專利名稱：多螺線管等離子體源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子技術(shù)，特別是一種應(yīng)用于制造集成電路(IC)或MEMS器件的制造工藝中的多螺線管等離子體源。
背景技術(shù)：
目前，隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，人們對集成電路的集成度要求越來越高，這就要求生產(chǎn)集成電路的企業(yè)不斷地提高半導(dǎo)體晶片的加工能力。等離子體裝置廣泛地。其中電感耦合等離子體裝置(ICP)被廣泛應(yīng)用于刻蝕等工藝中。在低壓下，反應(yīng)氣體在射頻功率的激發(fā)下，產(chǎn)生電離形成等離子體，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，這些活性反應(yīng)基團(tuán)和被刻蝕物質(zhì)表面發(fā)生各種物理和化學(xué)反應(yīng)并形成揮發(fā)性的生成物，從而使材料表面性能發(fā)生變化。
ICP裝置在半導(dǎo)體制造方面能夠完成多種工藝，如各向異性刻蝕和化學(xué)氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，CVD)等。對于各向異性刻蝕，ICP裝置用于產(chǎn)生高密度的等離子體，等離子產(chǎn)生時通常需要通過低壓高射頻進(jìn)行激發(fā)。正離子在射頻產(chǎn)生的偏壓電場作用下垂直向晶圓作加速運(yùn)動，轟擊晶圓產(chǎn)生物理和化學(xué)刻蝕或材料沉積，如對多晶硅、二氧化硅進(jìn)行刻蝕。各向異性刻蝕用于在集成電路制造中生成垂直的側(cè)壁。ICP裝置還用于等向性化學(xué)刻蝕，如剝離光刻膠。
圖1所示的電感耦合等離子體裝置是目前半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備中普遍采用的結(jié)構(gòu)。在半導(dǎo)體加工過程中，從石英蓋1中央的進(jìn)氣口2進(jìn)入反應(yīng)腔室3的工藝氣體被上方的等離子體源電感耦合線圈4電離形成等離子體，生成的等離子體刻蝕晶片5表面的材質(zhì)。系統(tǒng)中分子泵從出氣口6抽出反應(yīng)腔室3的氣體。在這一過程中，使氣體產(chǎn)生電離形成等離子體的射頻功率來自于電感耦合線圈4，為了在被刻蝕物質(zhì)表面上得到比較均勻的刻蝕速率，就需要在反應(yīng)腔室3內(nèi)部晶片5上方獲得比較均勻的等離子體密度分布。這就需要一種新的等離子體源來解決上述問題，使晶片5上方獲得較為均勻的等離子體分布，提高刻蝕的質(zhì)量。
圖2為美國專利(U.S 4948458)提供的一種線圈結(jié)構(gòu)，是目前半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備中大多數(shù)采用的線圈結(jié)構(gòu)，但其所激發(fā)的等離子體分布很不均勻，因?yàn)槠渚€圈結(jié)構(gòu)如圖二所示為平面螺旋結(jié)構(gòu)。該線圈在反應(yīng)室中央部分所激發(fā)的電磁場較強(qiáng)，因此反應(yīng)腔室中央部分的等離子體密度較高，只能依靠擴(kuò)散來彌補(bǔ)外圍密度低的區(qū)域。這就造成了對于氣體壓力的依賴性很大，只是在1-10mTorr(托)應(yīng)用才能有最好的性能。這使得工藝的可調(diào)窗口非常小，對半導(dǎo)體制造工藝造成了很大的局限性。
目前，晶片的尺寸從100mm增加到300mm。反應(yīng)腔室的體積也相應(yīng)增大，邊邊的不對稱問題越來越嚴(yán)重。另外，當(dāng)晶片的直徑達(dá)到300mm時，就需要尺寸大于300mm的線圈。而這時這種傳統(tǒng)的平面結(jié)構(gòu)的螺旋線圈所面臨的問題就是電感過大，相應(yīng)的徑向等離子體密度的不均勻性也在增加。因?yàn)榇箅姼性斐闪司€圈終端間的大的電壓和不穩(wěn)定的阻抗匹配，大電壓還會引起線圈和等離子體間的容性耦合，從而引起低的耦合效率和不均勻的等離子體分布。因此目前大多數(shù)的刻蝕設(shè)備都面臨著刻蝕速率不均勻的問題，這對半導(dǎo)體制造工藝造成了很大的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠在反應(yīng)室內(nèi)晶片上方獲得均勻的等離子體分布的多螺線管等離子體源。
(二)技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明多螺線管等離子體源，包括電感耦合線圈，其中所述電感耦合線圈呈多螺線管狀。
其中電感耦合線圈的射頻輸入端串聯(lián)有電容。
其中所述電感耦合線圈為若干個，它們分為內(nèi)組線圈、外組線圈和中間組線圈三組。
其中所述內(nèi)、外組串聯(lián)或并聯(lián)連接在一起。
其中所述內(nèi)組線圈由并聯(lián)或者串聯(lián)連接在一起的若干個電感耦合線圈組成。所述外組線圈由并聯(lián)或者串聯(lián)連接在一起的若干個電感耦合線圈組成。
其中所述多螺線管等離子體源的射頻輸出端串聯(lián)有接地電容。
其中所述內(nèi)組線圈、外組線圈的射頻輸入端分別串聯(lián)有電容。
(三)有益效果本發(fā)明的多螺線管等離子體源的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于本發(fā)明中，由于電感耦合線圈呈多螺線管狀，是一個具有三維結(jié)構(gòu)的立體線圈，而三維線圈在各個空間方向上產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度比平面結(jié)構(gòu)更加均勻，因此能夠在反應(yīng)室內(nèi)晶片上方獲得均勻的等離子體分布，同時也減小了對氣體壓力的依賴，在較大的氣體壓力范圍內(nèi)都能表現(xiàn)出優(yōu)越的性能。


圖1是現(xiàn)有的電感耦合等離子體裝置的剖視圖；圖2是現(xiàn)有的等離子體源的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的多螺線管等離子體源的立體圖；圖4是圖3的俯視圖。
圖中1.石英蓋；2.中央的進(jìn)氣口；3.反應(yīng)腔室；4.電感耦合線圈；5.晶片；6.出氣口；7.內(nèi)組線圈；8.外組線圈；9.中間組線圈。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明多螺線管等離子體源的具體實(shí)施方式
，但不用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
參見圖3、圖4和圖5。本發(fā)明的多螺線管等離子體源，包括電感耦合線圈1，其中所述電感耦合線圈1呈多螺線管狀，電感耦合線圈1的射頻輸入端串聯(lián)有電容。在多螺線管狀線圈的射頻輸入端串聯(lián)電容用于調(diào)節(jié)線圈上的電流分布，這樣可以更好的控制反應(yīng)室中的電磁場分布，從而使得到達(dá)晶片上的等離子體均勻分布。
本發(fā)明的多螺線管等離子體源中，電感耦合線圈1也可以為若干個，它們分為內(nèi)組線圈7、外組線圈8和中間組線圈9三組，且內(nèi)、中、外三組串聯(lián)或并聯(lián)連接在一起。內(nèi)組線圈7、外組線圈8、中間組線圈9各自由并聯(lián)或者串聯(lián)連接在一起的若干個電感耦合線圈1組成。其中并聯(lián)指相應(yīng)的上端連接在一起，相應(yīng)的下端連接在一起；而串聯(lián)連接為首尾順次連接。射頻輸入端和輸出端分別加在內(nèi)、中、外部線圈的三個終端。在內(nèi)、中、外組線圈并聯(lián)的情況下，則在內(nèi)、中、外三組線圈的射頻輸入端分別串聯(lián)電容，用于調(diào)節(jié)線圈上的電流分布，從而調(diào)節(jié)了反應(yīng)腔室中電磁場的分布；在內(nèi)、中、外組線圈串聯(lián)的情況下，則在射頻輸出端串聯(lián)接地電容，用于調(diào)節(jié)線圈中的駐波電流，調(diào)節(jié)線圈在反應(yīng)室中所激發(fā)的電磁場分布。從而可以很容易的獲得大面積的等離子體，改善大面積工藝中等離子體的均勻性。這種線圈通過多個結(jié)構(gòu)相同或者不同的線圈分布可以靈活的調(diào)節(jié)反應(yīng)腔體中的場分布對稱，使得等離子體的分布在徑向和方位角方向也更加對稱均勻分布。
本發(fā)明的多螺線管等離子體源，使得電磁場在反應(yīng)腔室內(nèi)部的分布很對稱，從而改善了等離子體在反應(yīng)腔室內(nèi)部的分布均勻性，使得在晶片表面上各點(diǎn)的刻蝕速率更加接近。既使隨著晶片尺寸的增大，本發(fā)明的技術(shù)方案也能很好地控制從晶片中央到邊緣的刻蝕速率和均勻性。
以上為本發(fā)明的最佳實(shí)施方式，依據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠顯而易見地想到的一些雷同、替代方案，均應(yīng)落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.多螺線管等離子體源，包括電感耦合線圈(1)，其特征在于所述電感耦合線圈(1)呈多螺線管狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多螺線管等離子體源，其特征在于電感耦合線圈(1)的射頻輸入端串聯(lián)有電容。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多螺線管等離子體源，其特征在于所述電感耦合線圈(1)為若干個，它們分為內(nèi)組線圈(7)、外組線圈(8)和中間組線圈(9)三組。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多螺線管等離子體源，其特征在于所述內(nèi)、外組串聯(lián)連接在一起。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多螺線管等離子體源，其特征在于所述內(nèi)、外組并聯(lián)連接在一起。
6.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5所述的多螺線管等離子體源，其特征在于所述內(nèi)組線圈(7)由并聯(lián)或者串聯(lián)連接在一起的若干個電感耦合線圈(1)組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5所述的多螺線管等離子體源，其特征在于所述外組線圈(8)由并聯(lián)或者串聯(lián)連接在一起的若干個電感耦合線圈(1)組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多螺線管等離子體源，其特征在于所述多螺線管等離子體源的射頻輸出端串聯(lián)有接地電容。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多螺線管等離子體源，其特征在于所述內(nèi)組線圈(7)、外組線圈(8)的射頻輸入端分別串聯(lián)有電容。
全文摘要
本發(fā)明涉及微電子技術(shù)，本發(fā)明多螺線管等離子體源包括若干多螺線管狀。分為內(nèi)組線圈和外組線圈兩組內(nèi)、外組串聯(lián)或并聯(lián)連接在一起。內(nèi)組線圈和外組線圈各自由若干個多螺線管組成。本發(fā)明的多螺線管等離子體源的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于本發(fā)明使得電磁場在反應(yīng)腔室內(nèi)部的分布很對稱，從而改善了等離子體在反應(yīng)腔室內(nèi)部的分布均勻性，使得在晶片表面上各點(diǎn)的刻蝕速率更加接近。即使隨著晶片尺寸的增大，本發(fā)明的技術(shù)方案也能很好地控制從晶片中央到邊緣的刻蝕速率和均勻性。
文檔編號H01J37/32GK1852631SQ20051012639
公開日2006年10月25日 申請日期2005年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月8日
發(fā)明者宋巧麗, 李東三 申請人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司