[发明专利]一种等离子刻蚀机的激励射频系统

说明书

本发明属于半导体芯片生产设备技术领域，尤其是一种等离子刻蚀机的激励射频系统，等离子刻蚀机包括等离子反应腔，激励射频系统包括：介质窗，所述介质窗被构造成所述等离子反应腔的顶壁；射频线圈，所述射频线圈设在所述介质窗的上方；加热元件，所述加热元件贴合在所述介质窗的上表面且与所述介质窗直接接触，加热元件位于所述射频线圈和所述介质窗之间；匀温层，所述匀温层铺设在所述加热元件的上方且与所述加热元件直接接触。本发明可对介质窗及进气嘴底面进行彻底清洗，轰击副产物经底部抽气泵组抽走，本发明加热速率高、占用空间小，而且匀温效果好，可以避免加热板与介质窗之间因气泡的产生而损坏的情况。

技术领域

本发明属于半导体芯片生产设备技术领域，尤其涉及一种等离子刻蚀机的激励射频系统。

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，射频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。

通常，介质窗加热是减少沉积的重要手段。

目前，现有等离子体刻蚀机介质窗加热有采用风暖加热的方式，但这种加热方式由于暖风四散加热效率低，而且容易使介质窗以外的侧壁也产生高温，容易使操作者烫伤、元器件易损等问题，需要使用很复杂的保护装置，成本高又不利于散热。

如图1为现有的等离子体刻蚀机介质窗加热技术，所示主要组成部分为，射频线圈1，介质窗2，金属内屏蔽罩3，加热网4，送热风扇5，外屏蔽罩6。射频线圈1产生等离子体穿过介质窗2进行工艺，加热网4产生热量，经所述送热风扇5按示意图箭头所示方向吹送至所述介质窗2进行加热，所述金属内屏蔽罩3会随着风热四散而温度越来越高，易对操作者产生伤害，进而设置所述外屏蔽罩6进行保护。此方法的缺点为一方面风扇送热热量四散，加热效率低，另一方面会同时对线圈及其他电器元件如匹配器等同时进行加热，造成电器件高温而易损，还会造成屏蔽罩高温伤人，在外面设置其他屏蔽罩，结构复杂，既占用额外空间又会增加成本。

现有等离子体刻蚀机介质窗加热还有采用在介质窗顶部增加加热板装置（如图2），加热板7置于射频线圈1和介质窗2之间，加热板7虽在加热速率、占用空间上较上一种加热方式优化了很多，但是加热板7与介质窗2要求严格的贴合，不能有任何气泡产生的工艺本身就是一个很大的风险点，应用过程也出现不同程度的加热板及介质窗局部气泡导致局部过热烧毁破损的事故。

发明内容