CN216648218U - 一种射频提供装置和等离子体处理设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种射频提供装置和等离子体处理设备，射频提供装置包括射频切换盒、电感耦合线圈、法拉第平板、射频电源，射频切换盒的输入端用于连接射频电源，射频切换盒的输出端用于连接电感耦合线圈的输入端和法拉第平板的输入端，射频切换盒用于选择性地将射频电源输出的射频信号传输到电感耦合线圈或法拉第平板，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，外线圈位于第二通路中，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，在优化刻蚀均一性的同时加入法拉第清洗装置，拓宽射频提供装置的应用场景。

Description

一种射频提供装置和等离子体处理设备

技术领域

本申请涉及半导体器件及其制造领域，特别涉及一种射频提供装置和等离子体处理设备。

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电源，射频电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，本申请的目的在于提供一种射频提供装置和等离子体处理设备，提高晶圆刻蚀的均匀性。

为实现上述目的，本申请有如下技术方案：

本申请实施例提供了一种射频提供装置，包括：

射频切换盒、电感耦合线圈、法拉第平板、射频电源；

所述射频切换盒的输入端用于连接所述射频电源，所述射频切换盒的输出端用于连接所述电感耦合线圈的输入端和所述法拉第平板的输入端；所述射频切换盒用于选择性地将所述射频电源输出的射频信号传输到所述电感耦合线圈或所述法拉第平板；

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所述射频切换盒，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所述射频切换盒，第二端用于连接接地端。

可选的，所述射频提供装置还包括：

所述第一通路中与所述内线圈和所述中线圈串联的第一真空继电器，以及所述第二通路中与所述外线圈串联的第二真空继电器。

可选的，所述射频提供装置还包括：

所述法拉第平板和所述射频切换盒之间的电容元件。

可选的，所述射频提供装置还包括：

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，所述射频提供装置还包括：

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，所述射频提供装置还包括：

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，所述射频提供装置还包括：

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，所述射频提供装置还包括：

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。

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。

本申请实施例提供了一种射频提供装置和等离子体处理设备，射频提供装置包括射频切换盒、电感耦合线圈、法拉第平板、射频电源，射频切换盒的输入端用于连接射频电源，射频切换盒的输出端用于连接电感耦合线圈的输入端和法拉第平板的输入端，射频切换盒用于选择性地将射频电源输出的射频信号传输到电感耦合线圈或法拉第平板，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电源，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电源，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，射频信号可以选择性的传输射频信号到电感耦合线圈或法拉第平板，在优化刻蚀均一性的同时加入法拉第清洗装置，拓宽射频提供装置的应用场景，提升等离子体刻蚀设备的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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射频提供装置的电路示意图；

图4为本申请实施例提供的一种等离子体设备的结构示意图；

图5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6为本申请实施例提供的一种晶圆的刻蚀速率示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请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申请，但是本申请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申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本申请结合示意图进行详细描述，在详述本申请实施例时，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，其在此不应限制本申请保护的范围。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(etching rate，ER)，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射频提供装置和等离子体处理设备，射频提供装置包括射频切换盒、电感耦合线圈、法拉第平板、射频电源，射频切换盒的输入端用于连接射频电源，射频切换盒的输出端用于连接电感耦合线圈的输入端和法拉第平板的输入端，射频切换盒用于选择性地将射频电源输出的射频信号传输到电感耦合线圈或法拉第平板，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电源，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电源，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，射频信号可以选择性的传输射频信号到电感耦合线圈或法拉第平板，拓宽射频提供装置的应用场景，提升等离子体刻蚀设备的性能。

为了更好的理解本申请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射频提供装置，参考图3所示，为本申请实施例提供的一种射频提供装置的电路示意图，参考图4所示，为本申请实施例提供的一种等离子体设备的结构示意图，等离子体设备包括射频提供装置，射频提供装置包括射频切换盒130、电感耦合线圈、法拉第平板132、射频电源124。

射频电源124用于提供射频信号(RF)，射频切换盒130的输入端用于连接射频电源124，射频切换盒130的输出端用于连接电感耦合线圈的输入端和法拉第平板132的输入端，射频切换盒130用于选择性地将射频电源输出的射频信号传输到电感耦合线圈或法拉第平板132。

在等离子体设备中，电感耦合线圈用于提供射频信号使工艺气体形成等离子体，法拉第平板132用于在被施加射频信号时和相对的平板之间产生电场，驱动等离子体对反应腔室进行清洗，以使射频提供装置能够适应更多场景，使等离子体处理设备具有更多功能。

在等离子体设备中，法拉第平板132和射频切换盒130之间还可以设置有中心射频匹配器126，中心射频匹配器125用于匹配第一射频功率到法拉第平板132，电感耦合线圈和射频切换盒130之间还可以设置有线圈射频匹配器125，线圈射频匹配器125用于匹配第二射频功率到电感耦合线圈。电感耦合线圈和射频切换盒130之间还可以设置有功率分配盒103，功率分配盒103用于向不同的线圈匹配各自的功率，功率分配盒103可以设置在线圈射频匹配器125和电感耦合线圈之间。

在射频提供装置中，法拉第平板132和射频切换盒130之间可以设置电容元件131，电容元件131为法拉第平板132射频进口电容，其作用是降低射频在法拉第平板132中的耦合。

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结构示意图，电感耦合线圈包括内线圈109、中线圈110、外线圈103。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，参考图3所示，第二通路的第一端用于连接射频电源(RF)，第二端用于连接接地端，这样在电感耦合线圈连接射频电源和接地端后，外线圈103可以由射频电源提供射频信号，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，参考图3所示，第一通路的第一端用于连接射频电源，第二端用于连接接地端，这样在电感耦合线圈连接射频电源和接地端后，内线圈109和中线圈110可以由射频电源提供射频信号，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连接在射频电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。

第一通路中还可以包括与中线圈和内线圈串联的第一真空继电器134，和/或，第二通路中还可以包括与外线圈串联的第二真空继电器133，其作用是在射频切换到法拉第平板132时断开电感耦合线圈路接地，目的是为了防止法拉第平板132的射频不必要的耦合至电感耦合线圈。

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。具体的，内线圈的功率小于外线圈的功率。

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所示。

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。其中，所述第一附加线圈可以包围内线圈109且被中线圈110包围，即第一附加线圈可以位于内线圈109和中线圈110之间，或第一附加线圈可以包围中线圈110且被外线圈103包围，即第一附加线圈可以位于中线圈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。其中，第二附加线圈可以包围内线圈109且被中线圈110包围，即第二附加线圈可以位于内线圈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可以进一步平衡晶圆不同位置的刻蚀速率。

本申请实施例提供了一种射频提供装置，包括射频切换盒、电感耦合线圈、法拉第平板、射频电源，射频切换盒的输入端用于连接射频电源，射频切换盒的输出端用于连接电感耦合线圈的输入端和法拉第平板的输入端，射频切换盒用于选择性地将射频电源输出的射频信号传输到电感耦合线圈或法拉第平板，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电源，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电源，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，射频信号可以选择性的传输射频信号到电感耦合线圈或法拉第平板，拓宽射频提供装置的应用场景，提升等离子体刻蚀设备的性能。

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，参考图4所示，包括：

晶圆固定装置121，用于固定待处理晶圆122；

工艺气体提供装置127，用于向等离子体反应腔室120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122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120的顶部的绝缘窗口123上方，法拉第平板132也设置在绝缘窗口123上方，晶圆固定装置121可以包括静电吸盘。

在等离子体设备中，电感耦合线圈用于提供射频信号使工艺气体形成等离子体，法拉第平板132用于在被施加射频信号时和相对的平板之间产生电场，驱动等离子体对反应腔室进行清洗，以使射频提供装置能够适应更多场景，使等离子体处理设备具有更多功能。

在等离子体设备中，法拉第平板132和射频切换盒130之间还可以设置有中心射频匹配器126，中心射频匹配器125用于匹配第一射频功率到法拉第平板132，电感耦合线圈和射频切换盒130之间还可以设置有线圈射频匹配器125，线圈射频匹配器125用于匹配第二射频功率到电感耦合线圈。电感耦合线圈和射频切换盒130之间还可以设置有功率分配盒103，功率分配盒103用于向不同的线圈匹配各自的功率，功率分配盒103可以设置在线圈射频匹配器125和电感耦合线圈之间。

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。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，虽然本申请已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请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申请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，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请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，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种射频提供装置，其特征在于，包括：

射频切换盒、电感耦合线圈、法拉第平板、射频电源；

所述射频切换盒的输入端用于连接所述射频电源，所述射频切换盒的输出端用于连接所述电感耦合线圈的输入端和所述法拉第平板的输入端；所述射频切换盒用于选择性地将所述射频电源输出的射频信号传输到所述电感耦合线圈或所述法拉第平板；

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所述射频切换盒，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所述射频切换盒，第二端用于连接接地端。

2.根据权利要求1所述的射频提供装置，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真空继电器，以及所述第二通路中与所述外线圈串联的第二真空继电器。

3.根据权利要求1所述的射频提供装置，其特征在于，还包括：

所述法拉第平板和所述射频切换盒之间的电容元件。

4.根据权利要求1所述的射频提供装置，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。

5.根据权利要求1-4任一项所述的射频提供装置，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。

6.根据权利要求1-4任一项所述的射频提供装置，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。

7.根据权利要求1-4任一项所述的射频提供装置，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。

8.根据权利要求1-4任一项所述的射频提供装置，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。

9.根据权利要求1-4任一项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。

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1-9任一项所述的射频提供装置，用于产生高频交变磁场。

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