CN103874314B

CN103874314B - 一种电感耦合等离子装置

Info

Publication number: CN103874314B
Application number: CN201210548861.4A
Authority: CN
Inventors: 王兆祥; 杨平; 刘志强; 苏兴才
Original assignee: Advanced Micro Fabrication Equipment Inc Shanghai
Current assignee: Medium and Micro Semiconductor Equipment (Shanghai) Co., Ltd.
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2032-12-17
Also published as: CN103874314A

Abstract

本发明提供了一种等离子体处理腔室，其中，包括：腔体，其包括顶板，所述顶板构成一绝缘材料窗；基片支撑装置，设置于所述腔体内的绝缘材料窗下方；射频功率发射装置，设置于所述绝缘材料窗上方，以发射射频能量到所述腔体内；气体注入器，用于向所述腔体内供应处理气体，壳体，其设置于所述腔体内以及所述基片支撑装置上方和所述气体注入器下方，以限制处理气体的流动，所述壳体上下皆开口，且其上开口的直径大于所述下开口的直径。本发明能够优化反应腔内的气体分布以改进加工工艺的均一性。

Description

一种电感耦合等离子装置

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及电感耦合反应器中的气体均一分布的设计。

背景技术

等离子反应器或反应腔在现有技术中是公知的，并广泛应用于半导体集成电路、平板显示器，发光二极管（LED），太阳能电池等的制造工业内。在等离子腔中通常会施加一个射频电源以产生并维持等离子于反应腔中。其中，有许多不同的方式施加射频功率，每个不同方式的设计都将导致不同的特性，比如效率、等离子解离、均一性等等。其中，一种设计是电感耦合（ICP）等离子腔。

在电感耦合等离子处理腔中，一个通常是线圈状的天线用于向反应腔内发射射频能量。为了使来自天线的射频功率耦合到反应腔内，在天线处放置一个绝缘材料窗口。反应腔可以处理各种基片，比如硅晶圆等，基片被固定在夹盘上，等离子在基片上方产生。因此，天线被放置在反应器顶板上方，使得反应腔顶板是由绝缘材料制成或者包括一个绝缘材料窗口。

在等离子处理腔中，各种气体被注入到反应腔中，以使得离子和基片之间的化学反应和/或物理作用可被用于在所述基片上形成各种特征结构，比如刻蚀、沉积等等。在许多工艺流程中，一个很重要的指数是晶圆内部的加工均一性。也就是，一个作用于基片中心区域的工艺流程应和作用于基片边缘区域的工艺流程相同或者高度相近。因此，例如，当执行工艺流程时，晶圆中心区域的刻蚀率应与晶圆边缘区域的刻蚀率相同。

一个有助于获得较好工艺均一性的参数是在反应腔内均匀分布的处理气体。要获得这样的均一性，许多反应腔设计采用安装在晶圆上方的气体喷淋头，以均匀的注入处理气体。然而，如上所述，在电感耦合（ICP）反应腔顶板必须包括一个使射频功率从天线发射到反应腔中的绝缘窗。因此，ICP的结构中并没有给气体喷淋头留出相应的空间来实现其气体均匀注入的功能。

图1示出了现有电感耦合反应腔设计的截面图。ICP反应腔100包括基本呈圆筒状的腔体105和绝缘顶板107，构成可被抽真空器125抽真空的气密空间。基座110支撑夹盘115，所述夹盘115支撑待处理的基片120。来自射频功率源145的射频功率被施加到呈线圈状的天线140。来自气源150的处理气体通过管线155被供应到反应腔内，以点燃并维持等离子，并由此对基片120进行加工。在标准电感耦合反应腔中，气体通过在反应腔周围的注入器/喷头130和中间的喷头135之一或者两者一同注入来供应到真空容器内的。

从图1可知，来自外围喷头130的气体被大量抽出了120的表面。因此，从外围喷头130注入的大量气体可能实现对晶圆边缘区域的处理，但是几乎没有能达到晶圆120的中心区域，这会导致不均一性。相反地，中心喷头135注入的大量气体集中在晶圆中心并没有到达边缘区域，也会造成不均一性。

因此，业内需要一种改进电感耦合反应腔设计，可以优化反应腔内的气体分布以改进加工工艺的均一性。

发明内容

针对背景技术中的上述问题，本发明提出了一种电感耦合等离子装置。

本发明提供了一种等离子体处理腔室，其中，包括：

腔体，其包括顶板，所述顶板构成一绝缘材料窗；

基片支撑装置，设置于所述腔体内的绝缘材料窗下方；

射频功率发射装置，设置于所述绝缘材料窗上方，以发射射频能量到所述腔体内；

气体注入器，用于向所述腔体内供应处理气体，

壳体，其设置于所述腔体内以及所述基片支撑装置上方和所述气体注入器下方，以限制处理气体的流动，所述壳体上下皆开口，且其上开口的直径大于所述下开口的直径。

进一步地，所述壳体和所述基片支撑装置之间的间隙的宽度是可调的。

进一步地，所述挡板由绝缘材料制成。

进一步地，所述绝缘材料包括阳极化的铝、陶瓷和石英的任一项。

进一步地，所述壳体的上开口直径小于所述腔室的顶部宽度。

进一步地，所述壳体的下开口直径的取值范围为大于100mm。

进一步地，所述壳体的下开口位于所述基片支撑装置的正上方外围。

进一步地，所述气体注入器与所述壳体上开口切线呈锐角设置。

进一步地，所述气体注入器与所述壳体上开口切线之间夹角的取值范围为5°~60°。

进一步地，所述等离子体处理腔室还包括一固定装置，其用于将所述壳体固定于腔室内部。

本发明提供的改进电感耦合反应腔设计，可以优化反应腔内的气体分布以改进加工工艺的均一性。

附图说明

图1是现有技术的电感耦合反应腔设计的结构示意图；

图2是根据本发明一个具体实施例的电感耦合反应腔设计的结构示意图；

图3是根据本发明一个具体实施例的电感耦合反应腔设计的气体注入器与所述壳体之间的夹角的示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的具体实施方式进行说明。

本发明涉及电感耦合等离子体腔的实施例改进了均一性，特别是气体分布的均匀性。本发明实施例中的反应腔中添加了预设装置使喷头中流出的气体被重新引导流动方向，以改进反应腔中的气体分布，从而使得晶圆上的均一性得到了改善。

下文将结合图2对本发明的一个实施例进行详细描述。图2示出根据本发明一个实施例的等离子处理装置200。除了2XX系列附图标记外。应当理解，其中的反应腔装置200仅仅是示例性的，所述200装置实际上也可以包括更少或额外的部件，部件的排列也可以不同于图2中所示出。

图2示出了根据本发明第一实施例的ICP反应腔的截面图，其执行了气体受控流动的特点。ICP反应腔200包括腔体205和绝缘顶板207，构成一个气密的真空封闭壳体，并且由抽真空泵225抽真空。所述绝缘顶板207仅作为示例，也可以采用其它的顶板样式，比如穹顶形状的，带有绝缘材料窗口的金属顶板等。基座210支撑夹盘215，所述夹盘上放置着待处理的基片220。偏置功率被施加到所述夹盘215上，但是由于与揭露的本发明实施例无关，在图2中未示出。所述射频电源245的射频功率被施加到天线240，该天线基本是线圈状的。

处理气体从气源250经过管线225被供应到反应腔内，以点燃并维持等离子，从而对基片220进行加工。在本实施例中，气体通过外围注入器或喷头230被供应到真空空间中，但是额外的气体也可以选择性的从中心喷头235注入反应腔。如果气体从注入器230和喷头235同时供应，每个的气体流量都可独立控制。任何这些用于注入气体的设置可称为等离子气体注入器。

其中，壳体260，其设置于所述腔体205内以及所述基片支撑装置210上方和所述气体注入器230下方，以限制和/或引导散发自气体喷头230的气体流动，所述壳体上下皆开口，且其上开口的直径大于所述下开口的直径。如图2所示，由于壳体206的上开口的直径大于所述下开口的直径，其侧壁呈下降的坡度，因此气体注入器230喷出的气体从其侧壁的上部开始进入壳体260，随着坡度的下降而逐渐集中于静电夹盘215上放置的基片，使得气体有更多时间位于晶圆中心位置上方，以保证在整个晶圆上方获得足够的等离子解离。

进一步地，所述壳体260和所述基片支撑装置之间的间隙的宽度是可调的。例如，步进电机通过例如齿条和齿轮之类机构耦合到壳体260，使得所述步进电机能够通电并垂直地驱动壳体260上下移动，使得所述壳体260和基片之间的空隙可被调整。

进一步地，所述挡板由绝缘材料制成。

其中，所述壳体的上开口直径小于所述腔室的顶部宽度。

其中，所述壳体的下开口直径的取值范围为为大于100mm。

图3是根据本发明一个具体实施例的电感耦合反应腔设计的气体注入器230与所述壳体260切线之间的夹角的示意图。所述气体注入器230与所述壳体260上开口切线呈锐角设置。进一步地，所述气体注入器230与所述壳体260上开口切线之间夹角的取值范围为。由于所述气体注入器230与所述壳体260上开口切线呈锐角设置，气体进入壳体260在其内壁发生冲撞，向另一方向反射，从而在壳体260的内部形成气体涡流，从而使得反应气体混合得更加充分。

进一步地，所述等离子体处理腔室还包括一固定装置（未示出），其用于将所述壳体固定于腔室内部。本领域技术人员应当理解，现有技术中对固定装置已有相关技术支持，为简明起见，不再赘述。本领域技术人员应当理解，所有能够将所述壳体固定于腔室内部从而达到其既定功能的固定装置都应涵盖在本发明的保护范围之内。

应该理解，本发明提到的处理流程和技术并不限于提到的特定装置，也可以是实现本发明的多个部件的组合。进一步地，各种类型的通用设备也可以在本发明技术中被采用。本发明描述了多个特定实施例，这些实施例都在各个方面说明了本发明的内容，其并不是对本发明内容的限制。本领域技术人员应当理解，除了本发明所举例子，还有很多不同的组合可以适用本发明。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种等离子体处理腔室，其中，包括：

腔体，其包括顶板，所述顶板构成一绝缘材料窗；

基片支撑装置，设置于所述腔体内的绝缘材料窗下方；

气体注入器，用于向所述腔体内供应处理气体，

壳体，其设置于所述腔体内以及所述基片支撑装置上方和所述气体注入器下方，以限制处理气体的流动，所述壳体上下皆开口，且其上开口的直径大于下开口的直径；

其中，所述气体注入器与所述壳体上开口切线呈锐角设置。

2.根据权利要求1所述的等离子体处理腔室，其特征在于，所述壳体和所述基片支撑装置之间的间隙的宽度是可调的。

3.根据权利要求1所述的等离子体处理腔室，其特征在于，所述壳体由绝缘材料制成。

4.根据权利要求3所述的等离子体处理腔室，其特征在于，所述绝缘材料包括阳极化的铝、陶瓷和石英的任一项。

5.根据权利要求1所述的等离子体处理腔室，其特征在于，所述壳体的上开口直径小于所述腔室的顶部宽度。

6.根据权利要求1所述的等离子体处理腔室，其特征在于，所述壳体的下开口直径的取值范围为大于100mm。

7.根据权利要求1所述的等离子体处理腔室，其特征在于，所述壳体的下开口位于所述基片支撑装置的正上方外围。

8.根据权利要求1所述的等离子体处理腔室，其特征在于，所述气体注入器与所述壳体上开口切线之间夹角的取值范围为5°～60°。

9.根据权利要求1所述的等离子体处理腔室，其特征在于，所述等离子体处理腔室还包括一固定装置，其用于将所述壳体固定于腔室内部。