[发明专利]等离子体产生装置和半导体设备

说明书

本发明属于半导体生产技术领域，具体涉及一种等离子体产生装置和半导体设备。该等离子体产生装置，用于产生圆周分布的等离子体，该所述等离子体产生装置包括微波产生源、微波传输匹配结构和谐振腔体，所述谐振腔体包括由内向外依次同轴嵌套设置的圆环结构的介质层和主体层，所述介质层在靠近所述主体层的一侧开设有至少两条狭缝天线，所述介质层的内部形成环形的谐振腔室。该等离子体产生装置，采用了环形的微波谐振腔结构，并通过狭缝天线形成环状均匀表面波等离子体，能获得均匀间隔分布的等离子体，而且在作为辅助等离子体源应用时，还能避免与射频等离子体源产生耦合，从而改进等离子体密度，消除射频耦合。

技术领域

本发明属于半导体生产技术领域，具体涉及一种等离子体产生装置和半导体设备。

背景技术

近年来，随着电子技术的高速发展，人们对集成电路要求总体趋势趋向于高度集成化和更大面积化，这就要求生产集成电路的企业不断提高半导体晶片的加工能力。高性能等离子体发生设备的研发对于半导体制造工艺的发展至关重要，当等离子体设备用于半导体制造工艺时，最主要考察因素是：在一定气压范围能有效率的生成大面积均匀的等离子体。具体到工艺细节，关注点往往在于工艺气体和气压，等离子体均匀程度和等离子体内粒子成分即等离子体的可控性。对应于电子行业的发展，能在低气压下激发大面积，高密度均匀等离子体的等离子体源是当前的主要研究方向。

在某些特定的等离子体工艺下，刻蚀率和均匀性的要求导致单一结构的等离子体源无法满足工艺需求。如某些硅通孔工艺(Through Silicon Via，简称TSV)要求高刻蚀率的同时达到高的均匀性，为保证腔室内部及其边缘的等离子体源，使用了双等离子体源结构，主等离子体源提供高密度的等离子体，辅助等离子体源对边缘进行补偿，从而在提高刻蚀率的同时对边缘均匀性进行补偿。

如图1所示为现有技术中一种硅通孔机台产品的双等离子体源腔室的结构示意图。其包括主腔室21、辅助腔室22、主微波产生及传输结构23、辅助微波产生及传输结构24、陶瓷桶25和射频线圈26。该结构采用了通常外置的射频线圈作为射频电源驱动，使用两个线圈分别产生主等离子体和辅助等离子体。如图2所示即为用于边缘辅助的等离子体源的结构示意图。在实际使用时，存在如下几个难题：1.因为主等离子体源和辅助等离子体源使用了相同的射频(均为13.56MHz)，因此在同时启动时，两个等离子体源会产生耦合互相干扰，导致工艺不稳定，限制了工艺参数窗口；2.因为单线圈的结构，电流馈入端会有电场不均匀的情况发生，对等离子体的均匀性造成影响；3.因为启辉放电时，在低功率时有EH模式(容性E、感性H模式)跳变导致匹配困难，严重影响了工艺窗口。

可见，设计一种能获得均匀间隔分布的等离子体的等离子体产生装置成为目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种等离子体产生装置和半导体设备，至少部分解决等离子体不能均匀间隔分布，以及作为辅助等离子体源应用时与射频等离子体源产生耦合的问题。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是该等离子体产生装置，用于产生圆周分布的等离子体，该所述等离子体产生装置包括微波产生源、微波传输匹配结构和谐振腔体，所述谐振腔体包括由内向外依次同轴嵌套设置的圆环结构的介质层和主体层，所述介质层在靠近所述主体层的一侧开设有至少两条狭缝天线，所述介质层的内部形成环形的谐振腔室。

优选的是，所述狭缝天线的延伸方向与所述介质层的圆轴线平行设置，至少两条所述狭缝天线沿所述介质层周向方向均匀间隔分布。

优选的是，所述介质层为实心圆环结构，所述介质层在沿其径向上的截面形状为矩形。

优选的是，所述主体层为空心圆环结构，所述主体层在沿其径向上的截面形状为矩形。

优选的是，所述介质层采用低介电损耗材料形成，所述低介电损耗材料包括石英材料或陶瓷材料。