以双频射频源产生与控制等离子体的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种产生与控制在使用双频射频源的半导体基底处理腔体中的等离子体的方法与设备。本方法包括，例如在一第一频率下，由射频源提供一第一射频信号至制程腔体内的一电极的步骤，以及在一第二频率下，由射频源提供一第二射频信号到制程腔体内的电极。其中第二频率与第一频率的差值等于一预定频率，其中在预定频率下，形成于制程腔体中的等离子体的特性由一等离子体鞘（ｐｌａｓｍａ　　ｓｈｅａｔｈ）调变所建立。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种半导体基底处理系统，且特别是有关于一种使用双频射频源来产生与控制等离子体的半导体基底处理系统。
技术介绍
等离子体增益(plasma enhanced)半导体制程腔体，被广泛地应用在制造集成电路装置上。在大多数的等离子体增益腔体中，使用了许多射频(radio frequency，RF)源来产生并控制等离子体。例如，具有高频的射频源经常被用于产生等离子体以及离子的解离。而具有低频的射频源则经常被用于调变等离子体鞘(plasma sheath)以控制直流电压(例如偏压电压)在基底上的聚集。上述各种射频源及其相关的匹配电路的成本是相当昂贵的，因此制造集成电路所需要的成本也相对的提高了。因此，在不会降低制程品质的条件下，若能简化上述射频装置的基本结构，则可以节省需多成本。因此，一种改良的方法与设备，用以在等离子体增益半导体基底制程中等离子体的产生与控制是有必要的。
技术实现思路
本专利技术是有关于一种在等离子体增益半导体基底制程腔体中，用于产生与控制等离子体的方法与设备。本方法包括，例如在一第一频率下，由射频源提供一第一射频信号至制程腔体内的一电极的步骤，以及在一第二频率下，由射频源提供一第二射频信号到制程腔体内的电极。其中第二频率与第一频率的差值等于一预定频率，其中在预定频率下，形成于制程腔体中的等离子体的特性由一等离子体鞘(plasma sheath)调变所建立。附图说明图1绘示具有一双频射频源的一等离子体增益处理腔体的简易方块图。图2为绘示在电极上一输入波形的频谱的图标。图3为绘示鞘电压的波形的图标。图4A为绘示反射系数的量对频率的图标。图4B为绘示用于匹配组件模型的史密斯图表。图5为依据本专利技术的一实施例所绘示的具有一双频射频源的一反应腔体的简易示意图。图6为依据本专利技术的另一实施例所绘示的具有一双频射频源的一反应腔体的简易示意图。主要组件符号说明100等离子体增益处理腔体102腔体104双频射频电源106匹配电路108电极110接地电极202、204波峰 210振幅220频率300鞘电压波形302、304、306波峰 310振幅320频率402、404轴向400图标406、408圈点452中心点 454、456频率500、600蚀刻反应器 502、602制程腔体 512、612基板支撑座 514、614基底516、616入口端口 518、618气体面板520、620真空泵 534、634器壁536、636控制器 540中央处理器542内存544支持电路546、646气态混合物 548、648等离子体550节流阀 552电性接地610介电顶盖638感应线圈650节流阀 652电性接地660第二匹配组件662第二电源为让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。具体实施例方式本专利技术是有关于在一使用双频射频源的等离子体增益半导体处理腔体中，形成与控制一等离子体的方法与设备。等离子体增益半导体处理腔体经常使用二个频率输入的电源，包括一用于等离子体激发与离子解离的高频，以及一用于等离子体鞘(plasma sheath)调变的低频。在一实施例中，本专利技术使用从单一射频(RF)源所产生的二个高频输入来产生等离子体。等离子体鞘调变是通过利用一波形封包(wave packet)现象来控制，该波形封包现象在等离子体鞘中创造一个相当于介于二输入信号的频率中的差异的一低频成分。图1绘示具有一双频射频源的一等离子体增益处理腔体的简易方块图。依据本专利技术的一实施例，一等离子体增益处理腔体100包括，例如一腔体102、一双频射频电源104，以及一单一匹配电路106。腔体102包括一透过匹配电路106连接到电源104的电极108，以及一接地电极110。除了简单化的射频基本结构之外，腔体102的其它部分与公知的等离子体增益处理腔体类似。电源104为一具有双频激发的射频产生器。电源104通常可适用于产生范围在100KHz到200MHz的二频率。电源104也可以最大约5000W的连续或脉冲电源。在本专利技术的一实施例中，电源产生大约13MHz与14MHZ的二频率，而每一频率约为3KW。在操作时，射频源104所产生的二频率一般具有相同的输出振幅并且选择由等离子体特性的一定义子集所控制的每一频率，例如是高频等离子体激发、离子解离等等。所选择的频率也尽量相近以允许共同通过匹配电路106。所选择的二频率之间的差值所产生一波形封包效应(wave packet effect)也可用以控制等离子体特性的一第二子集，例如是低频等离子体激发、鞘电压调变(sheath voltagemodulation)等等。波形封包效应绘示于图2及图3中。此外，射频源104所产生的二频率信号的振幅比值可通过控制二频率之间的差值所产生的波形封包效应的大小来改变。值得注意的是，等离子体特性由双频率所控制且由其差值所产生的波形封包效应可相互重叠(overlap)(即部分或全部特性被控制，例如等离子体激发或鞘调变，也可至少部分特性被射频源104所提供的双频率所控制以及被二频率的差值所产生的波形封包所控制。)等离子体特性的其它子集也可被连接至等离子体的额外射频信号所控制。例如，等离子体特性的第三子集例如由另一射频源所提供的一射频信号来控制，而此射频信号连接制程腔体中的另一电极，如下图6所示。图2绘示以一傅立叶(Fourier)函数的振幅210作为输入波形入射至等离子体制程腔体102的电极108的频率220的函数，而图3绘示鞘电压波形300的频谱分析，并以等离子体鞘中的频率的振幅310作为一频率320的函数。如图2所示，输入波形220的频谱包括二预期的波峰202与204，其对应射频源104所产生的第一与第二频率。然而，在图3中，低频部分(波峰306)于等离子体鞘中由射频源104的主要驱动频率(波峰302、304)在其预期谐振(expectedharmonic)下所产生的。等离子体鞘具有非线性特性曲线，其影响射频信号如同一射频混合器二极管(RF mixer diode)对输入射频信号的影响，也就是说所形成的扣击频率等于二输入频率的差值。如此，低频部分(波峰306)等于射频源104所产生的二频率的差值。射频源104所产生的驱动频率的最大差值由匹配电路106的特性所决定。特别是，匹配电路106的共振频带宽(resonant bandwidth)介于驱动频率的中间。匹配电路106必须具有一Q值，用以定义连接二频率至电极108以及等离子体的有效频带宽。只要二驱动频率实质上位在匹配电路的频带宽之间，射频装置能支持二分离的频率。低频部分的频率差值可利用电流匹配技术(current match technology)来提供所需的处理功效。图4A绘示一L型匹配的振幅的反射系数以MHz频率的轴向402对反射系数振幅的轴向404的图标400。所选择的频率的反射系数振幅如同图标的圈点406、408所示较小且大致上相等，以作为射频源104所产生的第一与第二频率。图4B绘示一L型匹配的频率在实数/虚数空间(real/imaginaryspace)的位置。图4B所绘示的史密斯图表450表示一般标准的RF射频源的阻值为50本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以双频射频源产生与控制等离子体于半导体基板制程腔体的方法，其特征在于，该方法包括：　　　　在一第一频率下，由该射频源提供一第一射频信号至该制程腔体内的一电极；以及　　　　在一第二频率下，由该射频源提供一第二射频信号至该制程腔体内的该电极，该第二频率与该第一频率的差值等于一预定频率，其中在该预定频率下，形成于该制程腔体中的一等离子体的特性由一等离子体鞘调变所建立。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂芬C雪农，艾力克斯派特森，斯而多洛斯依派纳购波洛斯，约翰P后兰，丹尼斯格理玛，高仓靖，
申请(专利权)人：应用材料有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]