等离子体约束系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种等离子体约束系统，设置在等离子体处理装置反应腔内的约束区域，所述约束区域位于反应腔的处理区域与排气区域之间，且位于固定基片的基座外周围与反应腔侧壁之间，所述等离子体约束系统设置有多个连通所述处理区域和排气区域的通道，且各所述通道沿基座的径向分布在所述约束区域，使所述处理区域产生的废气经过各所述通道输送到所述排气区域；其中，各所述通道的长度与其所在位置的原始废气流速正相关。本发明专利技术还公开了一种等离子体约束方法和等离子体处理装置。本发明专利技术在不增加等离子体泄露风险的前提下尽可能大的增大气体流导，进而提升等离子体刻蚀反应腔的真空度，以更好地满足工艺的要求。以更好地满足工艺的要求。以更好地满足工艺的要求。

【技术实现步骤摘要】
等离子体约束系统及方法


[0001]本专利技术涉及等离子体处理领域，具体涉及一种等离子体约束系统及方法。

技术介绍

[0002]等离子体处理是集成电路领域通用的技术，该工艺步骤在一等离子体处理器的反应腔内部进行。在处理过程中，向反应腔中引入含有适当刻蚀剂或淀积源气体的反应气体，然后通过上下电极对引入反应腔的工艺气体施加高功率的射频功率以生成等离子体，通过等离子体刻蚀基片表面上的材料层或在基片表面上淀积材料层，进而对半导体基片进行加工。
[0003]等离子体是扩散性的，虽然大部分等离子体会停留在上下电极之间的处理区域中，但部分等离子体可能充满整个反应腔，扩散到处理区域之外的区域，并会对这些区域造成腐蚀、淀积或者侵蚀，导致反应腔内部的颗粒玷污，进而降低等离子处理装置的重复使用性能，并可能会缩短反应腔或反应腔零部件的工作寿命。同时，如果不将等离子体约束在一定的工作区域内，带电粒子将撞击未被保护的区域，进而导致半导体基片表面杂质和污染。
[0004]目前，通常使用等离子体约束系统来约束等离子体，在等离子体约束系统上设置有若干个通道，刻蚀反应后产生的工艺废气通过此通道，工艺废气内包括带电粒子及中性粒子，当等离子体内的带电粒子通过所述通道时可以使带电粒子被中和，中性粒子通过，从而将放电基本约束在上下电极之间的处理区域以内，避免可能造成的腔体污染问题。等离子体约束系统具有两方面功用：一是将等离子体约束在处理区域，防止等离子体扩散出去污染反应腔腔体；二是提供刻蚀反应后产生的工艺废气排出反应腔的通道。但上述两方面的功用是相互矛盾的，若提高抽气能力必然会增大等离子体从反应区域泄露的风险；而若提高约束性能，就会使气体流导降低，气体就不能迅速穿过等离子体约束系统而快速排出反应腔，这会导致反应腔内气压上升，使部分需要低气压的工艺无法执行，从而极大地限制了制程的工艺窗口。
[0005]然而，随着3D NAND技术的不断发展，从最初的36层堆叠技术到目前最先进的128层堆叠，对等离子体刻蚀的技术要求越来越高，对射频等离子体源的功率要求也逐步提升，60M射频等离子体源的最大功率需要到3～10kW，这对等离子体的约束是一个很大的挑战，由于功率增加导致等离子浓度增加，浓度增加导致约束难度增加，因此目前所使用的等离子体约束系统已经无法满足需求。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种等离子体约束系统及方法，通过有选择性地改变等离子体约束系统不同区域气体通道的长宽比，以实现在不增加等离子体泄露风险的前提下尽可能大的增大气体流导，进而提升等离子体刻蚀反应腔的真空度，以更好地满足工艺的要求。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0008]一种等离子体约束系统，设置在等离子体处理装置反应腔内的约束区域，所述约束区域位于反应腔的处理区域与排气区域之间，且位于固定基片的基座外周围与反应腔侧壁之间，所述等离子体约束系统设置有多个连通所述处理区域和排气区域的通道，且各所述通道沿基座的径向分布在所述约束区域，使所述处理区域产生的废气经过各所述通道输送到所述排气区域；
[0009]其中，各所述通道的长度与其所在位置的原始废气流速正相关，所述原始废气流速为在未设置所述等离子体约束系统时所述废气经过约束区域的各位置的流速。
[0010]优选地，各所述通道的长度沿所述基座的离心径向由长逐渐变短。
[0011]优选地，各所述通道的开口宽度与其所在位置的所述原始废气流速负相关。
[0012]优选地，各所述通道的长度沿所述基座的离心径向由长逐渐变短，且各所述通道的开口宽度沿所述基座的离心径向由窄逐渐变宽。
[0013]优选地，各所述通道是若干同圆心的环状通道，所述等离子体约束系统包含在所述约束区域同圆心分布的一组约束环，通过相邻约束环之间的空隙构成所述环状通道。
[0014]优选地，所述基座顶部未设置凸出基座侧壁的覆盖环，所述约束区域包括沿所述基座的离心径向依次设置的第一约束分区、第二约束分区和第三约束分区，且所述第一至第三约束分区的所述原始废气流速递减。
[0015]优选地，所述第一至第三约束分区的通道长度递减。
[0016]优选地，各所述约束分区内的通道长度沿所述基座的离心径向递减。
[0017]优选地，所述第一至第三约束分区的通道的开口宽度递增。
[0018]优选地，各所述约束分区内的通道长度沿所述基座的离心径向递减、通道开口宽度沿所述基座的离心径向递增。
[0019]优选地，所述基座顶部设置有凸出基座侧壁的覆盖环，所述约束区域包括第一约束分区、第二约束分区和第三约束分区，所述覆盖环覆盖第一约束分区的上方，未覆盖所述第二约束分区和第三约束分区的上方，且所述第二约束分区的所述原始废气流速大于第一、第三约束分区。
[0020]优选地，所述第二约束分区的通道长度大于所述第一、第三约束分区。
[0021]优选地，所述第二约束分区的通道开口宽度小于所述第一、第三约束分区。
[0022]一种等离子体处理装置，包括一反应腔，所述反应腔内设置有基座，基座顶部通过静电夹盘来固定基片；所述基座上方设置有将反应气体引入至反应腔内的喷淋头；所述喷淋头与基座之间为处理区域，所述处理区域被反应腔的腔壁包围；所述喷淋头处作为上电极，基座处作为下电极并施加有高频射频功率，将处理区域内的反应气体解离为等离子体，通过到达基片上表面的等离子体对基片进行处理；等离子体处理装置在反应腔下部设有排气区域，所述排气区域与外部的排气泵相连接；
[0023]上述的等离子体约束系统设置在所述约束区域，所述等离子体约束系统的下方设有支撑和导电接地用的接地环。
[0024]一种等离子体约束方法，等离子体处理装置的反应腔内，将上述的等离子体约束系统设置在所述约束区域；
[0025]处理区域产生的废气在经过各所述通道送到排气区域的过程中，带电粒子被中和，实现等离子体约束；
[0026]其中，所述通道的分布密度，与所在位置的等离子体分布密度相关：等离子体分布密度大的位置，通道的分布密度大，加强等离子体约束能力；等离子体分布密度小的位置，通道的分布密度小，提升气体流通量。
[0027]一种等离子体约束系统，设置在等离子体处理装置反应腔内的约束区域，所述约束区域位于反应腔的处理区域与排气区域之间，且位于固定基片的基座外周围与反应腔侧壁之间，
[0028]所述基座顶部设置有凸出基座侧壁的覆盖环，所述等离子体约束系统设置有多个连通所述处理区域和排气区域的通道，且各所述通道沿基座的径向分布在所述约束区域，使所述处理区域产生的废气经过各所述通道输送到所述排气区域；
[0029]其中，各所述通道的开口宽度与其所在位置的所述原始废气流速负相关，所述原始废气流速为在未设置所述等离子体约束系统时所述废气经过约束区域的各位置的流速；
[0030]所述约束区域包括沿所述基座的离心径向依次设置的第一约束分区、第二约束分区和第三约束分区，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等离子体约束系统，设置在等离子体处理装置反应腔内的约束区域，所述约束区域位于反应腔的处理区域与排气区域之间，且位于固定基片的基座外周围与反应腔侧壁之间，其特征在于，所述等离子体约束系统设置有多个连通所述处理区域和排气区域的通道，且各所述通道沿基座的径向分布在所述约束区域，使所述处理区域产生的废气经过各所述通道输送到所述排气区域；其中，各所述通道的长度与其所在位置的原始废气流速正相关，所述原始废气流速为在未设置所述等离子体约束系统时所述废气经过约束区域的各位置的流速。2.如权利要求1所述等离子体约束系统，其特征在于，各所述通道的长度沿所述基座的离心径向由长逐渐变短。3.如权利要求1所述等离子体约束系统，其特征在于，各所述通道的开口宽度与其所在位置的所述原始废气流速负相关。4.如权利要求3所述等离子体约束系统，其特征在于，各所述通道的长度沿所述基座的离心径向由长逐渐变短，且各所述通道的开口宽度沿所述基座的离心径向由窄逐渐变宽。5.如权利要求1或3所述等离子体约束系统，其特征在于，各所述通道是若干同圆心的环状通道，所述等离子体约束系统包含在所述约束区域同圆心分布的一组约束环，通过相邻约束环之间的空隙构成所述环状通道。6.如权利要求1或3所述等离子体约束系统，其特征在于，所述约束区域包括沿所述基座的离心径向依次设置的第一约束分区、第二约束分区和第三约束分区，且所述第一至第三约束分区的所述原始废气流速递减。7.如权利要求6所述等离子体约束系统，其特征在于，所述第一至第三约束分区的通道长度递减。8.如权利要求7所述等离子体约束系统，其特征在于，各所述约束分区内的通道长度沿所述基座的离心径向递减。9.如权利要求7所述等离子体约束系统，其特征在于，所述第一至第三约束分区的通道的开口宽度递增。10.如权利要求9所述等离子体约束系统，其特征在于，各所述约束分区内的通道长度沿所述基座的离心径向递减、通道开口宽度沿所述基座的离心径向递增。11.如权利要求1或3所述等离子体约束系统，其特征在于，所述基座顶部设置有凸出基座侧壁的覆盖环，所述约束区域包括第一约束分区、第二约束分区和第三约束分区，所述覆盖环覆盖第一约束分区的上方，未覆盖所述第二约束分区和第三约束分区的上方，且所述第二约束分区的所述原始废气流速大于第一、第三约束分区。12.如权利要求11所述等离子体约束系统，其特征在于，所述第二约束分区的通道长度大于所述第一、第三约束分区。13.如权利要求12所述等离子体约束系统，其特征在于，所述第二约束分区的通道开口宽度小于所述第一、第三约束分区。
14.一种等离子体处理装置，包括一反应腔，所述反应腔内设置有基座，基座顶部通过静电夹盘来固定基片；所述基座上方设置有将反应气体引入至反应腔内的喷淋头；所述喷淋头与基座之间为处理区域，所述处理区域被反应腔的腔壁包围；所述喷淋头处作为上电极，基座处作为下电极并施加有高频射频功率，将处理区域内的反应气体解离为等离子体，通过到达基片上表面的等离子体对基片进行处理；等离子体处理装置在反应腔下部设有排气区域，...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭锡亮，王洪青，杨宽，周艳，范光伟，
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：