等离子体处理的方法
等离子体处理的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域技术，尤其涉及一种等离子体处理的方法。
【背景技术】
[0002]用于集成电路的制造的等离子体处理工艺中包括等离子体沉积工艺、和等离子体刻蚀工艺等。所述等离子体处理工艺的原理包括:使用射频功率源驱动等离子体发生装置(例如电感耦合线圈)产生较强的高频交变磁场，使得低压的反应气体被电离产生等离子体。等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，所述活性粒子可以和待处理晶圆的表面发生多种物理和化学反应，使得晶圆表面的形貌发生改变，即完成等离子体处理工艺。另外，所述活性离子比常规的气态反应物具有更高的活性，可以促进反应气体间的化学反应，即可以实现等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)。
[0003]以电感親合等离子体处理(ICP，Inductively Coupled Plasma)装置为例，请参考图1，现有的电感耦合等离子体处理装置，包括:反应腔10 ;位于所述反应腔10内的晶圆载台11，用于承载和固定晶圆14 ;设置于反应腔10顶部的电感耦合线圈12，用于使反应气体激发为等离子体；通过阻抗匹配单元15与电感耦合线圈12连接的电源13，用于向所述电感耦合线圈12提供射频功率。
[0004]在所述电感耦合等离子体处理装置工作时，所述电源13通过阻抗匹配单元15向电感耦合线圈12提供射频功率信号，且所述射频功率信号为脉冲信号，使得所述电感耦合线圈12能够产生磁场。被输入至反应腔10的反应气体被所述电感耦合线圈12产生的磁场电离，能够形成等离子体。以刻蚀工艺为例，在所述晶圆载台11被施加偏压，所述等离子体受到所述晶圆载台11的偏压影响而向晶圆14轰击，从而实现对晶圆14的刻蚀。
[0005]然而，在现有的等离子体处理工艺中，等离子体的稳定性较差，容易造成等离子体处理的结果不良。
【发明内容】
[0006]本发明解决的问题是提供一种等离子体处理的方法，使等离子体的稳定性改善，等离子体处理的质量提高。
[0007]为解决上述问题，本发明提供一种等离子体处理的方法，包括:提供待处理基底、等离子体处理装置以及外部控制单元，所述等离子体处理装置具有可变频功率源，所述外部控制单元与可变频功率源连接，所述待处理基底置于等离子体处理装置的反应腔内；预先获取第一频率，所述第一频率为第一等离子体处理过程中，可变频功率源与反应腔阻抗匹配时可变频功率源的输出频率；预先获取第二频率，所述第二频率为第二等离子体处理过程中，可变频功率源与反应腔阻抗匹配时可变频功率源的输出频率；对所述待处理基底进行第一等离子体处理，通入第一反应气体到反应腔内，可变频功率源输出第一射频功率到反应腔，同时通过外部控制单元使可变频功率源的输出频率为第一频率，使可变频功率源与反应腔阻抗匹配；进行所述第一等离子体处理后，对所述待处理基底进行第二等离子体处理，通入第二反应气体到反应腔内，可变频功率源输出第二射频功率到反应腔，同时通过外部控制单元使可变频功率源的输出频率为第二频率，使可变频功率源与反应腔阻抗匹配。
[0008]可选的，所述等离子体处理包括依次循环进行的第一等离子体处理以及第二等离子体处理。
[0009]可选的，还包括:提供阻抗匹配单元，所述阻抗匹配单元连接在等离子体处理装置的可变频功率源和等离子体发生器之间。
[0010]可选的，在所述第一等离子体处理过程中，禁用所述阻抗匹配单元；在所述第二等离子体处理过程中，禁用所述阻抗匹配单元。
[0011]可选的，获取所述第一频率的方法为:对所述待处理基底进行第一预等离子体处理，通入第一反应气体到反应腔内，可变频功率源输出第一射频功率到反应腔，所述阻抗匹配单元为自动调频模式，通过所述阻抗匹配单元自动调节可变频功率源的输出频率为第一频率，使可变频功率源与反应腔阻抗匹配。
[0012]可选的，所述第一等离子体处理和第一预等离子体处理的第一反应气体种类相同；所述第一等离子体处理和第一预等离子体处理的气压相同；所述第一等离子体处理和第一预等离子体处理的第一射频功率相同。
[0013]可选的，获取所述第二频率的方法为:对所述待处理基底进行第二预等离子体处理，通入第二反应气体到反应腔内，可变频功率源输出第二射频功率到反应腔，所述阻抗匹配单元为自动调频模式，通过所述阻抗匹配单元自动调节可变频功率源的输出频率为第二频率，使可变频功率源与反应腔阻抗匹配。
[0014]可选的，所述第二等离子体处理和第二预等离子体处理的第二反应气体种类相同；所述第二等离子体处理和第二预等离子体处理的气压相同；所述第二等离子体处理和第二预等离子体处理的第二射频功率相同。
[0015]可选的，所述第一反应气体和第二反应气体的种类不同。
[0016]可选的，所述第一射频功率和第二射频功率不同。
[0017]可选的，所述第一等离子体处理和第二等离子体处理的气压不同。
[0018]可选的，还包括:用于输出偏置功率的偏置功率源，所述偏置功率适于调节待处理基底的偏压。
[0019]可选的，所述第一等离子体处理的时长小于I秒；所述第二等离子体处理的时长小于I秒。
[0020]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0021]本发明预先获取了第一等离子体处理过程中，与反应腔阻抗匹配的可变频功率源的输出频率为第一频率，预先获取了第二等离子体处理过程中，与反应腔阻抗匹配的可变频功率源的输出频率为第二频率；因此在第一等离子体处理过程中，通过外部控制单元使可变频功率源输出频率为第一频率，因此在第一等离子体处理过程中可变频功率源与反应腔阻抗匹配，且第一等离子体处理过程中可变频功率源的输出频率保持稳定，避免可变频功率源的输出频率剧烈波动，从而防止反应腔内的等离子体不稳定或者等离子体熄灭。在第二等离子体过程中，通过外部控制单元可变频功率源输出频率为第二频率，因此在第二等离子体处理过程中可变频功率源与反应腔阻抗匹配，且第二等离子体处理过程中可变频功率源的输出频率保持稳定，避免可变频功率源的输出频率剧烈波动。并且，在第一等离子体处理过程转变为第二等离子体处理过程时，可变频功率源的输出频率由第一频率平稳的变化为第二频率，避免在第一等离子体处理变为第二等离子体处理的过渡阶段发生输出频率突变的问题，避免自动匹配模式下的可变频功率源的输出频率发生剧烈波动，保证了等离子体持续点燃，从而改善等离子体的稳定性，使等离子体处理的质量提高。
[0022]进一步，获取第一频率的方法为:对所述待处理基底进行第一预等离子体处理，通入第一反应气体到反应腔内，可变频功率源输出第一射频功率到反应腔，所述阻抗匹配单元为自动调频模式，通过所述阻抗匹配单元自动调节可变频功率源的输出频率为第一频率，使可变频功率源与反应腔阻抗匹配。采用本发明提供的方法获取的第一频率的准确性高，使得在第一等离子体处理过程中，当可变频功率源的输出频率为第一频率时，可变频功率源与反应腔阻抗匹配。
[0023]进一步，获取第二频率的方法为:对所述待处理基底进行第二预等离子体处理，通入第二反应气体到反应腔内，可变频功率源输出第二射频功率到反应腔，所述阻抗匹配单元为自动调频模式，通过所述阻抗匹配单元自动调节可变频功率源的输出频率为第二频率，使可变频功率源与反应腔阻抗匹配。采用本发明提供的方法获取的第二频率的准确性高，使得在第二等离子体处理过程中，当可变频功率源的输出频率为第二频率时，可变频功率源与反应腔阻抗匹配。
【附图说明】
[0024]图1为电感耦合等离子体处理装置的截面结构示意图；
[0025]图2为等离子体连 续运行时，射频功率源输出的射频频率波形图；
[0026]图3为本发明实施例的等离子体处理方法的流程示意图；
[0027]图4为本实施例的等离子体处理装置的截面结构示意图；
[0028]图5至图7为本实施例的等离子体处理过程待处理基底的剖面结构示意图；
[0029]图8为本实施例等离子体处理过程中可变频功率源输出的频率波形图。
【具体实施方式】
[0030]如【背景技术】所述，在现有的等离子体处理工艺中，等离子体的稳定性较差，容易造成等离子体处理的结果不良。
[0031]请继续参考图1，在现有的等离子体处理装置中，电源13通过匹配单元15向设置于反应腔10顶部的电感耦合线圈12提供射频功率，由所述电感耦合线圈12使反应腔10内产生等离子体，因此所述反应腔10内的等离子体为所述电源13的负载。
[0032]随着等离子体处理工艺的进行，往往需要进行多个连续的工艺步骤，对于相邻两个工艺步骤来说，电源13输出的脉冲信号频率需要发生变化，而且，反应腔10内的气体成分、气压也会随工艺的变化而变化，从而导致反应腔10内的等离子体的阻抗发生变化；同时，所述电源13具有固定的输出阻抗(例如50 Ω)。因此，容易电源13的输出阻抗与反应腔10内的等离子体的阻抗之间容易发生失配，在用于连接电源13和电感耦合线圈12的传输线上形成反射功率，使得电源13输出的射频功率无法完全施加于电感耦合线圈12，容易造成等离子体无法点燃的问题。因此，所述电源13需要通过阻抗匹配单元15与电感耦合线圈12连接，如图1所示的阻抗匹配单元15用于阻抗匹配。随着等离子体处理工艺的进行，反应腔10内的等离子体的阻抗发生变化，所述阻抗匹配单元15能够根据所述等离子体阻抗的变化进行调节，使所述阻抗匹配单元15的阻抗和反应腔10内等离子体的阻抗之和与电源13的输出阻抗一致，从而实现阻抗匹配。
[0033]参考图2，图2为等离子体连续运行时，射频功率源输出的射频功率波形图，由于相邻两个等离子体工艺步骤Pa和步骤Pb之间的工艺条件变化较大，例如反应腔10内的气体成分、气压变化较大，使得反应腔10内的等离子体阻抗也急剧变化，在两工艺步骤之间进行阻抗的自动匹配时，匹配单元15 (参考图2)会因阻抗突变而重新启动频率的阻抗匹配过程，导致电源13经过阻抗匹配单元15向电感耦合线圈12输出的射频频率具有较大的波动，导致电源通过阻抗匹配单元15输出的射频频率由f/变化为匕的过程中射频频率波动大。而且，由于电源13通过匹配单元15输出的射频频率波动较大、且速度较快，阻抗匹配单元15无法及时响应射频频率的剧烈变化，容易导致电感耦合线圈12与电源13失配而不能有效的输出射频功率，导致等离子体熄灭。
[0034]为解决上述问题，本发明提供一种等离子体处理的方法，参考图3，图3为本发明实施例提供的等离子体处理的流程示意图，包括:
[0035]步骤S1、提供待处理基底、等离子体处理装置以及外部控制单元，所述等离子体处理装置具有可变频功率源，所述外部控制单元与可变频功率源连接，所述待处理基底置于等离子体处理装置的反应腔内；
[0036]步骤S2、预先获取第一频率，所述第一频率为第一等离子体处理过程中，可变频功率源与反应腔阻抗匹配时可变频功率源的输出频率；
[0037]步骤S3、预先获取第二频率，所述第二频率为第二等离子体处理过程中，可变频功率源与反应腔阻抗匹配时可变频功率源的输出频率；
[0038]步骤S4、对所述待处理基底进行第一等离子体处理，通入第一反应气体到反应腔内，可变频功率源输出第一射频功率到反应腔，同时通过外部控制单元使可变频功率源的输出频率为第一频率，使可变频功率源与反应腔阻抗匹配；
[0039]步骤S5、进行所述第一等离子体处理后，对所述待处理基底进行第二等离子体处理，通入第二反应气体到反应腔内，可变频功率源输出第二射频功率到反应腔，同时通过外部控制单元使可变频功率源的输出频率为第二频率，使可变频功率源与反应腔阻抗匹配。
[0040]本发明预先获取了第一等离子体处理过程中，与反应腔阻抗匹配的可变频功率源的输出频率为第一频率，预先获取了第二等离子体处理过程中，与反应腔阻抗匹配的可变频功率源的输出频率为第二频率；因此在第一等离子体处理过程中，通过外部控制单元使可变频功率源输出频率为第一频率，因此在第一等离子体处理过程中可变频功率源与反应腔阻抗匹配，且第一等离子体处理过程中可变频功率源的输出频率保持稳定，避免可变频功率源的输出频率剧烈波动，从而防止反应腔内的等离子体不稳定或者等离子体熄灭。在第二等离子体过程中，通过外部控制单元可变频功率源输出频率为第二频率，因此在第二等离子体处理过程中可变频功率源与反应腔阻抗匹配，且第二等离子体处理过程中可变频功率源的输出频率保持稳定，避免可变频功率源的输出频率剧烈波动。并且，在第一等离子体处理过变为第二等离子体处理过程时，可变频功率源的输出频率由第一频率平稳的变化为第二频率，避免在第一等离子体处理变为第二等离子体处理的过渡阶段发生输出频率突变的问题，避免自动匹配模式下的可变频功率源的输出频率发生剧烈波动，保证了等离子体持续点燃，从而改善等离子体的稳定性，使等离子体处理的质量提高。
[0041]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
[0042]图4至图8为本发明实施例的等离子体处理的过程的示意图，其中，图4为本实施例的等离子体处理装置的截面结构示意图；图5至图7为本实施例的等离子体处理过程待处理基底的剖面结构示意图；图8为本实施例等离子体处理过程中可变频功率源输出的频率波形图。
[0043]请参考图4和图5，提供待处理基底201 ;将所述待处理基底201置于等离子体处理装置的反应腔200内。
[0044]所述反应腔200为等离子体处理装置的一部分。本实施例中，所述等离子体处理装置具有可变频功率源204，所述等离子体处理装置包括:反应腔200 ;位于所述反应腔200内的晶圆载台202，所述晶圆载台202用于承载待处理基底201 ;设置于反应腔200顶部的等离子体发生器203，所述等离子体发生器203用于使反应气体激发为等离子体；与所述等离子体发生器203电连接的可变频功率源204，所述可变频功率源用于向等离子体发生器203提供射频功率；与晶圆载台202连接的用于输出偏置功率的偏置功率源205，所述偏置功率源205适于调节待处理基底201的偏压。
[0045]本实施例中，还提供阻抗匹配单元206，所述阻抗匹配单元206连接在等离子体发生器203和可变频功率源204之间。
[0046]所述可变频功率源204输出的射频功率通过阻抗匹配单元206提供到等离子体发生器203，使反应腔200内的反应气体等离子体化，所述可变频功率源204为具有一定的射频频率的脉冲信号。所述等离子体发生器203、反应腔200以及内部的等离子体为可变频功率源204的负载，所述阻抗匹配单元206能够检测等离子体发生器203、反应腔200以及内部的等离子体的负载阻抗，使所述负载阻抗与阻抗匹配单元206的阻抗之和与可变频功率源204的输出阻抗相同，从而实现阻抗匹配。此外，所述偏置功率源205能够向晶圆载台202施加偏压，则反应腔200内的等离子体受到所述偏压的电场力作用，能够向所述晶圆载台202移动，从而实现对待处理基底201的等离子体处理工艺。在本实施例中，所述等离子体处理工艺为等离子体刻蚀。
[0047]后续会在等离子体处理装置内进行第一预等离子体处理和第二预等离子体处理，在第一预等离子体处理和第二预等离子体处理过程中，所述阻抗匹配单元206开 启自动调频模式，用于获取第一预等离子体处理过程中可变频功率源204输出的第一频率，且所述第一频率与反应腔200阻抗匹配；用于获取第二预等离子体处理过程中可变频功率源204输出的第二频率，且所述第二频率与反应腔200阻抗匹配。
[0048]还提供外部控制单元207，所述外部控制单元207与可变频功率源204连接，后续在进行第一等离子体处理和第二等离子体处理过程中，通过外部控制单元207使可变频功率源204输出稳定的输出频率，且使可变频功率源204与反应腔200阻抗匹配。
[0049]在本实施例中，所述等离子体发生器203为电感耦合线圈，所述电感耦合线圈接收到射频功率之后，能够产生磁场，所述磁场能够使输入反应腔200的气体电离为等离子体。在其他实施例中，所述电感耦合线圈还能够包围于所述反应腔200的侧壁外表面，使通入反应腔200内的反应气体电离成等离子体。
[0050]在另一实施例中，所述等离子体处理装置为电容耦合等离子体处理装置(CCP，Capacitance Coupled Plasma)，包括反应腔、设置于反应腔顶部的上电极以及设置于反应腔底部的下电极，而本发明实施例所述的可变频功率源能够被施加到上电极或下电极。具体的，所述电容耦合等离子体处理装置还包括源射频源和偏置射频源，所述源射频源用于产生等离子体，所述源射频源能够被施加到上电极或下电极；所述偏置射频源用于控制偏置功率，所述偏置射频源能够被施加到下电极；其中，所述源射频源的频率较高，而偏置射频功率源的频率较低。在该实施例中，所述可变频功率源为频率较高的源射频源，所述可变频功率源施加到上电极。
[0051]本实施例中，参考图5，所述待处理基底201包括:衬底300 ;位于所述衬底300表面的待刻蚀层301 ;以及位于所述待刻蚀层301表面的掩膜层302，所述掩膜层302暴露出部分待刻蚀层301表面。本实施例中，等离子体刻蚀工艺需要以所述掩膜层302为掩膜，刻蚀所述待刻蚀层301直至暴露出衬底300表面。所述待刻蚀层301为单层结构或者叠层结构；所述待刻蚀层301的材料为氧化娃、氮化娃、氮氧化娃、高k介质材料、低k介质材料、Cu、Al、W、TiN 或者 WN。
[0052]所述掩膜层302的材料与待刻蚀层301的材料不同。本实施例中，为了提高刻蚀所述待刻蚀层301形成的形貌质量，所述等离子体处理包括依次循环进行的第一等离子体处理以及第二等离子体处理。
[0053]接着，预先获取第一频率，所述第一频率为第一等离子体处理过程中，可变频功率源204与反应腔200阻抗匹配时可变频功率源的输出频率；预先获取第二频率，所述第二频率为第二等离子体处理过程中，可变频功率源204与反应腔200阻抗匹配时可变频功率源的输出频率。
[0054]具体的，获取所述第一频率的方法为:对所述待处理基底300进行第一预等离子体处理，通入第一反应气体到反应腔200内，可变频功率源204输出第一射频功率到反应腔200，所述阻抗匹配单元206为自动调频模式，通过所述阻抗匹配单元206自动调节可变频功率源204的输出频率为第一频率，使可变频功率源204与反应腔200阻抗匹配。
[0055]需要说明的是，所述第一预等离子体处理和第一等离子体处理的第一反应气体种类相同；所述第一预等离子体处理和第一等离子体处理的气压相同；所述第一预等离子体处理和第一等离子体处理的第一射频功率相同。
[0056]具体的，获取所述第二频率的方法为:对所述待处理基底300进行第二预等离子体处理，通入第二反应气体到反应腔200内，可变频功率源204输出第二射频功率到反应腔200，所述阻抗匹配单元206为自动调频模式，通过所述阻抗匹配单元206自动调节可变频功率源204的输出频率为第二频率，使可变频功率源204与反应腔200阻抗匹配。
[0057]需要说明的是，所述第二预等离子体处理和第二等离子体处理的第二反应气体种类相同；所述第二预等离子体处理和第二等离子体处理的气压相同；所述第二预等离子体处理和第二等离子体处理的第二射频功率相同。
[0058]并且，所述第一气体和第二气体的种类不同；或者，所述第一射频功率和第二射频功率不同；或者所述第一预等离子体处理和第二预等离子体处理的气压不同。
[0059]由此，可以获知在对待刻蚀层201进行等离子体处理工艺流程中，进行第一等离子体处理工艺中与反应腔200阻抗匹配时可变频功率源204的输出频率为第一频率；进行第二等离子体处理工艺中与反应腔200阻抗匹配时可变频功率源204的输出频率为第二频率。
[0060]参考图4、图6及图8，对所述待处理基底201进行第一等离子体处理P1，通入第一反应气体到反应腔200内，可变频功率源204输出第一射频功率到反应腔200，同时通过外部控制单元207使可变频功率源的输出频率为第一频率，使可变频功率源204与反应腔阻抗匹配。
[0061]所述第一等离子体处理P1的时长小于I秒，例如为0.1秒、0.2秒、0.5秒或者0.8秒。
[0062]本实施例中，所述等离子体处理工艺为等离子体刻蚀，在第一等离子体处理P1S程中，以所述掩膜层302为掩膜，刻蚀部分厚度的待刻蚀层301.通入反应腔300的第一反应气体能够用于刻蚀所述部分厚度的待刻蚀层301。
[0063]所述可变频功率源204输出的第一射频功率用于使第一反应气体等离子体化。在所述第一等离子体处理P1S程中，禁用所述阻抗匹配单元206，通过外部控制单元207使可变频功率源204输出第一频率，所述第一频率即为前述通过第一预等离子体处理获取的第一频率。
[0064]所述第一等离子体处理P1和第一预等离子体处理的第一反应气体种类相同；所述第一等离子体处理P1和第一预等离子体处理的气压相同；所述第一等离子体处理？工和第一预等离子体处理的第一射频功率相同；因此，本实施例第一等离子体处理P1与第一预等离子体处理的工艺条件相同，在第一等离子体处理P1过程中，当可变频功率源204的输出频率为第一频率4时，反应腔200阻抗与可变频功率源204阻抗相匹配。
[0065]并且，本实施例的第一等离子体处理P1过程中，可变频功率源204始终保持稳定的输出第一频率，从而使得反应腔200内产生稳定的等离子体，避免可变频功率源204输出的频率发生剧烈波动，依次避免在第一等离子体处理Pl的初始阶段中产生的等离子体熄灭问题。
[0066]若第一等离子体处理过程中，可变频功率源与反应腔之间的阻抗匹配方式为通过阻抗匹配单元自动匹配，则由于第一等离子体处理的时长过短，反应腔内的工艺条件变化较大，阻抗匹配单元难以及时调节可变频功率源获得所需的输出频率，导致可变频功率源的输出频率波动剧烈，造成反应腔内的等离子体不稳定或者等离子体熄灭的问题。
[0067]参考图4、图7及图8，在进行所述第一等离子体处理之后，对所述待处理基底201进行第二等离子体处理P2，通入第二反应气体到反应腔200内，可变频功率源204输出第二射频功率到反应腔200，同时通过外部控制单元207使可变频功率源204的输出频率为第二频率f2，使可变频功率源204与反应腔200阻抗匹配。
[0068]所述第二等离子体处理？2的时长为I秒，例如为0.1秒、0.2秒、0.5秒或者0.8秒。
[0069]本实施例中，所述等离子体处理工艺为等离子体刻蚀，在第二等离子体处理己过程中，继续以掩膜层302为掩膜，刻蚀去除部分厚度的待刻蚀层301。所述通入反应腔200内的第二反应气体用于继续刻蚀待刻蚀层301。
[0070]本实施例中，所述第二等离子处理P2与第一等离子体处理P !的工艺条件不同，即所述第一反应气体和第 二反应气体的种类不同；或者，所述第一射频功率和第二射频功率不同；或者，所述第一等离子体处理和第二等离子体处理的气压不同。
[0071]所述可变频功率源204输出的第二射频功率用于使第二反应气体等离子体化。在所述第二等离子体处理匕过程中，禁用所述阻抗匹配单元206，通过外部控制单元207使可变频功率源204输出第二频率f2，所述第二频率f2即为前述通过第二预等离子体处理获取的第二频率。
[0072]所述第二等离子体处理P2和第二预等离子体处理的第二反应气体种类相同；所述第二等离子体处理P2和第二预等离子体处理的气压相同；所述第二等离子体处理？2和第二预等离子体处理的第二射频功率相同；因此，本实施例第二等离子体处理P2与第二预等离子体处理的工艺条件相同，在第二等离子体处理P2过程中，当可变频功率源204的输出频率为第二频率4时，反应腔200阻抗与可变频功率源204阻抗相匹配。
[0073]并且，本实施例的第二等离子体处理P2过程中，可变频功率源204始终保持稳定的输出第二频率f2，从而使得反应腔200内产生稳定的等离子体，避免可变频功率源204的输出频率波动过大，从而避免等离子体的稳定性差或者等离子熄灭的问题。并且，本实施例在从第一等离子体处理P/变化为第二等离子体处理P 2的瞬间，通过外部控制单元207使可变频功率源204的输出频率由第一频率f/变为稳定的第二频率f 2，防止由于第一等离子体处理P2和第二等离子体处理P 2工艺条件差别过大而造成的可变频功率源204的输出频率波动过大。
[0074]为此，本实施例在第二等离子体处理P2过程中，可变频功率源204平稳的输出第二频率f2，且在第一等离子体处理P1至第二等离子体处理P2的过渡阶段，可变频功率源204的输出频率平稳的由第一频率4过渡至第二频率f P防止可变频功率源204的输出频率波动过大，从而使得反应腔200内的等离子体稳定且维持连续运行状态。
[0075]本实施例中，以所述等离子体处理包括依次循环进行的第一等离子体处理P1*第二等离子体处理P2为例，直至暴露出衬底300表面，在等离子体处理过程中，反应腔200内的等离子体始终保持稳定且持续运行状态，防止等离子体熄灭或者不稳定带来的不良影响。
[0076]上述等离子体处理的方法能够应用于形成硅通孔的工艺中，其中，第一等离子体处理为刻蚀为主的工艺，第二等离子体处理为沉积为主的工艺，交替循环进行第一等离子体处理和第二等离子体处理，直至刻蚀形成的硅通孔的深度达到预期目标，第一等离子体处理的时长小于I秒，第二等离子体处理的时长小于I秒，其中，第一等离子体处理和第二等离子体处理的时长越短，刻蚀形成的硅通孔的形貌越好。在一个具体实施例中，所述第一等离子体处理的时长为0.1秒、0.2秒或0.5秒；所述第二等离子体处理的时长为0.1秒、0.2秒或0.5秒。
[0077]虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
【主权项】
1.一种等离子体处理的方法，其特征在于，包括: 提供待处理基底、等离子体处理装置以及外部控制单元，所述等离子体处理装置具有可变频功率源，所述外部控制单元与可变频功率源连接，所述待处理基底置于等离子体处理装置的反应腔内； 预先获取第一频率，所述第一频率为第一等离子体处理过程中，可变频功率源与反应腔阻抗匹配时可变频功率源的输出频率； 预先获取第二频率，所述第二频率为第二等离子体处理过程中，可变频功率源与反应腔阻抗匹配时可变频功率源的输出频率； 对所述待处理基底进行第一等离子体处理，通入第一反应气体到反应腔内，可变频功率源输出第一射频功率到反应腔，同时通过外部控制单元使可变频功率源的输出频率为第一频率，使可变频功率源与反应腔阻抗匹配； 进行所述第一等离子体处理后，对所述待处理基底进行第二等离子体处理，通入第二反应气体到反应腔内，可变频功率源输出第二射频功率到反应腔，同时通过外部控制单元使可变频功率源的输出频率为第二频率，使可变频功率源与反应腔阻抗匹配。2.根据权利要求1所述的等离子体处理的方法，其特征在于，所述等离子体处理包括依次循环进行的第一等离子体处理以及第二等离子体处理。3.根据权利要求1所述的等离子体处理的方法，其特征在于，还包括:提供阻抗匹配单元，所述阻抗匹配单元连接在等离子体处理装置的可变频功率源和等离子体发生器之间。4.根据权利要求3所述的等离子体处理的方法，其特征在于，在所述第一等离子体处理过程中，禁用所述阻抗匹配单元；在所述第二等离子体处理过程中，禁用所述阻抗匹配单J L.ο5.根据权利要求3所述的等离子体处理的方法，其特征在于，获取所述第一频率的方法为:对所述待处理基底进行第一预等离子体处理，通入第一反应气体到反应腔内，可变频功率源输出第一射频功率到反应腔，所述阻抗匹配单元为自动调频模式，通过所述阻抗匹配单元自动调节可变频功率源的输出频率为第一频率，使可变频功率源与反应腔阻抗匹配。6.根据权利要求5所述的等离子体处理的方法，其特征在于，所述第一等离子体处理和第一预等离子体处理的第一反应气体种类相同；所述第一等离子体处理和第一预等离子体处理的气压相同；所述第一等离子体处理和第一预等离子体处理的第一射频功率相同。7.根据权利要求3所述的等离子体处理的方法，其特征在于，获取所述第二频率的方法为:对所述待处理基底进行第二预等离子体处理，通入第二反应气体到反应腔内，可变频功率源输出第二射频功率到反应腔，所述阻抗匹配单元为自动调频模式，通过所述阻抗匹配单元自动调节可变频功率源的输出频率为第二频率，使可变频功率源与反应腔阻抗匹配。8.根据权利要求7所述的等离子体处理的方法，其特征在于，所述第二等离子体处理和第二预等离子体处理的第二反应气体种类相同；所述第二等离子体处理和第二预等离子体处理的气压相同；所述第二等离子体处理和第二预等离子体处理的第二射频功率相同。9.根据权利要求1所述的等离子体处理的方法，其特征在于，所述第一反应气体和第二反应气体的种类不同。10.根据权利要求1所述的等离子体处理的方法，其特征在于，所述第一射频功率和第二射频功率不同。11.根据权利要求1所述的等离子体处理的方法，其特征在于，所述第一等离子体处理和第二等离子体处理的气压不同。12.根据权利要求1所述的等离子体处理的方法，其特征在于，还包括:用于输出偏置功率的偏置功率源，所述偏置功率适于调节待处理基底的偏压。13.根据权利要求1所述的等离子体处理的方法，其特征在于，所述第一等离子体处理的时长小于I秒；所述第二等离子体处理的时长小于I秒。
【专利摘要】一种等离子体处理的方法，包括：预先获取第一频率，所述第一频率为第一等离子体处理过程中，可变频功率源与反应腔阻抗匹配时可变频功率源的输出频率；预先获取第二频率，所述第二频率为第二等离子体处理过程中，可变频功率源与反应腔阻抗匹配时可变频功率源的输出频率；对待处理基底进行第一等离子体处理，同时通过外部控制单元使可变频功率源的输出频率为第一频率，使可变频功率源与反应腔阻抗匹配；对待处理基底进行第二等离子体处理，同时通过外部控制单元使可变频功率源的输出频率为第二频率，使可变频功率源与反应腔阻抗匹配。所述等离子体处理的方法能够保持等离子体稳定，避免等离子体熄灭的问题。
【IPC分类】H01J37/32, H01L21/67
【公开号】CN104900472
【申请号】CN201510198918
【发明人】叶如彬
【申请人】中微半导体设备(上海)有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月22日
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域技术，尤其涉及一种等离子体处理的方法。
【背景技术】
[0002]用于集成电路的制造的等离子体处理工艺中包括等离子体沉积工艺、和等离子体刻蚀工艺等。所述等离子体处理工艺的原理包括:使用射频功率源驱动等离子体发生装置(例如电感耦合线圈)产生较强的高频交变磁场，使得低压的反应气体被电离产生等离子体。等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，所述活性粒子可以和待处理晶圆的表面发生多种物理和化学反应，使得晶圆表面的形貌发生改变，即完成等离子体处理工艺。另外，所述活性离子比常规的气态反应物具有更高的活性，可以促进反应气体间的化学反应，即可以实现等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)。
[0003]以电感親合等离子体处理(ICP，Inductively Coupled Plasma)装置为例，请参考图1，现有的电感耦合等离子体处理装置，包括:反应腔10 ;位于所述反应腔10内的晶圆载台11，用于承载和固定晶圆14 ;设置于反应腔10顶部的电感耦合线圈12，用于使反应气体激发为等离子体；通过阻抗匹配单元15与电感耦合线圈12连接的电源13，用于向所述电感耦合线圈12提供射频功率。
[0004]在所述电感耦合等离子体处理装置工作时，所述电源13通过阻抗匹配单元15向电感耦合线圈12提供射频功率信号，且所述射频功率信号为脉冲信号，使得所述电感耦合线圈12能够产生磁场。被输入至反应腔10的反应气体被所述电感耦合线圈12产生的磁场电离，能够形成等离子体。以刻蚀工艺为例，在所述晶圆载台11被施加偏压，所述等离子体受到所述晶圆载台11的偏压影响而向晶圆14轰击，从而实现对晶圆14的刻蚀。
[0005]然而，在现有的等离子体处理工艺中，等离子体的稳定性较差，容易造成等离子体处理的结果不良。
【发明内容】
[0006]本发明解决的问题是提供一种等离子体处理的方法，使等离子体的稳定性改善，等离子体处理的质量提高。
[0007]为解决上述问题，本发明提供一种等离子体处理的方法，包括:提供待处理基底、等离子体处理装置以及外部控制单元，所述等离子体处理装置具有可变频功率源，所述外部控制单元与可变频功率源连接，所述待处理基底置于等离子体处理装置的反应腔内；预先获取第一频率，所述第一频率为第一等离子体处理过程中，可变频功率源与反应腔阻抗匹配时可变频功率源的输出频率；预先获取第二频率，所述第二频率为第二等离子体处理过程中，可变频功率源与反应腔阻抗匹配时可变频功率源的输出频率；对所述待处理基底进行第一等离子体处理，通入第一反应气体到反应腔内，可变频功率源输出第一射频功率到反应腔，同时通过外部控制单元使可变频功率源的输出频率为第一频率，使可变频功率源与反应腔阻抗匹配；进行所述第一等离子体处理后，对所述待处理基底进行第二等离子体处理，通入第二反应气体到反应腔内，可变频功率源输出第二射频功率到反应腔，同时通过外部控制单元使可变频功率源的输出频率为第二频率，使可变频功率源与反应腔阻抗匹配。
[0008]可选的，所述等离子体处理包括依次循环进行的第一等离子体处理以及第二等离子体处理。
[0009]可选的，还包括:提供阻抗匹配单元，所述阻抗匹配单元连接在等离子体处理装置的可变频功率源和等离子体发生器之间。
[0010]可选的，在所述第一等离子体处理过程中，禁用所述阻抗匹配单元；在所述第二等离子体处理过程中，禁用所述阻抗匹配单元。
[0011]可选的，获取所述第一频率的方法为:对所述待处理基底进行第一预等离子体处理，通入第一反应气体到反应腔内，可变频功率源输出第一射频功率到反应腔，所述阻抗匹配单元为自动调频模式，通过所述阻抗匹配单元自动调节可变频功率源的输出频率为第一频率，使可变频功率源与反应腔阻抗匹配。
[0012]可选的，所述第一等离子体处理和第一预等离子体处理的第一反应气体种类相同；所述第一等离子体处理和第一预等离子体处理的气压相同；所述第一等离子体处理和第一预等离子体处理的第一射频功率相同。
[0013]可选的，获取所述第二频率的方法为:对所述待处理基底进行第二预等离子体处理，通入第二反应气体到反应腔内，可变频功率源输出第二射频功率到反应腔，所述阻抗匹配单元为自动调频模式，通过所述阻抗匹配单元自动调节可变频功率源的输出频率为第二频率，使可变频功率源与反应腔阻抗匹配。
[0014]可选的，所述第二等离子体处理和第二预等离子体处理的第二反应气体种类相同；所述第二等离子体处理和第二预等离子体处理的气压相同；所述第二等离子体处理和第二预等离子体处理的第二射频功率相同。
[0015]可选的，所述第一反应气体和第二反应气体的种类不同。
[0016]可选的，所述第一射频功率和第二射频功率不同。
[0017]可选的，所述第一等离子体处理和第二等离子体处理的气压不同。
[0018]可选的，还包括:用于输出偏置功率的偏置功率源，所述偏置功率适于调节待处理基底的偏压。
[0019]可选的，所述第一等离子体处理的时长小于I秒；所述第二等离子体处理的时长小于I秒。
[0020]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0021]本发明预先获取了第一等离子体处理过程中，与反应腔阻抗匹配的可变频功率源的输出频率为第一频率，预先获取了第二等离子体处理过程中，与反应腔阻抗匹配的可变频功率源的输出频率为第二频率；因此在第一等离子体处理过程中，通过外部控制单元使可变频功率源输出频率为第一频率，因此在第一等离子体处理过程中可变频功率源与反应腔阻抗匹配，且第一等离子体处理过程中可变频功率源的输出频率保持稳定，避免可变频功率源的输出频率剧烈波动，从而防止反应腔内的等离子体不稳定或者等离子体熄灭。在第二等离子体过程中，通过外部控制单元可变频功率源输出频率为第二频率，因此在第二等离子体处理过程中可变频功率源与反应腔阻抗匹配，且第二等离子体处理过程中可变频功率源的输出频率保持稳定，避免可变频功率源的输出频率剧烈波动。并且，在第一等离子体处理过程转变为第二等离子体处理过程时，可变频功率源的输出频率由第一频率平稳的变化为第二频率，避免在第一等离子体处理变为第二等离子体处理的过渡阶段发生输出频率突变的问题，避免自动匹配模式下的可变频功率源的输出频率发生剧烈波动，保证了等离子体持续点燃，从而改善等离子体的稳定性，使等离子体处理的质量提高。
[0022]进一步，获取第一频率的方法为:对所述待处理基底进行第一预等离子体处理，通入第一反应气体到反应腔内，可变频功率源输出第一射频功率到反应腔，所述阻抗匹配单元为自动调频模式，通过所述阻抗匹配单元自动调节可变频功率源的输出频率为第一频率，使可变频功率源与反应腔阻抗匹配。采用本发明提供的方法获取的第一频率的准确性高，使得在第一等离子体处理过程中，当可变频功率源的输出频率为第一频率时，可变频功率源与反应腔阻抗匹配。
[0023]进一步，获取第二频率的方法为:对所述待处理基底进行第二预等离子体处理，通入第二反应气体到反应腔内，可变频功率源输出第二射频功率到反应腔，所述阻抗匹配单元为自动调频模式，通过所述阻抗匹配单元自动调节可变频功率源的输出频率为第二频率，使可变频功率源与反应腔阻抗匹配。采用本发明提供的方法获取的第二频率的准确性高，使得在第二等离子体处理过程中，当可变频功率源的输出频率为第二频率时，可变频功率源与反应腔阻抗匹配。
【附图说明】
[0024]图1为电感耦合等离子体处理装置的截面结构示意图；
[0025]图2为等离子体连 续运行时，射频功率源输出的射频频率波形图；
[0026]图3为本发明实施例的等离子体处理方法的流程示意图；
[0027]图4为本实施例的等离子体处理装置的截面结构示意图；
[0028]图5至图7为本实施例的等离子体处理过程待处理基底的剖面结构示意图；
[0029]图8为本实施例等离子体处理过程中可变频功率源输出的频率波形图。
【具体实施方式】
[0030]如【背景技术】所述，在现有的等离子体处理工艺中，等离子体的稳定性较差，容易造成等离子体处理的结果不良。
[0031]请继续参考图1，在现有的等离子体处理装置中，电源13通过匹配单元15向设置于反应腔10顶部的电感耦合线圈12提供射频功率，由所述电感耦合线圈12使反应腔10内产生等离子体，因此所述反应腔10内的等离子体为所述电源13的负载。
[0032]随着等离子体处理工艺的进行，往往需要进行多个连续的工艺步骤，对于相邻两个工艺步骤来说，电源13输出的脉冲信号频率需要发生变化，而且，反应腔10内的气体成分、气压也会随工艺的变化而变化，从而导致反应腔10内的等离子体的阻抗发生变化；同时，所述电源13具有固定的输出阻抗(例如50 Ω)。因此，容易电源13的输出阻抗与反应腔10内的等离子体的阻抗之间容易发生失配，在用于连接电源13和电感耦合线圈12的传输线上形成反射功率，使得电源13输出的射频功率无法完全施加于电感耦合线圈12，容易造成等离子体无法点燃的问题。因此，所述电源13需要通过阻抗匹配单元15与电感耦合线圈12连接，如图1所示的阻抗匹配单元15用于阻抗匹配。随着等离子体处理工艺的进行，反应腔10内的等离子体的阻抗发生变化，所述阻抗匹配单元15能够根据所述等离子体阻抗的变化进行调节，使所述阻抗匹配单元15的阻抗和反应腔10内等离子体的阻抗之和与电源13的输出阻抗一致，从而实现阻抗匹配。
[0033]参考图2，图2为等离子体连续运行时，射频功率源输出的射频功率波形图，由于相邻两个等离子体工艺步骤Pa和步骤Pb之间的工艺条件变化较大，例如反应腔10内的气体成分、气压变化较大，使得反应腔10内的等离子体阻抗也急剧变化，在两工艺步骤之间进行阻抗的自动匹配时，匹配单元15 (参考图2)会因阻抗突变而重新启动频率的阻抗匹配过程，导致电源13经过阻抗匹配单元15向电感耦合线圈12输出的射频频率具有较大的波动，导致电源通过阻抗匹配单元15输出的射频频率由f/变化为匕的过程中射频频率波动大。而且，由于电源13通过匹配单元15输出的射频频率波动较大、且速度较快，阻抗匹配单元15无法及时响应射频频率的剧烈变化，容易导致电感耦合线圈12与电源13失配而不能有效的输出射频功率，导致等离子体熄灭。
[0034]为解决上述问题，本发明提供一种等离子体处理的方法，参考图3，图3为本发明实施例提供的等离子体处理的流程示意图，包括:
[0035]步骤S1、提供待处理基底、等离子体处理装置以及外部控制单元，所述等离子体处理装置具有可变频功率源，所述外部控制单元与可变频功率源连接，所述待处理基底置于等离子体处理装置的反应腔内；
[0036]步骤S2、预先获取第一频率，所述第一频率为第一等离子体处理过程中，可变频功率源与反应腔阻抗匹配时可变频功率源的输出频率；
[0037]步骤S3、预先获取第二频率，所述第二频率为第二等离子体处理过程中，可变频功率源与反应腔阻抗匹配时可变频功率源的输出频率；
[0038]步骤S4、对所述待处理基底进行第一等离子体处理，通入第一反应气体到反应腔内，可变频功率源输出第一射频功率到反应腔，同时通过外部控制单元使可变频功率源的输出频率为第一频率，使可变频功率源与反应腔阻抗匹配；
[0039]步骤S5、进行所述第一等离子体处理后，对所述待处理基底进行第二等离子体处理，通入第二反应气体到反应腔内，可变频功率源输出第二射频功率到反应腔，同时通过外部控制单元使可变频功率源的输出频率为第二频率，使可变频功率源与反应腔阻抗匹配。
[0040]本发明预先获取了第一等离子体处理过程中，与反应腔阻抗匹配的可变频功率源的输出频率为第一频率，预先获取了第二等离子体处理过程中，与反应腔阻抗匹配的可变频功率源的输出频率为第二频率；因此在第一等离子体处理过程中，通过外部控制单元使可变频功率源输出频率为第一频率，因此在第一等离子体处理过程中可变频功率源与反应腔阻抗匹配，且第一等离子体处理过程中可变频功率源的输出频率保持稳定，避免可变频功率源的输出频率剧烈波动，从而防止反应腔内的等离子体不稳定或者等离子体熄灭。在第二等离子体过程中，通过外部控制单元可变频功率源输出频率为第二频率，因此在第二等离子体处理过程中可变频功率源与反应腔阻抗匹配，且第二等离子体处理过程中可变频功率源的输出频率保持稳定，避免可变频功率源的输出频率剧烈波动。并且，在第一等离子体处理过变为第二等离子体处理过程时，可变频功率源的输出频率由第一频率平稳的变化为第二频率，避免在第一等离子体处理变为第二等离子体处理的过渡阶段发生输出频率突变的问题，避免自动匹配模式下的可变频功率源的输出频率发生剧烈波动，保证了等离子体持续点燃，从而改善等离子体的稳定性，使等离子体处理的质量提高。
[0041]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
[0042]图4至图8为本发明实施例的等离子体处理的过程的示意图，其中，图4为本实施例的等离子体处理装置的截面结构示意图；图5至图7为本实施例的等离子体处理过程待处理基底的剖面结构示意图；图8为本实施例等离子体处理过程中可变频功率源输出的频率波形图。
[0043]请参考图4和图5，提供待处理基底201 ;将所述待处理基底201置于等离子体处理装置的反应腔200内。
[0044]所述反应腔200为等离子体处理装置的一部分。本实施例中，所述等离子体处理装置具有可变频功率源204，所述等离子体处理装置包括:反应腔200 ;位于所述反应腔200内的晶圆载台202，所述晶圆载台202用于承载待处理基底201 ;设置于反应腔200顶部的等离子体发生器203，所述等离子体发生器203用于使反应气体激发为等离子体；与所述等离子体发生器203电连接的可变频功率源204，所述可变频功率源用于向等离子体发生器203提供射频功率；与晶圆载台202连接的用于输出偏置功率的偏置功率源205，所述偏置功率源205适于调节待处理基底201的偏压。
[0045]本实施例中，还提供阻抗匹配单元206，所述阻抗匹配单元206连接在等离子体发生器203和可变频功率源204之间。
[0046]所述可变频功率源204输出的射频功率通过阻抗匹配单元206提供到等离子体发生器203，使反应腔200内的反应气体等离子体化，所述可变频功率源204为具有一定的射频频率的脉冲信号。所述等离子体发生器203、反应腔200以及内部的等离子体为可变频功率源204的负载，所述阻抗匹配单元206能够检测等离子体发生器203、反应腔200以及内部的等离子体的负载阻抗，使所述负载阻抗与阻抗匹配单元206的阻抗之和与可变频功率源204的输出阻抗相同，从而实现阻抗匹配。此外，所述偏置功率源205能够向晶圆载台202施加偏压，则反应腔200内的等离子体受到所述偏压的电场力作用，能够向所述晶圆载台202移动，从而实现对待处理基底201的等离子体处理工艺。在本实施例中，所述等离子体处理工艺为等离子体刻蚀。
[0047]后续会在等离子体处理装置内进行第一预等离子体处理和第二预等离子体处理，在第一预等离子体处理和第二预等离子体处理过程中，所述阻抗匹配单元206开 启自动调频模式，用于获取第一预等离子体处理过程中可变频功率源204输出的第一频率，且所述第一频率与反应腔200阻抗匹配；用于获取第二预等离子体处理过程中可变频功率源204输出的第二频率，且所述第二频率与反应腔200阻抗匹配。
[0048]还提供外部控制单元207，所述外部控制单元207与可变频功率源204连接，后续在进行第一等离子体处理和第二等离子体处理过程中，通过外部控制单元207使可变频功率源204输出稳定的输出频率，且使可变频功率源204与反应腔200阻抗匹配。
[0049]在本实施例中，所述等离子体发生器203为电感耦合线圈，所述电感耦合线圈接收到射频功率之后，能够产生磁场，所述磁场能够使输入反应腔200的气体电离为等离子体。在其他实施例中，所述电感耦合线圈还能够包围于所述反应腔200的侧壁外表面，使通入反应腔200内的反应气体电离成等离子体。
[0050]在另一实施例中，所述等离子体处理装置为电容耦合等离子体处理装置(CCP，Capacitance Coupled Plasma)，包括反应腔、设置于反应腔顶部的上电极以及设置于反应腔底部的下电极，而本发明实施例所述的可变频功率源能够被施加到上电极或下电极。具体的，所述电容耦合等离子体处理装置还包括源射频源和偏置射频源，所述源射频源用于产生等离子体，所述源射频源能够被施加到上电极或下电极；所述偏置射频源用于控制偏置功率，所述偏置射频源能够被施加到下电极；其中，所述源射频源的频率较高，而偏置射频功率源的频率较低。在该实施例中，所述可变频功率源为频率较高的源射频源，所述可变频功率源施加到上电极。
[0051]本实施例中，参考图5，所述待处理基底201包括:衬底300 ;位于所述衬底300表面的待刻蚀层301 ;以及位于所述待刻蚀层301表面的掩膜层302，所述掩膜层302暴露出部分待刻蚀层301表面。本实施例中，等离子体刻蚀工艺需要以所述掩膜层302为掩膜，刻蚀所述待刻蚀层301直至暴露出衬底300表面。所述待刻蚀层301为单层结构或者叠层结构；所述待刻蚀层301的材料为氧化娃、氮化娃、氮氧化娃、高k介质材料、低k介质材料、Cu、Al、W、TiN 或者 WN。
[0052]所述掩膜层302的材料与待刻蚀层301的材料不同。本实施例中，为了提高刻蚀所述待刻蚀层301形成的形貌质量，所述等离子体处理包括依次循环进行的第一等离子体处理以及第二等离子体处理。
[0053]接着，预先获取第一频率，所述第一频率为第一等离子体处理过程中，可变频功率源204与反应腔200阻抗匹配时可变频功率源的输出频率；预先获取第二频率，所述第二频率为第二等离子体处理过程中，可变频功率源204与反应腔200阻抗匹配时可变频功率源的输出频率。
[0054]具体的，获取所述第一频率的方法为:对所述待处理基底300进行第一预等离子体处理，通入第一反应气体到反应腔200内，可变频功率源204输出第一射频功率到反应腔200，所述阻抗匹配单元206为自动调频模式，通过所述阻抗匹配单元206自动调节可变频功率源204的输出频率为第一频率，使可变频功率源204与反应腔200阻抗匹配。
[0055]需要说明的是，所述第一预等离子体处理和第一等离子体处理的第一反应气体种类相同；所述第一预等离子体处理和第一等离子体处理的气压相同；所述第一预等离子体处理和第一等离子体处理的第一射频功率相同。
[0056]具体的，获取所述第二频率的方法为:对所述待处理基底300进行第二预等离子体处理，通入第二反应气体到反应腔200内，可变频功率源204输出第二射频功率到反应腔200，所述阻抗匹配单元206为自动调频模式，通过所述阻抗匹配单元206自动调节可变频功率源204的输出频率为第二频率，使可变频功率源204与反应腔200阻抗匹配。
[0057]需要说明的是，所述第二预等离子体处理和第二等离子体处理的第二反应气体种类相同；所述第二预等离子体处理和第二等离子体处理的气压相同；所述第二预等离子体处理和第二等离子体处理的第二射频功率相同。
[0058]并且，所述第一气体和第二气体的种类不同；或者，所述第一射频功率和第二射频功率不同；或者所述第一预等离子体处理和第二预等离子体处理的气压不同。
[0059]由此，可以获知在对待刻蚀层201进行等离子体处理工艺流程中，进行第一等离子体处理工艺中与反应腔200阻抗匹配时可变频功率源204的输出频率为第一频率；进行第二等离子体处理工艺中与反应腔200阻抗匹配时可变频功率源204的输出频率为第二频率。
[0060]参考图4、图6及图8，对所述待处理基底201进行第一等离子体处理P1，通入第一反应气体到反应腔200内，可变频功率源204输出第一射频功率到反应腔200，同时通过外部控制单元207使可变频功率源的输出频率为第一频率，使可变频功率源204与反应腔阻抗匹配。
[0061]所述第一等离子体处理P1的时长小于I秒，例如为0.1秒、0.2秒、0.5秒或者0.8秒。
[0062]本实施例中，所述等离子体处理工艺为等离子体刻蚀，在第一等离子体处理P1S程中，以所述掩膜层302为掩膜，刻蚀部分厚度的待刻蚀层301.通入反应腔300的第一反应气体能够用于刻蚀所述部分厚度的待刻蚀层301。
[0063]所述可变频功率源204输出的第一射频功率用于使第一反应气体等离子体化。在所述第一等离子体处理P1S程中，禁用所述阻抗匹配单元206，通过外部控制单元207使可变频功率源204输出第一频率，所述第一频率即为前述通过第一预等离子体处理获取的第一频率。
[0064]所述第一等离子体处理P1和第一预等离子体处理的第一反应气体种类相同；所述第一等离子体处理P1和第一预等离子体处理的气压相同；所述第一等离子体处理？工和第一预等离子体处理的第一射频功率相同；因此，本实施例第一等离子体处理P1与第一预等离子体处理的工艺条件相同，在第一等离子体处理P1过程中，当可变频功率源204的输出频率为第一频率4时，反应腔200阻抗与可变频功率源204阻抗相匹配。
[0065]并且，本实施例的第一等离子体处理P1过程中，可变频功率源204始终保持稳定的输出第一频率，从而使得反应腔200内产生稳定的等离子体，避免可变频功率源204输出的频率发生剧烈波动，依次避免在第一等离子体处理Pl的初始阶段中产生的等离子体熄灭问题。
[0066]若第一等离子体处理过程中，可变频功率源与反应腔之间的阻抗匹配方式为通过阻抗匹配单元自动匹配，则由于第一等离子体处理的时长过短，反应腔内的工艺条件变化较大，阻抗匹配单元难以及时调节可变频功率源获得所需的输出频率，导致可变频功率源的输出频率波动剧烈，造成反应腔内的等离子体不稳定或者等离子体熄灭的问题。
[0067]参考图4、图7及图8，在进行所述第一等离子体处理之后，对所述待处理基底201进行第二等离子体处理P2，通入第二反应气体到反应腔200内，可变频功率源204输出第二射频功率到反应腔200，同时通过外部控制单元207使可变频功率源204的输出频率为第二频率f2，使可变频功率源204与反应腔200阻抗匹配。
[0068]所述第二等离子体处理？2的时长为I秒，例如为0.1秒、0.2秒、0.5秒或者0.8秒。
[0069]本实施例中，所述等离子体处理工艺为等离子体刻蚀，在第二等离子体处理己过程中，继续以掩膜层302为掩膜，刻蚀去除部分厚度的待刻蚀层301。所述通入反应腔200内的第二反应气体用于继续刻蚀待刻蚀层301。
[0070]本实施例中，所述第二等离子处理P2与第一等离子体处理P !的工艺条件不同，即所述第一反应气体和第 二反应气体的种类不同；或者，所述第一射频功率和第二射频功率不同；或者，所述第一等离子体处理和第二等离子体处理的气压不同。
[0071]所述可变频功率源204输出的第二射频功率用于使第二反应气体等离子体化。在所述第二等离子体处理匕过程中，禁用所述阻抗匹配单元206，通过外部控制单元207使可变频功率源204输出第二频率f2，所述第二频率f2即为前述通过第二预等离子体处理获取的第二频率。
[0072]所述第二等离子体处理P2和第二预等离子体处理的第二反应气体种类相同；所述第二等离子体处理P2和第二预等离子体处理的气压相同；所述第二等离子体处理？2和第二预等离子体处理的第二射频功率相同；因此，本实施例第二等离子体处理P2与第二预等离子体处理的工艺条件相同，在第二等离子体处理P2过程中，当可变频功率源204的输出频率为第二频率4时，反应腔200阻抗与可变频功率源204阻抗相匹配。
[0073]并且，本实施例的第二等离子体处理P2过程中，可变频功率源204始终保持稳定的输出第二频率f2，从而使得反应腔200内产生稳定的等离子体，避免可变频功率源204的输出频率波动过大，从而避免等离子体的稳定性差或者等离子熄灭的问题。并且，本实施例在从第一等离子体处理P/变化为第二等离子体处理P 2的瞬间，通过外部控制单元207使可变频功率源204的输出频率由第一频率f/变为稳定的第二频率f 2，防止由于第一等离子体处理P2和第二等离子体处理P 2工艺条件差别过大而造成的可变频功率源204的输出频率波动过大。
[0074]为此，本实施例在第二等离子体处理P2过程中，可变频功率源204平稳的输出第二频率f2，且在第一等离子体处理P1至第二等离子体处理P2的过渡阶段，可变频功率源204的输出频率平稳的由第一频率4过渡至第二频率f P防止可变频功率源204的输出频率波动过大，从而使得反应腔200内的等离子体稳定且维持连续运行状态。
[0075]本实施例中，以所述等离子体处理包括依次循环进行的第一等离子体处理P1*第二等离子体处理P2为例，直至暴露出衬底300表面，在等离子体处理过程中，反应腔200内的等离子体始终保持稳定且持续运行状态，防止等离子体熄灭或者不稳定带来的不良影响。
[0076]上述等离子体处理的方法能够应用于形成硅通孔的工艺中，其中，第一等离子体处理为刻蚀为主的工艺，第二等离子体处理为沉积为主的工艺，交替循环进行第一等离子体处理和第二等离子体处理，直至刻蚀形成的硅通孔的深度达到预期目标，第一等离子体处理的时长小于I秒，第二等离子体处理的时长小于I秒，其中，第一等离子体处理和第二等离子体处理的时长越短，刻蚀形成的硅通孔的形貌越好。在一个具体实施例中，所述第一等离子体处理的时长为0.1秒、0.2秒或0.5秒；所述第二等离子体处理的时长为0.1秒、0.2秒或0.5秒。
[0077]虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
【主权项】
1.一种等离子体处理的方法，其特征在于，包括: 提供待处理基底、等离子体处理装置以及外部控制单元，所述等离子体处理装置具有可变频功率源，所述外部控制单元与可变频功率源连接，所述待处理基底置于等离子体处理装置的反应腔内； 预先获取第一频率，所述第一频率为第一等离子体处理过程中，可变频功率源与反应腔阻抗匹配时可变频功率源的输出频率； 预先获取第二频率，所述第二频率为第二等离子体处理过程中，可变频功率源与反应腔阻抗匹配时可变频功率源的输出频率； 对所述待处理基底进行第一等离子体处理，通入第一反应气体到反应腔内，可变频功率源输出第一射频功率到反应腔，同时通过外部控制单元使可变频功率源的输出频率为第一频率，使可变频功率源与反应腔阻抗匹配； 进行所述第一等离子体处理后，对所述待处理基底进行第二等离子体处理，通入第二反应气体到反应腔内，可变频功率源输出第二射频功率到反应腔，同时通过外部控制单元使可变频功率源的输出频率为第二频率，使可变频功率源与反应腔阻抗匹配。2.根据权利要求1所述的等离子体处理的方法，其特征在于，所述等离子体处理包括依次循环进行的第一等离子体处理以及第二等离子体处理。3.根据权利要求1所述的等离子体处理的方法，其特征在于，还包括:提供阻抗匹配单元，所述阻抗匹配单元连接在等离子体处理装置的可变频功率源和等离子体发生器之间。4.根据权利要求3所述的等离子体处理的方法，其特征在于，在所述第一等离子体处理过程中，禁用所述阻抗匹配单元；在所述第二等离子体处理过程中，禁用所述阻抗匹配单J L.ο5.根据权利要求3所述的等离子体处理的方法，其特征在于，获取所述第一频率的方法为:对所述待处理基底进行第一预等离子体处理，通入第一反应气体到反应腔内，可变频功率源输出第一射频功率到反应腔，所述阻抗匹配单元为自动调频模式，通过所述阻抗匹配单元自动调节可变频功率源的输出频率为第一频率，使可变频功率源与反应腔阻抗匹配。6.根据权利要求5所述的等离子体处理的方法，其特征在于，所述第一等离子体处理和第一预等离子体处理的第一反应气体种类相同；所述第一等离子体处理和第一预等离子体处理的气压相同；所述第一等离子体处理和第一预等离子体处理的第一射频功率相同。7.根据权利要求3所述的等离子体处理的方法，其特征在于，获取所述第二频率的方法为:对所述待处理基底进行第二预等离子体处理，通入第二反应气体到反应腔内，可变频功率源输出第二射频功率到反应腔，所述阻抗匹配单元为自动调频模式，通过所述阻抗匹配单元自动调节可变频功率源的输出频率为第二频率，使可变频功率源与反应腔阻抗匹配。8.根据权利要求7所述的等离子体处理的方法，其特征在于，所述第二等离子体处理和第二预等离子体处理的第二反应气体种类相同；所述第二等离子体处理和第二预等离子体处理的气压相同；所述第二等离子体处理和第二预等离子体处理的第二射频功率相同。9.根据权利要求1所述的等离子体处理的方法，其特征在于，所述第一反应气体和第二反应气体的种类不同。10.根据权利要求1所述的等离子体处理的方法，其特征在于，所述第一射频功率和第二射频功率不同。11.根据权利要求1所述的等离子体处理的方法，其特征在于，所述第一等离子体处理和第二等离子体处理的气压不同。12.根据权利要求1所述的等离子体处理的方法，其特征在于，还包括:用于输出偏置功率的偏置功率源，所述偏置功率适于调节待处理基底的偏压。13.根据权利要求1所述的等离子体处理的方法，其特征在于，所述第一等离子体处理的时长小于I秒；所述第二等离子体处理的时长小于I秒。
【专利摘要】一种等离子体处理的方法，包括：预先获取第一频率，所述第一频率为第一等离子体处理过程中，可变频功率源与反应腔阻抗匹配时可变频功率源的输出频率；预先获取第二频率，所述第二频率为第二等离子体处理过程中，可变频功率源与反应腔阻抗匹配时可变频功率源的输出频率；对待处理基底进行第一等离子体处理，同时通过外部控制单元使可变频功率源的输出频率为第一频率，使可变频功率源与反应腔阻抗匹配；对待处理基底进行第二等离子体处理，同时通过外部控制单元使可变频功率源的输出频率为第二频率，使可变频功率源与反应腔阻抗匹配。所述等离子体处理的方法能够保持等离子体稳定，避免等离子体熄灭的问题。
【IPC分类】H01J37/32, H01L21/67
【公开号】CN104900472
【申请号】CN201510198918
【发明人】叶如彬
【申请人】中微半导体设备(上海)有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月22日
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