一种等离子体反应器制造技术

一种等离子体反应器包括：反应腔，反应腔内底部设有导电基座，所述导电基座通过射频匹配网络连接到射频电源装置，所述导电基座上方用于放置待处理基片，反应腔内顶部包括一个上电极组件，所述导电基座和所述上电极组件之间为等离子体处理空间；一个第一导电接地环围绕围绕设置在导电基座的外围；一第二导电接地环电连接在所述第一导电接地环外侧壁和所述反应腔内侧壁之间，所述第二导电接地环上开设有多个气体通道，以使得所述等离子体处理空间内的气体能够穿过所述多个气体通道被排出；所述导电基座与所述第一导电接地环之间包括一绝缘环，所述绝缘环的介电常数小于3.5。所述绝缘环的介电常数小于3.5。所述绝缘环的介电常数小于3.5。

【技术实现步骤摘要】
一种等离子体反应器


[0001]本专利技术涉及半导体加工
，具体涉及一种电容耦合等离子体反应器


技术介绍

[0002]半导体芯片被日益广泛的应用到各种电子设备中，在半导体器件的制造过程中，等离子体刻蚀是将晶圆加工成设计图案的关键工艺，等离子体刻蚀工艺需要用到等离子体处理器，这些处理器会对待处理的基片进行等离子刻蚀、化学气相沉积等工艺。在典型的等离子体刻蚀工艺中，工艺气体(如CF4、O2等)在反应腔内在射频(Radio Frequency，RF)激励作用下形成等离子体。这些等离子体与晶圆表面发生物理轰击作用及化学反应，从而刻蚀出具有特定结构的晶圆。
[0003]电容耦合式(CCP)等离子处理器广泛应用于芯片制造工艺中的介电材料层刻蚀步骤。随着等离子刻蚀工艺的不断演进，半导体器件中的关键尺寸(criticaldimension)越来越小，现在的技术前沿已经推进到了关键尺寸7nm、5nm以下。在如此小的关键尺寸要求下，不仅等离子处理步骤大幅增加，芯片加工步骤总数可达上千步，而且等离子处理工艺的均一性要求也极高，均一性要求需要在2％以下，甚至是1％以下。
[0004]现有技术的调整方法无法达到上述苛刻的指标，业内迫切需要一种新的电容耦合等离子处理器，在整个晶圆表面都具有更加均一的等离子浓度分布。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种等离子体反应器，可以减少等离子反应器中大量高频谐波对等离子处理效果均一性的严重干扰。所述等离子体反应器包括：反应腔，反应腔内底部设有导电基座，所述导电基座通过射频匹配网络连接到射频电源装置，所述导电基座上方用于放置待处理基片，反应腔内顶部包括一个上电极组件，所述导电基座和所述上电极组件之间为等离子体处理空间；一个第一导电接地环围绕围绕设置在导电基座的外围；一第二导电接地环电连接在所述第一导电接地环外侧壁和所述反应腔内侧壁之间，所述第二导电接地环上开设有多个气体通道，以使得所述等离子体处理空间内的气体能够穿过所述多个气体通道被排出；所述导电基座与所述第一导电接地环之间包括一绝缘环，所述绝缘环的介电常数小于3.5，所述绝缘环上方包括一耦合环，所述耦合环覆盖绝缘环上表面和导电基座的外侧部分上表面，其中耦合环由第一陶瓷材料制成，所述第一陶瓷材料的热导率高于所述绝缘环的热导率。通过上述设计既能使得大量谐波射频功率流向下方射频匹配网络，避免对等离子处理的分布，也能防止由于选用了低介电常数的聚合物绝缘环导致等离子处理过程中绝缘环大幅膨胀，从而保证等离子刻蚀过程的长期稳定性。
[0006]本专利技术还提出了另一种实施例，一种等离子体反应器包括：反应腔，反应腔内底部设有导电基座，所述导电基座通过射频匹配网络连接到射频电源装置，所述导电基座上方用于放置待处理基片，反应腔内顶部包括一个上电极组件，所述导电基座和所述上电极组
件之间为等离子体处理空间；一个第一导电接地环围绕围绕设置在导电基座的外围；一第二导电接地环电连接在所述第一导电接地环外侧壁和所述反应腔内侧壁之间，所述第二导电接地环上开设有多个气体通道，以使得所述等离子体处理空间内的气体能够穿过所述多个气体通道被排出；所述导电基座与所述第一导电接地环之间包括一绝缘环；所述射频匹配网络通过至少一个射频电缆供应具有基础频率的高频射频功率到所述导电基座，所述基础频率大于等于40Mhz；所述等离子体处理空间中的等离子体产生所述基础频率的谐波射频功率，所述谐波射频功率经过所述至少一个射频电缆流入所述射频匹配网络，其中流入射频匹配网络的谐波射频功率大于所述高频射频功率的5％。进一步的，所述射频匹配网络中包括第一滤波器用于使所述高频射频功率通过，还包括第二滤波器用于使所述谐波射频功率通过且阻止所述高频射频功率通过，同时所述绝缘环的介电常数需要小于3.5。通过上述综合设计可以使得谐波射频功率被绝缘环阻挡，只能流向下方对谐波射频功率阻抗交低的第二滤波器，从而将对等离子处理效果产生严重干扰的谐波射频功率消耗在匹配网络中。
附图说明
[0007]图1为一种等离子处理器和高频射频功率流动路径示意图；
[0008]图2为一种等离子处理器和高频谐波射频功率流通路径示意图；
[0009]图3是本专利技术一种等离子处理器和高频谐波射频功率流通路径示意图；
[0010]图4a示出本专利技术与现有技术相比执行等离子处理工艺A时刻蚀速率分布图；
[0011]图4b示出本专利技术与现有技术相比执行等离子处理工艺B时刻蚀速率分布图；
[0012]图5是本专利技术等离子处理器的另一实施例的示意图；
[0013]图6是本专利技术等离子处理器另一实施例中射频匹配网络结构示意图。
具体实施方式
[0014]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0015]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0016]图1是一个电容耦合等离子体反应器结构示意图，包括：反应腔14，反应腔底部包括一个导电基座5同时作为下电极，导电基座5上方设置有静电夹盘6用于固定待处理晶圆和控制晶圆温度。导电基座下方还包括一块设备板4，设备板与导电基座均可以是由铝或者其它导电材料制成或者设备板是由陶瓷材料制成，两者互相紧密固定使得设备板4的上方与下方的大气环境气体密封。一个高频(HF)射频电源和一个低频(LF)射频电源通过一个射频匹配网络和一个射频电缆2连接到设备板4或者下电极5，将两个频率的射频功率有效施加到等离子处理器中。静电夹盘6的外围设置聚焦环9a和边缘环9b，用以调整晶圆边缘区域的电场分布和鞘层厚度，实现更均匀的等离子刻蚀效果。呈圆盘形的下电极5和设备板4的外围还设置有接地的下接地环3，下接地环包括包围下电极侧壁的3a部分和包围设备板4外
侧壁和部分底部的3b部分。在下电极5、设备板4与所述下接地环3之间还设置绝缘装置实现射频功率辐射区(RFhot)与下接地环3之间的隔离，减少馈入下电极5的射频功率的损耗。其中绝缘装置可以包括有上下设置第一绝缘环7和第二绝缘环8，绝缘环7、8的材料通常是石英或者氧化铝等陶瓷制成。
[0017]与导电基座相对的反应腔顶部包括一个气体喷淋头10，气体喷淋头10同时作为上电极与下电极互相电场耦合，也作为进气机构向下均匀输送反应气体到晶圆表面。气体喷淋头10上方通过一导电安装板12固定到反应腔顶盖13。气体喷淋头10外围还可以选择设置上接地环11，调整气体喷淋头10的射频电流路径。气体喷淋头10的外围可以选择性的设置移动环15，可以上下移动的移动环15可以约束反应腔内的等离子体和气流分布形态。
[0018]在等离子刻蚀过程中两个射频功率都经过射频匹配电网络被有效输送下电极5。期中高频射频电源的输出频率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等离子体反应器，其特征在于，包括：反应腔，反应腔内底部设有导电基座，所述导电基座通过射频匹配网络连接到射频电源装置，所述导电基座上方用于放置待处理基片，反应腔内顶部包括一个上电极组件，所述导电基座和所述上电极组件之间为等离子体处理空间；一第一导电接地环围绕围绕设置在导电基座的外围；一第二导电接地环电连接在所述第一导电接地环的外侧壁和所述反应腔的内侧壁之间，所述第二导电接地环上开设有多个气体通道，以使得所述等离子体处理空间内的气体能够穿过所述多个气体通道被排出；所述导电基座与所述第一导电接地环之间包括一绝缘环，所述绝缘环的介电常数小于3.5；所述绝缘环上方包括一耦合环，所述耦合环覆盖绝缘环上表面和导电基座的外侧部分上表面，其中耦合环由第一陶瓷材料制成，所述第一陶瓷材料的热导率高于所述绝缘环的热导率。2.如权利要求1所述的等离子体反应器，其特征在于，所述射频电源装置输出一个高频射频功率，所述高频射频功率的频率大于40Mhz。3.如权利要求1所述的等离子体反应器，其特征在于，所述导电基座下方还设置有一个设备板，所述第一导电接地环围绕所述设备板的侧壁和部分底面。4.如权利要求1所述的等离子体反应器，其特征在于，一个第二绝缘环围绕所述设备板，位于设备板和第一导电接地环之间。5.如权利要求4所述的等离子体反应器，其特征在于，所述第二绝缘环覆盖所述设备板底面部分区域，且第二绝缘环的介电常数小于3.2。6.如权利要求3所述的等离子体反应器，其特征在于，所述绝缘环围绕所述导电基座和设备板的侧壁设置，一个第二绝缘环位于所述设备板下方。7.如权利要求1所述的等离子体反应器，其特征在于，所述耦合环上方设置一聚焦环和一边缘环，所述聚焦环和边缘环覆盖所述耦合环，且所述聚焦环和所述边缘环的上表面暴露于所述等离子体处理空间。8.如权利要求1所述的等离子体反应器，其特征在于，所述第二导电接地环上方包括一等离子约束环，所述等离子约束环围绕所述导电基座设置。9.如权利要求1所述的等离子体反应器，其特征在于，所述上电极组件包括一安装板，所述安装板与...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂乐义，叶如彬，杨宽，
申请(专利权)人：中微半导体设备上海股份有限公司，
类型：发明
国别省市：