CN109037020A - 等离子体装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种等离子体装置及其工作方法，等离子体装置包括：腔室；耦合于腔室的等离子体发生单元，用于产生等离子体；位于所述腔室内的基座，基座固定于腔室底部，且所述基座用于承载待处理基底；耦合于腔室的等离子体偏置单元，用于驱动等离子体在腔室内向基座表面运动；第一电极，固设于腔室的部分内侧壁表面，且所述第一电极顶部表面高于基底的顶部表面，且第一电极被施加直流正电压。利用所述等离子体装置有利于降低等离子体沿平行于基座表面方向上对待处理基底处理程度的差异。

Description

等离子体装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种等离子体装置及其工作方法。

背景技术

等离子体刻蚀的一般过程为：在刻蚀腔内通入反应气体，所述反应气体被解离为等离子体，等离子体包括：正离子、电子和自由基。所述等离子体用于对基底进行刻蚀。由于等离子刻蚀工艺具有良好的方向性，因此，等离子体刻蚀工艺在半导体制作过程中被广泛应用。

所述等离子体加工种类较多，根据工作原理不同，主要分为：电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma，ICP)装置和电容耦合等离子体(Capacitive CoupledPlasma，CCP)装置。

然而，现有的等离子体刻蚀装置对基底的刻蚀深度一致性较差。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种等离子体装置及其工作方法，以降低等离子体沿平行于基座表面方向上对待处理基底处理程度的差异。

为解决上述技术问题，本发明提供一种等离子体装置，包括：腔室；耦合于所述腔室的等离子体发生单元，用于形成等离子体；位于所述腔室内的基座，所述基底固定于腔室底部，且所述基座用于承载待处理基底；耦合于所述腔室的等离子体偏置单元，用于驱动等离子体向基座表面运动；第一电极，固设于腔室的部分内侧壁表面，且所述第一电极顶部表面高于基座的顶部表面，且第一电极被施加直流正电压。

可选的，所述第一电极沿腔室内侧壁的周向方向环绕所述基座。

可选的，所述第一电极包括若干个电极单元，各电极单元包括2个电极，每个电极单元中的2个电极相对设置，且相邻电极相互分立。

可选的，所述电极单元的个数为1个或者1个以上。

可选的，所述第一电极的底部表面高于、低于或齐平于所述基座的顶部表面。

可选的，还包括：位于腔室内的第二电极和第三电极，所述第二电极固定于腔室顶部，所述第三电极设置于基座内。

可选的，当等离子体发生单元为电容型时，所述等离子体发生单元包括：所述第二电极、第三电极和第一射频电源，所述第一射频电源与第二电极或第三电极电连接。

可选的，当所述等离子体发生单元为电感型时，所述等离子体发生单元包括：线圈以及第二射频电源，所述线圈位于腔室的顶部，所述第二射频电源与线圈电连接。

可选的，所述等离子体偏置单元包括：第二电极、第三电极、以及与第三电极电连接的第三射频电源。

相应的，本发明还提供一种等离子体装置的工作方法，包括：提供待处理基底；提供上述等离子体装置；将所述待处理基底置于基座上；将所述待处理基底置于基座上之后，通过等离子体发生单元产生等离子体；在所述第一电极上施加直流正电压，在基座上形成平行于基座表面的电场；通过所述等离子体偏置单元使等离子体向基座表面运动。

可选的，所述直流正电压的范围为0伏特～2000伏特。

可选的，当等离子体发生单元为电容型时，所述等离子体发生单元中第一射频电源提供的第一射频功率的范围为：0瓦～5000瓦。

可选的，当等离子体发生单元为电感型时，所述等离子体发生单元中第二射频电源提供的第二射频功率的范围为：0瓦～5000瓦。

可选的，所述等离子体偏置单元中第三射频电源提供的第三射频功率的范围为：0瓦～5000瓦。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

本发明技术方案提供的等离子体装置中，所述等离子体在腔室内受等离子体偏置单元驱动向基座表面运动。由于腔室的侧壁具有第一电极，且所述第一电极顶部表面高于基座的顶部表面，则后续第一电极被施加直流正电压后，将在基座上形成平行于基座表面的电场。所述等离子体中的正离子在电场中因受直流正电压的排斥而难以接触腔室的侧壁，因此，有利于防止正离子因接触腔室侧壁消失。一段时间后，所述正离子的密度分布达到平衡状态，所述平衡状态时的正离子沿平行于基座表面方向上均匀分布。同时，直流正电压吸引等离子体中的电子向腔室内侧壁运动，有利于降低电子沿平行于基座表面方向上的密度差。而所述电子通过碰撞能够形成自由基，因此，有利于降低自由基沿平行于基座表面方向上的密度差。所述正离子和自由基用于对待处理基底进行处理，所述正离子和自由基沿平行于基座表面方向上的密度差较小，因此，有利于减少等离子体沿平行于基座表面方向上对待处理基底处理程度的差异。

进一步，当所述第一电极沿腔室内侧壁的周向方向环绕所述基座时，则第一电极将限制更多的正离子接触腔室的内侧壁。同时，第一电极将吸引更多的电子向腔室内侧壁运动，则所述电子通过碰撞产生的自由基较多。综上，所述正离子和自由基较多，所述正离子和自由基用于对待处理基底进行处理，因此，有利于提高等离子体对待处理基底的处理速率。

附图说明

图1是一种等离子体刻蚀装置的结构示意图；

图2和图3是本发明一实施例等离子体装置的结构示意图，图3是图2沿B-B1线的剖面结构示意图，图2是图3沿C-C1线的剖面结构示意图；

图4和图5是本发明又一实施例等离子体装置的结构示意图，图3是图2沿D-D1线的剖面结构示意图，图4是图5沿E-E1线的剖面结构示意图；

图6和图7是本发明再一实施例等离子体装置的结构示意图，图7是图6沿F-F1线的剖面结构示意图，图6是图7沿G-G1线的剖面结构示意图；

图8和图9是本发明另一实施例等离子体装置的结构示意图，图9是图8沿H-H1线的剖面结构示意图，图8是图9沿J-J1线的剖面结构示意图；

图10是本发明等离子体装置的工作方法的流程图。

具体实施方式

正如背景技术所述，利用现有等离子体刻蚀装置对待刻蚀基底刻蚀的深度一致性较差。

图1是一种等离子体刻蚀装置的结构示意图。

请参考图1，腔室100；位于腔室100底部的基座101，所述基座101用于承载待处理基底；位于所述基座101内的第一电极(图中未示出)；与第一电极相对的第二电极102，所述第二电极102固定于腔室100的内侧壁。

上述等离子体刻蚀装置包括等离子体发生单元，当所述等离子体发生单元为电容型时，等离子体发生单元包括：第一电极、第二电极102和第一射频电源(图中未示出)，所述第一射频电源与第二电极102或者第一电极电连接。所述等离子体发生单元用于形成等离子体1。所述等离子体1在腔室100内沿各个方向进行扩散。其中，一部分等离子体1向腔室100的内侧壁扩散，当等离子体1接触腔室100的内侧壁时，由于腔室100的内侧壁接地，因此，接触腔室100内侧壁的等离子体1将消失，则沿平行于基座101表面方向上，等离子体1在中间区域的密度大于边缘区域的密度。

所述等离子体装置还包括等离子体偏置单元，所述等离子体偏置单元驱动等离子体1向基座101表面运动。所述等离子体偏置单元包括：第一电极、第二电极102以及与第一电极电连接的第二射频电源，然而，由于等离子体1沿平行于基底101表面方向上的密度差异较大，使得等离子体1沿平行于基底101表面上对待处理基底的处理程度差异性较大。

为解决所述技术问题，本发明提供了一种等离子体装置，包括：第一电极，固设于腔室的部分内侧壁表面，所述第一电极的顶部表面高于基座的顶部表面，且第一电极被施加直流正电压。利用所述等离子体装置有利于降低等离子体沿平行于基座表面方向上对待处理基底处理程度的差异性。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图2和图3是本发明一实施例等离子体装置的结构示意图，图3是图2沿B-B1线的剖面结构示意图，图2是图3沿C-C1线的剖面结构示意图。

请参考图2和图3，腔室200；耦合于所述腔室200的等离子体发生单元(图中未标出)，用于形成等离子体11；位于所述腔室200内的基座202，所述基座202固定于腔室200的底部，且所述基座202用于承载待处理基底；耦合于所述腔室200的等离子体偏置单元(图中未标出)，用于驱动等离子体11向基座202表面运动；第一电极204，固设于腔室200的部分内侧壁表面，所述第一电极204的顶部表面高于基座202的表面，且第一电极204被施加直流正电压。

所述腔室200的材料包括金属、合金或者陶瓷。

在本实施例中，所述腔室200的形状为圆柱体。在其他实施例中，所述腔室为长方体或者正方体。

等离子体装置还包括：位于腔室200内的第二电极203和第三电极(图中未示出)，所述第二电极203固定于腔室200顶部，所述第三电极设置于基座202内。

在本实施例中，等离子体发生单元为电容型时，所述等离子体发生单元包括：第二电极203、第三电极和第一射频电源(图中未示出)，所述第一射频电源与第二电极203或者第三电极电连接。

在其他实施例中，等离子体发生单元为电感型时，所述等离子体发生单元包括：线圈以及第二射频电源，所述线圈设置于腔室的顶部，且所述第二射频电源与所述线圈电连接。

所述等离子体发生单元形成等离子体11。

所述等离子体偏置单元包括：第二电极203、第三电极、以及与第三电极电连接的第三射频电源相连。

所述等离子体偏置单元用于使等离子体11向基座202表面运动，所述基座202用于承载待处理基底，因此，有利于等离子体11处理待处理基底。

所述腔室200的内侧壁具有第一电极204，所述第一电极204顶部表面高于基座202的表面，则在第一电极204施加直流正电压后，将在基座202上形成平行于基座202表面的电场。在所述电场中，所述等离子体11中的正离子被直流正电压排斥而难以接触腔室200的侧壁，则正离子难以接触到腔室200的内侧壁。一段时间后，所述正离子的密度分布达到平衡状态，即：所述正离子沿平行于基座200表面B-B1方向上均匀分布。同时，所述等离子体11中的电子被直流正电压吸引向腔室200的内侧壁运动，有利于减小电子沿平行于基座202表面方向上的密度差。所述电子通过碰撞产生自由基，因此，所述自由基沿平行于基座202表面B-B1方向上的分布较均匀。综上，所述正离子和自由基沿平行于基座202表面B-B1方向上的分布都较均匀，而所述正离子和自由基用于对待处理基底进行处理，因此，有利于降低等离子体11沿平行于基座202表面B-B1方向上对待处理基底处理深度的差异性。

在本实施例中，所述第一电极204底部表面低于基座202的顶部表面。在其他实施例中，所述第一电极的底部表面高于或者齐平于基座的顶部表面。

在本实施例中，所述第一电极204沿腔室200内侧壁的周向方向环绕所述基202，则第一电极204将限制更多的正离子不接触腔室200的内侧壁。同时，第一电极204吸引更多的电子向腔室200运动，则所述电子通过碰撞产生的自由基较多。综上，所述正离子和自由基较多，所述正离子和自由基用于对待处理基底进行处理，因此，有利于提高等离子体11对待处理基底进行处理的速率。并且，所述第一电极204沿垂直于基座202表面方向上覆盖腔室200的部分内侧壁，有利于节约电极材料。

图4和图5是本发明又一实施例等离子体装置的结构示意图，图5是图4沿D-D1线的剖面结构示意图，图4是图5沿E-E1线的剖面结构示意图。

本实施例与第一实施例的不同之处仅在于：所述第一电极300包括若干个电极单元(图中未标出)，各电极单元包括2个电极300a，每个电极单元中的2个电极300a相对设置，且相邻电极300a相互分立。

在本实施例中，电极单元的个数为1个。在其他实施例中，所述电极单元的个数为1个以上。

在本实施例中，相邻电极300a相互分立，即：所述第一电极300沿平行于基座202表面方向上覆盖腔室200的部分内侧壁。并且，所述电极300a沿垂直于基座202表面方向上覆盖腔室200的部分内侧壁，有利于节约第一电极300的材料。

图6和图7是本发明再一实施例等离子体装置的结构示意图，图7是图6沿F-F1线的剖面结构示意图，图6是图7沿G-G1线的剖面结构示意图。

本实施例与第一实施例的不同之处仅在于：所述第一电极400沿垂直于基座202表面方向上覆盖腔室200的全部侧壁。

图8和图9是本发明另一实施例等离子体装置的结构示意图，图9是图8沿H-H1线的剖面结构示意图，图8是图9沿J-J1线的剖面结构示意图。

本实施例中与第二实施例中的不同之处仅在于：所述第一电极500中所述电极500a沿垂直于基座202表面方向上覆盖腔室200的全部内侧壁。

相应的，本发明还提供上述等离子体装置的工作方法流程图，请参考图10，包括：

步骤S1：提供待处理基底；

步骤S2：提供上述等离子体装置；

步骤S3：将待处理基底置于基座上；

步骤S4：将待处理基底置于基座上之后，通过等离子体发生单元产生等离子体；

步骤S5：在第一电极上施加直流正电压，在基座上形成平行于基座表面的电场；

步骤S6：通过所述等离子体偏置单元使等离子体向基座表面运动。

以下将结合附图进行详细说明。

请参考图2，将待处理基底置于基座202上；将待处理基底置于基座202上之后，通过等离子体发生单元产生等离子体11；在第一电极204上施加直流正电压，在基座202上形成平行于基座202表面的电场。

在第一电极204上施加直流正电压之后，所述等离子体11中的正离子被排斥而难以接触腔室200的侧壁，且所述正离子被约束在一定区域内。一段时间后，所述正离子的密度达到平衡状态，即：所述正离子沿平行于基座202表面B-B1方向上均匀分布。同时，所述等离子体11中的电子被直流正电压吸引向腔室200的内侧壁运动，有利于减小电子沿平行于基座202表面B-B1方向上的密度分布差异，所述电子通过碰撞产生自由基，因此，所述自由基沿平行于基座202表面B-B1方向上的分布较均匀。综上，所述正离子和自由基沿平行于基座202表面B-B1方向上的分布都较均匀，而所述正离子和自由基用于对待处理基底进行处理，因此，有利于降低等离子体11对待处理基底沿平行于基座202表面B-B1方向上的处理程度的差异性。

所述直流正电压的范围为0伏特～2000伏特。选择所述直流正电压范围的意义在于：所述直流正电压过小，使得等离子体11沿平行于基座202表面B-B1方向上的分布仍不均匀，则等离子体11对待处理基底的处理程度差异仍较大；若所述直流正电压过大，使得能耗过大。

当等离子体发生单元为电容型时，所述等离子体发生单元中第一射频电源提供的第一射频功率的范围为：0瓦～5000瓦。

当等离子体发生单元为电感型时，所述等离子体发生单元中第二射频电源提供的第二射频功率的范围为：0瓦～5000瓦。

所述等离子体偏置单元中第三射频电源提供的第三射频功率的范围为：0瓦～5000瓦。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (14)

1.一种等离子体装置，其特征在于，包括：

腔室；

耦合于所述腔室的等离子体发生单元，用于产生等离子体；

位于所述腔室内的基座，所述基座固定于腔室底部，且所述基座用于承载待处理基底；

耦合于所述腔室的等离子体偏置单元，用于驱动所述等离子体在腔室内向基座表面运动；

第一电极，固设于所述腔室的部分内侧壁表面，且所述第一电极顶部表面高于基座的顶部表面，且所述第一电极被施加直流正电压。

2.如权利要求1所述的等离子体装置，其特征在于，所述第一电极沿腔室内侧壁的周向方向环绕所述基座。

3.如权利要求1所述的等离子体装置，其特征在于，所述第一电极包括若干个电极单元，各电极单元包括2个电极，每个电极单元中的2个电极相对设置，且相邻电极相互分立。

4.如权利要求3所述的等离子体装置，其特征在于，所述电极单元的个数为1个或者1个以上。

5.如权利要求1所述的等离子体装置，其特征在于，所述第一电极的底部表面高于、低于或齐平于所述基座的顶部表面。

6.如权利要求1所述的等离子体装置，其特征在于，还包括：位于腔室内的第二电极和第三电极，所述第二电极固定于腔室顶部，所述第三电极设置于基座内。

7.如权利要求6所述的等离子体装置，其特征在于，当所述等离子体发生单元为电容型时，所述等离子体发生单元包括：所述第二电极、第三电极和第一射频电源，所述第一射频电源与第二电极或第三电极电连接。

8.如权利要求6所述的等离子体装置，其特征在于，当所述等离子体发生单元为电感型时，所述等离子体发生单元包括：线圈以及第二射频电源，所述线圈位于腔室的顶部，所述第二射频电源与所述线圈电连接。

9.如权利要求7或8所述的等离子体装置，其特征在于，所述等离子体偏置单元包括：所述第二电极、所述第三电极、以及与所述第三电极电连接的第三射频电源。

10.一种等离子体装置的工作方法，其特征在于，包括：

提供待处理基底；

提供如权利要求1至权利要求9任一项所述等离子体装置；

将待处理基底置于基座上；

将待处理基底置于基座上之后，通过等离子体发生单元产生等离子体；

在第一电极上施加直流正电压，在基座上形成平行于基座表面的电场；

通过所述等离子体偏置单元使等离子体向基座表面运动。

11.如权利要求10所述的等离子体装置的工作方法，其特征在于，所述直流正电压的范围为0伏特～2000伏特。

12.如权利要求10所述的等离子体装置的工作方法，其特征在于，当等离子体发生单元为电容型时，所述等离子体发生单元中第一射频电源提供的第一射频功率的范围为：0瓦～5000瓦。

13.如权利要求10所述的等离子体装置的工作方法，其特征在于，当等离子体发生单元为电感型时，所述等离子体发生单元中第二射频电源提供的第二射频功率的范围为：0瓦～5000瓦。

14.如权利要求12或者13所述的等离子体装置的工作方法，其特征在于，所述等离子体偏置单元中第三射频电源提供的第三射频功率的范围为：0瓦～5000瓦。