专利名称：半导体刻蚀装置及半导体刻蚀方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术，特别涉及一种半导体刻蚀装置及半导体刻蚀方法。
背景技术：
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。
发明内容
本发明解决的问题提供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，本发明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。本发明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，本发明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。
图1至图3是本发明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。但发明人发现，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 发明实施例提供了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子体的密度和偏置电压，从而可以控制刻蚀速率和刻蚀图形的形貌。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方式
做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。本发明实施例首先提供了一种半导体刻蚀装置，请参考图1，为本发明实施例的半导体刻蚀装置的结构示意图，具体包括反应腔110，所述反应腔110内具有承片台120，用于放置待刻蚀基片125 ;供气源130，所述供气源130与反应腔110的顶部相连接且向所述反应腔110内通入气体；等离子体射频功率源140，通过第二射频匹配器141与围绕反应腔110侧壁设置的电感线圈142相连接，所述等离子体射频功率源140产生的射频信号通过电感线圈142将反应腔110内的气体等离子体化；偏置射频功率源150，通过第一射频匹配器151与承片台120相连接，所述偏置射频功率源150输出的射频信号在所述待刻蚀基片125表面形成偏压；所述等离子体射频功率源140和偏置射频功率源150输出的射频信号都为脉冲信号，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。在本发明实施例中，所述等离子体射频功率源140和偏置射频功率源150输出的射频信号都为脉冲信号，且都能对输出的脉冲信号的脉冲频率和占空比进行实时控制，使得所述脉冲信号的脉冲频率和占空比能随着时间的变化而改变。在其他实施例中，所述等离子体射频功率源或偏置射频功率源其中一个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，另一个输出的射频信号为脉冲频率和占空比恒定的脉冲信号或持续的射频信号。在本实施例中，所述等离子体射频功率源140通过第二射频匹配器141与围绕反应腔110侧壁设置的电感线圈142相连接，所述等离子体射频功率源140为电感耦合射频功率源。在其他实施例中，所述等离子体射频功率源通过第二射频匹配器与反应腔顶部或承片台相连接，对应的，承片台或反应腔顶部接地，所述反应腔顶部和承片台形成电容耦合，在反应腔内形成射频功率从而将气体等离子体化，对应的等离子体射频功率源为电容耦合射频功率源。在本实施例中，所述偏置射频功率源150通过第一射频匹配器151与承片台120相连接，使得所述承片台120上的待刻蚀基片125表面具有负偏压，使得等离子体受到负偏压的作用聚集到待刻蚀基片125的表面，有利于提高刻蚀效率，且当偏压较大时，所述等离子体会轰击待刻蚀基片125的表面，进一步提高刻蚀效率，且所述负偏压会影响待刻蚀基片表面形成的鞘层电压。在其他实施例中，所述偏置射频功率源还可以通过第一射频匹配器与反应腔顶部相连接，通过在所述反应腔顶部形成正偏压，使得等离子体受到正偏压的作用聚集到待刻蚀基片的表面进行刻蚀。请参考图2，为图1中偏置射频功率源150的结构示意图，所述偏置射频功率源150具体包括第一射频功率产生器153和与所述第一射频功率产生器153相连接的第一射频信号产生 器154,所述第一射频信号产生器154包括第一微处理器155和第一脉宽调制控制器156,所述第一微处理器155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156，所述第一脉宽调制控制器156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153的开启时间和关闭时间进行控制。在本实施例中，所述第一微处理器155中存储有一定频率的三角波和一定电压的参考信号，所述三角波的频率函数为所述参考信号的电压函数为VMf(t)，所述三角波的频率函数和参考信号的电压函数随时间的变化而改变，为阶跃函数或连续函数。所述第一微处理器155将所述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(PMW)控制器156，所述第一脉宽调制(PMW)控制器156会根据如下公式控制第一射频功率产生器153的开启时间Tm(t)和关闭时间Ttjff(t)，f0(t)=l/(Ton(t)+Toff(t)),Vref (t) =aXTon(t) /Toff (t)，其中，a为特定系数。因此，所述第一射频功率产生器产生的射频信号为脉冲信号，即为第一脉冲信号，且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。通过所述第一微处理器155中存储的具有一定频率的三角波和一定电压的参考信号，即可控制偏置射频功率源150输出的第一脉冲信号的脉冲频率和占空比。由于所述三角波的频率函数和参考信号的电压函数随时间的变化而改变，即所述偏置射频功率源150输出的第一脉冲信号的脉冲频率和占空比也随时间的变化而改变。在其他实施例中，所述第一微处理器具有数据表，所述数据表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，利用所述第一脉宽调制控制器控制第一射频功率产生器的开启时间和关闭时间，从而形成具有特定脉冲频率和占空比的第一脉冲信号。所述偏置射频功率源150产生的第一脉冲信号用于在待刻蚀基片表面形成偏压，当所述第一脉冲信号处于打开状态时，所述待刻蚀基片表面形成偏压会作用反应腔中的等离子体使得所述等离子体轰击所述待刻蚀基片，进行刻蚀步骤；当所述第一脉冲信号处于关闭状态时，所述待刻蚀基片表面不形成偏压，使得所述等离子体在刻蚀形成的沟槽侧壁形成聚合物，以保护侧壁不会被过刻蚀。且通过控制第一微处理器155中存储的参考信号函数，从而可以控制所述偏置射频功率源150的占空比，控制不同深度下刻蚀形成的沟槽侧壁的聚合物的数量，进而控制不同深度下沟槽侧壁的倾斜度。当所述第一脉冲信号处于关闭状态的时间较长，使得沟槽侧壁的聚合物的数量较多，沟槽倾斜度较大；当所述第一脉冲信号处于关闭状态的时间较短，使得沟槽侧壁的聚合物的数量较少，沟槽倾斜度较小。在其中一个实施例中，随着刻蚀深度的增加，通过提高所述第一脉冲信号处于关闭状态的时间，使得形成的聚合物的数量逐渐增加，形成侧壁倾斜的沟槽，使得最终形成的沟槽的剖面结果为倒三角形或倒梯形，有利于后续材料的填充。当刻蚀高深宽比的通孔时，由于等离子体不容易进入通孔内，通过逐步减小第一脉冲信号的频率，使得一次刻蚀步骤和形成聚合物的步骤的时间变长，从而仍旧能保持相同的速率进行刻蚀。且调整所述第一脉冲信号的占空比和脉冲频率，还能调节偏置射频功率源150的平均功率，影响鞘层特性和等离子体的分布。其中，在不改变第一脉冲信号的占空比的情况下单独增大或减小第一脉冲信号的脉冲频率，可以控制刻蚀速率；在不改变第一脉冲信号的脉冲频率的情况下单独增大或减小第一脉冲信号的占空比，可以控制刻蚀结构的形貌；同时改变第一脉冲信号的占空比和脉冲频率，可以控制刻蚀结构的形貌和刻蚀速率。请参考图3，为图1中等离子体射频功率源140的结构示意图，所述等离子体射频功率源140具体包括第二射 频功率产生器143和与所述第二射频功率产生器143相连接的第二射频信号产生器144，所述第二射频信号产生器144包括第二微处理器145和第二脉宽调制控制器146,所述第二微处理器145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146，所述第二脉宽调制控制器146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143的开启时间和关闭时间进行控制。在本实施例中，所述第二微处理器145中存储有一定频率的三角波和一定电压的参考信号，所述三角波的频率函数为所述参考信号的电压函数为VMf(t)，所述三角波的频率函数和参考信号的电压函数随时间的变化而改变，为阶跃函数或连续函数。所述第二微处理器145将所述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(PMW)控制器146，所述第二脉宽调制(PMW)控制器146会根据如下公式控制第二射频功率产生器143的开启时间Tm(t)和关闭时间Ttjff(t)，f0(t)=l/(Ton(t)+Toff(t)),Vref (t) =aXTon(t) /Toff (t)，其中，a为特定系数。因此，所述第二射频功率产生器143产生的射频信号为脉冲信号，即为第二脉冲信号，且所述三角波的频率对应于第二射频功率产生器143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。因此，通过所述第二微处理器145中存储的具有一定频率的三角波和一定电压的参考信号，即可控制等离子体射频功率源140输出的第二脉冲信号的脉冲频率和占空比。由于所述三角波的频率函数和参考信号的电压函数随时间的变化而改变，即所述等离子体射频功率源140输出的第二脉冲信号的脉冲频率和占空比也随时间的变化而改变。在其他实施例中，所述第二微处理器具有数据表，所述数据表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二脉宽调制控制器，利用所述第二脉宽调制控制器控制第二射频功率产生器的开启时间和关闭时间，从而形成具有特定脉冲频率和占空比的第二脉冲信号。所述等离子体射频功率源140产生的第二脉冲信号用于在将反应腔中的气体等离子体化，当所述第二脉冲信号处于打开状态时，所述反应腔内的气体形成等离子体；当所述第二脉冲信号处于关闭状态时，所述反应腔内的气体不继续形成等离子体。且通过控制第二微处理器145中存储的参考信号的电压函数，控制所述等离子体射频功率源140的占空比，可以控制反应腔内等离子体的密度和分布，从而控制刻蚀速率。且由于等离子体射频功率源140将气体等离子体化，形成的等离子体包括正离子、负离子、中性自由基和热电子等，其中热电子由于质量小、运动速度大，会最快到达靠近待刻蚀基板表面的区域，会在靠近待刻蚀基板表面的区域形成带负电的鞘层，所述带负电的鞘层会加速正离子轰击待刻蚀基板。而当所述第二脉冲信号处于关闭状态时，由于热电子的寿命很短，会影响鞘层的加速性能，因此通过控制所述等离子体射频功率源140的脉冲频率，即通过增加或减小第二脉冲信号开启和关闭的时间，也可以控制刻蚀速率。其中，当在不改变第二脉冲信号的占空比的情况下单独增大或减小第二脉冲信号的脉冲频率，可以控制刻蚀速率；当在不改变第二脉冲信号的脉冲频率的情况下单独增大或减小第二脉冲信号的占空比，可以控制等离子体的密度和分布；当同时改变第二脉冲信号的占空比和脉冲频率，可以同时控制反应腔内的等离子体的密度、分布和刻蚀速率。在本实施例中，所述半导体刻蚀装置还包括控制电脑(未图示)，所述控制电脑与第一微处理器、第二微处理器相 连接，所述控制电脑向第一微处理器、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，从而控制第一脉冲信号、第二脉冲信号的脉冲频率和占空比。在其他实施例中，所述控制电脑向第一微处理器、第二微处理器的数据表输入与时间相关的三角波的频率值、参考信号的电压值，使得第一微处理器、第二微处理器可以根据对应的频率值和电压值控制第一脉冲信号、第二脉冲信号的脉冲频率和占空比。在本实施例中，所述半导体刻蚀装置还包括排气口(未图示)，所述排气口与真空泵(未图示)相连接，用于将反应腔中的反应物和多余的气体排出。本发明实施例还提供了一种采用上述半导体刻蚀装置的半导体刻蚀方法，具体包括提供待刻蚀基板；在反应腔内通入反应气体；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偏置射频功率源输出的射频信号为脉冲信号，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。请参考图1，所述待刻蚀基板125至少包括半导体衬底，所述半导体衬底为硅衬底、锗衬底、锗硅衬底、氮化硅衬底、绝缘体上硅衬底等，可以利用所述半导体刻蚀方法对所述半导体衬底进行刻蚀，形成沟槽或通孔。在其他实施例中，所述待刻蚀基板包括半导体衬底和位于半导体衬底表面的一层或多层半导体层或金属层，利用所述半导体刻蚀方法对所述半导体层或金属层继续刻蚀。在本实施例中，所述待刻蚀基板125为单晶硅衬底。通过供气源130向所述反应腔110内通入气体，在本实施例中，当待刻蚀的材料为单晶硅时，所述气体包括SF6、C4F8、He、N2中的一种或几种。在其他实施例中，当待刻蚀的材料为氧化硅或氮化硅时，所述气体包括CF4、C4F8, C4F6, CH2F2, CHF3， He，N2中的一种或几种。在本实施例中，所述等离子体射频功率源和偏置射频功率源输出的射频信号都为脉冲信号，且所述脉冲信号随着时间的变化会发生改变。在其他实施例中，所述等离子体射频功率源或偏置射频功率源其中一个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，另一个输出的射频信号为脉冲频率和占空比都恒定的脉冲信号或持续的射频信号。在本实施例中，所述刻蚀图形具有第一深度和第二深度。在第一深度，所述偏置射频功率源输出第一脉冲信号，所述等离子体射频功率源输出第二脉冲信号，所述第一脉冲信号和第二脉冲信号具有第一脉冲频率和第一占空比。在第二深度，所述偏置射频功率源输出第一脉冲信号，所述等离子体射频功率源输出第二脉冲信号，所述第一脉冲信号和第二脉冲信号具有第二脉冲频率和第二占空比。所述第一脉冲频率和第二脉冲频率不相同、所述第一占空比和第二占空比不相同，从而调节不同深度的刻蚀图形侧壁形貌和刻蚀速率。请参考图2，在本实施例中，对所述偏置射频功率源输出的第一脉冲信号进行控制的具体方法包括利用控制电脑将一定频率的三角波和一定电压的参考信号输入到第一微处理器155中，所述三角波和参考信号为分段函数且对应于第一深度和第二深度，所述第一微处理器155将所述三角波和参考信号输入到第一脉宽调制控制器156,所述第一脉宽调制控制器156利用所述三角波和参考信号对第一射频功率产生器153的开启时间和关闭时间进行控制，使得偏置射频功率源输出第一脉冲信号，其中，所述三角波的频率对应于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，使得在刻蚀图形具有第一深度时，所述第一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，所述第一脉冲信号具有第二占空比和第二脉冲频率。请参考图3，在本实施例中，对所述等离子体射频功率源输出的第二脉冲信号进行控制的具体方法包括利用控制电脑将一定频率的三角波和一定电压的参考信号输入到第二微处理器145中，所述三角波和参考信号为分段函数且对应于第一深度和第二深度，所述第二微处理器145将所述三角波和参考信号输入到第二脉宽调制控制器146，所述第二脉宽调制控制器146利用所述三角波和参考信号对第二射频功率产生器143的开启时间和关闭时间进行控制，使得等离子体射频功率源输出第二脉冲信号，其中，所述三角波的频率对应于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，使得在刻蚀图形具有第一深度时，所述第二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，所述第二脉冲信号具有第二占空比和第二脉冲频率。在本实施例中，所述第二脉冲信号和第二脉冲信号的占空比和脉冲频率相等且同步变化，即所述等离子体射频功率源、偏置射频功率源同时打开，同时关闭。在其他实施例中，所述第二脉冲信号和第二脉冲信号的占空比和脉冲频率可以相等但不同步变化，具有一定的相位差。在其他实施例中，所述第二脉冲信号和第二脉冲信号的占空比和脉冲频率还可以不相等，两者互相独立。在其他实施例，在不同的深度，也可以单独调节第一脉冲信号和第二脉冲信号的脉冲频率或占空比，从而调节不同深度的刻蚀图形侧壁形貌和刻蚀速率。在其中一个实施例，所述三角波的频率保持不变，所述参考信号的电压随时间的变化而改变，使得偏置射频功率源、等离子体射频功率源输出的脉冲信号的脉冲频率不变的情况下，改变所述脉冲信号的开启时间、关闭时间之间的比值。在另一个实施例,所述三角波的频率随时间的变化而改变，所述参考信号的电压保持不变，使得偏置射频功率源、等离子体射频功率源输出的第一脉冲信号、第一脉冲信号开启时间、关闭时间之间的比值保持不变的情况下，改变所述第一脉冲信号、第一脉冲信号的脉冲频率，从而改变偏置射频功率源、等离子体射频功率源开启和关闭的时间。在另一个实施例，在所述偏置射频功率源、等离子体射频功率源输出的第一脉冲信号、第一脉冲信号开启时间或关闭时间不变的情况下，改变对应关闭时间或开启时间，改变第一脉冲信号、第一脉冲信号的脉冲频率和占空比。
在其他实施例中，所述刻蚀图形也可以具有至少三个的不同深度段，不同的深度段对应的第一脉冲信号和第二脉冲信号的脉冲频率和/或占空比不同，从而调节不同深度的刻蚀图形侧壁形貌和刻蚀速率。在本实施例中，所述第二脉冲信号和第二脉冲信号的脉冲频率小于50千赫兹,所述第二脉冲信号和第二脉冲信号的占空比范围为109^90%。本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，将上述技术应用于等离子体沉积、等离子体表面处理等，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
权利要求
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。
7.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、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。
8.如权利要求3所述的半导体刻蚀装置，其特征在于，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。
9.如权利要求1所述的半导体刻蚀装置，其特征在于，还包括所述偏置射频功率源通过第一射频匹配器连接于承片台。
10.如权利要求1所述的半导体刻蚀装置，其特征在于，还包括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。
11.如权利要求1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为电感耦合射频功率源或电容耦合射频功率源。
12.一种利用如权利要求1所述的半导体刻蚀装置的半导体刻蚀方法，其特征在于，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。
13.如权利要求12所述的半导体刻蚀方法，其特征在于，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10°/Γ90%。
14.如权利要求12所述的半导体刻蚀方法，其特征在于，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。
全文摘要
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。
文档编号H01J37/32GK103035470SQ20121054566
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月14日 优先权日2012年12月14日
发明者王兆祥, 梁洁, 苏兴才, 倪图强 申请人:中微半导体设备(上海)有限公司