[發明專利]一種等離子體裝置

有效

• 申請號: 201710325963.2
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN108878242B
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 韋剛;蘇恒毅;楊京
• 申請（專利權）人: 北京北方華創微電子裝備有限公司
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 彭瑞欣;羅瑞芝

本發明屬于半導體加工技術領域，具體涉及等離子體裝置。該裝置包括反應腔室和設置于其中的承載裝置，還包括柵網和與柵網電連接的柵網電源，柵網設置于承載裝置的上方且與反應腔室的腔室壁絕緣，用于將反應腔室隔離為等離子體產生區和等離子體工藝區；且柵網的電位小于等離子體工藝區的電位、等離子體工藝區的電位小于等離子體產生區的電位。該裝置可對等離子體產生區中的電子產生減速場，有效降低到達等離子體工藝區的電子的能量，從而有效降低等離子體工藝區等離子體中的電子溫度，保證穩定的等離子體源和較高的等離子體密度；該等離子體裝置采用連續波產生的等離子體，能降低等離子體產生和射頻源匹配控制的難度，保證較大的工藝窗口。

技術領域

本發明屬于半導體加工技術領域，具體涉及一種等離子體裝置。

背景技術

隨著電子技術的高速發展，人們對集成電路的集成度要求越來越高，這就要求生產集成電路的企業不斷提高半導體晶圓的加工能力。等離子體裝置廣泛地被應用于制造集成電路(IC)或MEMS器件的制造工藝中，適用于刻蝕、沉積或其他工藝的等離子體發生設備的研發對于半導體制造工藝和設施的發展來說是至關重要的。在用于半導體制造工藝的等離子體設備的研發中，最重要的因素是增大對襯底的加工能力，以便提高產率，以及執行用于制造高度集成器件工藝的能力。

目前的等離子體刻蝕設備中采用比較廣泛的激發等離子體方式為電感耦合等離子體(Inductively Coupled Plasma，簡稱ICP)，這種方式可以在較低工作氣壓下獲得高密度的等離子體，而且結構簡單，造價低，同時可以對產生等離子體的射頻源(決定等離子體密度)與基片臺射頻源(決定入射到晶圓上的粒子能量)獨立控制，適用于金屬和半導體等材料的刻蝕。目前各種類型等離子體源均在半導體工業中均有應用。

傳統的等離子體設備采用的等離子體源的波形為正弦連續波，如圖1所示為現有技術中電感耦合等離子體裝置的結構示意圖。反應腔室4內設置有用于放置晶圓5的靜電卡盤6，反應腔室4上方為介質窗口9，介質窗口9上方設置有電感耦合線圈3，上電極射頻電源1和上電極匹配器2通過電感耦合線圈3與靜電卡盤6連接，靜電卡盤6上安裝晶圓5。

進入20nm以下技術節點，為了削弱短溝道效應，提升器件開關速度、減少漏電和降低功耗，集成電路工藝技術在原有的尺寸微縮技術、應變硅技術和High-K/Metal Gate(高K柵電介質/金屬柵)技術基礎上，器件的結構發生了重大變化，引入FinFET(Fin Field-Effect Transistor，鰭式場效晶體管)為代表的立體柵技術取代傳統的平面柵技術。進入到14nm節點甚至更小的10-7nm節點后，除了仍采用FinFET結構外，還對材料進行了替代。

14nm FinFET的刻蝕對等離子體刻蝕損傷和刻蝕選擇比的要求比20nm更高，刻蝕損傷的深度要小于0.5nm(傳統ICP因為較高的平均電子溫度，導致離子能量約為15～20eV，刻蝕損傷約3nm以上)，因此需要一種新型的低電子溫度的等離子體源。

目前通常采用脈沖調制的射頻放電產生等離子體，如采用脈沖調制射頻電源。如圖2的脈沖調制射頻波形所示，在脈沖ON階段，電子密度快速上升并到達穩定，維持等離子體放電；在脈沖OFF階段，電子密度迅速下降，等離子體淹沒不能維持放電?？梢?，目前利用脈沖調制射頻來產生等離子體時遇到的比較大的挑戰是在脈沖周期內等離子體狀態不穩定，造成脈沖射頻阻抗匹配非常困難；同時在等離子體湮滅期間容易形成塵埃等顆粒，對工藝過程及晶圓處理的良率有較大影響。

因此，設計一種能提供低電子溫度，并能避免脈沖ON-OFF造成的不穩定性的等離子體源成為目前亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中上述不足，提供一種等離子體裝置，該等離子體裝置能提供較低的電子溫度，且能提供穩定的等離子體源。