[發(fā)明專利]一種電容耦合等離子反應器及其控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210081236.3
• 申請日: 2012-03-23
• 公開（公告）號: CN103327723A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 凱文·佩爾斯
• 申請（專利權(quán)）人: 中微半導體設(shè)備（上海）有限公司
• 主分類號: H05H1/46
• 分類號: H05H1/46
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 王潔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導體制程設(shè)備，尤其是對于基板實施等離子體處理的電容耦合型等離子體處理裝置，具體地，涉及施加到電容耦合型等離子處理裝置的上下電極間的射頻電源。

背景技術(shù)

在半導體設(shè)備的制造過程中，例如蝕刻、沉積、氧化、濺射等處理過程中，通常會利用等離子體對基板(半導體晶片、玻璃基板等)進行處理。一般地，對于等離子體處理裝置來說，作為生成等離子體的方式。

在高頻放電方式的等離子體處理裝置中，包括電容耦合型等離子體反應器，電容耦合型反應器通常配置有上部電極和下部電極，優(yōu)選地這兩個電極平行設(shè)置。而且，通常在下部電極之上載置被處理基板，經(jīng)由整合器將等離子體生成用的高頻電源施加于上部電極或者下部電極。通過由該高頻電源所生成的高頻電場來使反應氣體的外部電子加速，從而產(chǎn)等離子體對下部基片進行等離子處理。

在現(xiàn)有工藝中，在等離子體處理裝置中通常會存在比較嚴重的射頻耦合不均一情況。造成這種狀況的原因比較多，例如集膚效應造成高頻電流會沿電極邊沿流動造成邊緣和中心區(qū)域電場強度不均，駐波效應使得沿不同方向傳播的射頻電場在互相疊加后會形成駐波造成部分區(qū)域的電場強度強于其它部分。其它硬件設(shè)備的不對稱也會造成在整個加工晶圓上的電場強度不均一。為了抵消這些原因造成的電場強度不均，現(xiàn)有技術(shù)采用了很多方法來改善電場分布和等離子分布的均一性。比如改變氣體分布、改變上不和下部電極間的絕緣材料分布、上下電極間施加同頻的射頻功率，同時控制兩個射頻功率間相位差等多種手段。但是無論哪種方法都只能優(yōu)化到特定的加工工藝或硬件設(shè)計，無法將一個設(shè)計用到不同硬件設(shè)備和任何加工工藝上。例如現(xiàn)有技術(shù)通過調(diào)節(jié)供應到兩個不同的相位差，最終優(yōu)化到一個最佳的相位差使得加工基片上的等離子濃度較均勻，但是同樣的相位差到下一個不同步驟中，具有不同功率/頻率/氣體分布時就要調(diào)整一個新的相位差來優(yōu)化。業(yè)內(nèi)需要一種簡單有效的方法來使得最終在等離子加工過程中上下電極間的電場在晶圓上安需要的強度均勻分布。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種等離子體處理裝置用的基座以及對應的包括該基座的等離子體處理裝置。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種電容耦合等離子反應器，包括位于反應器底部的一個基座，基座內(nèi)包括一個下電極，與下電極相對位于反應器頂部的一個上電極，一個高頻射頻電源連接到所述下電極并提供第一高頻射頻功率；所述高頻射頻電源連接到上電極并提供第二高頻射頻功率；一個低頻射頻電源連接到所述下電極并提供低頻射頻功率；其特征在于：所述電容耦合等離子反應器還包括一個移相控制器，連接在高頻射頻電源和所述上電極或下電極之間，使所述第一高頻射頻功率和第二高頻射頻功率之間的相位差連續(xù)變化。

其中第一高頻射頻功率和第二高頻射頻功率之間的相位差在大于10度的范圍內(nèi)連續(xù)變化，特別是在大于30度范圍內(nèi)變化。本發(fā)明的另一方面第一高頻射頻功率和第二高頻射頻功率之間的相位差在120-180度之間的范圍內(nèi)連續(xù)變化。其中連續(xù)變化的相位差在多個互相不重疊的區(qū)間內(nèi)進行，也可以是在多個不同相位差值間連續(xù)切換。

所述頻射頻電源提供的第一高頻射頻功率和第二高頻射頻功率具有的頻率大于等于13.56Mhz小于120Mhz，低頻射頻電源提供的低頻射頻功率具有小于等于2Mhz的頻率。

本發(fā)明通過連續(xù)調(diào)節(jié)施加到電容耦合型等離子反應器上下電極間的射頻功率的相位差，實現(xiàn)對上下電極間的等離子的攪動，實現(xiàn)等離子濃度在基片表面的均勻分布，本發(fā)明機構(gòu)簡單，可以適應于任何工藝和硬件設(shè)置無需額外調(diào)試優(yōu)化均能顯著提高等離子分布均一性。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的，等離子體處理裝置縱截面圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的在基片表面上形成的電場強度分布曲線。

具體實施方式

圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的等離子體處理裝置的縱截面示意圖。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，在現(xiàn)有技術(shù)中，等離子體處理裝置通常包括：例如由內(nèi)部成為密閉空間的真空腔室構(gòu)成的處理容器100；在該處理容器100的底面中央配設(shè)的基座，基座內(nèi)包括下電極22；以及在基座的上方以與該基座相對的方式設(shè)置著的上電極11，上電極通常同時作為氣體噴口，典型的如氣體噴淋頭，該氣體噴淋頭連接到處理氣體氣源110。