反应腔室及半导体加工设备制造技术

本发明专利技术提供一种反应腔室及半导体加工设备，包括上电极装置和下电极装置，该下电极装置设置在反应腔室内，用于承载晶片。上电极装置包括介质筒、线圈、上功率电源和上电极组件，其中，介质筒设置在反应腔室的顶部；线圈环绕设置在介质筒的外围；上电极组件包括上电极板，该上电极板设置在介质筒的顶部；上功率电源用于同时或者分别向上电极板和线圈加载激励功率。本发明专利技术提供的反应腔室，其不仅可以减小线圈的输出端与输入端之间的电压差异，而且可以削弱由线圈的电场不均匀产生的影响，从而可以提高等离子体的密度分布均匀性。

Reaction chamber and semiconductor processing equipment

The invention provides a reaction chamber and a semiconductor processing equipment, which comprises an upper electrode device and a lower electrode device, wherein the lower electrode device is arranged in the reaction chamber and is used for carrying the wafer. The upper electrode device comprises a dielectric tube, coil, power and electrode assembly, the dielectric cylinder is arranged at the top of the reaction chamber; the coil surrounds in the periphery of the dielectric cylinder set; electrode assembly includes an upper electrode plate, the upper electrode plate is arranged on the top of the medium in the cylinder; on the power supply for simultaneously or separately to the upper electrode plate and coil loading drive power. The reaction chamber provided by the invention not only can reduce the voltage difference between the output end of the coil and the input end, but also can weaken the influence of the non-uniform electric field generated by the coil, thereby improving the uniformity of the density distribution of the plasma.

【技术实现步骤摘要】
反应腔室及半导体加工设备
本专利技术涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种反应腔室及半导体加工设备。
技术介绍
在半导体领域中，对于干法刻蚀工艺和薄膜沉积工艺，常用的等离子体源包括感应耦合等离子体(InductiveCoupledPlasma，以下简称ICP)源和容性耦合等离子体(capacitanceCouplePlasma，以下简称CCP)源。其中，ICP源由电流通过线圈产生的电磁场激发反应气体产生等离子体，ICP源具有等离子体密度高、对工件损伤小等特点。CCP源由施加到电极板之间的电压激发反应气体产生等离子体，CCP源具有大面积均匀性好、离子能量高等特点。图1为现有的ICP源的反应腔室的剖视图。如图1所示，反应腔室10由顶盖11、介质窗12和腔体19限定而成，具体地，介质窗12呈筒状结构，且设置在腔体19的顶部，介质窗12的下部开口与腔体19的上部开口相连通；顶盖11设置在介质窗12的顶部，以将介质窗12的上部开口封闭。而且，在顶盖11的中心位置处还设置有进气口，气源15通过该进气口将反应气体输送至反应腔室10内。此外，在介质窗12的外侧环绕设置有线圈13，线圈13的输入端(图1中示出的线圈13左侧一端)与射频电源14电连接，线圈13的输出端(图1中示出的线圈13右侧一端)接地，并且在反应腔室10内还设置有基座16，用以承载晶片17，该基座16与射频电源18电连接。上述反应腔室在实际应用中不可避免地存在以下问题：其一，由于受到线圈结构的影响，由线圈产生的高频电场往往呈M型分布，这种分布导致在反应腔室内产生的等离子体的密度也呈M型分布，从而造成晶片表面上等离子体密度分布不均，进而影响工艺均匀性。其二，由于线圈的输出端接地，线圈的输出端与输入端之间的电压相差较大，导致电压沿着线圈表面分布不均，从而造成由线圈产生的电磁场分布不均。虽然可以采用在线圈的输出端与接地端之间串联一个电容的方法来使线圈的输出端与输入端之间的电压一致，但是，事实上，该方法并不能真正实现使线圈的输出端与输入端之间的电压一致，这是因为：在进行工艺时，线圈与等离子体之间存在容性耦合，这种容性耦合的作用致使串联在线圈的输出端与接地端之间的电容容值随着放电条件的改变产生变化，从而造成串联在线圈的输出端与接地端之间的实际电容容值与所需的电容容值存在较大偏差，进而使线圈的输出端与输入端之间的电压相差较大，从而仍然存在由线圈产生的电磁场分布不均的问题。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种反应腔室及半导体加工设备，其不仅可以减小线圈的输出端与输入端之间的电压差异，而且可以削弱由线圈的电场不均匀产生的影响，从而可以提高等离子体的密度分布均匀性。为实现本专利技术的目的而提供一种反应腔室，包括上电极装置和下电极装置，所述下电极装置设置在所述反应腔室内，用于承载晶片，所述上电极装置包括介质筒、线圈、上功率电源和上电极组件，其中，所述介质筒设置在所述反应腔室的顶部；所述线圈环绕设置在所述介质筒的外围；所述上电极组件包括上电极板，所述上电极板设置在所述介质筒的顶部；所述上功率电源用于同时或者分别向所述上电极板和所述线圈加载激励功率。优选的，所述上功率电源为一个；所述线圈的输入端与所述上功率电源电连接，所述线圈的输出端与所述上电极组件电连接。优选的，所述上功率电源为一个；所述线圈的输入端与所述上电极组件电连接，所述线圈的输出端接地，并且所述上电极组件与所述上功率电源电连接。优选的，所述上功率电源为两个；所述线圈的输入端与其中一个所述上功率电源电连接，所述线圈的输出端接地；所述上电极组件与其中另一个所述上功率电源电连接。优选的，所述反应腔室还包括接地的屏蔽罩，所述屏蔽罩罩设在所述介质窗和所述上电极组件的外围，用以屏蔽由所述线圈产生的电磁场。优选的，所述反应腔室还包括可调电容，所述可调电容串接在所述屏蔽罩与所述上电极组件之间。优选的，在所述上电极板上设置有至少一个进气口，用以向所述反应腔室内通入反应气体。优选的，所述上电极板具有用作匀流腔的空腔；在所述匀流腔的顶部设置有进气口，用以向所述匀流腔内输送反应气体；在所述匀流腔的底部设置有多个出气孔，且相对于所述匀流腔的底面均匀分布，用以均匀地将所述匀流腔内的反应气体输送至所述反应腔室内。优选的，所述下电极装置包括基座和下功率电源，其中，所述基座设置在所述反应腔室内，用于承载晶片；所述下功率电源用于向所述基座加载射频功率。优选的，所述上功率电源包括低频电源或者射频电源。作为另一个技术方案，本专利技术还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，所述反应腔室采用本专利技术提供的上述反应腔室。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的反应腔室，其借助上电极板，可以在工艺时，与下电极装置之间产生平板式电场，该平板式电场相对于由线圈产生的电场起主要作用，从而可以削弱因线圈的电场不均匀产生的影响，进而使形成的等离子体的密度分布更均匀，从而可以提高等离子体的密度分布均匀性。同时，通过使上功率电源同时或者分别向上电极板和线圈加载激励功率，可以实现由线圈形成的ICP源和由上电极板形成的CCP源同时放电，从而不仅可以兼容CCP源的电场均匀性和ICP源的高等离子体密度这两个优势，而且通过控制例如等离子体启辉参数等的工艺条件，可以对在上电极板与等离子体鞘层之间形成的鞘层电容进行实时调节，从而可以减小线圈两端之间的相位差异，从而可以提高由线圈产生的电场的均匀性，进而进一步提高等离子体的密度分布均匀性。本专利技术提供的半导体加工设备，其通过采用本专利技术提供的上述反应腔室，不仅可以减小线圈的输出端与输入端之间的电压差异，而且可以削弱由线圈的电场不均匀产生的影响，从而可以提高等离子体的密度分布均匀性。附图说明图1为现有的ICP源的反应腔室的剖视图；图2A为本专利技术第一实施例提供的反应腔室的剖视图；图2B为图2A中反应腔室在工艺时的等效电路图；图3为本专利技术第一实施例的一个变型实施例采用的上电极的剖视图；以及图4A为本专利技术第二实施例提供的反应腔室的剖视图；图4B为图4A中反应腔室在工艺时的等效电路图；图5A为本专利技术第三实施例提供的反应腔室的剖视图；图5B为图5A中反应腔室在工艺时的等效电路图；图6A为本专利技术第三实施例提供的反应腔室的剖视图；图6B为图6A中反应腔室在工艺时的等效电路图。具体实施方式为使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图来对本专利技术提供的反应腔室及半导体加工设备进行详细描述。图2A为本专利技术第一实施例提供的反应腔室的剖视图。请参阅图2A，反应腔室包括上电极装置和下电极装置。其中，上电极装置包括介质筒22、线圈23、上功率电源24，第一匹配器25、上电极组件。下电极装置包括基座27、下功率电源28、第二匹配器29。其中，反应腔室的腔室壁21接地，该腔室壁21围绕形成顶部具有开口的空腔结构；介质筒22设置在腔室壁21的顶部，且将腔室壁21的顶部开口封闭，并且介质筒22所括空间与腔室壁21的空腔相连通。而且，上电极组件包括上电极板26，其呈平板状，并设置在介质筒22的顶部，且将介质筒22的顶部开口封闭。而且，线圈23环绕设置在介质筒22的外围，该线圈23的输入端231通过第一匹配器25与上功率电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反应腔室，包括上电极装置和下电极装置，所述下电极装置设置在所述反应腔室内，用于承载晶片，其特征在于，所述上电极装置包括介质筒、线圈、上功率电源和上电极组件，其中，所述介质筒设置在所述反应腔室的顶部；所述线圈环绕设置在所述介质筒的外围；所述上电极组件包括上电极板，所述上电极板设置在所述介质筒的顶部；所述上功率电源用于同时或者分别向所述上电极板和所述线圈加载激励功率。

【技术特征摘要】
1.一种反应腔室，包括上电极装置和下电极装置，所述下电极装置设置在所述反应腔室内，用于承载晶片，其特征在于，所述上电极装置包括介质筒、线圈、上功率电源和上电极组件，其中，所述介质筒设置在所述反应腔室的顶部；所述线圈环绕设置在所述介质筒的外围；所述上电极组件包括上电极板，所述上电极板设置在所述介质筒的顶部；所述上功率电源用于同时或者分别向所述上电极板和所述线圈加载激励功率。2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述上功率电源为一个；所述线圈的输入端与所述上功率电源电连接，所述线圈的输出端与所述上电极组件电连接。3.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述上功率电源为一个；所述线圈的输入端与所述上电极组件电连接，所述线圈的输出端接地，并且所述上电极组件与所述上功率电源电连接。4.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述上功率电源为两个；所述线圈的输入端与其中一个所述上功率电源电连接，所述线圈的输出端接地；所述上电极组件与其中另一个所述上功率电源电连接。5.根据权利要求1-4任意一项所述的反应腔室，其特征在于，所述反应腔室还包括接地的屏蔽罩，所述屏蔽罩罩设在所述介质...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兴存，韦刚，成晓阳，苏恒毅，
申请(专利权)人：北京北方华创微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11