耦合等离子体(ICP)刻蚀装置、电容耦合等离子体(CCP)刻蚀装置和电子回旋加速振荡(ECR)刻蚀装置等，其中，电感耦合等离子体(ICP)刻蚀装置和电容耦合等离子体(CCP)刻蚀装置由于结构简单，较为便宜，广泛地运用到干法刻蚀刻蚀领域。目前的电容耦合等离子体刻蚀装置通常包括射频功率源和偏置功率源，且所述电容耦合等离子体刻蚀装置具有上电极和下电极，所述射频功率源连接于上电极或下电极，对应的下电极或上电极接地，所述射频功率源产生的射频信号通过上下电极形成的电容将反应气体等离子体化。所述偏置功率源连接于所述下电极，在所述下电极上的待刻蚀基板上形成偏压。现有技术中的电容耦合等离子体刻蚀装置，所述射频功率源产生的射频信号通常为持续的射频信号，所述持续的射频信号用于将反应腔内的气体等离子体化，所述偏置功率源产生的射频信号通常为持续的偏置信号，所述持续的偏置信号使得待刻蚀材料层表面持续具有偏压，从而使得用于刻蚀的反应气体或用于沉积聚合物的反应气体的等离子体向待刻蚀材料层表面移动。但利用现有技术的电容耦合等离子体刻蚀装置刻蚀速率较慢。更多关于利用射频功率形成等离子体进行刻蚀的刻蚀装置，请参考专利号为US7405521B2的美国专利。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种，不仅刻蚀速率较快，且可调整刻蚀的工艺窗口大小和刻蚀速率随时间的分布。为解决上述问题，本专利技术技术方案提供了一种，包括提供半导体衬底，所述半导体衬底表面具有待刻蚀材料层；在所述待刻蚀材料层表面形成掩膜层；以所述掩膜层为掩膜，对所述待刻蚀材料层进行刻蚀工艺，通入反应气体后，射频功率源以第一脉冲的方式输出射频功率，偏置功率源以第二脉冲的方式输出偏置功率，且所述第一脉冲和第二脉冲的脉冲频率不同。可选的，所述射频功率源的脉冲频率为偏置功率源的脉冲频率的1. 2^20倍。可选的，所述偏置功率源的脉冲频率为射频功率源的脉冲频率的1. 2^20倍。可选的，所述射频功率源的开启时间和偏置功率源的开启时间存在相位差。可选的，所述射频功率源与偏压功率源同时开启，同时关闭，或者一个开启时另一个同时关闭。可选的，所述第一脉冲的占空比和所述第二脉冲的占空比相同或不同。可选的，所述射频功率源的功率范围为(Γ4000瓦，射频频率为25兆赫兹 120兆赫兹，所述第一脉冲的脉冲频率小于50千赫兹，占空比为10°/Γ90%。 可选的，所述偏置功率源的功率范围为(Γ5000瓦，射频频率为I兆赫兹 15兆赫兹，所述第二脉冲的脉冲频率小于50千赫兹，占空比为10°/Γ90%。可选的，所述偏置功率源通过第二射频匹配器与反应腔的下电极相连接。可选的，所述射频功率源通过第一射频匹配器与反应腔的下电极或上电极相连接。可选的，所述刻蚀工艺为电容耦合等离子体刻蚀工艺。可选的，所述反应气体包括SF6、CF4、C4F8' C4F6' CH2F2' CHF3> CH3F' 02、CO、CO2, Ν2、惰性气体其中的一种或几种。可选的，所述待刻蚀材料层的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、氮碳化娃、低K介质材料、超低K介质材料、无定形碳、光刻胶、底部抗反射层、金属材料、娃材料、锗材料其中的一种或几种。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点通入反应气体后，所述射频功率源以第一脉冲的方式输出射频功率，所述偏置功率源以第二脉冲的方式输出偏置功率，且所述第一脉冲和第二脉冲的脉冲频率不同。由于偏置功率源以第二脉冲的方式输出偏置功率，不会在刻蚀开口的底部形成微电场，不会影响后续的刻蚀，刻蚀速率较快，且通过调控所述射频功率源和偏置功率源之间的脉冲频率比例，可以调整刻蚀的工艺窗口大小和刻蚀速率随时间的分布。进一步的，当所述射频功率源的脉冲频率为偏置功率源的脉冲频率的1. 2^20倍时，射频功率源的脉冲频率较大，脉冲关闭的时间很短，使得等离子体中活性很强的电子的密度始终不会发生很大的变化，即使其他条件例如温度、压强发生了变化，也可以顺利地进行刻蚀，用于刻蚀的工艺窗口较大。且在偏置功率源的一个脉冲开启时间或关闭时间内，往往射频功率源对应输出一个或几个第一脉冲，使得脉冲开启时间或关闭时间反应腔内的等离子体的密度和电子的温度都较为均匀，使得刻蚀速率随时间的分布较均匀。进一步的，当所述偏置功率源的脉冲频率为射频功率源的脉冲频率的1. 2^20倍时，由于偏置功率源的脉冲频率较高，使得刻蚀开口底部聚集的带正电的离子较少，在接下来的关闭阶段所述带正电的离子即被中和，无论在偏置功率源的脉冲开启阶段还是关闭阶段的刻蚀速率都相差不多，刻蚀速率随时间的分布较均匀。且在偏置功率源的一个脉冲开启时间或关闭时间内，往往偏置功率源对应输出一个或几个第二脉冲，所述连续几个偏置功率源的脉冲周期内反应腔内等离子体的密度和电子的温度都相同，刻蚀速率相等，使得刻蚀速率随时间的分布较均匀。附图说明图1是本专利技术实施例的半导体刻蚀装置的结构示意图；图2是本专利技术实施例的的流程示意图；图3是等离子体鞘层的鞘层电压的波形图；图4至图7是本专利技术实施例的射频功率源的脉冲频率、偏置功率源的脉冲频率的波形比较图。具体实施例方式由于等离子体中的正离子和电子具有不同的角度分布(angulardistribution),带正电的正离子趋向于聚集到刻蚀待刻蚀材料层形成的刻蚀开口的底部，持续的偏压会使 得刻蚀开口的底部带正电的离子不断聚集，所述带正电的离子形成的微电场会影响后续到达的带正电的离子的运动轨迹，使得刻蚀开口的侧壁被过刻蚀，而刻蚀开口的底部的刻蚀速率较慢，影响整体的刻蚀速率。为此，本专利技术实施例提供了一种，通入反应气体后，所述射频功率源以第一脉冲的方式输出射频功率，所述偏置功率源以第二脉冲的方式输出偏置功率，且所述第一脉冲和第二脉冲的脉冲频率不同，不仅刻蚀速率较快，且通过调控所述射频功率源和偏置功率源之间的脉冲频率比例，还可以调整刻蚀的工艺窗口大小和形成的等离子体的能量随时间的分布。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广。因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。本专利技术实施例首先提供了一种半导体刻蚀装置，请参考图1，为本实施例的半导体刻蚀装置的结构示意图，具体包括反应腔110,所述反应腔110顶部作为上电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体结构的刻蚀方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底表面具有待刻蚀材料层；在所述待刻蚀材料层表面形成掩膜层；以所述掩膜层为掩膜，对所述待刻蚀材料层进行刻蚀工艺，通入反应气体后，射频功率源以第一脉冲的方式输出射频功率，偏置功率源以第二脉冲的方式输出偏置功率，且所述第一脉冲和第二脉冲的脉冲频率不同。

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构的刻蚀方法，其特征在于，包括 提供半导体衬底，所述半导体衬底表面具有待刻蚀材料层； 在所述待刻蚀材料层表面形成掩膜层； 以所述掩膜层为掩膜，对所述待刻蚀材料层进行刻蚀工艺，通入反应气体后，射频功率源以第一脉冲的方式输出射频功率，偏置功率源以第二脉冲的方式输出偏置功率，且所述第一脉冲和第二脉冲的脉冲频率不同。2.如权利要求1所述的半导体结构的刻蚀方法，其特征在于，所述射频功率源的脉冲频率为偏置功率源的脉冲频率的1. 2^20倍。3.如权利要求1所述的半导体结构的刻蚀方法，其特征在于，所述偏置功率源的脉冲频率为射频功率源的脉冲频率的1. 2^20倍。4.如权利要求1所述的半导体结构的刻蚀方法，其特征在于，所述射频功率源的开启时间和偏置功率源的开启时间存在相位差。5.如权利要求1所述的半导体结构的刻蚀方法，其特征在于，所述射频功率源与偏压功率源同时开启，同时关闭，或者一个开启时另一个同时关闭。6.如权利要求1所述的半导体结构的刻蚀方法，其特征在于，所述第一脉冲的占空比和所述第二脉冲的占空比相同或不同。7.如权利要求1所述的半导体结构的刻蚀方法，其特征在于，所述射频功率源的功率范围为(Γ4000瓦，射频频率为25兆赫...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兆祥，梁洁，倪图强，
申请(专利权)人：中微半导体设备上海有限公司，
类型：发明
国别省市：