CN111524780A - 一种用于超深宽比刻蚀的等离子反应器及其刻蚀方法 - Google Patents

一种用于超深宽比刻蚀的等离子反应器及其刻蚀方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111524780A
CN111524780A CN201910107649.6A CN201910107649A CN111524780A CN 111524780 A CN111524780 A CN 111524780A CN 201910107649 A CN201910107649 A CN 201910107649A CN 111524780 A CN111524780 A CN 111524780A
Authority
CN
China
Prior art keywords
frequency
etching
plasma
radio frequency
power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910107649.6A
Other languages
English (en)
Inventor
尹志尧
张一川
梁洁
苏兴才
倪图强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Advanced Micro Fabrication Equipment Inc Shanghai
Advanced Micro Fabrication Equipment Inc
Original Assignee
Advanced Micro Fabrication Equipment Inc Shanghai
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Advanced Micro Fabrication Equipment Inc Shanghai filed Critical Advanced Micro Fabrication Equipment Inc Shanghai
Priority to CN201910107649.6A priority Critical patent/CN111524780A/zh
Priority to TW109101245A priority patent/TWI747137B/zh
Priority to US16/743,748 priority patent/US11189496B2/en
Priority to KR1020200006170A priority patent/KR102419368B1/ko
Publication of CN111524780A publication Critical patent/CN111524780A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32091—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being capacitively coupled to the plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32137—Radio frequency generated discharge controlling of the discharge by modulation of energy
    • H01J37/32155—Frequency modulation
    • H01J37/32165—Plural frequencies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • H01J37/32183—Matching circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244—Gas supply means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32532—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31105—Etching inorganic layers
    • H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
    • H01L21/31116—Etching inorganic layers by chemical means by dry-etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H01L21/67069—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching
    • H01J2237/3343—Problems associated with etching
    • H01J2237/3348—Problems associated with etching control of ion bombardment energy

Abstract

本发明公开了一种用于超深宽比刻蚀的等离子反应器及其刻蚀方法，包括：反应腔，所述反应腔内形成反应空间；反应空间底部包括一个基座，用于支撑处理基片；反应腔内顶部包括一气体喷淋头；第一射频电源输出具有第一频率的射频功率到基座或气体喷淋头，以形成并维持反应腔内的等离子体；第二射频电源输出具有第二频率的射频功率到基座，以控制入射到基片的离子能量；所述第一频率大于等于4MHz，第二频率大于等于10KHz小于等于300KHz。

Description

一种用于超深宽比刻蚀的等离子反应器及其刻蚀方法
技术领域
本发明涉及等离子刻蚀反应器，特别涉及一种用于超深宽比刻蚀的电容耦合型的等离子刻蚀反应器。
背景技术
半导体芯片生产过程中，需要进行大量的微观加工，常见的等离子刻蚀反应器能够在基片上形成各种微米甚至纳米级尺寸的通孔或沟槽，再结合其它化学气相沉积等工艺，最终形成各种半导体芯片成品。
图1所示为典型的电容耦合性等离子刻蚀反应器，包括腔体101，腔体内底部为基座10，基座同时作用为下电极连接到一个高频射频电源HF和一个低频射频电源LF。基座上包括静电夹盘21，用于固定待处理的基片100，围绕静电夹盘的和基片的还包括辅助的边缘环22。反应腔内的顶部设置有一个平板形的气体喷淋头11，气体喷淋头11通过管道与外部气源200相联通。在等离子刻蚀过程中，高频射频电源HF(例如，频率为27MHZ、60MHz)输入的高频能量使得通入反应腔内的反应气体电离产生等离子体P，低频射频电源LF(例如，2MHz)输入基座的电场使得基片上表面鞘层中产生足够的直流偏置电压，加速离子使得离子向下快速地向下轰击，以进行刻蚀。
随着技术的进步，超深宽比刻蚀的应用和需求越来越广泛。例如，在存储器领域，3D NAND闪存成为了主要的存储芯片结构之一。制造3D NAND芯片的过程，包括先形成交替的氧化硅和氮化硅材料层，层数可以达到64层甚至上百层，然后通过等离子体刻蚀贯穿所有这些材料层，由于这些材料层的整体厚度很大，大于5um甚至8um以上，因而属于超深宽比刻蚀，前述现有等离子刻蚀反应器中的射频能量控制系统无法将离子驱动到刻蚀材料层通孔的底部，造成通孔刻蚀失败。
一般而言，电介质孔或槽刻蚀所能达到的孔深或槽深，很大程度上受限于等离子体中的离子能所到达的深度。对于超深宽比(>40)的刻蚀工艺，往往会出现“离子受限”的工艺区间。这是因为渡越鞘层之后离子本身能量具有局限性，加上深孔侧壁累积电荷所形成电场对离子产生排斥作用，随着刻蚀深度的增加，到达孔底部的离子数量越发有限，或者即使到达底部，其能量也不足以辅助刻蚀剂(活性基团)对底部材料继续刻蚀，使得最终的孔深不能满足工艺要求。因此，如何提高离子的能量和降低电荷累积效应是解决这一工艺问题的关键。
图2所示为等离子体刻蚀过程中基片内部的电荷分布图。被刻蚀衬底100上沉积有绝缘材料层103，其中绝缘材料层可以是均匀的材料层，也可以是由交替的多种绝缘材料层堆叠而成。上方的掩膜层105上具有图形化的开口，开口经过刻蚀向下延伸形成通孔102。对于这种超深宽比的刻蚀工艺，在刻蚀孔向下延伸的过程中，通孔侧壁会逐渐积累电荷，由于通孔是绝缘材料构成的，这些电荷很难被导走。这些积累的电荷主要是正电荷，也可能出现少量负电荷，呈随机不对称分布。经过基片表面的鞘层后，入射离子在向下运动的过程中会被这些电荷排斥而减速，向下运动的离子能量不足会导致刻蚀孔底部无法被继续向下刻蚀，反应停止；或者，向下运动的离子被这些不对称分布的电荷形成的电场排斥后偏移运动方向，最后倾斜入射到通孔的侧壁，最终使得刻蚀通孔发生偏斜。
随着刻蚀工艺发展，对刻蚀深宽比的要求越来越严苛，业内的普遍做法是，在现有的射频电源的配置基础上(比如，2MHz的低频射频电源LF、60MHz的高频射频电源HF)，通过不断地提高射频输入源的射频功率，从而加大射频馈入反应腔内的能量，来提高离子的入射能量，来实现超深宽比的刻蚀，但这样仍会出现刻蚀的瓶颈，出现前述的“离子受限”现象，到达一定的深度后，就再也刻蚀不下去了，同时，真正用于实现离子向下轰击的能量很少(约占3％左右)，因而输入的射频功率的利用率很低，造成射频能源的巨大浪费和芯片生产商的成本大大提升。
所以，业界需要提出一种新的、低能耗的等离子刻蚀反应器，能够突破现有技术中超深宽比刻蚀的瓶颈，有效进行超深宽比的刻蚀工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种等离子刻蚀反应器，其能够适用于超深宽比的通孔刻蚀工艺，且比现有技术具有更低能耗。
本发明提供了一种用于超深宽比刻蚀的等离子反应器，包括：反应腔，所述反应腔内部形成反应空间，以进行等离子体刻蚀工艺处理；基座，设置于所述反应空间内，用于支撑被处理基片；气体喷淋头，设置于所述反应腔内的顶部；第一射频电源，与所述基座或气体喷淋头相连接，以输送具有第一频率的射频功率到所述基座或气体喷淋头，形成并维持所述反应腔内的等离子体；第二射频电源，与所述基座相连接，以输送具有第二频率的射频功率到所述基座，以控制入射到所述基片的离子能量；所述第一频率大于等于4MHz，第二频率大于等于10KHz小于等于300KHz；其中，所述基片的表面的直流偏压电势产生第一加速电场，所述第二射频电源产生第二加速电场，所述第二射频电源的每个输出周期包括一正半周期和一负半周期，在所述正半周期内，所述第一加速电场驱动所述等离子体中的离子加速向所述基片运动以进行刻蚀；在所述负半周期内，所述第一加速电场驱动所述等离子体中的离子加速向所述基片运动以进行刻蚀，同时，所述第二加速电场直接驱动所述等离子体中的离子加速向所述基片运动以进行刻蚀。可选地，第二加速电场持续时间为大于等于5/3微秒小于等于50微秒。较佳的，第二频率小于等于200KHz。
其中所述第二频率最佳的为100KHz或200KHz，所述第一频率为13.56MHz或27MHz或60MHz，最佳的需要大于等于13MHz。
其中所述第二射频电源的输出功率大于等于4KW，更易达到在帮射频功率变化周期内使得等离子体中的离子轰击到基片。
本发明中的超深宽比的深宽比值大小为大于40:1。
较佳的，所述第一频率大于等于第二频率的100倍，增加对超深宽比刻蚀孔电荷的中和次数和时间。
本发明提供另一个较佳实施例，等离子刻蚀反应器中还包括一个第三射频电源，所述第三射频电源输出第三频率，所述第三频率大于所述第二频率小于第一频率，所述第二和第三射频电源通过一个匹配切换电路连接到所述基座。其中所述第二和第三射频电源通也可以过各自的匹配电路连接到所述基座。与之相对应的，同时提供一种等离子反应器进行超深宽比刻蚀的方法，包括：放置待处理基片到所述基座或下电极上；通入刻蚀反应气体；施加频率大于等于4MHz的高频射频功率至反应腔内的下电极或上电极，以形成并维持等离子体，所述高频射频功率输出第一功率；通过匹配切换电路选择施加第三射频电源到所述基座；检测刻蚀孔深度，当刻蚀深度超过预设值时，控制所述第二射频电源输出射频功率到基座，同时控制所述高频射频功率输出第二功率，其中第二功率大于所述第一功率。
本发明还提供了一种具有超低频射频电源驱动的等离子反应器，包括：反应腔，所述反应腔内部形成反应空间，以进行等离子体刻蚀工艺处理；下电极，设置于所述反应空间内，用于支撑被处理基片；反应腔内顶部包括上电极；高频射频电源，输出具有高频率的射频功率到所述下电极或上电极，以形成并维持反应腔内的等离子体；超低频射频电源，输出具有一超低频的射频功率到下电极，以控制入射到基片的离子能量；所述高频的频率大于等于2MHz，所述超低频的频率大于10KHz小于等于200KHz；其中，所述基片的表面的直流偏压电势产生第一加速电场，所述第二射频电源产生第二加速电场，所述第二射频电源的每个输出周期包括一正半周期和一负半周期，在所述正半周期内，所述第一加速电场驱动所述等离子体中的离子加速向所述基片运动以进行刻蚀；在所述负半周期内，所述第一加速电场驱动所述等离子体中的离子加速向所述基片运动以进行刻蚀，同时，所述第二加速电场直接驱动所述等离子体中的离子加速向所述基片运动以进行刻蚀。可选地，第二加速电场持续时间为大于等于5/3微秒小于等于50微秒。本发明中的等离子反应器还可以包括一个低频射频电源，所述低频射频电源输出频率大于所述超低频射频电源的输出频率，小于高频射频电源的输出频率，所述低频频射频电源和超低频射频电源通过一个匹配切换电路连接到所述基座。
较佳的，本发明中的第一频率大于等于13MHz。
本发明还提供了与上述等离子反应器相匹配的超深宽比刻蚀的方法，包括：放置待处理基片到所述基座或下电极上；通入刻蚀反应气体；
施加频率大于等于4MHz的高频射频功率至反应腔内的下电极或上电极，以形成并维持等离子体；同时施加频率大于等于10KHz小于等于300KHz的超低频的射频功率至反应腔内的下电极或基座上；利用等离子体对基片表面进行刻蚀；其中，在等离子体刻蚀工艺处理时，施加于所述下电极或基座上的超低频功率直接利用射频电压对所述等离子体中的离子进行驱动，所述第二射频电源的每个输出周期包括一正半周期和一负半周期，在所述正半周期内，第一加速电场驱动所述等离子体中的离子加速向所述基片运动以进行刻蚀，在所述负半周期内，第一加速电场驱动所述等离子体中的离子加速向所述基片运动以进行刻蚀，同时，第二加速电场直接驱动所述等离子体中的离子加速向所述基片运动以进行刻蚀，所述基片的表面的直流偏压电势产生所述第一加速电场，所述第二射频电源产生所述第二加速电场；本发明选择的射频频率组合可以使得所述超低频的输出电压周期性循环变化，每个周期中包括多次鞘层坍塌点，鞘层坍塌时刻，等离子体中的电子进入刻蚀通孔，中和刻蚀通孔中的电荷。
同时，受超低频射频功率影响的直流偏置电压也驱动所述离子，使其加速向下运动轰击基片，共同实现刻蚀。其中，所述绝缘材料层包括交替层叠的第一绝缘材料层和第二绝缘材料层。所述绝缘材料层上刻蚀形成的通孔的深宽比大于40。所述第一绝缘材料层由氧化硅构成，第二绝缘材料层由氮化硅构成。
本发明中的超低频的射频功率大于等于6KW，所述高频射频功率小于等于10KW，或者小于等于20KW。
本发明适用的刻蚀气体气体包括碳氟化合物和或碳氢氟化合物。
附图说明
本说明书中包含的附图，作为本说明书的一部分，示出了本发明的实施方式，并与说明书一起用于解释和描述本发明的原理和实施。附图旨在以一种概略的方式描绘所述实施例的主要特征。
图1是现有技术等离子刻蚀反应器示意图；
图2是现有技术超深宽比刻蚀中离子运动轨迹示意图；
图3是本发明射频电压曲线和影响离子加速的各种电势示意图；
图4是本发明与现有技术在进行高深宽比刻蚀时刻蚀速率与刻蚀深度变化曲线对比图；
图5a是本发明等离子刻蚀反应器一种实施例图；
图5b是本发明等离子刻蚀反应器另一种实施例图；
图5c是本发明等离子刻蚀反应器另一种实施例图。
图6a是现有技术中低频射频功率驱动下基片表面电子和离子运动示意图；
图6b是本发明超低频射频功率驱动下基片表面电子和离子运动示意图。
具体实施方式
下文将结合附图对本发明的技术方案进行详细描述，需强调的是，这里仅是示例性的阐述，不排除有其它利用本发明思想的实施方式。
为解决现有技术的不足，发明人经过研究分析、多次试错和实验验证，发明并提出一种超低频射频电源驱动的电容耦合型等离子体刻蚀反应器，所述超低频射频电源(LF)施加至该电容耦合型等离子体刻蚀反应器的下电极，其频率范围为大于等于10KHz小于等于300KHz；一高频射频电源(HF)施加至下电极或上电极，其射频频率大于等于4MHz，优选为13.56MHz或27MHz或60MHz。
使用该超低频射频电源驱动的电容耦合型等离子体刻蚀反应器可以实现高质量的超深宽比刻蚀，不仅能够比现有技术刻蚀更深，而且也不会出现因刻蚀孔侧壁电场排斥而导致的侧向刻蚀，同时，其所需要的功率输入也比现有技术低。本发明所述的超深宽比刻蚀，是指刻蚀深宽比至少为40:1的深孔或深槽。
下面结合图3、图4来详述本发明的原理和与现有技术相比更优的发明效果。
本发明所提出的超低频射频电源驱动的电容耦合型等离子体刻蚀反应器，其架构配置与图1所示的设置类似，不同之处在于低频射频电源(LF)的频率取超低频，频率的具体范围为大于等于10KHz小于等于300KHz。当然，本发明所提供的刻蚀反应器，其也可以将高频射频电源(HF)设置在上电极(或气体喷淋头)11处，同样，其低频射频电源(LF)的频率取超低频，具体范围为大于等于10KHz小于等于300KHz，该设置也属于本发明的专利保护范围。
图3示出使用本发明超低频电容耦合型等离子体刻蚀反应器在等离子体处理时射频电压曲线和影响等离子体中的离子加速的各种电势示意图。图中，VP代表等离子处理时等离子体的电势；VDC代表等离子处理时被处理的基片上的直流偏置电压，该VDC是由于在等离子体中的电子运动的速度远快于离子运动的速度，导致大量电子积累在基片表面形成负电势的自偏压；VDD代表低频射频电源LF的射频电压；等离子体电势VP与直流偏置电压VDC的差VP-VDC＝EDC(称为：直流加速电压)决定了对等离子体中离子加速的直流加速电场强度，直流加速电压EDC对等离子体中的离子的作用如图2所示，可以持续地加速等离子体中带正电荷的离子向下运动，以进行后续的刻蚀。
本发明选用甚低的、特殊的低频射频频率，使得在等离子体刻蚀处理时，等离子体中的离子能够实现双重驱动加速，分别是VDC直流驱动加速、VDD射频直接驱动加速。在图3所示的t1周期内，鞘层上具有的偏置电压(VDC)会驱动离子加速向下运动轰击基片(称为：VDC直流驱动加速)，以进行刻蚀；同时，超低频射频电压(VDD)也会直接驱动(direct driving)该离子加速向下运动轰击基片(称为：VDD驱动刻蚀)，以进行刻蚀。
以下结合图3详述本发明的VDD射频直接驱动加速以进行刻蚀的原理和过程。
本发明提出的具有超低频射频电源的电容耦合型等离子体刻蚀反应器，由于其施加至下电极的射频电源的频率为10至300KHz，该超低频率比现有技术所采用的频率(1MHz以上)低很多，所以，其周期就会比现有技术长很多。以频率为100K为例，图3中与该频率所对应的周期时长t1为10us，通过选择与该超低频射频功率相配合的的输出功率，比如，大于等于4KW，在等离子体中的离子加速时间内(图3中，每个周期时长t1内虚线Y所圈示的时间段，即，在射频电压为负的半个周期内)，等离子体中的离子加速时间足够长且加速电压足够大，等离子体中的离子足以被加速到穿过鞘层并轰击基片表面。该驱动是直接利用射频电压对等离子体中的离子进行直接驱动(direct driving)向下加速运动，因而称之为VDD射频直接驱动加速。离子加速完成后，VDD随后变化为正电压，对等离子体中新产生的离子和前一阶段加速不够的部分离子产生反向向上推离基片的力和作用效果(图3中，每个周期内虚线Z所圈示的时间段)。
与现有技术相对比，本发明解决了等离子体刻蚀处理时仅存在VDC直流驱动加速刻蚀的问题。现有技术中的低频射频电源的频率远高于本发明的超低频，比如大于1MHz，参考图3所示，其周期时长t1小于1us，在有效加速时间段(Y区域)内，对离子的实际加速时间小于0.5us，由于离子质量较大且加速时间较短，所以在这段加速时间内，离子尚未被加速到足够的速度以穿过鞘层到达基片表面，就马上被变为正的电场减速并反向向上推离基片表面，如图2所示，该情况下，只能使得离子上下震荡，无法有效加速离子向下运动。
由上所述，本发明选用甚低的射频频率，使得在等离子体刻蚀处理过程中，离子加速电场变成了双重加速电场，以进行超深宽比刻蚀，与现有技术中只有VDC加速驱动离子刻蚀产生了质的变化。
本发明中，VDD射频直接驱动加速可以带来诸多的发明效果。
由于VDD射频直接驱动加速效果与超低频的射频功率的数值大小直接相关，因而，可以通过控制该超低频的射频功率的数值大小来直接地精确控制离子入射能量。在超深宽比刻蚀过程中，随着刻蚀孔向下延伸的深度逐渐增加，在整个刻蚀工艺过程中，本发明能够通过控制该超低频的射频功率的数值大小，来精确控制离子能量，使其逐渐变化，以实现所期望的刻蚀效果。
现有技术中，低频射频电源LF具有1MHz-2MHz的射频频率，在该频率选择范围内，只能通过调节低频射频电源的输出功率来调节入射到基片表面的离子能量。但是，在超深宽比刻蚀时，现有技术的低频射频电源LF只能通过功率控制，使其低频射频电源的输出达到20KW或者更高。这么高的输出功率不仅成本高昂，而且会产生大量的多余热量，因而在等离子刻蚀反应器中需要配套大功率的散热机构；此外，极高的电压(一万伏特以上)也容易造成等离子反应器中各种气体发生放电，造成等离子体不稳定，并容易损坏反应器内部的零部件。
另外，现有技术的刻蚀机，在超深宽比刻蚀时，为了使得离子能够到达足够深的通孔底部，需要极大的低频射频功率输出。增加功率输出，虽然会增加离子向下入射的能量，但也会有部分能量对刻蚀气体解离，使得基片上方的等离子体的浓度和成分发生变化，会与高频射频功率的解离效果互相叠加，因而，增加射频功率控制的难度。而且，刻蚀气体中含有大量的碳氟化合物和碳氟氢化合物，在这些成分因超高功率的低频射频功率供应而发生大量解离时，过量的聚合物会在刻蚀通孔侧壁和开口沉积，导致开口被封闭，无法向下继续刻蚀。上述各种因低频射频功率过高带来的问题，大幅增加了等离子刻蚀反应器的加工和制造成本。
与之相对比，本发明提供了一个更优化的频率范围，少量增加超低频的射频功率，就能获得极大的离子入射能量。
此外，本发明中，加速时间段内的VDD的电压平均值可以大于VDC，所以，向下轰击到基片表面的离子的数量和能量都会显著高于现有技术采用同等偏置射频功率时的离子的数量和能量。
优选地，本发明中，因为使用了超低频的射频功率，所以，本发明超低频射频电源的功率可以选择比现有技术更小。优选地，本发明中的超低频射频电源的功率为4KW以上，它可以达到现有技术需要较高频(大于1MHz)和大于10KW才能达到的技术效果。所以，本发明在进行超深宽比刻蚀时，可以显著减小超低频的射频功率。
本发明的超低频功率源设置，可以在具有相同高频率射频电源的情况下，具有更佳的解耦合(de-couple)的效果。超低频和高频可以独立控制，实现对等离子体中不同能量和浓度的独立控制。本发明中，选用10KHz-300KHz的低频射频功率，能够避免低频射频功率对刻蚀气体进行解离，干扰等离子浓度分布的控制，因而使得低频射频功率和高频射频功率的控制效果解耦，互相不干涉。所以，在解耦的情况下，本发明中低频射频功率可以设置得更大，比如30KW，也不会大幅影响反应腔中的等离子体浓度和成分分布，避免了现有技术中低频射频功率很高时出现的两个射频功率互相影响的问题。
图3还示出施加到基片的射频电压曲线V100。该射频电压曲线V100是由超低频射频电源(LF)的电压和高频射频电源(HF)的电压叠加而成。由于超低频射频电源LF的输出功率/输出电压(例如，7000-10000V)远大于高频射频电源HF输出的电压(例如，约几百伏)，所以，整体上看，V100电压会随着超低频射频电源LF的输出电压大幅波动，由于V100还叠加了高频射频电压，所以曲线V100上还包括大量高频的小幅震荡。其中超低频射频电源(LF)的输出电压具有一个变化周期，对应周期长度t1，以100KHz为例，对应的t1周期长度为10us，其中高频射频电源(HF)对应的震荡周期时长t2，以27MHz为例，t2的周期长度约为0.04us。在超低频射频电源LF的输出电压震荡到最高点时，基片表面的电势会被提升到与等离子体P接近的电势，此时基片表面的鞘层坍塌，等离子体中的电子和带电离子将不再受鞘层的限制而能够自由运动到刻蚀通孔中，这样刻蚀通孔102(如图2所示)中的积累电荷能够被中和或导走。但是，发生该鞘层坍塌和积累电荷被消除的时间段非常短暂。如图3中X区域内有6到7个电压波峰时刻，与等离子体电势P最接近，只有在这个范围内的几个时间段中，鞘层厚度降低到一定阀值，电子能够克服鞘层阻碍向下运动，刻蚀通孔中的积累电荷被消除，在其余时间内，由于鞘层的存在，无法让电子自由向下运动。为了更多地让鞘层接近坍塌，让等离子体向下扩散到基片表面，作为一种优选的实施方式，本发明的高频射频电源(HF)的输出频率选择高于超低频射频电源(LF)的输出频率的100倍，这样就会在图3所示的X区域中出现更多个鞘层坍塌点，有利于消除积累电荷，也就有利于获得垂直的刻蚀通孔。
因此，作为本发明的一种较佳实施方式，本发明所提出的超深宽比通孔刻蚀装置中，超低频射频电源LF的输出频率选择100KHz或200KHz，这样能够在不过大增加低频射频功率输出的基础上，给予离子更高的能量；另一方面，选择高频射频功率HF的输出频率大于超低频射频功率LF输出频率的100倍，比如，27MHz或60MHz，这样能够更好地实现超深宽比刻蚀，同时消除刻蚀通孔中积累的电荷，改善刻蚀通孔形貌。
图3中，刻蚀孔电荷消除每个t1周期内只发生少数几次，所以t1时间段不能太长，太长会导致在一个周期内仍可能发生足够的电荷积累，导致离子入射方向倾斜，也就是说，本发明中，超低频射频电源LF的输出频率不能太低，需要大于等于10KHz，这样才能保证刻蚀孔侧壁积累的电荷及时得到消除。采用本发明提出的高频HF和超低频LF射频电源的输出频率范围，可以更好地刻蚀深度极大的刻蚀孔(8um)，同时不需要过大的超低频射频功率，就能实现现有技术需要更高功率才能刻蚀达到的深度。高频射频功率和超低频射频功率也能够彻底的独立控制，不会发生互相影响。
前述实施例中，所述的刻蚀装置，其下电极同时连接有一高频射频电源和一超低频射频电源。应当理解，本发明的发明精神和思路也可以适用于将上电极施加一高频射频电源，下电极施加前述的超低频射频电源，所述超低频射频电源的频率也为10KHz至300KHz之间。
与前述刻蚀装置相关，本发明还提出了一种使用前述等离子刻蚀反应器进行超深宽比的刻蚀方法，尤其适用于3D NAND工艺刻蚀。
所述刻蚀方法包括：
放置待处理基片到所述基座或下电极上；
通入刻蚀反应气体；
施加高频射频功率至反应腔内的下电极或上电极，以形成并维持等离子体；
同时施加超低频的射频功率至反应腔内的下电极或基座上；
利用等离子体对基片表面进行刻蚀；
其中，在等离子体刻蚀工艺处理时，施加于所述下电极或基座上的超低频功率直接利用射频电压对所述等离子体中的离子直接驱动，使所述离子在半个超低频的射频功率的变化周期内向下加速运动轰击所述基片，以进行刻蚀；同时，受超低频射频功率影响的直流偏置电压VDC也驱动所述离子，使其加速向下运动轰击基片，共同实现刻蚀。
前述基片包括衬底及位于衬底上方的绝缘材料层和位于绝缘材料层上方的掩膜层。所述绝缘材料层的厚度大于5um。
所述绝缘材料层包括交替层叠的第一绝缘材料层和第二绝缘材料层。
所述第一绝缘材料层由氧化硅构成，第二绝缘材料层由氮化硅构成。
所述绝缘材料层上刻蚀形成的通孔的深宽比大于40。
所述超低频的射频电源的输出功率大于等于6KW，高频射频电源的输出功率小于等于10KW。
所述高频射频电源的输出功率小于等于20KW。
通过所述气体喷淋头向反应腔中通入的刻蚀气体包括碳氟化合物和或碳氢氟化合物。
所述超低频的射频电源的输出电压周期性循环变化，每个周期中包括多次鞘层坍塌点，鞘层坍塌时刻，等离子体中的电子进入刻蚀通孔，中和刻蚀通孔中的电荷。
本发明采用超低频射频功率作为偏置功率源，与高频射频电源一起对基片进行超深宽比刻蚀。当两个射频电源同时被连接到反应腔中的下电极时，需要在下电极和两个射频电源之间设置匹配电路，匹配电路中包括具有最佳参数的滤波器，只允许具有射频电源输出频率的功率穿过，防止其它频率的射频功率穿过。比如本发明超低频射频电源对应的匹配器中的滤波电路对10-300KHz的射频功率阻抗很低，使得这些频率的功率能够顺利通过，对于60MHz的高频射频功率来说阻抗极高能够防止反向流入偏置功率源。除了射频电源输出的这两个基础频率外，这两个频率的射频功率由于共同输出到一个下电极，两种频率的信号会互相干扰叠加，形成许多新的额外频率，这些杂波频率中包括功率较大的HF±LF频率以及倍频谐波。现有技术中由于LF的频率较大达到1MHz，所以对应源射频频率来说，匹配器中的滤波器需要滤除的就是杂波频率59MHz和61MHz，可以通过优化滤波器的参数方法将这些杂波滤除，同时允许60MHz的有效功率通过。本发明中由于偏置射频电源LF的频率极低，LF以200Khz为例，相应的对源射频功率来说，需要滤除的杂波频率就是59.8MHz和60.2MHz。由于这两个杂波频率都与基础频率60MHz非常接近，所以传统的滤波器方法很难设计参数，无法实现有效滤除59.8/60.2MHz的同时还需要让60MHz的功率通过。为此本发明提出了如图5a所示的等离子刻蚀反应实施例，图5a的高频射频电源HF被连接到了上电极也就是气体喷淋头，低频射频电源被连接到下电极。由于低频射频电源的大部分射频电流会经过等离子体耦合扩散到反应腔侧壁再回到LF匹配器，只有少部分射频功率会耦合到上电极，所以HF匹配器在进行阻抗匹配时只能检测到少量超低频射频功率，能够有效实现对高频射频输出功率和反射功率的监测。避免了高频射频功率连接到下电极时出现的受到本发明超低频射频功率的严重干扰，造成高频射频功率匹配无法有效进行，等离子无法稳定，大量射频功率浪费。
本发明适用于超深宽比的刻蚀工艺，图4示出了在采用不同的低频射频频率时，刻蚀到不同深度时的刻蚀速率变化曲线图。其中LF1为现有技术采用1MHz时，刻蚀速率随着刻蚀孔向下延伸，深度增加过程中刻蚀速率快速下降。除了刻蚀深度的快速下降，由于大量刻蚀气体无法到达刻蚀孔底部进行向下刻蚀，会横向对刻蚀孔侧壁进行刻蚀，即使刻蚀孔最终达到了需要的深度，也会导致刻蚀孔的形貌发生严重变形，出现弓形侧壁(bowing)和掩膜层105下方材料的底切(undercut)。图4中的LF2曲线显示了采用本发明的超低频作为偏置射频电源后的刻蚀速率变化曲线，可见采用本发明后刻蚀速率随深度下降较慢，大量刻蚀气体能够向下刻蚀，也就减小了对侧壁的破坏。本发明采用超低频射频功率能够大幅增加离子入射功率，所以刻蚀孔底部的聚合物层能够被向下入射的高能离子清除，使得刻蚀向下继续进行。
采用本发明的超低频射频功率后，由于超低频无法解离反应气体，所以等离子体浓度和反应气体中的自由基(Radical)浓度会下降，为了保证足够的刻蚀速率，需要大幅增加高频射频功率的数值。比如现有技术中60Mhz输出功率为1200W，低频射频电源2MHz输出功率10000W通入刻蚀气体(氟碳化合物和氟碳氢化合物)作为反应气体。采用本发明超低频射频功率时，为了达到类似的刻蚀效果，需要60Mhz输出功率为3500W，同时超低频射频电源10-300KHz的输出功率为5000-8000W。所以采用本发明超低频射频功率可以增加高深宽比刻蚀过程中的刻蚀速率，部分降低偏置射频电源的功率，但是需要付出高频射频功率大幅增加的代价。为了进一步改进高深宽比刻蚀工艺，本发明进一步提出了如图5b所示的另一个实施例，图5b与图5a基本结构相同，主要区别在于设置两个低频射频电源LF1、LF2连接到下电极。其中，LF1、LF2通过一个匹配切换电路连接到下电极，在刻蚀高深宽比通孔工艺过程中，在刻蚀深度较低(小于6um)的第一阶段时首先施加频率较高LF1的偏置射频功率到下电极，LF1的频率范围为2MHz-13.56MHz，同时施加较低功率的高频(HF)射频功率到上电极或基座，HF的频率大于等于4MHz，作为一种实施例，当LF1频率为13.56MHz时，HF的频率大于等于27MHz。通过图4所示的刻蚀速率和刻蚀深度的关系图可知，在这一过程中，采用LF1低频射频功率虽然刻蚀速率会略低于同样功率超低频射频功率LF2，但是可以节约大量高频(HF)射频功率。在刻蚀深度达到6um时匹配切换电路切换输出超低频(LF2)功率到下电极，同时，停止LF1射频电源的射频功率输出，进行第二阶段刻蚀，使得在刻蚀进程的第二阶段仍然能保持较高的刻蚀速率，防止对刻蚀孔侧壁的刻蚀，最终达到需要的刻蚀深度。进行所述第二阶段刻蚀时，可以选择超低频射频电源的频率为100KHz或200KHz。
最终在整个刻蚀过程中，即在第一阶段刻蚀中大幅降低了功率消耗，也在第二阶段刻蚀中保证刻蚀速率和刻蚀孔形貌。本发明中的匹配切换电路可以是两个射频电源(LF1、LF2)共用一个，也可以是如图5c所示两个射频电源具有各自独立的匹配器1和匹配器2，每个射频电源通过各自的匹配器输出射频功率到基座。其中的切换电路可以包括一个切换开关，或一系列开关组，也可以没有实体的开关，只要能实现多个射频功率输出的切换就可以应用于本发明场合。比如，当需要停止向基座输出当前射频功率(LF1)时，关闭射频电源(LF1)的输出，同时另一个射频电源(LF2)开始通过自己的匹配器输出，这样没有切换开关，也能够实现射频功率的切换。
图6a是现有技术中低频射频功率驱动下基片表面电子和离子运动示意图；图6b是本发明超低频射频功率驱动下基片表面电子和离子运动示意图。从图中可知现有技术中采用高于400KHz的低频射频功率，低频射频功率保持稳定的情况下，在低频射频功率的正半周中，等离子体中的电子被低频电场驱动向下运动，在负半周中电子被推离基片，同时由于负半周的时间长度Pa’较短，离子尚未运动到基片电场方向就反转了，所以没有离子会被低频电场直接驱动向下。在基片表面积累的直流偏压电势VDC保持稳定。本发明由于采用了超低频的射频功率，所以输出到下电极的低频交流信号的周期大幅增加。所述超低频的射频电源的每个输出周期包括一正半周期和一负半周期，在所述正半周期内存在对离子进行加速的第一加速电场即VDC，在所述负半周期内存在对离子进行加速的第一加速电场VDC和第二加速电场VDD，其中，VDD为超低频射频功率源对等离子体中的离子施加的加速电场。当所述超低频射频电源的输出频率小于等于300KHz时，所述第二加速电场VDD持续时间大于1.7微秒。当所述超低频射频电源的输出频率小于等于200KHz时，所述第二加速电场VDD持续时间大于等于2.5微秒。
在正半周期中电子被超低频电压VDD驱动向下到达基片表面，长期积累导致基片表面的偏置电压VDC电压的负偏置幅度增加，在进入负半周后的Pa时段中电子被推离基片，等离子体中的离子开始向下加速运动，进入Pb时段后向下运动的离子被加速到足够速度轰击到基片表面和刻蚀孔中，同时大量带正电的离子到达使得基片表面积累的负偏置电势减小，但是在整个超低频偏置功率信号周期中负偏置电压仍能维持在一个小范围内波动。
从图6b中可以看出，在超低频偏置功率信号的正半周中VDD无法驱动离子向下运动，只靠VDC向下驱动离子加速，在负半周中VDD和VDC同时驱动离子向下加速。其中VDC的产生原因是等离子体中的电子运动速度快于离子，所以在基片表面建立的负偏压的电势，所以VDC负偏压分布受基片上方等离子体浓度的影响，浓度越高的区域相应的VDC也越高。而离子浓度分布受到高频射频功率(典型的大于10MHz)分布的影响，高频射频功率在上下电极间传递过程中由于受集肤效应影响，射频电流在下电极10表面分布不均匀，会出现基片中心和边缘等离子体浓度高，中间部分浓度低的等离子分布形态，相应的VDC的分布也具有不均匀的特性，因此现有技术只用VDC驱动很难获得最均匀的离子入射能量分布。本发明中VDD是直接施加在上下电极10、11之间的，上下电极是平行的互相靠近的电极板，而且本发明中的VDD具有超低频率(<300KHz)，肌肤效应不明显，所以可以在上下电极之间产生非常均匀分布的电场，因此受VDD驱动下的离子入射能量分布更均匀。本发明由于采用了超低频偏置功率源，所以在超低频偏置信号的负半周期中不仅能够由两种电压驱动离子向下运动，而且离子能量分布也更均匀。尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (29)

1.一种用于超深宽比刻蚀的等离子反应器，包括：
反应腔，所述反应腔内部形成反应空间，以进行等离子体刻蚀工艺处理；
基座，设置于所述反应空间内，用于支撑被处理基片；
气体喷淋头，设置于所述反应腔内的顶部；
第一射频电源，与所述基座或气体喷淋头相连接，以输送具有第一频率的射频功率到所述基座或气体喷淋头，形成并维持所述反应腔内的等离子体；
第二射频电源，与所述基座相连接，以输送具有第二频率的射频功率到所述基座，以控制入射到所述基片的离子能量；
所述第一频率大于等于4MHz，第二频率大于等于10KHz小于等于300KHz；
所述基片的表面的直流偏压电势产生第一加速电场，所述第二射频电源产生第二加速电场，所述第二射频电源的每个输出周期包括一正半周期和一负半周期，在所述正半周期内，所述第一加速电场驱动所述等离子体中的离子加速向所述基片运动以进行刻蚀；在所述负半周期内，所述第一加速电场驱动所述等离子体中的离子加速向所述基片运动以进行刻蚀，同时，所述第二加速电场直接驱动所述等离子体中的离子加速向所述基片运动以进行刻蚀。
2.如权利要求1所述的等离子反应器，其特征在于，所述第二加速电场持续时间为大于等于5/3微秒小于等于50微秒。
3.如权利要求1所述的等离子反应器，其特征在于，所述第二频率为100KHz。
4.如权利要求1所述的等离子反应器，其特征在于，所述第二频率为200KHz。
5.如权利要求3或4所述的等离子反应器，其特征在于，所述第一频率为13.56MHz或27MHz或60MHz。
6.如权利要求1所述的等离子反应器，其特征在于，所述第一频率大于等于13MHz。
7.如权利要求1所述的等离子反应器，其特征在于，所述第二射频电源的输出功率大于等于4KW。
8.如权利要求1所述的等离子反应器，其特征在于，所述超深宽比的深宽比值大小为大于40:1。
9.如权利要求1所述的等离子反应器，其特征在于，所述第一频率大于等于第二频率的100倍。
10.如权利要求1所述的等离子反应器，其特征在于，所述第二频率小于等于200KHz。
11.如权利要求1所述的等离子反应器，其特征在于，还包括一个第三射频电源，所述第三射频电源输出第三频率，所述第三频率大于所述第二频率小于第一频率，所述第二和第三射频电源通过一个匹配切换电路连接到所述基座。
12.如权利要求1所述的等离子反应器，其特征在于，还包括一个第三射频电源，所述第三射频电源输出第三频率，所述第三频率大于所述第二频率小于第一频率，所述第二和第三射频电源通过各自的匹配器连接到所述基座。
13.如权利要求11或12所述的等离子反应器，其特征在于，所述第三频率大于等于2MHz小于等于13.56MHz。
14.一种具有超低频射频电源驱动的等离子反应器，包括：
反应腔，所述反应腔内部形成反应空间，以进行等离子体刻蚀工艺处理；
下电极，设置于所述反应空间内，用于支撑被处理基片；
反应腔内顶部包括上电极；
高频射频电源，输出具有高频率的射频功率到所述下电极或上电极，以形成并维持反应腔内的等离子体；
超低频射频电源，输出具有一超低频的射频功率到下电极，以控制入射到基片的离子能量；
所述高频的频率大于等于4MHz，所述超低频的频率大于10KHz小于等于200KHz；
所述基片的表面的直流偏压电势产生第一加速电场，所述第二射频电源产生第二加速电场，所述第二射频电源的每个输出周期包括一正半周期和一负半周期，在所述正半周期内，所述第一加速电场驱动所述等离子体中的离子加速向所述基片运动以进行刻蚀；在所述负半周期内，所述第一加速电场驱动所述等离子体中的离子加速向所述基片运动以进行刻蚀，同时，所述第二加速电场直接驱动所述等离子体中的离子加速向所述基片运动以进行刻蚀。
15.如权利要求14所述的等离子反应器，其特征在于，所述第二加速电场持续时间为大于等于5/3微秒小于等于50微秒。
16.如权利要求14所述的等离子反应器，其特征在于，第一频率大于13MHz。
17.如权利要求14所述的等离子反应器，其特征在于，还包括一个低频射频电源，所述低频射频电源输出频率大于所述超低频射频电源的输出频率，小于高频射频电源的输出频率，所述低频频射频电源和超低频射频电源通过一个匹配切换电路连接到所述基座。
18.一种使用权利要求1或14所述的等离子反应器进行超深宽比刻蚀的方法，包括：
放置待处理基片到所述基座或下电极上；
通入刻蚀反应气体；
施加频率大于等于4MHz的高频射频功率至反应腔内的下电极或上电极，以形成并维持等离子体；
同时施加频率大于等于10KHz小于等于300KHz的超低频的射频功率至反应腔内的下电极或基座上；
利用等离子体对基片表面进行刻蚀；
其中，在等离子体刻蚀工艺处理时，施加于所述下电极或基座上的超低频功率直接利用射频电压对所述等离子体中的离子进行驱动，所述第二射频电源的每个输出周期包括一正半周期和一负半周期，在所述正半周期内，第一加速电场驱动所述等离子体中的离子加速向所述基片运动以进行刻蚀，在所述负半周期内，第一加速电场驱动所述等离子体中的离子加速向所述基片运动以进行刻蚀，同时，第二加速电场直接驱动所述等离子体中的离子加速向所述基片运动以进行刻蚀，所述基片的表面的直流偏压电势产生所述第一加速电场，所述第二射频电源产生所述第二加速电场。
19.如权利要求18所述的刻蚀方法，所述第二加速电场持续时间为大于等于5/3微秒小于等于50微秒。
20.如权利要求18所述的刻蚀方法，其特征在于，所述绝缘材料层包括交替层叠的第一绝缘材料层和第二绝缘材料层。
21.如权利要求18所述的刻蚀方法，其特征在于，所述绝缘材料层上刻蚀形成的通孔的深宽比大于40。
22.如权利要求18所述的刻蚀方法，其特征在于，所述超低频的射频功率大于等于6KW，所述高频射频功率小于等于10KW。
23.如权利要求18所述的刻蚀方法，其特征在于，所述高频射频功率小于等于20KW。
24.如权利要求18所述的刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀气体气体包括碳氟化合物和或碳氢氟化合物。
25.如权利要求18所述的刻蚀方法，其特征在于，所述超低频的输出电压周期性循环变化，每个周期中包括多次鞘层坍塌点，鞘层坍塌时刻，等离子体中的电子进入刻蚀通孔，中和刻蚀通孔中的电荷。
26.权利要求20所述的刻蚀方法，所述第一绝缘材料层由氧化硅构成，第二绝缘材料层由氮化硅构成。
27.一种使用权利要求11或12所述的等离子反应器进行超深宽比刻蚀的方法，包括：
放置待处理基片到所述基座或下电极上；
通入刻蚀反应气体；
施加频率大于等于4MHz的高频射频功率至反应腔内的下电极或上电极，以形成并维持等离子体，所述高频射频功率输出第一功率；
施加第三射频电源到所述基座，进行第一阶段刻蚀；
检测刻蚀孔深度，当刻蚀深度超过预设值时，控制所述第二射频电源输出射频功率到基座，同时控制所述高频射频功率输出第二功率进行第二阶段刻蚀，其中第二功率大于所述第一功率。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，进行所述第二阶段刻蚀时，设置第二射频电源的频率为100KHz或200KHz。
29.如权利要求27所述的方法，其特征在于，在进行所述第一阶段刻蚀步骤中，所述第三射频电源通过所述匹配切换电路施加到所述基座。
CN201910107649.6A 2019-02-02 2019-02-02 一种用于超深宽比刻蚀的等离子反应器及其刻蚀方法 Pending CN111524780A (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910107649.6A CN111524780A (zh) 2019-02-02 2019-02-02 一种用于超深宽比刻蚀的等离子反应器及其刻蚀方法
TW109101245A TWI747137B (zh) 2019-02-02 2020-01-14 用於超深寬比蝕刻的電漿反應器及其蝕刻方法
US16/743,748 US11189496B2 (en) 2019-02-02 2020-01-15 Plasma reactor for ultra-high aspect ratio etching and etching method thereof
KR1020200006170A KR102419368B1 (ko) 2019-02-02 2020-01-16 높은 종횡비의 식각을 위한 플라즈마 반응기 및 그의 식각 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910107649.6A CN111524780A (zh) 2019-02-02 2019-02-02 一种用于超深宽比刻蚀的等离子反应器及其刻蚀方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111524780A true CN111524780A (zh) 2020-08-11

Family

ID=71836678

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910107649.6A Pending CN111524780A (zh) 2019-02-02 2019-02-02 一种用于超深宽比刻蚀的等离子反应器及其刻蚀方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11189496B2 (zh)
KR (1) KR102419368B1 (zh)
CN (1) CN111524780A (zh)
TW (1) TWI747137B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020178099A (ja) * 2019-04-22 2020-10-29 東京エレクトロン株式会社 整合方法及びプラズマ処理装置
KR102482734B1 (ko) 2020-11-13 2022-12-30 충남대학교산학협력단 고주파 펄스 소스 및 저주파 펄스 바이어스를 이용한 플라즈마 극고종횡비 식각 방법
WO2023132889A1 (en) * 2022-01-04 2023-07-13 Applied Materials, Inc. Electrode tuning, depositing, and etching methods
US20230223268A1 (en) * 2022-01-10 2023-07-13 Applied Materials, Inc. BIAS VOLTAGE MODULATION APPROACH FOR SiO/SiN LAYER ALTERNATING ETCH PROCESS

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3220383B2 (ja) * 1996-07-23 2001-10-22 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びその方法
KR100521120B1 (ko) * 1998-02-13 2005-10-12 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼 반도체소자의 표면처리방법 및 장치
US7144521B2 (en) * 2003-08-22 2006-12-05 Lam Research Corporation High aspect ratio etch using modulation of RF powers of various frequencies
KR101450015B1 (ko) * 2009-09-25 2014-10-13 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 유도 결합 플라즈마 반응기에서의 고효율 가스 해리 방법 및 장치
US20120149213A1 (en) * 2010-12-09 2012-06-14 Lakshminarayana Nittala Bottom up fill in high aspect ratio trenches
KR102038649B1 (ko) * 2012-02-20 2019-10-30 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 전원 시스템, 플라즈마 에칭 장치 및 플라즈마 에칭 방법
KR20160028612A (ko) * 2014-09-03 2016-03-14 삼성전자주식회사 반도체 제조 장치 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
US10340123B2 (en) * 2016-05-26 2019-07-02 Tokyo Electron Limited Multi-frequency power modulation for etching high aspect ratio features
US11075084B2 (en) * 2017-08-31 2021-07-27 L'Air Liquide, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Chemistries for etching multi-stacked layers
US10643846B2 (en) * 2018-06-28 2020-05-05 Lam Research Corporation Selective growth of metal-containing hardmask thin films
US20200058469A1 (en) * 2018-08-14 2020-02-20 Tokyo Electron Limited Systems and methods of control for plasma processing

Also Published As

Publication number Publication date
TWI747137B (zh) 2021-11-21
TW202030797A (zh) 2020-08-16
KR102419368B1 (ko) 2022-07-11
US11189496B2 (en) 2021-11-30
US20200251345A1 (en) 2020-08-06
KR20200096731A (ko) 2020-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111524780A (zh) 一种用于超深宽比刻蚀的等离子反应器及其刻蚀方法
US9865484B1 (en) Selective etch using material modification and RF pulsing
US9053908B2 (en) Method and apparatus for controlling substrate DC-bias and ion energy and angular distribution during substrate etching
JP7259061B2 (ja) 半導体構造をエッチングするための方法及び装置
JP4660498B2 (ja) 基板のプラズマ処理装置
US20080317965A1 (en) Plasma processing apparatus and method
EP1323180A2 (en) System, apparatus, and method for processing wafer using single frequency rf power in plasma processing chamber
KR101328800B1 (ko) 다중 주파수의 ｒｆ 펄스 파워를 이용한 펄스 플라즈마의 특성 제어 방법
TWI521597B (zh) Etching method of semiconductor structure
WO2009070562A1 (en) Plasma control using dual cathode frequency mixing
US10790168B2 (en) Plasma treatment apparatus and method of fabricating semiconductor device using the same
KR100878467B1 (ko) 반도체 기판 처리장치
CN111492460A (zh) 用于干洗半导体基板的等离子体装置
KR20190003093A (ko) 반도체 제조 장치, 이의 동작 방법
CN209515601U (zh) 一种用于超深宽比刻蚀的等离子反应器
US11545364B2 (en) Pulsed capacitively coupled plasma processes
CN111937114A (zh) 用于在加工等离子体时控制离子能量分布的装置和方法
KR100420533B1 (ko) 플라즈마 공정장치 및 이를 이용한 플라즈마 식각방법
KR20220065978A (ko) 고주파 펄스 소스 및 저주파 펄스 바이어스를 이용한 플라즈마 극고종횡비 식각 방법
CN114709125A (zh) 半导体工艺设备及脉冲信号控制方法
CN115223862A (zh) 沟槽刻蚀方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination