[发明专利]电容耦合反应器中用梯形波形激励的等离子体加工

说明书

背景技术

公开了用于激励包含衬底的电容耦合的反应等离子体反应器的至少一个电极的方法和系统。

本发明可有利地应用于：

-用于太阳能光伏电池制造的例如硅和/或锗和/或碳的非晶态合金、微晶合金和纳米晶合金的薄膜的等离子体增强化学汽相沉积（PECVD）；以及用于平板显示器和集成电路制造的其他薄膜例如SiO2、Si3N4等的沉积；

-包括用于FPD制造、集成电路制造和光伏设备制造的包括Si、SiO2、Si3N4、金属等的薄膜的等离子体蚀刻；以及

-其它等离子体表面改性加工，诸如离子注入、表面改性、硬化等…

一般地，由例如0.1MHz到200MHz频率的电容耦合射频（RF）功率激励的平行板反应器被广泛用于包括微电子和太阳电池板制造的领域中的薄膜的沉积、蚀刻和改性。

在利用传统正弦激励对平行板电容等离子体反应器中的衬底进行大面积等离子加工（沉积或蚀刻）时，等离子体密度以及沉积或蚀刻速率可仅通过增加所施加的射频电压而增大。这同时增加了撞击衬底的离子的平均能量。在许多应用（诸如，硅薄膜的PECVD）中，过多的离子能量损坏了衬底或被沉积的膜，因此可仅使用低电压，它导致有限的加工速率。而且，传统正弦激励的反应器中的离子能量分布函数（IEDF）的形状是复杂的、典型地为马鞍型，并且不受控制。

历史上，已经使用正弦波（开始为单频、最近为两个或三个频率），但是不同发生器之间没有同步。衬底的优化加工要求对前往其表面的离子的能量进行完全控制，不依赖于离子通量。例如，对于蚀刻，需要高离子能量，而对于硅沉积，必须将离子能量保持为低于约几十电子伏特的阈值。

已经通过改变RF频率实现了一些不依赖于离子通量和离子能量的控制：在较高频率处，鞘阻抗较低，从而对于给定的RF输入功率，获得较高的等离子体密度、较高的离子通量和较低的离子能量。然而，在对称反应器中，其具有相等面积的平行电极，维持两个电极前面的鞘等同，从而两个电极具有相等的离子轰击。由于驻波效应而在大面积高频反应器中出现了其它问题，从而导致整个晶片上的不一致加工。

文献WO2009/115135建议通过利用具有相等电压振幅的两个频率f+2f破坏鞘的对称性，并且两个鞘之间的电压分布应该通过改变两个频率之间的相位延迟而连续可控，从而允许控制每个表面处的离子能量。

在Plasma Sources Science & Technology，2007,16(2):p.257-264中的Patterson,M.M.,Chu和A.E.Wendt的“Arbitrary substrate voltagewave forms for manipulating energy distribution of bombarding ionsduring plasma processing（用于在等离子体加工期间操纵轰击离子的能量分布的任意衬底电压波形）”中，作者公开了利用可编程波形发生器和功率放大器对施加至衬底的射频偏置的波形进行剪裁，可实现对解耦的等离子体源（诸如，电感耦合等离子体（ICP）或螺旋波）中衬底处的离子能量分布的控制。

本发明建议通过在平行板反应器中同时生成等离子体来改进现有技术并控制离子能量分布函数（IEDF），或单一能量分布或更复杂的分布，以更好地优化等离子体蚀刻和沉积加工。

本发明的目的是在电容耦合的反应等离子体反应器中应用电气不对称性效应。

本发明的另一目的是完全控制在低温下沉积的薄膜的生长模式。

发明内容

在至少优选的实施方式中，本发明提出了一种用于激励电容包含衬底的耦合反应等离子反应器的至少一个电极的方法。根据本发明：

通过施加具有梯形波形的射频电压来激励电极；以及

通过调整梯形波形的上升沿的持续时间和/或下降沿的持续时间来控制等离子体密度以及前往衬底的离子粒子和中性粒子的通量。

根据本发明的等离子体可通过可控的周期性梯形波形进行建立和维持。

根据本发明，梯形波形表示具有可实现的大致梯形形式的信号。所述梯形波形优选地包括上升沿、高平台、下降沿和低平台。

本发明提出了一种等离子体激励方法，其利用非正弦波形解耦（即，独立控制）等离子体密度和离子粒子和中性粒子的通量与离子轰击能量。