半导体刻蚀装置及半导体刻蚀方法制造方法及图纸

一种半导体刻蚀装置及半导体刻蚀方法，所述半导体刻蚀装置包括：反应腔，所述反应腔内具有承片台，用于放置待刻蚀基片；供气源，用于向所述反应腔内通入气体；等离子体射频功率源，用于将反应腔内的气体等离子体化；偏置射频功率源，用于在待刻蚀基片表面形成偏压；所述等离子体射频功率源和/或偏置射频功率源输出的射频信号为脉冲信号，且所述脉冲信号的脉冲频率和占空比随着时间的变化而改变。所述半导体刻蚀装置可以根据需要实时地调节反应腔内的等离子体的密度和偏置电压来控制通孔内的等离子体的交换和通孔内的反应速率，从而有利于控制通孔的侧壁形貌。

【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。在目前的半导体刻蚀装置中，用于形成等离子体的射频信号通常为持续的射频信号，用于形成偏压的射频信号为持续的射频信号或脉冲式的射频信号。当形成偏压的射频信号为持续的射频信号时，刻蚀气体的等离子体会持续地刻蚀待刻蚀基片。当形成偏压的射频信号为脉冲式的射频信号时，所述等离子体会交替地进行刻蚀和沉积聚合物的工艺，有利于形成高深宽比的通孔。但是现有技术中的脉冲式的射频信号的脉冲频率和占空比是确定的，每一个刻蚀工艺中射频信号的脉冲频率和占空比是恒定的。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提供一种，所述半导体刻蚀装置中的等离子体射频功率源和/或偏置射频功率源输出的脉冲信号会随时间的变化而改变。为解决上述问题，本专利技术实施例提供了一种半导体刻蚀装置，包括反应腔，所述反应腔内具有承片台，用于放置待刻蚀基片；供气源，用于向所述反应腔内通入气体；等离子体射频功率源，用于将反应腔内的气体等离子体化；偏置射频功率源，用于在待刻蚀基片表面形成偏压；所述等离子体射频功率源和/或偏置射频功率源输出的射频信号为脉冲信号，且所述脉冲信号的脉冲频率和占空比随着时间的变化而改变。可选的，所述偏置射频功率源包括第一射频功率产生器和与所述第一射频功率产生器相连接的第一射频信号产生器，所述第一射频信号产生器包括第一微处理器和第一脉宽调制控制器，所述第一微处理器将一定频率的三角波和一定电压的参考信号输入到第一脉宽调制控制器，所述第一脉宽调制控制器利用所述一定频率的三角波和一定电压的参考信号对第一射频功率产生器的开启时间和关闭时间进行控制，其中，所述三角波的频率对应于第一射频功率产生器输出的第一脉冲信号的脉冲频率，所述参考信号的电压对应于第一脉冲信号的开启时间和关闭时间的比值。可选的，所述等离子体射频功率源包括第二射频功率产生器和与所述第二射频功率产生器相连接的第二射频信号产生器，所述第二射频信号产生器包括第二微处理器和第二脉宽调制控制器，所述第二微处理器将一定频率的三角波和一定电压的参考信号输入到第二脉宽调制控制器，所述第二脉宽调制控制器利用所述一定频率的三角波和一定电压的参考信号对第二射频功率产生器的开启时间和关闭时间进行控制，其中，所述三角波的频率对应于第二射频功率产生器输出的第二脉冲信号的脉冲频率，所述参考信号的电压对应于第二脉冲信号的开启时间和关闭时间的比值。可选的，所述第一脉宽调制控制器、第二脉宽调制控制器根据如下公式分别控制第一射频功率产生器、第二射频功率产生器的开启时间Tm(t)和关闭时间Ttrff (t)，f；(t)=l/(UO+Tfa))，Vref (t)=aXTm(t)/Xff (t)，其中，fQ(t)为所述三角波的频率函数，Vref (t)为所述参考信号的电压函数，a为特定系数。可选的，所述三角波的频率和参考信号的电压随时间的变化而改变。可选的，所述第一微处理器根据所述三角波的频率函数、参考信号的电压函数计算出某个时间对应的三角波的频率和参考信号的电压，并将对应频率的三角波和对应电压的参考信号输入到第一脉宽调制控制器，所述第二微处理器根据所述三角波的频率函数、参考信号的电压函数计算出某个时间对应的三角波的频率和参考信号的电压，并将对应频率的三角波和对应电压的参考信号输入到 第二脉宽调制控制器。可选的，所述第一微处理器、第二微处理器存储有与时间相关的三角波的频率值和参考信号的电压值，所述第一微处理器、第二微处理器对相应时间对应的三角波的频率值和对应的参考信号的电压值进行读取后，将对应频率的三角波和对应电压的参考信号输入到第一脉宽调制控制器、第二脉宽调制控制器。可选的，还包括控制电脑，利用所述控制电脑向第一微处理器和第二微处理器输入三角波的频率函数、参考信号的电压函数，或向第一微处理器和第二微处理器输入与时间相关的三角波的频率值、参考信号的电压值。可选的，所述偏置射频功率源通过第一射频匹配器连接于承片台。可选的，所述偏置射频功率源通过第一射频匹配器连接于反应腔顶部。可选的，所述等离子体射频功率源为电感耦合射频功率源或电容耦合射频功率源。本专利技术实施例还提供了一种利用所述半导体刻蚀装置的半导体刻蚀方法，包括提供待刻蚀基板；在反应腔内通入气体；等离子体射频功率源将反应腔内的气体等离子体化；偏置射频功率源在待刻蚀基板表面施加偏压；利用所述气体的等离子体对待刻蚀基板进行刻蚀形成刻蚀图形，所述等离子体射频功率源和/或偏置射频功率源输出的射频信号输出的信号为脉冲信号，在刻蚀图形具有第一深度时，所述脉冲信号具有第一占空比和第一脉冲频率，在刻蚀图形具有第二深度时，所述脉冲信号具有第二占空比和第二脉冲频率。可选的，所述脉冲信号的脉冲频率小于50千赫兹，所述脉冲信号的占空比范围为I0% 90%。可选的，所述刻蚀图形至少还包括第三深度，所述第三深度对应的第一脉冲信号和第二脉冲信号的脉冲频率和/或占空比与第一深度、第二深度不同，从而调节不同深度的刻蚀图形侧壁形貌和刻蚀速率。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点所述半导体刻蚀装置的等离子体射频功率源和/或偏置射频功率源输出的射频信号为脉冲信号，且所述脉冲信号的脉冲频率和占空比随着时间的变化而改变，可以根据需要实时地调节反应腔内的等离子体的密度和偏置电压来控制通孔内的等离子体的交换和通孔内的反应速率，从而有利于控制通孔的侧壁形貌。附图说明图1至图3是本专利技术实施例的半导体刻蚀装置的结构示意图。具体实施例方式在现有技术中，形成等离子体的射频信号和形成偏压的射频信号通常为持续的射频信号或脉冲式射频信号，且所述脉冲式射频信号的脉冲频率和占空比是确定的，形成所述持续的射频信号的射频功率源或脉冲频率、占空比恒定的脉冲式射频信号的射频功率源的结构简单。但专利技术人发现，随着器件的尺寸的缩小，待刻蚀结构的尺寸也随之缩小，尤其是采用现有的等离子体刻蚀工艺在形成具有高的深宽比的通孔时，随着刻蚀的进行，通孔内的等离子体交换越来越慢，通孔内的等离子体的密度发生改变，因此需要实时地调节反应腔内的等离子体的密度和偏置电压来控制通孔内的等离子体的交换和通孔内的反应速率，从而有利于控制通孔的侧壁形貌。因此，本 专利技术实施例提供了一种，所述半导体刻蚀装置的等离子体射频功率源和/或偏置射频功率源输出的射频信号为脉冲信号，且所述脉冲信号的脉冲频率和占空比随着时间的变化而改变，使得通过实时控制所述脉冲信号的脉冲频率和占空比，可以实时控制反应腔中的等离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体刻蚀装置，其特征在于，包括：反应腔，所述反应腔内具有承片台，用于放置待刻蚀基片；供气源，用于向所述反应腔内通入气体；等离子体射频功率源，用于将反应腔内的气体等离子体化；偏置射频功率源，用于在待刻蚀基片表面形成偏压；所述等离子体射频功率源和/或偏置射频功率源输出的射频信号为脉冲信号，且所述脉冲信号的脉冲频率和占空比随着时间的变化而改变。

【技术特征摘要】
1.一种半导体刻蚀装置，其特征在于，包括 反应腔，所述反应腔内具有承片台，用于放置待刻蚀基片； 供气源，用于向所述反应腔内通入气体； 等离子体射频功率源，用于将反应腔内的气体等离子体化； 偏置射频功率源，用于在待刻蚀基片表面形成偏压； 所述等离子体射频功率源和/或偏置射频功率源输出的射频信号为脉冲信号，且所述脉冲信号的脉冲频率和占空比随着时间的变化而改变。2.如权利要求1所述的半导体刻蚀装置，其特征在于，所述偏置射频功率源包括第一射频功率产生器和与所述第一射频功率产生器相连接的第一射频信号产生器，所述第一射频信号产生器包括第一微处理器和第一脉宽调制控制器，所述第一微处理器将一定频率的三角波和一定电压的参考信号输入到第一脉宽调制控制器，所述第一脉宽调制控制器利用所述一定频率的三角波和一定电压的参考信号对第一射频功率产生器的开启时间和关闭时间进行控制，其中，所述三角波的频率对应于第一射频功率产生器输出的第一脉冲信号的脉冲频率，所述参考信号的电压对应于第一脉冲信号的开启时间和关闭时间的比值。3.如权利要求2所述的半导体刻蚀装置，其特征在于，所述等离子体射频功率源包括第二射频功率产生器和与所述第二射频功率产生器相连接的第二射频信号产生器，所述第二射频信号产生器包括第二微处理器和第二脉宽调制控制器，所述第二微处理器将一定频率的三角波和一定电压的参考信号输入到第二脉宽调制控制器，所述第二脉宽调制控制器利用所述一定频率的三角波和一定电压的参考信号对第二射频功率产生器的开启时间和关闭时间进行控制，其中，所述三角波的频率对应于第二射频功率产生器输出的第二脉冲信号的脉冲频率，所述参考信号的电压对应于第二脉冲信号的开启时间和关闭时间的比值。4.如权利要求3所述的半导体刻蚀装置，其特征在于，所述第一脉宽调制控制器、第二脉宽调制控制器根据如下公式分别控制第一射频功率产生器、第二射频功率产生器的开启时间 Ton ⑴和关闭时间 Toff (t)，f0 (t) =1/ (Ton (t) +Toff (t))，Vref (t) =a X Ton (t) /Toff (t)，其中，f0(t)为所述三角波的频率函数，VMf (t)为所述参考信号的电压函数，a为特定系数。5.如权利要求4所述的半导体刻蚀装置，其特征在于，所述三角波的频率和参考信号的电压随时间的变化而改变。6.如权利要求4所述的半导体刻蚀装置，其特征在于，所述第一微处理器根据所述三角...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兆祥，梁洁，苏兴才，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：