專利名稱：一種等離子體處理裝置的制作方法
技術領域：
一種等離子體處理裝置技術領域[0001]本實用新型涉及半導體器件的制造領域，尤其涉及一種離子體處理裝置。
背景技術：
等離子體處理裝置廣泛應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之一，其原理主要是使用射頻功率驅動電感耦合線圈產生較強的高頻交變磁場，使得低壓的反應氣體被電離產生等離子體。等離子體中含有大量的電子、離子、激發態的原子、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生多種物理和化學反應，使得基片表面的形貌發生改變，即完成刻蝕過程；另外，上述活性離子比常規的氣態反應物具有更高的活性，可以促進反應氣體間的化學反應，即可以實現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構，其邊緣區域所激發的磁場強度較強，而中心區域所激發的磁場強度較弱，因此使得等離子體處理腔內邊緣區域的等離子體密度較高，中心區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生反應氣體的等離子體。電容稱合型處理(CCP, capacitive coupledplasma)裝置為在真空的反應腔內平行設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，另一電極接地來產生射頻電場，對引入所述反應腔內的反應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生化學反應，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腔內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。
實用新型內容為了解決上述技術問題，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置一氣體解離室，所述的氣體解離室外設置一線圈，所述線圈連接第二射頻功率源；[0010]所述上電極設置多個氣體通孔，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氣體源。所述的氣體解離室外設置的線圈為電感耦合線圈，在放置所述電感耦合線圈處設置絕緣材料窗口。在所述的電感耦合線圈內通入交變電流以形成交變的感應磁場，從而在氣體解離室解離引入的反應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為碳化硅或硅。所述的真空處理腔連接一個第二反應氣體源。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置一氣體解離室，所述的氣體解離室連接反應氣體源，所述氣體解離室解離引入的反應氣體形成第一等離子體；所述真空處理腔內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合的方式，使得反應氣體經過兩次解離，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、目的和優點將會變得更明顯圖I示出根據本實用新型的一個優選實施例的等離子體處理裝置的結構示意圖；圖2示出實施例2的結構示意圖。
具體實施方式
以下結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上方設置一氣體解離室110，氣體解離室110上方設置一線圈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置絕緣材料窗口。在上電極I上設置多個氣體通孔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連接一反應氣體源120。反應氣體源120中的反應氣體進入氣體解離室110，反應氣體包括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，內通入交變電流以形成交變的感應磁場，所述的感應磁場對反應氣體進行加熱，使所述氣體分子解離成包括自由基在內的等離子體。等離子體中含有大量的電子、離子、激發態的原子、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生射頻電場，對引入真空處理腔100內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，上述活性粒子可以和待處理基片4的表面發生多種物理和化學反應，使得基片表面的形貌發生改變，即完成刻蝕過程。其中對硅的刻蝕速率起主導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生。以通入氣體為CF4為例經過氣體解離室110中一次解離后產生了較高濃度的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中產生的濃度，但是會產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原子數量來得大。主要原因是已經解離后的F在進入真空處理腔100內后沒有減少，而原來已經解離為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，通過不同反應腔的功率和頻率的調節可以實現兩者濃度比例可調。上述反應氣體僅僅舉例使用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，這些屬于公知技術在此不再贅述。上述反應腔的解離率也僅僅是舉例，實際解離率隨著反應腔結構的不同略有差別，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生較快化學反應，加快刻蝕過程，二氟化碳粒子在刻蝕出的小孔側壁形成晶體聚合物，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，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還有另一反應氣體源130，反應氣體源130和反應氣體源120內的反應氣體可以為相同，也可以為不同，但至少包括氟碳化合物氣體，反應氣體源130中的反應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氣體源，具體的連接方式和氣體處理方式與反應氣體源130相同；本實施例的他技術特征和實施例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，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氣體源，詳細內容參見實施例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，任何本領域技術人員在不脫離本實用新型的精神和范圍內，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當以本實用新型權利要求所界定的范圍為準。
權利要求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置ー氣體解離室，所述的氣體解離室外設置ー線圈，所述線圈連接第二射頻功率源； 所述上電極設置多個氣體通孔，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氣體源。
2.根據權利要求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置的線圈為電感耦合線圈，在放置所述電感耦合線圈處設置絕緣材料窗ロ。
3.根據權利要求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通入交變電流以形成交變的感應磁場，從而在氣體解離室解離引入的反應氣體形成第一等離子體。
4.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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為碳化硅或硅。
7.根據權利要求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置ー氣體解離室，所述的氣體解離室連接反應氣體源，所述氣體解離室解離引入的反應氣體形成第一等離子體； 所述真空處理腔內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.根據權利要求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氣體源。
10.根據權利要求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置一氣體解離室，所述的氣體解離室上設置一線圈，所述線圈連接另一射頻功率源；所述上電極設置多個氣體通孔，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氣體源。通過采用兩種解離裝置結合的方式，使得反應氣體經過兩次解離，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 優先權日2011年12月8日
發明者凱文·佩爾斯 申請人:中微半導體設備(上海)有限公司