CN100595886C - 一种消除反应离子刻蚀自偏压的方法及系统 - Google Patents

一种消除反应离子刻蚀自偏压的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种消除反应离子刻蚀自偏压的方法及系统，属于半导体加工制造领域。所述方法是：在反应离子刻蚀的反应室的两个电极间并联一个由电感线圈L和电容C组成的LC谐振回路，LC谐振回路的谐振频率与反应离子刻蚀的反应室的射频供电电源的频率相同。所述系统包括射频供电模块、匹配器、等离子设备和消除自偏压模块。本发明通过并联LC谐振回路，可以使常规反应离子刻蚀产生的自偏压通过电感通路短路，进而使反应离子刻蚀的自偏电压降为零或接近于零，这样可以有效地降低在反应离子刻蚀时引入的对半导体晶格造成的损伤。

Description

一种消除反应离子刻蚀自偏压的方法及系统
技术领域
本发明涉及半导体加工制造领域，特别涉及一种消除反应离子刻蚀自偏压的方法及系统。
背景技术
反应离子刻蚀(Reactive Ion Etching，RIE)是半导体器件和集成电路制造中最常用的加工手段之一，与一般的等离子刻蚀(Plasma Etching，PE)相比，它具有刻蚀速率快、陡直度好和均匀性好等优点；与ICP(Inductive Coupled Plasma，电感耦合等离子体刻蚀)和ECR(Electron Cyclotron Resonance，电子回旋共振)相比，它具有结构简单、成本低廉和操作方便等优点。基于上述这些优点，反应离子刻蚀技术在许多技术领域被大量采用，尤其是在刻蚀SiO2材料和去胶等情况下，此种情况下通常需要有一定的离子轰击作用才能实现快速刻蚀，选择反应离子刻蚀模式是必要的。
常规RIE刻蚀机线路如图1所示，RF射频供电电源通过匹配器将射频功率输送至反应离子刻蚀机的反应室，在反应室的两电极之间产生自偏压Vb。然而，当使用反应离子刻蚀机来刻蚀半导体材料(如Si、GaAs、GaN等)或去胶时，由于自偏压Vb的存在，会对半导体晶格造成较严重的损伤，以至于造成由半导体材料制造而成的器件漏电增加、性能变坏。
发明内容
为了在反应离子刻蚀的过程中，减少对被刻蚀的半导体晶格的损伤，本发明提供了一种消除反应离子刻蚀自偏压的方法，所述方法是：在反应离子刻蚀的反应室的两个电极间并联一个由电感线圈L和电容C组成的LC谐振回路，所述LC谐振回路的谐振频率与所述反应离子刻蚀的反应室的射频供电电源的频率相同。
所述LC谐振回路直接或通过一个切换开关与所述反应离子刻蚀的反应室的两个电极并联。
所述LC谐振回路中的电容是固定电容，或者是可变电容，或者是可变电容和固定电容的组合。
所述LC谐振回路中的所有电容均为高耐压电容，且所述LC谐振回路的总电容的耐电压值高于所述LC谐振回路上承受的最高电压值。
本发明还提供了一种消除反应离子刻蚀自偏压的系统，包括射频供电模块、匹配器、等离子设备，所述射频供电模块通过所述匹配器与所述等离子设备的反应室连接，所述系统还包括消除自偏压模块，所述消除自偏压模块与所述等离子设备的反应室的两个电极并联，用于消除所述等离子设备的反应室的两个电极间的直流自偏压；所述消除自偏压模块具体为由电感线圈L和电容C组成的LC谐振回路，所述LC谐振回路的谐振频率与所述RF射频供电电源的频率相同。
所述射频供电模块具体为RF射频供电电源。
所述LC谐振回路直接或通过一个切换开关与所述等离子设备的反应室的两个电极并联。
所述LC谐振回路中的电容是固定电容，或者是可变电容，或者是可变电容和固定电容的组合。
所述LC谐振回路中的所有电容均为高耐压电容，且所述LC谐振回路的总电容的耐电压值高于所述LC谐振回路上承受的最高电压值。
有益效果：本发明通过在RIE反应室的两个电极间并联一个LC谐振回路，使得RIE反应室的两个电极间的直流自偏压短路，从而使得两个电极间的直流自偏压降为零或接近于零，这样有效地降低了RIE刻蚀过程中对半导体晶格的损伤。
附图说明
图1是现有技术中RIE刻蚀机线路组成示意图；
图2是本发明实施例1的消除反应离子刻蚀自偏压的RIE刻蚀机线路组成示意图；
图3是本发明实施例2的消除反应离子刻蚀自偏压的RIE刻蚀机线路组成示意图；
图4是本发明实施例提供的消除反应离子刻蚀自偏压的系统结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
如图2所示，本发明实施例是在RIE反应室的两个电极间(阴极和阳极)，并联一个由电感线圈L与电容C组成的LC谐振回路。其中，电感线圈L和电容C采用并联方式，LC谐振回路的谐振频率与RIE反应室的射频(RF)供电电源的频率相同。通过LC谐振回路中的电感线圈L，使得RIE反应室的两个电极间的直流自偏压短路，这样原有的直流自偏压可以降为零或接近于零；另外，由于并联LC谐振回路是在射频供电电源的频率点产生谐振，且在该频率点LC谐振回路的阻抗最高，因此，LC谐振回路的引入不会破坏原来RIE的匹配状况，对射频供电的影响极小。
实施例2
在实际应用中，为了既可以保持RIE刻蚀速率快的优点，又可以克服RIE刻蚀易对半导体晶格产生严重损伤的缺点，在进行RIE的刻蚀过程中，可以先对半导体晶格采取有自偏压的RIE快速刻蚀，然后再在RIE反应室的两个电极间并联上LC谐振回路，使之进行无自偏压的低损伤RIE刻蚀，从而达到减小半导体器件表面晶格损伤、提高器件的性能和成品率的目的，如图3所示。实现上述技术方案所采用的方法是：LC谐振回路通过一个切换开关K并联在RIE反应室的两个电极间；当对半导体晶格进行有自偏压的RIE快速刻蚀时，切换开关K处于断开状态，即不接入LC谐振回路；当对半导体晶格进行无自偏压的RIE刻蚀时，切换开关K处于闭合状态，即接入LC谐振回路。
在具体生产实践中，LC谐振回路中的电感线圈L的电阻值越小越好，一般在1欧姆以下，这样可以保证电感线圈L在长时间工作过程中不至于发热。
在具体生成实践中，LC谐振回路中的电容C可以是固定电容，或者是可变电容，或者是可变电容和固定电容的组合。根据实际经验，电容C最好是采用可变电容和固定电容的组合方式，这样使得电容C具有微调的机动性，以及可以抵消电容的寄生效应，进而使并联LC谐振回路的谐振频率完全与射频供电电源的频率相同，及LC谐振回路的阻抗最高。另外，为了保证RIE过程的安全性，LC谐振回路中的所有电容均为高耐压电容，且其总电容的耐电压值高于LC谐振回路上承受的最高电压值。
本发明实施例提供的技术方案不仅适用于RIE的反应室，而且还适用于其他等离子设备(例如PECVD等离子增强化学气相淀积、PE等)的反应室；LC谐振回路可以并联在RIE或其他等离子设备的反应室(负载)的两个电极间，或者并联在与两个电极直流相通的两点间。
本发明实施例提供的技术方案，可以用于各种降低半导体刻蚀损伤的情况，例如：在半导体器件和集成电路制造中的等离子去胶，以及太阳能电池片边沿硅的刻蚀。在这些应用场合中，使用本发明实施例提供的技术方案是非常合适的。
参见图4，本发明实施例还提供了一种消除反应离子刻蚀自偏压的系统，该系统包括射频供电模块401、匹配器402、等离子设备403，射频供电模块401通过匹配器402与等离子设备403的反应室连接，该系统还包括消除自偏压模块404，消除自偏压模块404与等离子设备403的反应室的两个电极并联，用于消除等离子设备403的反应室的两个电极间的直流自偏压。
其中，射频供电模块401具体为RF射频供电电源。
其中，消除自偏压模块404具体为由电感线圈L和电容C组成的LC谐振回路，LC谐振回路的谐振频率与RF射频供电电源的频率相同。
LC谐振回路可以直接或通过一个切换开关与等离子设备403的反应室的两个电极并联。
LC谐振回路中的电容是固定电容，或者是可变电容，或者是可变电容和固定电容的组合。
LC谐振回路中的所有电容均为高耐压电容，且LC谐振回路的总电容的耐电压值高于LC谐振回路上承受的最高电压值。
本发明实施例通过在RIE反应室的两个电极间并联一个LC谐振回路，使得RIE反应室的两个电极间的直流自偏压短路，从而使得两个电极间的直流自偏压降为零或接近于零，这样有效地降低了RIE刻蚀过程中对半导体晶格的损伤。经过实际测量，RIE反应室的两个电极间并联一个LC谐振回路后，直流自偏压Vb由原来的100-350V(视工艺条件和所加射频功率大小而定)变成为0V，相应地，PN结因RIE刻蚀损伤而造成的器件漏电率降低，有效地提高了半导体器件和集成电路的成品率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种消除反应离子刻蚀自偏压的方法，其特征在于，在反应离子刻蚀的反应室的两个电极间并联一个由电感线圈L和电容C组成的LC谐振回路，所述LC谐振回路的谐振频率与所述反应离子刻蚀的反应室的射频供电电源的频率相同。
2.如权利要求1所述的消除反应离子刻蚀自偏压的方法，其特征在于，所述LC谐振回路直接或通过一个切换开关与所述反应离子刻蚀的反应室的两个电极并联。
3.如权利要求1或2所述的消除反应离子刻蚀自偏压的方法，其特征在于，所述LC谐振回路中的电容是固定电容，或者是可变电容，或者是可变电容和固定电容的组合。
4.如权利要求1或2所述的消除反应离子刻蚀自偏压的方法，其特征在于，所述LC谐振回路中的所有电容均为高耐压电容，且所述LC谐振回路的总电容的耐电压值高于所述LC谐振回路上承受的最高电压值。
5.一种消除反应离子刻蚀自偏压的系统，所述系统包括射频供电模块、匹配器、等离子设备，所述射频供电模块通过所述匹配器与所述等离子设备的反应室连接，其特征在于，所述系统还包括消除自偏压模块，所述消除自偏压模块与所述等离子设备的反应室的两个电极并联，用于消除所述等离子设备的反应室的两个电极间的直流自偏压；所述消除自偏压模块具体为由电感线圈L和电容C组成的LC谐振回路，所述LC谐振回路的谐振频率与所述RF射频供电电源的频率相同。
6.如权利要求5所述的消除反应离子刻蚀自偏压的系统，其特征在于，所述射频供电模块具体为RF射频供电电源。
7.如权利要求6所述的消除反应离子刻蚀自偏压的系统，其特征在于，所述LC谐振回路直接或通过一个切换开关与所述等离子设备的反应室的两个电极并联。
8.如权利要求6所述的消除反应离子刻蚀自偏压的系统，其特征在于，所述LC谐振回路中的电容是固定电容，或者是可变电容，或者是可变电容和固定电容的组合。
9.如权利要求6所述的消除反应离子刻蚀自偏压的系统，其特征在于，所述LC谐振回路中的所有电容均为高耐压电容，且所述LC谐振回路的总电容的耐电压值高于所述LC谐振回路上承受的最高电压值。
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