[发明专利]使用双频率射频源的等离子体产生与控制

说明书

技术领域

本发明是有关于半导体基材处理系统，更明确地说，有关于使用双频率射频源的等离子体产生与控制。

背景技术

等离子体加强半导体处理室已经被广泛用于制造集成电路装置。于多数等离子体加强室中，多个射频(radio frequency，RF)源被用以形成及控制等离子体。例如，具有高频的RF源典型被用于等离子体形成及离子解离。另外，具有较低频的RF源经常被用以调制等离子体鞘层，以控制直流电压(即偏压)的累积于基材上。各种来源与其相关匹配电路的成本很大并对制造集成电路所需的设备造成了高成本。降低RF基础结构，而不牺牲任何制程优点将造成显著的成本节省。

因此，在等离子体加强半导体基材处理中，有需要一种用于等离子体产生与控制的改良方法与设备。

发明内容

本申请提供一种控制半导体基材处理室内的等离子体的方法。该方法包含：施加在第一频率的第一RF信号给在处理室内的第一电极，该第一频率是被选择以使得等离子体鞘层振荡第一频率；及由来源施加在第二频率的第二RF信号给第一电极，该第二频率是被选择以使得等离子体鞘层振荡第二频率，其中第二频率是与第一频率间差别有一等于想要频率的差值，该想要频率被选择以使得等离子体鞘层振荡于该想要频率。

于另一实施例中，一种控制在等离子体加强半导体基材处理室中的等离子体的方法，包含步骤：供给分别在第一频率的第一RF信号与第二频率的第二RF信号给在处理室内的第一电极，该第一频率与第二频率被选择以使得一反应远快于离子被从等离子体体加速时越过等离子体鞘层的横过时间；及控制于第一与第二频率间的频率差值等于一想要频率，该想要频率被选择以控制等离子体内的离子能量分布。

附图说明

本发明的上述特性、优点及目的可以通过参考其显示于附图中的实施例加以取得并详细了解。然而，应注意的是，附图只例示本发明的典型实施例，因此，并不被认为是限定范围用，因为本发明可以适用至其他等效实施例。

图1为具有双频率RF源的等离子体加强半导体处理室的方块图；

图2为在电极上的输入波形的频谱图；

图3为鞘层电压的频谱图；

图4A为反射系数大小对频率的图；

图4B为用于匹配元件模型的史密斯图；

图5为具有双频率RF源的处理室的一实施例简化图；

图6为具有双频率RF源的处理室的另一实施例简化图；及

图7A及7B为图表，比较具有双频率源的处理室的一实施例的离子能量分布与耦合至室中的分开电极的分开频率源的另一处理室。

主要元件符号说明

100  等离子体加强处理室  102  室

104  RF电源              106  匹配电路

108  电极                110  接地电极

500  蚀刻反应器          502  处理室

512  支撑托架            514  基材

516  进入端口            518  气体面板

520  真空泵              534  导体

536  控制器              540  中央处理单元

542  存储器              544  支援电路

546  气体混合            548  等离子体

550  节流阀    552  电气接地

600  反应器    602  处理室

610  介电顶板  612  支撑托架

614  基材      616  进入端口

618  气体面板  620  真空泵

634  室壁      636  控制器

638  感应线圈  646  气体混合物

648  等离子体  650  节流阀

652  电气接地  660  匹配元件

662  电源

具体实施方式

本发明为一种在使用双频率RF源的等离子体加强半导体处理室中，形成及控制等离子体特性的方法与设备。等离子体加强半导体处理室一般利用以两频率馈入的功率：一用于等离子体激励及离子解离的高频；及一用于等离子体鞘层调制的低频。于一实施例中，本发明利用由单一RF源产生的两高频输入，来产生等离子体。等离子体的一或更多特性，例如鞘层调制是利用波包现象加以控制，该现象在等离子体鞘层造成等于两输入信号间的频率差值的低频成份。