TW201423863A - 半導體刻蝕裝置及半導體刻蝕方法 - Google Patents

Abstract

一種半導體刻蝕裝置及半導體刻蝕方法，所述半導體刻蝕裝置包括：反應腔，所述反應腔內具有承片台，用於放置待刻蝕基片；供氣源，用於向所述反應腔內通入氣體；等離子體射頻功率源，用於將反應腔內的氣體等離子體化；偏置射頻功率源，用於在待刻蝕基片表面形成偏壓；所述等離子體射頻功率源和/或偏置射頻功率源輸出的射頻信號為脈衝信號，且所述脈衝信號的脈衝頻率和占空比隨著時間的變化而改變，所述半導體刻蝕裝置可以根據需要即時地調節反應腔內的等離子體的密度和偏置電壓來控制通孔內的等離子體的交換和通孔內的反應速率，從而有利於控制通孔的側壁形貌。

Description

半導體刻蝕裝置及半導體刻蝕方法

本發明涉及半導體技術，特別涉及一種半導體刻蝕裝置及半導體刻蝕方法。

在半導體工藝中，對半導體材料進行刻蝕的工藝通常包括乾法刻蝕工藝或濕法刻蝕工藝，其中，由於利用等離子體進行刻蝕的乾法刻蝕工藝能有效地控制刻蝕開口的尺寸而成為目前最主流的刻蝕工藝。

現有工藝通常利用輝光放電、射頻信號、電暈放電等形成等離子體。其中，利用射頻信號形成等離子體時，可以通過調控處理氣體成分、射頻功率的頻率、射頻功率的耦合模式、氣壓、溫度等參數，控制形成的等離子體的密度和能量，從而優化等離子體處理效果。因此，在現有的半導體刻蝕裝置中，通常採用射頻信號形成等離子體，且利用射頻信號在待刻蝕基片上形成偏壓，使得所述等離子體轟擊待刻蝕基片，對所述待刻蝕基片進行刻蝕工藝。

在目前的半導體刻蝕裝置中，用於形成等離子體的射頻信號通常為持續的射頻信號，用於形成偏壓的射頻信號為持續的射頻信號或脈衝式的射頻信號。當形成偏壓的射頻信號為持續的射頻信號時，刻蝕氣體的等離子體會持續地刻蝕待刻蝕基片。當形成偏壓的射頻信號為脈衝式的射頻信號時，所述等離子體會交替地進行刻蝕和沉積聚合物的工藝，有利於形成高深寬比的通孔。但是現有技術中的脈衝式的射頻信號的脈衝頻率和占空 比是確定的，每一個刻蝕工藝中射頻信號的脈衝頻率和占空比是恒定的。

更多關於利用射頻功率形成等離子體進行刻蝕的刻蝕裝置，請參考專利號為US7405521B2的美國專利。

本發明解決的問題提供一種半導體刻蝕裝置及半導體刻蝕方法，所述半導體刻蝕裝置中的等離子體射頻功率源和/或偏置射頻功率源輸出的脈衝信號會隨時間的變化而改變。

為解決上述問題，本發明實施例提供了一種半導體刻蝕裝置，包括：反應腔，所述反應腔內具有承片台，用於放置待刻蝕基片；供氣源，用於向所述反應腔內通入氣體；等離子體射頻功率源，用於將反應腔內的氣體等離子體化；偏置射頻功率源，用於在待刻蝕基片表面形成偏壓；所述等離子體射頻功率源和/或偏置射頻功率源輸出的射頻信號為脈衝信號，且所述脈衝信號的脈衝頻率和占空比隨著時間的變化而改變。

可選的，所述偏置射頻功率源包括第一射頻功率產生器和與所述第一射頻功率產生器相連接的第一射頻信號產生器，所述第一射頻信號產生器包括第一微處理器和第一脈寬調製控制器，所述第一微處理器將一定頻率的三角波和一定電壓的參考信號輸入到第一脈寬調製控制器，所述第一脈寬調製控制器利用所述一定頻率的三角波和一定電壓的參考信號對第一射頻功率產生器的開啟時間和關閉時間進行控制，其中，所述三角波的頻率對應於第一射頻功率產生器輸出的第一脈衝信號的脈衝頻率，所述參考信號的電壓對應於第一脈衝信號的開啟時間和關閉時間的比值。

可選的，所述等離子體射頻功率源包括第二射頻功率產生器和與所述第二射頻功率產生器相連接的第二射頻信號產生器，所述第二射頻信號產生器包括第二微處理器和第二脈寬調 製控制器，所述第二微處理器將一定頻率的三角波和一定電壓的參考信號輸入到第二脈寬調製控制器，所述第二脈寬調製控制器利用所述一定頻率的三角波和一定電壓的參考信號對第二射頻功率產生器的開啟時間和關閉時間進行控制，其中，所述三角波的頻率對應於第二射頻功率產生器輸出的第二脈衝信號的脈衝頻率，所述參考信號的電壓對應於第二脈衝信號的開啟時間和關閉時間的比值。

可選的，所述第一脈寬調製控制器、第二脈寬調製控制器根據如下公式分別控制第一射頻功率產生器、第二射頻功率產生器的開啟時間T_on(t)和關閉時間T_off(t)，f_o(t)=1/(T_on(t)+T_off(t))，V_ref(t)=a×T_on(t)/T_off(t)，其中，f_o(t)為所述三角波的頻率函數，V_ref(t)為所述參考信號的電壓函數，a為特定係數。

可選的，所述三角波的頻率和參考信號的電壓隨時間的變化而改變。

可選的，所述第一微處理器根據所述三角波的頻率函數、參考信號的電壓函數計算出某個時間對應的三角波的頻率和參考信號的電壓，並將對應頻率的三角波和對應電壓的參考信號輸入到第一脈寬調製控制器，所述第二微處理器根據所述三角波的頻率函數、參考信號的電壓函數計算出某個時間對應的三角波的頻率和參考信號的電壓，並將對應頻率的三角波和對應電壓的參考信號輸入到第二脈寬調製控制器。

可選的，所述第一微處理器、第二微處理器存儲有與時間相關的三角波的頻率值和參考信號的電壓值，所述第一微處理器、第二微處理器對相應時間對應的三角波的頻率值和對應的參考信號的電壓值進行讀取後，將對應頻率的三角波和對應電壓的參考信號輸入到第一脈寬調製控制器、第二脈寬調製控制器。

可選的，還包括控制電腦，利用所述控制電腦向第 一微處理器和第二微處理器輸入三角波的頻率函數、參考信號的電壓函數，或向第一微處理器和第二微處理器輸入與時間相關的三角波的頻率值、參考信號的電壓值。

可選的，所述偏置射頻功率源通過第一射頻匹配器連接於承片台。

可選的，所述偏置射頻功率源通過第一射頻匹配器連接於反應腔頂部。

可選的，所述等離子體射頻功率源為電感耦合射頻功率源或電容耦合射頻功率源。

本發明實施例還提供了一種利用所述半導體刻蝕裝置的半導體刻蝕方法，包括：提供待刻蝕基片；在反應腔內通入氣體；等離子體射頻功率源將反應腔內的氣體等離子體化；偏置射頻功率源在待刻蝕基片表面施加偏壓；利用所述氣體的等離子體對待刻蝕基片進行刻蝕形成刻蝕圖形，所述等離子體射頻功率源和/或偏置射頻功率源輸出的射頻信號輸出的信號為脈衝信號，在刻蝕圖形具有第一深度時，所述脈衝信號具有第一占空比和第一脈衝頻率，在刻蝕圖形具有第二深度時，所述脈衝信號具有第二占空比和第二脈衝頻率。

可選的，所述脈衝信號的脈衝頻率小於50千赫茲，所述脈衝信號的占空比範圍為10%~90%。

可選的，所述刻蝕圖形至少還包括第三深度，所述第三深度對應的第一脈衝信號和第二脈衝信號的脈衝頻率和/或占空比與第一深度、第二深度不同，從而調節不同深度的刻蝕圖形側壁形貌和刻蝕速率。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：所述半導體刻蝕裝置的等離子體射頻功率源和/或偏置射頻功率源輸出的射頻信號為脈衝信號，且所述脈衝信號的脈衝頻率和占空比隨著時間的變化而改變，可以根據需要即時地調 節反應腔內的等離子體的密度和偏置電壓來控制通孔內的等離子體的交換和通孔內的反應速率，從而有利於控制通孔的側壁形貌。

110‧‧‧反應腔

120‧‧‧承片台

125‧‧‧待刻蝕基片

130‧‧‧供氣源

140‧‧‧等離子體射頻功率源

141‧‧‧第二射頻匹配器

142‧‧‧電感線圈

143‧‧‧第二射頻功率產生器

144‧‧‧第二射頻信號產生器

145‧‧‧第二微處理器

146‧‧‧第二脈寬調製控制器

150‧‧‧偏置射頻功率源

151‧‧‧第一射頻匹配器

153‧‧‧第一射頻功率產生器

154‧‧‧第一射頻信號產生器

155‧‧‧第一微處理器

156‧‧‧第一脈寬調製控制器

圖1至圖3是本發明實施例的半導體刻蝕裝置的結構示意圖。

在現有技術中，形成等離子體的射頻信號和形成偏壓的射頻信號通常為持續的射頻信號或脈衝式射頻信號，且所述脈衝式射頻信號的脈衝頻率和占空比是確定的，形成所述持續的射頻信號的射頻功率源或脈衝頻率、占空比恒定的脈衝式射頻信號的射頻功率源的結構簡單。但發明人發現，隨著器件的尺寸的縮小，待刻蝕結構的尺寸也隨之縮小，尤其是採用現有的等離子體刻蝕工藝在形成具有高的深寬比的通孔時，隨著刻蝕的進行，通孔內的等離子體交換越來越慢，通孔內的等離子體的密度發生改變，因此需要即時地調節反應腔內的等離子體的密度和偏置電壓來控制通孔內的等離子體的交換和通孔內的反應速率，從而有利於控制通孔的側壁形貌。

因此，本發明實施例提供了一種半導體刻蝕裝置及半導體刻蝕方法，所述半導體刻蝕裝置的等離子體射頻功率源和/或偏置射頻功率源輸出的射頻信號為脈衝信號，且所述脈衝信號的脈衝頻率和占空比隨著時間的變化而改變，使得通過即時控制所述脈衝信號的脈衝頻率和占空比，可以即時控制反應腔中的等離子體的密度和偏置電壓，從而可以控制刻蝕速率和刻蝕圖形的形貌。

為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。

在以下描述中闡述了具體細節以便於充分理解本發 明。但是本發明能夠以多種不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣。因此本發明不受下面公開的具體實施的限制。

本發明實施例首先提供了一種半導體刻蝕裝置，請參考圖1，為本發明實施例的半導體刻蝕裝置的結構示意圖，具體包括：反應腔110，所述反應腔110內具有承片台120，用於放置待刻蝕基片125；供氣源130，所述供氣源130與反應腔110的頂部相連接且向所述反應腔110內通入氣體；等離子體射頻功率源140，通過第二射頻匹配器141與圍繞反應腔110側壁設置的電感線圈142相連接，所述等離子體射頻功率源140產生的射頻信號通過電感線圈142將反應腔110內的氣體等離子體化；偏置射頻功率源150，通過第一射頻匹配器151與承片台120相連接，所述偏置射頻功率源150輸出的射頻信號在所述待刻蝕基片125表面形成偏壓；所述等離子體射頻功率源140和偏置射頻功率源150輸出的射頻信號都為脈衝信號，且所述脈衝信號的脈衝頻率和占空比隨著時間的變化而改變。

在本發明實施例中，所述等離子體射頻功率源140和偏置射頻功率源150輸出的射頻信號都為脈衝信號，且都能對輸出的脈衝信號的脈衝頻率和占空比進行即時控制，使得所述脈衝信號的脈衝頻率和占空比能隨著時間的變化而改變。在其他實施例中，所述等離子體射頻功率源或偏置射頻功率源其中一個輸出的射頻信號為脈衝信號，且所述脈衝信號的脈衝頻率和占空比隨著時間的變化而改變，另一個輸出的射頻信號為脈衝頻率和占空比恒定的脈衝信號或持續的射頻信號。

在本實施例中，所述等離子體射頻功率源140通過第二射頻匹配器141與圍繞反應腔110側壁設置的電感線圈142相連接，所述等離子體射頻功率源140為電感耦合射頻功率源。在其他實施例中，所述等離子體射頻功率源通過第二射頻匹配器 與反應腔頂部或承片台相連接，對應的，承片台或反應腔頂部接地，所述反應腔頂部和承片台形成電容耦合，在反應腔內形成射頻功率從而將氣體等離子體化，對應的等離子體射頻功率源為電容耦合射頻功率源。

在本實施例中，所述偏置射頻功率源150通過第一射頻匹配器151與承片台120相連接，使得所述承片台120上的待刻蝕基片125表面具有負偏壓，使得等離子體受到負偏壓的作用聚集到待刻蝕基片125的表面，有利於提高刻蝕效率，且當偏壓較大時，所述等離子體會轟擊待刻蝕基片125的表面，進一步提高刻蝕效率，且所述負偏壓會影響待刻蝕基片表面形成的鞘層電壓。在其他實施例中，所述偏置射頻功率源還可以通過第一射頻匹配器與反應腔頂部相連接，通過在所述反應腔頂部形成正偏壓，使得等離子體受到正偏壓的作用聚集到待刻蝕基片的表面進行刻蝕。

請參考圖2，為圖1中偏置射頻功率源150的結構示意圖，所述偏置射頻功率源150具體包括：第一射頻功率產生器153和與所述第一射頻功率產生器153相連接的第一射頻信號產生器154，所述第一射頻信號產生器154包括第一微處理器155和第一脈寬調製控制器156(PMW)，所述第一微處理器155將一定頻率的三角波和一定電壓的參考信號輸入到第一脈寬調製控制器156，所述第一脈寬調製控制器156利用所述一定頻率的三角波和一定電壓的參考信號對第一射頻功率產生器153的開啟時間和關閉時間進行控制。

在本實施例中，所述第一微處理器155中存儲有一定頻率的三角波和一定電壓的參考信號，所述三角波的頻率函數為f_o(t)，所述參考信號的電壓函數為V_ref(t)，所述三角波的頻率函數和參考信號的電壓函數隨時間的變化而改變，為階躍函數或連續函數。所述第一微處理器155將所述一定頻率的三角波和一定 電壓的參考信號輸入到第一脈寬調製控制器156，所述第一脈寬調製控制器156會根據如下公式控制第一射頻功率產生器153的開啟時間Ton(t)和關閉時間T_off(t)，f_o(t)=1/(T_on(t)+T_off(t))，V_ref(t)=a×T_on(t)/T_off(t)，其中，a為特定係數。因此，所述第一射頻功率產生器產生的射頻信號為脈衝信號，即為第一脈衝信號，且所述三角波的頻率對應於第一射頻功率產生器輸出的第一脈衝信號的脈衝頻率，所述參考信號的電壓對應於第一脈衝信號的開啟時間和關閉時間的比值。通過所述第一微處理器155中存儲的具有一定頻率的三角波和一定電壓的參考信號，即可控制偏置射頻功率源150輸出的第一脈衝信號的脈衝頻率和占空比。由於所述三角波的頻率函數和參考信號的電壓函數隨時間的變化而改變，即所述偏置射頻功率源150輸出的第一脈衝信號的脈衝頻率和占空比也隨時間的變化而改變。

在其他實施例中，所述第一微處理器具有資料表，所述資料表存儲有與時間相關的三角波的頻率值和參考信號的電壓值，所述第一微處理器對相應時間對應的三角波的頻率值和對應的參考信號的電壓值進行讀取後，將對應頻率的三角波和對應電壓的參考信號輸入到第一脈寬調製控制器，利用所述第一脈寬調製控制器控制第一射頻功率產生器的開啟時間和關閉時間，從而形成具有特定脈衝頻率和占空比的第一脈衝信號。

所述偏置射頻功率源150產生的第一脈衝信號用於在待刻蝕基片表面形成偏壓，當所述第一脈衝信號處於打開狀態時，所述待刻蝕基片表面形成偏壓會作用反應腔中的等離子體使得所述等離子體轟擊所述待刻蝕基片，進行刻蝕步驟；當所述第一脈衝信號處於關閉狀態時，所述待刻蝕基片表面不形成偏壓，使得所述等離子體在刻蝕形成的溝槽側壁形成聚合物，以保護側壁不會被過刻蝕。且通過控制第一微處理器155中存儲的參考信號函數，從而可以控制所述偏置射頻功率源150的占空比，控制 不同深度下刻蝕形成的溝槽側壁的聚合物的數量，進而控制不同深度下溝槽側壁的傾斜度。當所述第一脈衝信號處於關閉狀態的時間較長，使得溝槽側壁的聚合物的數量較多，溝槽傾斜度較大；當所述第一脈衝信號處於關閉狀態的時間較短，使得溝槽側壁的聚合物的數量較少，溝槽傾斜度較小。在其中一個實施例中，隨著刻蝕深度的增加，通過提高所述第一脈衝信號處於關閉狀態的時間，使得形成的聚合物的數量逐漸增加，形成側壁傾斜的溝槽，使得最終形成的溝槽的剖面結果為倒三角形或倒梯形，有利於後續材料的填充。當刻蝕高深寬比的通孔時，由於等離子體不容易進入通孔內，通過逐步減小第一脈衝信號的頻率，使得一次刻蝕步驟和形成聚合物的步驟的時間變長，從而仍舊能保持相同的速率進行刻蝕。且調整所述第一脈衝信號的占空比和脈衝頻率，還能調節偏置射頻功率源150的平均功率，影響鞘層特性和等離子體的分佈。

其中，在不改變第一脈衝信號的占空比的情況下單獨增大或減小第一脈衝信號的脈衝頻率，可以控制刻蝕速率；在不改變第一脈衝信號的脈衝頻率的情況下單獨增大或減小第一脈衝信號的占空比，可以控制刻蝕結構的形貌；同時改變第一脈衝信號的占空比和脈衝頻率，可以控制刻蝕結構的形貌和刻蝕速率。

請參考圖3，為圖1中等離子體射頻功率源140的結構示意圖，所述等離子體射頻功率源140具體包括：第二射頻功率產生器143和與所述第二射頻功率產生器143相連接的第二射頻信號產生器144，所述第二射頻信號產生器144包括第二微處理器145和第二脈寬調製控制器146，所述第二微處理器145將一定頻率的三角波和一定電壓的參考信號輸入到第二脈寬調製控制器146，所述第二脈寬調製控制器146利用所述一定頻率的三角波和一定電壓的參考信號對第二射頻功率產生器143的開啟時間和關閉時間進行控制。

在本實施例中，所述第二微處理器145中存儲有一定頻率的三角波和一定電壓的參考信號，所述三角波的頻率函數為f_o(t)，所述參考信號的電壓函數為V_ref(t)，所述三角波的頻率函數和參考信號的電壓函數隨時間的變化而改變，為階躍函數或連續函數。所述第二微處理器145將所述一定頻率的三角波和一定電壓的參考信號輸入到第二脈寬調製控制器146，所述第二脈寬調製控制器146(PMW)會根據如下公式控制第二射頻功率產生器143的開啟時間T_on(t)和關閉時間T_off(t)，f_o(t)=1/(T_on(t)+T_off(t))，V_ref(t)=a×T_on(t)/T_off(t)，其中，a為特定係數。因此，所述第二射頻功率產生器143產生的射頻信號為脈衝信號，即為第二脈衝信號，且所述三角波的頻率對應於第二射頻功率產生器143輸出的第二脈衝信號的脈衝頻率，所述參考信號的電壓對應於第二脈衝信號的開啟時間和關閉時間的比值。因此，通過所述第二微處理器145中存儲的具有一定頻率的三角波和一定電壓的參考信號，即可控制等離子體射頻功率源140輸出的第二脈衝信號的脈衝頻率和占空比。由於所述三角波的頻率函數和參考信號的電壓函數隨時間的變化而改變，即所述等離子體射頻功率源140輸出的第二脈衝信號的脈衝頻率和占空比也隨時間的變化而改變。

在其他實施例中，所述第二微處理器具有資料表，所述資料表存儲有與時間相關的三角波的頻率值和參考信號的電壓值，所述第二微處理器對相應時間對應的三角波的頻率值和對應的參考信號的電壓值進行讀取後，將對應頻率的三角波和對應電壓的參考信號輸入到第二脈寬調製控制器，利用所述第二脈寬調製控制器控制第二射頻功率產生器的開啟時間和關閉時間，從而形成具有特定脈衝頻率和占空比的第二脈衝信號。

所述等離子體射頻功率源140產生的第二脈衝信號用於在將反應腔中的氣體等離子體化，當所述第二脈衝信號處於打開狀態時，所述反應腔內的氣體形成等離子體；當所述第二脈 衝信號處於關閉狀態時，所述反應腔內的氣體不繼續形成等離子體。且通過控制第二微處理器145中存儲的參考信號的電壓函數，控制所述等離子體射頻功率源140的占空比，可以控制反應腔內等離子體的密度和分佈，從而控制刻蝕速率。且由於等離子體射頻功率源140將氣體等離子體化，形成的等離子體包括正離子、負離子、中性自由基和熱電子等，其中熱電子由於品質小、運動速度大，會最快到達靠近待刻蝕基片表面的區域，會在靠近待刻蝕基片表面的區域形成帶負電的鞘層，所述帶負電的鞘層會加速正離子轟擊待刻蝕基片。而當所述第二脈衝信號處於關閉狀態時，由於熱電子的壽命很短，會影響鞘層的加速性能，因此通過控制所述等離子體射頻功率源140的脈衝頻率，即通過增加或減小第二脈衝信號開啟和關閉的時間，也可以控制刻蝕速率。

其中，當在不改變第二脈衝信號的占空比的情況下單獨增大或減小第二脈衝信號的脈衝頻率，可以控制刻蝕速率；當在不改變第二脈衝信號的脈衝頻率的情況下單獨增大或減小第二脈衝信號的占空比，可以控制等離子體的密度和分佈；當同時改變第二脈衝信號的占空比和脈衝頻率，可以同時控制反應腔內的等離子體的密度、分佈和刻蝕速率。

在本實施例中，所述半導體刻蝕裝置還包括控制電腦(未圖示)，所述控制電腦與第一微處理器、第二微處理器相連接，所述控制電腦向第一微處理器、第二微處理器輸入三角波的頻率函數、參考信號的電壓函數，從而控制第一脈衝信號、第二脈衝信號的脈衝頻率和占空比。

在其他實施例中，所述控制電腦向第一微處理器、第二微處理器的資料表輸入與時間相關的三角波的頻率值、參考信號的電壓值，使得第一微處理器、第二微處理器可以根據對應的頻率值和電壓值控制第一脈衝信號、第二脈衝信號的脈衝頻率和占空比。

在本實施例中，所述半導體刻蝕裝置還包括排氣口(未圖示)，所述排氣口與真空泵(未圖示)相連接，用於將反應腔中的反應物和多餘的氣體排出。

本發明實施例還提供了一種採用上述半導體刻蝕裝置的半導體刻蝕方法，具體包括：提供待刻蝕基片；在反應腔內通入反應氣體；等離子體射頻功率源將反應腔內的氣體等離子體化；偏置射頻功率源在待刻蝕基片表面施加偏壓；利用所述氣體的等離子體對待刻蝕基片進行刻蝕形成刻蝕圖形，所述等離子體射頻功率源和偏置射頻功率源輸出的射頻信號為脈衝信號，在刻蝕圖形具有第一深度時，所述脈衝信號具有第一占空比和第一脈衝頻率，在刻蝕圖形具有第二深度時，所述脈衝信號具有第二占空比和第二脈衝頻率。

請參考圖1，所述待刻蝕基片125至少包括半導體襯底，所述半導體襯底為矽襯底、鍺襯底、鍺矽襯底、氮化矽襯底、絕緣體上矽襯底等，可以利用所述半導體刻蝕方法對所述半導體襯底進行刻蝕，形成溝槽或通孔。在其他實施例中，所述待刻蝕基片包括半導體襯底和位於半導體襯底表面的一層或多層半導體層或金屬層，利用所述半導體刻蝕方法對所述半導體層或金屬層繼續刻蝕。在本實施例中，所述待刻蝕基片125為單晶矽襯底。

通過供氣源130向所述反應腔110內通入氣體，在本實施例中，當待刻蝕的材料為單晶矽時，所述氣體包括SF₆、C₄F₈、He、N₂中的一種或幾種。在其他實施例中，當待刻蝕的材料為氧化矽或氮化矽時，所述氣體包括CF₄、C₄F₈、C₄F₆、CH₂F₂、CHF₃、He、N₂中的一種或幾種。

在本實施例中，所述等離子體射頻功率源和偏置射頻功率源輸出的射頻信號都為脈衝信號，且所述脈衝信號隨著時 間的變化會發生改變。在其他實施例中，所述等離子體射頻功率源或偏置射頻功率源其中一個輸出的射頻信號為脈衝信號，且所述脈衝信號的脈衝頻率和占空比隨著時間的變化而改變，另一個輸出的射頻信號為脈衝頻率和占空比都恒定的脈衝信號或持續的射頻信號。

在本實施例中，所述刻蝕圖形具有第一深度和第二深度。在第一深度，所述偏置射頻功率源輸出第一脈衝信號，所述等離子體射頻功率源輸出第二脈衝信號，所述第一脈衝信號和第二脈衝信號具有第一脈衝頻率和第一占空比。在第二深度，所述偏置射頻功率源輸出第一脈衝信號，所述等離子體射頻功率源輸出第二脈衝信號，所述第一脈衝信號和第二脈衝信號具有第二脈衝頻率和第二占空比。所述第一脈衝頻率和第二脈衝頻率不相同、所述第一占空比和第二占空比不相同，從而調節不同深度的刻蝕圖形側壁形貌和刻蝕速率。

請參考圖2，在本實施例中，對所述偏置射頻功率源輸出的第一脈衝信號進行控制的具體方法包括：利用控制電腦將一定頻率的三角波和一定電壓的參考信號輸入到第一微處理器155中，所述三角波和參考信號為分段函數且對應於第一深度和第二深度，所述第一微處理器155將所述三角波和參考信號輸入到第一脈寬調製控制器156，所述第一脈寬調製控制器156利用所述三角波和參考信號對第一射頻功率產生器153的開啟時間和關閉時間進行控制，使得偏置射頻功率源輸出第一脈衝信號，其中，所述三角波的頻率對應於第一脈衝信號的脈衝頻率，所述參考信號的電壓對應於第一脈衝信號的開啟時間和關閉時間的比值，使得在刻蝕圖形具有第一深度時，所述第一脈衝信號具有第一占空比和第一脈衝頻率，在刻蝕圖形具有第二深度時，所述第一脈衝信號具有第二占空比和第二脈衝頻率。

請參考圖3，在本實施例中，對所述等離子體射頻功 率源輸出的第二脈衝信號進行控制的具體方法包括：利用控制電腦將一定頻率的三角波和一定電壓的參考信號輸入到第二微處理器145中，所述三角波和參考信號為分段函數且對應於第一深度和第二深度，所述第二微處理器145將所述三角波和參考信號輸入到第二脈寬調製控制器146，所述第二脈寬調製控制器146利用所述三角波和參考信號對第二射頻功率產生器143的開啟時間和關閉時間進行控制，使得等離子體射頻功率源輸出第二脈衝信號，其中，所述三角波的頻率對應於第二脈衝信號的脈衝頻率，所述參考信號的電壓對應於第二脈衝信號的開啟時間和關閉時間的比值，使得在刻蝕圖形具有第一深度時，所述第二脈衝信號具有第一占空比和第一脈衝頻率，在刻蝕圖形具有第二深度時，所述第二脈衝信號具有第二占空比和第二脈衝頻率。

在本實施例中，所述第二脈衝信號和第二脈衝信號的占空比和脈衝頻率相等且同步變化，即所述等離子體射頻功率源、偏置射頻功率源同時打開，同時關閉。在其他實施例中，所述第二脈衝信號和第二脈衝信號的占空比和脈衝頻率可以相等但不同步變化，具有一定的相位差。在其他實施例中，所述第二脈衝信號和第二脈衝信號的占空比和脈衝頻率還可以不相等，兩者互相獨立。

在其他實施例，在不同的深度，也可以單獨調節第一脈衝信號和第二脈衝信號的脈衝頻率或占空比，從而調節不同深度的刻蝕圖形側壁形貌和刻蝕速率。

在其中一個實施例，所述三角波的頻率保持不變，所述參考信號的電壓隨時間的變化而改變，使得偏置射頻功率源、等離子體射頻功率源輸出的脈衝信號的脈衝頻率不變的情況下，改變所述脈衝信號的開啟時間、關閉時間之間的比值。

在另一個實施例，所述三角波的頻率隨時間的變化而改變，所述參考信號的電壓保持不變，使得偏置射頻功率源、 等離子體射頻功率源輸出的第一脈衝信號、第一脈衝信號開啟時間、關閉時間之間的比值保持不變的情況下，改變所述第一脈衝信號、第一脈衝信號的脈衝頻率，從而改變偏置射頻功率源、等離子體射頻功率源開啟和關閉的時間。

在另一個實施例，在所述偏置射頻功率源、等離子體射頻功率源輸出的第一脈衝信號、第一脈衝信號開啟時間或關閉時間不變的情況下，改變對應關閉時間或開啟時間，改變第一脈衝信號、第一脈衝信號的脈衝頻率和占空比。

在其他實施例中，所述刻蝕圖形也可以具有至少三個的不同深度段，不同的深度段對應的第一脈衝信號和第二脈衝信號的脈衝頻率和/或占空比不同，從而調節不同深度的刻蝕圖形側壁形貌和刻蝕速率。

在本實施例中，所述第二脈衝信號和第二脈衝信號的脈衝頻率小於50千赫茲，所述第二脈衝信號和第二脈衝信號的占空比範圍為10%~90%。

本發明雖然已以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出可能的變動和修改，將上述技術應用於等離子體沉積、等離子體表面處理等，因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬於本發明技術方案的保護範圍。

110‧‧‧反應腔

120‧‧‧承片台

125‧‧‧待刻蝕基片

130‧‧‧供氣源

140‧‧‧等離子體射頻功率源

141‧‧‧第二射頻匹配器

142‧‧‧電感線圈

150‧‧‧偏置射頻功率源

151‧‧‧第一射頻匹配器

Claims (14)

1. 一種半導體刻蝕裝置，包括：反應腔，該反應腔內具有承片台，用於放置待刻蝕基片；供氣源，用於向該反應腔內通入氣體；等離子體射頻功率源，用於將該反應腔內的氣體等離子體化；偏置射頻功率源，用於在該待刻蝕基片表面形成偏壓；該等離子體射頻功率源和/或該偏置射頻功率源輸出的射頻信號為脈衝信號，且該脈衝信號的脈衝頻率和占空比隨著時間的變化而改變。
2. 如請求項1所述的半導體刻蝕裝置，其中該偏置射頻功率源包括第一射頻功率產生器和與該第一射頻功率產生器相連接的第一射頻信號產生器，該第一射頻信號產生器包括第一微處理器和第一脈寬調製控制器，該第一微處理器將一定頻率的三角波和一定電壓的參考信號輸入到該第一脈寬調製控制器，該第一脈寬調製控制器利用該一定頻率的三角波和該一定電壓的參考信號對該第一射頻功率產生器的開啟時間和關閉時間進行控制，其中，該三角波的頻率對應於該第一射頻功率產生器輸出的第一脈衝信號的脈衝頻率，該參考信號的電壓對應於該第一脈衝信號的開啟時間和關閉時間的比值。
3. 如請求項2所述的半導體刻蝕裝置，其中該等離子體射頻功率源包括第二射頻功率產生器和與該第二射頻功率產生器相連接的第二射頻信號產生器，該第二射頻信號產生器包括第二微處理器和第二脈寬調製控制器，該第二微處理器將一定頻率的三角波和一定電壓的參考信號輸入到該第二脈寬調製控制器，該第二脈寬調製控制器利用該一定頻率的三角波和該一定電壓的參考信號對該第二射頻功率產生器的開啟時間和關閉時間進行控制，其中，該三角波的頻率對應於該第二射頻功率產生器輸出的第二脈衝信號的脈衝頻率，該參考信號的電壓對應於該第二脈衝 信號的開啟時間和關閉時間的比值。
4. 如請求項3所述的半導體刻蝕裝置，其中該第一脈寬調製控制器、該第二脈寬調製控制器根據如下公式分別控制該第一射頻功率產生器、該第二射頻功率產生器的開啟時間T_on(t)和關閉時間T_off(t)，f_o(t)=1/(T_on(t)+T_off(t))，V_ref(t)=a×T_on(t)/T_off(t)，其中，f_o(t)為該三角波的頻率函數，V_ref(t)為該參考信號的電壓函數，a為特定係數。
5. 如請求項4所述的半導體刻蝕裝置，其中該三角波的頻率和該參考信號的電壓隨時間的變化而改變。
6. 如請求項4所述的半導體刻蝕裝置，其中該第一微處理器根據該三角波的頻率函數、該參考信號的電壓函數計算出某個時間對應的三角波的頻率和參考信號的電壓，並將該對應頻率的三角波和該對應電壓的參考信號輸入到該第一脈寬調製控制器，該第二微處理器根據該三角波的頻率函數、該參考信號的電壓函數計算出某個時間對應的三角波的頻率和參考信號的電壓，並將該對應頻率的三角波和該對應電壓的參考信號輸入到該第二脈寬調製控制器。
7. 如請求項4所述的半導體刻蝕裝置，其中該第一微處理器、該第二微處理器存儲有與時間相關的三角波的頻率值和參考信號的電壓值，該第一微處理器、該第二微處理器對相應時間對應的三角波的頻率值和對應的參考信號的電壓值進行讀取後，將該對應頻率的三角波和該對應電壓的參考信號輸入到該第一脈寬調製控制器、該第二脈寬調製控制器。
8. 如請求項3所述的半導體刻蝕裝置，其中還包括控制電腦，利用該控制電腦向該第一微處理器和該第二微處理器輸入三角波的頻率函數、參考信號的電壓函數，或向該第一微處理器和該第二微處理器輸入與時間相關的三角波的頻率值、參考信號的電壓值。
9. 如請求項1所述的半導體刻蝕裝置，其中還包括：該偏置射頻功率源通過第一射頻匹配器連接於該承片台。
10. 如請求項1所述的半導體刻蝕裝置，其中還包括：該偏置射頻功率源通過第一射頻匹配器連接於該反應腔頂部。
11. 如請求項1所述的半導體刻蝕裝置，其中該等離子體射頻功率源為電感耦合射頻功率源或電容耦合射頻功率源。
12. 一種利用如請求項1所述的半導體刻蝕裝置的半導體刻蝕方法，包括：提供待刻蝕基片；在反應腔內通入氣體；等離子體射頻功率源將該反應腔內的氣體等離子體化；偏置射頻功率源在該待刻蝕基片表面施加偏壓；利用該氣體的等離子體對該待刻蝕基片進行刻蝕形成刻蝕圖形，該等離子體射頻功率源和/或偏置射頻功率源輸出的射頻信號輸出的信號為脈衝信號，在該刻蝕圖形具有第一深度時，該脈衝信號具有第一占空比和第一脈衝頻率，在該刻蝕圖形具有第二深度時，該脈衝信號具有第二占空比和第二脈衝頻率。
13. 如請求項12所述的半導體刻蝕方法，其中該脈衝信號的脈衝頻率小於50千赫茲，該脈衝信號的占空比範圍為10%~90%。
14. 如請求項12所述的半導體刻蝕方法，其中該刻蝕圖形至少還包括第三深度，該第三深度對應的第一脈衝信號和第二脈衝信號的脈衝頻率和/或占空比與該第一深度、該第二深度不同，從而調節不同深度的刻蝕圖形側壁形貌和刻蝕速率。