[发明专利]VHF Z线圈等离子体源

说明书

一种VHF Z线圈半导体处理等离子体源使用电感耦合等离子体(ICP)，并且具有以两个互连的匝圈缠绕腔室的Z形线圈。通过电源向线圈供应40MHz至120MHz的高频RF电力。被引入到腔室中的工艺气体通过线圈激发，并产生适合于半导体干法刻蚀的高密度的等离子体离子。

关于联邦资助的研究或开发的声明

不适用。

背景技术

一般来说，用于等离子体干法刻蚀工艺的等离子体反应源被分类为电容耦合等离子体(CCP)源或电感耦合等离子体(ICP)源。

在CCP型等离子体反应源中，当向其施加相同的RF电力时，等离子体腔室中的离子流能量随着所施加的电力频率减小而成反比例增加，并且离子密度随着频率增加而成比例增加。

相比之下，ICP型等离子体反应源具有高释放区域和低释放区域，当RF电力在每个区域中增加时，高释放区中发生工艺气体的突然释放，低释放区中不发生工艺气体的突然释放。这两个区域具有不同的物理特性。具体地，ICP装置的低释放区域以与CCP型等离子体反应装置类似的方式执行。然而，在ICP装置的高释放区域中，当RF电力增加时，离子能量的强度在较低的频率被施加至下电极时突然减小。

等离子体干法刻蚀工艺包括绝缘膜(氧化物)刻蚀和聚/金属刻蚀。

CCP型源(具有施加有多频率RF电力的窄间隙)主要被用作用于绝缘膜刻蚀(其中执行物理刻蚀)的等离子体反应源。虽然CCP型等离子体反应装置提供了使用高电场产生高能量离子的优点，但是其也会导致由于离子碰撞而引起的处理腔室的损坏、由于等离子体的高电势而引起的电弧、相对低的等离子体的离子密度、由于释放问题而引起的低腔室清洁周期效率、以及针对高频电力的成本高且复杂的硬件设计。

与绝缘膜刻蚀形成对比，ICP型装置主要用在聚/金属刻蚀(其中通常执行化学刻蚀)中。这是因为ICP型等离子体反应装置可以独立地控制离子密度和离子能量，可以容易在低压下在大的区域范围内产生高密度的等离子体，即使在低离子能量的情况下也可以充分执行刻蚀，并且因此可以避免对构成硬件产生损坏。

目前，施加至ICP型等离子体反应源的RF电力的频率是13.56MHz或27.12MHz。所施加的电力的频率显著地影响等离子体离子密度；当频率增加时，获得高密度的等离子体离子。然而，由于当前采用的等离子体反应源的结构及各种参数的限制，无法向其施加更高频率的RF电力。

因此，与目前使用的频率相比，在ICP型等离子体反应装置中施加更高频电力的能力将显著地改善离子密度，并且因此将改善刻蚀工艺的效率。

发明内容

已经作出目前所公开的创新来努力解决上文提到的问题。本公开的一个目的是提供一种ICP型等离子体装置，其可以使用具有比现有等离子体装置的频率高的频率的RF电力。

本公开的另一目的是提供一种ICP型等离子体装置，与现有等离子体装置相比较，通过该ICP型等离子体装置，进一步改善了等离子体离子的密度。

本公开涉及一种用于半导体处理的等离子体反应源，并且更具体地，涉及一种VHFZ线圈等离子体源，VHF Z线圈等离子体源可以采取以下形式：线圈围绕腔室以用于施加高频射频(RF)电力来提供高密度的等离子体离子，从而能够改善半导体处理性能和生产力。

根据本公开的一个方面，提供了一种使用电感耦合等离子体(ICP)产生并注射等离子体的甚高频(VHF)Z线圈等离子体源，VHF Z线圈等离子体源包括腔室、Z形线圈和高频RF电源，其中，腔室用于接收工艺气体以产生等离子体并注射所产生的等离子体，Z形线圈以两个匝圈缠绕在腔室上，高频RF电源用于产生待施加的40MHz至120MHz的电力，以产生等离子体。