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一種電感耦合線圈及等離子體裝置的制作方法

文檔序號(hào):7236957閱讀:161來源:國知局
專利名稱:一種電感耦合線圈及等離子體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種電感耦合線圈及等離子體裝置,具體地說是涉及半導(dǎo)體加 工過程中的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
目前,隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,人們對(duì)集成電路的集成度要求越來越高, 這就要求生產(chǎn)集成電路的企業(yè)不斷提高半導(dǎo)體晶片的加工能力。等離子體裝置
廣泛地被應(yīng)用于制造集成電路(IC)或MEMS器件的制造工藝中。因此,適用于 刻蝕、沉積或其他工藝的等離子體裝置的研發(fā)對(duì)于半導(dǎo)體制造工藝和設(shè)備的發(fā) 展來說是至關(guān)重要的。在用于半導(dǎo)體制造工藝的等離子體裝置的研發(fā)中,最重 要的因素是滿足在大襯底上工作的能力,以便提高產(chǎn)率,以及執(zhí)行用于制造高 度集成器件工藝的能力。具體地說,隨著近年來晶片尺寸從200mm增大到300腿,
提高晶片處理工藝的均勻性以及保持較高的等離子體密度變得非常重要。
在傳統(tǒng)半導(dǎo)體制造工藝中己經(jīng)使用了各種類型的等離子體裝置,例如,電 容耦合等離子體(CCP)類型,電感耦合等離子體(ICP)類型以及電子回旋共振等 離子體(ECR)等類型。利用電容耦合方式的等離子體裝置,其結(jié)構(gòu)簡單,造價(jià)低, 但這種方式產(chǎn)生的等離子體密度較低,難以滿足等離子體刻蝕速率和生產(chǎn)率的 需求。利用電子回旋共振方式的等離子體裝置盡管可以在較低的工作氣壓下獲 得密度較高的等離子體,但是需要引入外磁場(chǎng),需要微波管,造價(jià)相對(duì)較高。 現(xiàn)今應(yīng)用比較廣泛的用于等離子體刻蝕設(shè)備的等離子體發(fā)生方式為電感耦合等離子體發(fā)生方式,這種方式可以在較低工作氣壓下獲得高密度的等離子體,而 且結(jié)構(gòu)簡單,造價(jià)低,同時(shí)可以對(duì)產(chǎn)生等離子體的射頻源(決定等離子體密度) 與基片臺(tái)射頻源(決定入射到晶片上的粒子能量)獨(dú)立控制,適用于金屬和半導(dǎo)
體等材料的刻蝕。在上述各種類型的等離子體裝置中,對(duì)于300mm的大尺寸晶 片,由于ICP裝置可以高密度和高均勻性產(chǎn)生等離子體并且與其他類型的等離 子體裝置相比具有簡單的結(jié)構(gòu),因此ICP類型裝置被認(rèn)為是最佳設(shè)備。然而, 用于300mm晶片的ICP裝置的研制并非是簡單地改變現(xiàn)有的用于200 晶片的 ICP裝置的尺寸就可以實(shí)現(xiàn)的。由于在ICP放電中起至關(guān)重要的線圈設(shè)計(jì)中的 諸多困難,使得這種設(shè)備的研制受到多種限制。
圖1所示的電感耦合等離子體裝置是目前大多數(shù)半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備中采用的 結(jié)構(gòu)。 一般由反應(yīng)腔室4、靜電卡盤6與電感耦合線圈3組成,靜電卡盤6位 于反應(yīng)腔室4內(nèi),與匹配器10和射頻源11連接,靜電卡盤6上安裝晶片5。 電感耦合線圈3位于反應(yīng)腔室4上方與匹配器2和射頻源1相連接。在半導(dǎo)體 加工過程中,進(jìn)入反應(yīng)腔室4的工藝氣體被其上方的電感耦合線圈3電離形成 等離子體,生成的等離子體刻蝕晶片5表面的材質(zhì)。首先,系統(tǒng)中分子泵抽出 反應(yīng)腔室4中的氣體,在這一過程中,使氣體產(chǎn)成電離形成等離子體的射頻功 率來自于電感耦合線圈3,線圈3與用于提供射頻電流的電源7通過匹配器8 相連。隨著RF電流流入線圈3,圍繞線圈3產(chǎn)生磁場(chǎng),并且磁場(chǎng)隨著時(shí)間的成 函數(shù)變化,在反應(yīng)室4內(nèi)感生出電場(chǎng)。同時(shí)反應(yīng)室里的反應(yīng)氣體通過與感應(yīng)電 場(chǎng)所加速的電子碰撞而離子化,從而在反應(yīng)室4內(nèi)產(chǎn)生等離子體。所產(chǎn)生的等 離子體與晶片5的表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),從而使晶片5經(jīng)歷所需的處理,例如刻 蝕。同時(shí)在靜電卡盤6上連接RF電源,用于提供偏置電壓,以便增加等離子體與晶片5碰撞的離子的能量。
圖2是目前大多數(shù)等離子體裝置中采用的電感耦合線圈3的結(jié)構(gòu),電感耦 合線圈3結(jié)構(gòu)為平面螺旋結(jié)構(gòu)。電感螺旋線圈3 —般由單匝螺旋纏繞的導(dǎo)電線 圈構(gòu)成。此結(jié)構(gòu)線圈存在以下問題(l)由于RF電流流過線圈的方向相同,于 是反應(yīng)室內(nèi)靠近線圈中心部分感應(yīng)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度比反應(yīng)室內(nèi)其他部分(如反應(yīng) 室內(nèi)邊緣部分)要大,因此產(chǎn)生的等離子體會(huì)存在中心密度高,邊緣低的現(xiàn)象, 這種在反應(yīng)室內(nèi)徑向不均勻性緊緊依靠等離子體擴(kuò)散是很難消除的。于是,當(dāng) 等離子體擴(kuò)散到晶片表面時(shí),在靠近晶片表面區(qū)域的中心部分等離子體的密度 高,而在靠近晶片表面區(qū)域的邊緣部分密度低;(2)當(dāng)處理工件從200mm增大到 300mm時(shí),增加反應(yīng)室內(nèi)部尺寸的同時(shí),為保證滿足工藝需求的大面積高密度 等離子體,就需要增加線圈的長度和圈數(shù),線圈的長度增大則需要考慮由線圈 引起的傳輸線效應(yīng),另外線圈長度的增加導(dǎo)致線圈電感也增加,過高的電感很 難實(shí)現(xiàn)對(duì)線圈的共軛匹配,難以獲得用于半導(dǎo)體加工的大面積高密度均勻分布 的等離子體。
因此,目前大多數(shù)的刻蝕設(shè)備都存在著刻蝕速率不均勻的問題,這對(duì)半導(dǎo) 體加工工藝造成了很大的不利影響。

發(fā)明內(nèi)容
為解決半導(dǎo)體加工過程中等離子體密度分布不均勻的問題,本發(fā)明提供了 一種電感耦合線圈及采用所述電感耦合線圈的等離子體裝置。
本發(fā)明所述技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的所述電感耦合線圈至少包括兩個(gè)完全 相同的分支,每個(gè)分支由內(nèi)線圈和外線圈組成,內(nèi)、外線圈的繞向相反且內(nèi)線 圈的末端與外線圈的始端通過連接段串聯(lián)連接;各個(gè)分支的內(nèi)、外線圈分別對(duì)稱嵌套且共面。
本發(fā)明還提供了一種電感耦合等離子體裝置,它包括反應(yīng)室,反應(yīng)室上部 設(shè)有介電窗,所述的介電窗的上部設(shè)有上述的電感耦合線圈,電感耦合線圈通 過匹配器與射頻RF源連接;所述電感耦合線圈中的各個(gè)分支并聯(lián)連接后與匹配
器連接。
采用此結(jié)構(gòu)線圈的等離子體發(fā)生裝置優(yōu)點(diǎn)如下
1、 流過內(nèi)、外圈的RF電流反向,因此內(nèi)、外圈產(chǎn)生的電磁場(chǎng)也是反向的, 從而削弱了反應(yīng)室內(nèi)中心處電磁場(chǎng)的強(qiáng)度,使得電磁場(chǎng)在整個(gè)反應(yīng)室內(nèi)部徑向 分布均勻。
2、 由于本明中的兩個(gè)或兩個(gè)以上分支形狀完全相同,且對(duì)稱布置,因此可
以產(chǎn)生方位角向分布均勻的電磁場(chǎng)。利用此結(jié)構(gòu)的線圈可以改善等離子體在反 應(yīng)室內(nèi)部的分布均勻性。
3、 采用此結(jié)構(gòu)的線圈能夠減小電感耦合線圈的電感,即使處理晶片尺寸增
加,仍可以很容易地通過增加線圈的長度和圈數(shù)來獲得大面積的等離子體和改 善大面積工藝中等離子體的均勻性,從而使晶片表面發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)速率差異 較小,提高晶片的質(zhì)量,滿足當(dāng)今晶片加工過程中加工尺寸要求越來越大的發(fā) 展趨勢(shì)的需要。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中電感耦合等離子體裝置結(jié)構(gòu)示意圖; 圖2是現(xiàn)有技術(shù)中所使用的電感耦合線圈結(jié)構(gòu)示意圖; 圖3是本發(fā)明實(shí)施例1電感耦合線圈結(jié)構(gòu)示意圖; 圖4是本發(fā)明實(shí)施例2電感耦合線圈結(jié)構(gòu)示意圖;圖5是本發(fā)明實(shí)施例3電感耦合線圈結(jié)構(gòu)示意圖6是本發(fā)明實(shí)施例4電感耦合線圈結(jié)構(gòu)示意圖7是本發(fā)明實(shí)施例5電感耦合線圈結(jié)構(gòu)示意圖8是本發(fā)明實(shí)施例6所述電感耦合等離子體裝置的結(jié)構(gòu)示意圖9是本發(fā)明實(shí)施例7所述電感耦合等離子體裝置的結(jié)構(gòu)示意圖10是本發(fā)明實(shí)施例8所述電感耦合等離子體裝置的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖11是本發(fā)明實(shí)施例9所述電感耦合等離子體裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖作進(jìn)一步詳述 實(shí)施例l
如圖3電感耦合線圈結(jié)構(gòu)示意圖所示,電感耦合線圈包括兩個(gè)完全相同的 分支,每個(gè)分支由內(nèi)線圈7和外線圈8組成,內(nèi)線圈7的末端與外線圈8的始 端通過連接段9串聯(lián)連接;兩個(gè)分支的內(nèi)、外線圈分別對(duì)稱嵌套且共面。各個(gè) 分支的內(nèi)線圈7和外線圈8均為螺旋線形且繞向相反,即當(dāng)內(nèi)線圈7繞向?yàn)轫?時(shí)針時(shí),外線圈8繞向?yàn)槟鏁r(shí)針,或者是當(dāng)內(nèi)線圈7繞向?yàn)槟鏁r(shí)針時(shí),此時(shí)外 線圈8繞向?yàn)轫槙r(shí)針。線圈整體是平面線圈。
實(shí)施例2
如圖4電感耦合線圈結(jié)構(gòu)示意圖所示,電感耦合線圈包括兩個(gè)完全相同的 分支,每個(gè)分支由內(nèi)線圈7和外線圈8組成,內(nèi)線圈7的末端與外線圈8的始 端通過連接段9串聯(lián)連接。兩個(gè)分支的內(nèi)、外線圈分別對(duì)稱嵌套且共面。各個(gè) 分支的內(nèi)線圈7為弧形,外線圈8為螺旋線形,內(nèi)線圈7和外線圈8的繞向相反,即當(dāng)內(nèi)線圈7繞向?yàn)轫槙r(shí)針時(shí),外線圈8繞向?yàn)槟鏁r(shí)針,或者是當(dāng)內(nèi)線圈 7繞向?yàn)槟鏁r(shí)針時(shí),此時(shí)外線圈8繞向?yàn)轫槙r(shí)針。線圈整體是平面線圈。 實(shí)施例3
如圖5電感耦合線圈結(jié)構(gòu)示意圖所示,電感耦合線圈包括兩個(gè)完全相同的 分支,每個(gè)分支由內(nèi)線圈7和外線圈8組成,內(nèi)線圈7的末端與外線圈8的始 端通過連接段9串聯(lián)連接。兩個(gè)分支的內(nèi)、外線圈分別對(duì)稱嵌套且共面。各個(gè) 分支的線圈中的內(nèi)線圈7為弧形,外線圈8由多段曲率半徑依次增大的弧形線 圈通過外線圈連接段15串接而成。內(nèi)線圈7和外線圈8的繞向相反,即當(dāng)內(nèi)線 圈7繞向?yàn)轫槙r(shí)針時(shí),外線圈8繞向?yàn)槟鏁r(shí)針,或者是當(dāng)內(nèi)線圈7繞向?yàn)槟鏁r(shí) 針時(shí),此時(shí)外線圈8繞向?yàn)轫槙r(shí)針。線圈整體是平面線圈。
實(shí)施例4
如圖6電感耦合線圈結(jié)構(gòu)示意圖所示,電感耦合線圈包括三個(gè)完全相同的 分支,每個(gè)分支由內(nèi)線圈7和外線圈8組成,內(nèi)線圈7的末端與外線圈8的始 端通過連接段9串聯(lián)連接。三個(gè)分支的內(nèi)、外線圈分別對(duì)稱嵌套且共面。各個(gè) 分支的內(nèi)線圈7為弧形,外線圈8為螺旋線形,內(nèi)線圈7和外線圈8的繞向相 反,即當(dāng)內(nèi)線圈7繞向?yàn)轫槙r(shí)針時(shí),外線圈8繞向?yàn)槟鏁r(shí)針,或者是當(dāng)內(nèi)線圈 7繞向?yàn)槟鏁r(shí)針時(shí),此時(shí)外線圈8繞向?yàn)轫槙r(shí)針。線圈整體是平面線圈。
實(shí)施例5
如圖7電感耦合線圈結(jié)構(gòu)示意圖所示,電感耦合線圈包括四個(gè)完全相同的 分支,每個(gè)分支由內(nèi)線圈7和外線圈8組成,內(nèi)線圈7的末端與外線圈8的始 端通過連接段9串聯(lián)連接。四個(gè)分支的內(nèi)、外線圈分別對(duì)稱嵌套且共面。各個(gè) 分支的內(nèi)線圈7為弧形,外線圈8為螺旋線形,內(nèi)線圈7和外線圈8的繞向相反,即當(dāng)內(nèi)線圈7繞向?yàn)轫槙r(shí)針時(shí),外線圈8繞向?yàn)槟鏁r(shí)針,或者是當(dāng)內(nèi)線圈 7繞向?yàn)槟鏁r(shí)針時(shí),此時(shí)外線圈8繞向?yàn)轫槙r(shí)針。線圈整體是平面線圈。 實(shí)施例6
如圖8所示,本實(shí)施例所述電感耦合等離子體裝置,它包括反應(yīng)室4,固 定在反應(yīng)腔室4內(nèi)部下表面的靜電卡盤6以及固定在反應(yīng)腔室4上部外表面的 電感耦合線圈3,反應(yīng)室4上部設(shè)有介電窗12,所述的介電窗的上部設(shè)有電感 耦合線圈,其中,所述電感耦合線圈采用上述實(shí)施例所述的電感耦合線圈。靜 電卡盤6與第一匹配器10和第一射頻源11通過導(dǎo)線依次串聯(lián)連接;所述電感 耦合線圈的各分支的輸入端并聯(lián)后接可變電容14,之后與第二匹配器2和第二 射頻源1通過導(dǎo)線依次串聯(lián)連接,各分支的輸出端分別通過接地電容13接地; 其中第一匹配器10和第一射頻源11以及第二匹配器2和第二射頻源1分別接 地。
實(shí)施例7
如圖9所示,本實(shí)施方式與實(shí)施例6的不同點(diǎn)在于,所述電感耦合線圈的 各分支的輸入端分別串聯(lián)有可變電容14和15,之后并聯(lián)連接;輸出端通過接 地電容13接地。其它組成和連接關(guān)系與實(shí)施例6相同。
實(shí)施例8
如圖10所示,本實(shí)施方式與實(shí)施例6的不同點(diǎn)在于,所述電感耦合線圈的 各分支的輸入端并聯(lián)后與第二匹配器2和第二射頻源1通過導(dǎo)線依次串聯(lián)連接, 輸出端分別串聯(lián)可變電容14和15后再并聯(lián)接地。其它組成和連接關(guān)系與實(shí)施 例6相同。
實(shí)施例9如圖11所示,本實(shí)施方式與實(shí)施例8的不同點(diǎn)在于,所述電感耦合線圈的 各分支的輸出端并聯(lián)后接可變電容14再接地。其它組成和連接關(guān)系與實(shí)施例6 相同。
可以理解地是,本實(shí)施例所述等離子體裝置,不局限于等離子體刻蝕設(shè)備, 上述實(shí)施例中所述的電感耦合線圈,也可以應(yīng)用于等離子體物理汽相沉積,等
離子體化學(xué)汽相沉積,等離子體表面清洗等設(shè)備;使用過程中均可獲得較高的
等離子體密度,從而大大提高產(chǎn)品加工精度。
以上關(guān)于本發(fā)明所述用于等離子體裝置的電感耦合線圈及采用所述電感耦 合線圈的等離子體裝置的具體描述,僅用以說明本發(fā)明而并非限制本實(shí)施例所 描述的技術(shù)方案。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,仍然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修
改或等同替換,比如說,所述弧形內(nèi)線圈7可為圓弧段或者橢圓弧段,也可以 為任意曲率的弧形段,以達(dá)到相同的技術(shù)效果;只要滿足使用需要,都在本專 利的保護(hù)范圍中。
權(quán)利要求
1、一種電感耦合線圈,其特征在于所述電感耦合線圈至少包括兩個(gè)完全相同的分支,每個(gè)分支由內(nèi)線圈(7)和外線圈(8)組成,內(nèi)、外線圈的繞向相反且內(nèi)線圈(7)的末端與外線圈(8)的始端通過連接段(9)串聯(lián)連接,各個(gè)分支的內(nèi)、外線圈分別對(duì)稱嵌套且共面。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感耦合線圈,其特征在于所述每個(gè)分支的內(nèi)線 圈(7)和外線圈(8)均為螺旋線形。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感耦合線圈,其特征在于所述每個(gè)分支的內(nèi)線 圈(7)為弧形,外線圈(8)為螺旋線形。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電感耦合線圈,其特征在于所述每個(gè)分支的內(nèi)線 圈(7)為弧形,外線圈(8)由多段曲率半徑依次增大的弧形線圈通過外線圈 連接段(15)串接而成。
5、 一種電感耦合等離子體裝置,它包括反應(yīng)室,反應(yīng)室上部設(shè)有介電窗, 所述的介電窗的上部設(shè)有電感耦合線圈,電感耦合線圈通過匹配器與射頻RF 源連接,其特征在于所述電感耦合線圈采用權(quán)利要求1、 2、 3或4所述的電感 耦合線圈。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電感耦合等離子體裝置,其特征在于所述電感耦 合線圈中的各個(gè)分支并聯(lián)連接后與匹配器連接。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電感耦合等離子體裝置,其特征在于,所述電感 耦合線圈的各分支的輸入端并聯(lián)后接可變電容,輸出端通過接地電容接地。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電感耦合等離子體裝置,其特征在于,所述電感耦合線圈的各分支的輸入端分別串聯(lián)有可變電容,之后并聯(lián)連接;輸出端通過 接地電容接地。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電感耦合等離子體裝置,其特征在于,所述電感耦合線圈的各分支的輸出端分別串聯(lián)可變電容后再并聯(lián)接地。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電感耦合等離子體裝置,其特征在于,所述電感耦合線圈的各分支的輸出端并聯(lián)后接可變電容再接地。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在半導(dǎo)體加工過程中電感耦合線圈及采用所述電感耦合線圈的等離子體裝置,其設(shè)計(jì)要點(diǎn)在于電感耦合線圈至少包括兩個(gè)完全相同的分支,每個(gè)分支由內(nèi)線圈(7)和外線圈(8)組成,內(nèi)、外線圈的繞向相反且內(nèi)線圈(7)的末端與外線圈(8)的始端通過連接段(9)串聯(lián)連接,各個(gè)分支的內(nèi)、外線圈分別對(duì)稱嵌套且共面。工作中,流過這種線圈內(nèi)圈的RF電流與流過外圈的RF電流反向,于是在反應(yīng)室里產(chǎn)生分布均勻的電磁場(chǎng),從而獲得分布均勻的等離子體;根據(jù)晶片尺寸可以很容易地通過增加線圈的長度和圈數(shù)來獲得大面積的等離子體和改善大面積工藝中等離子體的均勻性,使晶片表面發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)速率差異較小,提高晶片產(chǎn)品的質(zhì)量。
文檔編號(hào)H01F5/00GK101465189SQ200710179698
公開日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2007年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月17日
發(fā)明者剛 韋 申請(qǐng)人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司
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