一种等离子反应器及其处理方法技术

本发明专利技术提供一种等离子反应器及其处理方法。上述等离子反应器包括上下相对的电极，其中上电极周围围绕有一个点燃电极，上电极和点燃电极在面向反应腔内处理空间的一面均镀有一层绝缘材料层。在通入反应气体到等离子处理所需气压后点燃电极上连接到高压电源，产生微等离子。随后微等离子体扩散到整个反应内处理空间，反应器进入等离子处理阶段。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及等离子体处理领域，尤其涉及一种等离子反应器点燃等离子体的结构和方法。
技术介绍
半导体制造
中，广泛应用等离子来对半导体晶圆或基片进行加工。等离子源包括多个种类，最常用的有电容耦合型CCP(capacitively coupled plasma)sources和电感耦合型ICP(inductively coupled plasma)sources。电容耦合型的等离子源相对其它类型具有很多优点，平板形的几何形状与待处理的晶圆对应，所以施加到晶圆上方的电场具有很高的均一性，所以能够获得更高均一性的刻蚀或沉积效果。电容耦合型等离子体反应器包括一个反应腔，反应腔围绕的密闭空间内下方具有一个基座，基座内包括一个下电极，待加工的晶圆固定在下电极上方。与基座相对的是一个上电极，在上下电极之间施加高频（27、60Mhz等）射频能量以产生等离子体，在下电极施加低频（如2Mhz）射频能量以控制等离子入射到晶圆上的能量。这些等离子反应器都在通入反应气体后，先点燃等离子才能进行后续的等离子处理。现有的点燃步骤需要1-2秒的视角来产生等离子体。要点燃等离子，气体情况如气压需要与后续的等离子处理步骤中不同。在点燃多频等离子，一定量的低频射频（如2Mhz）功率（典型的>100W）被经常用到。用这样低频的射频能量点燃等离子时会在晶圆表面产生较高的电势。因此这些点燃步骤后在晶圆上造成不希望出现的损害。要预防这样的损害，就要选择更低的点燃功率和点燃时的气压，而这样做会造成点燃失败。由于等离子点燃和等离子处理步骤的气压不同，所以在点燃后还需要一个转换步骤转入正式的等离子处理步骤。所以传统的点燃方法也影响等离子处理的时间。所以业内需要一种更好的等离子点燃方法来点燃等离子体，这种方法需要能稳定地点燃反应器内的气体，还要不会对晶圆造成损害而且能快速的向后续的等离子处理步骤切换。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种等离子反应器及其点燃方法。所述反应器包括：一个反应腔，反应腔内包括一个基座,基座内包括一个下电极，与基座相对的一个上电极，上电极外周围围绕有一个绝缘材料环其特征在于：所述上电极和绝缘材料环的下表面镀有一层绝缘材料层，一个点燃电极植入所述绝缘材料环，所述点燃电极通过一个可控开关连接选择性的连接到一个高压电源。点燃电极所施加的高压电源输出电压大于500V小于10000V。电极下方的绝缘材料层厚度大于10微米小于5毫米。所述点燃电极与上电极之间距离大于1毫米小于10毫米。本专利技术第二实施例，所述绝缘材料环内还包括一个第二点燃电极，且连接到接地端，所述点燃电极和第二点燃电极之间的距离小于10毫米。本专利技术第三实施例，所述反应器还包括一个环状点燃电极位于上电极下方环绕上下电极间的处理空间，所述环状点燃电极到上电极的距离小于到基座上方晶圆的距离，且所述点燃电极表面镀有绝缘材料层。一种等离子反应器，所述反应器包括：一个反应腔，反应腔内包括一个基座基座内包括一个下电极，与基座相对的一个上电极，上电极外周围围绕有一个绝缘材料环其特征在于：所述上电极的下表面镀有一层绝缘材料层，包括一个环状点燃电极位于上电极下方并环绕上下电极间的处理空间，所述环状点燃电极到上电极的距离小于到基座上方晶圆的距离，且所述点燃电极表面镀有绝缘材料层，所述点燃电极通过一个可控开关连接选择性的连接到一个高压电源，其特征在于所述高压电源输出电压大于500V小于10000V。本专利技术还包括一种等离子反应器处理方法，所述反应器包括一个反应腔，反应腔内包括一个基座基座内包括一个下电极，与基座相对的一个上电极，上电极外周围设置有一个点燃电极，所述处理方法包括步骤：通入反应气体达到一个点燃气压，进入点燃步骤，施加一个500-10000V高压到所述点燃电极产生微等离子；施加一个射频电压到所述上电极和下电极之一，进入等离子处理步骤；其中进入等离子处理步骤时调整反应腔内的气压达到处理气压，所述处理气压小于等于所述点燃气压。施加所述高压到点燃电极的时间早于所述施加射频电压的施加t秒，且0≤t≤1。附图说明图1为本专利技术等离子反应器第一实施例整体示意图；图2为本专利技术等离子反应器第一实施例局部放大图；图3为本专利技术等离子反应器第一实施例上电极下视图；图4为本专利技术等离子反应器第二实施例整体示意图；图5为本专利技术等离子反应器第二实施例等离子约束还局部放大图；图6为本专利技术等离子反应器第三实施例局部放大图；具体实施方式以下结合图1和2，详细说明本专利技术第一实施例。如图1所示，本专利技术等离子反应器内包括基座1，基座1上固定有晶圆2，上电极5与基座1相对固定在反应器顶部。上电极外周包裹有绝缘材料环4，绝缘材料环4内埋设有点燃电极6，所述点燃电极6靠近面向基座的下表面。点燃电极6通过一个可控开关8电连接到一个高压电源7。所述上电极连接到一个接地端。上电极与绝缘材料环的下表面都镀有一层绝缘镀层3。所述绝缘材料环4或者绝缘镀层3可以是由SiO2、Al2O3、Y2O3或者这些材料的混合物制成。如图2所示为上电极与绝缘材料环4直接的局部放大图，图中所述镀层3覆盖绝缘材料环4和上电极的下表面且厚度大于10um小于5mm。图3所示为上电极5的下视图，如图所示，点燃电极6植入在绝缘材料环4中围绕所述上电极且距离上电极外缘很近，小于10mm，最佳的为大于1mm小于10mm。在进行点燃等离子时，首先通入反应气体达到进行等离子处理所需要的气压。然后可控开关8导通或关段控制高压电源7施加一个高压电压到点燃电极6的时间。高压电源7输出一个几百到几千伏的高压电场，且改高压电场具有相对较低的交变频率（小于100Khz）。在高压电源7施加高压电到所述点燃电极6时，所述点燃电极6和接地的上电极5直接产生很大的电势差，而且两者间的距离很近小于1cm，比如5mm。所以两者直接电场线穿过绝缘镀层3和反应气体，在点燃电极下方绝缘镀层3和上电极下方的绝缘层之间能够形成表面放电。在这样的放电形态下会在点燃电极6和上电极5之间会首先形成微等离子体9，随后微等离子体会快速扩展到整个反应空间。由于微等离子体9的体积很小而且贴近上电极远离下方的晶圆2所以不会对晶圆造成不希望出现的损害。而且这样的点燃方式用时很短只需要0.1-1秒，所以占用时间少而且所消耗的能量也少。而且由于该反应器已经具有进行等离子处理所需的气压，所以不需要再等待本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子反应器，包括：一个反应腔，反应腔内包括一个基座,基座内包括一个下电极，与基座相对的一个上电极，上电极外周围围绕有一个绝缘材料环其特征在于：所述上电极和绝缘材料环的下表面镀有一层绝缘材料层，一个点燃电极植入所述绝缘材料环，所述点燃电极通过一个可控开关连接选择性的连接到一个高压电源。

【技术特征摘要】
1.一种等离子反应器，包括：一个反应腔，反应腔内包括一个基座,基座内包括一个下电极，与基座相对的一个上电极，上电极外周围围绕有一个绝缘材料环其特征在于：
所述上电极和绝缘材料环的下表面镀有一层绝缘材料层，一个点燃电极植入所述绝缘材料环，所述点燃电极通过一个可控开关连接选择性的连接到一个高压电源。
2.如权利要求1所述的等离子反应器，其特征在于所述高压电源输出电压大于500V小于10000V。
3.如权利要求1所述的等离子反应器，其特征在于所述绝缘材料层厚度大于10微米小于5毫米。
4.如权利要求1所述的等离子反应器，其特征在于所述点燃电极与上电极之间距离大于1毫米小于10毫米。
5.如权利要求1所述的等离子反应器，其特征在于所述绝缘材料环内还包括一个第二点燃电极，且连接到接地端。
6.如权利要求5所述的等离子反应器，其特征在于所述点燃电极和第二点燃电极之间的距离小于10毫米。
7.如权利要求1所述的等离子反应器，其特征在于还包括一个环状点燃电极位于上电极下方环绕上下电极间的处理空间，所述环状点燃电极到上电极的距离小于到基座上方晶圆的距离，且所述点燃电极表面镀有绝缘材料层。
8.一种等离子反应器，所述反应器包括：一个反应腔，反应腔内包括一个基座基座内包括一个下电极，...

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