[发明专利]具备可切换偏置频率的等离子体处理腔及可切换匹配网络

说明书

技术领域

本发明涉及应用于等离子体处理腔的射频功率源(RF power suppliers)和匹配网络(matching networks)，尤其涉及能够实现多重频率射频功率(multiple-frequency RF power)的射频功率源和匹配网络。

背景技术

在本领域中，利用双重或多重射频频率的等离子体处理腔已被熟知。一般地，双重频率的等离子体处理腔接收的射频偏置功率(RF bias power)具有低于大约15MHz的频率，其接收的射频源功率(RF source power)具有更高的频率，通常为27～200MHZ。在本文中，射频偏置功率(RF bias power)指用于控制离子能量及其能量分布的射频功率。另一方面，射频源功率(RF source power)指用于控制等离子离子解离(ion dissociation)或等离子体密度的射频功率。在一些具体实施例中，通常运行蚀刻等离子处理腔的偏置频率为，诸如100KHz，2MHz，2.2MHz，13.56MHz，源频率为诸如13.56MHz，27MHz，60MHz，100MHz或更高。

近日，业内提出了在一个偏置频率和两个源频率下运行等离子体处理腔。例如，提出了在一个2MHz的偏置频率和两个分别为27MHz和60MH的源频率下运行等离子蚀刻腔。按此方式，各种离子的解离可以由上述两个源射频频率控制。不论构造如何，在现有技术中，每个频率都由一个独立的射频功率源提供，每个独立的功率源耦合于一个独立的匹配网络。

图1是现有技术的多重频率等离子体处理腔的结构示意图，所述等离子体处理腔包括一个偏置射频功率和两个源射频功率发生器。更具体地，如图1所示的等离子体处理腔100包括一个上电极105、下电极110和产生于上述两电极之间的等离子体120。众所周知，上电极105通常嵌设于反应腔的顶盖上，下电极110通常嵌设于下方的阴极组件上，所述阴极组件上用于放置待处理的半导体工艺件，如，半导体晶片。如图1所示，一个偏置射频功率源125通过匹配电路140为等离子体处理腔100提供射频功率。射频偏置的频率为f1，其通常为2MHz或13MHz(更准确地为13.56MHz)，其施加于下电极110上。图1也示出了两个射频源功率源130和135，其工作频率分别为f2和f3。比如，f2可设为27MHZ，f3可设为60MHZ。所述射频源功率源130和135分别通过匹配网络145和150向等离子体处理腔100提供功率。射频源功率可以施加于下电极110或上电极105上。特别地，在本文的所有附图中，所述匹配网络的输出都被示意为一个指向反应腔的单箭头，这是一种示意性的表示，用于涵盖任何匹配网络和等离子体的耦合，无论是通过下电极、顶盖上的电极、或是通过电感耦合线圈等方式。例如，偏置功率可以通过下方的阴极耦合，而源功率可以通过气体喷头中的一个电极或一个电感线圈耦合。反之，偏置功率和源功率也可以通过下方的阴极耦合。

发明内容

发明内容部分仅提供对本发明的一些方面和特征的基本理解性介绍，而非本发明的整体概括，其并非特别地用于确定本发明关键或主要的原理或者限定本发明的范围，其目的仅用于以简化形式呈现本发明的一些概念，以作为下文更多细节描述的前序。

本发明的不同方面提供的等离子体处理腔具备一个叠加于等离子体源频率上的可切换偏置频率并将其施加于阴极。根据本发明的一个实施方式，一个能够产生多重射频偏置频率的功率源通过一个开关被耦合于一个匹配网络中。所述匹配网络将所述偏置频率中的一个耦合于阴极。另一个匹配网络施加一个源射频功率于所述阴极。可变并联电容器(variable shunt capacitor)和固定电容的一个平行连接被设置于地和开关的输入之间，另一个可变并联电容器和固定电容的平行连接被连接于地和源射频匹配网络的输入之间。固定电容器(fixed capacitor)为其平行连接的可变并联电容器提供保护。