等离子体处理装置及等离子体处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体加工设备，特别涉及一种等离子体处理装置及等离子体处理方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着半导体制造工艺的发展，对元件的集成度和性能要求越来越高，等离子工艺被广泛应用于半导体器件的制造中。
[0003]通常，等离子体处理装置的处理腔室内配置上电极和下电极，在下电极之上载置待处理基板。进行如等离子体刻蚀的等离子体工艺时，通过在上电极或下电极施加等离子体射频功率源进行高频放电，使工艺气体生成等离子体，同时在下电极施加偏置射频功率源以提供负的偏置电压，使等离子体中的正离子向下电极加速。加速的正离子轰击基板表面以所期望的图形进行刻蚀。然而，正离子在轰击和刻蚀的过程中也滞留在刻蚀图形(如孔或沟槽)的底部。在这种状态下，如果进一步持续用正离子进行刻蚀，被引入到基板的正离子与滞留在刻蚀图形底部的正离子排斥而发生移动路线的扭曲，最终导致刻蚀图形的扭曲变形。
[0004]为了改善上述问题，近年来提出了通过脉冲射频输出功率控制等离子体工艺的方法。具体来说，用于生成等离子体的等离子体射频功率源和偏置用的偏置射频功率源以同步脉冲的方式(即相位、脉冲周期及占空比均相同)输出射频信号。当射频信号为高电平时，等离子体射频功率源产生等离子体，偏置射频功率源使得等离子体中的正离子向下电极加速，进行正离子刻蚀；当射频信号为低电平时，等离子体中失去能量的失活电子附着于中性的分子和原子或原子团等而生成负离子，该负离子与滞留在刻蚀图形底部的正离子电中和。
[0005]然而，由于失活电子向分子或原子或原子团的附着是通过电子撞击分子或原子团进行的，所以负离子的生成速度慢，此外负离子是通过热扩散和静电力扩散才能被引入到待处理基板，引入基板的时间较长，因此仍无法在低电平期间进行有效的正离子的电中和。若增加低电平时间，则意味着等离子体射频功率源关闭期间的增加，也可能会发生等离子体熄灭的情况。
[0006]因此，需要提供一种能克服上述缺陷的等离子体处理装置。
【发明内容】
[0007]本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种能够提高正离子刻蚀效率，特别是提高高深宽比结构的刻蚀效率的等离子体处理装置和等离子体处理方法。
[0008]为达成上述目的，本发明提供一种等离子体处理装置，包括等离子体处理腔室，其包括下电极以及与所述下电极分隔并与之相对设置的上电极；第一射频功率供应单元，与所述下电极电连接；第二射频功率供应单元，与所述上电极及所述下电极电连接，所述第二射频功率供应单元以脉冲的方式输出射频功率，其施加于所述上电极的射频功率与施加于所述下电极的射频功率为反相的脉冲信号；所述第一射频功率供应单元和所述第二射频功率供应单元其中一个为等离子体射频功率源，另一个为偏置射频功率源。
[0009]优选的，所述第二射频功率供应单元包括第二射频功率源及第三射频功率源，所述第二射频功率源与所述下电极相连以提供第二射频功率，所述第三射频功率源与所述上电极相连以提供第三射频功率。
[0010]优选的，还包括脉冲信号控制单元，其与所述第二射频功率源和所述第三射频功率源相连，并分别提供脉冲信号以控制所述第二射频功率与所述第三射频功率为反相的脉冲信号。
[0011]优选的，所述第二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的第二射频信号发生器，所述第三射频功率源包括与所述第二射频信号发生器相连的第三射频功率产生器，所述第二射频信号发生器提供脉冲信号以使所述第二射频功率与所述第三射频功率为反相的脉冲信号。
[0012]优选的，所述第一射频功率供应单元包括第一射频功率源，其以脉冲的方式输出第一射频功率。
[0013]优选的，所述第一射频功率和所述第二射频功率为同步脉冲信号。
[0014]优选的，所述第二射频功率与所述第三射频功率为具有相位差的反相脉冲信号，所述第三射频功率延时于所述第二射频功率，延时时间为小于等于10us。
[0015]优选的，所述射频功率的脉冲频率为10-100000赫兹，信号占空比范围为10%?90%。
[0016]优选的，所述第一射频功率供应单元为偏置射频功率源，所述第二射频功率供应单元为等离子体射频功率源。
[0017]根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种等离子体处理方法，包括:提供待处理基板于一等离子体处理装置内，所述等离子体处理装置包括处理腔室，所述处理腔室内设有下电极以及与所述下电极分隔并与之相对的上电极；在所述处理腔室内通入反应气体，所述反应气体由第一射频功率供应单元或第二射频功率供应单元电离为等离子体，其中所述第一射频功率供应单元和所述下电极电连接，所述第二射频功率供应单元和所述下电极及所述上电极电连接；通过所述等离子体对所述待处理基板进行处理，其中，所述第二射频功率供应单元以脉冲的方式输出射频功率，且其施加于所述上电极的第二射频功率与施加于所述下电极的第三射频功率为反相的脉冲信号；所述第一射频功率供应单元和所述第二射频功率供应单元其中一个为等离子体射频功率源，另一个为偏置射频功率源。
[0018]优选地，所述第一射频功率供应单元以脉冲的方式输出第一射频功率。
[0019]优选地，所述第一射频功率和所述第二射频功率为同步脉冲信号。
[0020]优选地，所述第二射频功率与所述第三射频功率为具有相位差的反相脉冲信号，所述第三射频功率延时于所述第二射频功率，延时时间为小于等于10us。
[0021]优选地，所述第一射频功率供应单元为偏置射频功率源，所述第二射频功率供应单元为等离子体射频功率源。
[0022]本发明的有益效果在于通过在上电极和下电极施加反相的射频脉冲信号，使得负离子和二次电子能够充分与刻蚀图形底部积累的正离子中和，由此改善刻蚀图形的形貌，提高等离子体工艺的效率。
【附图说明】
[0023]图1为本发明一实施例等离子体处理装置的示意图；
[0024]图2a和图2b为图1所示的等离子体处理装置在等离子体刻蚀工艺中等离子体分布示意图；
[0025]图3为本发明另一实施例等离子体处理装置的示意图；
[0026]图4为图3所示的等离子体处理装置进行等离子体刻蚀工艺时射频功率的时序图；
[0027]图5为本发明的另一实施例等离子体处理装置进行等离子体刻蚀工艺时射频功率的时序图。
【具体实施方式】
[0028]为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
[0029]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“电连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0030]图1显示了本发明一种实施例提供的等离子处理装置。应该理解，等离子体处理装置仅仅是示例性的，其可以包括更少或更多的组成元件，或该组成元件的安排可能与图1所示不同。本实施例以及后续实施例中等离子体处理装置可以是电感耦合等离子体处理装置(ICP)也可以是电容耦合等离子体处理装置(CCP)。
[0031]等离子体处理装置包括处理腔室，其中引入有刻蚀气体；处理腔室下部设置有用于夹持基板W的夹盘(例如静电夹盘或机械夹盘)，该基板W可以是待要处理的半导体基板或者待要加工成平板显示器的玻璃平板。夹盘中设置有下电极10。处理腔室顶部与下电极10相对的位置处，如反应气体喷淋头，设置有上电极11。此外，处理腔室内的其他结构可与现有技术的等离子体处理装置基本相同。
[0032]等离子体处理装置还包括第一射频功率供应单元和第二射频功率供应单元。第一射频功率供应单元通过射频匹配器与下电极10电连接，第二射频功率供应单元通过