一种射频和直流混合驱动的磁化容性耦合等离子体源制造技术

本发明专利技术公开了一种射频和直流混合驱动的磁化容性耦合等离子体源，包括等离子体放电腔室、进气口、出气口、第一极板、第二极板、衬底、直流电源、射频电源和磁场发生器；第一极板和第二极板相互平行设置在等离子体放电腔室内，直流电源的一端连接至第一极板，另一端接地；射频电源的一端连接至第二极板，另一端接地；衬底设置在第二极板上且位于与第一极板相对的表面；进气口设置在等离子体放电腔室的一侧，出气口设置在等离子体放电腔室的另一侧，磁场发生器设置在等离子体放电腔室外且产生的磁场平行于第一极板和第二极板。由于磁场影响，高能二次电子和热电子将被束缚在主等离子体区，电离度将提高，从而大幅度增加等离子体密度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于等离子体放电
，更具体地，涉及一种射频和直流混合驱动的磁化容性耦合等离子体源。
技术介绍
等离子体放电可以产生具有化学活性的物质，所以被广泛应用于改变材料的表面特性。在全球制造工业中，基于低温等离子体的材料处理技术具有至关重要的作用，例如在整个大规模集成电路制造工艺中，有近三分之一的工序（薄膜沉积、刻蚀以及离子注入，清洗等）是借助等离子体工艺完成的。大规模集成电路制造工业一直在向着更大的芯片面积，更窄的线宽和更低的单位成本方向发展，目前国际工业上正在研制腔室直径为450mm的芯片生产工艺。而用于等离子体刻蚀、沉积和材料表面处理的等离子体源主要有电子回旋共振（ECR）等离子体源、感性耦合等离子体源（ICP）和容性耦合等离子体源（CCP）。上述几种等离子体源中，ECR源和ICP源的放电装置为圆柱形结构，具有工作气压低、等离子体密度高、各向异性好的优点，但是由于电源功率要通过介质窗耦合到等离子体中，故有一定的功率损失；并且ECR源采用了较强的磁场（通常为845G）来约束等离子体，所以很难保持大面积的均匀性。CCP源的放电装置为电极结构，电源功率直接耦合给等离子体，具有装置结构简单、成本低、易控制的优点，但是等离子体密度相对较低。在刻蚀工艺中，CCP源由于电子及离子能量较高主要应用于介质刻蚀，例如二氧化硅的刻蚀；而ICP源由于密度高且离子能量低主要应用于金属和半导体材料刻蚀，例如硅的刻蚀。目前工业界需要高粒子通量且离子能量可控的低气压等离子体源，这种需求推动了高密度等离子体源的发展，但已有的等离子体源仍然各自存在一些问题。ECR源和ICP源虽然等离子体密度高，但由于其腔室的高度和直径之比往往是1或者更大，且电源功率是通过介质窗耦合到等离子体中，所以等离子体在产生和运输过程中带来的径向不均匀性以及电源功率的损失是不可避免的。CCP源虽然能提供径向均匀的材料处理结果，也能避免电源功率在介质窗上的损失，但其等离子体密度较低，刻蚀速率慢。所以如何获得粒子通量高、离子能量可控且经济效益好的等离子体源是工业界亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种射频和直流混合驱动的磁化容性耦合等离子体源，旨在解决现有技术中容性耦合等离子体源的等离子体密度低的问题。本专利技术提供了一种射频和直流混合驱动的磁化容性耦合等离子体源，其特征在于，包括：等离子体放电腔室、进气口、出气口、第一极板、第二极板、衬底、直流电源、射频电源和磁场发生器；第一极板和第二极板相互平行设置在等离子体放电腔室内，直流电源的一端连接至第一极板，直流电源的另一端接地；射频电源的一端连接至第二极板，射频电源的另一端接地；衬底设置在第二极板上且位于与第一极板相对的表面；进气口设置在等离子体放电腔室的一侧，出气口设置在等离子体放电腔室的另一侧，磁场发生器设置在等离子体放电腔室外且产生的磁场平行于第一极板和第二极板。本专利技术在极板上通以负的直流电源和在腔室外放置通电线圈或永磁体后，由于平行极板方向的磁场影响，高能二次电子和热电子将被束缚在主等离子体区，电离度将提高，从而大幅度增加等离子体密度。更进一步地，工作时，在等离子体放电腔室中，由出气口将腔室抽成真空环境，进气口通入反应气体，同时出气口抽走废气，与直流电源连接的第一极板上具有负电压，与射频电源连接的第二极板上具有射频电压，并在所述第一极板和所述第二极板之间形成电压降，该电压能击穿反应气体从而产生等离子体；由于所述射频电源不断给所述等离子体加热使得在所述第一极板和所述第二极板之间形成了稳定的等离子体源，且所述第一极板上的负电压能从第一极板和第二极板上诱导出二次电子，从而增加等离子体密度；所述磁场发生器产生的平行于所述第一极板和所述第二极板的磁场能束缚等离子体运动，减少了等离子体在极板和器壁上的损失；直流电源和射频电源分别连接第一极板和第二极板，并在第一极板和第二极板之间形成电压降，该电压能击穿反应气体从而产生等离子体，衬底被放置在在第二极板上且位于与第一极板相对的表面，产生的等离子体可对其刻蚀、沉积或溅射。更进一步地，包括：等离子体放电腔室、进气口、出气口、第一极板、第二极板、衬底、直流电源、射频电源和磁场发生器；第一极板和第二极板相互平行设置在等离子体放电腔室内，直流电源的一端连接至第一极板，直流电源的另一端接地；射频电源的一端连接至第二极板，射频电源的另一端接地；衬底设置在第一极板上且位于与第二极板相对的表面；进气口设置在等离子体放电腔室的一侧，出气口设置在等离子体放电腔室的另一侧，磁场发生器设置在等离子体放电腔室外且产生的磁场平行于第一极板和第二极板。更进一步地，工作时，在等离子体放电腔室中，由出气口将腔室抽成真空环境，进气口通入反应气体，同时出气口抽走废气，与直流电源连接的第一极板上具有负电压，与射频电源连接的第二极板上具有射频电压，并在所述第一极板和所述第二极板之间形成电压降，该电压能击穿反应气体从而产生等离子体；由于所述射频电源不断给所述等离子体加热使得在所述第一极板和所述第二极板之间形成了稳定的等离子体源，且所述第一极板上的负电压能从第一极板和第二极板上诱导出二次电子，从而增加等离子体密度；所述磁场发生器产生的平行于所述第一极板和所述第二极板的磁场能束缚等离子体运动，减少了等离子体在极板和器壁上的损失；衬底被放置在在第一极板上且位于与第二极板相对的表面，产生的离子在直流电源的作用下加速到衬底上，可对其进行离子注入。本专利技术提供了一种射频和直流混合驱动的磁化容性耦合等离子体源，包括：等离子体放电腔室、进气口、出气口、第一极板、第二极板、直流电源、射频电源、磁场发生器、开孔和引出电极；第一极板和第二极板相互平行设置在等离子体放电腔室内，直流电源的一端连接至第一极板，直流电源的另一端接地；射频电源的一端连接至第二极板，射频电源的另一端接地；进气口设置在等离子体放电腔室的一侧，出气口设置在等离子体放电腔室的另一侧，磁场发生器设置在等离子体放电腔室外且产生的磁场平行于第一极板和第二极板；在等离子体放电腔室任意一侧的壁上开设有一个开孔，在所述开孔上连接有引出电极。更进一步地，工作时，在等离子体放电腔室中，由出气口将腔室抽成真空环境，进气口通入反应气体，同时出气口抽走废气，与直流电源连接的第一极板上具有负电压，与射频电源连接的第二极板上具有射频电压，并在所述第一极板和所述第二极板之间形成电压降，该电压能击穿反应气体从而产生等离子体；由于所述射频电源不断给所述等离子体加热使得在所述第一极板和所述第二极板之间形成了稳定的等离子体源，且所述第一极板上的负电压能从第一极板和第二极板上诱导出二次电子，从而增加等离子体密度；所述磁场发生器产生的平行于所述第一极板和所述第二极板的磁场能束缚等离子体运动，减少了等离子体在极板和器壁上的损失；产生的大量离子在引出电极的作用下通过开孔被引出，可作为各种设备的离子源。更进一步地，磁场发生器为通电线圈或永磁体。更进一步地，所述第一极板和所述第二极板之间的距离L为1厘米～10厘米。本专利技术的效果和益处是：这种射频和直流混合驱动的磁化容性耦合等离子体源在一极板上通以负的直流电源并加入平行于极板的外磁场后，能够得到大面积均匀的高密度（1019m-3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种射频和直流混合驱动的磁化容性耦合等离子体源，其特征在于，包括：等离子体放电腔室(1)、进气口(2)、出气口(3)、第一极板(4)、第二极板(5)、衬底(6)、直流电源(7)、射频电源(8)和磁场发生器(9)；所述第一极板(4)和所述第二极板(5)相互平行设置在等离子体放电腔室(1)内，所述直流电源(7)的一端连接至第一极板(4)，所述直流电源(7)的另一端接地；所述射频电源(8)的一端连接至所述第二极板(5)，所述射频电源(8)的另一端接地；所述衬底(6)设置在所述第二极板(5)上且位于与第一极板(4)相对的表面；所述进气口(2)设置在等离子体放电腔室(1)的一侧，所述出气口(3)设置在等离子体放电腔室(1)的另一侧，磁场发生器(9)设置在等离子体放电腔室(1)外且产生的磁场平行于第一极板(4)和第二极板(5)。

【技术特征摘要】
1.一种射频和直流混合驱动的磁化容性耦合等离子体源，其特征在于，包括：等离子体放电腔室(1)、进气口(2)、出气口(3)、第一极板(4)、第二极板(5)、衬底(6)、直流电源(7)、射频电源(8)和磁场发生器(9)；所述第一极板(4)和所述第二极板(5)相互平行设置在等离子体放电腔室(1)内，所述直流电源(7)的一端连接至第一极板(4)，所述直流电源(7)的另一端接地；所述射频电源(8)的一端连接至所述第二极板(5)，所述射频电源(8)的另一端接地；所述衬底(6)设置在所述第二极板(5)上且位于与第一极板(4)相对的表面；所述进气口(2)设置在等离子体放电腔室(1)的一侧，所述出气口(3)设置在等离子体放电腔室(1)的另一侧，磁场发生器(9)设置在等离子体放电腔室(1)外且产生的磁场平行于第一极板(4)和第二极板(5)。2.如权利要求1所述的磁化容性耦合等离子体源，其特征在于，工作时，在等离子体放电腔室(1)中，由出气口(3)将腔室抽成真空环境，进气口(2)通入反应气体，同时出气口(3)抽走废气；与直流电源(7)连接的第一极板(4)上具有负电压，与射频电源(8)连接的第二极板(5)上具有射频电压，并在所述第一极板(4)和所述第二极板(5)之间形成电压降，该电压能击穿反应气体从而产生等离子体；由于所述射频电源(8)不断给所述等离子体加热使得在所述第一极板(4)和所述第二极板(5)之间形成了稳定的等离子体源，且所述第一极板(4)上的负电压能从所述第一极板(4)和所述第二极板(5)上诱导出二次电子，从而增加等离子体密度；所述磁场发生器(9)产生的平行于所述第一极板(4)和所述第二极板(5)的磁场能束缚等离子体运动，减少了等离子体在极板和器壁上的损失；衬底(6)被放置在在第二极板上且位于与第一极板相对的表面，产生的等离子体可对其刻蚀、沉积或溅射。3.一种射频和直流混合驱动的磁化容性耦合等离子体源，其特征在于，包括：等离子体放电腔室(1)、进气口(2)、出气口(3)、第一极板(4)、第二极板(5)、衬底(6)、直流电源(7)、射频电源(8)和磁场发生器(9)；所述第一极板(4)和所述第二极板(5)相互平行设置在等离子体放电腔室(1)内，所述直流电源(7)的一端连接至第一极板(4)，所述直流电源(7)的另一端接地；所述射频电源(8)的一端连接至所述第二极板(5)，所述射频电源(8)的另一端接地；所述衬底(6)设置在所述第一极板(4)上且位于与第二极板(5)相对的表面；所述进气口(2)设置在等离子体放电腔室(1)的一侧，所述出气口(3)设置在等离子体放电腔室(1)的另一侧，磁场发生器(9)设置在等离子体放电腔室(1)外且产生的磁场平行于第一极板(4)和第二极板(5)。4.如权利要求3所述的磁化容性耦合等离子体源，其特征在于，工作时，在等离子体放电腔室(1)中，由出气口(3)将腔室抽成真空环境，进气口(2)通入反应气体，同时出气口(3)抽走废气，与直流电源(7)连接的第一极板(4)上具有负电压，与射...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜巍，杨莎莉，张雅，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42