具可变电容调谐器与反馈电路的物理气相沉积的制作方法
【专利说明】具可变电容调谐器与反馈电路的物理气相沉积
[0001]本申请是申请日为2011年3月I日申请的申请号为201180022140.3，并且发明名称为“具可变电容调谐器与反馈电路的物理气相沉积”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及具可变电容调谐器与反馈电路的物理气相沉积。
【背景技术】
[0003]等离子体处理被用于制造例如集成电路、集成电路的光微影处理中所使用的掩模、等离子体显示器以及被用于太阳能技术中。制造集成电路时，半导体晶圆是在等离子体腔室内进行处理。工艺可例如为反应性离子蚀刻(RIE)工艺、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺或等离子体增强物理气相沉积(PEPVD)工艺。在集成电路方面的最新技术进展是将特征结构尺寸缩减至小于32纳米。进一步缩小尺寸需要更精确地控制晶圆表面处的工艺参数，所述工艺参数包括等离子体离子能谱、等离子体离子能量的径向分布(一致性)、等离子体离子密度以及等离子体离子密度的径向分布(一致性)。此外，还要求这些参数在具有相同设计的反应器之间最好能保持一致。举例而言，晶圆表面处的离子密度决定沉积速率及竞争蚀刻速率，因此在PECVD工艺中离子密度很重要。而在靶材表面处，靶材的消耗(溅射)速率则受到靶材表面处的离子密度及靶材表面处的离子能量影响。
[0004]可通过对溅射频率依赖性的功率源进行阻抗调谐来控制整个晶圆表面的离子密度径向分布与离子能量径向分布。故需根据所测得的工艺参数以可再现的方式设定至少一个用以控制阻抗的调谐参数。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种用以在诸如半导体晶圆等的工件上执行物理气相沉积的等离子体反应器。该反应器包括腔室，该腔室包括侧壁及顶壁，该侧壁耦接至RF接地。
[0006]在该腔室内提供工件支撑件，该工件支撑件具有面向该顶壁的支撑表面以及位于该支撑表面下方的偏压电极。在该顶壁处提供溅射靶材，且频率为4的RF源功率供应器耦接至该溅射靶材。频率为fb的RF偏压功率供应器耦接至该偏压电极。第一多频阻抗控制器耦接在(a)该偏压电极或(b)该溅射靶材其中之一与该RF接地之间，且该控制器提供第一组频率的可调阻抗，该第一组频率包括欲阻挡的第一组频率及所容许的第一组频率。该第一多频阻抗控制器包括一组带通滤波器(band pass filter)及一组陷波滤波器(notchfilter)，该组带通滤波器以并联连接且调整至该容许的第一组频率，且该组陷波滤波器以串联连接且调整至该欲阻挡的第一组频率。
[0007]在一个实施例中，该些带通滤波器包括串联连接的电感元件与电容元件，同时该些陷波滤波器包含并联连接的电感元件与电容元件。根据一个实施例，该带些通滤波器及该些陷波滤波器的该些电容元件是可变的。
[0008]该反应器可进一步包括第二多频阻抗控制器，该第二多频阻抗控制器耦接在该偏压电极与该RF接地之间且提供第二组频率的可调阻抗，该第一组频率至少包括该源供应器频率fs。在一个实施例中，该第一组频率选自包含频率4的谐频(harmonics)、频率fb的谐频以及频率仁与f b的互调变乘积(intermodulat1n product)的一组频率中。
[0009]根据本发明的进一步方面，提供一种用于等离子体处理设备的马达驱动式自动可变电容调谐器电路。该电路可具有受反馈电路所控制的处理器，以供针对指定设定值(setpoint，例如电压、电流、位置，等等)来调谐与匹配该晶圆上的离子能量，从而容许每个腔室之间的工艺结果一致并且改善晶圆处理。
[0010]根据本发明另一方面，提供物理气相沉积等离子体反应器，该反应器包括:腔室，该腔室包括侧壁及顶壁，该侧壁耦接至RF接地；位于该腔室内的工件支撑件，该工件支撑件具有面向该顶壁的支撑表面及位于该支撑表面下方的偏压电极；位于该顶壁处的溅射靶材；第一频率的RF源功率供应器及的第二频率的RF偏压功率供应器，该RF源功率供应器耦接至该溅射靶材且该RF偏压功率供应器耦接至该偏压电极；多频阻抗控制器，耦接在RF接地与该偏压电极之间或在RF接地与该溅射靶材之间，且提供至少一个具第一组频率的第一可调阻抗，该多频阻抗控制器包括可变电容器并且能通过马达使该可变电容器处于两种状态中的至少一种状态，该可变电容器的该至少两种状态具有不同电容量。
[0011]根据本发明又另一方面所提供的该物理气相沉积等离子体反应器，其中该多频阻抗控制器进一步包括电感元件，且该电感元件与该可变电容器串联连接。
[0012]根据本发明又另一方面所提供的该物理气相沉积等离子体反应器，其中该多频阻抗控制器进一步包括处理器，以控制该可变电容器的该马达。
[0013]根据本发明又另一方面所提供的该物理气相沉积等离子体反应器，其中该多频阻抗控制器进一步包括电流传感器，以控制该可变电容器的该马达。
[0014]根据本发明又另一方面所提供的该物理气相沉积等离子体反应器，其中该多频阻抗控制器进一步包括电压传感器，以控制该可变电容器的该马达。
[0015]根据本发明又另一方面所提供的该物理气相沉积等离子体反应器，其中该可变电容器的状态与工艺控制器中的工艺方法相关联。
[0016]根据本发明又另一方面所提供的该物理气相沉积等离子体反应器进一步包括用于该可变电容器的外壳。
[0017]根据本发明又另一方面所提供的该物理气相沉积等离子体反应器，其中该可变电容器的输出连接至该外壳。
[0018]根据本发明又另一方面所提供的该物理气相沉积等离子体反应，其中该外壳接地。
[0019]根据本发明又另一方面所提供的该物理气相沉积等离子体反应，其中该工艺方法是针对腔室与腔室之间的变异而加以调整的共通工艺方法。
[0020]根据本发明的进一步方面提供一种等离子体反应器，该等离子体反应器包括:腔室，该腔室包括侧壁及顶壁，该侧壁耦接至RF接地，且该腔室承受用于材料沉积的等离子体；位于该腔室内的工件支撑件，该工件支撑件具有面向该顶壁的支撑表面及位于该支撑表面下方的偏压电极；位于该顶壁处的源功率施加器；第一频率的RF源功率供应器及第二频率的RF偏压功率供应器，该RF源功率供应器耦接至该源功率施加器，且该RF偏压功率供应器耦接至该偏压电极；多频阻抗控制器，耦接在RF接地与该偏压电极之间并且提供至少一个具第一组频率的第一可调阻抗，该多频阻抗控制器包括可变电容器并且能通过马达使该可变电容器处于两种状态中的至少一种状态，该可变电容器的该至少两种状态具有不同电容量。
[0021]根据本发明又一进一步方面提供一种等离子体反应器，其中该多频阻抗控制器进一步包括电感元件，该电感元件与该可变电容器串联连接。
[0022]根据本发明又一进一步方面提供一种等离子体反应器，其中该多频阻抗控制器进一步包括处理器，以控制该可变电容器的该马达。
[0023]根据本发明又一进一步方面提供一种等离子体反应器，其中该多频阻抗控制器进一步包括电流传感器，以控制该可变电容器的该马达。
[0024]根据本发明又一进一步方面提供一种等离子体反应器，其中该多频阻抗控制器进一步包括电压传感器，以控制该可变电容器的该马达。
[0025]根据本发明又一进一步方面提供一种等离子体反应器，其中该可变电容器的状态与工艺控制器中的工艺方法相关联。
[0026]根据本发明又一进一步方面所提供的等离子体反应器进一步包括用于该可变电容器的外壳。
[0027]根据本发明又一进一步方面提供一种等离子体反应器，其中该可变电容器的输出连接至该外壳。
[0028]根据本发明又一进一步方面提供一种等离子体反应器，其中该外壳接地。
[0029]根据本发明又一进一步方面提供一种等离子体反应器，其中该工艺方法是针对腔室与腔室之间的变异而加以调整的共通工艺方法。
[0030]附图简要说明
[0031]为了获得并且可以更具体地了解本发明的示例性实施例，可参考实施例，对上面概述的本发明进行更具体的描述，所述实施例中的一些示出于附图中。应理解，本文中并未讨论某些已知工艺，以避免混淆本发明。
[0032]图1绘示根据第一实施例的等离子体反应器。
[0033]图2绘示图1的等离子体反应器内的多频阻抗控制器的结构。
[0034]图3绘示图2的靶材多频阻抗控制器的电路实施图。
[0035]图4绘示图2的基座多频阻抗控制器的电路实施图。
[0036]图5绘示该些靶材及基座多频阻抗控制器的一个实施例。
[0037]图6是绘示根据一个实施例的第一方法的框图。
[0038]图7绘示用于通过图1反应器内的靶材多频阻抗控制器所控制的RF偏压功率的不同接地返回路径。
[0039]图8绘示用于通过图1反应器内的阴极多频阻抗控制器所控制的RF源功率的不同接地返回路径。
[0040]图9绘示通过调整图1反应器内的多频阻抗控制器而可于整个晶圆或靶材表面上产生不同的离子能量径向分布图。
[0041]图10绘示通过调整图1反应器内的多频阻抗控制器而可于整个晶圆或靶材表面上产生不同的离子密度径向分布图。
[0042]图11是绘示根据一个实施例的另一方法的框图。
[0043]图12绘示根据本发明一个方面的具反馈电路的可变电容器调谐电路。
[0044]图13绘示根据本发明又一方面的具有可选择性输出的输出电路。
[0045]图14绘示针对用以控制该可变电容器的步进马达的不同位置而用于可变电容器的电压输出与电流输出。
[0046]图15至图17绘示使用根据本发明各种方面的可变电容调谐器处理五十个晶圆的结果。
[0047]为了帮助理解，尽可能使用相同附图标记来标示附图中共有的