CN1937880A - 电感耦合源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微电子技术领域。本发明电感耦合源包括电感耦合线圈，其中电感耦合线圈是渐开线状多匝数立体线圈。电感耦合线圈为对称嵌套布置的若干对，分为串联在一起的内组线圈和外组线圈。本发明的电感耦合源的优点和积极效果在于：本发明中，完全对称的立体线圈结构的设计使得电磁场在反应腔室内部的分布很对称，从而改善了等离子体在反应腔室内部的分布均匀性，使得在晶片表面上各点的刻蚀速率更加接近。既使随着晶片尺寸的增大，本发明的技术方案也能很好的控制从晶片中央到边缘的刻蚀速率和均匀性。

Description

电感耦合源

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，特别是一种应用于制造集成电路(IC)或MEMS器件的制造工艺中的电感耦合源。

背景技术

等离子体装置广泛地应用于制造集成电路(IC)或MEMS器件的制造工艺中。其中电感耦合等离子体装置(ICP)被广泛应用于刻蚀等工艺中。在低压下，反应气体在射频功率的激发下，产生电离形成等离子体，等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，这些活性反应基团和被刻蚀物质表面发生各种物理和化学反应并形成挥发性的生成物，从而使材料表面性能发生变化。

在半导体加工中，进入反应腔室的工艺气体被感应耦合源所产生的电磁场电离产生等离子体，该等离子体被用于刻蚀晶片表面的材质。因此反应腔室内等离子体的非均匀性分布将导致晶片表面上的刻蚀速率和均匀性等有较大的变化。目前的晶片的尺寸从100mm增加到300mm，反应腔室的体积也相应增大，这使得想要得到更加均匀的等离子体分布非常困难，因此晶片表面刻蚀速率与均匀性的差异是由等离子体的非均匀性造成的。

如图1所示的线圈是目前半导体刻蚀设备中大多数采用的线圈结构，但其所激发的等离子体分布很不均匀，因为其线圈结构为位于同一平面内的平面螺旋1。腔室压力在1mTorr到10mTorr范围内，该线圈在反应室中央部分所激发的电磁场较强，因此反应腔室中央部分的等离子体密度较高，只能依靠扩散来弥补外围密度低的区域。而压力在10mTorr到100mTorr范围内，等离子体中电子、离子和中性粒子的碰撞使得反应室中央部分的等离子体密度非常低。目前的晶片的尺寸从100mm增加到300mm。反应腔室的体积也相应的增大，依靠扩散使等离子体密度达到均匀已经非常不现实了。另外，当晶片的直径达到300mm时，就需要尺寸大于300mm的线圈。该种情况下这种传统的平面螺旋线圈所面临的问题就是电感过大，相应的径向等离子体密度的不均匀性也要增加。因为大电感造成了线圈终端间的大的电压和不稳定的阻抗匹配，大电压还会引起线圈和等离子体间的容性耦合，从而引起低的耦合效率和不均匀的等离子体分布。因此目前大多数的刻蚀设备都面临着刻蚀速率不均匀的问题，这对半导体制造工艺造成了很大的局限性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种能够在反应室内晶片上方获得均匀的等离子体分布的电感耦合源。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明电感耦合源，包括电感耦合线圈，其中所述电感耦合线圈是渐开线状多匝数立体线圈。

其中还包括激发源，所述激发源是射频电源、脉冲电源或者是多频源。

其中所述电感耦合线圈为对称嵌套布置的若干对。

其中所述若干对电感耦合线圈分为内组线圈和外组线圈两组。

其中所述内、外组线圈串联或并联在一起。

其中在射频输出端设有可调接地电容。

其中所述内组线圈由一对电感耦合线圈组成。

其中所述外组线圈由一对电感耦合线圈组成。

其中在射频输入端串联电容。

其中内组线圈和外组线圈分别接一个电源。

(三)有益效果

本发明的电感耦合源的优点和积极效果在于：本发明中，由于电感耦合线圈是渐开线状多匝数立体线圈，是一个具有三维结构的立体线圈，而三维线圈在各个空间方向上产生的磁场强度比平面结构更加均匀，因此能够在反应室内晶片上方获得均匀的等离子体分布，同时也减小了对气体压力的依赖，在较大的气体压力范围内都能表现出优越的性能。

附图说明

图1是现有的电感耦合线圈的结构示意图；

图2是本发明电感耦合源的第一种实施例的立体图；

图3是图2的主视图；

图4是图2的俯视图；

图5是本发明电感耦合源的第二种实施例的结构示意图。

图中：1.电感耦合线圈；2.内组线圈；3.外组线圈。

具体实施方式

下面结合附图，进一步详细说明本发明电感耦合源的具体实施方式，但不用来限制本发明的保护范围。

参见图2至图4。本发明的电感耦合源的第一种实施例结构，包括一对完全对称嵌套布置的电感耦合线圈1和激发源。其中电感耦合线圈是渐开线状多匝数立体线圈。所述激发源是射频电源。

参见图5。本发明的电感耦合源的第二种实施例结构，包括串联或关联在一起的内组线圈2和外组线圈3和激发源，其中内组线圈2、外组线圈3各自由一对完全对称的电感耦合线圈1嵌套在一起组成。组成内组线圈2的两个渐开线形线圈可以是并联的，也可以是串联的；组成在外组线圈3的两个渐开线形线圈可以是并联的，也可以是串联的；射频输出端设有可调接地电容。内组线圈和外组线圈可以分别接一个电源，内组线圈和外组线圈可以分别接脉冲电源和射频电源或者可以分别接高频(27MHz)和低频(2MHz)的射频电源，这样可以更好的调节内外组线圈内的电流分布，更好的控制腔室内的电磁场分布，从而更灵活的调节等离子体在腔室内的分布情况，提高晶片加工的质量。内、外组线圈也可以同时接一个电源。

连接方式一：内组线圈端4和内组线圈端5连接后串联电容，外组线圈端6和外组线圈端7连接后串联电容，然后再接电源。串联电容的作用可以通过调节该电容值调节内外组线圈中的电流比，从而更好的控制腔室中等离子体的分布，使得晶片的刻蚀速率更加均匀。内组线圈端8和内组线圈端9连接后串接地电容，外组线圈端10和外组线圈端11连接后串接地电容。此时内组线圈的两个线圈是并联的，外组线圈的两个线圈是并联的，内、外组线圈是并联的。

连接方式二：4和6连接后接电源，5和7连接后接电源，8和10连接后串接地电容，9和11连接后串接地电容。此时内组线圈的两个线圈是并联的，外组线圈的两个线圈是并联的，内、外组线圈是并联的。

连接方式三：4和7连接后串电容接电源，5和6连接后串电容接电源，8和11串电容接地，9和10串电容接地。此时内组线圈的两个线圈是并联的，外组线圈的两个线圈是并联的，内、外组线圈是并联的。

本实施例中的激发源为多频源。多频源是指高频加低频，如高频可以是27MHz或者100MHz等，低频可以是2MHz或者3.5MHz等，离子能量更多的依靠低频，而高频对离子的密度影响大于对离子能量的影响，因此将两者结合起来可以更好的控制离子能量和离子密度。从而提高加工晶片的质量。另外，使用多频源也有助于更好的电离各种粒子，减少等离子体损伤。该实施例中，也可以用射频电源或脉冲电源。

本发明中，当线圈的长度大于1/8电源波长时，线圈中驻波效应明显，通过在线圈的输出端接一个可调的接地电容，调节接地电容的大小就可以调节线圈中驻波的分布，从而可改变腔体中场的分布，使腔体中的等离子体分布更加均匀。这种结构在完全对称的情况下同时减小了线圈的电感，从而可以很容易的获得大面积的等离子体，改善大面积工艺中等离子体的均匀性。这种线圈通过两组结构完全对称的线圈的并联减小了线圈的电感，同时这种完全对称的结构使反应腔体中的场分布对称，使得等离子体的分布在径向和方位角方向也更加对称均匀分布。

本发明的电感耦合源中，完全对称的立体线圈结构的设计使得电磁场在反应腔室内部的分布很对称，从而改善了等离子体在反应腔室内部的分布均匀性，使得在晶片表面上各点的刻蚀速率更加接近。既使随着晶片尺寸的增大，本发明的技术方案也能很好的控制从晶片中央到边缘的刻蚀速率和均匀性。

本发明中的电感耦合线圈1还可以是三对、四对等其他数量，根据具体情况而定。

以上为本发明的最佳实施方式，依据本发明公开的内容，本领域的普通技术人员能够显而易见地想到的一些雷同、替代方案，均应落入本发明保护的范围。

Claims (10)

1.电感耦合源，包括电感耦合线圈(1)，其特征在于所述电感耦合线圈(1)是渐开线状多匝数立体线圈。

2.根据权利要求1所述的电感耦合源，其特征在于还包括激发源，所述激发源是射频电源、脉冲电源或者是多频源。

3.根据权利要求1所述的电感耦合源，其特征在于所述电感耦合线圈(1)为对称嵌套布置的若干对。

4.根据权利要求3所述的电感耦合源，其特征在于所述若干对电感耦合线圈(1)分为内组线圈(2)和外组线圈(3)两组。

5.根据权利要求4所述的电感耦合源，其特征在于所述内、外组线圈串联或并联在一起。

6.根据权利要求4或5所述的电感耦合源，其特征在于在射频输出端设有可调接地电容。

7.根据权利要求4或5所述的电感耦合源，其特征在于所述内组线圈(2)由一对电感耦合线圈(1)组成。

8.根据权利要求4或5所述的电感耦合源，其特征在于所述外组线圈(3)由一对电感耦合线圈(1)组成。

9.根据权利要求4或5所述的电感耦合源，其特征在于在射频输入端串联电容。

10.根据权利要求4或5所述的电感耦合源，其特征在于内组线圈和外组线圈分别接一个电源。

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