[发明专利]上电极系统、等离子体腔室及等离子体产生方法

说明书

本发明公开了一种上电极系统、等离子体腔室及等离子体产生方法。该上电极系统包括射频电源、线圈、连接在射频电源和线圈之间的匹配器，还包括在线圈和地之间并联设置的开关组件和分压电容。本发明通过开关组件切换的方式实现匹配网络的切换，结合对等离子体的起辉状态判断和对区配体的匹配状态监测，无需人工干预即可解决起辉异常问题，并且不增加起辉步骤，减小了对工艺结果的影响。

技术领域

本发明涉及半导体制造设备领域，具体涉及上电极系统、等离子体腔室及等离子体产生方法。

背景技术

等离子体被广泛应用于半导体器件的生产过程中。在等离子体刻蚀或者沉积系统中，射频电源向等离子腔体供电以产生等离子体。等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，这些活性粒子和置于腔体并曝露在等离子体环境下的晶圆相互作用，使晶圆材料表面发生各种物理和化学反应，从而使材料表面性能发生变化，完成晶圆的刻蚀或者其他工艺过程。

随着超大规模集成电路的发展，由于等离子体工艺对器件的损伤问题的尤为严重，可能影响到器件的性能以及可靠性，还造成器件的永久失性，降低了成品率。通常因等离子产生的辐射、电子加速效应引起的损伤，可以通过降低功率得到解决。但是在低功率起辉时经常存在假起辉状态，即匹配器只对腔室以及其他杂散电容进行匹配，无等离子体产生。该现象在等离子体增强化学气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，PECVD)、芯片刻蚀(IC ETCH)以及物理气相沉积(Physical VaporDeposition，PVD)中均有出现。通常可以通过光学发射光谱(Optical EmissionSpectroscopy,OES)，进行判定是否起辉，然而并不能解决起辉异常的问题，通常需要人为介入，通过高气压等起辉手段作为起辉步，再过渡到正常工艺过程。但是在自由基为主的化学刻蚀过程中，尤其是刻蚀精度、形貌控制要求高的工艺中，起辉步的工艺条件以及工艺时长均会对刻蚀结果有巨大影响，增加调试难度，同时降低了机台产能。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种上电极系统、等离子体腔室及等离子体产生方法。

根据本发明的第一方面，提出一种上电极系统，包括射频电源、线圈、连接在所述射频电源和所述线圈之间的匹配器，还包括：在所述线圈和地之间并联设置的开关组件和分压电容。

优选地，所述开关组件为继电器。

优选地，所述继电器为耐高压真空射频继电器。

优选地，所述耐高压真空射频继电器断开时的电极间结电容小于0.1pF。

优选地，所述匹配器为容性元件和/或感性元件组成的L型网络、T型网络、π型网络中的一种。

优选地，所述匹配器的容性元件为可调电容，感性元件为可调电感。

优选地，所述分压电容为固定电容或者以固定方式使用的可变电容。

根据本发明的第二方面，提出一种等离子体腔室，包括上述上电极系统、设置在腔室外壁上的观察窗以及设置在所述观察窗外侧的光谱仪。

根据本发明的第三方面，提出一种等离子体产生方法，利用上述等离子体腔室产生等离子体，包括：

1)断开所述开关组件，打开所述射频电源加载射频功率；

2)判断所述匹配器的输入阻抗与所述射频电源的输出阻抗是否匹配，如否则报警且终止工艺，如是则进入步骤3)；

3)判断所述等离子腔室中的等离子体是否起辉，如是则继续工艺，如否则进入步骤4)；

4)关闭所述射频电源，将所述开关组件设置为闭合；

5)打开所述射频电源，加载射频功率；