M370181 五、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 本創作涉及等離子體處理裝置，尤其涉及一種實現等 . 離子濃度均勻分佈的等離子體處理裝置。 【先前技術】 /離子處理裝置，如轉子職機，已經被廣泛應用 於向精度半導體晶片的加工。在等離子處理裝置中，平行 # 板型反應腔被廣泛運用，其包括相互平行設置的上下電 極’-個或多個射頻功率源經過功率匹配器連接到反靡腔 _上電極或下電極上’下電極上方通常還包括一個靜電 爽盤與直流電源相連接並利用靜電產生的庫偷力使被加工 的加工件（如.基片或晶圓）牢固地吸附在靜電夹盤上。 等離子刻餘機還包括一個由導體材料製成的上電極安裝在 與下電極對應的反應腔頂部，該上電極通常同時作為輸入 • &應氣體的氣體分佈板。在對上下電極部分地或全部地施 純舰量後’上下電極之f付產生等離子體來對加工件 料進行轉子財理。但是，财平行㈣反應腔會沿 被處理的基片整個表面產生不均勻的等離子體密度。典型 地，在罪近基片邊緣的上方區域的等離子體密度小於基片 =的上方區域的等離子體密度。因此，現有技術的 平仃板型反應腔進行等離子體處理基片時，會導致在基片 3 M370181 邊緣的處理（如’侧）速率小於在在基片中心的處理速 率，對整個基片而言，基片處理速率不均勻。 、 隨著加工精度越來越高，臨界尺寸（criticai . dimension)越來越小，現在半導體積體電路加工所用的等 離子反應腔大多都用到雙頻射頻源供電，其中高頻射頻源 • 施加在上下兩個電極之間以使反應氣體電離，低頻射頻源 - 施加在下電極通過調卽低頻射頻源的頻率、.功率等表數實 φ 現對下電極上DC-bias偏置電壓的調節，進而實現對入射 到，片上的離子能量的調節。其中高頻射頻源的頻率選擇 使高頻射頻源輸出的功率大都能用來電離反應氣體，而低 騎娜的選擇使得低頻電雜出的功率大部分用來給電 離出來的離子加速提高離子能量。這樣就能實現對離子濃 度與離子能量的獨立控制，就能滿足在*同的加工目標下 不同的離子濃度和離子能量的需要。如加工L〇w_K材料;， 由於Low-K材料經常是多孔的介電層，而多孔的介電層機 - 2強度很差所以就要求入射的離子能量很低，同時為了保 • 刻#率又要求有足夠的離子濃度。在财技射對雙頻 2魏的㈣雜能—絲度魏，但是所能實現的離子 濃度和離子能量的範圍仍然有局限，而且在現有技術框架 下’為了實現對離子參數的單獨控制需要更複雜的功率匹 電路和控制策略，這樣就提高了製造成本並降低了設備 可靠性。為了更簡單的實現對高頻和低頻射頻源的 控制’需要對現錢術聽改進。 ^ 【新型内容】 4 M370181 本創作的目的在於提供一種等離子體處理裝置，其不 僅旎夠增強等離子體處理的均一性，而且還能實現較精確 的離子能量控制。 本創作通過以下技術方法實現：一種等離子體處理裝 置，包括·由導電材料製成的接地反應腔，該反應腔包括 一頂部；反應腔的頂部安裝有一個由導電材料製成的上電 極，在反應腔内與上電極相對應的下方設置有一下電極； 所述下電極連接有ϋ料射頻電源及_第二頻率的 射頻電源，所述第一頻率高於第二頻率；所述上電極週邊 設置一絕緣環圍繞該上電極；其中該第一頻率的射頻電源 的射頻能量能夠穿過所述絕緣環與反應腔頂部電耦合，所 述第二頻率的射頻電源的射頻能量經過絕緣環到反應腔的 阻抗大於經過上電極到反應腔的阻抗2倍。 其中該等離子體處理裝置用來刻蝕Low_k材料；第一 頻率的頻率高於20MHZ，如60MHZ ;低頻電源的頻率低於 20MHZ，如 13MHZ。 其中該絕緣環可以覆蓋上電極與反應腔侧壁部内側之 間的部分面積，絕緣環的厚度選擇使低頻電源穿過絕緣環 到反應腔的阻抗大於低頻電源穿過上電極到反應腔的阻抗 3倍。 其中该絕緣環的材料選自：石英，氮化石夕，三氧化一 M370181 本創作通過減小低頻功率的接地面積來減小直流偏 壓，使離子能量較小的同時保證足夠的刻蝕速率。 【實施方式】 本創作&供一種等離子體處理裝置，其在等離子體處理 過程中，能增強被處理基片的邊緣的等離子體密度，從而 • 實現沿整個基片表面的等離子體處理的均一性，同時還能 - 實現較精確的離子能量控制。圖1為本實用新型提供的一 # 種專離子體處理裝置的戴面示意圖。所述等離子體處理裝置 10包括.由導電材料製成的接地反應腔卜該反應腔i包括 一頂部14;反應腔的頂部14安裝有由導電材料製成的上_ 21 ;在反應腔内與上電極21相對應的下方設置有一下電極 11，所述下電極11通過功率匹配器3〇連接有一具有第一頻 率的第-射頻電源⑽及一具有第二頻率的第二射頻電源 2〇〇 ’所述第-頻率高於第二頻率。下電極u上安襄有器件 ，固定裝置12，如靜電夾盤，用以固定待加工基片或晶圓w。 所述上電極21週邊與反應腔内壁16之間進-步設置一絕緣 =22圍繞該上電極21;其中該第-射頻電源100的射頻能量 能夠穿過所述絕緣環22與反應腔頂部電輕合，該第二射頻電 原200的射頻成量經過絕緣環22到反應腔的阻抗大於經過上 電極到反應腔的阻抗2倍。 —所述上電極21由導電材料製成，可以是由導體材料或 半導體材料製成，如碳切、無定型碳、石夕、銘等。該上 6 M370181 電極21上設置有多個氣體注人孔，因而上電極21同時也 作為氣體噴淋_外部送人的反減_勻地分佈到整個 被處理的晶圓w上表面。
在圖1所示的等離子體處理裝置架構中，下電極11同 時連接有至少兩個射頻功率源刚和·，其中第一頻率為 冋頻’頻率通常大於2_Z，比如’ 27MHZ、6GMHZ、100MHZ 或更回’第—頻率為低頻，頻率通常小於2GMHZ，比如，
400KHZ、2腿、13. 56職。在等離子體處理過程中，等離 子體a在上下電極之間的區域通過電雜合_成等離子 。創作在上電極21週邊進-步設置-絕緣環22圍繞該 上電極21 ’可以有效地改變絕緣環22下方區域的等離子體密 度和允許更精確的離子能量控制。如圖丨所示，當第一射頻 電源議和第二射頻電源2⑼的射頻能量通過下電極“輸入 反應腔内時’兩個射頻能量具有共同的從下電極至上電極再 到接地的反應腔1的第—射頻路徑Π。由於絕緣環22的存 在’第-射_源100的射頻能量也簡通過電雜合的方 式通過絕緣環22，因而形成—第二射頻路徑Ρ2。由此，對於 第一射頻電源⑽而言，高頻率的第一射頻電源⑽的射頻 能量不僅從下雜11於至上馳㈣且也她合至上電 極21細絕緣環22 ’射軸合路徑被顯著地擴大，該擴大 的射頻路彳_魏魏22下朴靜_ 12上方的區域 7
叩蚵於第二射頻電源 極 M370181 内（如圖所示虛線40週邊至反應腔内側壁16之間的區域） 產生等離子體密度更高的等離子體並使等離子體形成區域沿 水準方向被擴大。由於等離子體密度的分佈是越靠近上下電 極中心區域的等離子體密度越大，越遠離上下電極中心區域 的等離子«度越小。由祕緣環22設置在上電極21的週 邊，這樣等離子體也會在絕緣環22的下方產生，對於被處理 的基片W而言’在基# w邊緣的上方的等軒體密度更接近 於上下電極中心區域的等離子體密度，因此，設置絕緣環Μ 後，基片W的邊緣上方的等離子體密度更接近上下電極中心 區域的等離子體密度，對整個基片而言，整個基片w上方的 等離子體密度基本上接近，轉子齡佈基本上均勻，在等 離子體處辦，與财技術她，本_的等離子體處理裝 置能實現更均勻的等離子體處理。
-^ ^ I'lj a 0V 頻能量很難通過該絕緣環22，這將有效地減少低頻能量的接 地面積。對於低頻率的射頻能量而言，練小的接地面積能 有效地減錄子能量。縣錢理具有低介料飢㈣)的 :材料的應用中，需要低的偏置電壓。通過本創作的結構配 ’讀現低的離子能量，_允許更精確_子能量控制， 其工作原理解釋如下。 為了實現本創作減小離子能量的目的，就要減小下電 11上的DC bmsiDObms都是負電勢）。因為晶圓w上 8 M370181 積累的負電勢能夠加速等離子體中的離子並轟擊晶圓w表 面。影響DC-bias的除了即電源的功率與頻率外也與上下 電極的面積有關：
Vdc-(S1/S2)n …···(1) 其中S1疋上電極21 (陽極）的接地面積（gr〇unding area)，S2是下電極η (陰極）的面積，11是與等離子反應 腔形狀結構有關的參數。 本創作在上電極21外侧設置一絕緣材料（如石英）的 絕緣環22使低頻射頻源2〇〇(小於2〇ΜΗΖ，如13ΜΗΖ、2μηζ) 無法穿過該絕緣環到達絕緣環後面的接地腔體，高頻射頻 源100 (大於20ΜΗΖ，如30ΜΗΖ、60ΜΗΖ)能夠穿過上電極和 絕緣環再與導體腔1電耦合。低頻射頻源1〇〇的電場在穿 過絕緣環22 _抗很大’這樣上電極接地面積相對低頻射 頻源1〇〇的面積就得以減小，根據上述公式（1)，Vdc和入 射到晶圓W上的離子能量也相應減小。同時該絕緣環泣在 两頻射頻源100穿過時阻抗很小，所以等離子濃度與均一 性得到保持。通過添加-舰緣環22使本實崎型反應腔 能實現更小的離子能量的同時保持離子濃度與均一性。低 頻射麵100通過絕緣環22的阻抗Ra要遠大於通過上電 極電耦合到接地導體腔的阻抗Rb，其中Ra>2Rb或如>3肋 甚至RaMRb。 9 M370181 本創作範圍不限於上述實施例所揭露的結構，如根據 本創作原理’絕緣環可以只覆蓋—部分接地的導體反應腔 也可以實現本創作目的’絕緣環22的厚度也可以根據實際 的需要來調節。 $ 本創作的結構應用於等離子刻蝕特別是在刻餘對離子 能量有嚴格要求的Low-K等材料時特別有效，本創作在不需
要額外濾波電路等控制電路的情況下實現了離子能量和離 子濃度的高效控制。 【圖式簡單說明】 圖1為本創作提供的一種等離子體處理裝置的截面示 意圖。 【主要元件符號說明】 1 :反應腔 12 :器件固定裝置 16 :反應腔内壁 22 :絕緣環 100 :第一射頻電源 P1 :第一射頻路徑 W =基片 10 :等離子體處理裝置 11 :下電極 U =頂部 21 :上電極 30 :功率匹配器 200 :第二射頻電源 P2 :第二射頻路徑