TW302592B - - Google Patents

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Description

經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 __B7五、發明説明（1) 本發明涉及一種可供處理半導體晶片之射頻（RF)電 漿反應器。 —種在第1圖中之高度簡化圖中所繪示之型態的習知 平行板電漿反應器包括一真空室10，其具有一側壁12和頂 及底平行絕緣電容器電極14，16。侧壁12可被接地且假使 二電極14，16係被供M RF電源時與該二電極絕緣。或者， 若霄極14，16之一者接地則其亦被連接至側壁12而另一電 極被供M RF電源。典型地，電極14，16之一者經一 RF阻抗 匹配網络18連接至一 RF發電機20而另一電機被接地且連接 至側壁12。一半導體晶片22被置放在容室10內且一處理氣 體被導入容室内。施加於一對電極14, 16之RF電源觸發容 室丨0内之一電漿且藉由電容耦合維持此電漿。 第1圖之平行板霄漿反應器具有數個獨特的優點。詳 言之，平行電極14，. I6之大面積和接近很快地m獎且 容許對電容耦合以及晶片22處之電.漿離子能量作精碑瑋制 。此一反應器之電漿處理與其他型態之霉漿反應器比較係 高度再現性者。平行板電漿反應器之一項缺點是RF能量幾 乎唯一地經由電容耦合與電漿耦合，因此電漿離子密度僅 可藉由增加或減少電容耦合之RF電源被增加或減少。但是 ，此一電源增加提高離子的轟擊能量*造成晶片上較大的 裝置損傷。因此*此一反應器中之電漿密度被限制於裝置 損傷變得顯著者時的電漿離子能閾。 一具有此一型態繪示於第2圖中之電感耦合電漿反應 器具有一被一線圈霣感器環繞之真空室30。一半導體晶片 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 % . 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公嫠} 4 Α7 Β7 3〇25〇3 j'發明説明（2) 34被支持在容室30之内部之一晶片支持座36上。線圈電感 器32經由一 RF阻抗匹配網络40連接至一RF發電機38。一處 理氣體被導入容室30之内部且i感耩合自線圈32之RF電源 觸發並維持一電漿於容室30内。電漿離子密度藉增加被加 在線圈電感器32上RF電源而迅速地增加。但是，此一在電 感器32上之加給RF電源增加並不附帶地增加沖擊於晶片表 面上的離子能量。因此，電漿密度可被增加至一比在第1 圖之反應器中遠為更大的程度而f !冒辱寒電f離子Jl f. 造成装置辑傷昀危哮，此為一重大之優點。 第2圖之電感耦合電漿反應器之一問題是電感器線圈3 2對於電漿離子能量提供極少或之控制或無法控制，且因 此一需要提供一個別之可供控制之用的裝置。此一問題Μ 往是由從一藉一 RF阻抗匹配網络44電容耦合之獨立RP發電 機42施加RF電源至晶片支持座而解決。控制電漿離子能量 之RF發電機42可以與控制電漿離子密度之RF發電機38獨立 地被調整，以使得電漿離子能量控制和電漿離子密度控： - _ ___________ -- ' —......... 1 "*·•"一 去除關連。 但是，加给晶片支持座36之偏壓RF電源對電漿離子能 ... · ....... · - - -·· ............... ...... 量有較差的控制且提共較差的製程再現性（與第1圖之平 行板電漿反應器比較），此爲一重大問題。另一問題是第 2圔中的電感耩合反應器不像第1圖之電容耦合反應器能迅 速地觸發一電漿。 迄今似乎不可能實現第1圖之電容耦合霄漿反應器Μ 及第2圖之電感耦合電漿反應器之不同優酤於同一反應器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐〉 ---------裝-- 4請先閱讀背面.之注意事項-S-S.寫本頁) -a 線 經濟部中央標準局員工消费合作社印褽 5 A7 B7 五、發明説明 中，此係因實現此不同優點看來似乎需要衝突的構造特擞 本發明之一目的為提供第1圖之電容耦合反應器與第2 圖之電感耦合反應器的所有優點於一反應器之單一電漿反 應器中。 本發明之又一目的為用Μ — 數！主RF發電機以及_ 良好控制之方式應RF功率分配傳送電感稱合與電容耦合RF 功率至處理容室中。 本發明之另一目的為提供第1圖之電容耦合反應器和 第2圖之電感耦合反應器二者之所有優點在一反應器内之 單一電漿反應器中，其中在;^内表面之污染物沈積可被 濺射去除以保持頂部清潭,。 本發明之再一目的為提供一種自容室之頂部濺射材料 以供給處理物種至容室中的J5L法。 本發明係被體現於處理半導體晶片之一電漿反應器中 ，此反應器分別在處理容室之頂及底具有一對平行之電容 電極，各別之電容電極電容耩合RF電源至容室中，且一電 感線圈圍繞一部分之容室且依據被加給下列三元件中至少 二元件之RF信號間的RF相關係電感耦合RF霣源至容室中： 二電極和線圈，霣容與電感耦合係在半導體晶片之處理期 間實施以促進電漿觸發和電漿離子能量之精密控制以及製 程再現性。在一實施例中，二信號之間的某一相關係可能 為180度反相。 較佳地，為了將RF源之數目減至最少而同時提供獨立 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 6 _B7_ 五、發明説明（4 ) 的電源控制，本發明包括功率分配Μ從一共同源提供電源 至一對電極以線圈。詳言之，功率被反應性地分配在構成 線圈和該對電極之三個元件的至少兩個之間。電源可經由 一線圈或變壓器電感分配、或藉由一組具有一連接至一共 同RF源之共同電極的電容器被電容分配。 μη^β(ΜΜΡΜ····ιΜ·ιμμ···μ»»·" RF電源可藉由一變壓器被電感分配且該對電極係被連 接至變壓器之二次繞組的相反侧。在此一情況中，電感線 圈可被分開地供以電源。或者，電感線圈和電極係被連接 而在變壓器之二次繞組上含有分接頭。另一種選擇方式是 ，RF電源可經由霣感線圈本身作電感分配。例如，功率分 配可藉由將該對該對電極中之一者或兩者分接至電慼線圈 之一嬈組上而完成。 較佳地，頂電極與頂部足夠地接近且加於其上之RF電 源足夠俾得以將頂部之污染物沈積濺射去除。 在一實施例中，容室頂部包括一由一處理氣體之前體 物質所組成之部分，該處理氣體在頂部之電容電極的作用 之下被濺射至電漿中。該頂部可為一多重曲率之圖頂形， 而線圈電感器可與圓頂形頂部共形或非共形。 較佳地，底電容霄極爲晶片支持座而頂電容電極係在 容室内部或在其外部。如一〒頂季ffiS容窭内部，則其可瞌. 為頂部之一整體部分。 第1圖爲一習知技術之電容耦合RF電漿反應器之圖。 第2圖為一習知技術之電感耦合RF霉漿反應器之圖。 第3圖係應用電感RF功率分配之本發明第一實施例之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐} 7 五、 發明説明（ A7 B7 經濟部中央橾準局貝工消费合作社印裝 圖。 第4_係本發明第二實施例之圖。 第5圖係實施本發明所應用之一電感線圈之一實施例 之圖。 第6圖係本發明一第三實施例之圖。 第7圖係本發明一第四實施例之圖。 第8圖係本發明®用電容功率分配之第五實施例之圖 Ο 第9圖係本發明一第六實施例之圖 參閲笫3圖，一電漿反應器具有一包括一圔筒形側壁5 2和一圓頂形頂部54之真空室50。一底面56支持一支持座5 8,此支持座包括一支持一欲由反應器處理之半導體晶片6 1之底絕緣電極60。頂部54包括一面對底電容電極60之頂 絕緣電極62。頂及底電容電極62，60係平衡於一變壓器66 之二次繞組的相反側，該變壓器之一次繞組68係經由一電 容器70被連接至一 RP®源72。RF電源72包括一 RF發電機和 一習知之阻抗匹配網络（未示於圖中），諸如第1圖中之R F發罨機和RF阻抗匹配網络18。RF電源72控制電漿離子能 量和對電漿之電容耩合。霄感耦合係由一缠繞在圓頂形頂 部54之一部分上的一電感線圈74所提供。此線圈74藉由一 包括一RF發電機和一RF狙抗匹配網络（未示於圖中）之第 二RF1B源78經由一霣容器76供Μ電源。電源78係經由電容 器76被連接至電感器線圈72之中間繞組，線圈74之兩端被 接地Μ將頂霣極72或側壁52之功率損失減至最小。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） {請先閱讀背面之注意事項^从寫本頁) .裝·
-S 8 B7 五、發明説明（6 ) RF功率在頂及底電極62, 60之間的分配係由一在二次 繞組64上的接地分接頭80的位置決定。舉例而言，如果接 地分接頭80係被連接至二次繞組64之中間線圈，則頂和底 霄極由RF電源72接收相等量之RF功率。另一方面，如果接 地分接頭位置較接近與頂電極62的接線，則較多的RF功率 被供给至底電極60。 第3圖之實施例可被修改成使得頂電極62在容室50外 部且置於頂部54之上（以下參照第7圖說明）。 相對電極60，62與二次繞組64之相反端的接線在加給 相對電極60，62之RF信號之間建立一 180度反相關係，俥 使RF功率對電漿之電容耦合達最大。但是，其他適合的RF 相關係亦可被選用來實歎本琴明。 第3圖之實施例的大而緊隔的平行頂及底平行板電容 電極60，62提供了第1圖之平行板電漿反應器的所有優點 ，包括較容易觸發電漿，在晶片表面有較佳的電漿離子能 量控制Μ及較佳之處理再現性。霉感绰圈74同時提供第2 ΓΤ-* 乂**1*.·"—· - -------— . .-·-， 圖之電感耦合電漿反應器的所有優點，包括提供高電漿離 ...... ..........· ' ' · ' 子密度而不致不當增加電漿離子能量的能力。 經濟部中央橾準局負工消費合作社印製 第4圖繪示第3圖之實施例的一修改形式，包含一減少 所需RF源之數目的功率分配特擞。詳言之，第二RF源78被 消除且一延長的撓組部分64a在其與頂霄極62之接線64’處 被增添至二次繞組64。此延長部分64a之端部被連接至電 感器線圈74之中間繞組。雖然接地分接頭80之位置決定頂 及底電極62，60之間的功率分配（如以上參照第3圖所說 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 302592 A7 B7 五、發明説明（7 ) .經.f 部 中 央 標 準 員 X 消 費 合 作 社 印 製 明），接線64’之位置決定了成對電極60, 62與電感線圈7 4之間的功率分配。例如，若接線64’被移到延長線圈部分 64a連接至電感線圈74之端部，則被加於頂電極62和電感 線圈74之功率量相等。此外，如果在同一例子當中接地分 接頭80正位於整値二次繞組64的中間，則加给頂電極62 * 底電極60和電慼線圈74之功率量均相等。因此，加在三個 供M RF電源之元件（即，頂電極62,底電極60M及電感線 圈64)之RF功率係被分別（但非獨立）地調整，此爲一項 重大之優點。 第4圖繪示本發明之另一方面，其中電感線圈74與圓 頂形頂部非共形。較佳地，圓頂形頂部是一多重曲率圓頂 *其中曲率朝向圓頂之頂點增加，而電感線圈爲一部分圓 筒形，如第5圖所示，包括一右圓筒形部分74a和一平坦頂 部74 b。此一在多重曲率圓頂形頂部之上的非共形電感線 圈係揭示於由Gerald Z. Yin等人於____________所申請 之美國專利申請案第______________號，名稱為________ ___________________________且業已讓與本發明之受讓 人。 第6圖繪示另一功率分配實施例，其中變壓器66被除 去且電感線圈74本身被用來提供對頂電極62之RF功率分配 。如第6圖所示，RF源72經由霣容器70被連接至電感線圈7 4之一選擇繞組84。第二RF源78被連接至底電極60。或者 ，選擇之繞組86可能被連接至底電極60且第二源78可能 被連接至頂電極62。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝. 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 10 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（8 ) 第7圖结示一對應於第4圖但其中頂電極62係與容室50 之頂部54分開而坐落於頂部54之外侧表面頂端的實施例。 頂電極62造成一部分的頂部54内側表面與欲被電漿濺射之 電極62對齊。此一特戡適用於兩項目的。首先，任何易於 沈積在頂部54之内表面上的污染物或電漿處理副產品可藉 由此一濺射程序除去。其次，頂部本身可為一易藉頂電極 62之作用被導入容室内之電漿中的處理物質。例如，若欲 導入一氟淨化劑至容室中，頂部54可為矽M f矽原子由頂 ·· ···- ··"...... ~·—------- -------------... 部54濺射至電漿中。 單一之RF源（或者如同在第3或第6圖中使用多於一個 RF源）之RF頻率最好在一低範圍中諸如約爲2.0MHz或更低 ，俾使得霉漿離子直接被轉接外電場而非平均電漿電勢所 激動。此一選擇為較佳者之理由是平均電漿電勢為浮動者 且難以控制。就金屬蝕刻而言，最好自一分開的RF源供Μ 底電極60 (晶片支持座）電源，因此之實施例為較 佳者。 上述參照第1-7圖說明之實施例應用一種利用一電感 元件諸如一線圈或變壓器的無功RF功率分配，且因此在本 文中被稱作電感RF功率分配。第8圖繪示本發明應用另一 種類之反應性RF功率分配的實施例，即電容性RF功率分配 。在第8圖中，一功率分配電容器90具有一被連接於共同R F源72之共同電極92M及數値面對此共同電極92之平行電 極94，96，98。此平行電容器電極94，96，98係被個別地 分別連接至頂電極62，線圈74及底電極60。如果在頂及底 本紙張尺度逋用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 11 五、發明説明（ A7 B7 電極60，62之間需要維持一 180度反相闕係，一反相電容 器99被串聯於平行電極98和底電極60之間。 第5圖繪示第8圖之實施例如何被修改Μ消除平行電容 器電極96,以使得僅在線圈74如同第3圖之實施例中地被 供以電源時在底、頂電極60，62之間逹成功率分配。 雖然在本文中已藉由參照特定之較佳實施例詳細說明 ，應瞭解的是在不脫離本發明之真正精神與範圍之下仍可 能有所變化及修改。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝- -5 泉 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210'乂297公釐） 12 五、發明説明（10 ) A7 B7 元件檫號對照表 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 真空室........... ...10 支持座........... ...58 側壁............. ...12 底絕緣電極....... ...60 頂電容器電極..... ...14 頂絕緣電極....... ...62 底電容器電極..... ...16 二次繞組......... …64 RF阻抗匹配網络... …18 延長繞組部分..... RF發電機......... ...20 接線............. ...64' 一半導體晶片..... ...11 變壓器........... ...66 線圈電感器....... • · . 32 一次嬈組......... ...68 半導體晶片....... …34 RF電源........... ...72 晶片支持座....... ..•36 電感線圈......... ...74 RF發電機......... ...38 電容器........... ...76 RF阻抗匹配網铬... ...40 第二RF電源....... …78 RF發電機......... .· · 42 分接頭........... ...80 RF阻抗匹配網络... •44 功率分配電容器... ...90 真空室........... …50 共同電極......... …92 圓筒形側壁....... .· _ 52 平行電容器電極... …94 圖頂形頂部....... .••54 平行電容器電極... • . .96 底面............. …56 平行電容器電極... ...98 ---------批衣-- <請先閱讀背面之注意事項一ί 寫本頁) -δ 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

  1. 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 _ 六、申請專利範圍 1. 一種霉容性及電感性稱合之!^霣漿反騾器，可供在該 反醮器之一真空室中處理一半導體晶片，包括： 一對跨越真空室之至少一部分彼此相對的平行電 容電極； 一纏繞真空室之一部分的霣感線圈； 一共同RF·; 在下列至少二者之間無功分配RF功率之裝置：U) 該電容電極之中的一第一電極，（b)該電容鬣極中之 一第二電極以及（c>該電感線圈。 2. 如申請專利範圍第1項之反應器，其中該無功分配RF 功率之裝置包括： 連接該共同RF源至該電f線圈之裝置；以及 V·. ' ' ' · 一在該電感線圈上之導霣性分接頭，該導電性分 接頭被連接至該等霣容電極中之一電極。 3. 如申請專利範圍第2項之反應器，其中該等電容電棰 中之另一電極被接地。 4·如申請專利範圍第1項之反應器，其中該無功分配rf 功率之裝置包括一變壓器，此變歷器包括： 5. 如申請專利範圍第4項之反醮器，進一步包括一連接 至該霄感線圈之第二RF源。 6. 如申請專利範圍第4項之反應器，其中該二次繞組之 該各別接線係該二次繞組之兩端 7·如申請專利範圍第1項之反應器，其中： 該無功分配RF功率之裝置包括在該電感線圈之一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） ，Λ ---------^----.--、訂------線 _ . { ^ (請先閱讀背面之注意事項I峡寫本頁) 經濟部中央棵準局負工消费合作社印裝 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 繞組與一共同RF電源之間的第一接線；Μ及 該電感線圈之另一繞組與該電容電極之一者間的 —接線。 8·如申請專利範圍第丨項之反應器，其中該真空室包括 一頂部且該等電容霣極之一者係為鄰接該頂部之一頂 電極，該頂部包括一在該頂霄極之作用下被濺射至筲 t漿中之一處a «里的前體物質。 9.如申請專利範圍第8項之反應器，其中該頂部包括一 多重曲率圓頂形而電感線圈為以下之一 ：<a>與該圃 ·- 頂形共形以及（b)與該圓頂形非共形。 10. 如申請專利範圍第8項之反應器，其中另一電容電極 包括一面對該頂部之晶片支持座。 11. 如申請專利範圍第8項之反應器，其中該頂電容霣極 係Μ下之一 ：（a)在真空室之内部以及（b)在該真空室 _ . ...... . 外部。 12. 如申請專利範圍第11項之反應器，其中該頂霣極係頂 部之一整體部分。 13. 如申請專利範圍第11項之反應器，其中該頂霄棰包括 一位於該真空室外部之該頂部之頂外表面上的導霣層 〇 14. 如申請專利範圍第1項之反應器，其中該無功分配RF 功率之裝置包括一功率分配電容器，此轚容器包括： 一連接至一共同RF電源之共同霄容器霄極； 面對該共同電容電極之至少第一和第二平行電容 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ，r 一 15 一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· 訂 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 器轚極，該第一和第二平行電容器電極係被連接至<a 〉該電容性電極之第一電極，（b)該電容性電極之第二 電極Μ及該電感線圈中之該二者的各別端部。 15. 如申請專利範圍第14項之反應器，進一步包括一串聯 於該功率分配電容器之該對電容器電搔之一與該真空 室之該等電容性電極之一之間的反相霉容器。 16. —種電容性及電感性耦合之RF電漿反應器，可供處理 在該反應器之一真空室内之一半導齷晶片，包括： 一對跨越真空室之至少一部分彼此相對的平行電 容器電極； 一纏繞一部分之真空室的電感線圈； 功率施加裝置，可於半導體晶片處理期間施加RF .功率至各該電容性電極Μ電容性耩合RF功率至真空室 中，且施加RF功率至該霣感線圈以依照Μ下至少二者 間的一特定相關係電感性縐合RF功率至真室中（a)該 一對電極中之第一電極，（b)該一對電極中之第二電 棰以及（c)該電感線圈，侔易使電漿觸發並精密控制 電漿離子能量Μ及製程再現性。 17. 如申請專利範醒第16項之反應器，其中該功率施加裝 置包括： 一共同RF源； 無功功率分配裝置，可供自該共同RF源分別提供 功率至Μ下至少二者U)該一對電極中之第一電極，（ b)該一對電極中之第二電棰以及（c)該電感線圈。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公嫠） ---.丨-；----「裝-------訂------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 16 A8 B8 C8 D8 '申請專利範圍 18. 如申請專利範圍第17項之反應器，其中該功率施加裝 置包括之變壓器，包括： 一連接至該共同RF源之一次繞組；Μ及 一具有一對接線之二次繞組，該一對霣極係被連 接至二次繞組之該等接線的各別接線。 19. 如申請專利範圍第18項之反應器，其中該二次繞組之 該各別接線係該二次繞組之兩端。 20. 如申請專利範圍第18項之反應器，其中該功率施加裝 置包括連接該二次繞組上之一點至該頂及底電極之裝 置*藉此可分配來自一共同源之RF功率於Μ下二者之 間（a>該一對電極之第一電極，（b)該一對電極之第二 霉極Μ及（c>該電感線圈。 21_如申請專利範圍第16項之反應器，其中該功率施加裝 置包括： 該電感線圈之一嬈組與一共巷同RF電源之間的一 接線；以及 該電感線圈之另一繞組與該頂及底電極之至少一 者之間的一接線。 22. 如申請專利範圍第17項之反應器，其中至少一部分之 真空室頂部包括一處理氣體之前體物質，此物質在該 頂電極之作用下被濺射至電漿中。 __ 一 ^ > -*·1'=、〜 23. 如申請專利範圍第22項之反應器，其中該頂部包括一 多重曲率圓頂形而電感線圈係以下之一：（a)與該圔 頂形共形Μ及（b)與該画頂形非共形。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝- 經濟部中央棣準局男工消費合作社印装 17 - 302592 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 24. 如申請專利範圍第22項之反應器，其中該底電容性霣 極包括一晶>1支持座。 25. 如申請專利範圍第22項之反應器，其中該頂電容性電 極係Μ下之一 ：U〉在真空室內部以及（b)在該真空室 外部。 26. 如申請專利範圍第25項之反應器，其中該頂電極係在 真空室内部且為頂部之一整體部分。 27. 如申請專利範圍第17項之反應器，其中該無功功率分 配裝置包括一功率分配霄容器，包括： 一連接至一共同RF霄源之共同電容器電極； 至少第一和第二平行電容器霣極面對該共同電容 器電極，該第一和第二平行霣容器霣極係被連接至Μ 下之二者中之各別一者（a)該霣容性«極之第一電極 ，（b)該電容電極之第二電極Μ及（幻該霣感線圈。 28. 如申請專利範圍第27項之反應器，進一步包括一串聯 於該功率分配霄容器之該平行電容器電棰與該真空室 之該等電容性霣極之一之間的反相電容器。 (請先閏讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 經濟部中央梯準局負工消費合作社印装 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 18
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