专利名称：一种等离子体处理装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及半导体制造设备技术领域，尤其涉及一种等离子体处理装置。
背景技术：
在半导体器件的制造过程中，通常需要在半导体基底上形成层结构，然后对层结 构作不同工艺的处理，如刻蚀，以形成所需图案。随着制造工艺的不断完善，为了制备性能 更好的半导体器件，现有的刻蚀方法正从湿法刻蚀逐步转变为干法刻蚀，例如等离子体刻 蚀。如图1所示为等离子体处理装置的结构示意图，一般等离子处理装置包括圆柱形 的反应腔室1，在该反应腔室1的底部设置有用于放置基片2的基台3，在反应腔室1的顶 部设置有上电极4，上电极4通常采用石英或金属等统一的材料制成，该上电极4与基台3 相对设置并与基台3之间形成等离子体产生空间，通过在上电极4和基台3(作为下电极) 之间施加射频电压，使得通入反应腔室1内的气体形成等离子体，进而可以对放置在基台3 上的基片2进行刻蚀。上述结构的等离子体处理装置在对基片2进行刻蚀的过程中，根据不同的刻蚀应 用以及等离子体由中心区域向边缘区域的扩散情况等，各区域内等离子体密度不同，经常 会出现基片2中心区域的刻蚀速率与边缘区域不同。例如，在刻蚀Mtride材料时，刻蚀过 程主要是自由基(radical)为主导，由于等离子体处理装置的排气口通常设置在基片边缘 的外侧，因而，由于排气的作用，在基片边缘的自由基会多于在基片中心区域的自由基，使 得基片边缘的刻蚀速率快；而在刻蚀oxide材料时，刻蚀过程主要是以等离子体离子作用 于基片为主导，由于等离子体中的离子能量的分布是基片中心区域高于基片边缘区域，所 以，基片的中心刻蚀速率大于边缘刻蚀速率。刻蚀速率的不同会导致基片刻蚀不均勻，良率 降低。
实用新型内容本实用新型提供一种等离子体处理装置，能够提高对基片刻蚀的均勻性。为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为—种等离子体处理装置，包括上电极和与所述上电极相对的用于放置基片的基 台，所述上电极接地，所述基台分别连接高射频电源和低射频电源，所述上电极至少包括两 个区域，各区域的电阻不同，且与所述上电极的各区域分别相对的基片上的各区域之间，刻 蚀速率的差值小于阈值。进一步，所述上电极包括与上电极同圆心的圆形中心区域和围绕在所述中心区域 周围的圆环形边缘区域。进一步，所述上电极包括与上电极同圆心的圆形中心区域，围绕在所述中心区域 周围的圆环形过渡区域和围绕在所述过渡区域周围的圆环形边缘区域。进一步，所述上电极各区域的电阻率不同。[0011]进一步，所述上电极各区域的电阻率沿径向逐渐变大。进一步，所述上电极各区域的电阻率沿径向逐渐变小。进一步，所述上电极各区域的厚度不同。进一步，所述上电极各区域在轴向上的厚度沿所述上电极的径向逐渐变大。进一步，所述上电极各区域在轴向上的厚度沿所述上电极的径向逐渐变小。进一步，沿所述上电极的外周设置有边缘环。进一步，所述边缘环至少包括两个区域，各区域的电阻率不同，和/或各区域的厚 度不同。本实用新型通过设置上电极上各区域的电阻不同，并且使得与基片上刻蚀速率高 的位置相对的区域的电阻，大于与基片上刻蚀速率低的位置相对的区域的电阻，从而依靠 改变上电极不同区域与基台之间的射频电场调整了等离子体对基片不同区域的刻蚀速率， 提高对基片刻蚀的均勻性。
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要 使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实 施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附 图获得其他的附图。图1是现有技术中等离子体处理装置的结构示意图；图2是本实用新型一种等离子体处理装置的结构示意图；图3是图2所示等离子体处理装置中上电极的俯视图；图4是本实用新型另一种等离子体处理装置的结构示意图；图5是图4所示等离子体处理装置中上电极的俯视图；图6是本实用新型另一种等离子体处理装置的结构示意图；图7是图6所示等离子体处理装置中上电极的俯视图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，
以下结合附图对本 实用新型的具体实施方式
做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新 型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本实用新型不受下面公开的具 体实施例的限制。其次，本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于 说明，表示装置结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在 此不应限制本实用新型保护的范围。现有技术的等离子体处理装置中，由于上电极和基台之间不同区域内的等离子体 密度不同，经常出现基片中心区域的刻蚀速率与边缘区域不同，例如中心区域刻蚀速率大 于边缘区域的刻蚀速率，进而导致基片刻蚀不均勻，例如基片中心区域的过刻蚀。发明人研 究发现，现有技术的等离子体处理装置中，由于上电极呈薄板状，且由同一材料制成，所以上电极各区域与基台(下电极)之间的射频电场几乎相同，不能影响也不会调整等离子体 对基片各区域的刻蚀速率。基于此，本实用新型提供了一种等离子体处理装置，将该装置中的上电极划分成 至少两个区域，使各区域采用的材料或者各区域的厚度等不同，也即各区域的电阻不同，从 而改变了上电极各区域与基台之间的射频电场，调整了等离子体对基片不同区域的刻蚀速 率，并且使得与上电极的各区域分别相对的基片上的各区域之间，刻蚀速率的差值小于阈 值，继而可以提高对基片刻蚀的均勻性。其中，基片上各区域之间的刻蚀速率的差值阈值可 以根据对基片刻蚀均勻性的精度要求进行设定，只要能 够满足基片应用环境的需求即可， 例如，严格情况下，可以设定差值阈值为0，也即各区域刻蚀速率严格相等。上电极上划分 的各区域可以是在与上电极板垂直的轴向上厚度相同，但是各区域材料不同也即电阻率不 同；也可以是各区域的材料相同，但是轴向上的厚度不同，如呈阶梯状；当然也可以是各区 域材料不同，厚度也不同等，总之，只要各区域的电阻不同，以能够实现基片上相对区域之 间的刻蚀速率差别不大即可。以下通过具体实施例进行说明。参照图2，为本实用新型一种等离子体处理装置的结构示意图。该等离子体处理装置中包括上电极21和与上电极21相对的用于放置基片23的 基台22，假设在应用本实施例中的上电极21之前，基片中心区域的刻蚀速率大于边缘区域 的刻蚀速率，则在本实施例中，上电极21将对应于基片上刻蚀速率不同的区域划分为两个 区域，如图3所示为上电极21的俯视图，上电极21沿径向包括两个区域，即与上电极21同 圆心的圆形中心区域211和围绕在中心区域211周围的圆环形边缘区域212。本实施例中，根据基片中心区域的刻蚀速率大于边缘区域的刻蚀速率，上电极21 可以在中心区域211和边缘区域212分别采用不同的材料，也即中心区域211和边缘区域 212的电阻率不同，中心区域211的材料的电阻率大于边缘区域212的材料的电阻率，例如 中心区域211采用石英材料，边缘区域212采用SiC材料，而各区域在轴向上的厚度相同， 从而使得与基片上刻蚀速率高的位置相对的区域的电阻大于与基片上刻蚀速率低的位置 相对的区域的电阻，即中心区域211的电阻大于边缘区域212的电阻。通过设置上电极21 上中心区域211的材料的电阻率大于边缘区域212的材料的电阻率，使得中心区域211与 基台22间的射频电场强度小于边缘区域212与基台22间的射频电场强度，从而使得中心 区域211内离子对基片23中心区域的轰击速率，小于边缘区域212内离子对基片23边缘 区域的轰击速率，从而补偿了基片23中心区域刻蚀速率过快的问题。在制造本实施例中的上电极时，可以采用离子注入等掺杂方法以使得上电极不同 区域的材料不同，例如可以在成型的上电极如SiC上注入离子的方法实现，在离子注入时 通过调节不同部分的离子注入量来获得具有不同电阻的上电极。本实施例中，通过设置上电极上各区域的电阻率不同，并且使得与基片上刻蚀速 率高的位置相对的区域的电阻率，大于与基片上刻蚀速率低的位置相对的区域的电阻率， 从而依靠改变上电极不同区域与基台之间的射频电场调整了等离子体对基片不同区域的 刻蚀速率，提高对基片刻蚀的均勻性。上述等离子体装置中，如图2所示，上电极21接地从而为射频电流提供了一个返 回至大地的路径，基台22分别连接高射频电源24和低射频电源25。其中，低射频电源25可 以控制离子轰击基片23的速度，高射频电源24可以控制等离子体的密度，通过低射频电源25和上电极23上两区域的不同电阻率可以实现对射频电流的返回路径(return path for RF current，也即射频能量从基台22馈入后，射频电流从基台22经过导电的等离子体到达 上电极21、再通过接地的上电极21返回至大地的路径)的微调。当射频能量从基台(下电 极)馈入等离子体处理装置内后，在上、下电极之间形成等离子体，射频电流会通过等离子 体处理装置内的接地的部件而导入大地，构成射频电流的接地回路。由于等离子体是导电 的，接地的上电极会构成射频电流的接地回路之一的一部分。当上电极的不同区域具有不 同的电阻率时，通过等离子体的射频电流在经过接地的上电极被导地时，会根据上电极的 不同区域的电阻率有不同的分配。电阻高的区域通过的电流少，电阻低的区域通过的电流 多，从而影响上下电极之间的等离子体分布。本实用新型由于高频射频源施加在下电极，且 上电极具有不同电阻的区域，不仅改变了射频耦合能量的分布而且改变了等离子产生后射 频电流经过上电极不同分区的电流流向的分布，使得使用本实用新型产品的人能够有更大 的空间来调节等离子体分布，最终实现等离子加工在整个加工面上的均一性，同时由于上 电极中包括导电阻较低区，所以更多的射频电流会从电阻较低区流至接地端，这样更容易 保证等离子体的稳定。 在另一实施例中，还可以将上电极划分为多个区域，例如沿上电极的径向分为三 个或三个以上的区域，且各区域的电阻率沿径向逐渐变大，也即沿上电极的中心至外围方 向，各区域的电阻率逐渐变小。参照图4，为本实用新型另一种等离子体处理装置的结构示意图。该等离子体处理装置中包括上电极41和与上电极41相对的用于放置基片43的 基台42，假设在应用本实施例中的上电极41之前，基片中心区域的刻蚀速率小于中间过渡 区域的刻蚀速率，过渡区域的刻蚀速率小于边缘区域的刻蚀速率，则在本实施例中，上电极 41将对应于基片上刻蚀速率不同的区域划分为三个区域，如图5所示为上电极41的俯视 图，上电极41包括与上电极41同圆心的圆形中心区域411，围绕在中心区域411周围的圆 环形过渡区域412和围绕在过渡区域412周围的圆环形边缘区域413。本实施例中，根据基片各区域刻蚀速率的大小，可以在中心区域411、过渡区域 412和边缘区域413分别采用不同的材料，使得中心区域411的材料的电阻率小于过渡区域 412的电阻率，过渡区域412的电阻率小于边缘区域413的材料的电阻率，中心区域可以是 导体材料，过渡区域为非导体材料、边缘区域为导电材料等，例如中心区域411采用SiC材 料，过渡区域412采用Si材料，边缘区域413采用石英材料。各区域的厚度也可以相同。通 过设置上电极41各区域材料的电阻率，使得中心区域411与基台42间的射频电场强度大 于过渡区域412与基台42之间的射频电场强度，过渡区域412与基台42之间的射频电场 强度大于边缘区域412与基台42间的射频电场强度，从而使得中心区域411内产生的离子 对基片43中心区域的轰击速率，大于过渡区域412内离子对基片43过渡区域的轰击速率， 过渡区域412内离子对基片43过渡区域的轰击速率大于边缘区域413内离子对基片43边 缘区域的轰击速率，从而补偿了基片43靠近边缘区域刻蚀速率过快的问题。本实施例中，通过设置上电极上各区域的电阻率不同，并且使得与基片上刻蚀速 率高的位置相对的区域的电阻率，大于与基片上刻蚀速率低的位置相对的区域的电阻率， 从而依靠改变上电极不同区域与基台之间的射频电场调整了等离子体对基片不同区域的 刻蚀速率，提高对基片刻蚀的均勻性。[0043]上述等离子体装置中，如图4所示，上电极41接地，基台42分别连接高射频电源 44和低射频电源45。其中，高射频电源44可以控制离子轰击基片43的速度，低射频电源 45可以控制等离子体的密度，通过低射频电源45和上电极43上各区域的不同电阻率可以 实现对射频电流返回路径(也即射频电流由基台42返回接地的上电极41的路径)的微调。在另一实施例中，该上电极也可以划分为两个区域或三个以上的区域，且各区域 的电阻率沿径向逐渐变大，也即沿上电极的中心至外围方向，电阻率逐渐变大。参照图6，为本实用新型另一种等离子体处理装置的结构示意图。在本实施例中，该等离子体处理装置中包括上电极61和与上电极61相对的用于 放置基片63的基台62，假设在应用本实施例中的上电极61之前，基片中心区域的刻蚀速率 小于中间过渡区域的刻蚀速率，过渡区域的刻蚀速率小于边缘区域的刻蚀速率，则在本实 施例中，如图7所示为上电极61的俯视图，上电极61将对应于基片上刻蚀速率不同的区域 划分为三个区域，包括圆形中心区域611，围绕在中心区域611周围的圆环形过渡区域612， 和围绕在过渡区域612周围的圆环形边缘区域613，如图6所示，各区域在轴向上的厚度沿 径向逐渐变大，即边缘区域613厚度大于过渡区域612的厚度，过渡区域612的厚度大于中 心区域611的厚度，各区域在朝向等离子体处理装置反应腔室内的表面呈阶梯状分布。各 区域可以选择相同的材料，也即可以具有相同的电阻率。本实施例中，通过设置上电极上各区域的轴向厚度不同，并且使得与基片上刻蚀 速率高的位置相对的区域的厚度，大于与基片上刻蚀速率低的位置相对的区域的厚度，从 而使得上电极板上各区域的电阻不同，进而改变了上电极不同区域与基台之间的射频电 场，使得中心区域611与基台间的射频电场强度大于过渡区域612与基台之间的射频电场 强度，过渡区域612与基台之间的射频电场强度大于边缘区域612与基台间的射频电场强 度，从而使得中心区域611内产生的离子对基片63中心区域的轰击速率，大于过渡区域612 内离子对基片63过渡区域的轰击速率，过渡区域612内离子对基片63过渡区域的轰击速 率大于边缘区域613内离子对基片63边缘区域的轰击速率，调整了等离子体对基片不同区 域的刻蚀速率，提高对基片刻蚀的均勻性。上述等离子体装置中，如图6所示，上电极61接地，基台62分别连接高射频电源 64和低射频电源65。其中，高射频电源64可以控制离子轰击基片63的速度，低射频电源 65可以控制等离子体的密度，通过低射频电源65和上电极63上各区域的不同电阻率可以 实现对射频电流返回路径(也即射频电流由基台62返回接地的上电极61的路径)的微调。在另一实施例中，该上电极也可以划分为两个区域或三个以上的区域，且各区域 的厚度沿径向逐渐变小，也即沿上电极的中心至外围方向，厚度逐渐变小。以上实施例中，上电极划分的各区域中，也可以是各区域材料不同，厚度也不同 等，总之，只要各区域的电阻不同，以能够实现基片上相对区域之间的刻蚀速率差别不大即 可。上述各等离子体处理装置中，沿上电极的外周还可以设置有边缘环，各边缘环也 可以采用类似于上电极的结构，例如边缘环至少包括两个区域，各区域的电阻不同，例如， 各区域的电阻率不同和/或各区域的厚度不同。具体结构请参照前述上电极的结构描述， 此处不再赘述。通过设置上述结构的边缘环可以进一步调整上下电极之间的射频电场，使 得等离子体对基片的刻蚀更加均勻。[0052]上述实施例中，上电极及各其各区域可以设置为其他形状，并非仅限于圆形，上电 基板上的各区域可以根据刻蚀速率进行划分，也并非局限于同心圆环结构。上电极具体划 分的区域数量可以根据基片的刻蚀精度要求确定，各区域采用的材料电阻率或各区域的厚 度等可以根据基片上各区域刻蚀速率的差异进行确定，以实现对基片刻蚀速率均勻性的调
iF. ο 以上各实施例中的技术特征可以根据需要进行重新组合，而不仅限于上述实施 例，此处不再赘述。以上所述的本实用新型实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。上述 实施例中的各技术特征可根据需要进行选择组合。任何在本实用新型的精神和原则之内所 作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。
权利要求一种等离子体处理装置，包括上电极和与所述上电极相对的用于放置基片的基台，其特征在于，所述上电极接地，所述基台分别连接高射频电源和低射频电源，所述上电极至少包括两个区域，各区域的电阻不同。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述上电极包括与上电极同圆心的圆形 中心区域和围绕在所述中心区域周围的圆环形边缘区域。
3.根据权利要1所述的装置，其特征在于，所述上电极包括与上电极同圆心的圆形中 心区域，围绕在所述中心区域周围的圆环形过渡区域和围绕在所述过渡区域周围的圆环形 边缘区域。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的装置，其特征在于，所述上电极各区域的电阻 率不同。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述上电极各区域的电阻率沿径向逐渐变大。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述上电极各区域的电阻率沿径向逐渐变小。
7.根据权利要求1至3中任意一项所述的装置，其特征在于，所述上电极各区域的厚度 不同。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述上电极各区域在轴向上的厚度沿所 述上电极的径向逐渐变大。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述上电极各区域在轴向上的厚度沿所 述上电极的径向逐渐变小。
10.根据权利要求1至3中任意一项所述的装置，其特征在于，沿所述上电极的外周设 置有边缘环。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述边缘环至少包括两个区域，各区域 的电阻率不同，和/或各区域的厚度不同。
专利摘要本实用新型提供一种等离子体处理装置。该装置包括上电极和与所述上电极相对的用于放置基片的基台，其特征在于，所述上电极接地，所述基台分别连接高射频电源和低射频电源，所述上电极至少包括两个区域，各区域的电阻不同，且与所述上电极的各区域分别相对的被处理的基片上的各区域之间，刻蚀速率的差值小于阈值。本实用新型通过设置上电极上各区域的电阻不同，并且使得与基片上刻蚀速率高的位置相对的区域的电阻，大于与基片上刻蚀速率低的位置相对的区域的电阻，从而依靠改变上电极不同区域与基台之间的射频电场调整了等离子体对基片不同区域的刻蚀速率，提高对基片刻蚀的均匀性。
文档编号H01J37/32GK201751976SQ20102013813
公开日2011年2月23日 申请日期2010年3月12日 优先权日2010年3月12日
发明者倪图强, 凯文·皮尔斯, 尹志尧, 杜志游, 许颂临, 陈金元, 雷本亮 申请人:中微半导体设备(上海)有限公司