[发明专利]可调节等离子体浓度分布的等离子处理装置及其处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体领域的晶圆制备技术，具体涉及一种用于均匀加工控制的等离子处理装置及其多重甚高频射频频率的混频处理方法。

背景技术

目前，半导体产业领域中，晶圆（wafer）的生产流程中包含晶圆刻蚀工艺。

如图1所示，图中说明了一种晶圆刻蚀加工工艺设备的结构，该设备中包含一个等离子处理装置，该等离子处理装置包含有等离子反应腔，等离子反应腔为一个密封内腔，保证晶圆刻蚀环境的密封性，防止晶圆刻蚀工艺过程中过多受外界环境影响，而降低晶圆刻蚀工艺质量。同时防止刻蚀采用的等离子体散逸到外界环境，造成工艺材料浪费，并降低刻蚀工艺的质量。等离子反应腔内还包含有基座2和聚焦环3，用于放置晶圆1等待处理工件。等离子反应腔内还设有一对电极：上电极和下电极4，上电极设置在等离子反应腔的上部，下电极4设置在基座2中。

晶圆1进行刻蚀工艺时，将晶圆1放置在基座2上，晶圆1的侧边外环绕套设聚焦环3（focus ring），在对晶圆1进行刻蚀时，在晶圆1和聚焦环3上方分布用于刻蚀晶圆1的含氟的反应气体。基座2中设有下电极4，该下电极4电路连接有混频器（mixer）5，该混频器5分别电路连接有高频射频和低频射频，高频射频和低频射频在混频器5中混频并传输至下电极4。同样，上电极也连接射频。下电极4和上电极在等离子处理装置内的基座2周围产生高频射频和低频射频，高频射频将反应气体内的粒子转化为等离子体，同时低频射频对等离子体作电场力作用，调整等离子体的运动方向，将等离子体打在晶圆1表面上，辅助对晶圆1进行的刻蚀。其中，聚焦环3的内侧壁与晶圆1的外侧壁紧密贴合，该聚焦环3的外径等于或大于基座2上表面的半径，晶圆1和聚焦环3将基座2上表面完全遮蔽，防止等离子体打在基座2的上表面上对基座2表面进行刻蚀，保护基座2免受刻蚀损耗。

根据驻波效应，射频源有效影响晶圆1表面等离子体的密度分布。由于等离子体的密度分布和晶圆1的刻蚀速率成正比，等离子体的密度越高刻蚀速率越高，等离子体的密度越低刻蚀速率越低。

同时，晶圆1表面的等离子体的密度分布还受刻蚀工艺环境下温度和气流的影响。在温度和气流的影响下，晶圆1中央部分的密度减小，晶圆1的边缘部分的密度增大，导致晶圆1表面中央部分刻蚀速率下降，边缘部分刻蚀速率上升，使得晶圆1表面刻蚀速率不均匀，对晶圆1的刻蚀工艺造成影响。

如图2所示，等离子处理装置中，下电极4与混频器5的输出端电路连接，混频器5的输入端电路连接有一个带通滤波器6和一个低通滤波器7，带通滤波器6的输入端连接有一个甚高频信号发生器8，该甚高频生成甚高频射频VHF输入带通滤波器6，低通滤波器7的输入端连接有一个低频信号发生器9，该低频信号发生器9生成低频射频LF输入低通滤波器7。该甚高频射频VHF是用来控制等离子体分布的，只需要有一个就可以工作。低频射频LF主要用于控制等离子体入射的能量，LF必须存在否则没法进行方向性刻蚀。

现有技术中，其工作原理如下：将一个甚高频射频VHF和低频射频信号LF输入混频器5。通过混频器5将甚高频射频VHF和低频射频信号LF混合并传输至下电极4，通过下电极4发射射频，将等离子体打在晶圆1表面上，辅助对晶圆1进行的刻蚀。

甚高频射频VHF可采用两种甚高频射频RF1和RF2，其中，RF2的频率取值范围大于40MH_Z小于100MH_Z，而RF1的频率范围也是大于40MH_Z小于100MH_Z，且RF1频率取值小于RF2。低频射频LF为低频，其频率为2MH_Z。

射频混合的组合有两种：RF和RF1，或者RF和RF2。根据晶圆1刻蚀工艺的需要，在该两种射频频率中选取需要的射频频率，并采用相应组合的混频。

如图3所示，为RF和RF1，或者RF和RF2两种混频的射频下，晶圆1表面上刻蚀速率的分布图。RF和RF1的混频中，RF取2MH_Z，RF1取40MH_Z，如图所示，刻蚀速率的分布图为中部突起的曲线，说明为晶圆1中部凸起程度低的分布。RF和RF2的混频中，RF取2MH_Z，RF2取100MH_Z，刻蚀速率的分布图为中部突起的曲线，说明晶圆1中部凸起程度高的分布。上述两种混频的方法，其射频输出固定，不能按生产需要调节输出。