利用单个发生器和开关元件而以空间上不同的等离子体二级元件驱动空间上独立的谐振结构制造技术

一种用于处理工件的等离子体反应器，所述等离子体反应器包括：一外壳；一位于所述外壳内的工件支座，该工件支座对着所述外壳的上部，所述工件支座和所述外壳的上部确定了它们之间的一处理区域，该处理区域基本延伸跨越所述晶片支座的直径；　 　所述外壳具有自其中穿过的第一对和第二对开口，所述第一对和第二对开口中的每一对的两个开口基本邻近所述工件支座的相对侧；第一中空管道位于所述处理区域的外部且连接到所述第一对开口，提供了延伸穿过所述管道和跨越所述处理区域的第一环形通 道；第二中空管道位于所述处理区域的外部且连接到所述第二对开口，提供了延伸穿过所述管道和跨越所述处理区域的第二环形通道；第一和第二等离子体源功率应用装置，其分别电感耦合到所述第一和第二中空管道的内部，所述第一和第二等离子体源功 率应用装置各自能够维持所述第一和第二环形通道中一对应环行通道内的等离子体；一射频功率发生器，其提供射频输出电流；一电流开关网络，其连接到所述射频功率发生器与所述第一和第二等离子体源功率应用装置之间，以将射频输出电流的相应周期 时间段提供给所述第一和第二等离子体源功率应用装置中一对应的等离子体源功率应用装置。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术人Hiroji Hanawa，Kartik Ramaswamy，Kenneth S.Collins，AndrewNguyen，以及Gonzalo Antonio Monroy相关申请的交叉引用本专利申请部分地是美国申请序列号09/638,075、由Hiroji Hanawa等人于2002年8月11日递交的、名称为“EXTERNALLY EXCITEDTORROIDAL PLASMA SOURCE”的专利申请的继续。 专利技术
技术介绍
领域本专利技术涉及等离子体反应器，其在制造部件例如微电子电路、平板显示器和类似部件的过程中用于对工件进行处理，更具体地说，涉及用于等离子反应器的等离子源。
技术介绍
微电子电路的趋势是朝着更为增加的密度和更小的特征尺寸持续发展，而这种趋势使得对这些器件的处理更加困难。例如，接触孔的直径减小了而孔深却增加了。在对晶片上的电介质薄膜进行等离子体增强蚀刻的过程中，例如，介电材料(例如二氧化硅)对光致抗蚀剂的蚀刻选择性必须足以使蚀刻工艺能够蚀刻接触孔，而不会明显干扰确定该接触孔的光致抗蚀剂掩模，其中该接触孔的直径是其深度的十到十五倍。这种任务变得愈发困难，因为近来的趋向是，光刻技术越精细，光的波长越短，从而也就需要光致抗蚀剂层让越薄，以使得电介质对光致抗蚀剂的蚀刻选择性必须大于以前的选择性。通过使用具有较低蚀刻速率的工艺，例如采用电容耦合等离子体的介电蚀刻工艺，就可以更容易地满足上述需要。与电感耦合等离子体相比，电容耦合等离子体的等离子体密度等离子体密度较小，而且电容耦合等离子体蚀刻工艺表现出良好的电介质对光致抗蚀剂蚀刻选择性。电容耦合工艺的问题就是这种工艺缓慢，因此相对地生产率较低。这种蚀刻工艺中存在的另一个问题就是等离子体分布不均匀。为了提高生产率或蚀刻速率，已经使用了较高密度的等离子体。通常，高密度等离子体是一种电感耦合等离子体。然而，在这种高密度等离子体中，处理前体气体(process precursor gases)倾向于更快地离解，产生较高的游离氟等离子体浓度，这种组分会降低对光致抗蚀剂的蚀刻选择性。为了减小这种倾向，采用了氟-碳处理气体例如CF2，该种处理气体在等离子体中离解成含氟的蚀刻组分和一种或多种聚合物组分，聚合物组分倾向于聚集在含非氧化物的表面例如光致抗蚀剂表面。这样就可能增大蚀刻选择性。含氧电介质材料中的氧会促进电介质上聚合物的热解，由此来除去聚合物，而使得电介质材料被蚀刻，同时含非氧化物的材料(例如光致抗蚀剂)则继续被聚合物覆盖因此而受到保护免于蚀刻影响。问题在于，增加接触孔深度并减小光致抗蚀剂层厚度以适应更先进的器件设计，已经使得高密度等离子体工艺更可能在介电蚀刻期间破坏光致抗蚀剂层。因为要增大等离子体密度来提高蚀刻速率，就必须使用更加富含聚合物的等离子体以保护含非氧化物的材料例如光致抗蚀剂，从而使得从含氧电介质表面除去聚合物的速率明显减慢，特别是在小的有限区域内，例如窄接触孔的底部。结果就是，虽然光致抗蚀剂可以充分地受到保护，但一旦接触孔达到某一个深度，则由于聚合物聚集而导致阻碍蚀刻工艺的几率就会增加。通常，蚀刻停止深度小于所需的接触孔深度会使得器件失效。接触孔能够提供上面多晶硅导体层和下面多晶硅导体层之间穿过中间绝缘二氧化硅层的连接。器件失效会发生在，举例来说，蚀刻停止深度小于上面和下面多晶硅层间的距离的位置。此外，对于更加先进的器件设计，如接触孔的纵横比在10∶1或15∶1的器件设计的实际应用或可靠应用来说，获取高密度等离子体而不会出现蚀刻停止的处理窗口的成功几率会变得太小。现在需要的是，反应器具有电感耦合等离子体反应器(具有高密度等离子体)的蚀刻速率和电容耦合反应器的选择性。过去，在单一一个机器引导的(machine led)反应器中实现这两种类型的反应器的优点是困难的。高密度电感耦合等离子体反应器，特别是那种具有面对晶片或工件的架空线圈式天线的反应器，所具有的一个问题就是随着施加到线圈式天线上的功率增加从而提高蚀刻速率，晶片到顶板的间隙必须大得足以使晶片上方的等离子体区域吸收功率。这样来避免因为强射频场而造成晶片上器件损坏的风险。而且，对于施加到架空线圈式天线上的高射频功率级来说，晶片到顶板的间隙必须相对地大，且因此便使得小间隙的优点不能实现。如果顶板是用于电感耦合反应器的射频场的半导体窗口，或者是电容耦合反应器的导电电极，那么晶片到顶板的小间隙的一个优点就是，顶板能以较小的间距(例如1或2英寸级)在晶片平面上提供增强的电势或接地基准电压。因此，希望反应器不仅具有电容耦合反应器的选择性，以及电感耦合反应器的离子密度和蚀刻速率，还进一步希望除了基本限制，例如等离子体鞘的厚度之外，没有对于晶片到顶板的间距的传统限制。而且还希望反应器具有电容耦合反应器的选择性和电感耦合反应器的蚀刻速率，其中不需要增加所施加的射频等离子体源的功率就可以提高离子密度和蚀刻速率。
技术实现思路
用于处理工件的一种等离子体反应器，包括位于外壳内的一工件支座，工件支座对着所述外壳的上部，工件支座和外壳的上部确定了两者之间的处理区域，此区域基本延伸跨越晶片支座的直径。成对的开口的一个阵列延伸穿过所述真空封闭外壳，每一对中的开口基本邻近所述工件支座的相对侧。位于真空处理室外部的中空管道的一个阵列连到各自的开口对，从而提供了用于等离子体的相应封闭环形通道，每个相应封闭环形通道都在真空处理室的外部延伸穿过管道阵列中各自的管道，并在所述真空处理室的内部延伸于晶片表面上的相应的开口对之间。对应的源功率应用装置被连接到各自的管道。等离子源功率射频发生器提供循环的电流输出。电流开关网络连到所述源功率射频发生器和对应的各个源功率应用装置之间，以将循环电流输出的每个周期分成相应的时间段，并将这些相应的时间段施加到各个源功率应用装置。在一个实施例中，所述电流开关网络是二极管控制的电流分配器。在另一个实施例中，所述电流开关网络包括相应的晶体管开关和互异启动信号源，所述相应的晶体管开关独立地连在所述射频功率发生器和相应的等离子体源功率应用装置之间，所述启动信号源控制所述各个晶体管开关。附图说明图1所示为第一实施例，其维持一架空的环形等离子流通道。图2是对应于图1所示实施例的一个实施例的侧视图。图3的曲线示出了随着晶片到顶板的间距的变化，等离子体中游离氟浓度的特性。图4的曲线示出了随着施加到工件的射频偏置功率的变化，等离子体中游离氟浓度的特性。图5的曲线示出了随着施加到线圈式天线的射频源功率的变化，等离子体中游离氟浓度的特性。图6的曲线示出了随着反应器处理室压强的变化，等离子体中游离氟浓度的特性。图7的曲线示出了随着惰性稀释气例如氩气的分压变化，等离子体中游离氟浓度的特性。图8的曲线示出了处理气体的离解程度，该离解程度是电感耦合反应器的源功率以及本专利技术反应器的源功率的函数。图9示出了图1所示实施例的一种变动方案。图10和11示出了图1所示实施例的一种变动方案，其中采用了闭路磁芯。图12示出本专利技术的另一个实施例，其中环形等离子体流通道穿过反应器处理室的下方。图13示出图10所示实施例的一种变动方案，其中等离子体源功率被施加到缠绕在闭路磁芯远端部分的线圈。图14所示的实施例产生两个平行的环形等离子体流。图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于处理工件的等离子体反应器，所述等离子体反应器包括一外壳；一位于所述外壳内的工件支座，该工件支座对着所述外壳的上部，所述工件支座和所述外壳的上部确定了它们之间的一处理区域，该处理区域基本延伸跨越所述晶片支座的直径；所述外壳具有自其中穿过的第一对和第二对开口，所述第一对和第二对开口中的每一对的两个开口基本邻近所述工件支座的相对侧；第一中空管道位于所述处理区域的外部且连接到所述第一对开口，提供了延伸穿过所述管道和跨越所述处理区域的第一环形通道；第二中空管道位于所述处理区域的外部且连接到所述第二对开口，提供了延伸穿过所述管道和跨越所述处理区域的第二环形通道；第一和第二等离子体源功率应用装置，其分别电感耦合到所述第一和第二中空管道的内部，所述第一和第二等离子体源功率应用装置各自能够维持所述第一和第二环形通道中一对应环行通道内的等离子体；一射频功率发生器，其提供射频输出电流；一电流开关网络，其连接到所述射频功率发生器与所述第一和第二等离子体源功率应用装置之间，以将射频输出电流的相应周期时间段提供给所述第一和第二等离子体源功率应用装置中一对应的等离子体源功率应用装置。2.如权利要求1所述的等离子体反应器，其中所述电流开关网络包括二极管控制的电流分配器。3.如权利要求2所述的等离子体反应器，其中所述二极管控制的电流分配器包括以第一二极管极性连接于所述射频功率发生器和所述第一等离子体源功率应用装置之间的第一二极管、及以与所述第一二极管极性相反的第二二极管极性连在所述射频功率发生器和所述第二等离子体源功率应用装置之间的第二二极管。4.如权利要求1所述的等离子体反应器，其中所述电流开关网络包括相应的晶体管开关和互异的启动信号源，其中各所述晶体管开关独立地连接于所述射频功率发生器以及所述第一和第二等离子体源功率应用装置中相应的源功率应用装置之间，所述启动信号控制所述相应的晶体管开关。5.如权利要求4所述的等离子体反应器，其中所述启动信号和所述射频功率发生器是同步的。6.如权利要求1所述的等离子体反应器，其中每一个所述等离子体源功率应用装置包括一射频驱动导电绕组，该绕组邻近所述第一和第二管道中的一对应管道。7.如权利要求6所述的等离子体反应器，其中每一个所述等离子体源功率应用装置进一步包括一环形磁芯，该环形磁芯围绕所述对应管道的一环形部分，所述射频驱动导电绕组是围绕所述环形磁芯的一部分绕制的。8.如权利要求7所述的等离子体反应器，其中每一个所述等离子体源功率应用装置进一步包括第二导电绕组和一调谐电容器，其中所述第二绕组是围绕所述环形磁芯的另一部分绕制的，所述调谐电容器连接在所述第二绕组的两端。9.如权利要求1所述的等离子体反应器，其中每个所述管道管道是用金属材料制成的，每个所述管道具有一绝缘间隙，该绝缘间隙在所述管道的壁中横向延伸直到所述对应环形通道，且将所述管道分为两部分，以防止沿着所述管道的长度方向形成闭合电子通路。10.如权利要求6所述的等离子体反应器，其中所述射频驱动绕组是与所述对应管道并排设置的。11.如权利要求1所述的等离子体反应器，其中所述第一和第二管道是互相成横向的，而且其中所述第一和第二环形通道在所述处理区域中相交。12.如权利要求11所述的等离子体反应器，其中所述第一和第二管道是互相正交的。13.如权利要求1所述的等离子体反应器，其中所述第一和第二对开口是穿过所述顶板的。14.如权利要求1所述的等离子体反应器，进一步包括一偏置功率射频发生器，其耦合到所述晶片支撑基座。15.一种用于处理工件的等离子体反应器，所述等离子体反应器包括一外壳；一位于所述外壳内的工件支座，该工件支座对着所述外壳的上部，所述工件支座和所述外壳的上部确定了它们之间的一处理区域，该处理区域基本延伸跨越所述晶片支座的直径；一穿过所述真空外壳的开口对阵列，每个开口对中的两个开口基本邻近所述工件支座的相对侧；一中空管道阵列，其位于所述真空处理室的外部，且连接到所述开口对中的相应开口，以提供用于等离子体的相应封闭环形通道，所述相应封闭环形通道各自在所述真空处理室的外部延伸而穿过所述管道阵列中的一对应管道，并在所述真空处理室内穿过所述处理区域而延伸于一相应的所述开口对之间；相应的源功率应用装置，其邻近相应的各个所述管道；一源功率射频发生器，其具有循环电流输出；和一电流开关网络，其连到所述源功率射频发生器和所述相应的源功率应用装置之间，以将所述循环电流输出的每个周期分成相应的时间段，并将所述相应的时间段施加到各个相应的所述源功率应用装置。16.如权利要求15所述的等离子体反应器，其中所述电流开关网络包括二极管控制的电流分配器。17.如权利要求15所述的等离子体反应器，其中所述电流开关网络包括相应的晶体管开关和互异的启动信号源，其中各所述晶体管开关独立地连接于所述射频功率发生器与所述等离子体源功率应用装置中一相应的源功率应用装置之间，所述互异启动信号控制所述相应的晶体管开关。18.如权利要求17所述的等离子体反应器，其中所述互异的启动信号和所述射频功率发生器是同步的。19.如权利要求15所述的等离子体反应器，其中每一个所述等离子体源功率应用装置包括一射频驱动导电绕组。20.如权利要求19所述的等离子体反应器，其中每一个所述等离子体源功率应用装置进一步包括一环形磁芯，该环形磁芯围绕所述对应管道的一环形部分，所述射频驱动导电绕组是围绕所述环形磁芯的一部分绕制的。21.如权利要求20所述的等离子体反应器，其中每一个所述等离子体源功率应用装置进一步包括第二导电绕组和一调谐电容器，其中所述第二绕组是围绕所述环形磁芯的另一部分绕制的，所述调谐电容器连接在所述第二绕组的两端。22.如权利要求15所述的等离子体反应器，其中每个所述管道是用金属材料制成的，每个所述管道具有一绝缘间隙，该绝缘间隙在所述管道的壁内横向延伸直到所述对应环形通道，且将所述管道分为两部分，以防止沿着所述管道的长度方向形成闭合电子通路。23.如权利要求19所述的等离子体反应器，其中所述射频驱动绕组是与所述对应管道并排设置的。24.如权利要求15所述的等离子体反应器，其中所述管道是互相成横向的，而且其中所述环形通道在所述处理区域相交。25.如权利要求15所述的等离子体反应器，其中所述开口对是穿过所述顶板的。26.如权利要求15所述的等离子体反应器，进一步包括一偏置功率射频发生器，其耦合到所述晶片支撑基座。27.如权利要求15所述的反应器，其中每个管道沿着与所述晶片支座的平面平行的轴线具有一定宽度，该宽度至少等于所述晶片支撑的直径。28.如权利要求27所述的反应器，其中每个管道沿着与所述晶片支座的平面垂直的轴线具有一定高度，该高度小于所述宽度。29.如权利要求28所述的反应器，其中每个管道具有矩形截...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·花轮，K·拉马斯瓦米，K·S·柯林斯，A·阮，G·A·蒙罗伊，
申请(专利权)人：应用材料有限公司，
类型：发明
国别省市：