[發(fā)明專利]一種噴頭和等離子體處理腔室

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810342567.5
• 申請(qǐng)日: 2018-04-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110391120B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜鑫先;陳鵬
• 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
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11112
• 代理人: 彭瑞欣;劉悅晗

本發(fā)明提供一種噴頭和等離子體處理腔室，噴頭包括多組貫穿第一表面和第二表面的連通結(jié)構(gòu)，連通結(jié)構(gòu)開(kāi)設(shè)在第一表面的通道入口與開(kāi)設(shè)在第二表面的通道出口之間為非直連通道，以避免等離子體沿垂直于第一表面的直線方向通過(guò)噴頭，這樣可以增加H離子與噴頭的碰撞幾率，使H離子難以通過(guò)，提高H離子的過(guò)濾效果。而H自由基、H原子和H分子由于與導(dǎo)電材料制成的噴頭的復(fù)合幾率較低，因此可以保證大多數(shù)的H自由基、H原子和H分子通過(guò)該連通結(jié)構(gòu)，從而保證晶圓表面的氧化物雜質(zhì)的去除效果。連通結(jié)構(gòu)可以在水平方向上對(duì)H離子進(jìn)行阻擋，可以不再額外設(shè)置負(fù)直流高壓電源和磁場(chǎng)線圈以額外對(duì)H離子施加水平方向的力，從而簡(jiǎn)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，降低生產(chǎn)成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體設(shè)備制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種噴頭和等離子體處理腔室。

背景技術(shù)

在PVD(物理氣相沉積)工藝設(shè)備中，特別是對(duì)于IC(集成電路)、TSV(硅穿孔)、Packaging(封裝)制造工藝，需要一種等離子體處理腔室，該腔室的作用是將待處理晶圓或工件表面的雜質(zhì)去除，以利于后續(xù)PVD的有效進(jìn)行。

一般的等離子體處理腔室，是將氣體，如Ar(氬氣)、He(氦氣)、H₂(氫氣)等，激發(fā)為等離子體，利用等離子體的化學(xué)反應(yīng)和物理轟擊作用，對(duì)晶圓或工件進(jìn)行去雜質(zhì)的處理。在射頻電場(chǎng)作用下，電子與H₂不斷碰撞產(chǎn)生新的電子以及H自由基和H離子，最終形成穩(wěn)定的等離子體狀態(tài)。預(yù)清洗工藝需要利用H自由基與晶圓上溝槽或孔洞內(nèi)的氧化物雜質(zhì)反應(yīng)，將其還原，以免影響下一步金屬沉積的性能。由于H離子容易進(jìn)入Low-k(低介電常數(shù))材料中并使Low-k材料劣化，因此，需避免H離子參與，只保留H自由基、H原子和H分子。

圖1為現(xiàn)有的等離子體處理腔室的結(jié)構(gòu)，所述腔室包括：腔室本體1、由絕緣材料制成的頂蓋3，線圈4安裝在頂蓋3上。待處理的晶圓或工件放置在基座7上。射頻電源6通過(guò)匹配器5將射頻功率施加至線圈4上，以將H₂激發(fā)為等離子體。等離子體處理腔室內(nèi)鄰近等離子體產(chǎn)生區(qū)域的下方設(shè)置有金屬的噴頭2，噴頭2包括多個(gè)豎直且貫穿噴頭2的連通結(jié)構(gòu)23。等離子體在通過(guò)連通結(jié)構(gòu)23時(shí)，離子在連通結(jié)構(gòu)23內(nèi)碰撞復(fù)合，實(shí)現(xiàn)離子的過(guò)濾。為了保證H離子的過(guò)濾效果，通常在噴頭2上連接負(fù)直流高壓電源8，同時(shí)在等離子體處理腔室外側(cè)增加磁場(chǎng)線圈9，從而向H離子施加水平方向的力，當(dāng)H離子在通過(guò)噴頭2時(shí)，受偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用發(fā)生偏移，增加H離子與連通結(jié)構(gòu)23的碰撞復(fù)合幾率。

噴頭2中連通結(jié)構(gòu)23的孔徑?jīng)Q定了對(duì)H離子的過(guò)濾效果，然而實(shí)際工藝過(guò)程中，若連通結(jié)構(gòu)23的孔徑設(shè)計(jì)的太小，則會(huì)在濾除H離子的同時(shí)降低H自由基的通過(guò)率，由此降低晶圓工藝處理效率；若連通結(jié)構(gòu)23的孔徑設(shè)計(jì)過(guò)大，則無(wú)法保證高能H離子的有效濾除。尤其是當(dāng)?shù)入x子體產(chǎn)生區(qū)域與等離子體反應(yīng)區(qū)域之間存在一個(gè)方向向下的靜電場(chǎng)時(shí)，帶正電的高能H離子在這個(gè)電場(chǎng)的作用下會(huì)加速向下移動(dòng)。噴頭2中的連通結(jié)構(gòu)23為圓柱型的連通結(jié)構(gòu)，處于連通結(jié)構(gòu)23位置處的H離子，更容易在正向電場(chǎng)作用下未經(jīng)阻擋通過(guò)噴頭2，直接嵌入到位于等離子體反應(yīng)區(qū)域內(nèi)的Low-k材料中，降低Low-k材料的k值(介電常數(shù))，影響器件性能。而且，設(shè)置磁場(chǎng)線圈9和負(fù)直流高壓電源8也會(huì)增加設(shè)備的復(fù)雜程度，增加成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種噴頭和等離子體處理腔室，用以部分解決現(xiàn)有的噴頭對(duì)H離子過(guò)濾效果差的問(wèn)題，以及設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)成本高的問(wèn)題。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題，采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種噴頭，具有相對(duì)設(shè)置的第一表面和第二表面，并包括多組貫穿所述第一表面和第二表面的連通結(jié)構(gòu)，所述噴頭由導(dǎo)電材料制成，且所述連通結(jié)構(gòu)開(kāi)于所述第一表面的通道入口與開(kāi)于所述第二表面的通道出口之間為非直連通道，用于避免等離子體沿垂直于所述第一表面和所述第二表面的直線方向通過(guò)所述噴頭。