專利名稱：一種等離子體處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種等離子體處理裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及半導(dǎo)體器件的制造領(lǐng)域，尤其涉及一種離子體處理裝置。
背景技術(shù)：
等離子體處理裝置廣泛應(yīng)用于集成電路的制造工藝中，如沉積、刻蝕等。其中，電感率禹合型等離子體(ICP, Inductively Coupled Plasma)裝置是等離子體處理裝置中的主流技術(shù)之一，其原理主要是使用射頻功率驅(qū)動電感耦合線圈產(chǎn)生較強的高頻交變磁場，使得低壓的反應(yīng)氣體被電離產(chǎn)生等離子體。等離子體中含有大量的電子、離子、激發(fā)態(tài)的原子、分子和自由基等活性粒子，上述活性粒子可以和待處理基片的表面發(fā)生多種物理和化學反應(yīng)，使得基片表面的形貌發(fā)生改變，即完成刻蝕過程；另外，上述活性離子比常規(guī)的氣態(tài)反應(yīng)物具有更高的活性，可以促進反應(yīng)氣體間的化學反應(yīng)，即可以實現(xiàn)等離子體增強型化學氣相沉積(PECVD)。所述電感耦合線圈一般為平面螺旋結(jié)構(gòu)，其邊緣區(qū)域所激發(fā)的磁場強度較強，而中心區(qū)域所激發(fā)的磁場強度較弱，因此使得等離子體處理腔內(nèi)邊緣區(qū)域的等離子體密度較高，中心區(qū)域的等離子體密度較低，從而使待處理晶片刻蝕不均勻。在對半導(dǎo)體器件的制造過程中，還可以采用電容耦合式的等離子體處理裝置來產(chǎn)生反應(yīng)氣體的等離子體。電容稱合型處理(CCP, capacitive coupledplasma)裝置為在真空的反應(yīng)腔內(nèi)平行設(shè)置有至少一對平板式的第一電極和第二電極，將其中一電極施加射頻電源，另一電極接地來產(chǎn)生射頻電場，對引入所述反應(yīng)腔內(nèi)的反應(yīng)氣體電離以生成蝕刻用的等離子體。相對于電感耦合式等離子體處理裝置，電容耦合式的等離子體處理裝置具有更好的均勻性，然而由于其產(chǎn)生等離子的濃度較抵，使得待處理晶片的刻蝕速率較低。在刻蝕過程中，經(jīng)電感耦合式等離子體處理裝置或電容耦合式等離子體處理裝置解離出的氟粒子可以和基片表面發(fā)生化學反應(yīng)，主要起刻蝕作用，解離出的二氟化碳離子可以在刻蝕出的小孔側(cè)壁形成聚合物，以保護被刻蝕小孔。然而目前單一的解離腔使得反應(yīng)腔內(nèi)的氟離子濃度和二氟化碳離子濃度是相互牽制的，在有更多的氟離子刻蝕的同時，形成聚合物的二氟化碳離子濃度也同步增加。在一些場合需要獲得更多單個原子的氟同時需要較少的氟碳化合物來形成聚合物時，原有的等離子處理裝置就無法滿足需要了。

實用新型內(nèi)容為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種等離子體處理裝置，包括一真空處理腔；所述真空處理腔內(nèi)包括一上電極和一下電極，所述上電極嵌入所述真空處理腔的頂壁；所述下電極連接第一射頻功率源，待處理的基片放置在所述下電極上方；所述真空處理腔上方設(shè)置一氣體解離室，所述的氣體解離室外設(shè)置一線圈，所述線圈連接第二射頻功率源；[0010]所述上電極設(shè)置多個氣體通孔，所述的氣體解離室和所述的真空處理腔通過所述上電極氣體連通；所述的氣體解離室連接反應(yīng)氣體源。所述的氣體解離室外設(shè)置的線圈為電感耦合線圈，在放置所述電感耦合線圈處設(shè)置絕緣材料窗口。在所述的電感耦合線圈內(nèi)通入交變電流以形成交變的感應(yīng)磁場，從而在氣體解離室解離引入的反應(yīng)氣體形成第一等離子體。所述的在氣體解離室中解離后的反應(yīng)氣體，通過作為所述真空處理腔上電極上的氣體通孔進入所述真空處理腔。所述的真空處理腔中的上電極接地。所述的真空處理腔中的上電極材質(zhì)為碳化硅或硅。所述的真空處理腔連接一個第二反應(yīng)氣體源。本實用新型還公開了一種等離子體處理裝置，包括一真空處理腔；所述真空處理腔上方設(shè)置一氣體解離室，所述的氣體解離室連接反應(yīng)氣體源，所述氣體解離室解離引入的反應(yīng)氣體形成第一等離子體；所述真空處理腔內(nèi)包括一上電極和一下電極，所述上電極嵌入所述真空處理腔的頂壁；所述下電極連接一射頻功率源，待處理的基片放置在所述下電極上；所述真空處理腔解離引入的反應(yīng)氣體形成第二等離子體；所述第二等離子體濃度小于所述第一等離子體；所述上電極設(shè)置多個氣體通孔，所述的氣體解離室和所述的真空處理腔通過所述上電極氣體連通。所述的真空處理腔連接一個第二反應(yīng)氣體源。所述的真空處理腔中的上電極接地。通過采用兩個解離裝置結(jié)合的方式，使得反應(yīng)氣體經(jīng)過兩次解離，增加了離子濃度，同時使得刻蝕所需的氟粒子和形成聚合物所需的二氟化碳粒子濃度不再互相牽制，從而更好的完成刻蝕過程。

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本實用新型的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯圖I示出根據(jù)本實用新型的一個優(yōu)選實施例的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2示出實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖說明本實用新型的具體實施方式
。實施例I :如圖I所示，本實用新型公開了一種等離子體處理裝置，適用于在基片刻蝕工藝中。本實用新型公開的等離子體處理裝置包括一真空的處理腔100 ;真空處理腔100內(nèi)包括一上電極I和一下電極2，上電極I嵌入真空處理腔100的頂壁8 ;下電極2連接一射頻功率源5，待處理的基片4放置在下電極2上。真空處理腔100上方設(shè)置一氣體解離室110，氣體解離室110上方設(shè)置一線圈3，連接另一射頻功率源6，本實施例的線圈選用電感耦合線圈，在放置所述電感耦合線圈處設(shè)置絕緣材料窗口。在上電極I上設(shè)置多個氣體通孔7，氣體解離室110和真空處理腔100通過帶有多個氣體通孔7的上電極I氣體連通，在氣體解離室110連接一反應(yīng)氣體源120。反應(yīng)氣體源120中的反應(yīng)氣體進入氣體解離室110，反應(yīng)氣體包括41~、02、0)、0)2、H2、CxFy或CxFyHz中的一種或者幾種，其中，氟碳化合物氣體是刻蝕過程中最重要的氣體之一；將電感耦合線圈3連接射頻功率源6，內(nèi)通入交變電流以形成交變的感應(yīng)磁場，所述的感應(yīng)磁場對反應(yīng)氣體進行加熱，使所述氣體分子解離成包括自由基在內(nèi)的等離子體。等離子體中含有大量的電子、離子、激發(fā)態(tài)的原子、分子和自由基等活性粒子，其中，不帶電的原子、分子和自由基等活性粒子通過作為真空處理腔100的上電極I上的氣體通孔7進入真空處理腔100。帶電的離子在經(jīng)過上電極進入下方真空處理室100時會與上電極中微小尺寸氣孔側(cè)壁碰撞而中和，所以解離后的帶電離子也以原子或自由基的形式進入下方的真空處理腔100。真空處理腔100平行設(shè)置有一對平板式的上電極I和下電極2，將下電極 2施加射頻電源，上電極接地使得上下電極間產(chǎn)生射頻電場，對引入真空處理腔100內(nèi)的未被解離的分子和粒子再次電離以生成蝕刻用的等離子體。在真空處理腔100內(nèi)，上述活性粒子可以和待處理基片4的表面發(fā)生多種物理和化學反應(yīng)，使得基片表面的形貌發(fā)生改變，即完成刻蝕過程。其中對硅的刻蝕速率起主導(dǎo)作用的是刻蝕氣體中F自由基的濃度，同時聚合物太多由會減緩刻蝕速率。當需要更高刻蝕速率時就需要更高的F原子或F自由基的濃度，同時要求更低的CF2濃度以減少聚合物產(chǎn)生。以通入氣體為CF4為例經(jīng)過氣體解離室110中一次解離后產(chǎn)生了較高濃度的F和CF2以及大量未解離的CF4。比如20%比例的F和10%比例CF2以及90%含量比例的CF4進入真空處理室100。二次解離后原有F原子或自由基仍然存在，原有已經(jīng)解離過的CF2中的部分分子和未解離的CF4中的部分分子再次被解離形成新的F、CF2等。由于電容耦合反應(yīng)腔的解離率較低只有1%，所以最后這樣兩次解離疊加后F原子或自由基的濃度為(20+0.2+1.8)%= 22%大于氣體解離室110中產(chǎn)生的濃度，但是會產(chǎn)生聚合物的氟碳化合物CF2的濃度為(10-0. 1+0. 9) %= 10. 8%反而變化沒有F原子數(shù)量來得大。主要原因是已經(jīng)解離后的F在進入真空處理腔100內(nèi)后沒有減少，而原來已經(jīng)解離為CF2的再次被解離新形成的F，增加了 F的濃度，同時減少了 CF2的濃度。以上僅僅是舉例說明通過2個反應(yīng)腔后解離的方式可以使的F的濃度與CF2的濃度不再是同等比例的變化，通過不同反應(yīng)腔的功率和頻率的調(diào)節(jié)可以實現(xiàn)兩者濃度比例可調(diào)。上述反應(yīng)氣體僅僅舉例使用CF4，實際刻蝕中可以是任何氟碳化合物或氟碳氫化合物如C4F8，CH2F2等，這些屬于公知技術(shù)在此不再贅述。上述反應(yīng)腔的解離率也僅僅是舉例，實際解離率隨著反應(yīng)腔結(jié)構(gòu)的不同略有差別，從上述比較可知下方真空處理腔解離率越高則效果越明顯。氟離子或自由基和基片表面發(fā)生較快化學反應(yīng)，加快刻蝕過程，二氟化碳粒子在刻蝕出的小孔側(cè)壁形成晶體聚合物，保護小孔只在縱向深度進行刻蝕，從而很好的完成刻蝕過程。本實施例中真空處理腔100中的上電極I材質(zhì)為碳化硅或硅，可以采用化學沉積制得。在刻蝕過程中，上電極I保持接地狀態(tài)，能屏蔽上方氣體解離室110中的射頻電場進入下方的真空處理腔100，在與連接射頻電源5的下電極形成射頻電場的同時，保證氣體解離室110中的電場對真空處理腔100不造成干擾。[0033]實施例2 :如圖2所示的實施例，除從氣體解離室110內(nèi)通過上電極I的氣體通孔
7進入真空處理腔100的氣體及自由基等粒子外，在真空處理腔100頂壁8還有另一反應(yīng)氣體源130，反應(yīng)氣體源130和反應(yīng)氣體源120內(nèi)的反應(yīng)氣體可以為相同，也可以為不同，但至少包括氟碳化合物氣體，反應(yīng)氣體源130中的反應(yīng)氣體進入真空處理腔100，與從氣體解離室110中的氣體及自由基等粒子一起進行電容耦合等離子體解離，得到更多刻蝕所需要的氟粒子和二氟化碳粒子，從而使得氟粒子濃度和二氟化碳粒子濃度不再相互牽制，更好的完成刻蝕過程。圖2所示的實施例還可以連接多個反應(yīng)氣體源，具體的連接方式和氣體處理方式與反應(yīng)氣體源130相同；本實施例的他技術(shù)特征和實施例I中的完全一致，不再贅述。實施例3 :本實施例提供另一種形式的等離子體處理裝置，本實施例的技術(shù)方案和上述實施例原理大致相同，不同點在于所述的氣體解離室采用電子回旋共振技術(shù)，解離出的等離子體相對于上述實施例的氣體解離室濃度更高。本實施例也可以在真空處理腔連接一個第二反應(yīng)氣體源，詳細內(nèi)容參見實施例I. 本實用新型雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本實用新型，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因此本實用新型的保護范圍應(yīng)當以本實用新型權(quán)利要求所界定的范圍為準。
權(quán)利要求1.一種等離子體處理裝置，包括 一真空處理腔； 所述真空處理腔內(nèi)包括一上電極和一下電極，所述上電極嵌入所述真空處理腔的頂壁；所述下電極連接第一射頻功率源，待處理的基片放置在所述下電極上方；其特征在于所述真空處理腔上方設(shè)置ー氣體解離室，所述的氣體解離室外設(shè)置ー線圈，所述線圈連接第二射頻功率源； 所述上電極設(shè)置多個氣體通孔，所述的氣體解離室和所述的真空處理腔通過所述上電極氣體連通； 所述的氣體解離室連接反應(yīng)氣體源。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述的氣體解離室外設(shè)置的線圈為電感耦合線圈，在放置所述電感耦合線圈處設(shè)置絕緣材料窗ロ。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的等離子體處理裝置，其特征在于，在所述的電感耦合線圈內(nèi)通入交變電流以形成交變的感應(yīng)磁場，從而在氣體解離室解離引入的反應(yīng)氣體形成第一等離子體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述的在氣體解離室中解離后的反應(yīng)氣體，通過作為所述真空處理腔上電極上的氣體通孔進入所述真空處理腔。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述的真空處理腔中的上電極接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述的真空處理腔中的上電極材質(zhì)為碳化硅或硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述的真空處理腔連接ー個第二反應(yīng)氣體源。
8.一種等離子體處理裝置，包括 一真空處理腔；其特征在于 所述真空處理腔上方設(shè)置ー氣體解離室，所述的氣體解離室連接反應(yīng)氣體源，所述氣體解離室解離引入的反應(yīng)氣體形成第一等離子體； 所述真空處理腔內(nèi)包括一上電極和一下電極，所述上電極嵌入所述真空處理腔的頂壁；所述下電極連接一射頻功率源，待處理的基片放置在所述下電極上方； 所述真空處理腔解離引入的反應(yīng)氣體形成第二等離子體；所述第二等離子體濃度小于所述第一等離子體的濃度； 所述上電極設(shè)置多個氣體通孔，所述的氣體解離室和所述的真空處理腔通過所述上電極氣體連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的ー種等離子體處理裝置，其特征在于所述的真空處理腔連接ー個第二反應(yīng)氣體源。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的ー種等離子體處理裝置，其特征在于所述的真空處理腔中的上電極接地。
專利摘要本實用新型公開了一種等離子體處理裝置，包括一真空處理腔，所述真空處理腔內(nèi)包括一上電極和一下電極，所述上電極嵌入所述真空處理腔的頂壁；所述下電極連接一射頻功率源，待處理的基片放置在所述下電極上；所述真空處理腔上方設(shè)置一氣體解離室，所述的氣體解離室上設(shè)置一線圈，所述線圈連接另一射頻功率源；所述上電極設(shè)置多個氣體通孔，所述的氣體解離室和所述的真空處理腔通過所述上電極連通；所述的氣體解離室連接一反應(yīng)氣體源。通過采用兩種解離裝置結(jié)合的方式，使得反應(yīng)氣體經(jīng)過兩次解離，增加了離子濃度，同時使得，刻蝕所需的氟粒子和形成聚合物所需的二氟化碳粒子濃度不再互相牽制，從而更好的完成刻蝕過程。
文檔編號H05H1/46GK202406373SQ201120510369
公開日2012年8月29日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者凱文·佩爾斯 申請人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司