[发明专利]电感耦合等离子体线圈及等离子体注入装置

说明书

技术领域

本发明属于半导体加工设备技术领域，具体是一种电感耦合等离子体线圈及等离子体注入装置。

背景技术

等离子体装置被广泛应用于离子注入，刻蚀以及薄膜沉淀等工艺中。随着集成电路技术特别是平板显示设备的不断发展，等离子源要求具有高密度，大面积均匀等良好特性。

ICP感应耦合等离子体源具有电感耦合等离子体源(ICP)具有密度高，离子能量和密度能够独立控制，设备简单等优点，在集成电路工艺中得到了广泛的应用。ICP感应耦合等离子体通常在低压情况下通过线圈进行等离子体激发。ICP设备供给线圈高频功率，产生交变电磁场，电磁场通过石英介质窗耦合将能量传送给腔内气体从而激发等离子体。基座通过射频功率源产生负向偏压，等离子体中正离子在负偏压的作用下向衬底运动，轰击基座上的晶片从而产生刻蚀，沉积等微电子工艺。

图1为典型的ICP感应耦合等离子体的装置，一般由等离子体线圈2，反应腔室3，介质石英窗4，基座5等结构构成。从进气口7进入的反应气体在腔室中被激发成等离子体，等离子体中正离子在基座负向偏压的作用下轰击晶片完成晶片原子层沉积，刻蚀等工艺，反应后气体通过出气口8排出。在等离子体装置中，线圈的配置对等离子体的密度和均匀性起重要作用，

目前大多数ICP等离子体线圈采用平面螺旋以及平面矩形天线结构。随着晶片尺寸的增加，等离子体线圈尺寸随之增加，一方面过高的电感增加了线圈两端的电压从而造成石英窗的溅射污染晶片，另一方面由于驻波效应的存在使得等离子体产生径向和方位角的不均匀性，这对半导体工艺产生了诸多不良影响。另外传统的ICP装置采用外置天线，天线与等离子体之间用介质石英窗隔离。大面积的晶片要求介质窗的面积随之增加，从而介质窗的厚度势必增加。这样无疑会降低线圈与等离子体的耦合效率，降低等离子体的密度。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的电感耦合等离子体注入设备随着样片尺寸的增加，等离子体线圈尺寸随之增加，过高的电感增加了线圈两端的电压从而造成石英窗的溅射污染晶片，且由于驻波效应的存在使得等离子体产生径向和方位角的不均匀性，这对半导体工艺产生了诸多不良影响的问题。提供一种能够减少线圈中的驻波效应，增加等离子体的均匀性及耦合效率及降低石英窗溅射造成的样片污染问题的电感耦合等离子体线圈及等离子体注入装置。

本发明的一个方面，提供一种电感耦合等离子体线圈，包括：

两组折回而成的射频线圈；

两组所述射频线圈的空间结构采用平面蛇形并联的方式，且在空间分布上严格对称，使得在同一线圈位置的射频电流的方向相同。

进一步，两组所述射频线圈由半径为1mm-10mm的空心铜管制成。

进一步，两组所述射频线圈的一端相连，另一端不相连。

本发明的另一个方面，提供一种电感耦合等离子体注入装置包括：

权利要求3所述的电感耦合等离子体线圈、匹配网络、移相器及第一互补功率源；

所述第一互补功率源用于提供大功率的正弦波；

所述第一互补功率源分为两路，一路将正弦波通过匹配网路输送至所述电感耦合等离子体线圈不相连端的一侧射频线圈，另一路通过所述移相器形成与前一路相位相反的互补正弦波后，再通过匹配网络输送至所述电感耦合等离子体线圈不相连端的另一侧射频线圈。

进一步，所述匹配网络采用L型自动阻抗匹配方式，利用可调电容对射频线圈进行自动阻抗匹配，保证两组射频线圈同一对称位置始终电流同相并且不发生相移，从而使线圈能够很好的激发面积高、功率均匀的等离子体。

进一步，所述的电感耦合等离子体注入装置还包括：

反应腔室、基座及第二射频偏压功率源；

所述反应腔室设置有进气口与出气口；

所述基座设置在所述反应腔室内与所述第二射频偏压功率源连接。

进一步，所述电感耦合等离子体线圈设置在所述反应腔室内。

进一步，所述的电感耦合等离子体注入装置还包括：

石英管，所述石英管设置在所述电感耦合等离子体线圈外围。

进一步，所述石英管是直径为4mm-30mm，厚度为1mm-5mm的空心石英管。

进一步，所述电感耦合等离子体线圈的空心铜管中心用水流冷却，且所述等离子体线圈与所述石英管之间留有间隙。