CN202406373U - 一种等离子体处理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种等离子体处理装置，包括一真空处理腔，所述真空处理腔内包括一上电极和一下电极，所述上电极嵌入所述真空处理腔的顶壁；所述下电极连接一射频功率源，待处理的基片放置在所述下电极上；所述真空处理腔上方设置一气体解离室，所述的气体解离室上设置一线圈，所述线圈连接另一射频功率源；所述上电极设置多个气体通孔，所述的气体解离室和所述的真空处理腔通过所述上电极连通；所述的气体解离室连接一反应气体源。通过采用两种解离装置结合的方式，使得反应气体经过两次解离，增加了离子浓度，同时使得，刻蚀所需的氟粒子和形成聚合物所需的二氟化碳粒子浓度不再互相牵制，从而更好的完成刻蚀过程。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体器件的制造领域，尤其涉及一种离子体处理装置。
背景技术
等离子体处理装置广泛应用于集成电路的制造工艺中，如沉积、刻蚀等。其中，电感耦合型等离子体(ICP，Inductively Coupled Plasma)装置是等离子体处理装置中的主流技术之一，其原理主要是使用射频功率驱动电感耦合线圈产生较强的高频交变磁场，使得低压的反应气体被电离产生等离子体。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，上述活性粒子可以和待处理基片的表面发生多种物理和化学反应，使得基片表面的形貌发生改变，即完成刻蚀过程；另外，上述活性离子比常规的气态反应物具有更高的活性，可以促进反应气体间的化学反应，即可以实现等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)。
所述电感耦合线圈一般为平面螺旋结构，其边缘区域所激发的磁场强度较强，而中心区域所激发的磁场强度较弱，因此使得等离子体处理腔内边缘区域的等离子体密度较高，中心区域的等离子体密度较低，从而使待处理晶片刻蚀不均匀。
在对半导体器件的制造过程中，还可以采用电容耦合式的等离子体处理装置来产生反应气体的等离子体。电容耦合型处理(CCP，capacitive coupledplasma)装置为在真空的反应腔内平行设置有至少一对平板式的第一电极和第二电极，将其中一电极施加射频电源，另一电极接地来产生射频电场，对引入所述反应腔内的反应气体电离以生成蚀刻用的等离子体。
相对于电感耦合式等离子体处理装置，电容耦合式的等离子体处理装置具有更好的均匀性，然而由于其产生等离子的浓度较抵，使得待处理晶片的刻蚀速率较低。
在刻蚀过程中，经电感耦合式等离子体处理装置或电容耦合式等离子体处理装置解离出的氟粒子可以和基片表面发生化学反应，主要起刻蚀作用，解离出的二氟化碳离子可以在刻蚀出的小孔侧壁形成聚合物，以保护被刻蚀小孔。然而目前单一的解离腔使得反应腔内的氟离子浓度和二氟化碳离子浓度是相互牵制的，在有更多的氟离子刻蚀的同时，形成聚合物的二氟化碳离子浓度也同步增加。在一些场合需要获得更多单个原子的氟同时需要较少的氟碳化合物来形成聚合物时，原有的等离子处理装置就无法满足需要了。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种等离子体处理装置，包括：
一真空处理腔；所述真空处理腔内包括一上电极和一下电极，所述上电极嵌入所述真空处理腔的顶壁；所述下电极连接第一射频功率源，待处理的基片放置在所述下电极上方；
所述真空处理腔上方设置一气体解离室，所述的气体解离室外设置一线圈，所述线圈连接第二射频功率源；
所述上电极设置多个气体通孔，所述的气体解离室和所述的真空处理腔通过所述上电极气体连通；
所述的气体解离室连接反应气体源。
所述的气体解离室外设置的线圈为电感耦合线圈，在放置所述电感耦合线圈处设置绝缘材料窗口。
在所述的电感耦合线圈内通入交变电流以形成交变的感应磁场，从而在气体解离室解离引入的反应气体形成第一等离子体。
所述的在气体解离室中解离后的反应气体，通过作为所述真空处理腔上电极上的气体通孔进入所述真空处理腔。
所述的真空处理腔中的上电极接地。
所述的真空处理腔中的上电极材质为碳化硅或硅。
所述的真空处理腔连接一个第二反应气体源。
本实用新型还公开了一种等离子体处理装置，包括：一真空处理腔；
所述真空处理腔上方设置一气体解离室，所述的气体解离室连接反应气体源，所述气体解离室解离引入的反应气体形成第一等离子体；
所述真空处理腔内包括一上电极和一下电极，所述上电极嵌入所述真空处理腔的顶壁；所述下电极连接一射频功率源，待处理的基片放置在所述下电极上；
所述真空处理腔解离引入的反应气体形成第二等离子体；所述第二等离子体浓度小于所述第一等离子体；
所述上电极设置多个气体通孔，所述的气体解离室和所述的真空处理腔通过所述上电极气体连通。
所述的真空处理腔连接一个第二反应气体源。
所述的真空处理腔中的上电极接地。
通过采用两个解离装置结合的方式，使得反应气体经过两次解离，增加了离子浓度，同时使得刻蚀所需的氟粒子和形成聚合物所需的二氟化碳粒子浓度不再互相牵制，从而更好的完成刻蚀过程。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出根据本实用新型的一个优选实施例的等离子体处理装置的结构示意图；
图2示出实施例2的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明本实用新型的具体实施方式。
实施例1：如图1所示，本实用新型公开了一种等离子体处理装置，适用于在基片刻蚀工艺中。本实用新型公开的等离子体处理装置包括一真空的处理腔100；真空处理腔100内包括一上电极1和一下电极2，上电极1嵌入真空处理腔100的顶壁8；下电极2连接一射频功率源5，待处理的基片4放置在下电极2上。真空处理腔100上方设置一气体解离室110，气体解离室110上方设置一线圈3，连接另一射频功率源6，本实施例的线圈选用电感耦合线圈，在放置所述电感耦合线圈处设置绝缘材料窗口。在上电极1上设置多个气体通孔7，气体解离室110和真空处理腔100通过带有多个气体通孔7的上电极1气体连通，在气体解离室110连接一反应气体源120。
反应气体源120中的反应气体进入气体解离室110，反应气体包括Ar、O2、CO、CO2、H2、CxFy或CxFyHz中的一种或者几种，其中，氟碳化合物气体是刻蚀过程中最重要的气体之一；将电感耦合线圈3连接射频功率源6，内通入交变电流以形成交变的感应磁场，所述的感应磁场对反应气体进行加热，使所述气体分子解离成包括自由基在内的等离子体。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，其中，不带电的原子、分子和自由基等活性粒子通过作为真空处理腔100的上电极1上的气体通孔7进入真空处理腔100。带电的离子在经过上电极进入下方真空处理室100时会与上电极中微小尺寸气孔侧壁碰撞而中和，所以解离后的带电离子也以原子或自由基的形式进入下方的真空处理腔100。真空处理腔100平行设置有一对平板式的上电极1和下电极2，将下电极2施加射频电源，上电极接地使得上下电极间产生射频电场，对引入真空处理腔100内的未被解离的分子和粒子再次电离以生成蚀刻用的等离子体。在真空处理腔100内，上述活性粒子可以和待处理基片4的表面发生多种物理和化学反应，使得基片表面的形貌发生改变，即完成刻蚀过程。其中对硅的刻蚀速率起主导作用的是刻蚀气体中F自由基的浓度，同时聚合物太多由会减缓刻蚀速率。当需要更高刻蚀速率时就需要更高的F原子或F自由基的浓度，同时要求更低的CF2浓度以减少聚合物产生。以通入气体为CF4为例：经过气体解离室110中一次解离后产生了较高浓度的F和CF2以及大量未解离的CF4。比如20％比例的F和10％比例CF2以及90％含量比例的CF4进入真空处理室100。二次解离后原有F原子或自由基仍然存在，原有已经解离过的CF2中的部分分子和未解离的CF4中的部分分子再次被解离形成新的F、CF2等。由于电容耦合反应腔的解离率较低只有1％，所以最后这样两次解离叠加后F原子或自由基的浓度为(20+0.2+1.8)％＝22％大于气体解离室110中产生的浓度，但是会产生聚合物的氟碳化合物CF2的浓度为(10-0.1+0.9)％＝10.8％反而变化没有F原子数量来得大。主要原因是已经解离后的F在进入真空处理腔100内后没有减少，而原来已经解离为CF2的再次被解离新形成的F，增加了F的浓度，同时减少了CF2的浓度。以上仅仅是举例说明通过2个反应腔后解离的方式可以使的F的浓度与CF2的浓度不再是同等比例的变化，通过不同反应腔的功率和频率的调节可以实现两者浓度比例可调。上述反应气体仅仅举例使用CF4，实际刻蚀中可以是任何氟碳化合物或氟碳氢化合物如C4F8，CH2F2等，这些属于公知技术在此不再赘述。上述反应腔的解离率也仅仅是举例，实际解离率随着反应腔结构的不同略有差别，从上述比较可知下方真空处理腔解离率越高则效果越明显。氟离子或自由基和基片表面发生较快化学反应，加快刻蚀过程，二氟化碳粒子在刻蚀出的小孔侧壁形成晶体聚合物，保护小孔只在纵向深度进行刻蚀，从而很好的完成刻蚀过程。
本实施例中真空处理腔100中的上电极1材质为碳化硅或硅，可以采用化学沉积制得。在刻蚀过程中，上电极1保持接地状态，能屏蔽上方气体解离室110中的射频电场进入下方的真空处理腔100，在与连接射频电源5的下电极形成射频电场的同时，保证气体解离室110中的电场对真空处理腔100不造成干扰。
实施例2：如图2所示的实施例，除从气体解离室110内通过上电极1的气体通孔7进入真空处理腔100的气体及自由基等粒子外，在真空处理腔100顶壁8还有另一反应气体源130，反应气体源130和反应气体源120内的反应气体可以为相同，也可以为不同，但至少包括氟碳化合物气体，反应气体源130中的反应气体进入真空处理腔100，与从气体解离室110中的气体及自由基等粒子一起进行电容耦合等离子体解离，得到更多刻蚀所需要的氟粒子和二氟化碳粒子，从而使得氟粒子浓度和二氟化碳粒子浓度不再相互牵制，更好的完成刻蚀过程。
图2所示的实施例还可以连接多个反应气体源，具体的连接方式和气体处理方式与反应气体源130相同；本实施例的他技术特征和实施例1中的完全一致，不再赘述。
实施例3：本实施例提供另一种形式的等离子体处理装置，本实施例的技术方案和上述实施例原理大致相同，不同点在于：所述的气体解离室采用电子回旋共振技术，解离出的等离子体相对于上述实施例的气体解离室浓度更高。本实施例也可以在真空处理腔连接一个第二反应气体源，详细内容参见实施例1.
本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种等离子体处理装置，包括：
一真空处理腔；
所述真空处理腔内包括一上电极和一下电极，所述上电极嵌入所述真空处理腔的顶壁；所述下电极连接第一射频功率源，待处理的基片放置在所述下电极上方；其特征在于：
所述真空处理腔上方设置一气体解离室，所述的气体解离室外设置一线圈,所述线圈连接第二射频功率源；
所述上电极设置多个气体通孔，所述的气体解离室和所述的真空处理腔通过所述上电极气体连通；
所述的气体解离室连接反应气体源。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述的气体解离室外设置的线圈为电感耦合线圈，在放置所述电感耦合线圈处设置绝缘材料窗口。
3.根据权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其特征在于，在所述的电感耦合线圈内通入交变电流以形成交变的感应磁场，从而在气体解离室解离引入的反应气体形成第一等离子体。
4.根据权利要求3所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述的在气体解离室中解离后的反应气体，通过作为所述真空处理腔上电极上的气体通孔进入所述真空处理腔。
5.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述的真空处理腔中的上电极接地。
6.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述的真空处理腔中的上电极材质为碳化硅或硅。
7.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述的真空处理腔连接一个第二反应气体源。
8.一种等离子体处理装置，包括：
一真空处理腔；其特征在于：
所述真空处理腔上方设置一气体解离室，所述的气体解离室连接反应气体源，所述气体解离室解离引入的反应气体形成第一等离子体；
所述真空处理腔内包括一上电极和一下电极，所述上电极嵌入所述真空处理腔的顶壁；所述下电极连接一射频功率源，待处理的基片放置在所述下电极上方；
所述真空处理腔解离引入的反应气体形成第二等离子体；所述第二等离子体浓度小于所述第一等离子体的浓度；
所述上电极设置多个气体通孔，所述的气体解离室和所述的真空处理腔通过所述上电极气体连通。
9.根据权利要求8所述的一种等离子体处理装置，其特征在于：所述的真空处理腔连接一个第二反应气体源。
10.根据权利要求8所述的一种等离子体处理装置，其特征在于：所述的真空处理腔中的上电极接地。
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|---|---|---|---|---|
| CN108668422A (zh) * | 2017-03-30 | 2018-10-16 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 一种等离子体产生腔室和等离子体处理装置 |
| CN115852319A (zh) * | 2023-03-02 | 2023-03-28 | 北京理工大学 | 一种电爆炸-icp电感耦合等离子体高速率气相沉积系统 |
| CN117080062A (zh) * | 2023-10-13 | 2023-11-17 | 无锡邑文微电子科技股份有限公司 | 碗状刻蚀的方法 |
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2011
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Legal Events
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Denomination of utility model: Plasma processing device and processing method thereof Effective date of registration: 20150202 Granted publication date: 20120829 Pledgee: China Development Bank Co Pledgor: Advanced Micro-Fabrication Equipment (Shanghai) Inc. Registration number: 2009310000663 |
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Date of cancellation: 20170809 Granted publication date: 20120829 Pledgee: China Development Bank Co Pledgor: Advanced Micro-Fabrication Equipment (Shanghai) Inc. Registration number: 2009310000663 |
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