[發明專利]具有獨立的電容及環形等離子體源的等離子體反應器設備

無效

• 申請號: 200710098396.8
• 申請日: 2007-04-24
• 公開（公告）號: CN101064238A
• 公開（公告）日: 2007-10-31
• 發明（設計）人: 亞歷山大·M·帕特森;瓦倫丁·N·托多羅夫;西奧多洛斯·帕納戈波洛斯;布賴恩·K·哈徹;丹·卡茨;愛德華·P·哈蒙德四世;約翰·P·荷文;亞歷山大·馬特尤什金
• 申請（專利權）人: 應用材料股份有限公司
• 主分類號: H01L21/00
• 分類號: H01L21/00;H01L21/67;H01L21/3065;H01J37/32;H01J37/00;H01J9/00;H05H1/02;C23F4/00
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司
• 代理人: 徐金國;梁揮

技術領域

本發明涉及一種等離子體反應器，尤其涉及一種用于處理工件的等離子體反應器。?

背景技術

在半導體制造工藝中，傳統的等離子體功率源，諸如電感耦合射頻(RF)功率施加器或電容耦合射頻功率施加器，將固有的等離子體密度不均勻性帶入工藝中。尤其是，在半導體加工件或晶圓上方電容耦合等離子體源具有等離子體離子密度“M”形徑向分布的特點。由于器件的幾何結構已逐漸減小，這種非均勻性變得更加突出，要求更好的補償。目前，通過優化線圈設計和頂到晶圓的距離、腔室的孔徑比，減小或消除上方電容耦合等離子體源的非均勻性。該距離必須足夠在離子到達晶圓之前擴散效應能克服離子產生區中的非均勻的離子分布的影響。對于晶圓上較小的器件幾何結構和靠近頂設置的電感等離子體源，大的頂到晶圓的距離為有利的。然而，由于大距離上的擴散，因此大的頂到晶圓距離能避免頂氣體分配噴頭的有益氣體分布效應到達晶圓表面。對于如此大的頂到晶圓的距離，現已發現不管是采用氣體分配噴頭或是采用少量的獨立注入噴嘴，氣體分布均勻性沒有區別。?

總之，為了離子密度均勻性而優化晶圓到頂的距離不一定導致氣體輸送最優化。?

所述反應器的一個局限在于不能獨立地控制所有的工藝參數。例如，在電感耦合的反應器中，為了增加反應(刻蝕)速率，必須增加等離子體功率源以增加離子密度。然而，這將增加等離子體的離解，在某些情況下，其可降低刻蝕選擇性并增加刻蝕微負載問題。因此，刻蝕速率必須局限于所述刻蝕選擇性或微負載為臨界的情況。?

另一問題存在于處理(例如刻蝕)具有不同材料的不同層的多層結構中。這些層的每層在不同的等離子體條件下進行最優處理(例如，刻蝕)。例如，?一些子層可在具有高離子密度和高離解(對于等離子體中低質量高反應性物質)的電感耦合等離子體進行最優刻蝕。其他層可在電容耦合的等離子體(低離解、高質量離子和游離基)中進行最優刻蝕，而另外層可在純電感耦合源或電容耦合源的兩個極端之間的等離子體條件中進行最優刻蝕。然而，為使進行刻蝕的結構的各子層的工藝條件理想化將要求不同的工藝反應器，而這是不實際的。?

發明內容

一種用于處理工件的等離子體反應器，包括：構成反應器腔室的罩和腔室內的工件支架，其中所述罩包括面向工件支架的頂；環形等離子體源，包括中空凹角管道和靠近凹角外部管道的一部分的RF功率施加器，所述中空凹角管道在腔室外部并具有與腔室的內部連接的一對端部同時形成經過管道延伸并且貫穿工件支架直徑的閉合環形路徑；以及耦合至環形等離子體源的RF功率施加器的RF功率發生器。所述反應器進一步包括：電容耦合等離子體源功率施加器，包括位于(a)頂，或(b)工件支架處其中之一的源功率電極以及耦接至電容耦合功率源施加器的甚高頻(VHF)功率發生器；等離子體偏壓功率施加器，包括工件支架中的偏壓功率電極以及耦合至等離子體偏壓功率施加器的至少第一RF偏壓功率發生器。工藝氣體分配設備設置為在頂中的氣體分配噴頭以及用于從腔室抽氣的真空泵。第一控制器調節通過環形等離子體源和電容耦合的等離子體源功率施加器同時耦合至腔室中的等離子體的功率的相對量。?

附圖說明

圖1為根據本發明的實施方式的等離子體反應器的簡化方框圖；?

圖2A和圖2B一起組成的方框圖描述本發明方法的一實施方式，以及這些圖在下文共同稱之為“圖2”。?

圖3A為描述電感耦合等離子體典型的等離子體離子密度的徑向分布圖；?

圖3B為描述電容耦合等離子體典型的等離子體離子密度的徑向分布圖；?

圖3C為描述根據本發明方法在圖1的反應器中得到的等離子體離子密度的徑向分布圖；?

圖4示出了離子徑向分布不均勻性(偏差)與電感耦合功率和電容耦合功率的功率級別之比的關系圖；?

圖5示出了離子徑向分布不均勻性(偏差)關于電感耦合功率和電容耦合功率的脈沖工作周期之比的關系圖；?

圖6為成對的電感耦合功率級別值和電容耦合功率級別值的恒定等離子體離子密度的直線圖；?

圖7為成對的電感耦合功率脈沖工作周期和電容耦合功率脈沖工作周期值的恒定等離子體離子密度的直線圖；?

圖8為不同VHF頻率的電容耦合功率的源功率級別與主等離子體中的電子密度的關系圖；?

圖9A和圖9B一起構成的方框圖描述了本發明方法的另一實施方式，并在下文共同稱之為“圖9”。?

圖10為不同混合的電容耦合功率和電感耦合功率得到的不同主等離子體電子能量分布函數；?