半导体加工设备及等离子体产生方法技术

本发明专利技术提供一种半导体加工设备及等离子体产生方法，其包括反应腔室、内线圈机构、外线圈、第一射频电源、第一匹配器、第二射频电源和第二匹配器，其中，在反应腔室的顶部设置有平板状的介质窗；内线圈机构设置在该介质窗上方的中心区域；外线圈为平面线圈，其设置在介质窗上方，且环绕在内线圈机构的周围；第一射频电源用于通过第一匹配器向内线圈机构加载连续波射频功率；第二射频电源用于通过第二匹配器向外线圈加载脉冲波或者连续波射频功率。本发明专利技术提供的半导体加工设备，其不仅可以扩大工艺窗口，而且可以使等离子体在启辉时更稳定，从而可以提高工艺重复性。

Semiconductor processing apparatus and plasma producing method

The present invention provides a semiconductor processing device and plasma generating method, which comprises a reaction chamber, inside the circle mechanism, outside ring, the first radio frequency power source, the first match, second and second, the RF power supply device, wherein, the dielectric window at the top of the reaction chamber is provided with a flat shape; the interior loop mechanism is arranged in the center region the dielectric window; outside ring for the planar coil, which is arranged in the window above the surrounding medium, and the inside circle of the organization; the first radio frequency power source used by the first coil loading mechanism matching inward continuous wave RF power; RF power supply for second through second, is outside coil loading pulse or continuous wave RF power. The semiconductor processing equipment provided by the invention not only can enlarge the process window, but also can make the plasma more stable when the glow is bright, so as to improve the process repeatability.

【技术实现步骤摘要】
半导体加工设备及等离子体产生方法
本专利技术涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种半导体加工设备及等离子体产生方法。
技术介绍
在诸如物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、太阳能刻蚀(PECVD)等的半导体加工设备中，利用射频电源将射频能量传输至反应腔室中，以激发反应腔室中的反应气体形成含有大量活性粒子的等离子体，等离子体和晶片相互作用，完成刻蚀或沉积等的工艺过程。图1为现有的半导体加工设备的剖视图。请参阅图1，半导体加工设备包括反应腔室11、上电极系统和下电极系统。其中，在下电极系统中，在反应腔室11内设置有用于承载晶片12的静电卡盘14，该静电卡盘14通过第一匹配器24与第一射频电源23电连接。在下电极系统中，在反应腔室11的介质窗18上方，且分别位于中心区域和边缘区域设置有内线圈15和外线圈16，二者与电流分配单元21电连接，电流分配单元21通过第二匹配器20和第二射频电源19电连接。此外，在介质窗18的中心位置处还设置有喷嘴22，用以向反应腔室11内输送反应气体。在进行工艺的过程中，由第二射频电源19提供的射频能量经电流分配单元21的电流分配之后，分别加载至内线圈15和外线圈16上，以使二者产生的电磁场激发由喷嘴22输送至反应腔室11内的反应气体形成等离子体，等离子体的形成区域如图1中示出的区域13。由第一射频电源23加载至静电卡盘14上的射频功率，可以吸引等离子体朝向晶片12的方向运动，并与晶片12相互作用，从而完成晶片的加工。为了减小等离子体的损失，在上述半导体加工设备中，第一射频电源23和第二射频电源19均采用脉冲波射频能量，而且二者加载射频能量的频率相等、射频波形的相位同步以及射频能量的脉冲频率和占空比相等，从而实现上电极系统和下电极系统的同步脉冲，进而可以更大限度地减小等离子体的粒子碰撞速率和温度，从而可以减小轰击晶片的粒子能量。内线圈15、外线圈16和静电卡盘14的射频信号的脉冲时序如图2所示。上述半导体加工设备在实际应用中不可避免地存在以下问题：其一，在上电极系统和下电极系统同时启辉的情况下，由于脉冲波射频功率的加载时间较短，导致等离子体较难实现启辉，从而工艺窗口较小。其二，等离子体在脉冲波射频能量下启辉不稳定，造成工艺重复性较差。
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，提出了一种半导体加工设备及等离子体产生方法，其不仅可以扩大工艺窗口，而且可以使等离子体在启辉时更稳定，从而可以提高工艺重复性。为实现本专利技术的目的而提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，在所述反应腔室的顶部设置有平板状的介质窗，其特征在于，还包括：内线圈机构，设置在所述介质窗上方的中心区域；外线圈，为平面线圈，其设置在所述介质窗上方，且环绕在所述内线圈机构的周围；第一射频电源和第一匹配器，所述第一射频电源用于通过所述第一匹配器向所述内线圈机构加载连续波射频功率；第二射频电源和第二匹配器，所述第二射频电源用于通过所述第二匹配器向所述外线圈加载脉冲波或者连续波射频功率。优选的，所述内线圈机构包括：介质桶，设置在所述介质窗的中心位置处，且与所述反应腔室相连通；并且，在所述介质桶的顶部设置有中心喷嘴，用以向所述介质桶内输送反应气体；内线圈，为立体线圈，且环绕在所述介质桶的外侧，并且与所述第一匹配器电连接。优选的，所述内线圈机构包括内线圈，所述内线圈为平面线圈，且与所述第一匹配器电连接；在所述介质窗的中心位置处设置有中心喷嘴，用以向所述反应腔室内输送反应气体。优选的，在所述介质窗的边缘区域内设置有至少三个边缘喷嘴，且沿所述介质窗的周向均匀分布，用于向所述反应腔室内输送反应气体。优选的，加载至所述内线圈机构的射频频率与加载至所述外线圈的射频频率的比值大于或者等于5:1。优选的，由所述第一射频电源输出的连续波射频信号的射频频率为40MHz、60MHz或者100MHz。优选的，由所述第二射频电源输出的脉冲波射频信号的射频频率为2MHz或者13.56MHz。优选的，由所述第二射频电源输出的脉冲波射频信号的脉冲频率的取值范围在10Hz～100KHz；脉冲占空比的取值范围在1％～99％。优选的，由所述第二射频电源输出的脉冲波射频信号的脉冲频率为100Hz；脉冲占空比为50％。优选的，由所述第二射频电源输出的连续波射频信号的射频频率为40MHz、60MHz或者100MHz。优选的，还包括：基座，设置在所述反应腔室内，用于承载晶片；第三射频电源和第三匹配器，所述第三射频电源用于通过所述第三匹配器向所述基座加载脉冲波射频功率；相位同步电缆，连接在所述第三射频电源和所述第二射频电源之间；脉冲同步电缆，连接在所述第三射频电源和所述第二射频电源之间；所述第二射频电源用于通过所述第二匹配器向所述外线圈加载脉冲波射频功率。优选的，还包括：基座，设置在所述反应腔室内，用于承载晶片；第三射频电源和第三匹配器，所述第三射频电源用于通过所述第三匹配器向所述基座加载脉冲波射频功率；相位同步电缆，连接在所述第三射频电源和所述第二射频电源之间；所述第二射频电源用于通过所述第二匹配器向所述外线圈加载连续波射频功率。作为另一个技术方案，本专利技术还提供一种等离子体产生方法，其利用本专利技术提供的上述半导体加工设备产生等离子体，包括以下步骤：S1，开启所述第一射频电源，向所述内线圈机构加载连续波射频功率；S2，开启所述第二射频电源，向所述外线圈加载脉冲波或者连续波射频功率。优选的，所述半导体加工设备还包括基座、第三射频电源、第三匹配器、相位同步电缆和脉冲同步电缆，其中，所述基座设置在所述反应腔室内，用于承载晶片；所述第三射频电源用于通过所述第三匹配器向所述基座加载脉冲波射频功率；所述相位同步电缆连接在所述第三射频电源和所述第二射频电源之间；所述脉冲同步电缆连接在所述第三射频电源和所述第二射频电源之间；所述第二射频电源用于通过所述第二匹配器向所述外线圈加载脉冲波射频功率；在所述步骤S2中，在开启所述第二射频电源的同时，开启所述第三射频电源，向所述基座加载脉冲波射频功率。优选的，所述半导体加工设备还包括基座、第三射频电源、第三匹配器和相位同步电缆，其中，所述基座设置在所述反应腔室内，用于承载晶片；所述第三射频电源用于通过所述第三匹配器向所述基座加载脉冲波射频功率；所述相位同步电缆连接在所述第三射频电源和所述第二射频电源之间；所述第二射频电源用于通过所述第二匹配器向所述外线圈加载连续波射频功率；在所述步骤S2之后，还包括以下步骤：S3，开启所述第三射频电源，向所述基座加载脉冲波射频功率。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的半导体加工设备，其通过首先利用第一射频电源向内线圈机构加载连续波射频功率，然后利用第二射频电源向外线圈加载脉冲波或者连续波射频功率，可以使内圈等离子体始终处于启辉状态，从而在向外线圈加载脉冲波射频功率之后，外圈等离子体很容易启辉、并达到稳定状态，进而不仅可以扩大工艺窗口，而且可以提高工艺重复性。本专利技术提供的等离子体产生方法，其通过利用本专利技术提供的上述半导体加工设备产生等离子体，可以使内圈等离子体始终处于启辉状态，从而在向外线圈加载脉冲波射频功率之后，外圈等离子体很容易启辉、并达到稳定状态，进而不仅可以扩大工艺窗口，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体加工设备，包括反应腔室，在所述反应腔室的顶部设置有平板状的介质窗，其特征在于，还包括：内线圈机构，设置在所述介质窗上方的中心区域；外线圈，为平面线圈，其设置在所述介质窗上方，且环绕在所述内线圈机构的周围；第一射频电源和第一匹配器，所述第一射频电源用于通过所述第一匹配器向所述内线圈机构加载连续波射频功率；第二射频电源和第二匹配器，所述第二射频电源用于通过所述第二匹配器向所述外线圈加载脉冲波或者连续波射频功率。

【技术特征摘要】
1.一种半导体加工设备，包括反应腔室，在所述反应腔室的顶部设置有平板状的介质窗，其特征在于，还包括：内线圈机构，设置在所述介质窗上方的中心区域；外线圈，为平面线圈，其设置在所述介质窗上方，且环绕在所述内线圈机构的周围；第一射频电源和第一匹配器，所述第一射频电源用于通过所述第一匹配器向所述内线圈机构加载连续波射频功率；第二射频电源和第二匹配器，所述第二射频电源用于通过所述第二匹配器向所述外线圈加载脉冲波或者连续波射频功率。2.根据权利要求1所述的半导体加工设备，其特征在于，所述内线圈机构包括：介质桶，设置在所述介质窗的中心位置处，且与所述反应腔室相连通；并且，在所述介质桶的顶部设置有中心喷嘴，用以向所述介质桶内输送反应气体；内线圈，为立体线圈，且环绕在所述介质桶的外侧，并且与所述第一匹配器电连接。3.根据权利要求1所述的半导体加工设备，其特征在于，所述内线圈机构包括内线圈，所述内线圈为平面线圈，且与所述第一匹配器电连接；在所述介质窗的中心位置处设置有中心喷嘴，用以向所述反应腔室内输送反应气体。4.根据权利要求1所述的半导体加工设备，其特征在于，在所述介质窗的边缘区域内设置有至少三个边缘喷嘴，且沿所述介质窗的周向均匀分布，用于向所述反应腔室内输送反应气体。5.根据权利要求1所述的半导体加工设备，其特征在于，加载至所述内线圈机构的射频频率与加载至所述外线圈的射频频率的比值大于或者等于5:1。6.根据权利要求5所述的半导体加工设备，其特征在于，由所述第一射频电源输出的连续波射频信号的射频频率为40MHz、60MHz或者100MHz。7.根据权利要求5所述的半导体加工设备，其特征在于，由所述第二射频电源输出的脉冲波射频信号的射频频率为2MHz或者13.56MHz。8.根据权利要求7所述的半导体加工设备，其特征在于，由所述第二射频电源输出的脉冲波射频信号的脉冲频率的取值范围在10Hz～100KHz；脉冲占空比的取值范围在1％～99％。9.根据权利要求8所述的半导体加工设备，其特征在于，由所述第二射频电源输出的脉冲波射频信号的脉冲频率为100Hz；脉冲占空比为50％。10.根据权利要求5所述的半导体加工设备，其特征在于，由所述第二射频电源输出的连续波射频信号的射频频率为40MHz、60MHz或者100MHz。11.根据权利要求1-9任意一项所述的半导体加工设备，...

【专利技术属性】
技术研发人员：成晓阳，
申请(专利权)人：北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11