[發(fā)明專利]等離子體產(chǎn)生裝置及包括該裝置的半導(dǎo)體設(shè)備

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611097324.7
• 申請(qǐng)日: 2016-12-02
• 公開（公告）號(hào): CN108155080A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭士選;蘇恒毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京北方華創(chuàng)微電子裝備有限公司
• 主分類號(hào): H01J37/32
• 分類號(hào): H01J37/32;H01L21/3065
• 代理公司: 北京思創(chuàng)畢升專利事務(wù)所 11218
• 代理人: 廉莉莉;孫向民

本發(fā)明公開了一種等離子體產(chǎn)生裝置及包括該裝置的半導(dǎo)體設(shè)備，等離子體產(chǎn)生裝置包括主筒和沿主筒周向設(shè)置的主筒線圈，主筒上方設(shè)有中心進(jìn)氣孔，還包括副筒和沿副筒周向設(shè)置的副筒線圈，其中，副筒設(shè)置于主筒下方，且副筒與主筒同軸設(shè)置，副筒的內(nèi)徑大于主筒的內(nèi)徑，主筒的徑向外側(cè)、副筒與主筒之間設(shè)有邊緣進(jìn)氣孔。本發(fā)明提供的等離子體產(chǎn)生裝置以及包括該裝置的半導(dǎo)體設(shè)備能夠有效的控制等離子體在待加工工件表面的分布，提高待加工工件刻蝕的均勻性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種等離子體產(chǎn)生裝置及包括該裝置的半導(dǎo)體設(shè)備。

背景技術(shù)

在半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備中，通常將射頻電源提供的射頻能量傳輸?shù)角皇抑校婋x高真空狀態(tài)下的特殊氣體(如氬氣Ar、氦氣He、氮?dú)釴₂、氫氣H₂等)，產(chǎn)生含有大量的電子、離子、激發(fā)態(tài)的原子、分子和自由基等活性粒子的等離子體。這些活性粒子和置于腔室并曝露在等離子體環(huán)境下的晶圓之間發(fā)生復(fù)雜的相互作用，使晶圓材料表面發(fā)生各種物理和化學(xué)反應(yīng)，從而使材料表面性能發(fā)生變化，完成晶圓的刻蝕工藝。

為了實(shí)現(xiàn)較高的刻蝕選擇比及刻蝕速率，往往采用遠(yuǎn)程高密度等離子體(remotehigh density plasma，Remote HDP)，此時(shí)待加工晶圓位于等離子體下游，自由基濃度高，離子密度低，可以減少離子轟擊導(dǎo)致的掩膜層的損失，因此可以兼顧高刻蝕速率及選擇比。對(duì)于高刻蝕速率和高等離子體密度的需求使得立體射頻線圈的使用成為必然。采用立體射頻線圈的立體等離子體產(chǎn)生裝置能夠產(chǎn)生更高密度的等離子體，從而能夠得到更快的刻蝕速率。

圖1顯示現(xiàn)有半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖，其采用立體等離子體產(chǎn)生裝置。如圖1所示，該立體等離子體產(chǎn)生裝置包括陶瓷筒4和以立體形式纏繞于陶瓷筒4的外周的射頻線圈5，還包括屏蔽罩3和蓋板7。屏蔽罩3套設(shè)于陶瓷筒4外側(cè)，屏蔽罩3內(nèi)周壁與陶瓷筒4外周壁之間形成環(huán)形空間，蓋板7密封環(huán)形空間的底部。半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備包括反應(yīng)腔8和設(shè)置在反應(yīng)腔8上方的等離子體產(chǎn)生裝置。反應(yīng)腔8與真空裝置10(例如分子泵等)連接，將反應(yīng)腔8制造成真空環(huán)境。用于安裝待加工晶圓的基座9位于該真空環(huán)境中，且等離子體產(chǎn)生裝置與基座9相對(duì)設(shè)置。該半導(dǎo)體刻蝕設(shè)置還包括冷卻系統(tǒng)，包括冷卻風(fēng)扇1、控溫套筒11、導(dǎo)流罩12、水冷散熱器13等。冷卻系統(tǒng)對(duì)陶瓷筒4進(jìn)行冷卻，避免熱量積累。

工作時(shí)，工藝氣體通過陶瓷筒4上方的進(jìn)氣蓋板2上的進(jìn)氣孔進(jìn)入反應(yīng)腔8，射頻線圈5通以射頻能量，在反應(yīng)腔8中形成等離子體。等離子體主要密集于陶瓷筒4的內(nèi)部，隨著等離子體的下移，對(duì)安裝于基座9上的晶圓進(jìn)行刻蝕，反應(yīng)生成物通過真空裝置10被抽走。冷卻氣體從屏蔽罩3底部的進(jìn)氣孔6進(jìn)入，從控溫套筒11底部的進(jìn)氣口進(jìn)入控溫套筒11與陶瓷筒4之間的流道內(nèi)部，從溫控套筒11頂部出口，經(jīng)導(dǎo)流罩12，并經(jīng)過水冷散熱器13冷卻后由冷卻風(fēng)扇1吹入廠務(wù)排風(fēng)系統(tǒng)。圖1中的箭頭顯示了冷卻氣體的流動(dòng)方向。

在刻蝕過程中，為了實(shí)現(xiàn)較高的刻蝕選擇比及刻蝕速率，陶瓷筒4的內(nèi)徑不能過大。根據(jù)工藝需求和實(shí)驗(yàn)論證，實(shí)際應(yīng)用中陶瓷筒4的內(nèi)徑小于待刻蝕晶圓的外徑。由于等離子體主要聚集在陶瓷筒4內(nèi)，因此分布于晶圓邊緣區(qū)域的等離子體數(shù)量明顯低于中心區(qū)域，導(dǎo)致晶圓邊緣區(qū)域的刻蝕速率也明顯低于中心區(qū)域，帶來晶圓不同區(qū)域刻蝕速率不均勻的問題。

因此，目前急需一種能夠解決晶圓刻蝕均勻性問題的等離子體產(chǎn)生裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種等離子體產(chǎn)生裝置及包含該等離子體產(chǎn)生裝置的半導(dǎo)體設(shè)備，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的刻蝕均勻性問題。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種等離子體產(chǎn)生裝置，所述等離子體產(chǎn)生裝置包括主筒和沿所述主筒周向設(shè)置的主筒線圈，所述主筒上方設(shè)有中心進(jìn)氣孔，還包括副筒和沿所述副筒周向設(shè)置的副筒線圈，其中，所述副筒設(shè)置于所述主筒下方，且所述副筒與所述主筒同軸設(shè)置，所述副筒的內(nèi)徑大于所述主筒的內(nèi)徑，在所述副筒與所述主筒之間且在所述主筒的徑向外側(cè)設(shè)有邊緣進(jìn)氣孔。