[发明专利]一种电感耦合等离子装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及电感耦合反应器中的气体均一分布的设计。

背景技术

等离子反应器或反应腔在现有技术中是公知的，并广泛应用于半导体集成电路、平板显示器，发光二极管（LED），太阳能电池等的制造工业内。在等离子腔中通常会施加一个射频电源以产生并维持等离子于反应腔中。其中，有许多不同的方式施加射频功率，每个不同方式的设计都将导致不同的特性，比如效率、等离子解离、均一性等等。其中，一种设计是电感耦合（ICP）等离子腔。

在电感耦合等离子处理腔中，一个通常是线圈状的天线用于向反应腔内发射射频能量。为了使来自天线的射频功率耦合到反应腔内，在天线处放置一个绝缘材料窗口。反应腔可以处理各种基片，比如硅晶圆等，基片被固定在夹盘上，等离子在基片上方产生。因此，天线被放置在反应器顶板上方，使得反应腔顶板是由绝缘材料制成或者包括一个绝缘材料窗口。

在等离子处理腔中，各种气体被注入到反应腔中，以使得离子和基片之间的化学反应和/或物理作用可被用于在所述基片上形成各种特征结构，比如刻蚀、沉积等等。在许多工艺流程中，一个很重要的指数是晶圆内部的加工均一性。也就是，一个作用于基片中心区域的工艺流程应和作用于基片边缘区域的工艺流程相同或者高度相近。因此，例如，当执行工艺流程时，晶圆中心区域的刻蚀率应与晶圆边缘区域的刻蚀率相同。

一个有助于获得较好工艺均一性的参数是在反应腔内均匀分布的处理气体。要获得这样的均一性，许多反应腔设计采用安装在晶圆上方的气体喷淋头，以均匀的注入处理气体。然而，如上所述，在电感耦合（ICP）反应腔顶板必须包括一个使射频功率从天线发射到反应腔中的绝缘窗。因此，ICP的结构中并没有给气体喷淋头留出相应的空间来实现其气体均匀注入的功能。

图1示出了现有电感耦合反应腔设计的截面图。ICP反应腔100包括基本呈圆筒状的腔体105和绝缘顶板107，构成可被抽真空器125抽真空的气密空间。基座110支撑夹盘115，所述夹盘115支撑待处理的基片120。来自射频功率源145的射频功率被施加到呈线圈状的天线140。来自气源150的处理气体通过管线155被供应到反应腔内，以点燃并维持等离子，并由此对基片120进行加工。在标准电感耦合反应腔中，气体通过在反应腔周围的注入器/喷头130和中间的喷头135之一或者两者一同注入来供应到真空容器内的。

从图1可知，来自外围喷头130的气体被大量抽出了120的表面。因此，从外围喷头130注入的大量气体可能实现对晶圆边缘区域的处理，但是几乎没有能达到晶圆120的中心区域，这会导致不均一性。相反地，中心喷头135注入的大量气体集中在晶圆中心并没有到达边缘区域，也会造成不均一性。

因此，业内需要一种改进电感耦合反应腔设计，可以优化反应腔内的气体分布以改进加工工艺的均一性。

发明内容

针对背景技术中的上述问题，本发明提出了一种电感耦合等离子装置。

本发明提供了一种等离子体处理腔室，其中，包括：

腔体，其包括顶板，所述顶板构成一绝缘材料窗；

基片支撑装置，设置于所述腔体内的绝缘材料窗下方；

射频功率发射装置，设置于所述绝缘材料窗上方，以发射射频能量到所述腔体内；

气体注入器，用于向所述腔体内供应处理气体，

壳体，其设置于所述腔体内以及所述基片支撑装置上方和所述气体注入器下方，以限制处理气体的流动，所述壳体上下皆开口，且其上开口的直径大于所述下开口的直径。

进一步地，所述壳体和所述基片支撑装置之间的间隙的宽度是可调的。

进一步地，所述挡板由绝缘材料制成。

进一步地，所述绝缘材料包括阳极化的铝、陶瓷和石英的任一项。

进一步地，所述壳体的上开口直径小于所述腔室的顶部宽度。

进一步地，所述壳体的下开口直径的取值范围为大于100mm。

进一步地，所述壳体的下开口位于所述基片支撑装置的正上方外围。

进一步地，所述气体注入器与所述壳体上开口切线呈锐角设置。

进一步地，所述气体注入器与所述壳体上开口切线之间夹角的取值范围为5°~60°。

进一步地，所述等离子体处理腔室还包括一固定装置，其用于将所述壳体固定于腔室内部。

本发明提供的改进电感耦合反应腔设计，可以优化反应腔内的气体分布以改进加工工艺的均一性。

附图说明

图1是现有技术的电感耦合反应腔设计的结构示意图；