[发明专利]一种半导体处理装置

说明书

本发明提供一种半导体处理装置。该半导体处理装置包括反应腔、下电极、射频电源和阻抗匹配器，射频电源通过阻抗匹配器连接至位于反应腔内的下电极，还包括相位调节元件，相位调节元件串联于射频电源和阻抗匹配器之间，用于调节阻抗匹配器的输入阻抗，使其与射频电源的输出阻抗匹配，且相位调节元件的特征阻抗等于射频电源的输出阻抗。该半导体处理装置能将整个半导体处理装置中等离子体阻抗的变化调整为最小，从而使整个半导体处理装置的增益更加稳定，阻抗匹配器对反应腔内等离子体阻抗和射频电源输出阻抗的匹配更加快速准确，进而确保了半导体处理工艺结果。

技术领域

本发明涉及半导体处理技术领域，具体地，涉及一种半导体处理装置。

背景技术

等离子体镀膜和刻蚀技术广泛的应用于半导体、平板显示、太阳能等领域。在这些领域，如何高效、稳定的获得等离子体成为了等离子体镀膜和刻蚀的关键。一般的等离子镀膜系统如图1所示，射频电源1将射频能量通过阻抗匹配器3传输至反应腔2，在反应腔2内射频能量在基座8的晶片9上产生负偏压，该负偏压吸引靶材正离子到晶片9上来实现镀膜。靶材正离子由直流电源10和磁控管11将具有一定气压的气体如氦气，氩气等激发为等离子体轰击靶材产生。

在工艺过程中，经常会出现等离子体的阻抗发生变化的现象如图2a和图2b所示，图2a中为高直流电源功率、高离化率磁控管的等离子体阻抗变化情况。图2b为低直流电源功率、高离化率磁控管的等离子体阻抗变化情况，图2a中的等离子体阻抗变化情况我们的自动阻抗匹配器还能实现阻抗匹配，保证反射功率小于3％，图2b中的情况由于等离子体的等离子体阻抗变化非常剧烈，会超出阻抗匹配器的匹配范围，导致反射功率过大超过10％，进而影响工艺结果。在PVD镀膜设备中，直流电源功率越低、磁控管离化率越高，等离子体阻抗变化越剧烈。

目前，为了提高阻抗匹配器的匹配速度以跟得上等离子体阻抗的变化速度，阻抗匹配器3的结构原理示意图如图3所示，幅值相位检测单元12检测整个射频系统的阻抗，然后送至控制单元13，控制单元13通过计算得出电机14的转动方向和步数，然后给电机14发送指令，电机14带动可变电抗元件15转动，完成整个系统的阻抗匹配。从图3中可以看出，要想提高阻抗匹配器的匹配速度，只有提高电机14的转速和控制单元13中算法的计算速度，如将电机14的转速从800转每分钟提高到1500转每分钟，或者将电机14带动的可变电抗元件15换成有电子开关控制的电子元件。

上述通过提高阻抗匹配器匹配速度来降低等离子体变化的方案存在诸多缺陷：首先，电机转速的提高，带来的问题就是电机丢步，电机丢步会导致镀膜工艺不稳定，影响工艺结果；第二，电机转速的提高需要重新设计驱动，这就增加了匹配器的生产成本；第三，增加匹配器的匹配速度，只是迎合等离子体阻抗的变化，并没有从根本上解决等离子体阻抗的不稳定；第四，在快速匹配下还会出现偶尔反射功率过大并大于10％的情况，严重影响工艺结果。

因此，等离子体处理系统(如等离子体镀膜系统或等离子体刻蚀系统)中等离子体阻抗不稳定的问题成为亟需解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种半导体处理装置。该半导体处理装置能将整个半导体处理装置中等离子体阻抗的变化调整为最小，从而使整个半导体处理装置的增益更加稳定，阻抗匹配器对反应腔内的等离子体阻抗和射频电源的输出阻抗的匹配更加快速准确，进而确保了半导体处理装置良好的工艺处理结果。

本发明提供一种半导体处理装置，包括反应腔、下电极、射频电源和阻抗匹配器，所述射频电源通过所述阻抗匹配器连接至位于所述反应腔内的所述下电极，还包括相位调节元件，所述相位调节元件串联于所述射频电源和所述阻抗匹配器之间，用于调节所述阻抗匹配器的输入阻抗，使其与所述射频电源的输出阻抗匹配，且所述相位调节元件的特征阻抗等于所述射频电源的输出阻抗。

优选地，所述相位调节元件的特征阻抗为50欧姆，所述相位调节元件的相位调节范围为0-360度。