射频功率源系统及使用该射频功率源系统的等离子体反应腔室技术方案

一种应用于等离子体反应腔室上的射频功率源，采用频率合成或射频信号振荡器方式产生Ｎ个射频信号，并通过宽带功率放大器将该Ｎ个射频信号功率加以放大，随后分离该经过放大的信号。于是射频系统的输出是具有多种频率的射频功率。可选地，这些频率是可以切换的，这样使用者就可以选择射频功率源系统所输出的频率。本发明专利技术进一步公开了一种使用该射频功率源的等离子体反应腔室。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及应用于等离子体反应腔室中的射频功率源，特别涉及可以产生多种频 率的射频功率源系统及使用该射频功率源系统的等离子体反应腔室。
技术介绍
现有技术中已经有使用两种射频频率(双频)的等离子体反应腔室。一般来说， 双频等离子体反应腔室接收的射频偏置功率(RF bias power)的频率低于约15MHz，射频源 功率(RF source power)的频率较高，一般在40_200MHz。射频偏置功率是指用以控制离子 能量和能量分布的射频功率，而射频源功率是指用以控制等离子体中的离子解离(plasma ion dissociation)或等离子体密度(plasma density)的射频功率。在某些特定应用中， 人们运用偏置频率为2MHz或13MHz、源频率为27MHz、60MHz、100MHz或更高的频率在等离子 体反应腔室中进行蚀刻工艺处理。最近有人提出了 一种让等离子体反应腔室工作在一个偏置频率和两个源频率下 的方式。例如，有人提出让等离子体蚀刻反应腔室工作在2MHz偏置频率和27MHz和60MHz 两个源频率下。在这种方式下，不同类型的离子的解离可以通过两个源射频(source RF) 的功率加以控制。但是，在现有技术中的这些应用，每种频率都是通过一个独立的射频功率 源(或射频功率发生器)来提供的。比如，若等离子体蚀刻反应腔室需要工作在三种频率 下，则现有技术的反应腔室就必须提供三台独立工作的射频功率源来满足工作需要。众所 周知，射频功率源的费用非常昂贵，大大地增加了使用者的使用成本。欲获得进一步的信 息，请参看美国专利号6，281，469和7，144，521，以及美国申请专利公开号2005/0264218。在等离子体反应腔室实际工作过程中，有时需要反应腔室同时工作在2MHZ偏置 频率和60MHZ的源频率下；而有时又需要反应腔室同时工作在13MHZ偏置频率和60MHZ的 源频率下。现有技术的做法是给等离子体反应腔室提供三台独立的射频功率源(或射频功 率发生器)，通过分别控制每一个独立的射频功率源来提供不同的频率组合。但这种设计价 格昂贵且设备占地体积大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种运用于等离子体反应腔室上的可以产生多种频率的 射频功率源，其可以大大节省使用者的成本，并且可靠性高。本专利技术的另一目的在于提供一种运用于等离子体反应腔室上的具有可切换的 多种频率的射频功率源，其不仅可以大大节省使用者的成本、可靠性高，而且可以通过切 换射频，使等离子体反应腔室能够选择性地选择工作频率，满足不同的应用(differentapplications)或工艺步骤(recipe steps)。本专利技术是通过以下技术方法实现的一种射频功率源系统，包括输出具有N个频率的N个射频信号的射频源，其中N 是大于1的整数；合成该N个射频信号的射频功率合成器，以输出一个合成的射频信号 ’放 大该合成的射频信号的宽带放大器，以提供一个经过放大的射频信号；接收该经过放大的 射频信号的射频功率分离器，以提供具有N个频率的N个经过放大的射频功率信号。一种射频功率源系统，包括第一射频源，输出具有第一频率的第一射频信号；第 二射频源，输出具有第二频率的第二射频信号；射频功率合成器，将第一和第二射频信号合 成，输出一个合成的射频信号；宽带放大器，用以放大该合成的射频信号，以提供一个经过 放大的信号；射频功率分离器，用以接收该经过放大的信号，并提供第一放大射频功率和第 二放大射频功率；匹配电路，用以接收该第一放大射频功率和该第二放大射频功率。一种等离子体反应腔室，包括真空反应腔室，用来在其中产生等离子体；射频功 率源，可提供频率为fl的射频功率；射频源，可以输出具有N个不同频率的N个射频信号， 其中N是大于1的整数；合成该N个射频信号的射频功率合成器，以输出一个合成的射频信 号；放大该合成的射频信号的宽带放大器，以提供一个经过放大的射频信号；接收该经过 放大的射频信号的射频功率分离器，以提供具有N个频率的N个经过放大的射频功率信号； 匹配电路，用以将该频率Π以及该N个频率中的至少一个频率的射频功率耦合到该真空反 应腔室中。本专利技术的不同方面提供了具有单个频率源射频功率和双频射频偏置功率的等离 子体反应腔室。利用该专利技术系统，离子的轰击能量以及能量分布可以通过两个不同的频率 来控制。例如，若需要高轰击能量，反应腔室可用2MHz射频偏置功率驱动，而需要较柔和的 离子轰击时，反应腔室可工作于13MHz射频偏置功率下。当然，反应腔室也可同时加载相同 或不同功率级别的两种射频偏置。作为本专利技术的其它方面，提供一个射频功率源，可以实现可切换的多种频率的射 频功率。该系统采用频率合成或射频信号振荡器方式产生N个射频信号，并通过宽带功率 放大器将该N个射频信号功率加以放大，随后分离该经过放大的信号。于是系统的输出是 具有多种频率的射频功率。这些频率是可以切换的，这样使用者就可以选择系统所输出的频率。附图说明本说明书中包含的附图，作为本说明书的一部分，示出了本专利技术的实施方式，并与 说明书一起用于解释和描述本专利技术的原理和实施。附图旨在以一种概略的方式描绘所述实 施例的主要特征。附图的目的并不在于描述实际实施方式的每一详细特征，也不在于描绘 所述元件的真正尺寸，并且元件不是按比例绘制。图1是现有技术中多频率等离子体反应腔室的示意图，其连接有一个偏置射频功 率和两个源射频功率发生器。图2是本专利技术多频率等离子体反应腔室的第一种实施方式的示意图，其连接有两 个偏置射频功率和一个源射频功率发生器。图3描绘了一种利用单射频功率源提供可切换的多种频率的射频功率的实施方式。图4A和4B描绘了本专利技术中提供一个合成的双频射频系统和独立的射频功率源的 实施方式。图5描绘的是采用单个射频信号发生器提供多种频率的实施方式。图6提供了本专利技术多频率系统的另一种实施方式。图7提供了本专利技术多频率系统的又一种实施方式。图8提供了本专利技术中多频率系统的一种不使用合成器的实施方式。图9是根据本专利技术一种实施方式采用两个偏置频率进行工艺处理的实施方式。图10所示为本专利技术多频率系统的再一种实施方式。图11所示为图10所示中的切换电路与匹配电路的电路连接方式。具体实施方式图1是现有技术中的多频率等离子体反应腔室的示意图，其连接有一个射频偏置 功率源或射频偏置功率发生器(one RF bias power generator)和两个源射频功率源或源 射频功率发生器(two source RF power generators)。具体而言，图1所示的等离子体反 应腔室100具有一个上电极105、下电极110和在两个电极之间产生的等离子体120。通 常，上电极105 —般嵌设于反应腔室顶盖上，而下电极110 —般嵌设于下方的阴极组件上， 所述阴极组件上用于放置待处理的半导体工艺件，如，半导体晶片。如图1中所示，偏置射 频功率源125通过匹配电路140为反应腔室100提供射频功率。射频偏置频率为Π，一般 为2MHz或约13MHz (更精确地，是13. 56MHz)，一般加载到下电极110上。图1同时示出了 两个射频源功率源130和135，工作频率分别为f2和f3。比如，f2可设为27MHz，f3可设 为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种射频匹配连接电路，其用于给等离子体反应腔室的电极提供可切换的射频频率，所述射频匹配连接电路包括：切换开关，其包括一输入端和一第一输出端和一第二输出端；第一匹配电路，其包括一与所述切换开关的第一输出端相连接的输入端以及一与所述电极相连接的输出端，所述第一匹配电路被调谐工作于一第一频率；第二匹配电路，其包括一与所述切换开关的第二输出端相连接的输入端以及一与所述电极相连接的输出端，所述第二匹配电路被调谐工作于一第二频率；并联电容，连接于大地与所述切换开关的输入端之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈金元，尹志尧，钱学煜，倪图强，饭塚浩，
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：31[中国|上海]