CN113802113A - 一种改善反应过程中反射功率稳定性的等离子体发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体薄膜沉积技术领域，具体提供了一种改善反应过程中反射功率稳定性的等离子体发生装置，通过优化挡板结构来确保了等离子体发生装置的上极板喷淋头、挡板和腔体上板之间的等势体；该发明还通过优化等离子体发生装置下极板加热盘上的晶圆支撑装置的材质，将铝制加热盘外缘镶嵌陶瓷环的普通陶瓷材质改为特殊改性过后的LLT陶瓷，能更大程度的降低非晶碳膜沉积过程带电荷在边缘聚集过多而引起放电的几率。通过优化上下极板相应的结构或材质，从而确保了两极板之间等离子体稳定性，进而确保了薄膜沉积过程中腔体反射功率的稳定性，有效提高了工艺稳定性。
Description
技术领域
本发明属于半导体薄膜沉积技术领域，具体提供了一种改善反应过程中反射功率稳定性的等离子体发生装置。
背景技术
使用现有机台沉积非晶碳膜时，需要很大的射频输入功率，其值约在1500W-2500W之间。现有机台的等离子体发生装置的上极喷淋头通过螺钉和腔体上盖板连接，且在两者之间有调节压力，传输气态源的挡板。如果三者之间不是等势体，不仅会影响射频的稳定性，严重时还会在三者之间引起自发放电。另外，在非晶碳膜的沉积腔室内，高浓度的含碳气体会使电荷密度短时间内累积。如果不及时得到疏散，容易发生自发放电。现有机台的等离子体发生装置的下极板加热盘和放置在其上的晶圆支撑装置内径在沉积温度下(400℃左右)之间有较小的间距，约0.825mm～0.925mm。间隙之间的电荷如何得不到及时疏散，极易发生自发放电，不仅会对晶圆侧壁、加热盘和晶圆支撑装置造成硬件损伤，还会引发粒子问题。
发明内容
为了解决上述问题之一，本发明提供了一种改善反应过程中反射功率稳定性的等离子体发生装置，包括一反应腔室，该腔室内设有上下极板；所述上极板由上至下依次设有腔体上盖板、挡板及喷淋头；挡板与喷淋头均与上盖板连接；所述的下极板包括载物台，载物台上设有晶圆支撑装置；
该支撑装置为环形状，内侧具有凹台阶，该凹台阶半径及晶圆半径差值d在1.65mm～1.85mm。
进一步地，薄膜是含碳的陶瓷薄膜。
进一步地，所述挡板直径为336mm，上面设有呈三角形阵列分布的通孔，该孔径不超过3mm。
进一步地，所述挡板的三角形排列的重复单元边长不小于10mm，通孔直径1mm。
进一步地，所述的挡板与腔体盖板多处偶接，且挡板边缘处通过垫片加固与腔体上盖板的连接。
进一步地，所述的喷淋头中心处为向下凹进设计，边缘处与腔体上盖板偶接。
进一步地，所述的挡板与喷淋头之间的间距为10-15mm。
进一步地，所述支撑装置是由具有改善介电性能的材料制成。
进一步地，所述支撑装置为LLT陶瓷。
进一步地，该发生装置基于粗真空运行环境，温度低于400度。
本发明的优势在于通过优化挡板结构来确保了等离子体发生装置的上极板喷淋头、挡板和腔体上板之间的等势体；该发明还通过优化等离子体发生装置下极板加热盘上的晶圆支撑装置的材质，将铝制加热盘外缘镶嵌陶瓷环的陶瓷材质改为LLT陶瓷，能更大程度的降低非晶碳膜沉积过程带电荷在边缘聚集过多而引起放电的几率。通过优化上下极板相应的结构或材质，从而确保了两极板之间等离子体稳定性，进而确保了薄膜沉积过程中腔体反射功率的稳定性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为挡板的俯视结构示意图；
图3为图1中下极板结构示意图；
图4为图1中上极板立体结构示意图；
图5为使用该等离子体发生装置前后反射功率变化图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1-4，本发明提供了一种改善反应过程中反射功率稳定性的等离子体发生装置，包括一反应腔室1，该腔室1内设有上下极板；所述上极板由上至下依次设有腔体上盖板2、挡板3及喷淋头4；挡板3与喷淋头4均与上盖板2连接；所述的下极板包括载物台5，该载物台5可为加热盘，载物台5上设有晶圆6支撑装置7，支撑装置7为LLT陶瓷。
该支撑装置7为环形状，内侧具有凹台阶，该凹台阶半径及晶圆6半径差值d在1.65mm～1.85mm。
作为方案的改进，所述挡板3直径为336mm，上面设有呈三角形阵列分布的通孔，该孔径为1-3mm。挡板3和其下方的喷淋头4，是气体输送到wafer的最后阶段，孔的分布对气体的分散均匀性至关重要，挡板3上小孔排列原则上单位面积内孔数应一致，三角形是达成规整的排列的首选；孔径的设置与气体流动状态相关，1-3MM会均匀的将气体分散到喷淋头4上方，孔径过小会影响刻蚀速率和沉积速率，孔径过大达不到均匀分散气体的效果
作为方案的改进，所述的三角形排列，边长10mm，通孔直径1mm。
作为方案的改进，所述的挡板3与腔体盖板通过设有多个长螺钉连接，且挡板3边缘处通过垫片加固与腔体上盖板2的连接。非晶碳膜工艺使用的挡板3由工艺验证证明是合适的，挡板3与顶板(RF引入部件)的缝隙较其他设备大，需要更长的螺钉锁紧，短螺钉在螺孔内有临界接触的现象造成RF连接不稳定；挡板3因提供气体分配功能所以不能有过多螺钉分布在表面，螺钉锁紧时其附近的压力更大，无法让顶板top plate和挡板3接触力处处均匀，为达到三者等势体效果，在无螺钉紧固的位置增加垫圈导电垫片,这样可以在不增加螺钉数量的同时，增加了接触面积，从而保证了RF连接的稳定性。
作为方案的改进，所述的喷淋头4中心处为向下凹进设计，边缘处通过设有螺钉加固在腔体上盖板2。
作为方案的改进，所述的挡板3与喷淋头4之间的间距为10-15mm。优势：该间距设计是申请人在偶然情况下发现，通过挡板3与喷淋头4之间的距离参数对射频稳定性具有特殊的技术意义，当挡板3与喷淋头4之间的间距为16mm时，在挡板3与喷淋头4之间会发生等离子体起辉，从而在两者之间发生放电，一方面会影响沉积过程中的射频稳定性；另一方面会影响硬件的使用寿命(起辉后，会在挡板3和喷淋头4上留下放电痕迹，无法清除)。将挡板3与喷淋头4之间的间距为10-15mm后，两者之间就没有发生过等离子体起辉，该间距工艺参数对射频稳定性起到至关重要的作用，大大降低了等离子体起辉的概率。
将待沉积晶圆6放置在腔室1内的下极板加热盘上，并由晶圆支撑装置7固定其位置。实验过程中，气态源经由挡板3和喷淋头4，进入反应腔室1。在上下极板间施加射频电压，在喷淋头4和加热盘之间形成稳定的等离子场，在晶圆6上沉积非晶碳膜。如图5所示，为使用该等离子体发生装置前后，反射功率变化图。RF的系统有输入功率(RF去的路)，也就有反射功率(RF回路)。反射功率稳定性好，或者是比较小，或者是规律，工艺可控性就好，工艺复制性就好，设备是双站的(A和B)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种改善反应过程中反射功率稳定性的等离子体发生装置，其特征在于：包括一反应腔室，该腔室内设有上下极板；所述上极板由上至下依次设有腔体上盖板、挡板及喷淋头；挡板与喷淋头均与上盖板连接；所述的下极板包括载物台，载物台上设有晶圆支撑装置；
该支撑装置为环形状，内侧具有凹台阶，该凹台阶半径及晶圆半径差值d在1.65mm～1.85mm。
2.如权利要求1所述的一种改善反应过程中反射功率稳定性的等离子体发生装置，其特征在于：薄膜是含碳的陶瓷薄膜。
3.如权利要求1所述的一种改善反应过程中反射功率稳定性的等离子体发生装置，其特征在于：所述挡板直径为336mm，上面设有呈三角形阵列分布的通孔，该孔径不超过3mm。
4.如权利要求1所述的一种改善反应过程中反射功率稳定性的等离子体发生装置，其特征在于：所述挡板的三角形排列的重复单元边长不小于10mm，通孔直径1mm。
5.如权利要求1所述的一种改善反应过程中反射功率稳定性的等离子体发生装置，其特征在于：所述的挡板与腔体盖板多处偶接，且挡板边缘处通过垫片加固与腔体上盖板的连接。
6.如权利要求1所述的一种改善反应过程中反射功率稳定性的等离子体发生装置，其特征在于：所述的喷淋头中心处为向下凹进设计，边缘处与腔体上盖板偶接。
7.如权利要求1所述的一种改善反应过程中反射功率稳定性的等离子体发生装置，其特征在于：所述的挡板与喷淋头之间的间距为10-15mm。
8.如权利要求1所述的一种改善反应过程中反射功率稳定性的等离子体发生装置，其特征在于：所述支撑装置是由具有改善介电性能的材料制成。
9.如权利要求8所述的一种改善反应过程中反射功率稳定性的等离子体发生装置，其特征在于：所述支撑装置是由LLT陶瓷制成。
10.如权利要求1-9所述的一种改善反应过程中反射功率稳定性的等离子体发生装置，其特征在于：该发生装置基于粗真空运行环境，温度低于400度。
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