[发明专利]具有法拉第屏蔽装置的等离子体处理系统及等离子体处理方法

说明书

本发明公开了一种具有法拉第屏蔽装置的等离子体处理系统及等离子体处理方法。等离子体处理系统包括反应腔室、介质窗、法拉第屏蔽件以及进气喷嘴；法拉第屏蔽件置于所述介质窗外侧，并与介质窗沿中部位置处设置贯通孔；进气喷嘴包括中空导电连接件；导电连接件的内腔分别与进气喷嘴的进气侧、出气侧连通，而导电连接件的外缘则与法拉第屏蔽件导电连接；所述法拉第屏蔽件的射频功率通过导电连接件或法拉第屏蔽件自身加载。由此可知，本发明所述静电屏蔽件接通屏蔽电源以清洗介质窗时，导电连接件与静电屏蔽件的导电连接位置处的中心区域的电场强度较周边差值很小，能够形成强有效电场，从而达到彻底清洗此区域的技术目的。

技术领域

本发明涉及一种具有法拉第屏蔽装置的等离子体处理系统及等离子体处理方法，属于半导体刻蚀技术领域。

背景技术

目前Pt、Ru、Ir、Ni、u等非挥发性材料主要通过电感耦合等离子体（IP）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质窗相邻的线圈产生，腔室内的工艺气体被点燃后形成等离子体。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电介质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。

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Mo、Ta等）和高k栅介质材料（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。

法拉第屏蔽装置置于射频线圈与电介质窗之间可以减少由射频电场诱发的离子对腔壁的侵蚀。将屏蔽功率耦合进法拉第屏蔽装置，选用合适的清洗工艺，可以实现对介质窗以及腔体内壁的清洗，避免了反应产物在介质窗以及腔体内壁沉积而造成的颗粒污染、射频不稳、工艺窗口漂移等问题。法拉第屏蔽装置中设置有向反应腔室通入工艺气体的进气喷嘴，但现有技术中的法拉第屏蔽装置无法实现对进气喷嘴周围的介质窗的清洗，导致局部颗粒沉积，若颗粒脱落并掉落到晶圆表面，会造成晶圆表面均匀性降低和缺陷，并降低了等离子体处理系统的使用周期。

中国专利2016106243627公开了一种通电的静电法拉第屏蔽用于修复ICP的介质窗。根据该文件记载，由于需要在静电屏蔽件的中部位置处安装气体喷射器、接地套筒，使得静电屏蔽件的中部位置处只能设置成导电环状，而为了减少在导电环中形成涡流（涡流产生会影响晶圆刻蚀效果），则需要限制导电环的径向分量为不超过衬底半径的10%，也就是说，静电屏蔽件在导电环内的这一部分区域不能导电，且这一区域的直径由于关联部件（比如接地套筒、气体喷射器等）的安装空间需求以及良好的刻蚀效果保证，并不能无限制地缩小，从而造成介质窗通电清洗时，这一部分因无法形成强有效电场，致使介质窗在导电环投影的周围区域清洗效果差，导致该区域存在局部颗粒沉积。若颗粒脱落并掉落到晶圆表面，会引起晶圆表面均匀性降低和缺陷，并降低了等离子体处理系统的使用周期。