等离子体产生装置和半导体设备制造方法及图纸

本发明专利技术属于半导体生产技术领域，具体涉及一种等离子体产生装置和半导体设备。该等离子体产生装置，用于产生圆周分布的等离子体，该所述等离子体产生装置包括微波产生源、微波传输匹配结构和谐振腔体，所述谐振腔体包括由内向外依次同轴嵌套设置的圆环结构的介质层和主体层，所述介质层在靠近所述主体层的一侧开设有至少两条狭缝天线，所述介质层的内部形成环形的谐振腔室。该等离子体产生装置，采用了环形的微波谐振腔结构，并通过狭缝天线形成环状均匀表面波等离子体，能获得均匀间隔分布的等离子体，而且在作为辅助等离子体源应用时，还能避免与射频等离子体源产生耦合，从而改进等离子体密度，消除射频耦合。

【技术实现步骤摘要】
等离子体产生装置和半导体设备
本专利技术属于半导体生产
，具体涉及一种等离子体产生装置和半导体设备。
技术介绍
近年来，随着电子技术的高速发展，人们对集成电路要求总体趋势趋向于高度集成化和更大面积化，这就要求生产集成电路的企业不断提高半导体晶片的加工能力。高性能等离子体发生设备的研发对于半导体制造工艺的发展至关重要，当等离子体设备用于半导体制造工艺时，最主要考察因素是：在一定气压范围能有效率的生成大面积均匀的等离子体。具体到工艺细节，关注点往往在于工艺气体和气压，等离子体均匀程度和等离子体内粒子成分即等离子体的可控性。对应于电子行业的发展，能在低气压下激发大面积，高密度均匀等离子体的等离子体源是当前的主要研究方向。在某些特定的等离子体工艺下，刻蚀率和均匀性的要求导致单一结构的等离子体源无法满足工艺需求。如某些硅通孔工艺(ThroughSiliconVia，简称TSV)要求高刻蚀率的同时达到高的均匀性，为保证腔室内部及其边缘的等离子体源，使用了双等离子体源结构，主等离子体源提供高密度的等离子体，辅助等离子体源对边缘进行补偿，从而在提高刻蚀率的同时对边缘均匀性进行补偿。如图1所示为现有技术中一种硅通孔机台产品的双等离子体源腔室的结构示意图。其包括主腔室21、辅助腔室22、主微波产生及传输结构23、辅助微波产生及传输结构24、陶瓷桶25和射频线圈26。该结构采用了通常外置的射频线圈作为射频电源驱动，使用两个线圈分别产生主等离子体和辅助等离子体。如图2所示即为用于边缘辅助的等离子体源的结构示意图。在实际使用时，存在如下几个难题：1.因为主等离子体源和辅助等离子体源使用了相同的射频(均为13.56MHz)，因此在同时启动时，两个等离子体源会产生耦合互相干扰，导致工艺不稳定，限制了工艺参数窗口；2.因为单线圈的结构，电流馈入端会有电场不均匀的情况发生，对等离子体的均匀性造成影响；3.因为启辉放电时，在低功率时有EH模式(容性E、感性H模式)跳变导致匹配困难，严重影响了工艺窗口。可见，设计一种能获得均匀间隔分布的等离子体的等离子体产生装置成为目前亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种等离子体产生装置和半导体设备，至少部分解决等离子体不能均匀间隔分布，以及作为辅助等离子体源应用时与射频等离子体源产生耦合的问题。解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是该等离子体产生装置，用于产生圆周分布的等离子体，该所述等离子体产生装置包括微波产生源、微波传输匹配结构和谐振腔体，所述谐振腔体包括由内向外依次同轴嵌套设置的圆环结构的介质层和主体层，所述介质层在靠近所述主体层的一侧开设有至少两条狭缝天线，所述介质层的内部形成环形的谐振腔室。优选的是，所述狭缝天线的延伸方向与所述介质层的圆轴线平行设置，至少两条所述狭缝天线沿所述介质层周向方向均匀间隔分布。优选的是，所述介质层为实心圆环结构，所述介质层在沿其径向上的截面形状为矩形。优选的是，所述主体层为空心圆环结构，所述主体层在沿其径向上的截面形状为矩形。优选的是，所述介质层采用低介电损耗材料形成，所述低介电损耗材料包括石英材料或陶瓷材料。优选的是，所述主体层采用金属材料形成，所述金属材料包括不锈钢材料或铝合金材料。优选的是，所述介质层沿径向上的厚度范围为2mm～50mm，沿轴向上的高度范围为5mm～100mm。优选的是，所述微波传输匹配结构包括谐振器、环流器、矩形波导、阻抗调节器、探针馈入结构和连接单元，其中：所述谐振器、所述环流器、所述矩形波导和所述阻抗调节器依次顺序连接形成微波管路，所述探针馈入结构沿垂直于与所述介质层的圆轴线的方向将微波能量馈入所述谐振腔体；所述连接单元设置于所述微波传输匹配结构与所述谐振腔体之间，使得所述微波传输管路与所述谐振腔体物理连接。优选的是，所述微波产生源的驱动电源的工作频率为2.45GHz。一种半导体设备，包括腔体和位于腔体内的等离子体产生装置，所述等离子体产生装置采用上述的等离子体产生装置。优选的是，该所述半导体设备还包括主等离子体产生装置，所述主等离子体产生装置设置于所述腔体内部的上方，用于产生主等离子体；上述的等离子体装置设置于所述主等离子体下方，且套置于所述腔体的内侧壁上，其作为辅助等离子体产生装置，以产生辅助等离子体。本专利技术的有益效果是：该等离子体产生装置，采用了环形的微波谐振腔结构，并通过狭缝天线形成环状均匀表面波等离子体，能较佳的对边缘区域进行补偿，从而能获得均匀间隔分布的等离子体；在作为辅助等离子体源应用时，还能避免与射频等离子体源产生耦合，从而达到改进等离子体密度，消除射频耦合等性能优化。附图说明图1为现有技术中一种双等离子体源腔室的结构示意图；图2为一种用于边缘辅助的等离子体源的结构示意图；图3为本专利技术实施例中的等离子体产生装置的俯视图；图4为图3中谐振腔体的立体结构示意图；图5为图4中谐振腔体的局部剖视结构示意图；附图标记为：1－供电电源；2－磁控管；3－谐振器；4－环流器；5－负载；6－矩形波导；7－阻抗调节器；8－探针馈入结构；9－短路活塞；10－连接单元；11－狭缝天线；12－主体层；13－介质层；14－谐振腔室；15－工艺腔室中心线；21－主腔室；22－辅助腔室；23－主微波产生及传输结构；24－辅助微波产生及传输结构；25－陶瓷桶；26－射频线圈。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术等离子体产生装置和半导体设备作进一步详细描述。实施例1：本实施例提供一种等离子体产生装置，用于产生圆周分布的等离子体，该等离子体产生装置采用表面等离子体波(surface-waveplasma)环形谐振腔(annularresonantcavity)结构，其产生的等离子体具有较高的均匀性。如图3-图5所示，一种等离子体产生装置，包括微波产生源、微波传输匹配结构和谐振腔体，微波产生源和微波传输匹配结构用于在谐振腔体的谐振腔室14内产生微波等离子体；谐振腔体包括由内向外依次同轴嵌套设置的圆环结构的介质层13和主体层12，介质层13在靠近主体层12的一侧开设有至少两条狭缝天线11，介质层13的内部形成环形的谐振腔室14，在介质层13的内表面形成环形的表面波等离子体。其中，主体层12与介质层13可以直接贴合，即介质层13的外壁与主体层12的内壁贴合；也可以有一定间隙，间隙距离小于20mm。如图3和图4所示，狭缝天线11的延伸方向与介质层的圆轴线平行设置，至少两条狭缝天线11沿介质层13周向方向均匀间隔分布。通常情况下，一般根据需求等离子体面积，狭缝天线11设置为四条或更多，以保证馈入电磁场的角向均匀性。其中，微波产生源的驱动电源的工作频率为2.45GHz，即采用2.45GHz微波功率电源作为驱动电源以避免射频耦合。这里，介质层13为实心圆环结构，介质层13在沿其径向上的截面形状为矩形。相应的，主体层12为空心圆环结构，主体层12在沿其径向上的截面形状为矩形，主体层12围绕介质层13呈闭合圆环。这里的径向即指包括工艺腔室中心线15、沿工艺腔室的直径或半径方向。其中，介质层13沿径向上的厚度范围为2mm～50mm，沿轴向上的高度范围为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种等离子体产生装置，用于产生圆周分布的等离子体，该所述等离子体产生装置包括微波产生源、微波传输匹配结构和谐振腔体，其特征在于，所述谐振腔体包括由内向外依次同轴嵌套设置的圆环结构的介质层和主体层，所述介质层在靠近所述主体层的一侧开设有至少两条狭缝天线，所述介质层的内部形成环形的谐振腔室。

【技术特征摘要】
1.一种等离子体产生装置，用于产生圆周分布的等离子体，该所述等离子体产生装置包括微波产生源、微波传输匹配结构和谐振腔体，其特征在于，所述谐振腔体包括由内向外依次同轴嵌套设置的圆环结构的介质层和主体层，所述介质层在靠近所述主体层的一侧开设有至少两条狭缝天线，所述介质层的内部形成环形的谐振腔室。2.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其特征在于，所述狭缝天线的延伸方向与所述介质层的圆轴线平行设置，至少两条所述狭缝天线沿所述介质层周向方向均匀间隔分布。3.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其特征在于，所述介质层为实心圆环结构，所述介质层在沿其径向上的截面形状为矩形。4.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其特征在于，所述主体层为空心圆环结构，所述主体层在沿其径向上的截面形状为矩形。5.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其特征在于，所述介质层采用低介电损耗材料形成，所述低介电损耗材料包括石英材料或陶瓷材料。6.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其特征在于，所述主体层采用金属材料形成，所述金属材料包括不锈钢材料或铝合金材料。7.根据权利要求1-6任一项所述的等离子体产生装置，其特征在于，所述介质层沿径向上...

【专利技术属性】
技术研发人员：昌锡江，
申请(专利权)人：北京北方华创微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11