一种具有法拉第屏蔽装置的等离子体处理系统的制作方法

本发明属于半导体刻蚀技术领域，尤其涉及一种具有法拉第屏蔽装置的等离子体处理系统。

背景技术：

目前pt、ru、ir、nife、au等非挥发性材料主要通过电感耦合等离子体（icp）进行干法刻蚀。电感耦合等离子通常由置于等离子体处理腔室外部与电介质窗相邻的线圈产生，腔室内的工艺气体被点燃后形成等离子体。在对非挥发性材料的干法刻蚀工艺过程中，由于反应产物的蒸汽压较低，难以被真空泵抽走，导致反应产物沉积在电介质窗和其他等离子体处理腔室内壁上沉积。这不仅会产生颗粒沾污，也会导致工艺随时间漂移使工艺过程的重复性下降。

随着近年来第三代存储器——磁存储器（mram）的不断发展和集成度的不断提高，对金属栅极材料（如mo、ta等）和高k栅介质材料（如al2o3、hfo2和zro2等）等新型非挥发性材料的干法刻蚀需求不断增加，解决非挥发性材料在干法刻蚀过程中产生的侧壁沉积和颗粒沾污，同时提高等离子体处理腔室的清洗工艺效率是十分必要的。

法拉第屏蔽装置置于射频线圈与电介质窗之间可以减少由射频电场诱发的离子对腔壁的侵蚀。将屏蔽功率耦合进法拉第屏蔽装置，选用合适的清洗工艺，可以实现对介质窗以及腔体内壁的清洗，避免了反应产物在介质窗以及腔体内壁沉积而造成的颗粒污染、射频不稳、工艺窗口漂移等问题。法拉第屏蔽装置中设置有向反应腔室通入工艺气体的进气喷嘴，但现有技术中的法拉第屏蔽装置无法实现对进气喷嘴的周围的介质窗的清洗，导致局部颗粒沉积，若颗粒脱落并掉落到晶圆表面，会造成晶圆表面均匀性降低和缺陷，并降低了等离子体处理系统的使用周期。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提出一种具有法拉第屏蔽装置的等离子体处理系统，能够对进气喷嘴周围区域的介质窗进行清洗，降低等离子体处理系统的故障率。

技术方案：本发明提出一种具有法拉第屏蔽装置的等离子体处理系统，所述等离子体处理系统包括反应腔室、位于反应腔室上的法拉第屏蔽装置和进气喷嘴；所述进气喷嘴穿过法拉第屏蔽装置向反应腔室通入工艺气体；所述进气喷嘴是导电材质，且进气喷嘴与法拉第屏蔽装置导电连接。

进一步，所述进气喷嘴的进气侧连接有进气管道；所述进气喷嘴与进气管道绝缘连接。

进一步，所述法拉第屏蔽装置上设置有供进气喷嘴穿过的通孔；所述通孔的内圈与进气喷嘴导电连接；用于为所述法拉第屏蔽装置供电的导线通过进气喷嘴供电连接法拉第屏蔽装置。

进一步，所述通孔位于法拉第屏蔽装置的中心处。

进一步，所述法拉第屏蔽装置包括多个中心对称且间隔布置的瓣状组件；每个瓣状组件靠近对称中心的一端均与进气喷嘴相连。

进一步，所述等离子体处理系统还包括位于反应腔室一端的介质窗；所述介质窗的内壁位于反应腔室与法拉第屏蔽装置之间；所述进气喷嘴喷出的工艺气体穿过法拉第屏蔽装置及介质窗通入反应腔室。

进一步，所述进气喷嘴的出气端口置于介质窗内壁外侧。

进一步，所述进气喷嘴的出气端口处套装有绝缘材质的延伸进气管；所述延伸进气管上设置有连通进气喷嘴的若干第一进气孔；所述延伸进气管穿过介质窗，并且通过所述若干第一进气孔连通反应腔室；所述介质窗的内壁位于进气喷嘴的出气端口与反应腔室之间。

进一步，所述进气喷嘴的出气端口嵌入在介质窗内，且出气端口位于介质窗的内壁和外壁之间；所述介质窗上设置有连通出气端口与反应腔室的若干第二进气孔。

进一步，所述进气喷嘴内壁设置有耐腐蚀层。

有益效果：本发明通过导电材质的进气喷嘴与法拉第屏蔽装置导电连接，进行清洗工艺时，进气喷嘴投影区域的清洗工艺反应气体也发生电离，清洗工艺反应气体在介质窗下方整个区域形成电容耦合等离子体，能够对进气喷嘴周围区域的介质窗进行清洗，实现了对介质窗内壁的全方位清洗，降低等离子体处理系统的故障率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的法拉第屏蔽装置的俯视图；

图3为本发明的一种应用工艺流程图；

图4为本发明的延伸进气管的第一进气孔的一种排布结构图；

图5为本发明的延伸进气管的第一进气孔的另一种排布结构图。

具体实施方式

本发明是一种具有法拉第屏蔽装置的等离子体处理系统，所述等离子体处理系统包括反应腔室102、位于反应腔室102一端的介质窗110、法拉第屏蔽装置160，以及进气喷嘴204。所述介质窗110的内壁位于反应腔室102与法拉第屏蔽装置160之间，具体地，可将所述法拉第屏蔽装置160置于介质窗110外壁上，或者所述介质窗110包裹在法拉第屏蔽装置160外侧。所述进气喷嘴204喷出的工艺气体穿过介质窗110和法拉第屏蔽装置160通入反应腔室102。

所述进气喷嘴204是导电材质，例如可以是al、cu、不锈钢镀金或其他可用于射频传导的导电材料，且进气喷嘴204与法拉第屏蔽装置160导电连接。

气体源130通过进气管道203连接进气喷嘴204。为防止导电，所述进气喷嘴204与进气管道203绝缘连接，具体地可以使用绝缘材质的进气管道203，或者在进气喷嘴204与金属进气管道203相接的部分应使用绝缘管材隔开。为防止进气喷嘴204被气体腐蚀，进气喷嘴204的内壁可以镀上耐腐蚀涂层或嵌套上其他耐腐蚀材质的内管，如陶瓷。

为防止工艺气体在进气喷嘴204内部电离形成等离子体，造成等离子体打火，损伤进气喷嘴204内表面而产生颗粒，本实施例将所述进气喷嘴204的出气端口置于介质窗110内壁外侧。通过调节进气喷嘴204的出气端口距介质窗110内壁的距离，可以调节介质窗110上进气喷嘴204的投影区域的清洗速率。进气喷嘴204的出气端口距介质窗110内壁越近，对进气喷嘴204的投影区域的介质窗清洗效果越好。

具体地，有两种实施例：

实施例1、所述进气喷嘴204的出气端口处连通安装有绝缘材质的延伸进气管205；所述延伸进气管205上设置有若干第一进气孔206；所述延伸进气管205穿过介质窗110，并且通过所述若干第一进气孔206连通反应腔室102；所述介质窗110的内壁位于进气喷嘴204的出气端口与反应腔室102之间。通过延伸进气管205，所述进气喷嘴204的出气端口可以不伸入反应腔体102内，即可连通反应腔室102。并且所述进气喷嘴204的出气端口可以根据需要调节位置，可以位于介质窗110的内壁与外壁之间，也可以位于介质窗110外壁的外侧。另外，延伸进气管205出现第一进气孔206堵塞等故障时便于拆装维修。

如图4和图5，优选地，所述若干第一进气孔206沿出气端口的正投影区域的外缘布置或者所述若干第一进气孔206均匀布置在出气端口的正投影区域。

实施例2、所述进气喷嘴204的出气端口嵌入在介质窗110内，且出气端口位于介质窗110的内壁和外壁之间；所述介质窗110上设置有连通出气端口与反应腔室102的若干第二进气孔。因实施例2需要在介质窗110上开孔，加工成本相较第一实施例更高，且第二进气孔出现堵塞等故障时不便于维修。

本发明的法拉第屏蔽装置160包括多个中心对称且间隔布置的瓣状组件202；所述多个瓣状组件202靠近对称中心的一端设置有通孔。所述进气喷嘴204穿过通孔，所述通孔的内圈与进气喷嘴204导电连接，具体的，所述通孔的内圈与进气喷嘴204的连接方式优选为一体加工成型，也可以是分别加工后通过螺纹紧固在一起。

本发明还包括用于为所述法拉第屏蔽装置160供电的屏蔽电源105和屏蔽匹配网络107。屏蔽电源105经屏蔽匹配网络107调谐后，通过导线连接进气喷嘴204，为法拉第屏蔽装置160供电。这样的构造使得屏蔽电源105以等电位连接多个瓣状组件202，多个瓣状组件202与等离子体之间的电容耦合更加均匀。

本发明还包括射频线圈108、激励射频电源104和激励匹配网络106；激励射频电源104通过激励匹配网络106调谐，供电到射频线圈108。所述射频线圈108位于介质窗110的外壁，所述法拉第屏蔽装置160位于射频线圈108和介质窗110的内壁之间。

所述反应腔室102内还设置有电极118，电极118由偏压射频电源114通过偏压匹配网络116供电。

屏蔽电源105、激励射频电源104和偏压射频电源114可以设置成特定的频率，如400khz、2mhz、13.56mhz、27mhz、60mhz、2.54ghz，或以上频率的组合。

晶圆片或衬底片置于电极118之上。

反应腔室102上还设置有压力控制阀142和真空泵144，用于抽出反应腔室102内的气体，将反应腔室102维持在特定压力，并去除反应腔室102的多余气体与反应副产物。

在进行等离子体处理工艺时，将晶圆片置于反应腔室102中。通过进气喷嘴204向反应腔室102中通入等离子体处理工艺反应气体，例如氟。通过压力控制阀142和真空泵144维持反应腔室102的特定压力。激励射频电源104通过激励匹配网络106调谐，供电到射频线圈108，通过电感耦合在反应腔室102中产生等离子体112，对晶圆片进行等离子体处理工艺。待等离子体处理工艺完成，停止射频功率输入，并停止等离子体处理工艺反应气体输入。

当需要进行清洗工艺时，将衬底片置于反应腔室102中。通过进气喷嘴204向反应腔室102中通入清洗工艺反应气体，例如氩气、氧气和三氟化氮。通过压力控制阀142和真空泵144维持反应腔室102的特定压力。激励射频电源104通过激励匹配网络106调谐，供电到射频线圈108；屏蔽电源105通过屏蔽匹配网络107调谐，供电到位于法拉第屏蔽装置160中。来自射频线圈108和法拉第屏蔽装置160的功率，产生氩离子等，溅射到介质窗110的内壁，对介质窗110进行清洗。由于进气喷嘴204与法拉第屏蔽装置160导电相连，进气喷嘴204投影区域的清洗工艺反应气体也发生电离，产生氩离子等，清洗工艺反应气体在介质窗110下方整个区域形成电容耦合等离子体，实现了对介质窗110内壁的全方位清洗，降低等离子体处理系统的故障率。待清洗工艺完成，停止射频功率输入，停止清洗工艺反应气体输入。