本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及一種等離子體處理裝置。

背景技術(shù)：

等離子體處理是半導(dǎo)體設(shè)備的制造中不可缺少的技術(shù)，目前等離子體產(chǎn)生源可分為電感藕合等離子體(ICP)和電容耦合等離子體(CCP)。使用CCP的優(yōu)點(diǎn)是具有高的工藝可再現(xiàn)性且相對(duì)于光致抗蝕劑膜具有高的蝕刻選擇性，然而其受制于產(chǎn)生的等離子體的密度低，從而帶來(lái)巨大的能量消耗。另一方面，盡管使用ICP有利于獲得高密度的等離子體從而減少能量消耗，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)等離子體密度和離子能量的獨(dú)立控制，但其缺點(diǎn)在于相對(duì)于光致抗蝕劑膜的低選擇性以及低的工藝可再現(xiàn)性。為了同時(shí)具有CCP和ICP的優(yōu)點(diǎn)，最近提出了自適應(yīng)藕合等離子體(ACP)。

圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施方式的ACP等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意。圖2為圖1中所示的ACP源的俯視圖。參照?qǐng)D1和圖2，具有ACP等離子體源100的等離子體處理裝置包括外殼210，所述外殼210限定用于在其中產(chǎn)生等離子體400的處理腔室200。晶片支撐220設(shè)置于等離子體處理腔室200的內(nèi)部空間的下部區(qū)域，適于在其上支撐晶片300。ACP源100設(shè)置在外殼210的上表面。所述ACP源包括位于其中心的上電極板110和從所述上電極板110伸出以螺旋狀地圍繞該上電極板110的單元線圈120。所述平板形晶片支撐220連接于下射頻(RF)電源230，而所述上電極板110連接于上射頻電源240。具有上述結(jié)構(gòu)的ACP源100通過(guò)下側(cè)平板形晶片支撐220和上電極板110顯示出CCP源的優(yōu)點(diǎn)，且通過(guò)單元線圈120顯示出ICP源的優(yōu)點(diǎn)。

然而，這種具有ACP等離子體源100的等離子體處理裝置仍然 存在電子溫度較高，易于造成襯底損傷的問(wèn)題。因此有必要提出一種改進(jìn)的等離子體處理裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種改進(jìn)的等離子體處理裝置可以調(diào)節(jié)ACP等離子體的能量集中分布于工藝需求的范圍內(nèi)，大大提高了設(shè)備的靈活性和和處理的精確性。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供一種等離子體處理裝置，用于產(chǎn)生自適應(yīng)耦合等離子體，并通過(guò)該等離子體對(duì)被處理體實(shí)施等離子體處理，其特征在于，該等離子體處理裝置包括：處理腔室；設(shè)置在處理腔室上方的上電極板；多個(gè)電感耦合線圈，其設(shè)置于所述處理腔室的上方，且從所述上電極板伸出，并螺旋狀地圍繞所述上電極板；靜電卡盤(pán)，其設(shè)置在所述處理腔室中，用于承載被處理體；下電極板，其位于所述靜電卡盤(pán)下方，其中，所述上電極板與第一上射頻電源連接，所述下電極板與下射頻電源和直流偏壓源連接。

進(jìn)一步地，所述多個(gè)電感耦合線圈包括相對(duì)所述上電極板螺旋向下的部分和相對(duì)所述上電極板螺旋向上的部分。

進(jìn)一步地，所述第一上射頻電源的脈沖與所述下射頻電源的脈沖相位相同。

進(jìn)一步地，所述第一上射頻電源與所述下射頻電源的頻率相同。

進(jìn)一步地，所述第一上射頻電源與所述下射頻電源的頻率不同。

進(jìn)一步地，所述第一上射頻電源的脈沖與所述直流偏壓源的脈沖相位相反。

進(jìn)一步地，所述上電極板還連接有第二上射頻電源。

進(jìn)一步地，所述第一上射頻電源的脈沖與第二上射頻電源的脈沖的相位相反。

進(jìn)一步地，所述下射頻電源的頻率可調(diào)。

進(jìn)一步地，所述上電極板和所述下電極板之間的距離可調(diào)。

本發(fā)明的等離子體處理裝置，兼具CCP和ICP等離子體的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步增強(qiáng)了ICP的作用，使得等離子密度增加，并且通過(guò)施加同步射頻偏壓和異步直流偏壓，可以調(diào)節(jié)ACP等離子體的能量集中 分布于工藝需求的范圍內(nèi)，大大提高了設(shè)備的靈活性和和處理的精確性。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其描述，用來(lái)解釋本發(fā)明的原理。

附圖中：

圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施方式的ACP等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意；

圖2為圖1中所示的ACP源的俯視圖；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4示出了圖3中的等離子體處理裝置的上電極板和電感耦合線圈的放大的截面圖；

圖5示出圖3中的等離子體處理裝置所使用的各電源的脈沖波形圖；

圖6A～圖6C示出了根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理裝置施加不同的偏壓源時(shí)等離子體的能量分布變化示意圖；

圖7示出使用同步脈沖可能產(chǎn)生峰值能量較高的等離子體；

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9示出圖8中的等離子體處理裝置所使用的各電源的脈沖波形圖。

具體實(shí)施方式

在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明可以無(wú)需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明能夠以不同形式實(shí)施，而不應(yīng)當(dāng)解釋為局限于這里提出的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例將使公開(kāi)徹底和完 全，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳遞給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚，層和區(qū)的尺寸以及相對(duì)尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標(biāo)記表示相同的元件。

為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟以及詳細(xì)的結(jié)構(gòu)，以便闡釋本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。

實(shí)施例一

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4示出了圖3中的等離子體處理裝置的上電極板和電感耦合線圈的放大的截面圖。參照?qǐng)D3和圖4，具有ACP等離子體源400的等離子體處理裝置包括外殼510，所述外殼510限定用于在其中產(chǎn)生等離子體400的處理腔室500。靜電卡盤(pán)520設(shè)置于等離子體處理腔室500的內(nèi)部空間的下部區(qū)域，用于承載諸如晶片300的被處理體。在所述靜電卡盤(pán)520下方或內(nèi)部設(shè)置有下電極板(圖未示)，用于與射頻電源連接。

此外，在靜電卡盤(pán)520表面以相對(duì)于靜電卡盤(pán)520的表面能夠伸出返回的方式設(shè)置有用于支撐晶片300以使其進(jìn)行升降的晶片支撐銷(未圖示)。在靜電卡盤(pán)520下方設(shè)置有支撐靜電卡盤(pán)520的支撐部件，且其中優(yōu)選地設(shè)置有可以進(jìn)行伸縮的機(jī)構(gòu)，以調(diào)節(jié)靜電卡盤(pán)520/下電極板的高度(未圖示)，進(jìn)而調(diào)節(jié)等離子體能量。

可以理解的是，在本實(shí)施方式，靜電卡盤(pán)520和下電極板集成在一起，而在其他實(shí)施方式中，靜電卡盤(pán)520和下電極板可以是分離的，或者靜電卡盤(pán)520和下電極板合并為一個(gè)部件，此時(shí)其由導(dǎo)體構(gòu)成。

所述ACP源400設(shè)置在外殼510的上表面。所述ACP源包括位于其中心的上電極板410和從所述上電極板410伸出以螺旋狀地圍繞該上電極板410的多個(gè)電感耦合線圈420。所述下電極板連接于下射頻(RF)電源530和直流偏壓源540，而所述上電極板410連接于第一上射頻電源550。具有上述結(jié)構(gòu)的ACP源400通過(guò)下電電極板和上電極板410顯示出CCP源的優(yōu)點(diǎn)，且通過(guò)多個(gè)電感耦合線圈420顯示出ICP源的優(yōu)點(diǎn)。

在本實(shí)施例中，為了進(jìn)一步提高等離子體的密度，使具有ACP等離子體源400的等離子體處理裝置顯示更多ICP等離子體的特點(diǎn)，本實(shí)施例一方面增大上電極板與處理腔室500頂壁的距離d，以增大上電極板和下電極板之間的距離，從而減弱CCP等離子體的作用，另一方面所述多個(gè)電感耦合線圈420從所述上電極板410伸出后，一部分相對(duì)所述上電極板410螺旋向下延伸，如圖4中420A所示；一部分相對(duì)所述上電極板410螺旋向上延伸，如圖4中420B所示。這樣，進(jìn)一步增加了ICP等離子體的作用，便于增加等離子體密度，并降低能量消耗。

同時(shí)，為了具有ACP等離子體源400的等離子體處理裝置具有高蝕刻選擇性，如圖5所示，在本實(shí)施例中，所述第一上射頻電源550的脈沖與所述下射頻電源530的脈沖相位相同，所述第一上射頻電源550的脈沖與所述直流偏壓源540的脈沖相位相反。

示例性地，在本實(shí)施例，第一上射頻電源550的頻率為13.56MHZ，下射頻電源530的頻率為13.56MHZ或2MHZ或幾百KHZ。即，第一上射頻電源550與下射頻電源530的頻率可以相同，也可以不同?；蛘撸蛇x地，所述下射頻電源530的頻率可調(diào)，以根據(jù)需要選擇合適的頻率。

下面結(jié)合6A～圖6C來(lái)說(shuō)明本實(shí)施例上述射頻電源和偏壓電源的設(shè)置優(yōu)點(diǎn)。

如圖6A所示，其示出一種施加不同偏壓的等離子裝置處理裝置的離子能量分布圖示，由圖6A可知，對(duì)于不同的偏壓，其獲得離子能量不同，并且離子能量分布范圍較廣，表現(xiàn)在圖6A即為離子能量的峰較寬，而圖6B示出的等離子裝置處理裝置中，由于施加的射頻偏壓為同步脈沖，因而使得離子能量分布范圍較窄，表現(xiàn)在圖6B即為離子能量的峰較窄。進(jìn)一步，在圖6C示出的等離子裝置處理裝置中，由于同時(shí)施加的射頻偏壓和直流偏壓，且射頻偏壓同步脈沖，直流偏壓為異步脈沖，因而使得離子能量分布范圍不僅較窄，而且通過(guò)調(diào)節(jié)直流偏壓還可調(diào)節(jié)離子能量的大小，即離子能量峰的高低。

由此可見(jiàn)，在本實(shí)施例中，一方面，通過(guò)使施加在上電極板410和電感耦合線圈的第一上射頻電源的脈沖與施加在下電極板510上 的下射頻電源530的脈沖相位相同，使得等離子體的能量分布較窄，這樣可以實(shí)現(xiàn)精確處理，比如Si-Si鍵能為2.3eV左右，而SiN的鍵能為3.5eV，而通過(guò)使等離子體的能量分布變窄，比如可使等離子體的等量分布集中在2ev～2.5ev之間，使得形成的ACP等離子體的能量只夠打斷Si-Si鍵，而不夠打斷Si-N鍵，從而實(shí)現(xiàn)精確處理或者實(shí)現(xiàn)等離子體刻蝕中的高選擇性。

另一方面，通過(guò)直流偏壓源540在下電極板520上施加直流偏壓，同時(shí)使該直流偏壓的脈沖與第一上射頻電源550的脈沖相位相反，因而可以調(diào)節(jié)形成的ACP等離子體的能量，這樣更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)上述只打斷Si-Si鍵，而不打斷Si-N鍵，即實(shí)現(xiàn)精確處理或者實(shí)現(xiàn)等離子體刻蝕中的高選擇性。比如通過(guò)精確控制ACP等離子體的能量，在刻蝕中僅去除氮化硅，而不去除氧化硅或多晶硅。

綜上可知，在本實(shí)施例中，通過(guò)施加同步射頻偏壓和異步直流偏壓，可以調(diào)節(jié)ACP等離子體的能量集中分布于工藝需求的范圍內(nèi)，大大提高了設(shè)備的靈活性和和處理的精確性。

實(shí)施例二

圖7示出使用同步脈沖可能產(chǎn)生峰值能量較高的等離子體，由圖7可知，當(dāng)在上電極板和電感耦合線圈上的施加的射頻電源與在下電極板上施加的射頻偏壓同步脈沖時(shí)，有可能在某些相位延遲的情況下或射頻電源和射頻偏壓相位相差某一角度時(shí)，產(chǎn)生峰值能量非常高的等離子體，該等離子體會(huì)造成襯底等器件的損傷，為了克服這一困難，我們?cè)谏想姌O板和電感耦合線圈上同時(shí)施加兩種射頻源功率，而兩種射頻源功率相反，相互作用下可以避免上述可能產(chǎn)生的峰值能量非常高的等離子體。

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9示出圖8中的等離子體處理裝置所使用的各電源的脈沖波形圖。如圖8和圖9所示，具有ACP等離子體源500的等離子體處理裝置包括外殼710，所述外殼710限定用于在其中產(chǎn)生等離子體400的處理腔室700。靜電卡盤(pán)720設(shè)置于等離子體處理腔室700的內(nèi)部空間的下部區(qū)域，用于承載諸如晶片300的被處理體。在所述靜 電卡盤(pán)720下方或內(nèi)部設(shè)置有下電極板(圖未示)，用于與射頻電源連接。

此外，在靜電卡盤(pán)720表面以相對(duì)于靜電卡盤(pán)720的表面能夠伸出返回的方式設(shè)置有用于支撐晶片300以使其進(jìn)行升降的晶片支撐銷(未圖示)。在靜電卡盤(pán)720下方設(shè)置有支撐靜電卡盤(pán)720的支撐部件，且其中優(yōu)選地設(shè)置有可以進(jìn)行伸縮的機(jī)構(gòu)，以調(diào)節(jié)靜電卡盤(pán)720/下電極板的高度(未圖示)，進(jìn)而調(diào)節(jié)等離子體能量。

所述ACP源500設(shè)置在外殼710的上表面。所述ACP源包括位于其中心的上電極板510和從所述上電極板510伸出以螺旋狀地圍繞該上電極板510的多個(gè)電感耦合線圈520。所述下電極板連接于下射頻(RF)電源730和直流偏壓源740，而所述上電極板510連接于第一上射頻電源750和第二上射頻電源760。具有上述結(jié)構(gòu)的ACP源500通過(guò)下電電極板和上電極板510顯示出CCP源的優(yōu)點(diǎn)，且通過(guò)多個(gè)電感耦合線圈520顯示出ICP源的優(yōu)點(diǎn)。

在本實(shí)施例中，為了進(jìn)一步提高等離子體的密度，使具有ACP等離子體源500的等離子體處理裝置顯示更多ICP等離子體的特點(diǎn)，本實(shí)施例中上電極板510和電感耦合線圈520的設(shè)置方式與前述實(shí)施例中上電極板410和電感耦合線圈420的設(shè)置方式相同，這樣一方面增大上電極板510與處理腔室700頂壁的距離，以增大上電極板和下電極板之間的距離，從而減弱CCP等離子體的作用，另一方面所述多個(gè)電感耦合線圈520從所述上電極板510伸出后，一部分相對(duì)所述上電極板510螺旋向下延伸，一部分相對(duì)所述上電極板510螺旋向上延伸，進(jìn)一步增加了ICP等離子體的作用，便于增加等離子體密度，并降低能量消耗。

同時(shí)，為了具有ACP等離子體源500的等離子體處理裝置具有高蝕刻選擇性，如圖9所示，在本實(shí)施例中，所述第一上射頻電源750的脈沖與所述下射頻電源730的脈沖相位相同，所述第一上射頻電源750的脈沖與所述直流偏壓源740的脈沖相位相反。

示例性地，在本實(shí)施例，第一上射頻電源750的頻率為13.56MHZ，下射頻電源70的頻率為13.56MHZ或2MHZ或幾百KHZ。即，第一上射頻電源750與下射頻電源730的頻率可以相同，也可以不同?；? 者，可選地，所述下射頻電源730的頻率可調(diào)，以根據(jù)需要選擇合適的頻率。

進(jìn)一步地，在本實(shí)施例中，在上電極板510上還同時(shí)施加有第二上射頻電源，如圖9所示該第二上射頻電源760與第一上射頻電源750的脈沖相位相反，從而通過(guò)彼此相反的作用，來(lái)避免高峰值能量等離子的產(chǎn)生。

同樣，在本實(shí)施例中，通過(guò)施加同步射頻偏壓和異步直流偏壓，可以調(diào)節(jié)ACP等離子體的能量集中分布于工藝需求的范圍內(nèi)，大大提高了設(shè)備的靈活性和和處理的精確性。

本發(fā)明已經(jīng)通過(guò)上述實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)施例只是用于舉例和說(shuō)明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實(shí)施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書(shū)及其等效范圍所界定。