[发明专利]改进等离子均匀性和效率的电感耦合等离子装置

说明书

技术领域

本发明涉及等离子反应器，特别是涉及电感耦合反应器中的气体均一分布的设计。

背景技术

等离子反应器或反应腔在现有技术中是公知的，并广泛应用于半导体集成电路、平板显示器，发光二极管(LED)，太阳能电池等的制造工业内。在等离子腔中通常会施加一个射频电源以产生并维持等离子于反应腔中。其中，有许多不同的方式施加射频功率，每个不同方式的设计都将导致不同的特性，比如效率、等离子解离、均一性等等。其中，一种设计是电感耦合(ICP)等离子腔。

在电感耦合等离子处理腔中，一个通常是线圈状的天线用于向反应腔内发射射频能量。为了使来自天线的射频功率耦合到反应腔内，在天线处放置一个绝缘材料窗口。反应腔可以处理各种基片，比如硅晶圆等，基片被固定在夹盘上，等离子在基片上方产生。因此，天线被放置在反应器顶板上方，使得反应腔顶板是由绝缘材料制成或者包括一个绝缘材料窗口。

在等离子处理腔中，各种气体被注入到反应腔中，以使得离子和基片之间的化学反应和/或物理作用可被用于在所述基片上形成各种特征结构，比如刻蚀、沉积等等。在许多工艺流程中，一个很重要的指数是晶圆内部的加工均一性。也就是，一个作用于基片中心区域的工艺流程应和作用于基片边缘区域的工艺流程相同或者高度相近。因此，例如，当执行工艺流程时，晶圆中心区域的刻蚀率应与晶圆边缘区域的刻蚀率相同。

一个有助于获得较好工艺均一性的参数是在反应腔内均匀分布的处理气体。要获得这样的均一性，许多反应腔设计采用安装在晶圆上方的气体喷淋头，以均匀的注入处理气体。然而，如上所述，在电感耦合(ICP)反应腔顶板必须包括一个使射频功率从天线发射到反应腔中的绝缘窗。因此，ICP的结构中并没有给气体喷淋头留出相应的空间来实现其气体均匀注入的功能。

图1示出了现有电感耦合反应腔设计的截面图。ICP反应腔100包括基本呈圆筒状的金属侧壁105和绝缘顶板107，构成可被抽真空器125抽真空的气密空间。基座110支撑夹盘115，所述夹盘115支撑待处理的基片120。来自射频功率源145的射频功率被施加到呈线圈状的天线140。来自气源150的处理气体通过管线155被供应到反应腔内，以点燃并维持等离子，并由此对基片120进行加工。在标准电感耦合反应腔中，气体通过在反应腔周围的注入器/喷头130和中间的喷头135之一或者两者一同注入来供应到真空容器内的。

从图1可知，来自外围喷头130的气体被大量抽出了120的表面。因此，从外围喷头130注入的大量气体可能实现对晶圆边缘区域的处理，但是几乎没有能达到晶圆120的中心区域，这会导致不均一性。相反地，中心喷头135注入的大量气体集中在晶圆中心并没有到达边缘区域，也会造成不均一性。

因此，业内需要一种改进电感耦合反应腔设计，可以优化反应腔内的气体分布以改进加工工艺的均一性。

发明内容

本发明的发明内容只提供一个对本发明部分方面和特点的基本理解。其不是对本发明的广泛概述，也不是用于特别指出本发明的关键要素或者示意发明的范围。其唯一的目的是简化的呈现本发明的一些概念，为后续详细的描述本发明作铺垫。

根据本发明的一个方面，提供了一种等离子反应器，其包括封闭壳体，绝缘窗，设置在绝缘窗上方的射频天线，多个气体注入器(gas injectors)向所述封闭壳体内供气，设置于所述封闭壳体内的挡板，其用于限制或引导从气体注入器中的气体流动。

根据本发明的一个方面，提供了一个电感耦合等离子反应器，其中，包括封闭壳体，其中所述封闭壳体顶板的至少一部分构成一个绝缘材料窗。基片支撑装置设置于所述封闭壳体内和所述绝缘材料窗的下方。射频功率发射装置设置于所述绝缘材料窗上，以发射射频功率并使其穿过所述绝缘材料窗到封闭壳体内。多个气体注入器均匀分布在所述基片支撑装置上方，以提供处理气体到所述封闭壳体内。设置于封闭壳体内的环形挡板，其位于所述基片支撑装置上方和多个气体注入器下方，以引导处理气体流动。根据本发明的另一个方面，所述挡板可由由导体或绝缘材料制成。比如挡板可由阳极化的铝，陶瓷，石英等制成。