用于高气体流速处理的环形等离子体室制造技术

一种用于激活工艺气体的等离子体室，包括：形成环形等离子体通道的至少四段，每一段具有一横截面积；以及在一段上形成的出口，该出口的横截面积大于其它段的横截面积。该等离子体室还包括：用于接收工艺气体的入口；以及压力通风室，用于在与出口相对的段的宽阔区域上引入工艺气体，以降低局部高等离子体阻抗和气流不稳定性，其中与出口相对的段限定多个孔以在等离子体通道中提供螺旋状气旋。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于高气体流速处理的环形等离子体室背景可将等离子体放电用于激活气体，从而产生包含离子、自由基、原子和分子的活化 气体。活化气体用于很多工业和科学应用，这包括处理诸如半导体晶片之类的固体材料、粉 末和气体气体。等离子体的参数以及等离子体暴露于被处理材料的条件根据应用广泛地变 化。例如，一些应用要求使用具有低动能(即，几个电子伏特)的离子，因为被处理材 料对损伤敏感。诸如各向异性蚀刻或平面化电介质沉积之类的其它应用要求使用具有高动 能的离子。诸如活性离子束蚀刻之类的又一些其它应用要求精确控制离子能量。一些应用要求被处理材料直接暴露于高密度等离子体。一种这样的应用是产生离 子激活的化学反应。其它这样的应用包括将材料蚀刻成高纵横比结构和将材料沉积到高纵 横比结构上。其它应用要求包含原子和活化分子的中性活化气体，同时被处理材料与等离 子体相屏蔽，因为该材料对离子导致的损伤敏感或者因为该处理具有高选择性要求。各种等离子体源能够以多种方式生成等离子体，包括DC放电、射频(RF)放电和微 波放电。DC放电是通过在气体中的两电极之间施加电位来实现的。RF放电通过将来自电源 的能量静电耦合或感应耦合到等离子体来实现的。平行板通常用于将能量静电耦合到等离 子体。感应线圈通常用于将电流感应到等离子体。微波放电是通过使微波能量穿过微波传 送窗口直接耦合到包含气体的放电室来实现的。微波放电可用于支持宽范围的放电条件， 包括高度电离的电子回旋共振(ECR)等离子体。与微波或其它类型的RF等离子体源相比，环形等离子体源具有低电场、低等离子 体室腐蚀、紧凑、成本效益方面的优势。环形等离子体源以低电场工作并且本质上去除了电 流-终止电极和相关联的阴极电位降。较低的等离子体室腐蚀允许环形等离子体源以高于 其它类型等离子体源的功率密度工作。此外，高磁导率磁芯的使用将电磁能量有效地耦合 到等离子体，从而使得环形等离子体源能够以相对低的RF频率工作同时降低电源成本。环 形等离子体源已被用于产生包括氟、氧、氢、氮等化学反应原子气体，用于处理半导体晶片、 平板显示器和各种材料。概述现有的环形等离子体源都不能以高于24标准升每分钟(slm)的NF3流速操作。 对于高功率、高气体流速等离子体源的需求在不断增加，从而增加等离子体处理的生产量， 尤其是在平板显示器和太阳能面板的制造中。这些应用所需的气体流速可以是几十至几百 Slm0在如此高的流速下，流体力学和气流模式强烈影响气体_等离子体相互作用或工艺气 体的离解率以及等离子体的稳定性。已经开发出用于控制气流以改进等离子体稳定性并增加气体-等离子体相互作 用的技术。然而，在现有的等离子体源设计中，工艺气体或者通过单个气体注入孔或者通过 位于等离子体通道的小区域中的多个孔引入等离子体通道，由此在气体注入点附近形成高 等离子体阻抗。局部气体集中和高流速导致流动不稳定性并限制能够通过等离子体源处理 的气体的量。本文所述的实施例提供一种用于降低等离子体通道中的局部高等离子体阻抗和 气流不稳定性的装置和方法。该装置由与活性气体源一起使用的等离子体室构成，它包括形成环形等离子体通 道的至少四段，每一段具有一横截面积；以及在一段上形成的出口，所述出口的横截面积大 于其它段的横截面积，以容纳由于入口气体被等离子体离解引起的增加的气流。该等离子 体室还包括用于接收工艺气体的入口以及用于在环形等离子体通道的宽阔区域上引入工 艺气体以降低局部高等离子体阻抗和气流不稳定性的压力通风室(plenum)。在一个实施例 中，压力通风室经由多个孔沿与出口相对的等离子体通道段引入工艺气体，以在等离子体 通道中提供螺旋状气旋。在一个实施例中，孔可基本上与所述等离子体通道的内表面相切，且使该孔成一 定角度或定向成在所述等离子体通道中以形成螺旋状气旋。孔可相对于等离子体通道段的 轴向成30度至90度的角，并且相对于等离子体通道段的轴的垂直方向成45度至90度的 角。在一个实施例中，在气体注入期间引入两个单独但相干的气旋以改进气体-等离子体 相互作用并维持流动稳定性。在一个实施例中，等离子体室还包括用于发起等离子体放电的至少一个激发装 置。该激发装置可位于压力通风室和与出口相对的段之间，穿过管区从等离子体通道凹入， 且包括帮助等离子体的激发的在管区中的放气孔。在一个实施例中，等离子体通道的垂直段和出口之间的过渡角可大于95度。过渡 角的范围可以介于100度至180度之间，从而使流动紊流最小化。在一个实施例中，可使等离子体通道平滑，以防止流动紊流、压力增加或等离子体 与所述等离子体通道壁的相互作用。等离子体通道的NF3流动能力至少为30slm。一种用于将工艺气体引入等离子体室的缓冲器可包括用于接收工艺气体的入口 以及用于在等离子体通道的宽阔区域上引入所述工艺气体以降低等离子体通道中的局部 高等离子体阻抗和气流不稳定性的压力通风室。压力通风室可限定多个孔，用于在等离子 体通道中提供螺旋状气旋。孔可基本上与等离子体通道的内表面相切，且使该孔成一定角 度或定向成在所述等离子体通道中以形成螺旋状气旋。孔相对于等离子体通道段的轴向可 成30度至90度的角，并且相对于等离子体通道段的轴的垂直方向可成45度至90度的角。 一种用于将工艺气体引入等离子体室的方法包括在等离子体通道的宽阔区域上引入工艺 气体以及在等离子体通道中形成螺旋状气旋，以降低等离子体通道中的局部高等离子体阻 抗和气流不稳定性。该方法还包括在气体引入期间提供至少两个单独但相干的气旋以改进 气体_等离子体相互作用并维持流动稳定性。该方法还包括在出口位置输出气体，出口位 置的横截面积大于等离子体通道的横截面积，以防止出口位置附近的流动紊流。一种与活性气体源一起使用的等离子体室，包括用于形成环形等离子体通道的 至少四段的装置，每一段具有一横截面积；以及用于在一段上形成出口的装置，所述出口的 横截面积大于其它段的横截面积。该等离子体室还包括用于接收工艺气体的装置；以及 用于在与出口相对的段的宽阔区域上引入工艺气体以降低局部高等离子体阻抗和气流不 稳定性的装置，其中与出口相对的段限定多个孔以在等离子体通道中提供螺旋状气旋。本文所述的实施例提供优于现有技术的以下优点。等离子体源可生成用于蚀刻、 薄膜沉积和腔室清洁的高速活化气体。等离子体源可用于减少有害的或不合需要的气体。等离子体源扩展了环形等离子体源的操作能力从而使用户能够实现较高处理量和较低处 理成本。等离子体源能够以高气体流速工作并实现高的气体激发率和离解率。该等离子体 源可将环形等离子体源的NF3流动能力扩展至30slm或更高。附图说明上述内容以及其它对象、特征和优点将从以下对如附图中所示的实施例更具体的 描述中明了，其中在各附图中相似的附图标记贯穿不同视图始终指代相同的部分。附图不 一定是按比例的，相反，重点放在了示出实施例的原理上。图1是用于产生活化气体的环形低场等离子体源的图示； 图2示出涡流气体混合装置的实施例；图3示出环形等离子体室的实施例的横截面图；图4示出等离子体源的操作数据，示出在高达45slm(标准升每分钟)的NF3流速 和100托的压力下的操作；图5A示出气体压力通风室的俯视图；图5B示出气体压力通风室的另一个实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种与活性气体源一起使用的等离子体室，包括：形成环形等离子体通道的至少四段，每一段具有一横截面积；以及在一段上形成的出口，所述出口的横截面积大于其它段的横截面积。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：X陈，A考韦，
申请(专利权)人：MKS仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]