[發(fā)明專利]一種等離子體處理設(shè)備及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910093054.6
• 申請日: 2009-09-22
• 公開（公告）號: CN102024658A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韋剛
• 申請（專利權(quán)）人: 北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32;H01J37/02
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11112
• 代理人: 張?zhí)焓?陳源

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及等離子體技術(shù)領(lǐng)域，具體的，涉及一種等離子體處理設(shè)備及方法。

背景技術(shù)

隨著科技的不斷進(jìn)步，等離子體加工/處理技術(shù)逐漸趨于成熟，并且已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、太陽能電池以及TFT面板等高科技產(chǎn)品的制造過程當(dāng)中，而生產(chǎn)企業(yè)之間競爭也日益激烈。為了滿足企業(yè)對產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率所提出的新要求，廣大科研人員必須不斷對本技術(shù)領(lǐng)域的工藝和設(shè)備做出新的改進(jìn)和完善。

目前，常用的等離子體加工技術(shù)包括等離子體刻蝕、物理氣相沉積(Physical?Vapor?Deposition，以下簡稱PVD)以及等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(Plasma?Enhanced?Chemical?Vapor?Deposition，以下簡稱PECVD)等加工工藝。這些工藝通常是在等離子體處理設(shè)備中進(jìn)行的，已知的常用設(shè)備主要包括電容耦合等離子體(CapacitivelyCoupled?Plasma，以下簡稱CCP)、電感耦合等離子體(InductivelyCoupled?Plasma，以下簡稱ICP)以及電子回旋共振等離子體(ElectronCyclotron?Resonance，以下簡稱ECR)等幾類等離子體處理設(shè)備。其中，ICP設(shè)備多用于多晶硅的刻蝕加工領(lǐng)域，CCP設(shè)備則多用于介質(zhì)刻蝕及薄膜沉積等加工領(lǐng)域。

請參閱圖1，即為一種常用CCP設(shè)備的原理示意圖。該CCP設(shè)備包括工藝腔室10、射頻電源1、匹配器2、上電極3、下電極4以及抽氣裝置6。其中，上電極3位于工藝腔室10的內(nèi)部上方位置處，并且在上電極3上設(shè)置有多個貫通的出氣孔5，以便將上電極3作為進(jìn)氣裝置使用；下電極4位于工藝腔室10的內(nèi)部下方位置處，其與上電極3處于大致相對的位置，在工藝過程中可被用以承載待加工工件11(例如，襯底或硅片)；射頻電源1經(jīng)由匹配器2連接至上電極3，并為上電極3提供射頻功率；抽氣裝置6設(shè)置于工藝腔室10的下部，以將工藝過程中所產(chǎn)生的氣體和反應(yīng)副產(chǎn)物排出從而保持工藝腔室10內(nèi)的壓力和潔凈度。

上述設(shè)備的工藝過程如下：首先，將待加工工件11平穩(wěn)地放置在下電極4的上表面；通過進(jìn)氣孔5向工藝腔室10內(nèi)通入工藝氣體；射頻電源1為上電極3提供射頻功率，將工藝氣體激發(fā)為等離子體7；借助該等離子體7對待加工工件11進(jìn)行相應(yīng)處理。

在上述加工過程中，對等離子體參數(shù)的有效調(diào)節(jié)是保障加工速率和加工質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。這里，等離子體參數(shù)包括等離子體密度、電子溫度、相對成份等。但是，采用圖1所示的CCP設(shè)備對等離子體各參數(shù)進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)常常無法滿足要求，或者調(diào)節(jié)一個參數(shù)的同時又會影響其它參數(shù)的穩(wěn)定；例如，要在保證腔室內(nèi)工藝氣體流量和氣壓穩(wěn)定的前提下提高等離子體密度，只能通過增大射頻電源的電壓和/或輸出功率來實(shí)現(xiàn)，然而，單一性地增大電壓和/或射頻功率將使得在增大等離子體密度的同時會影響例如電子溫度、鞘層電位等的其它參數(shù)，因此，等離子體各參數(shù)的獨(dú)立可調(diào)范圍受到嚴(yán)重限制而無法達(dá)到理想狀態(tài)。

請參閱圖2，為增大等離子體參數(shù)的獨(dú)立可調(diào)范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員在圖1所示CCP設(shè)備的上電極3和下電極4之間增加一個柵網(wǎng)8，從而將工藝腔室10分隔為上層區(qū)域7和下層區(qū)域9，然后使柵網(wǎng)8處于一個穩(wěn)定的電位狀態(tài)，以期利用柵網(wǎng)8兩側(cè)不同的電學(xué)性質(zhì)調(diào)節(jié)等離子體參數(shù)。目前，對柵網(wǎng)8上的電位設(shè)置通常包括以下四種方式：柵網(wǎng)8接地、柵網(wǎng)8對地懸浮、柵網(wǎng)8接直流正偏壓、柵網(wǎng)8接直流負(fù)偏壓。

圖2所示的等離子體處理設(shè)備在一定程度上能夠改變腔室內(nèi)的等離子體參數(shù)，但又不可避免的產(chǎn)生其它問題。下面將結(jié)合圖2對柵網(wǎng)8連接不同電位的情況進(jìn)行分別說明。

當(dāng)柵網(wǎng)8接地時，其電位為零，上電極3與柵網(wǎng)8之間形成射頻通路。因此，上層區(qū)域7內(nèi)的等離子體很難通過柵網(wǎng)8而到達(dá)下層區(qū)域9，這就造成下電極4上方的等離子體密度相對降低，進(jìn)而影響工藝速率，尤其會嚴(yán)重降低薄膜沉積時的反應(yīng)速率。

對于柵網(wǎng)8懸浮的情況(這里，懸浮是指利用一些如陶瓷等的絕緣材料將柵網(wǎng)8固定在腔室中，以使其保持與腔室內(nèi)壁電隔離的狀態(tài))，由于等離子體中的電子遷移率大于離子遷移率的原因，柵網(wǎng)8的表面區(qū)域?qū)⒎e聚大量電子并進(jìn)而形成離子鞘，又由于該鞘層的電場作用，使擴(kuò)散到柵網(wǎng)8附近的電子能量低于等離子體產(chǎn)生區(qū)域的電子能量，導(dǎo)致等離子體中閾值能較高的化學(xué)反應(yīng)概率降低，并最終影響工藝結(jié)果。