專利名稱：用于等離子體發(fā)生器的可控制諧波的射頻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種等離子體發(fā)生器的射頻系統(tǒng)，特別涉及ー種用于等離子體發(fā)生器的可控制諧波的射頻系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，在半導(dǎo)體器件的制造過程中，一般在等離子體發(fā)生器的真空處理腔室內(nèi)，生成引入其中的反應(yīng)氣體的等離子體，對處理腔室內(nèi)放置的基片進(jìn)行蝕刻等處理?，F(xiàn)有如雙頻電容耦合等離子體發(fā)生器中，真空反應(yīng)腔內(nèi)平行設(shè)置有平板式的上電極與下電極。例如，在下電極上同時施加相隔一定頻率的第一射頻源和第二射頻源，其中頻 率較高的第一射頻源(如60MHz)，用以控制反應(yīng)氣體中離子解離或等離子體密度；頻率較低的第二射頻源(如2MHz)引入偏壓來控制入射到基片的離子能量和能量分布。然而，由于等離子體與射頻源相互作用引起的非線性效應(yīng)，會有高頻的射頻源的二次、三次或其他的諧波產(chǎn)生，影響反應(yīng)腔內(nèi)等離子體分布使放置在下電極上的基片，其中心位置上方的等離子體密度較高，而對應(yīng)基片邊緣位置的等離子體密度較低；射頻源的頻率越高，這種等離子體分布不均勻的現(xiàn)象越明顯，因而造成基片蝕刻的不均勻。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于等離子體發(fā)生器的可控制諧波的射頻系統(tǒng)，在射頻源與真空反應(yīng)腔之間的匹配盒內(nèi)設(shè)置可輸出調(diào)諧阻抗的諧波控制裝置，對高頻的射頻源的諧波電流進(jìn)行抑制或調(diào)節(jié)，以控制等離子體在基片表面的分布。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種用于等離子體發(fā)生器的可控制諧波的射頻系統(tǒng)，向驅(qū)動電極施加射頻能量，在等離子體發(fā)生器的真空反應(yīng)腔內(nèi)，形成反應(yīng)氣體的等離子體對基片進(jìn)行處理，其中，所述射頻系統(tǒng)包含
第一射頻源，其提供生成所述等離子體的射頻能量；以及
匹配盒，其連接在所述第一射頻源與所述驅(qū)動電極之間，其中設(shè)置有匹配電路，使所述反應(yīng)腔內(nèi)等離子體的負(fù)載阻抗與所述第一射頻源的輸出阻抗相匹配；
其特點是，所述匹配盒中還設(shè)置有諧波控制裝置，與所述第一射頻源連接，所述諧波控制裝置產(chǎn)生ー阻抗值可調(diào)的調(diào)諧阻抗，對所述第一射頻源的諧波阻抗進(jìn)行調(diào)整。所述第一射頻源的諧波電流與所述第一射頻源的功率成正比；在所述第一射頻源的功率一定時，其諧波電流與所述諧波控制裝置輸出的調(diào)諧阻抗的阻抗值成反比。所述基片放置在所述反應(yīng)腔內(nèi)底部；
該基片表面的所述等離子體，其密度在對應(yīng)基片中心的位置最大井向基片邊緣位置遞
減；
所述等離子體對應(yīng)基片中心及邊緣的該密度差，與所述第一射頻源的諧波電流成正比，即與所述調(diào)諧阻抗的阻抗值成反比。所述諧波控制裝置是在所述第一射頻源與所述驅(qū)動電極之間串聯(lián)設(shè)置的電感、低通濾波器或帶阻濾波器；
或者，所述諧波控制裝置是在所述第一射頻源與所述驅(qū)動電極之間并聯(lián)接地的電容、高通濾波器或帶通濾波器。所述諧波控制裝置是所述串聯(lián)設(shè)置的電感，其電感值為O. ΙμΗ 100μΗ。所述諧波控制裝置是所述低通濾波器，其進(jìn)ー步包含在所述第一射頻源與所述驅(qū)動電極之間串聯(lián)設(shè)置的兩個電感，以及在所述兩個電感之間并聯(lián)接地的電容；所述兩個電感為66ηΗ ;所述電容為53pF。所述射頻系統(tǒng)還包含控制反應(yīng)腔內(nèi)離子能量和能量分布的第二射頻源；所述第二射頻源的頻率以一定的間隔差小于所述第一射頻源的頻率。所述第一射頻源的可選頻率包含27MHz，40MHz，60MHz，IOOMHz或120MHz ;所述第ニ射頻源的可選頻率包含13MHz，2MHz或400KHz。本發(fā)明尤其適用于頻率大于40 MHz的所述第一射頻源。所述驅(qū)動電極包含在所述反應(yīng)腔內(nèi)平行設(shè)置的上電極和下電極；
所述第一射頻源，通過所述匹配盒施加至所述上電極或下電極之一；所述匹配盒中為所述第一射頻源配置有所述匹配電路及諧波控制裝置；
所述第二射頻源，通過同一個或另外設(shè)置的匹配盒，施加至所述上電極或下電極上，并與所述第一射頻源施加在相同或不同的所述射頻電極上；所述匹配盒中為所述第二射頻源配置有所述匹配電路。調(diào)整第一射頻源的諧波阻抗的所述諧波控制裝置，其設(shè)置于所述第一射頻源的匹配電路的輸出端與所述射頻電極之間；
或者，所述諧波控制裝置設(shè)置于所述第二射頻源的匹配電路的輸出端與所述射頻電極之間，并與所述第一射頻源連接；
或者，所述諧波控制裝置設(shè)置于所述第一、第二射頻源的匹配電路的公共輸出端與所述射頻電極之間；
或者，所述第一射頻源的匹配電路的輸出端，和所述第二射頻源的匹配電路的輸出端，分別連接有一諧波控制裝置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述用于等離子體發(fā)生器的可控制諧波的射頻系統(tǒng)，其優(yōu)點在于本發(fā)明通過所述諧波控制裝置，可以輸出一高阻抗的調(diào)諧阻抗來抑制第一射頻源的二次、三次的諧波電流，使基片表面的等離子體能均勻分布；或者，通過使其輸出的調(diào)諧阻抗在高阻抗至低阻抗之間可調(diào)，來控制諧波電流的大小，從而可在基片中心及邊緣表面獲得不同的等離子體密度，并對應(yīng)產(chǎn)生不同的蝕刻效果。
圖I是根據(jù)本發(fā)明的ー個具體實施例的用于等離子體發(fā)生器的可控制諧波的射頻系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意 圖2是根據(jù)本發(fā)明的ー個具體實施例的射頻系統(tǒng)中所述諧波控制裝置是低通濾波器時的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是根據(jù)本發(fā)明的ー個具體實施例的射頻系統(tǒng)在不同的阻抗下對基片不同位置的蝕刻速率的示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合
本發(fā)明的具體實施方式
。本發(fā)明所述用于等離子體發(fā)生器的可控制諧波的射頻系統(tǒng)，在射頻源與射頻電極之間的匹配盒中設(shè)置諧波控制裝置，其提供一調(diào)諧阻抗對高頻的射頻源的諧波電流進(jìn)行抑制或調(diào)節(jié)。以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行描述。圖I是根據(jù)本發(fā)明的ー個具體實施例的用于等離子體發(fā)生器的可控制諧波的射頻系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖，如圖I所示，在等離子體發(fā)生器中設(shè)置有真空的反應(yīng)腔30，在其底部的靜電吸盤33 (ESC)上放置基片40，該靜電吸盤33中設(shè)置有下電極31，在反應(yīng)腔30內(nèi)頂部設(shè)置有與下電極31平行的上電極32。在射頻系統(tǒng)作用下，引入反應(yīng)腔30的反應(yīng)氣體60能夠解離形成等離子體50，從而進(jìn)一步地對所述基片40進(jìn)行蝕刻等處理。 所述射頻系統(tǒng),包含以電纜等與所述下電極31電性連接的一匹配盒20(matchingbox),以及通過所述匹配盒20施加至所述下電極31的第一射頻源11、第二射頻源12。其中，所述第一射頻源11的頻率較高，通過在上下電極之間形成射頻電場，對等離子體50的生成及密度進(jìn)行控制。所述第二射頻源12通過控制等離子體50鞘層自偏壓，對入射到基片40的離子能量和能量分布進(jìn)行控制。所述第一射頻源11的頻率可以是27MHz, 40MHz, 60MHz, IOOMHz或120MHz等；與之相匹配，所述第二射頻源12的頻率可以是13MHz，2MHz 或 400KHz 等。所述匹配盒20通過設(shè)置的匹配電路(圖中未示出)，使所述反應(yīng)腔30內(nèi)等離子體50的負(fù)載阻抗與所述第一、第二射頻源的輸出阻抗相匹配，來減少所述第一、第二射頻源的反射率，從而使第一、第二射頻源各自以最大的輸出功率施加至所述下電極31。為了實現(xiàn)諧波控制，本實施例所述射頻系統(tǒng)，在所述匹配盒20的輸出端，即所述第一、第二射頻源的匹配電路的公共端之后，進(jìn)ー步設(shè)置有一諧波控制裝置21。所述諧波控制裝置21提供了一阻抗值可調(diào)的調(diào)諧阻抗，對其中高頻的第一射頻源11的諧波阻抗進(jìn)行調(diào)整，從而對該第一射頻源11的二次、三次的諧波電流進(jìn)行控制。需要說明的是，本發(fā)明尤其適用于第一射頻源11的射頻為大于40 MHz的應(yīng)用場合，在此情況下，本發(fā)明的發(fā)明效果最佳，可以更好地通過輸出一高阻抗的所述調(diào)諧阻抗來抑制第一射頻源11的二次、三次的諧波電流，使基片40表面的等離子體50能均勻分布；或者，更有效地通過使其輸出的調(diào)諧阻抗在高阻抗至低阻抗之間可調(diào)，來控制該諧波電流的大小，此時可在基片40中心及邊緣表面獲得不同的等離子體密度，從而對應(yīng)產(chǎn)生不同的蝕刻效果。可選地，所述諧波控制裝置21是在所述第一射頻源11與所述驅(qū)動電極之間串聯(lián)設(shè)置的電感、低通濾波器或帶阻濾波器；或者，所述諧波控制裝置21是在所述第一射頻源11與所述下電極31之間并聯(lián)接地的電容、高通濾波器或帶通濾波器?？蛇x地，可以配置O. I μ !Γ ΟΟμ H的串聯(lián)電感作為所述諧波控制裝置21，其適用于調(diào)節(jié)一定頻率范圍內(nèi)的第一射頻源11的諧波控制；優(yōu)選的，所述電感值可以是
2μ H 3 μ Ho可選地，如圖2所示，可以配置低通濾波器作為所述諧波控制裝置21，能夠針對某一特定的第一射頻源11頻率產(chǎn)生的諧波進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。具體地，所述低通濾波器包含在所述第一射頻源11與所述下電極31之間串聯(lián)設(shè)置的兩個電感，以及在所述兩個電感之間并聯(lián)接地的電容。優(yōu)選的，當(dāng)所述第一射頻源11為60MHz時，所述兩個電感為66nH，所述電容為 53pF。結(jié)合圖1，圖3示出了以第一射頻源11的頻率60MHz，第二射頻源12的頻率2MHz的具體實施例中，所述諧波控制裝置21對第一射頻源11的二次諧波電流的調(diào)制作用圖3中橫坐標(biāo)表示基片40的直徑，縱坐標(biāo)表示對基片40上氧化物蝕刻的速率?？梢姡谒鲋C波控制裝置21沒有輸出調(diào)諧阻抗或者輸出ー低阻抗的調(diào)諧阻抗時，所述二次諧波電流較大，即對應(yīng)基片40中心位置的等離子體50密度較高，邊緣位置較低，如起伏較大的曲線I所示，5400A/min以上的蝕刻基片40中心的速率，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于蝕刻基片40最邊緣約4200A/min的速率。
與之相比，若所述諧波控制裝置21輸出一高阻抗的調(diào)諧阻抗，則能使二次諧波電流變小，相應(yīng)地使對應(yīng)基片40中心與基片40邊緣位置的等離子體50密度差變小，即蝕刻基片40中心的速率減小至4700A/min左右，其與蝕刻基片40邊緣的速率4200A/min左右之間的速率差明顯變小，因此獲得的曲線2較為平坦。因而，本發(fā)明所述諧波控制裝置21，可以通過輸出一高阻抗的調(diào)諧阻抗來抑制第一射頻源11的二次、三次的諧波電流，使基片40表面的等離子體50能均勻分布；或者，通過使其輸出的調(diào)諧阻抗在高阻抗至低阻抗之間可調(diào)，來控制諧波電流的大小，并對應(yīng)在基片40中心及邊緣獲得不同的等離子體密度，以產(chǎn)生不同的蝕刻效果。本發(fā)明的實施結(jié)構(gòu)并不限于上述描述，例如，所述第一射頻源還可以通過匹配盒施加到上電極上；所述第二射頻源可以是施加在與所述第一射頻源相同或不同的上電極或下電極上。上述給出了諧波控制裝置設(shè)置在第一、第二射頻源的匹配電路公共端之后的結(jié)構(gòu)(圖I);該諧波控制裝置還可以僅在第一射頻源的匹配電路之后設(shè)置，或者僅在第二射頻源的匹配電路之后設(shè)置；又或者，第一、第二射頻源的匹配電路之后分別設(shè)置一諧波控制裝置，但所述諧波控制裝置只對高頻的第一射頻源的諧波電流進(jìn)行調(diào)整。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種用于等離子體發(fā)生器的可控制諧波的射頻系統(tǒng)，向驅(qū)動電極施加射頻能量，在等離子體發(fā)生器的真空反應(yīng)腔(30)內(nèi)，形成反應(yīng)氣體(60)的等離子體(50)對基片(40)進(jìn)行處理，其中，所述射頻系統(tǒng)包含 第一射頻源(11)，其提供生成所述等離子體(50)的射頻能量； 匹配盒(20)，其連接在所述第一射頻源(11)與所述驅(qū)動電極之間，其中設(shè)置有匹配電路，使所述反應(yīng)腔(30)內(nèi)等離子體(50)的負(fù)載阻抗與所述第一射頻源(11)的輸出阻抗相匹配， 其特征在于 所述匹配盒(20)中還設(shè)置有諧波控制裝置(21)，與所述第一射頻源(11)連接，所述諧波控制裝置(21)產(chǎn)生ー阻抗值可調(diào)的調(diào)諧阻抗，對所述第一射頻源(11)的諧波阻抗進(jìn)行調(diào)整。
2.如權(quán)利要求I所述用于等離子體發(fā)生器的可控制諧波的射頻系統(tǒng)，其特征在于，所述第一射頻源(11)的諧波電流與所述第一射頻源(11)的功率成正比；在所述第一射頻源(11)的功率一定時，其諧波電流與所述諧波控制裝置(21)輸出的調(diào)諧阻抗的阻抗值成反比。
3.如權(quán)利要求2所述用于等離子體發(fā)生器的可控制諧波的射頻系統(tǒng)，其特征在于，所述基片(40)放置在所述反應(yīng)腔(30)內(nèi)底部； 該基片(40)表面的所述等離子體(50)，其密度在對應(yīng)基片(40)中心的位置最大并向基片(40)邊緣位置遞減； 所述等離子體(50)對應(yīng)基片(40)中心及邊緣的該密度差，與所述第一射頻源(11)的諧波電流成正比，即與所述調(diào)諧阻抗的阻抗值成反比。
4.如權(quán)利要求3所述用于等離子體發(fā)生器的可控制諧波的射頻系統(tǒng)，其特征在于，所述諧波控制裝置(21)是在所述第一射頻源(11)與所述驅(qū)動電極之間串聯(lián)設(shè)置的電感、低通濾波器或帶阻濾波器； 或者，所述諧波控制裝置(21)是在所述第一射頻源(11)與所述驅(qū)動電極之間并聯(lián)接地的電容、高通濾波器或帶通濾波器。
5.如權(quán)利要求4所述用于等離子體發(fā)生器的可控制諧波的射頻系統(tǒng)，其特征在于，所述諧波控制裝置(21)是所述串聯(lián)設(shè)置的電感，其電感值為O. I μ H ^lOO μ H。
6.如權(quán)利要求4所述用于等離子體發(fā)生器的可控制諧波的射頻系統(tǒng)，其特征在干，所述諧波控制裝置(21)是所述低通濾波器，其進(jìn)ー步包含在所述第一射頻源(11)與所述驅(qū)動電極之間串聯(lián)設(shè)置的兩個電感，以及在所述兩個電感之間并聯(lián)接地的電容；所述兩個電感為66ηΗ ;所述電容為53pF。
7.如權(quán)利要求I所述用于等離子體發(fā)生器的可控制諧波的射頻系統(tǒng)，其特征在于，還包含控制反應(yīng)腔(30)內(nèi)離子能量和能量分布的第二射頻源(12);所述第二射頻源(12)的頻率以一定的間隔差小于所述第一射頻源(11)的頻率。
8.如權(quán)利要求7所述用于等離子體發(fā)生器的可控制諧波的射頻系統(tǒng)，其特征在于，所述第一射頻源(11)的可選頻率包含27MHz，40MHz，60MHz，IOOMHz或120MHz ;所述第二射頻源(12)的可選頻率包含13MHz，2MHz或400KHz。
9.如權(quán)利要求I或7所述用于等離子體發(fā)生器的可控制諧波的射頻系統(tǒng)，其特征在干，所述第一射頻源(11)的頻率大于40MHZ。
10.如權(quán)利要求7所述用于等離子體發(fā)生器的可控制諧波的射頻系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動電極包含在所述反應(yīng)腔(30)內(nèi)平行設(shè)置的上電極(32)和下電極(31)； 所述第一射頻源(11)，通過所述匹配盒施加至所述上電極(32 )或下電極(31)之一；所述匹配盒中為所述第一射頻源(11)配置有所述匹配電路及諧波控制裝置(21)； 所述第二射頻源(12)，通過同一個或另外設(shè)置的匹配盒，施加至所述上電極(32)或下電極(31)上，并與所述第一射頻源(11)施加在相同或不同的所述射頻電極上；所述匹配盒中為所述第二射頻源(12)配置有所述匹配電路。
11.如權(quán)利要求10所述用于等離子體發(fā)生器的可控制諧波的射頻系統(tǒng)，其特征在干，調(diào)整第一射頻源(11)的諧波阻抗的所述諧波控制裝置(21)，其設(shè)置于所述第一射頻源(11)的匹配電路的輸出端與所述射頻電極之間； 或者，所述諧波控制裝置(21)設(shè)置于所述第二射頻源(12)的匹配電路的輸出端與所述射頻電極之間，并與所述第一射頻源(11)連接； 或者，所述諧波控制裝置(21)設(shè)置于所述第一、第二射頻源的匹配電路的公共輸出端與所述射頻電極之間； 或者，所述第一射頻源(11)的匹配電路的輸出端，和所述第二射頻源(12)的匹配電路的輸出端，分別連接有一諧波控制裝置(21)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于等離子體發(fā)生器的可控制諧波的射頻系統(tǒng)，包含提供生成所述等離子體的射頻能量的第一射頻源，以及連接在所述第一射頻源與所述驅(qū)動電極之間的匹配盒，其通過設(shè)置的匹配電路，使所述反應(yīng)腔內(nèi)等離子體的負(fù)載阻抗與所述第一射頻源的輸出阻抗相匹配；本發(fā)明的特點是，在所述匹配盒中還設(shè)置有諧波控制裝置，其產(chǎn)生一阻抗值可調(diào)的調(diào)諧阻抗，來調(diào)整第一射頻源的諧波阻抗，從而抑制該第一射頻源的諧波電流，使基片表面的等離子體能均勻分布；或者，諧波控制裝置通過使其輸出的調(diào)諧阻抗在高阻抗至低阻抗之間可調(diào)，來控制諧波電流的大小，并在基片中心及邊緣表面獲得不同的等離子體密度，以對應(yīng)產(chǎn)生不同的蝕刻效果。
文檔編號H05H1/46GK102686004SQ20111006474
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者倪圖強(qiáng), 劉磊, 尹志堯, 杜志游, 歐陽亮, 錢學(xué)明, 陳金元 申請人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司