[发明专利]一种电感耦合等离子体处理系统

说明书

本申请公开了一种电感耦合等离子体处理系统，该系统通过开关切换射频功率在射频线圈和法拉第屏蔽装置之间的连接。当射频电源通过匹配网络与射频线圈相连时，射频功率耦合入射频线圈，进行等离子体处理工艺。当射频电源通过匹配网络与法拉第屏蔽装置相连时，射频功率耦合入法拉第屏蔽装置，进行对介电窗、等离子体处理腔体内壁的清洗工艺。同时由于法拉第系统与介电窗为一个零件，方便了射频线圈的安装和维护，实现对等离子体处理腔体内壁尤其是介电窗的高效清洗。

技术领域

本发明属于法拉第屏蔽系统技术领域，特别涉及一种电感耦合等离子体处理系统。

背景技术

目前Pt、Ru、Ir、NiFe、Au等非挥发性材料主要通过电感耦合等离子体（ICP）进行干法刻蚀。电感耦合等离子通常由置于等离子体处理腔室外部与电介电窗相邻的线圈产生，腔室内的工艺气体被点燃后形成等离子体。但是不可避免同时在某种程度上不欢迎地，等离子体线圈的不同部分之间的电压电容耦合到等离子体，虽然这种耦合促进点火和稳定，但电容耦合部分可在整个等离子体鞘引起局部加强电压，这可能加速离子从等离子体离开以局部的影响介电窗，导致局部溅射损害。在其他情况下，电容耦合可能导致局部沉积。溅射可在线圈的正下方区域被聚集。在晶片处理期间，溅射可能导致介电窗上的表面涂层损坏，然后颗粒可脱落并可能降落在生产的晶片上导致缺陷。在无晶片清洁处理以去除这样的微粒期间，所述清洁也将是不均匀的，大部分清洁实在线圈的正下方，并且远离线圈的的区域只是被稍微清洁，结果导致窗口清洁不均匀，仍可产生污染物使晶片产生缺陷。在对非挥发性材料的干法刻蚀工艺过程中，由于反应产物的蒸汽压较低，难以被真空泵抽走，导致反应产物沉积在介电窗和其他等离子体处理腔室内壁上沉积。这不仅会产生颗粒沾污，也会导致工艺随时间漂移使工艺过程的重复性下降。因此需要对等离子体处理腔室进行清洗。但是在实际使用过程中，清洗将导致工艺中断，降低等离子体处理设备的生产效率。

随着近年来第三代存储器——磁存储器MRAM的不断发展和集成度的不断提高，对金属栅极材料如Model、Ta等和高k栅介电材料如Al₂O₃、HfO₂和ZrO₂等等新型非挥发性材料的干法刻蚀需求不断增加，解决非挥发性材料在干法刻蚀过程中产生的侧壁沉积和颗粒沾污，同时提高等离子体处理腔室的清洗工艺效率是十分必要的。

为了控制和使线圈的电容耦合部分更均匀，可以采用静电屏蔽件，法拉第屏蔽用于等离子体处理腔室中可以减少等离子体对腔体材料的侵蚀，但仍有部分等离子体可以穿过法拉第屏蔽单元间的狭缝而污染介电窗。法拉第屏蔽置于射频线圈与介电窗之间可以减少由射频电场诱发的离子对腔壁的侵蚀。这种屏蔽可以是接地的也可以是浮动的。当法拉第屏蔽接地时，由于电容耦合减少使射频电场强度降低，导致引发等离子体放电变得非常困难。当等离子体为浮动设计时，不会过度妨碍等离子体的激发，但对于防止等离子体侵蚀腔体不是十分有效。同时法拉第装置位于射频线圈与介电窗之间，射频线圈和法拉第装置的安装和绝缘会相当复杂，后期维护更加困难。

发明内容

解决的技术问题：本申请主要是提出一种电感耦合等离子体处理系统，解决现有技术中存在局部溅射损害、窗口清洁不均匀、后期维护困难和降低等离子体处理设备的生产效率等技术问题。

技术方案：

一种电感耦合等离子体处理系统，所述电感耦合等离子体处理系统包括等离子体反应腔、激励射频电源、匹配网络A、射频线圈、介电窗、偏置射频电源、匹配网络B、电极、衬底片、气体源、气体入口、压力控制阀、真空泵和三通开关，所述激励射频电源通过匹配网络A调谐，调谐后再通过三通开关供电到位于介电窗上方的射频线圈，通过电感耦合在等离子体反应腔中产生等离子体，偏置射频电源通过匹配网络B为电极提供功率，衬底片置于电极之上；射频线圈包括≥2个的子线圈，射频线圈由一个射频电源；气体源通过气体入口与等离子体反应腔连接，压力控制阀和真空泵将等离子体反应腔维持在1mtorr-100mtorr，并去除等离子体反应腔的多余气体与反应副产物。