CN116344305A - 一种电感耦合线圈、射频提供装置、射频控制方法、设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电感耦合线圈、射频提供装置、射频控制方法、等离子体处理设备,电感耦合线圈包括内线圈、中线圈、外线圈和第一可调电容,中线圈包围内线圈设置,外线圈包围中线圈设置,内线圈和中线圈串联在第一通路中,第一通路的第一端用于连接射频功率源,第二端用于连接接地端,外线圈位于第二通路中,第二通路的第一端用于连接射频功率源,第二端用于连接接地端,即内线圈和中线圈串联后与外线圈并联,中线圈和第一可调电容并联,这样中线圈的功率得到降低,降低内线圈和外线圈之间的区域的刻蚀速率,提高晶圆刻蚀的均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件及其制造领域,特别涉及一种电感耦合线圈、射频提供装置、射频控制方法、等离子体处理设备。
背景技术
在半导体器件的制造过程中,等离子体处理是将晶圆加工成设计图案的关键工艺,在典型的等离子体处理工艺中,工艺气体在射频(Radio Frequency,RF)激励作用下形成等离子体。等离子体在经过上电极和下电极之间的电场作用后,与晶圆表面发生物理轰击作用及化学作用,对晶圆表面进行处理。
目前Pt、Ru、Ir、NiFe、Au等非挥发性材料主要通过电感耦合等离子体(InductiveCoupled Plasma,ICP)进行干法刻蚀,电感耦合等离子体通常由置于等离子体腔室外部与电介质窗相邻的电感耦合线圈产生,电感耦合线圈连接射频功率源,射频功率源的射频功率驱动电感耦合线圈产生较强的高频交变磁场,使腔室内的工艺气体被点燃后形成等离子体。
然而利用电感耦合等离子体进行晶圆的刻蚀,容易导致晶圆刻蚀的不均匀性,甚至造成晶圆良率降低的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种电感耦合线圈、射频提供装置、射频控制方法、等离子体处理设备,提高晶圆刻蚀的均匀性。
为实现上述目的,本发明有如下技术方案:
本申请实施例提供了一种电感耦合线圈,包括:
内线圈、包围所述内线圈的中线圈、包围所述中线圈的外线圈、第一可调电容;
所述内线圈和所述中线圈串联在第一通路中;所述第一通路的第一端用于连接射频功率源,第二端用于连接接地端;所述中线圈和第一可调电容并联;
所述外线圈位于第二通路中;所述第二通路的第一端用于连接射频功率源,第二端用于连接接地端。
可选的,所述电感耦合线圈还包括:
所述第一通路中与所述内线圈和所述中线圈串联的第二可调电容,以及所述第二通路中与所述外线圈串联的第三可调电容。
可选的,所述电感耦合线圈还包括:
所述第一通路中与所述内线圈和所述中线圈串联的第一电流互感器,以及所述第二通路中与所述外线圈串联的第二电流互感器。
可选的,所述电感耦合线圈还包括:
所述第一通路中与所述内线圈和所述中线圈串联的第一接地电容,以及所述第二通路中与所述外线圈串联的第二接地电容。
可选的,所述电感耦合线圈还包括:
所述第一通路中与所述内线圈和所述中线圈串联的第一附加线圈,所述第一附加线圈包围所述内线圈且被所述中线圈包围,或所述第一附加线圈包围所述中线圈且被所述外线圈包围。
可选的,所述电感耦合线圈还包括:
所述第一通路中与所述中线圈并联的第二附加线圈,所述第二附加线圈包围所述内线圈且被所述中线圈包围,或所述第二附加线圈包围所述中线圈且被所述外线圈包围。
本申请实施例提供了一种射频提供装置,包括:
所述的电感耦合线圈;
射频功率源,用于为所述第一通路的第一端和所述第二通路的第一端提供射频信号;
接地端,用于为所述第一通路的第二端和所述第二通路的第二端接地。
可选的,所述内线圈的功率小于所述外线圈的功率。
本申请实施例提供了一种射频控制方法,包括:
控制所述的电感耦合线圈的第一可调电容,以控制所述中线圈的功率。
本申请实施例提供了一种等离子体处理设备,包括:
晶圆固定装置,用于固定待处理晶圆;
工艺气体提供装置,用于提供工艺气体;
所述的射频提供装置,用于产生高频交变磁场,以使所述工艺气体形成等离子体,从而利用所述等离子体对所述待处理晶圆进行处理。
本发明实施例提供了一种电感耦合线圈、射频提供装置、射频控制方法、等离子体处理设备,电感耦合线圈包括内线圈、中线圈、外线圈和第一可调电容,中线圈包围内线圈设置,外线圈包围中线圈设置,内线圈和中线圈串联在第一通路中,第一通路的第一端用于连接射频功率源,第二端用于连接接地端,外线圈位于第二通路中,第二通路的第一端用于连接射频功率源,第二端用于连接接地端,即内线圈和中线圈串联后与外线圈并联,中线圈和第一可调电容并联,这样中线圈的功率得到降低,降低内线圈和外线圈之间的区域的刻蚀速率,提高晶圆刻蚀的均匀性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为目前一种晶圆的刻蚀速率示意图;
图2为目前另一种晶圆的刻蚀速率示意图;
图3为本申请实施例提供的一种电感耦合线圈的结构示意图;
图4为本申请实施例中一种电感耦合线圈的电路示意图;
图5为本申请实施例提供的一种电感耦合线圈的三维结构示意图;
图6为本申请实施例提供的一种晶圆的刻蚀速率示意图;
图7为本申请实施例提供的另一种电感耦合线圈的电路示意图;
图8为本申请实施例提供的另一种电感耦合线圈的电路示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次,本发明结合示意图进行详细描述,在详述本发明实施例时,为便于说明,表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大,而且所述示意图只是示例,其在此不应限制本发明保护的范围。此外,在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
目前,可以利用电感耦合等离子体进行晶圆的刻蚀,然而这种刻蚀方式容易导致晶圆刻蚀的不均匀性,甚至造成晶圆良率降低的问题。这是因为电感耦合线圈的不同部分之间的电压电容耦合到等离子体,虽然这种耦合促进点火和稳定,但是同时会造成晶圆刻蚀的不均匀性。参考图1所示,为目前一种晶圆的刻蚀速率示意图,其中横坐标为距离晶圆中心的距离,0点处为晶圆中心位置,纵坐标为刻蚀速率,从图中可以看出,晶圆中心位置的刻蚀速率最高,晶圆边缘位置的刻蚀速率最低。
为了平衡晶圆中心位置和边缘位置的刻蚀速率,目前可以将电感耦合线圈分为内线圈和外线圈,外线圈包围内线圈设置,外线圈对应晶圆的边缘位置,内线圈对应晶圆的中心位置,通过调节分配至内线圈和外线圈的功率,可以调节腔室内受电感耦合线圈影响的等离子体浓度,从而提高晶圆不同位置处的刻蚀速率。然而这种方式会造成内线圈和外线圈之间互相影响,使部分位置的刻蚀速率无法按照预期调节。
参考图2所示,为目前另一种晶圆的刻蚀速率示意图,可以看出,当内线圈功率降低,外线圈功率升高后,虽然晶圆中心位置的刻蚀速率得到了降低,晶圆边缘位置的速率得到提高,刻蚀速率的均一性得到一定程度的改善,然而内线圈和外线圈共同影响二者之间的区域的等离子体浓度,进而影响晶圆上与该区域对应的位置(方框所在位置)的刻蚀速率,使该位置的刻蚀速率无法按照预期降低,导致晶圆的不均一性调节窗口受限。
基于此,本申请实施例提供了一种电感耦合线圈、射频提供装置、射频控制方法、等离子体处理设备,电感耦合线圈包括内线圈、中线圈、外线圈和第一可调电容,中线圈包围内线圈设置,外线圈包围中线圈设置,内线圈和中线圈串联在第一通路中,第一通路的第一端用于连接射频功率源,第二端用于连接接地端,外线圈位于第二通路中,第二通路的第一端用于连接射频功率源,第二端用于连接接地端,即内线圈和中线圈串联后与外线圈并联,中线圈和第一可调电容并联,这样中线圈的功率得到降低,降低内线圈和外线圈之间的区域的刻蚀速率,提高晶圆刻蚀的均匀性。
为了更好的理解本发明的技术方案和技术效果,以下将结合附图对具体的实施例进行详细的描述。
本申请实施例提供了一种电感耦合线圈,参考图3所示,为本申请实施例提供的一种电感耦合线圈的结构示意图,参考图4所示,为本申请实施例中一种电感耦合线圈的电路示意图,电感耦合线圈包括内线圈、中线圈、外线圈和第一可调电容。
其中,内线圈109位于中心区域,对应晶圆的中心位置;中线圈110包围内线圈109设置,对一个晶圆的中心位置和边缘位置之间的中部位置;外线圈103包围中线圈110设置,对应晶圆的边缘位置。
外线圈103可以位于第二通路,第二通路的第一端用于连接射频功率源(RF),第二端用于连接接地端,这样在电感耦合线圈连接射频功率源和接地端后,外线圈103可以由射频功率源提供射频信号,从而产生对应晶圆的边缘位置的等离子体,实现对晶圆的边缘位置的处理。
内线圈109和中线圈110串联在第一通路中,第一通路的第一端用于连接射频功率源,第二端用于连接接地端,这样在电感耦合线圈连接射频功率源和接地端后,内线圈109和中线圈110可以由射频功率源提供射频信号,从而产生对应晶圆的中心位置,以及中心位置和边缘位置之间的中部位置的处理。由于内线圈109和中线圈110串联设置,中线圈110可以为内线圈109分压,相比于内线圈109连接在射频功率源和接地端之间而言,这种设置使内线圈109的功率降低,利于均衡晶圆中心区域和边缘区域的刻蚀速率。
在第一通路中,可以为中线圈110并联第一可调电容111,这样中线圈110和第一可调电容111并联后和内线圈109串联,通过内线圈109的电流是通过中线圈110和第一可调电容111的电流之和,相比于中线圈110和内线圈109直接串联而言,中线圈110的功率得到降低,能够有效降低中线圈110对应位置的等离子体浓度,进而有效降低晶圆中心区域和边缘区域之间的中间区域的刻蚀速率。第一可调电容111的容值可调,这样可以根据实际需求调节第一可调电容111的容值,进而控制中线圈110的实际功率,从而针对性控制晶圆的中间区域的刻蚀速率。
本申请实施例中,第一通路中还可以包括与内线圈109和中线圈110串联的第二可调电容106,和/或,第二通路中还可以包括与外线圈103串联的第三可调电容102,这样可以利用第二可调电容106和/或第三可调电容102调节第一通路和第二通路的功率分配。
本申请实施例中,第一通路中还可以包括与内线圈109和中线圈110串联的第一电流互感器105,和/或,第二通路中还可以包括与外线圈103串联的第二电流互感器101,这样可以利用第一电流互感器105和第二电流互感器101监控第一通路和第二通路的电流分配。
本申请实施例中,第一通路中还可以包括与内线圈109和中线圈110串联的第一接地电容108,和/或,第二通路中还可以包括与外线圈103串联的第二接地电容104,这样可以利用第一接地电容108过滤第一通路中的直流信号,利用第二接地电容104过滤第二通路中的直流信号。
本申请实施例中,第一通路中可以包括第二可调电容106、第一电流互感器105和第一接地电容108中的至少一个,例如可以同时包括第二可调电容106、第一电流互感器105和第一接地电容108,参考图3和图4所示;第二通路中可以包括第三可调电容102、第二电流互感器101和第二接地电容104中的至少一个,例如可以同时包括第三可调电容102、第二电流互感器101和第二接地电容104,参考图3和图4所示。
参考图5所示,为本申请实施例提供的一种电感耦合线圈的三维结构示意图,电感耦合线圈包括内线圈109、中线圈110和外线圈103,内线圈109具有射频接入口123和接地接入口125,内线圈109的接地接入口125用于和中线圈110的射频接入口125连接,中线圈110具有接地接入口126,外线圈103具有射频接入口121和接地接入口122。
本申请实施例中,在利用第三可调电容102将第二通路的功率分配降低的同时,与中线圈110并联的第一可调电容111的设计可以为中线圈110分流,使中线圈110分配的功率小于内线圈109分配的功率,这样反应在晶圆刻蚀速率上就相当于将内线圈109和外线圈103共同影响部分的刻蚀速率下拉,同时不影响内线圈109和外线圈103对应位置的刻蚀速率。
参考图6所示,为本申请实施例提供的一种晶圆的刻蚀速率示意图,从图中可以看出,内线圈109和外线圈103共同影响部分(与图2所示方框标记区对应的区域)的刻蚀速率得到减小,从而使晶圆不均一性得到很大提高。
本申请实施例中,第一通路中还可以包括与内线圈109和中线圈110串联的第一附加线圈112,参考图7所示,为本申请实施例提供的另一种电感耦合线圈的电路示意图。其中,所述第一附加线圈112可以包围内线圈109且被中线圈110包围,即第一附加线圈112可以位于内线圈109和中线圈110之间,或第一附加线圈112可以包围中线圈110且被外线圈103包围,即第一附加线圈112可以位于中线圈110和外线圈103之间。这样利用第一附加线圈112可以进一步平衡晶圆不同位置的刻蚀速率。
本申请实施例中,第一通路中还可以包括与中线圈110并联的第二附加线圈113,参考图8所示,为本申请实施例提供的另一种电感耦合线圈的电路示意图。其中,第二附加线圈113可以包围内线圈109且被中线圈110包围,即第二附加线圈113可以位于内线圈109和中线圈110之间,或第二附加线圈113可以包围中线圈110且被外线圈103包围,即第二附加线圈113可以位于中线圈110和外线圈103之间。这样利用第二附加线圈113可以进一步平衡晶圆不同位置的刻蚀速率。
本发明实施例提供了一种电感耦合线圈,包括内线圈、中线圈、外线圈和第一可调电容,中线圈包围内线圈设置,外线圈包围中线圈设置,内线圈和中线圈串联在第一通路中,第一通路的第一端用于连接射频功率源,第二端用于连接接地端,外线圈位于第二通路中,第二通路的第一端用于连接射频功率源,第二端用于连接接地端,即内线圈和中线圈串联后与外线圈并联,中线圈和第一可调电容并联,这样中线圈的功率得到降低,降低内线圈和外线圈之间的区域的刻蚀速率,提高晶圆刻蚀的均匀性。
基于本申请实施例提供的一种电感耦合线圈,本申请实施例还提供了一种射频提供装置,包括射频功率源、接地端和所述的电感耦合线圈,其中射频功率源用于为第一通路的第一端和第二通路的第一端提供射频信号,接地端用于为第一通路的第二端和第二通路的第二端接地。其中,内线圈的功率小于外线圈的功率。
基于本申请实施例提供的一种电感耦合线圈,本申请实施例还提供了一种射频控制方法,可以包括控制所述的电感耦合线圈中的第一可调电容,以控制中线圈的功率,还可以控制第一通路中的第二可调电容和/或第二通路中的第三可调电容,从而控制第一通路和第二通路的功率分配。
基于本申请实施例提供的一种射频提供装置,本申请实施例还提供了一种等离子体处理设备,包括:
晶圆固定装置,用于固定待处理晶圆;
工艺气体提供装置,用于提供工艺气体;
所述的射频提供装置,用于产生高频交变磁场,以使所述工艺气体形成等离子体,从而利用所述等离子体对所述待处理晶圆进行处理。
射频提供装置中的电感耦合线圈可以设置在等离子体反应腔室的顶部的绝缘窗口上方,晶圆固定装置可以包括静电吸盘。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,虽然本发明已以较佳实施例披露如上,然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围情况下,都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰,均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种电感耦合线圈,其特征在于,包括:
内线圈、包围所述内线圈的中线圈、包围所述中线圈的外线圈、第一可调电容;
所述内线圈和所述中线圈串联在第一通路中;所述第一通路的第一端用于连接射频功率源,第二端用于连接接地端;所述中线圈和第一可调电容并联;
所述外线圈位于第二通路中;所述第二通路的第一端用于连接射频功率源,第二端用于连接接地端。
2.根据权利要求1所述的电感耦合线圈,其特征在于,还包括:
所述第一通路中与所述内线圈和所述中线圈串联的第二可调电容,以及所述第二通路中与所述外线圈串联的第三可调电容。
3.根据权利要求1所述的电感耦合线圈,其特征在于,还包括:
所述第一通路中与所述内线圈和所述中线圈串联的第一电流互感器,以及所述第二通路中与所述外线圈串联的第二电流互感器。
4.根据权利要求1-3任一项所述的电感耦合线圈,其特征在于,还包括:
所述第一通路中与所述内线圈和所述中线圈串联的第一接地电容,以及所述第二通路中与所述外线圈串联的第二接地电容。
5.根据权利要求1-3任一项所述的电感耦合线圈,其特征在于,还包括:
所述第一通路中与所述内线圈和所述中线圈串联的第一附加线圈,所述第一附加线圈包围所述内线圈且被所述中线圈包围,或所述第一附加线圈包围所述中线圈且被所述外线圈包围。
6.根据权利要求1-3任一项所述的电感耦合线圈,其特征在于,还包括:
所述第一通路中与所述中线圈并联的第二附加线圈,所述第二附加线圈包围所述内线圈且被所述中线圈包围,或所述第二附加线圈包围所述中线圈且被所述外线圈包围。
7.一种射频提供装置,其特征在于,包括:
如权利要求1-6任一项所述的电感耦合线圈;
射频功率源,用于为所述第一通路的第一端和所述第二通路的第一端提供射频信号;
接地端,用于为所述第一通路的第二端和所述第二通路的第二端接地。
8.根据权利要求7所述的射频提供装置,其特征在于,所述内线圈的功率小于所述外线圈的功率。
9.一种射频控制方法,其特征在于,包括:
控制权利要求1-6任一项所述的电感耦合线圈的第一可调电容,以控制所述中线圈的功率。
10.一种等离子体处理设备,其特征在于,包括:
晶圆固定装置,用于固定待处理晶圆;
工艺气体提供装置,用于提供工艺气体;
如权利要求7或8所述的射频提供装置,用于产生高频交变磁场,以使所述工艺气体形成等离子体,从而利用所述等离子体对所述待处理晶圆进行处理。
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