具可變電容調諧器與反饋電路的物理氣相沉積的制作方法
【專利說明】具可變電容調諧器與反饋電路的物理氣相沉積
[0001]本申請是申請日為2011年3月I日申請的申請?zhí)枮?01180022140.3，并且發(fā)明名稱為“具可變電容調諧器與反饋電路的物理氣相沉積”的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術領域
[0002]本發(fā)明涉及具可變電容調諧器與反饋電路的物理氣相沉積。
【背景技術】
[0003]等離子體處理被用于制造例如集成電路、集成電路的光微影處理中所使用的掩模、等離子體顯示器以及被用于太陽能技術中。制造集成電路時，半導體晶圓是在等離子體腔室內進行處理。工藝可例如為反應性離子蝕刻(RIE)工藝、等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)工藝或等離子體增強物理氣相沉積(PEPVD)工藝。在集成電路方面的最新技術進展是將特征結構尺寸縮減至小于32納米。進一步縮小尺寸需要更精確地控制晶圓表面處的工藝參數，所述工藝參數包括等離子體離子能譜、等離子體離子能量的徑向分布(一致性)、等離子體離子密度以及等離子體離子密度的徑向分布(一致性)。此外，還要求這些參數在具有相同設計的反應器之間最好能保持一致。舉例而言，晶圓表面處的離子密度決定沉積速率及競爭蝕刻速率，因此在PECVD工藝中離子密度很重要。而在靶材表面處，靶材的消耗(濺射)速率則受到靶材表面處的離子密度及靶材表面處的離子能量影響。
[0004]可通過對濺射頻率依賴性的功率源進行阻抗調諧來控制整個晶圓表面的離子密度徑向分布與離子能量徑向分布。故需根據所測得的工藝參數以可再現的方式設定至少一個用以控制阻抗的調諧參數。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明提供一種用以在諸如半導體晶圓等的工件上執(zhí)行物理氣相沉積的等離子體反應器。該反應器包括腔室，該腔室包括側壁及頂壁，該側壁耦接至RF接地。
[0006]在該腔室內提供工件支撐件，該工件支撐件具有面向該頂壁的支撐表面以及位于該支撐表面下方的偏壓電極。在該頂壁處提供濺射靶材，且頻率為4的RF源功率供應器耦接至該濺射靶材。頻率為fb的RF偏壓功率供應器耦接至該偏壓電極。第一多頻阻抗控制器耦接在(a)該偏壓電極或(b)該濺射靶材其中之一與該RF接地之間，且該控制器提供第一組頻率的可調阻抗，該第一組頻率包括欲阻擋的第一組頻率及所容許的第一組頻率。該第一多頻阻抗控制器包括一組帶通濾波器(band pass filter)及一組陷波濾波器(notchfilter)，該組帶通濾波器以并聯連接且調整至該容許的第一組頻率，且該組陷波濾波器以串聯連接且調整至該欲阻擋的第一組頻率。
[0007]在一個實施例中，該些帶通濾波器包括串聯連接的電感元件與電容元件，同時該些陷波濾波器包含并聯連接的電感元件與電容元件。根據一個實施例，該帶些通濾波器及該些陷波濾波器的該些電容元件是可變的。
[0008]該反應器可進一步包括第二多頻阻抗控制器，該第二多頻阻抗控制器耦接在該偏壓電極與該RF接地之間且提供第二組頻率的可調阻抗，該第一組頻率至少包括該源供應器頻率fs。在一個實施例中，該第一組頻率選自包含頻率4的諧頻(harmonics)、頻率fb的諧頻以及頻率仁與f b的互調變乘積(intermodulat1n product)的一組頻率中。
[0009]根據本發(fā)明的進一步方面，提供一種用于等離子體處理設備的馬達驅動式自動可變電容調諧器電路。該電路可具有受反饋電路所控制的處理器，以供針對指定設定值(setpoint，例如電壓、電流、位置，等等)來調諧與匹配該晶圓上的離子能量，從而容許每個腔室之間的工藝結果一致并且改善晶圓處理。
[0010]根據本發(fā)明另一方面，提供物理氣相沉積等離子體反應器，該反應器包括:腔室，該腔室包括側壁及頂壁，該側壁耦接至RF接地；位于該腔室內的工件支撐件，該工件支撐件具有面向該頂壁的支撐表面及位于該支撐表面下方的偏壓電極；位于該頂壁處的濺射靶材；第一頻率的RF源功率供應器及的第二頻率的RF偏壓功率供應器，該RF源功率供應器耦接至該濺射靶材且該RF偏壓功率供應器耦接至該偏壓電極；多頻阻抗控制器，耦接在RF接地與該偏壓電極之間或在RF接地與該濺射靶材之間，且提供至少一個具第一組頻率的第一可調阻抗，該多頻阻抗控制器包括可變電容器并且能通過馬達使該可變電容器處于兩種狀態(tài)中的至少一種狀態(tài)，該可變電容器的該至少兩種狀態(tài)具有不同電容量。
[0011]根據本發(fā)明又另一方面所提供的該物理氣相沉積等離子體反應器，其中該多頻阻抗控制器進一步包括電感元件，且該電感元件與該可變電容器串聯連接。
[0012]根據本發(fā)明又另一方面所提供的該物理氣相沉積等離子體反應器，其中該多頻阻抗控制器進一步包括處理器，以控制該可變電容器的該馬達。
[0013]根據本發(fā)明又另一方面所提供的該物理氣相沉積等離子體反應器，其中該多頻阻抗控制器進一步包括電流傳感器，以控制該可變電容器的該馬達。
[0014]根據本發(fā)明又另一方面所提供的該物理氣相沉積等離子體反應器，其中該多頻阻抗控制器進一步包括電壓傳感器，以控制該可變電容器的該馬達。
[0015]根據本發(fā)明又另一方面所提供的該物理氣相沉積等離子體反應器，其中該可變電容器的狀態(tài)與工藝控制器中的工藝方法相關聯。
[0016]根據本發(fā)明又另一方面所提供的該物理氣相沉積等離子體反應器進一步包括用于該可變電容器的外殼。
[0017]根據本發(fā)明又另一方面所提供的該物理氣相沉積等離子體反應器，其中該可變電容器的輸出連接至該外殼。
[0018]根據本發(fā)明又另一方面所提供的該物理氣相沉積等離子體反應，其中該外殼接地。
[0019]根據本發(fā)明又另一方面所提供的該物理氣相沉積等離子體反應，其中該工藝方法是針對腔室與腔室之間的變異而加以調整的共通工藝方法。
[0020]根據本發(fā)明的進一步方面提供一種等離子體反應器，該等離子體反應器包括:腔室，該腔室包括側壁及頂壁，該側壁耦接至RF接地，且該腔室承受用于材料沉積的等離子體；位于該腔室內的工件支撐件，該工件支撐件具有面向該頂壁的支撐表面及位于該支撐表面下方的偏壓電極；位于該頂壁處的源功率施加器；第一頻率的RF源功率供應器及第二頻率的RF偏壓功率供應器，該RF源功率供應器耦接至該源功率施加器，且該RF偏壓功率供應器耦接至該偏壓電極；多頻阻抗控制器，耦接在RF接地與該偏壓電極之間并且提供至少一個具第一組頻率的第一可調阻抗，該多頻阻抗控制器包括可變電容器并且能通過馬達使該可變電容器處于兩種狀態(tài)中的至少一種狀態(tài)，該可變電容器的該至少兩種狀態(tài)具有不同電容量。
[0021]根據本發(fā)明又一進一步方面提供一種等離子體反應器，其中該多頻阻抗控制器進一步包括電感元件，該電感元件與該可變電容器串聯連接。
[0022]根據本發(fā)明又一進一步方面提供一種等離子體反應器，其中該多頻阻抗控制器進一步包括處理器，以控制該可變電容器的該馬達。
[0023]根據本發(fā)明又一進一步方面提供一種等離子體反應器，其中該多頻阻抗控制器進一步包括電流傳感器，以控制該可變電容器的該馬達。
[0024]根據本發(fā)明又一進一步方面提供一種等離子體反應器，其中該多頻阻抗控制器進一步包括電壓傳感器，以控制該可變電容器的該馬達。
[0025]根據本發(fā)明又一進一步方面提供一種等離子體反應器，其中該可變電容器的狀態(tài)與工藝控制器中的工藝方法相關聯。
[0026]根據本發(fā)明又一進一步方面所提供的等離子體反應器進一步包括用于該可變電容器的外殼。
[0027]根據本發(fā)明又一進一步方面提供一種等離子體反應器，其中該可變電容器的輸出連接至該外殼。
[0028]根據本發(fā)明又一進一步方面提供一種等離子體反應器，其中該外殼接地。
[0029]根據本發(fā)明又一進一步方面提供一種等離子體反應器，其中該工藝方法是針對腔室與腔室之間的變異而加以調整的共通工藝方法。
[0030]附圖簡要說明
[0031]為了獲得并且可以更具體地了解本發(fā)明的示例性實施例，可參考實施例，對上面概述的本發(fā)明進行更具體的描述，所述實施例中的一些示出于附圖中。應理解，本文中并未討論某些已知工藝，以避免混淆本發(fā)明。
[0032]圖1繪示根據第一實施例的等離子體反應器。
[0033]圖2繪示圖1的等離子體反應器內的多頻阻抗控制器的結構。
[0034]圖3繪示圖2的靶材多頻阻抗控制器的電路實施圖。
[0035]圖4繪示圖2的基座多頻阻抗控制器的電路實施圖。
[0036]圖5繪示該些靶材及基座多頻阻抗控制器的一個實施例。
[0037]圖6是繪示根據一個實施例的第一方法的框圖。
[0038]圖7繪示用于通過圖1反應器內的靶材多頻阻抗控制器所控制的RF偏壓功率的不同接地返回路徑。
[0039]圖8繪示用于通過圖1反應器內的陰極多頻阻抗控制器所控制的RF源功率的不同接地返回路徑。
[0040]圖9繪示通過調整圖1反應器內的多頻阻抗控制器而可于整個晶圓或靶材表面上產生不同的離子能量徑向分布圖。
[0041]圖10繪示通過調整圖1反應器內的多頻阻抗控制器而可于整個晶圓或靶材表面上產生不同的離子密度徑向分布圖。
[0042]圖11是繪示根據一個實施例的另一方法的框圖。
[0043]圖12繪示根據本發(fā)明一個方面的具反饋電路的可變電容器調諧電路。
[0044]圖13繪示根據本發(fā)明又一方面的具有可選擇性輸出的輸出電路。
[0045]圖14繪示針對用以控制該可變電容器的步進馬達的不同位置而用于可變電容器的電壓輸出與電流輸出。
[0046]圖15至圖17繪示使用根據本發(fā)明各種方面的可變電容調諧器處理五十個晶圓的結果。
[0047]為了幫助理解，盡可能使用相同附圖標記來標示附圖中共有的