專利名稱：雙頻rf匹配的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體襯底處理系統(tǒng)，更具體而言，涉及用于使耦合到單個(gè)電極的多個(gè)RF源的阻抗與等離子體的阻抗相匹配的匹配電路。
背景技術(shù)：
等離子增強(qiáng)型半導(dǎo)體處理腔被廣泛用于集成器件的制造。在大多數(shù)等離子增強(qiáng)型半導(dǎo)體腔中，多個(gè)射頻(RF)生成器被用于形成和控制等離子體。某些等離子增強(qiáng)型處理腔將來(lái)自多個(gè)源的RF功率饋送到將功率耦合到等離子體的單個(gè)電極。但是，在這些實(shí)施例中，每個(gè)RF源一般要求單獨(dú)的饋送結(jié)構(gòu)(例如單獨(dú)的RF生成器，匹配輸出、到電極的同軸電纜等等)。
因此，需要一種用于半導(dǎo)體襯底處理的經(jīng)改進(jìn)的裝置，其利用單個(gè)饋送結(jié)構(gòu)來(lái)將來(lái)自多個(gè)RF源的RF功率耦合到一個(gè)電極。


為了詳細(xì)理解實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述特征、優(yōu)點(diǎn)和目的的方式，可以通過(guò)參考在附圖中示出的本發(fā)明的實(shí)施例來(lái)更具體地描述本發(fā)明(發(fā)明內(nèi)容在上文給出)。但是，要注意，附圖僅僅示出本發(fā)明的典型實(shí)施例，因此不應(yīng)被視為限制其范圍，因?yàn)楸景l(fā)明可以允許其他同等有效的實(shí)施例。
圖1示出本發(fā)明的RF結(jié)構(gòu)的示例性框圖；圖2是本發(fā)明的匹配電路的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖3A是示出由于互補(bǔ)頻率元件的分路變動(dòng)(shunt variation)引起的調(diào)諧空間移動(dòng)的圖；圖3B是示出由于互補(bǔ)頻率元件的串聯(lián)組件變動(dòng)引起的調(diào)諧空間移動(dòng)的圖；
圖4是本發(fā)明的可變分路匹配電路的調(diào)諧空間的圖；以及圖5是具有雙頻匹配電路的一個(gè)實(shí)施例的等離子增強(qiáng)型處理腔的說(shuō)明性示意圖。
為了幫助理解，在可能的情況下，使用相同的標(biāo)號(hào)來(lái)標(biāo)示附圖中共有的相同元件。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明一般地涉及等離子增強(qiáng)型半導(dǎo)體處理腔中的半導(dǎo)體襯底處理。更具體而言，本發(fā)明是等離子增強(qiáng)型半導(dǎo)體處理腔中的用于通過(guò)單個(gè)饋送裝置將兩個(gè)RF源耦合到一個(gè)電極的雙頻可變分路匹配電路。
圖1示出具有雙頻可變分路匹配電路的等離子增強(qiáng)型半導(dǎo)體處理腔的簡(jiǎn)化框圖。根據(jù)本發(fā)明的等離子增強(qiáng)型處理腔100包括腔102、兩個(gè)RF功率源104、106和雙頻匹配電路108。腔102包括加電電極110和接地電極112。來(lái)自雙頻匹配電路108的單條饋送線路114將源104、106耦合到加電電極110。腔102在其他方面與傳統(tǒng)的等離子增強(qiáng)型處理腔類似。
RF源104、106是獨(dú)立的頻率調(diào)諧RF生成器。RF源104、RF源106可以被配置為以任何所需頻率向腔102提供RF功率，以控制等離子體的特性。兩個(gè)頻率可以被選擇為控制相同的等離子體特性，或者控制不同的等離子體特性。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，RF源104、106之一能夠提供高頻功率以激發(fā)等離子體并分離等離子中的離子，而RF源104、106中的另一個(gè)能夠提供低頻功率以調(diào)制等離子殼層(sheath)電壓。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，源104一般能夠在高達(dá)5000W的連續(xù)或脈沖功率下生成處于約12.8MHz到約14.3MHz的范圍內(nèi)的頻率。源106一般能夠在高達(dá)5000W的連續(xù)或脈沖功率下生成處于約1.8MHz到約2.2MHz的范圍內(nèi)的頻率。
雙頻匹配電路108一般包括兩個(gè)匹配子電路，其中串聯(lián)元件被固定，并且分路元件提供到地的可變阻抗。匹配電路108包括連接到處于兩個(gè)不同頻率的獨(dú)立頻率調(diào)諧RF功率源104、106的兩個(gè)輸入，并且提供到處理腔102的公共RF輸出。匹配電路108執(zhí)行操作，以使源104、106的阻抗(通過(guò)是50Ω)與腔102的阻抗相匹配。在一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)匹配子電路是L型電路，但是也可以采用其他常見(jiàn)匹配電路配置，例如π型和T型。
圖2是具有雙L型匹配拓?fù)涞碾p頻匹配電路108的一個(gè)實(shí)施例的代表性電路圖。匹配電路108一般包括低頻(第一)調(diào)諧子電路202、高頻(第二)調(diào)諧b子電路204和生成器隔離子電路206。第一子電路202包括可變電容器C1、電感器L1和電容器C2?？勺冸娙萜鰿1分路橫跨來(lái)自2MHz源的輸入端210A、210B，電感器L1和電容器C2從輸入端210A和210B串聯(lián)連接到公共輸出端212。在一個(gè)實(shí)施例中，可變電容器C1標(biāo)稱從約300pF到約1500pF可變，電感器L1約為30μH，電容器C2約為300pF。
生成器隔離子電路206包括具有三個(gè)電感器L3、L4和L5以及三個(gè)電容器C5、C6和C7的梯形拓?fù)?。該子電路被調(diào)諧為阻止2MHz信號(hào)被耦合到13MHz源。電感器L5耦合橫跨輸入端214A、214B。電容器C7、C6和C5從輸入端214A串聯(lián)耦合到13MHz調(diào)諧電路204的輸入216A。電感器L4和L3分別從電容器C7和C6的交點(diǎn)和電容器C6和C5的交點(diǎn)并聯(lián)耦合。在一個(gè)實(shí)施例中，電感器L4和L5約為2μH，電感器L3約為1μH。電容器C6和C7約為400pF，電容器C5約為800pF。
第二子電路204包括電容器C3、電感器L2和可變電容器C4?？勺冸娙萜鰿4分路橫跨在來(lái)自生成器隔離子電路206的輸入端216A、216B上，電感器L2和電容器C3從輸入端216A和216B串聯(lián)連接到公共輸出端212。在一個(gè)實(shí)施例中，可變電容器C4標(biāo)稱從約400pF到約1200pF可變，電感器L2約為2.4μH，電容器C3約為67pF。
通常，在當(dāng)前的阻抗匹配技術(shù)中，或者串聯(lián)和分路元件被改變，或者元件固定而源的頻率被改變，以實(shí)現(xiàn)源和負(fù)載(例如等離子體)之間的阻抗匹配。在串聯(lián)和分路元件被改變的情況下，負(fù)責(zé)匹配源頻率之一的元件可能影響由負(fù)責(zé)匹配另一個(gè)源頻率的元件所看到的負(fù)載阻抗。例如，圖3A和圖3B示出了當(dāng)另一頻率的匹配元件被改變時(shí)針對(duì)2MHz和13MHz的調(diào)諧空間是如何移動(dòng)的。在圖3A中，分路組件(例如圖2中的電容器C1和C4)被示為對(duì)于另一頻率的調(diào)諧空間影響很小或沒(méi)有影響(由重疊的線302和線304以及線306和線308所示)。但是，當(dāng)與一個(gè)頻率源相對(duì)應(yīng)的串聯(lián)組件(例如圖2中的電感器L1和電容器C2或電感器L2和電容器C3)被改變時(shí)，另一頻率的調(diào)諧空間移動(dòng)。圖3B示出了改變13MHz下的串聯(lián)組件的效果。當(dāng)13MHz串聯(lián)組件被改變時(shí)，2MHz調(diào)諧空間移動(dòng)。這由不再重疊的線306和線308的移動(dòng)示出。
但是，如上文參考圖1和圖2所述，本發(fā)明的設(shè)計(jì)產(chǎn)生了可以通過(guò)分路組件調(diào)諧來(lái)改變的匹配調(diào)諧空間，而不會(huì)對(duì)另一頻率的調(diào)諧空間產(chǎn)生不利的副作用。因此，互補(bǔ)頻率調(diào)諧空間保持不變，并且可以在大阻抗范圍上實(shí)現(xiàn)零反射功率調(diào)諧空間。
例如，圖4示出了利用圖2的匹配電路108所看到的調(diào)諧空間的圖。該配置或者可以包含在固定匹配狀況中，其中組件值是在過(guò)程運(yùn)行之前設(shè)置的并且在整個(gè)運(yùn)行期間值是固定的，或者電路108可以在頻率/分路自動(dòng)調(diào)諧匹配配置中實(shí)現(xiàn)，其中生成器的頻率被調(diào)諧以確立匹配電路的方位角調(diào)諧方向，而可變分路(電容器C2和C4)將會(huì)設(shè)置徑向調(diào)諧方向。這兩個(gè)調(diào)諧機(jī)制(頻率調(diào)諧和分路調(diào)諧)在調(diào)諧空間中的垂直方向上工作，并且如果給定自動(dòng)調(diào)諧算法的適當(dāng)?shù)臅r(shí)間響應(yīng)就能獨(dú)立地調(diào)諧到最佳狀況。這樣，這種形式的調(diào)諧防止了兩個(gè)系統(tǒng)之間的可能導(dǎo)致不可調(diào)狀況的不穩(wěn)定反饋。
適合于從本發(fā)明中受益的等離子增強(qiáng)型半導(dǎo)體處理腔的示例包括但不局限于均可從Santa Clara，California的Applied Materials獲得的eMaxTM、MXP和ENABLERTM。eMaxTM處理腔在2000年9月5日授予Shan等人的美國(guó)專利No.6,113,731中有所描述。MXP處理腔在1669年7月9日授予Qian等人的美國(guó)專利No.5,534,108和1997年10月7日授予Pu等人的美國(guó)專利No.5,674,321中有所描述。ENABLERTM處理腔在2003年3月4日授予Hoffman等人的美國(guó)專利No.6,528,751中有所描述。
圖5示出了適合用于本發(fā)明的電容耦合等離子增強(qiáng)型處理腔500的部分示意性截面圖。在一個(gè)實(shí)施例中，處理腔500包括接地腔體502和置于腔體502外附近的至少一個(gè)線圈段518。處理腔500還包括置于腔體502內(nèi)并且與進(jìn)氣口532間隔開(kāi)來(lái)的晶片支撐基座516。晶片支撐基座516包括陰極527和用于將襯底514保持在進(jìn)氣口532之下的靜電卡盤526。
靜電卡盤526由DC電源520驅(qū)動(dòng)，以產(chǎn)生將襯底維持在卡盤表面上的靜電力。陰極527通過(guò)雙頻可變分路匹配電路108耦合到一對(duì)RF偏置源104、106。偏置源104、106一般能夠產(chǎn)生具有從約50kHz到約14.2MHz的頻率和在約0到約5000瓦特之間的功率的RF信號(hào)。雙頻可變分路匹配電路108使源104、106的阻抗與等離子體阻抗相匹配。單個(gè)饋送裝置114將來(lái)自兩個(gè)源的能量耦合到支撐基座516。
進(jìn)氣口532可以包括一個(gè)或多個(gè)噴嘴或噴頭。進(jìn)氣口532可以包括多個(gè)氣體分配區(qū)，從而使得可以用特定的氣體分配梯度將在被點(diǎn)燃時(shí)形成等離子體510的各種氣體提供到腔體502。進(jìn)氣口532可以形成與支撐基底516相對(duì)的上部電極528。
在工作中，襯底514被置于處理腔500中，并且被靜電卡盤526維持在支撐基座516上。處理氣體被氣體源508通過(guò)進(jìn)氣口532引入腔體502中。真空泵(未示出)將腔體502內(nèi)的壓力維持在工作壓力-通常在10mTorr到約20Torr之間。
RF源104通過(guò)雙頻可變分路匹配電路108向陰極527提供約5000W的13.56 MHz的RF電壓，從而激發(fā)腔體502內(nèi)的氣體并形成等離子體510。RF源106通過(guò)雙頻可變分路匹配電路108向陰極527提供約5000W的頻率約為2MHz的RF電壓。RF源106提供不僅對(duì)襯底進(jìn)行自偏置而且還調(diào)制等離子外殼(sheath)的偏置功率。在一段時(shí)間之后，或者在檢測(cè)特定端點(diǎn)之后，等離子體被消滅。
雖然前述內(nèi)容針對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，但是在不脫離本發(fā)明的基本范圍的情況下可以設(shè)計(jì)本發(fā)明的其他和進(jìn)一步的實(shí)施例，并且本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書確定。
權(quán)利要求
1.半導(dǎo)體襯底處理腔中的一種用于使耦合到單個(gè)電極的一對(duì)RF源的阻抗與等離子體的阻抗相匹配的裝置，包括第一子電路，用于使由第一RF源生成的第一RF信號(hào)的阻抗與所述等離子體的阻抗相匹配；以及第二子電路，用于使由第二RF源生成的第二RF信號(hào)的阻抗與所述等離子的阻抗相匹配，所述第二子電路連接到所述第一子電路以形成耦合到所述電極的公共輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一和第二子電路各自還包括至少一組固定的串聯(lián)組件；以及至少一個(gè)連接到地的可變分路組件。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述第一和第二RF源的匹配調(diào)諧空間可以由所述分路組件控制。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述第一和第二RF源的匹配調(diào)諧空間可以通過(guò)改變分別由所述第一和第二RF源生成的信號(hào)的第一和第二頻率中的至少一個(gè)來(lái)控制。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一和第二RF源各自具有50歐姆的輸出阻抗。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一和第二子電路在在所述處理腔中執(zhí)行特定過(guò)程之前被固定在預(yù)定配置中。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中在處理期間所述第一和第二RF源的阻抗可以通過(guò)以下步驟中的至少一種被匹配到所述處理腔的阻抗在所述處理腔的工作期間改變所述第一和第二子電路的組件的至少一個(gè)值；或者改變所述第一和第二RF源中至少一個(gè)的頻率.。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括隔離子電路，用于防止從所述第一和第二RF源中任何一個(gè)提供的功率被耦合到所述第一和第二RF源中的另一個(gè)。
9.半導(dǎo)體襯底處理腔中的一種用于使耦合到單個(gè)電極的一對(duì)RF源的阻抗與等離子體的阻抗相匹配的裝置，包括第一子電路，用于耦合到第一RF源并且具有第一組固定串聯(lián)組件和接地的第一可變分路；第二子電路，用于耦合到第二RF源，并且具有第二組固定串聯(lián)組件和接地的第二可變分路，所述第二子電路連接到所述第一子電路以形成耦合到所述電極的公共輸出。
10.半導(dǎo)體襯底處理腔中的一種用于使耦合到單個(gè)電極的一對(duì)RF源的阻抗與等離子體的阻抗相匹配的裝置，包括至少包括第一電極的處理腔；第一RF源；第二RF源；以及雙頻匹配電路，包括耦合到所述第一RF源的第一子電路；以及第二子電路，其耦合到所述第二RF源，并且連接到所述第一子電路以形成耦合到所述第一電極的公共輸出。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述第一和第二子電路各自還包括至少一組固定的串聯(lián)組件；以及至少一個(gè)連接到地的可變分路組件。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述第一和第二RF源的匹配調(diào)諧空間可以由所述分路組件控制。
13.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述第一和第二RF源的匹配調(diào)諧空間可以通過(guò)改變分別由所述第一和第二RF源生成的信號(hào)的第一和第二頻率中的至少一個(gè)來(lái)控制。
14.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述第一和第二子電路在在所述處理腔中執(zhí)行特定過(guò)程之前被固定在預(yù)定配置中。
15.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中在處理期間所述第一和第二RF源的阻抗可以通過(guò)以下步驟中的至少一種而被匹配到所述處理腔的阻抗在所述處理腔的工作期間改變所述第一和第二子電路的組件的至少一個(gè)值；或者改變所述第一和第二RF源中至少一個(gè)的頻率.。
16.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述雙頻匹配電路還包括隔離子電路，用于防止從所述第一和第二RF源中任何一個(gè)提供的功率被耦合到所述第一和第二RF源中的另一個(gè)。
全文摘要
提供了一種用于具有雙頻陰極的等離子增強(qiáng)型半導(dǎo)體處理腔的雙頻匹配電路(108)。該匹配電路包括具有結(jié)合到公共輸出(212)的可變分路(C1、C4)的兩個(gè)匹配電路(202－204)。在工作期間，匹配電路使獨(dú)立RF源的負(fù)載與處理腔中的等離子體的負(fù)載相平衡。
文檔編號(hào)H03H7/40GK1898767SQ200480038052
公開(kāi)日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2004年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月18日
發(fā)明者史蒂文·C·香農(nóng), 約翰·霍蘭德 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司