一种射频直流独立驱动的双腔室等离子体源制造技术

本发明专利技术涉及半导体制造工艺领域，公开了一种能够满足低刻蚀深度、高刻蚀精度以及低沉积厚度需求的射频直流独立驱动的双腔室等离子体源，其包括真空放电腔室和自上而下依次间隔设置于真空放电腔室内的上电极板、中间电极板和下电极板；其中：上电极板与中间电极板之间形成上腔室，中间电极板与下电极板之间形成下腔室，且中间电极板上密布有若干连通上腔室和下腔室的孔洞。本发明专利技术结合射频电源更容易实现低气压放电、直流电压更容易调控的特点，通过将射频驱动和直流调节相结合的方式，设计了“上射频——下直流”可独立调控的双腔室等离子体源，可满足现代刻蚀或沉积工艺的对轰击极板离子能量和通量的高精度控制要求。板离子能量和通量的高精度控制要求。板离子能量和通量的高精度控制要求。

【技术实现步骤摘要】
一种射频直流独立驱动的双腔室等离子体源


[0001]本专利技术涉及半导体制造工艺领域，尤其涉及一种能够满足低刻蚀深度、高刻蚀精度以及低沉积厚度需求的射频直流独立驱动的双腔室等离子体源。

技术介绍

[0002]在目前的半导体加工设备中，高端工艺一般要求刻蚀设备具备比较良好的各向异性，为此常采用基于等离子体的刻蚀机刻蚀晶圆。等离子体与材料的接触区域会形成鞘层，鞘层能产生指向材料表面的电场，该电场可加速离子轰击材料表面，实现对材料表面的各向异性刻蚀。大部等离子体刻蚀设备采用由射频功率源驱动的容性耦合等离子体源(CCPs)。
[0003]在半导体工业中，为实现对刻蚀速度、刻蚀深度的独立调控，需要对轰击到晶圆表面的离子能量和通量进行独立控制。为此，常采用高频和低频电源共同驱动放电，通过调节高频电压控制等离子体的密度，实现对离子通量的控制，从而控制刻蚀速度；通过对低频电压的控制，调节鞘层的电势差，实现对轰击极板离子能量的调制，继而控制刻蚀深度。然而，双频驱动的等离子体源依然存在其固有问题：1)调节某个控制参数控制等离子体时，必定会对另一参数造成影响，参数控制无法做到完全独立；2)在一个供电体系中，双频之间会相互影响，致使匹配电路难以设计。由于等离子体放电所需功率由射频电源提供。在射频驱动下，等离子体鞘层有比较明显的振荡，鞘层电压降可达百伏并保持振荡，这将导致轰击极板的离子能量也高达数十至数百电子伏特，因此射频CCPs难以实现对轰击极板离子能量的精准控制和低能化调制。
[0004]随着半导体工艺的快速发展，在高端芯片的加工工艺中，刻蚀线宽被一步步缩短，刻蚀深度也逐渐降低，控制精度要求大幅提高。先进的原子层刻蚀工艺要求刻蚀机能在原子层面上实现对刻蚀速度、刻蚀方向和刻蚀深度的精确控制，这要求轰击极板刻蚀离子能量能降低至数电子伏特且能够精确调控。这对当前的等离子体源提出了极高要求，而传统的射频或直流驱动等离子体源已难以满足上述要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术为满足现代刻蚀或沉积工艺的对轰击极板离子能量和通量的高精度控制要求，通过将射频驱动和直流调节相结合的方式，构建一种上射频—下直流可独立驱动的双腔室等离子体源。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]本专利技术提供一种射频直流独立驱动的双腔室等离子体源，包括真空放电腔室和自上而下依次间隔设置于所述真空放电腔室内的上电极板、中间电极板和下电极板；其中：
[0008]所述上电极板与中间电极板之间形成上腔室，所述中间电极板与下电极板之间形成下腔室，且所述中间电极板上密布有若干连通所述上腔室和下腔室的孔洞。
[0009]优选地，所述真空放电腔室的底部连接真空泵，顶部连接注气装置。
[0010]优选地，所述真空放电腔室内可形成压力低至1mTorr的真空环境。
[0011]优选地，所述上电极板、中间电极板和下电极板之间呈平行布置，且相邻之间的间距为1cm～10cm。
[0012]优选地，所述上电极板和所述下电极板的厚度为0.5～5cm；所述中间电极板的厚度为1～10mm，且其上所述孔洞的直径为0.01～4mm。
[0013]优选地，所述中间电极板上的若干孔洞呈径向密集分布，且相同半径处的孔洞直径相同，不同半径处的孔洞直径相同或不同。
[0014]优选地，所述上电极板通过匹配电路连接射频电源，所述下电极板连接直流电压源，以及所述中间电极板连接地线。
[0015]优选地，所述上电极板通过匹配电路连接射频电源，所述下电极板连接地线，以及所述中间电极板连接直流电压源。
[0016]较为优选地，所述射频电源的可输出幅值为10～500V、频率为1～100MHz的在正弦波波形；所述直流电压源可提供
‑
100～+100V直流电压。
[0017]优选地，所述的射频直流独立驱动的双腔室等离子体源，还包括待加工晶圆，所述待加工晶圆平放于所述下电极板表面。
[0018]本专利技术采用上述技术方案，与现有传统CCPs技术相比，具有如下技术效果：
[0019](1)该等离子体源的主要优点在于下腔室的等离子体(与晶圆接触)极为稳定，轰击极板离子能量可低至数电子伏特，各参数几乎实现了独立调节；
[0020](2)该等离子体源有三个极板、两个放电腔室，两个电极间距均可调节，可调参数大大增多，参数组更加多样，因此可用于不同用途的工艺需求；
[0021](3)由于下腔室的等离子密度远低于上腔室，该型等离子体源很难用于需要高深宽比的刻蚀工艺和需要高填充率的沉积工艺；但对于低深度和高精度的刻蚀工艺以及低厚度的沉积工艺，采用该等离子体源具有明显优势。
附图说明
[0022]图1为本专利技术一种射频直流独立驱动的双腔室等离子体源的中间电极板连接地的剖面结构示意图；
[0023]图2为本专利技术一种射频直流独立驱动的双腔室等离子体源的中间电极板连接直流电压源的剖面结构示意图；
[0024]图3为本专利技术一种射频直流独立驱动的双腔室等离子体源在60MHz、200V射频，0V直流驱动下，腔室中的电子与离子的密度空间分布；
[0025]图4为本专利技术一种射频直流独立驱动的双腔室等离子体源在不同直流电压下电子与离子的密度空间分布；
[0026]图5为本专利技术一种射频直流独立驱动的双腔室等离子体源在不同直流电压下轰击到下板的离子能量分布函数；
[0027]图6为本专利技术一种射频直流独立驱动的双腔室等离子体源在不同射频频率下电子密度的空间分布；
[0028]图7为本专利技术一种射频直流独立驱动的双腔室等离子体源在不同射频频率下下极板离子通量随频率的变化趋势。
具体实施方式
[0029]下面通过具体实施例对本专利技术进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本专利技术，但是下述实施例并不限制本专利技术范围。
[0030]在一些实施例中，该射频直流独立驱动的双腔室等离子体源的创新方案主要是结合射频电源更容易实现低气压放电、直流电压更容易调控的特点，通过将射频驱动和直流调节相结合的方式，设计了“上射频——下直流”可独立调控的双腔室等离子体源，以满足现代刻蚀或沉积工艺的对轰击极板离子能量和通量的高精度控制要求。
[0031]如图1和图2所示，该等离子体源主要包括真空放电腔室1、上电极板2、中间电极板3和下电极板4，其中，所述上电极板2、中间电极板3和下电极板4自上而下依次呈间隔布置在真空放电腔室1内。
[0032]具体地，所述上电极板2与中间电极板3之间形成上腔室5，所述中间电极板3与下电极板4之间形成下腔室6，上腔室5由射频电源11驱动，下腔室6由直流电压源14调节。且在所述中间电极板3上密布有若干连通所述上腔室5和下腔室6的孔洞。
[0033]通过将带有密集孔洞的中间电极板3固定于上下平行的上电极板2、和下电极板4之间，将原有腔室一分为二，上腔室由射频驱动，下腔室由直流电源调节，形成中间电极板3带孔洞的射频——直流双腔室本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种射频直流独立驱动的双腔室等离子体源，其特征在于，包括真空放电腔室和自上而下依次间隔设置于所述真空放电腔室内的上电极板、中间电极板和下电极板；其中：所述上电极板与中间电极板之间形成上腔室，所述中间电极板与下电极板之间形成下腔室，且所述中间电极板上密布有若干连通所述上腔室和下腔室的孔洞。2.根据权利要求1所述的射频直流独立驱动的双腔室等离子体源，其特征在于，所述真空放电腔室的底部连接真空泵，顶部连接注气装置。3.根据权利要求1所述的射频直流独立驱动的双腔室等离子体源，其特征在于，所述真空放电腔室内可形成压力低至1mTorr的真空环境。4.根据权利要求1所述的射频直流独立驱动的双腔室等离子体源，其特征在于，所述上电极板、中间电极板和下电极板之间呈平行布置，且相邻之间的间距为1cm～10cm。5.根据权利要求1所述的射频直流独立驱动的双腔室等离子体源，其特征在于，所述上电极板和所述下电极板的厚度为0.5～5cm；所述中间电极板的厚度为1～10mm，且其上所述孔洞的直径为0.01～...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴浩，安冉，朱春博，杨瑞，易海涛，彭航，
申请(专利权)人：湖北科技学院，
类型：发明
国别省市：