专利名称：等离子体处理装置的制作方法
技术领域：
等离子体处理装置
技术领域：
本实用新型涉及一种等离子体处理装置，特别涉及一种调节等离子体处理过程中
等离子体均匀性的电容耦合型等离子体处理装置。背景技术：
在半导体制造工业中，对集成电路的高精度加工经常利用等离子体来实现所要的 加工速度与精度。等离子体加工比如等离子体刻蚀，经常采用电容耦合型等离子体反应器 来产生等离子体并利用等离子体来帮助对待加工部件如晶圆进行处理。要实现最大的产 量，就要保证一块晶圆上中间和边缘区域的芯片都符合规格要求得到均一的加工效果，即 提高加工的均一性(uniformity)。要获得更高的均一性就要保证使晶圆中心和边缘区域具 有相同的加工参数如等离子体密度、气体分子密度与种类分布、电场方向、鞘层电压等。其 中等离子体密度由于电容型耦合的结构特点限制，在其它参数相同情况下必然会造成晶圆 边缘区域比中心区域的等离子体密度低。为了抵消这一偏差，现有技术如US20060128044 介绍了利用接地的导电屏蔽物，使等离子体中的带电电荷流向该屏蔽物实现等离子体密度 的均一性，但是该专利中的屏蔽物上要涂覆一层足够薄的绝缘膜以实现将等离子体中的电 荷导到接地处的目的，该绝缘薄膜若太薄，则该薄膜要求提高且容易被等离子体破坏，需要 经常更新从而制造成本增加，若太厚则无法将电荷经过屏蔽物导走，所以该方法会造成高 的制造成本。业界迫切需要一种简单且成本低的实现更高的等离子体密度均一性方法。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种电容耦合型等离子体处理装置，其克服现有技术 的不足，增强了等离子体密度在整个基片表面的均一性。 本实用新型是通过以下技术方法实现的一个由导电材料制成的反应腔；设置于 反应腔内的一第一电极以及与第一电极相对设置的一第二电极；一射频功率源与第二电极 相连接，用以提供射频功率而在第一电极及第二电极之间形成射频电场和形成等离子体； 一基座设置于反应腔内用于支撑被处理的基片或晶片；一介电体围绕所述基座，并包围所 述基座中的第二电极外侧面的；一射频能量引导元件，其由导电材料制成并且在等离子体 处理过程中电浮地，所述射频能量引导元件包括一覆盖部，设置于介电体外侧并至少部分 包围该介电体中的第二电极外侧面的一部分；以及一向内延伸部，其一端与所述覆盖部相 交，其相对的另一端向靠近基座的一侧延伸。 其中射频能量引导元件可以是铝等金属材料制得，射频能量引导元件向内延伸部 面向第一电极的上表面还覆盖有耐等离子腐蚀的材料，覆盖部的外侧面覆盖有介电层以防 止到达射频能量引导元件的射频能量被传递到基座侧面的区域产生不希望出现的等离子。
图1为说明本实用新型等离子体处理装置的工作原理的剖面图。[0007] 图2为本实用新型等离子体处理装置的另外一种实施方式的剖面图。 图3为本实用新型等离子体处理装置的再一种实施方式的剖面图。 图4为本实用新型所述的射频能量引导元件的覆盖部与向内延伸部的位置关系
示意图。
具体实施方式
本实用新型提出了一种利用简单结构增强等离子体在晶圆或基片上方中心区域
和边缘区域等离子体密度均一的等离子体处理装置。本实用新型具体实施例和工作原理如 图1所示，图1为本实用新型等离子体处理装置的一种实施方式的剖面图。如图所示，等离
子体处理装置包括一个导体制成的反应腔9，反应腔9内的上方设置一个上电极(同时也作 用为气体分布板)10b，该上电极或气体分布板10b可以是由导体制成。在反应腔9内，与上 电极10b相对的位置处设置有一用于放置待处理的工艺件(如基片或晶片)的基座l，该基 座l内包括一下电极10a。 一个或多个射频功率源6与上电极10b或下电极10a相连接，用 以提供射频功率而在上、下电极之间形成射频电场和形成等离子体。 一个介电体12围绕基 座1设置，并至少包围所述基座1的外侧面的一部分。 一个导体材料制成的射频能量引导 元件5包括一覆盖部5a及一向内延伸部5b。覆盖部5a设置于介电体12的外侧并至少部 分包围该介电体12 ;向内延伸部5b的一端与所述覆盖部5a的上端相交或相连接，其相对 的另一端向靠近基座1的一侧延伸。该射频能量引导元件5由导电材料制成并且在等离子 体处理过程中电浮地。 所述覆盖部5a与向内延伸部5b电连接，可以是两片式结构或者可以是集成的一 片式部件，其中覆盖部5a环绕基座1的外围。在等离子体处理过程中，为了保护射频能量 引导元件5的表面不受等离子体腐蚀而产生颗粒杂质或减少射频能量引导元件5的使用寿 命，可以向内延伸部5b或覆盖部5a的外表面涂覆有耐等离子体腐蚀的保护层材料，比如， 可以在其面向等离子体的表面或与等离子体接触的表面上覆盖有这些保护层。 在等离子体处理过程中，上电极lob或下电极10a被连接到至少一个射频功率源 6上，如图1所示的实施例中，仅显示射频功率源6通过下电极10a将射频能量送入反应腔 9内，大部分射频能量会通过第一射频路径lla从下电极10a电容耦合至上电极10b，从而 在两电极之间形成射频电场和形成等离子体。在图l所示的电容耦合型反应腔内，等离子 体的电荷密度在被处理的基片的中心区域比在基片的边缘区域要高，即，在整个基片表面 上方会产生不均匀的等离子体密度，这样会导致不均匀的等离子体处理速率。为了解决此 问题，本实用新型提供了前述的射频能量引导元件5，其可以显著增强基片或晶片2边缘处 的等离子体密度，从而提高等离子体处理的均一性。具体而言，射频功率源6的射频功率也 会从图1所示的下电极10a沿介电体12内部向反应腔9的方向传播出去，传统技术中的介 电体足够厚使得射频能量很少泄露，本实用新型设置射频能量引导元件5包围介电体12， 并且在等离子体处理过程中，射频能量引导元件5电浮地，这样，向基座1侧面传播的射频 能量受电浮地的覆盖部5a的引导而被引导到了待处理晶圆的外围；最终，这些被引导的射 频能量会沿引导元件传播至靠近基片2边缘的位置，从覆盖环4或边缘环3处通过路径lib 将能量耦合到上电极10b。通过该设置，使原本会向介电体12外围泄露的射频能量被引导 至基片2的边缘，进而增强基片2边缘的电容耦合，在基片2的边缘产生较大的等离子体浓度。总之，通过射频能量引导元件5将部分穿过介电体12侧面的电场导到基片2的边缘，实 现基片边缘处等离子体浓度的补充，从而增强等离子体浓度在基片2整个表面的均一性。 在具体实施过程中，所述射频能量弓I导元件5的覆盖部5a上方可以选择性地进一 步设置有一由介电材料制成的覆盖环4，覆盖环4覆盖该向内延伸部5b，以保护向内延伸部 5b使之不受等离子体的腐蚀。覆盖环4也可以是导电材料如碳化硅之类材料制得，只要能 保护下面的射频能量引导元件5的耐等离子腐蚀的材料都可选用。类似地，如图2所示，在 覆盖部5a外围也可以选择性地进一步设置有一由耐等离子体腐蚀材料制成的遮蔽环13。 所述遮蔽环13至少部分包围射频能量引导元件的覆盖部5a。该遮蔽环13也可由介电材料 构成以防止射频能量外泄到基座1的侧面，使得基座侧面产生不希望出现的等离子。为了 彻底屏蔽还可以在遮蔽环13外配置接地的导电屏蔽环。所述遮蔽环13也可与介电体12 整合成一体，使射频能量引导元件嵌入由介电体组成的屏蔽体中。 可以看出，在图1所示的实施方式中，所述介电体12包括一外侧面12a及与该外 侧面12a相交的一上表面12b，所述向内延伸部5b设置于该介电体12的上表面12b上方并 且至少部分覆盖该介电体的上表面12b。不脱离本实用新型的精神和实质，图1也可以作 一些变形，请参阅图3，介电体12包括一外侧面12a'及与该外侧面12a'相交的一上表面 12b'，所述向内延伸部5b'设置于该介电体的上表面12b'下方的某一位置并且内嵌于该介 电体12'内。 如图4所示，所述覆盖部5a与向内延伸部5b相交之处沿竖直方向截面后，覆盖部 5a所在的平面与向内延伸部5b所在的平面所形成的交角e为大约90度。但本实用新型 也可以使覆盖部5a与向内延伸部5b所在平面成其他角度，比如二者沿竖直方向截面后所 形成的交角为65度至135度之间。该角度的优化，可以进一步优化前述被引导的射频能量 传递至基片2边缘的路径。 在被处理的基片为晶圆时，所述射频能量引导元件的向内延伸部5b为一具有内 径与外径的环状结构；覆盖部5a为一圆筒状结构。 优选地，射频能量引导元件5由金属材料制成。比如，其可以由铝制成。为了提高 使用性能，还可以对铝表面的全部或至少部分作阳极化处理。 射频能量引导元件5也可以是由半导体材料或导体材料如SiC或硅制成，半导体 材料相对射频电场具有较大的阻抗，所以采用半导体材料也可以实现将穿过介电体12的 电场引导到基片边缘的等离子体处理区域。 射频能量弓|导元件5的向内延伸部5b及覆盖部5a的厚度和宽度可以根据等离子 体浓度补偿的需要自由选择；射频能量引导元件5传递的电场强度也可通过选择介电体12 的厚度或材料来调节。射频能量引导元件的覆盖部5a的垂直高度可以覆盖介电体12整个 侧面，也可以覆盖一部分，比如，大于介电体侧面积的50% 。 向内延伸部5b也可以向反应腔侧壁扩展，只要覆盖环17和外介电体能覆盖向内 延伸部5a就能实现本实用新型目标。覆盖环17可以是绝缘材料也可以是半导体材料或导
体材料制成的，只要能保护下面的射频能量引导元件不被等离子体腐蚀并且容许被引导上 来的电场通过高频电场传播路径40产生等离子体。在遮蔽环13外还可以再添加一电接地 的屏蔽层，彻底防止高频电场扩散到基座侧面并形成不希望出现的等离子体。这样在实现 等离子体处理区实现了等离子体浓度分布的均一同时还防止了等离子体在不希望的区域产生。 本实用新型通过在下电极外围的介电体的外侧或内部嵌入射频能量引导元件的 方法不需要额外的控制电路就能实现等离子体浓度在整个反应区域的均一，而且通过选择 不同的介电体材料和厚度可以简单的实现不同参数的调节，不需要额外的精密加工，以较 低的成本实现了本实用新型的目的。
权利要求一种等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体处理装置包括由导电材料制成的反应腔；设置于反应腔内的一第一电极；设置于反应腔内与第一电极相对设置的一第二电极；一射频功率源与第二电极相连接，用以提供射频功率而在第一电极及第二电极之间形成射频电场和形成等离子体；一基座设置于反应腔内用于支撑被处理的基片或晶片；一介电体围绕所述基座，并包围所述基座中的第二电极外侧面的；一射频能量引导元件，其由导电材料制成并且在等离子体处理过程中电浮地，所述射频能量引导元件包括一覆盖部，设置于介电体外侧并至少部分包围该介电体中的第二电极外侧面的一部分；以及一向内延伸部，其一端与所述覆盖部相交，其相对的另一端向靠近基座的一侧延伸。
2. 根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述介电体包括一外侧面 及与该外侧面相交的一上表面，所述向内延伸部设置于该介电体的上表面上方并且至少部 分覆盖该介电体的上表面。
3. 根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述介电体包括一外侧面 及与该外侧面相交的一上表面，所述向内延伸部设置于该介电体的上表面下方的某一位置 并且内嵌于该介电体内。
4. 根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述覆盖部与向内延伸部 相交之处沿竖直方向截面后所形成的交角为90度。
5. 根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述覆盖部与向内延伸部 相交之处沿竖直方向截面后所形成的交角为65度至135度之间。
6. 根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述射频能量引导元件由 金属材料制成。
7. 根据权利要求6所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述射频能量引导元件由 铝制成。
8. 根据权利要求7所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述射频能量引导元件至 少部分表面作阳极化处理。
9. 根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述射频能量引导元件的 向内延伸部上方进一步设置有一由介电材料制成的覆盖环，所述覆盖环覆盖该射频能量引 导元件的向内延伸部。
10. 根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述射频能量引导元件的 覆盖部外侧进一步设置有一由耐等离子体腐蚀材料制成的遮蔽环，所述遮蔽环包围射频能 量引导元件的覆盖部。
11. 根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述射频能量引导元件的 向内延伸部或覆盖部的外表面涂覆有耐等离子体腐蚀的覆盖层。
12. 根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述射频能量引导元件的 向内延伸部为一具有内径与外径的环状结构。
13. 根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述射频能量引导元件的 覆盖部为一筒状结构。
14. 根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述射频能量引导元件的 覆盖部外侧进一步设置有一由介电材料制成的遮蔽环，所述遮蔽环包围射频能量引导元件 的覆盖部。
专利摘要一种等离子体处理装置的新型结构可以解决等离子体浓度在基片或晶圆边缘区域小于中心区域的问题。该新型结构包括在基座外围的介电体外周侧设置一射频能量引导元件来引导从下电极送入的射频能量的传递路径，并将该射频能量引导至基片边缘，以增强基片边缘的等离子体密度，最终增强或实现等离子体密度或浓度在整个基片表面的均一。
文档编号H01L21/02GK201503847SQ20092007781
公开日2010年6月9日 申请日期2009年7月3日 优先权日2009年7月3日
发明者倪图强 申请人:中微半导体设备(上海)有限公司