專利名稱：引線交迭線圈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及等離子發(fā)生器，更具體而言，本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生等離子體以在制造半導(dǎo)體裝置中噴射沉積一層物質(zhì)的方法和設(shè)備。
等離子體已成為動能離子和活化原子的方便的來源，它可以用于各種半導(dǎo)體裝置加工處理中，包括表面處理、沉積、以及蝕刻加工。例如，為了使用一種噴射沉積方法在一半導(dǎo)體晶片上沉積物質(zhì)，在一個受到負(fù)偏壓的噴射目標(biāo)物質(zhì)附近產(chǎn)生一等離子體。在等離子體中產(chǎn)生的離子作用在目標(biāo)表面以從目標(biāo)上“脫離”即“噴射”物質(zhì)。噴射的物質(zhì)則傳送并沉積到半導(dǎo)體晶片的表面上。
噴射的物質(zhì)可以在直線路徑中從目標(biāo)行進(jìn)到基質(zhì)上，在基質(zhì)上它們以傾斜于基質(zhì)表面的角度沉積。結(jié)果，以一個較大的深度和寬度比沉積在半導(dǎo)體裝置的蝕刻的溝槽和孔中的物質(zhì)可以外伸過開口，引起沉積層中不必要的腔孔。為了防止這種外伸，如果噴射物質(zhì)由等離子體充分電離，可以通過基質(zhì)充負(fù)電荷并在基質(zhì)附近設(shè)置適當(dāng)?shù)呢Q向電場而將噴射物質(zhì)重新導(dǎo)入目標(biāo)和基質(zhì)之間的基本豎向的路徑中。但是，由一小密度等離子噴射的物質(zhì)通常具有小于10％的電離度，這樣通常不足以避免外伸的形成。因此，需要增大等離子的密度以增大噴射物質(zhì)的電離度，從而減小在沉積層中不需要的外伸的形成。在此，術(shù)語“濃等離子”表示具有高電子和離子密度。
已有幾種公知的技術(shù)用于以RF場激勵一等離子體，包括電容耦合、感應(yīng)耦合和波加熱。在一個標(biāo)準(zhǔn)的感應(yīng)耦合等離子(ICP)發(fā)生器中，RF電流通過一線圈感應(yīng)電磁場產(chǎn)生一個高密度等離子體。這一電流由歐姆熱加熱感應(yīng)等離子體，這樣以穩(wěn)定的狀態(tài)維持。例如如美國專利4,362,632中所示，通過一線圈的電流由一通過一阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)與線圈相連的RF發(fā)生器提供，這樣線圈起一個變換器的第一繞組的作用。等離子體起變換器的第二單圈繞組的作用。
在許多高密度等離子體的應(yīng)用場合中，最好腔室可以在相對高的壓力下操作，這樣等離子或等離子前置氣體原子和沉積物質(zhì)原子之間的碰撞頻率增大，從而增大噴射物質(zhì)在高密度等離子區(qū)中的停留時間。結(jié)果，增大了沉積物質(zhì)原子可能電離的可能性，從而增大了整個電離速度。但是，沉積原子的分散同樣增大。沉積物質(zhì)的這種分散通常使基質(zhì)上沉積層的厚度在與目標(biāo)中心對齊的基質(zhì)部分上變厚而在外區(qū)變薄。
為了改進(jìn)沉積均勻性，用于將RF能耦合到等離子體中的線圈調(diào)節(jié)成可以將物質(zhì)從線圈噴射到工件上，以補(bǔ)充從一目標(biāo)噴射到工件上的物質(zhì)。線圈可以位于基質(zhì)附近，這樣從線圈噴射的物質(zhì)首先沉積到工件的周邊上。線圈的一端連接在一RF發(fā)生器上而另一端連接在系統(tǒng)地極上，通常通過一阻直電容器以在線圈上產(chǎn)生一個DC偏壓，以便于線圈的噴射。如果線圈是一個單圈線圈，線圈的端部通常很接近，但間隔一個間隙(通常約1/4英寸(4-8mm)左右)，以防止在RF發(fā)生器和阻直電容器之間產(chǎn)生會使線圈旁路的短路。
盡管從線圈噴射到工件上的噴射物質(zhì)會改進(jìn)沉積均勻性，但應(yīng)注意到在沉積中仍會發(fā)生不均勻性。因此，需要進(jìn)一步改進(jìn)沉積均勻性。
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于在一腔室中產(chǎn)生一等離子體并噴射沉積一個層的方法和設(shè)備，這樣可以避免上述缺陷。
這些以及其他目的和優(yōu)點(diǎn)可以由本發(fā)明的一個方面取得，包括一個等離子發(fā)生設(shè)備，可以感應(yīng)耦合電磁能并從一個具有兩個隔開并交迭的端部的線圈噴射物質(zhì)；以及一對連接在線圈端部并也以交迭方式設(shè)置的RF引線。結(jié)果，從一個引線至另一個引線圍繞線圈的電流路徑不需要具有一個在線圈端部附近中的周向或水平間隙。本發(fā)明的申請人已發(fā)現(xiàn)通常隔開一個以前的單圈線圈的兩個RF引線可以在等離子密度中產(chǎn)生不均勻，這會不利地引起同基質(zhì)的其他部分相比在最接近線圈間隙的基質(zhì)上沉積不均勻。通過減小或避免在線圈端部電流路徑中的周向間隙，可以相信線圈可以提供圍繞線圈周面、甚至鄰近端部的更均勻的等離子密度。
在幾個所示的實施例中，線圈端部和相關(guān)的RF引線在平行于基質(zhì)保持件和支撐在保持件上的基質(zhì)的軸線的一個方向中周向交迭。在變化的所示實施例中，線圈端部可以在一徑向周向交迭。在每個以下所述的實施例中，可以相信RF引線位于線圈端部附近的這種交迭可以改進(jìn)沉積層在基質(zhì)上沉積的質(zhì)量。


圖1是本發(fā)明一個實施例的等離子發(fā)生腔室的一局部立體剖視圖。
圖2是圖1的等離子發(fā)生腔室的相互的電連接的一示意圖。
圖3是一個具有一根據(jù)本發(fā)明第一實施例定位的RF引線的線圈的立體圖。
圖4是圖3中線圈端部的一局部視圖。
圖5是本發(fā)明第二實施例的一線圈的局部視圖。
圖6是本發(fā)明第三實施例的一線圈的局部視圖。
圖7是本發(fā)明第四實施例的一線圈的局部視圖。
圖8是圖6的線圈的一局部俯視圖，示出引線通過一相鄰的壁。
圖9是現(xiàn)有技術(shù)的線圈的一立體圖。
參見圖1和圖2，本發(fā)明第一實施例的一等離子發(fā)生器包括一基本為圓柱形的等離子腔室100，等離子腔室100容裝在一真空腔102中(在圖2中示意性示出)。此實施例的等離子腔室100具有一個單圈線圈104，以下將詳細(xì)描述線圈104，其中線圈104具有交迭的端部以及交迭的RF引線200a,200b，它們可以改進(jìn)沉積均勻性。線圈104由一個外罩105在內(nèi)部支承，外罩105保護(hù)真空腔102的內(nèi)壁避免使材料沉積在等離子腔100的內(nèi)部中。
來自一個RF(無線電頻率)發(fā)生器106的RF能量從線圈104輻射到沉積系統(tǒng)100的內(nèi)部中，此能量在沉積系統(tǒng)100中激發(fā)一等離子體，以電離從一個位于腔體102頂部上的目標(biāo)110噴射出的物質(zhì)。目標(biāo)110由一個DC電源111負(fù)偏壓以吸引噴射的離子。撞擊目標(biāo)110的離子將物質(zhì)從目標(biāo)噴射到一個基質(zhì)112上，基質(zhì)112可以是一個晶片或其他工件并由一個臺座114在沉積系統(tǒng)100的底部支撐。一個設(shè)置在目標(biāo)110之上的旋轉(zhuǎn)磁鐵組件116產(chǎn)生磁場，磁場掃過目標(biāo)110的表面以促進(jìn)在目標(biāo)上形成一個均勻或其他所需的腐蝕圖案。
如上所述，從目標(biāo)110發(fā)射出的物質(zhì)的原子又由被線圈104激活的等離子電離，其中線圈104導(dǎo)電地連接在等離子體上。RF發(fā)生器106最好通過一個放大器和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)118與線圈104的一端117相聯(lián)。線圈104的另一端119最好通過一個可變電容120接地。電離的沉積物質(zhì)吸收到基質(zhì)112上并在其上形成一個沉積層。臺座114可以由一個RF(或AC或DC)源121負(fù)偏壓，以向外偏壓基質(zhì)112。
物質(zhì)還可以從線圈104噴射到基質(zhì)112上，以補(bǔ)充從目標(biāo)110噴射到工件上的物質(zhì)。結(jié)果，沉積到基質(zhì)112上的物質(zhì)層由來自線圈104以及目標(biāo)110的物質(zhì)形成，這樣可以大大改進(jìn)生成的層的均勻性。從目標(biāo)110發(fā)射出的物質(zhì)在工件的中心要比在邊部沉積得厚。但是，從線圈104發(fā)射的物質(zhì)在工件的邊部要比在中心沉積得厚。這樣，從線圈和目標(biāo)發(fā)射出的物質(zhì)可以組合形成一層從工件的中心到其邊部均勻性改進(jìn)的厚度。
通常，用于產(chǎn)生一個等離子體和用于噴射的線圈設(shè)計成線圈的兩端不接觸，以防止線圈短路。圖9示出一個以前的單圈線圈900，其兩端902和904分別由一對RF引線910a,910b分別連接在一個RF發(fā)生器上和接地。兩端902和904由一個豎槽906隔開，防止兩端短路。但是，本申請人認(rèn)為鄰近線圈端部902和904會產(chǎn)生等離子密度的不均勻性。本發(fā)明則可以減少或避免鄰近線圈端部的這種不均勻性。
本實施例的線圈104由多個線圈托座122(圖1)支承在外罩105上，托座使線圈104與支撐外罩105電絕緣。如在1997年5月8日遞交(代理案卷#1186-P1/PVD/DV)、題目為“用于產(chǎn)生等離子體的凹式線圈”、并轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人的在審申請No.08/853,024中詳細(xì)所述，絕緣線圈托座122具有一個內(nèi)部迷宮結(jié)構(gòu)，可以允許導(dǎo)電物質(zhì)從目標(biāo)110重復(fù)沉積到線圈托座122上，同時防止從線圈104到外罩105形成沉積物質(zhì)的一個完整的導(dǎo)電路徑，否則會使線圈104到外罩105(通常在地上)短路。
RF能量由引線200a和200b施加到線圈104上，引線由絕緣引線托座124支撐。同線圈支撐托座122一樣，引線托座124可以使導(dǎo)電物質(zhì)從目標(biāo)連續(xù)沉積到引線托座124上而不會形成可能會使線圈104到外罩105短路的一個導(dǎo)電路徑。同樣，線圈引線托座124具有一個內(nèi)部迷宮結(jié)構(gòu)，它與線圈托座122類似，以防止在線圈104和外罩的壁140之間形成短路。
所示實施例的線圈104由1/2×1/8英寸的重載實心高純度(最好純度為99.995％)的鈦帶制成，形成一個直徑為10-12英寸的單圈線圈。但是，可以取決于被噴射的物質(zhì)以及其他因素采用其他的高導(dǎo)電性材料和形狀。例如，帶可以為1/16英寸薄并且高度超過2英寸。總之，如果要噴射線圈物質(zhì)，目標(biāo)和線圈可以采用相同的材料。除了所示的帶的形狀外，尤其是如果需要水冷時，可以采用中空管。為了促進(jìn)附著，線圈表面可以由公知的處理方式處理，包括酸浸、表面滾花或噴丸。
如圖3和4中所示以及在1998年3月16日遞交的題目為“單圈線圈的交迭設(shè)計”并轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的在審申請No.90/039,695中詳細(xì)所述，一個單圈線圈的兩端可以定位成“軸向交迭”，以包圍基質(zhì)的整個外周。所示實施例的線圈104通常為圓形并限定一個中心軸線130(圖2)，此中心軸線最好與基質(zhì)和基質(zhì)保持件的中心軸線131對齊。術(shù)語“軸向交迭”表示線圈端部在一個基本平行于基質(zhì)保持件一軸線的方向中交迭，此軸線垂直于支承基質(zhì)的基質(zhì)保持件的表面?；|(zhì)保持件軸線限定從線圈沉積到基質(zhì)上的沉積物質(zhì)行進(jìn)的“軸”向。在此實施例中，目標(biāo)、線圈、以及基質(zhì)都同軸對齊。但是，本發(fā)明可以應(yīng)用到其他實施例中，其中一個源設(shè)計成使目標(biāo)、線圈以及基質(zhì)的軸線指向同一個方向但彼此偏離。在另外的實施例中，一個源可以設(shè)計成使目標(biāo)、線圈以及基質(zhì)的軸線以任何簡單的方式不對齊。而且，線圈可以不是圓形的，這樣它就沒有一個對稱中心軸線。但是，如在此所用的，線圈端部認(rèn)為是“軸向交迭”而不論當(dāng)線圈端部在一個基本平行于基質(zhì)保持件軸線的方向中交迭時線圈與基質(zhì)方位的實際情況如何。
如上所述，兩個端部117和119分別通過RF引線200a和200b分別連在RF發(fā)生器106和接地。每個引線包括一個感應(yīng)連接件201(圖4)，它最好通過一個為此設(shè)置在線圈端部中的孔端連接在相應(yīng)的線圈端部上。也可以在線圈端部上設(shè)置其他類型的連接端子。一個槽600分隔兩個端部117和119，以確保具有小阻抗和小距離的線圈電流路徑包圍線圈并防止在RF發(fā)生器106和系統(tǒng)地極之間發(fā)生短路。由于線圈104具有軸向交迭的端部，線圈覆蓋等離子發(fā)生器區(qū)和基質(zhì)的整個周面。這樣，線圈端部被認(rèn)為圓周方向也交迭。換句話說，包括基質(zhì)的腔室等離子發(fā)生區(qū)的任何軸向橫截面甚至在槽附近也包含一部分線圈104。因此，一部分線圈在基質(zhì)的每個徑向與基質(zhì)對齊。結(jié)果，可以相信對與線圈槽對齊的那部分基質(zhì)改進(jìn)了沉積均勻性。通過對比，在圖9中所示的常規(guī)線圈中在槽906中沿線902所做的一個軸向橫截面將包含一部分常規(guī)線圈，因為線圈900的端部不交迭。因此，同圖3和4的線圈104的600相比，鄰近槽906會產(chǎn)生較高的噴射量的不連續(xù)性。
根據(jù)本發(fā)明，可以看出通過分別將RF引線200a和200b定位在交迭的線圈端部117和119上而使RF電流路徑(以虛線300表示)完全包圍等離子產(chǎn)生區(qū)而沒有任何方位間斷，則可以改進(jìn)線圈端部附近等離子體的密度均勻性，RF電流可以沿線圈表面推進(jìn)。這樣，在一半的循環(huán)中電流從RF引線200a圍繞線圈周面行進(jìn)并回到RF線圈200b，如電流路徑300所示。(在另一半循環(huán)中，電流可以在相反的方向中從RF引線200b圍繞線圈回到引線200a行進(jìn))。通過分別將RF引線200a和200b與線圈104的連接點(diǎn)201放在線圈端部117和119的交迭部中，可以使電流路徑300沿線圈的端部拉得更接近。以此方式，可以避免會引起等離子密度不均勻的電流路徑中的周向或方位間隙。
通過對比，在圖9中的現(xiàn)有技術(shù)中的線圈900中，線圈900的端部902和904不交迭，并且RF引線910a和910b不連接在交迭端上。結(jié)果，引線910a和910b之間的周向或方位間隙912會在從一個引線向另一個引線圍繞線圈900的電流路徑920中產(chǎn)生一個相似的周向或方位間隙?？梢韵嘈旁诰€圈電流路徑的這樣一個周向間隙中會不利地影響線圈端部附近的等離子密度，相應(yīng)地不利地影響沉積均勻性。
圖4示出在兩個端部117和119之間的槽600附近線圈104的局部圖。線圈端部117在引線200a的一個接頭件201處連在RF發(fā)生器106上，而線圈端部119在引線200b的接頭件201處連在阻直電容120上。引線將RF功率通過外罩105傳給線圈104。引線的托座124將線圈104支撐在外罩105上但也將線圈與外罩絕緣。
線圈端部117具有一個突出部602，它包括一個大端604，大端604在上邊限定一個側(cè)凹部610。相反，線圈端部119具有一個突出部626，它帶有一個在下邊限定一凹部630的大端628。
線圈的兩端117和119以一種分開的交指方式交迭。更具體地，端部117的突出部602承接在端部119的凹部630中。同樣，端部119的突出部626承接在端部117的凹部610中。但是，端部117的每個部分與端部119的每個部分間隔開，以形成一個S形槽600，這樣可以防止在RF發(fā)生器106和系統(tǒng)地極之間產(chǎn)生短路。
盡管槽600隔開兩個端部117和119，線圈104的電流路徑300有效地覆蓋基質(zhì)和等離子發(fā)生區(qū)的整個外周而不在周向范圍中有任何間隙或斷點(diǎn)，因為伸入端部119突出部626中的電流路徑300的部分與伸入端部117突出部602的電流路徑300的部分軸向交迭。換句話說，沿整個等離子產(chǎn)生區(qū)周面所做的線圈104的每個軸向橫截面包含一部分線圈104的電流路徑300。任何一個線圈104的軸向橫截面都包括一部分線圈104的RF電流路徑300。
線圈104的內(nèi)部豎直面640可以分成多個豎向區(qū)，它們跨過線圈的整個軸向?qū)挾?，如用虛線表示的一個窗口區(qū)642所示。如果窗口642在一個與線圈凹部610隔開的虛線644上居中，由窗口642包圍的區(qū)域在窗口642的整個范圍上與線圈端部117交迭。結(jié)果，經(jīng)過窗口642的電流路徑300的密度同圍繞線圈周面例如端部119附近的線646的類似的點(diǎn)相比，在虛線644附近相對恒定。但是，如果窗口642在與凹部610交叉的虛線648上區(qū)中，由窗口642圍繞的區(qū)域就不會完全是線圈端部117的表面，因為窗口642中的某些區(qū)域會包圍一部分槽600和一部分端部119。因此，在與線圈端部117表面一致的窗口642的區(qū)域部分中電流密度在線648附近大于在線644附近。相反，在與線圈端部119表面一致的窗口642的部分中與線648鄰近的電流密度較小甚至為零，因為進(jìn)入線圈端部119中的電流路徑300基本不會延伸過RF引線200a?？梢韵嘈叛剜徑€648的線圈端部117的表面較高的電流密度可以補(bǔ)償沿鄰近線648的線圈端部119的表面較低的電流密度，這樣等離子密度基本保持恒定。但是通過對比，如果窗口642在圖9中所示的以前的線圈引線910a和910b之間的周向間隙912中的虛線920上居中，這樣一個窗口的電流密度為零或基本為零，因為引線沒有任何周向交迭。因此，等離子密度在線圈端部附近變化很大。
在圖4的實施例中，RF引線200a和200b交迭成在鄰近線圈端部和引線之間的一個區(qū)域中電流路徑300本身基本在周向交迭。這樣，例如如果窗口區(qū)642在引線和鄰近的線圈端部之間的虛線650上居中，線650附近的線圈端部117的電流密度基本與線650附近線圈端部119的電流密度一致。結(jié)果，鄰近RF引線之間的線圈端部的整個電流密度和生成的等離子密度可以比在某些場合中需要的要高。
圖5示出了本發(fā)明一第二實施例的一個線圈104a的一個局部圖。線圈104a與圖4的線圈104類似，只是線圈104a的形狀在兩端660和670不同，這樣便于RF引線交迭同時減小電流路徑300的交迭。線圈104a在兩端660和670分別具有互補(bǔ)的凹部區(qū)672和676。端部660具有一個在凹部區(qū)672之下的突出部678。相反，端部670具有一個在凹部區(qū)676之上的突出部680。端部670的突出部680承接在端部660的凹部區(qū)672中，而端部660的突出部678由端部670的凹部區(qū)676承接。但是，端部660的每一部分邊緣表面682都與端部670的每一部分邊緣表面684隔開，以在表面682和684之間形成一個槽690，這樣可以防止在RF發(fā)生器106和系統(tǒng)地極之間產(chǎn)生短路。
與線圈104相似，線圈104a的電流路徑300a圍繞等離子發(fā)生區(qū)和基質(zhì)的整個周面延伸而不會在周向范圍中產(chǎn)生任何間隙或斷點(diǎn)?？梢员苊庵芟蜷g隙、因為端部660的突出部678的RF引線200a的連接件201和端部670的突出部680的RF引線200b彼此軸向交迭。此外，通過軸向?qū)R與腔室軸線130(圖2)平行的由線692表示的RF引線連接件可以減小電流路徑300a的交迭。
圖6示出本發(fā)明一第三實施例的線圈104b的一局部圖。線圈104b與圖5的線圈104a的相同之處在于線圈104b的兩端700和720軸向交迭，這樣線圈104b圍繞等離子發(fā)生區(qū)的整個周面延伸而在此范圍中不產(chǎn)生任何間隙或斷點(diǎn)。但是，線圈104b具有兩個形狀不同于線圈104a兩個端部的端部700和720，以形成一個形狀也不同于線圈104a的槽680的槽722。線圈104b的兩端700和720被削成斜端，以具有一個大約為三角形的形狀。
具有一個對角斜坡形狀的槽722形成在表面702和721之間。槽722隔開兩個端部700和722，但如前所述，兩個端部700和720軸向交迭，這樣線圈104b圍繞基質(zhì)的整個周面延伸而不會在此范圍中產(chǎn)生任何間隙或斷點(diǎn)。同線圈104和104a一樣，線圈104b可以圍繞整個等離子發(fā)生區(qū)噴射線圈物質(zhì)并耦合能量，因為圍繞整個等離子產(chǎn)生區(qū)所做的每個線圈104b的徑向橫截面都包括一部分線圈104b。但是，同線圈104a不一樣，線圈104b的RF引線200a和200b基本周向不交迭。此外，電流路徑300b周向不交迭。但是，由于線圈104b的周向交迭的端部700和720以及RF引線200a和200b周向不對齊，同圖9中所示的線圈900的RF引線910a和910b相比，圖6中所示的引線200a和200b可以移動地更接近。如圖中所示，線圈900的引線910a和910b周向?qū)R而線圈端部902和904不交迭。結(jié)果，鄰近線圈104b的線圈端部的任何等離子密度不均勻性同圖9的線圈900的端部902和904附近相比可以大大減小。
圖7和8示出本發(fā)明一第四實施例的線圈104c。線圈104c與上述圖4-6中的線圈104、104a和104b的不同之處在于線圈104c的兩個端部750和760彼此徑向交迭，而不是象線圈104、104a和104b那樣軸向交迭。換句話說，端部760位于端部750“之后”(即位于端部750和外罩105之間)，而不是軸向處于端部750之上或之下。盡管線圈104c的兩端徑向交迭而非軸向交迭，線圈104c仍可以圍繞等離子發(fā)生區(qū)的整個周面延伸而不會在周向范圍中產(chǎn)生任何間隙或斷點(diǎn)，這樣圍繞此整個等離子發(fā)生區(qū)的周面所做的線圈104c的任何徑向橫截面包含一部分線圈104c，其方式與線圈104、104a和104b類似。
從圖8中清楚可見，RF引線200c在一連接件780處與線圈端部760相連。另一個RF引線200d在連接件782處與線圈端部750相連。為了避免在電流路徑中產(chǎn)生周向間隙并減小在線圈端部的電流路徑交迭，引線連接件780和782最好徑向交迭并更好為徑向?qū)R。在所示的實施例中，連接件782和780徑向?qū)R，其中線圈端部750的引線連接件782在線圈端部760的引線連接件780之“前”。以此方式，線圈引線在一徑向周向交迭。應(yīng)理解可以通過在一個非正交的方向中定位線圈端部槽而將線圈端部和線圈引線同時設(shè)置成在徑向和軸向都周向交迭。
一軸向定位的對角槽770隔開兩個端部750和760，這樣可以防止在RF引線和系統(tǒng)地極之間產(chǎn)生短路。即使線圈104c的兩端徑向而非軸向交迭，線圈104c也可以圍繞等離子產(chǎn)生區(qū)的整個周向噴射線圈物質(zhì)并耦合能量，因為圍繞等離子發(fā)生區(qū)的整個周向所做的線圈104c的每個徑向橫截面都包括一部分線圈104c。
線圈端部之間的間隙應(yīng)足夠大，以防止在極性不同的兩端之間產(chǎn)生電弧。間隙應(yīng)足夠大以防止從目標(biāo)噴射出的沉積物質(zhì)跨接兩個端部并使兩個端部短路。另一方面，間隙越小，間隙附近那些線圈部分的噴射量的不均勻性越小。在所示的實施例中，槽600的間隙大約為4-8mm，最好大約為6mm。但是，可以理解根據(jù)上述特定的場合可以選擇其他尺寸的間隙。
從圖1中可見，腔室100具有一個暗區(qū)擋環(huán)132，它相對于目標(biāo)110提供一個地平面，在此之上進(jìn)行負(fù)偏置。擋環(huán)132遮擋目標(biāo)的外邊以免有等離子體，從而減小向目標(biāo)外邊噴射。
等離子腔室100由一個與真空腔配合的調(diào)節(jié)器環(huán)組件152支撐。腔室外罩105通過調(diào)節(jié)器環(huán)組件152與系統(tǒng)地極相連。同腔室外罩105一樣，暗區(qū)擋環(huán)132也通過調(diào)節(jié)器環(huán)組件152接地。
目標(biāo)110通常為盤形，但也可以具有其他形狀。目標(biāo)還由調(diào)節(jié)器環(huán)組件152支撐但負(fù)偏置，因此應(yīng)與在地上的調(diào)節(jié)器環(huán)組件152絕緣。因此，一個陶瓷絕緣環(huán)組件172位于形成在目標(biāo)110下側(cè)中的一個環(huán)形通道中，而且此陶瓷絕緣環(huán)組件172還位于目標(biāo)152上側(cè)中的一個相應(yīng)的通道174中。絕緣環(huán)組件172可以由包括陶瓷在內(nèi)的多種絕緣材料制成，它將目標(biāo)110與調(diào)節(jié)器環(huán)組件152隔開，這樣目標(biāo)110可以適當(dāng)?shù)刎?fù)偏置。目標(biāo)、調(diào)節(jié)器和陶瓷環(huán)組件設(shè)有O形密封表面(未示出)，以提供一個從真空腔到目標(biāo)110的真空密閉組件。
還可以看出本發(fā)明可以應(yīng)用于具有多于一個RF供給線圈的等離子腔室。例如，本發(fā)明可以應(yīng)用于用于發(fā)射螺旋波的多線圈腔室。
適當(dāng)?shù)腞F發(fā)生器以及匹配的電路對本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的。例如，適當(dāng)?shù)乜梢岳绮捎靡粋€ENI成因系列的RF發(fā)生器，它具有“頻率搜索”的功能，可以找到與電路和天線相匹配的最佳的頻率。向線圈104產(chǎn)生RF能的發(fā)生器頻率最好為2MHz或13.56MHz，但可以理解此范圍可以在0.3MHz至60MHz中變化。
在上述所示實施例中，腔室外罩105具有一個400mm(16英寸)的直徑，但可以理解可以由150-635mm(6英寸-25英寸)范圍中的直徑取得滿意的結(jié)果。腔室外罩105可以由包括絕緣材料例如陶瓷或石英的多種材料制成。但是，腔室外罩105以及所有可能要涂覆目標(biāo)物質(zhì)的金屬表面最好由一種如不銹鋼或黃銅的材料制成，否則由與噴射的目標(biāo)物質(zhì)相同的材料制成。將要涂覆的結(jié)構(gòu)材料的熱膨脹系數(shù)與噴射的物質(zhì)十分接近，這樣可以減小從腔室外罩105或其他結(jié)構(gòu)噴射到基質(zhì)12上的物質(zhì)的分層脫落。另外，要涂覆的物質(zhì)應(yīng)該具有與噴射物質(zhì)良好的粘性。這樣例如如果沉積物質(zhì)是鈦，可能要涂覆的腔室外罩105、托座122和124以及其它結(jié)構(gòu)的優(yōu)選金屬為鈦。其它更可能要噴射的表面例如線圈以及引線托座122和124的端蓋最好由與目標(biāo)110相同類型的材料制成，例如高純度、表面處理過的鈦。當(dāng)然，如果要沉積的物質(zhì)不是鈦，優(yōu)選的金屬為沉積物質(zhì)?？梢酝ㄟ^在噴射目標(biāo)110之前對非噴射結(jié)構(gòu)涂覆鉬而改進(jìn)粘著性。最好線圈104(或其它要噴射的表面)不涂有鉬或其他材料，因為如果從線圈104噴射，鉬可能會污染基質(zhì)112。
基質(zhì)112至目標(biāo)110的間距在約120-150mm的范圍中，最好約為140mm(約5.5英寸)，但也可以在38至200mm(1.5英寸至8英寸)的范圍中。對此晶片與目標(biāo)的間距可以由一個直徑為290mm(11.5英寸)與目標(biāo)間隔約50mm(1.9英寸)的線圈取得適當(dāng)?shù)姆蛛A晶片底部范圍?？梢园l(fā)現(xiàn)增大線圈的直徑可以將線圈遠(yuǎn)離工件邊緣，這對底部范圍有不利的影響。另一方面，減小線圈直徑使線圈接近晶片邊緣可以不利地影響層的均勻性。
沉積均勻性還與線圈和目標(biāo)的間距成函數(shù)關(guān)系。如前所述，線圈和目標(biāo)之間50mm(1.9英寸)的間距對一個140mm的目標(biāo)與晶片間距是令人滿意的。豎向移動線圈接近或遠(yuǎn)離目標(biāo)(或晶片)可以不利地影響沉積層的均勻性。
可以利用多種前置氣體產(chǎn)生等離子體，包括Ar、H2、O2和N2或反應(yīng)氣體如NF3、CF4等其它氣體。各種前置氣體的壓力適當(dāng)?shù)匕?.1-50mTorr的壓力。但是10mTorr和50mTorr之間的壓力便于噴射物質(zhì)的電離。
當(dāng)然，可以理解在本發(fā)明的各個方面可以對其進(jìn)行修改，這對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是明顯的，一部分在學(xué)習(xí)后很明顯，而其他的為常規(guī)的機(jī)械和電子設(shè)計的內(nèi)容。還可以有其他的實施例，其特定的設(shè)計取決于特定的應(yīng)用場合。對此，本發(fā)明的范圍不由上述具體實施例的限定，而是只由權(quán)利要求書及其等同物限定。
權(quán)利要求
1．一種用于處理一半導(dǎo)體工件的設(shè)備，包括一個腔室；一個保持件，具有用于支撐所述工件的一表面；一個與所述保持件相鄰的等離子產(chǎn)生區(qū)；一個用于將能量感應(yīng)耦合到所述等離子發(fā)生區(qū)的等離子體中的線圈，所述線圈限定一個圓周并具有第一端和第二端，第二端與第一端隔開但在圓周方向鄰近第一端與其交迭；一個第一RF引線，具有一個與所述線圈的所述第一端連接的第一接頭件；以及一個第二RF引線，具有一個與所述線圈的所述第二端連接的第二接頭件，所述第二接頭件與所述第一接頭件圓周交迭。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，還包括一個噴射目標(biāo)，噴射目標(biāo)定位成可以通過所述等離子發(fā)生區(qū)向工件噴射沉積物質(zhì)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述線圈是一個單圈線圈。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述工件保持件表面限定一個基本垂直于所述工件保持件表面的軸線，而且所述第一RF引線接頭件和所述第二RF引線接頭件在基本平行于所述工件保持件軸線的一個方向中交迭。
5．根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述線圈基本為圓形并限定一個中心軸線，并且所述第一RF引線接頭件和所述第二RF引線接頭件在基本平行于所述中心軸線的一個方向中交迭。
6．根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一和第二端為斜切端。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一端具有一個突出部而所述第二端限定一個凹部，這樣所述突出部由所述凹部承接但與其隔開。
8．根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一端具有一第一突出部和一第一凹部，而所述第二端限定一由所述第一凹部承接但與其隔開的第二突出部，第二端還限定一個承接第一突出部但與其隔開的第二凹部。
9．根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，第一RF引線接頭件連接在第一端突出部上而第二RF引線接頭件連接在第二端突出部上。
10．根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，線圈限定一個半徑而第二接頭件在徑向與第一接頭件交迭。
11．根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，線圈基本為圓形并限定一個中心軸線和一個基本長度恒定并垂直于所述中心軸線的半徑，并且所述第二接頭件在垂直于所述中心軸線的一個徑向中與所述第一接頭件交迭。
12．根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一和第二端為斜切端。
13．根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一端具有一個突出部而所述第二端限定一個凹部，這樣所述突出部由所述凹部承接但與其隔開。
14．根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一端具有一第一突出部和一第一凹部，而所述第二端限定一由所述第一凹部承接但與其隔開的第二突出部，第二端還限定一個承接第一突出部但與其隔開的第二凹部。
15．根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，第一RF引線接頭件連接在第一端突出部上而第二RF引線接頭件連接在第二端突出部上。
16．根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，還包括一個位于所述腔室中的噴射目標(biāo)，以提供一個噴射沉積物質(zhì)源，其中所述線圈由與所述目標(biāo)相同類型的材料形成并定位成可以向所述工件上噴射所述線圈物質(zhì)，還包括用于偏置所述目標(biāo)和線圈的裝置，這樣所述線圈和所述目標(biāo)物質(zhì)沉積在所述工件上在其上形成一個層。
17．一種用于電離要沉積在一個工件上的沉積物質(zhì)的設(shè)備，包括一個腔室；一個具有用于支撐所述工件的一表面的保持件；一個與所述保持件相鄰的等離子區(qū)；一個用于將能量感應(yīng)耦合到所述等離子產(chǎn)生區(qū)的等離子體中的線圈，所述線圈具有第一端和第二端，第二端與第一端隔開但在圓周方向鄰近第一端與其交迭；一個第一RF引線，與所述線圈的所述第一端連接；以及一個第二RF引線，與所述線圈的所述第二端連接并沿所述第一和第二引線之間的所述線圈限定一個小距離電流路徑，其中所述小距離電流路徑鄰近所述線圈端部交迭。
18．一種用于電離要沉積在一個工件上的沉積物質(zhì)的設(shè)備，包括一個腔室；一個噴射目標(biāo)；一個具有用于支撐所述工件的一表面的保持件；一個與所述保持件相鄰的等離子區(qū)；一個用于將能量感應(yīng)耦合到所述等離子發(fā)生區(qū)的等離子體中的單圈線圈，所述線圈具有第一端和第二端，第二端與第一端隔開但在圓周方向鄰近第一端與其交迭，其中所述第一端具有一第一突出部和一第一凹部，而所述第二端限定一由所述第一凹部承接但與其隔開的第二突出部，第二端還限定一個承接第一突出部但與其隔開的第二凹部；一個第一RF引線接頭件，與所述線圈的所述第一端突出部連接；以及一個第二RF引線接頭件，與所述線圈的所述第二端突出部連接。
19．一種用于在一工件上噴射物質(zhì)的設(shè)備，包括一個腔室；一設(shè)置在所述腔室中用于將所述物質(zhì)噴射到所述工件上的目標(biāo)；一個用于工件的保持件；一個位于所述目標(biāo)和所述保護(hù)件之間基本為圓柱形的等離子發(fā)生區(qū)；一個用于將能量感應(yīng)耦合到所述等離子發(fā)生區(qū)的等離子體中的單圈線圈，所述線圈具有第一端和第二端，第二端與第一端隔開但與其交迭；一個第一RF引線，具有一個與所述線圈的所述第一端連接的第一接頭件；以及一個第二RF引線，具有一個與所述線圈的所述第二端連接的第二接頭件，所述第二接頭件與所述第一接頭件交錯。
20．一種用于處理一半導(dǎo)體裝置的方法，包括向一個腔室提供一種等離子前置氣體；以及從一個具有兩個隔開但彼此鄰近的交迭端的線圈發(fā)射RF能并進(jìn)入一個包含由所述線圈激勵的等離子體的等離子發(fā)生區(qū)，所述發(fā)射包括通過一第一RF引線和一第二RF引線向所述線圈提供RF能，其中所述第一RF引線具有一個與所述線圈的第一端連接的第一接頭件，第二RF引線具有一個與所述線圈的所述第二端連接的第二接頭件，所述第二接頭件與所述第一接頭件圓周交迭。
21．根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，還包括從所述線圈向所述半導(dǎo)體裝置上噴射物質(zhì)，以在所述半導(dǎo)體裝置上形成一層所述的物質(zhì)。
22．根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其特征在于，還包括從一個目標(biāo)向所述半導(dǎo)體裝置上噴射物質(zhì)，以在所述半導(dǎo)體裝置上形成一層所述的物質(zhì)。
23．根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述線圈是一個單圈線圈。
24．根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述工件保持件表面限定一個基本垂直于所述工件保持件表面的軸線，并且所述第二接頭件在基本平行于所述工件保持件軸線的一個方向中與所述第一接頭件交迭。
25．根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述線圈基本為圓形并限定一個中心軸線，并且所述第二接頭件在平行于所述中心軸線的一個方向中與所述第一接頭件交迭。
26．根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述第一和第二端為斜切端。
27．根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述第一端具有一個突出部而所述第二端限定一個凹部，這樣所述突出部由所述凹部承接但與其隔開。
28．根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述第一端具有一第一突出部和一第一凹部，而所述第二端限定一由所述第一凹部承接但與其隔開的第二突出部，第二端還限定一個承接第一突出部但與其隔開的第二凹部。
29．根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，第一RF引線接頭件連接在第一端突出部上而第二RF引線接頭件連接在第二端突出部上。
30．根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，線圈限定一個半徑而第二接頭件在徑向與第一接頭件交迭。
31．根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，線圈基本為圓形并限定一個中心軸線和一個基本長度恒定并垂直于所述中心軸線的半徑，并且所述第二接頭件在垂直于所述中心軸線的一個徑向與所述第一接頭件交迭。
32．根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述第一和第二端為斜切端。
33．根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述第一端具有一個突出部而所述第二端限定一個凹部，這樣所述突出部由所述凹部承接但與其隔開。
34．根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述第二端具有一個突出部而所述第一端限定一個凹部，這樣所述第二端的所述突出部由所述第一端的所述凹部承接但與其隔開。
35．根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述第一端具有至少一個突出部和至少一個凹部，而所述第二端具有至少一個突出部和至少一個凹部，這樣所述第一端的所述突出部由所述第二端的所述凹部承接而所述第二端的所述突出部由所述第一端的所述凹部承接。
36．根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，第一RF引線接頭件連接在第一端突出部上而第二RF引線接頭件連接在第二端突出部上。
37．根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述第一和第二端為斜切端。
38．根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述線圈圍繞所述等離子發(fā)生區(qū)和所述基質(zhì)保持件。
39．根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，所述線圈相對于所述基質(zhì)保持件軸向移動。
40．一種在一工件上沉積沉積物質(zhì)的方法，包括從一個線圈向一等離子發(fā)生區(qū)耦合能量以產(chǎn)生均勻分布的等離子體來電離所述物質(zhì)，所述線圈覆蓋整個所述等離子發(fā)生區(qū)的周面并具有兩個隔開但交迭的端部，每個端部限定一個突出部和一個凹部，所述發(fā)射包括通過一第一RF引線和一第二RF引線向所述線圈提供RF能，其中所述第一RF引線具有一個與所述線圈的第一端連接的第一接頭件，第二RF引線具有一個與所述線圈的所述第二端連接的第二接頭件；以及從所述線圈向所述工件上噴射物質(zhì)，以在所述工件上形成一層所述的物質(zhì)。
41．一種用于處理一半導(dǎo)體裝置的方法，包括向一個腔室提供一種等離子前置氣體；以及從一個具有兩個隔開但彼此鄰近的交迭端部的線圈以及一個從線圈一端向線圈另一端圍繞所述線圈的RF電流路徑發(fā)射RF能，所述RF電流路徑相鄰所述線圈端部沒有很大的方位間隙。
42．一種在一半導(dǎo)體處理設(shè)備中用于將RF能量感應(yīng)耦合到一等離子發(fā)生區(qū)中的等離子體中的線圈，所述線圈具有第一和第二RF接頭，包括一導(dǎo)體件，限定一個圓周并具有第一端和第二端，第二端與第一端隔開但在圓周方向鄰近第一端與其交迭；所述線圈導(dǎo)體件的所述第一端具有一個與一第一RF接頭連接的第一連接端；以及所述線圈導(dǎo)體件的所述第二端具有一個與一第二RF接頭連接的第二連接端，所述第一和第二連接端沿所述第一和第二連接端之間的所述線圈限定一個小距離電流路徑，其中所述小距離電流路徑鄰近所述線圈端部交迭。
43．一種在一半導(dǎo)體處理設(shè)備中用于將RF能量感應(yīng)耦合到一等離子產(chǎn)生區(qū)中的等離子體中的線圈，所述線圈具有第一和第二RF接頭，包括一導(dǎo)體件，限定一個圓周并具有第一端和第二端，第二端與第一端隔開但在圓周方向鄰近第一端與其交迭；所述線圈導(dǎo)體件的所述第一端具有一個與一第一RF接頭連接的第一連接端；以及所述線圈導(dǎo)體件的所述第二端具有一個與一第二RF接頭連接的第二連接端，所述第二連接端與所述第一連接端圓周交迭。
44．一種在一半導(dǎo)體處理設(shè)備中用于將RF能量感應(yīng)耦合到一等離子產(chǎn)生區(qū)中的等離子體中的線圈，所述線圈具有第一和第二RF接頭，包括一導(dǎo)體件，限定一個圓周并具有第一端和第二端，第二端與第一端隔開但在圓周方向鄰近第一端與其交迭；其中所述第一端具有一第一突出部和一第一凹部，而所述第二端限定一由所述第一凹部承接但與其隔開的第二突出部，第二端還限定一個承接第一突出部但與其隔開的第二凹部；而且所述線圈導(dǎo)體件的所述第一端的所述第一突出部具有一個與一第一RF接頭連接的第一連接端；而所述線圈導(dǎo)體件的所述第二端的所述第二突出部具有一個與一第二RF接頭連接的第二連接端。
全文摘要
一種用于在一基質(zhì)處理機(jī)中向一等離子體感應(yīng)耦合RF能的線圈,具有相鄰并圓周交迭的RF引線,引線與交迭的端部相鄰,以改進(jìn)基質(zhì)處理的均勻性。
文檔編號H01L21/203GK1316096SQ99810434
公開日2001年10月3日 申請日期1999年6月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月10日
發(fā)明者普拉布拉姆·高伯拉加, 徐征, 邁克爾·羅森斯坦, 約翰·C·福斯特 申請人:應(yīng)用材料有限公司