專利名稱：使用混合耦合等離子體的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于制造半導體設備的裝置，具體而言，其涉及一種使用具有電感耦合等離子體(ICP)和電容耦合等離子體(CCP)屬性的混合耦合等離子體(HCP)的裝置。
背景技術：
隨著與半導體設備有關的工業(yè)的發(fā)展，已經研究出一種具有高容量和高功能的用于制造半導體設備的裝置。因此，需要在有限的區(qū)域中集成更多數目的元件。此外，在半導體設備的制造領域中已經研究和發(fā)展出超精細圖案化和高集成的技術。
為了獲得具有超精細圖案化和高集成的半導體設備，一種使用通過激活反應氣體而獲得的等離子體的技術被廣泛應用于半導體設備的制造過程中。在半導體設備的制造過程中，處于等離子體狀態(tài)的反應氣體的陽離子或根被用來將一層沉積或蝕刻在基板的一預定區(qū)域中。一種半導體設備的制造裝置包括一形成等離子體的腔室。依照形成等離子體的方法，可將該裝置的腔室分類為電容耦合等離子體(CCP)型和電感耦合等離子體(ICP)型。
圖1是依照相關技術的半導體設備的ICP型制造裝置的示意圖。在圖1中，ICP型制造裝置包括一具有一排氣孔的腔室10，一注氣單元20，一天線30和一靜電夾盤60。經注氣單元20將反應氣體噴入腔室10之內，且向天線30提供一電源功率。將一基板″W″加載在一獲得偏壓功率的靜電夾盤60上。此外，將一電源射頻(RF)產生器50和一電源阻抗匹配盒40連接到腔室10。電源RF產生器50向天線30提供電源功率，且電源阻抗匹配盒40將一負載阻抗匹配到連接至電源RF產生器50的連接電纜的特性阻抗。而且，將一偏壓RF產生器80和一偏壓阻抗匹配盒70連接到靜電夾盤60。偏壓RF產生器80將偏壓功率提供給靜電夾盤60，且偏壓阻抗匹配盒70將一負載阻抗匹配到連接至偏壓RF產生器80的連接電纜的特性阻抗。
在將基板″W″設置在靜電夾盤60上之后，用靜電力將基板″W″固定在靜電夾盤60上。然后，將反應氣體注入腔室10內。同時，向天線30提供電源功率，且并向靜電夾盤60提供偏壓功率。反應氣體被電源功率和偏壓功率激活，以形成等離子體″P″。等離子體″P″中的陽離子沖上基板″W″，且與之碰撞而形成或蝕刻一層。
因為具有較高的等離子體密度和較低的離子能量分布，半導體設備的ICP型制造裝置具有較高的生產產量，且損壞基板的可能性更低。然而，等離子體密度在腔室的中央部分是均勻的，且在腔室的邊界部分是不均勻的。隨著基板的擴大，位于中央部分和邊界部分中的均勻度差別可能進一步惡化制造過程的可靠度。
圖2是依照相關技術的半導體設備的CCP型制造裝置的示意圖。在圖2中，CCP型制造裝置包括一具有一排氣孔的腔室12、一注氣單元22、一板形的上電極32和一作為下電極的靜電夾盤62。經注氣單元22將反應氣體噴入腔室12內，且一向上電極32提供電源功率。將基板″W″加載在一獲得偏壓功率的靜電夾盤62上。此外，將一電源RF產生器52和一電源阻抗匹配盒42連接到腔室12。電源RF產生器52將電源功率提供到上電極32，且電源阻抗匹配盒42將一負載阻抗匹配到連接至電源RF產生器52的連接電纜的特性阻抗。此外，將一偏壓RF產生器82和一偏壓阻抗匹配盒72連接到靜電夾盤62。偏壓RF產生器82將偏壓功率提供到靜電夾盤62，且偏壓阻抗匹配盒72將一負載阻抗匹配到連接至偏壓RF產生器82的連接電纜的特性阻抗。
在將基板″W″設置在靜電夾盤62上之后，清空腔室12，且將反應氣體注入腔室12內。然后，通過將電源RF功率和偏壓RF功率分別應用到上電極32和靜電夾盤62而在上電極32與靜電夾盤62之間產生一個電場。
在半導體設備的CCP型制造裝置中，因為離子具有高能量，所以將由高強度電場產生的離子用于蝕刻過程。然而，因為它們的高能量，這些離子不能用于低壓下的化學氣相沉積(CVD)過程和濺鍍過程。具體而言，因為在CCP型裝置中產生的等離子體具有高鞘電壓、高自偏壓和高等離子體阻抗，所以該等離子體可能進一步損壞基板。
發(fā)明內容
因此，本發(fā)明針對一種混合耦合等離子體型裝置，其可以實質上消除由于相關技術的限制和缺點而引起的一個或多個問題。
為克服上文描述的問題，本發(fā)明提供一種具有ICP型裝置和CCP型裝置的優(yōu)點的混合耦合等離子體(HCP)型裝置。
本發(fā)明的額外特點和優(yōu)點將在下文的描述中得到闡明，且將部分從描述中變得顯而易見，或可通過本發(fā)明的實踐而獲悉。本發(fā)明的該等目的和其他優(yōu)點將通過書面描述和其權利要求以及附圖中所特定指出的結構來實現和獲得。
為了實現這些和其他目的，且根據本發(fā)明的目的，如同具體實施例以及廣義描述所示，一種混合耦合等離子體型裝置包括一具有一注氣單元的腔室；一位于該腔室中的靜電夾盤；一位于該注氣單元上的絕緣盤；一高頻產生器；一連接到該高頻產生器的阻抗匹配電路；以并聯(lián)方式連接到該阻抗匹配電路的第一和第二天線，該高頻產生器的功率被提供到該第一和第二天線；一以串聯(lián)方式連接到該第一和第二天線之一上的板形電極，該高頻產生器的功率被提供到該電極；以及一位于該高頻產生器與該第一與第二天線之一之間的功率分配器。
另一方面，一種混合耦合等離子體型裝置包括一腔室；一位于腔室中的夾盤；一位于靜電夾盤上的注氣單元；一位于該注氣單元上的絕緣盤；一位于該絕緣盤上的天線；一位于該天線上的電極；一連接到該天線和該電極的電源阻抗匹配電路；一連接到該電源阻抗匹配電路的電源產生器；一位于該電源阻抗匹配電路與該天線之間的功率分配器；一連接到該夾盤的偏壓阻抗匹配電路；和一連接到該偏壓阻抗匹配電路的偏壓產生器。
應該理解，上文的大致描述和下文的詳細描述都是示范性和說明性的，且旨在對權利要求所主張的發(fā)明提供進一步的解釋。
附圖的目的在于為本發(fā)明提供進一步的理解，且被并入本文中以構成本說明書的一部分，這些
了本發(fā)明的實施例，且與描述部分一起用來闡述本發(fā)明的原理。
在附圖中圖1是依相關技術的半導體設備的ICP型制造裝置的示意圖；圖2是依相關技術的半導體設備的CCP型制造裝置的示意圖；圖3是依本發(fā)明的一個實施例的混合耦合等離子體(HCP)型裝置的示意圖；圖4A是依本發(fā)明的一個實施例的HCP型裝置的天線的示意圖；圖4B是圖4A的等效電路圖；圖5A是依本發(fā)明的另一實施例的HCP型裝置的天線的示意圖；圖5B是圖5A的等效電路圖；以及圖6是依本發(fā)明的另一實施例的HCP型裝置的天線的等效電路圖。
具體實施例方式
現將具體參考本發(fā)明在附圖中得到圖示說明的實施例。將盡可能在各附圖中使用相同的參照數字來表示相同或相似的部件。
圖3是依照本發(fā)明的一個實施例的混合耦合等離子體(HCP)型裝置的示意圖。
在圖3中，HCP裝置包括一具有一排氣孔的腔室100，一靜電夾盤600，一注氣單元200，一絕緣盤320，一天線340和一板形電極360?？蓪⒃撿o電夾盤600設置在腔室100的底部部分，且將基板″W″加載在靜電夾盤600上。可將注氣單元200設置在腔室100的頂部，且將絕緣盤320設置在注氣單元200上。此外，將一電源射頻(RF)產生器500和一電源阻抗匹配盒(I.M.B.)400連接到天線340和電極360，且將一偏壓RF產生器800和一偏壓阻抗匹配盒700連接到靜電夾盤600。經注氣單元200將反應氣體噴入腔室100內。將絕緣盤320用來產生最佳狀態(tài)的等離子體。因為RF電場的傳輸取決于介電材料的介電常數，所以可通過絕緣盤320控制到達反應氣體的功率傳輸。舉例來說，絕緣盤320可由陶瓷制成。
向天線340和電極360提供一電源RF功率，且向靜電夾盤600提供一偏壓功率?？山涍^一可變電容器380將天線340連接到電源阻抗匹配盒400。
圖4A是依照本發(fā)明的一個實施例的HCP型裝置的天線的示意圖，且圖4B是圖4A的等效電路圖。
在圖4A和4B中，天線340包括以并聯(lián)方式連接到一電源匹配盒400的第一和第二子天線340a和340b。將該第一和第二子天線340a和340b設置在絕緣盤320上，且可構成同心環(huán)，其中第二子天線340b圍繞第一子天線340a。該第一子天線340a包括第一和第二端341和342，且該第二子天線340b包括第一和第二端343和344。該第一子天線340a的第一端341是接地的，且該第一子天線340a的第二端342穿過天線340上的電極360的一個孔被連接到電源阻抗匹配盒400。因為該第一子天線340a在電極360的孔處接觸到電極360，所以該第一子天線340a被電連接到電極360。此外，該第二子天線340b的第一端343是接地的，且該第二子天線340b的第二端344被連接到可變電容器(CR)380?？勺冸娙萜?CR)380起到一功率分配器的功能，將電源RF產生器500的電源RF功率分配給第一和第二子天線340a和340b及電極360。
該第一和第二子天線340a和340b可由一中空管制成，且該第一和第二子天線340a和340b的一個表面上可涂覆有銀。此外，可將該第一和第二子天線340a和340b設置在一單一平面上。電極360對應于CCP型裝置的上電極，且電極360的形狀可能根據絕緣盤320和天線340的排列而變化。電極360可平行于由該第一和第二子天線340a和340b所構成的平面。
可變電容器(CR)380控制流經天線340的電流以從ICP型、CCP型以及HCP型中選擇一種類型，用來從腔室100中的反應氣體形成等離子體。HCP型具有ICP型和CCP型兩者的屬性。與ICP組件相對應的平行諧振電感耦合型等離子體阻抗和與CCP組件相對應的電容耦合型等離子體阻抗可能通過可變電容器(CR)380而在絕對值和相位方面發(fā)生變化。因此，ICP組件以及CCP組件的電流和電壓可通過可變電容器(CR)380加以控制。
第一子天線340a的電阻、電容和電感可由一第一阻抗602和電阻所代表，第二子天線340b的電容和電感可由第二阻抗604所代表。電極360和靜電夾盤600之間的電容可由第一電容器″CF″所代表，且電極360和天線340之間的雜散電容可由第二電容器″CS″所代表。
圖5A是依照本發(fā)明的另一實施例的HCP型裝置的天線的示意圖，且圖5B是圖5A的等效電路圖。
在圖5A和5B中，天線340包括以并聯(lián)方式連接到一電源匹配盒400的第一、第二和第三子天線340a、340b和340c。將該第一、第二和第三子天線340a、340b和340c設置在絕緣盤320上，且可構成同心環(huán)，其中該第三子天線340c圍繞該第一子天線340a，而該第二子天線340b包圍第三子天線340c。因此，第三子天線340c被設置在第一和第二子天線340a和340b之間。該第一、第二和第三子天線340a、340b和340c中的每一個都包括第一和第二端。將該第一和第三子天線340a和340c的第一端342和346穿過電極360的孔連接到電源阻抗匹配盒400，且該第一和第三子天線340a和340c的第二端341和345都是接地的。因為該第一和第三子天線340a和340c在電極360的洞處接觸到電極360，所以該第一和第三子天線340a和340c被電連接到電極360。此外，該第二子天線340b的第一端343是接地的，且該第二子天線340b的第二端344被連接到可變電容器(CR)380?？勺冸娙萜?CR)380起到一功率分配器的功能，將電源RF產生器500的電源RF功率分配到第一子天線340a、第二子天線340b、第三子天線340c以及電極360。
該第一、第二和第三子天線340a、340b和340c可由一中空管制成，且該第一、第二和第三子天線340a、340b和340c的一個表面上可涂覆有銀。此外，可將該第一、第二和第三子天線340a、340b和340c設置在一單一平面上。電極360對應于CCP型裝置的上電極，且電極360的形狀可根據絕緣盤320和天線340的排列而變化。電極360可平行于由該第一、第二和第三子天線340a、340b和340c所構成的平面。
可變電容器(CR)380控制流經天線340的電流以從ICP型、CCP型和HCP型中選擇一種類型，用來從腔室100中的反應氣體形成等離子體。HCP型具有ICP型和CCP型兩者的屬性。與ICP組件相對應的平行諧振電感耦合型等離子體阻抗和與CCP組件相對應的電容耦合型等離子體阻抗可通過可變電容器(CR)380而在絕對值和相位方面發(fā)生變化。因此，ICP組件和CCP組件的電流和電壓可通過可變電容器(CR)380加以控制。
該第一子天線340a的電阻、電容和電感可由第一阻抗602和電阻所代表，該第二子天線340b的電容和電感可由第二阻抗604所代表。而且，該第三子天線340c的電阻、電容和電感可由第三阻抗612所代表。電極360與靜電夾盤600之間的電容可由第一電容器″CF″所代表，且電極360與天線340之間的雜散電容可由第二電容器″CS″所代表。
圖6是根據本發(fā)明的另一實施例的HCP型裝置的天線的等效電路圖。
盡管未在圖6中顯示，但是天線可包含以并聯(lián)方式連接到一電源匹配盒400的第一、第二、第三和第四子天線。該第一、第二、第三和第四子天線可構成同心環(huán)，其中將該第三和第四子天線設置在第一和第二子天線之間。該第一、第二、第三和第四子天線中的每一個都包含第一和第二端。該第一、第三和第四子天線的第一端可穿過該電極的孔而連接到電源阻抗匹配盒400，且該第一、第三和第四子天線的第二端為接地的。由于該第一、第三和第四子天線在該電極的孔處接觸到電極，因此，該第一、第三和第四子天線被電連接到該電極。此外，該第二子天線的第一端可為接地的，且該第二子天線的第二端可連接到可變電容器“CR”。該可變電容器“CR”起到功率分配器的作用，將電源RF產生器500的電源RF功率分配到該第一子天線、第二子天線、第三子天線、第四子天線和電極。
每一個子天線可由一中空管制成，且可每一個子天線的一個表面上可涂覆有銀。此外，可將該第一、第二、第三和第四子天線設置于一單一面上。該電極對應于CCP型裝置的上電極，且該電極的形狀可根據絕緣盤和天線的排列而變化。該電極可平行于由該第一、第二、第三和第四子天線所構成的平面。
可變電容器“CR”控制流經天線的電流以從ICP型、CCP型和HCP型的中選擇一種類型，用來從腔室中的反應氣體形成等離子體。該HCP型具有ICP型和CCP型兩者的屬性。與ICP組件相對應的平行諧振電感耦合型等離子體阻抗和與CCP組件相對應的電容耦合型等離子體可通過可變電容器“CR”而在絕對值和相位方面發(fā)生變化。因此，ICP組件和CCP組件的電流和電壓可通過可變電容器“CR”加以控制。
該第一子天線的電阻、電容和電感可由第一阻抗602來代表，且該第二子天線的電阻、電容和電感可由第二阻抗604來代表。此外，該第三子天線的電阻、電容和電感可由第三阻抗612來代表，該第四子天線的電阻、電容和電感可由第四阻抗622來代表。電極與靜電夾盤之間的電容可由第一電容器“CF”來代表，且電極與天線之間的雜散電容可由第二電容器“CS”來代表。
盡管未在圖中顯示，但是可將兩個以上的多個子天線設置在第一與第二子天線之間，且可將可變電容器連接到除第二子天線之外的其它子天線。
參考圖3至圖6，根據本發(fā)明的HCP型裝置的操作將在后文加以說明。在將基板“W”置于一靜電夾盤600上之后，通過一靜電力將該基板固定在靜電夾盤600上。然后，通過注氣單元200將反應氣體注入腔室100中。同時，向天線340提供一電源功率，且向靜電夾盤600提供一偏壓功率。該靜電夾盤600和該天線340起到對應于相關技術ICP型裝置的等離子體產生單元的作用，且該電極360和該靜電夾盤600起到對應于相關技術CCP型裝置的等離子體產生單元的作用。因此，反應氣體被電源功率和偏壓功率激活以在腔室100中形成等離子體“P”。該等離子體“P”可具有一強氧化力。等離子體“P”中的陽離子沖上基板“W”并與之碰撞以形成或蝕刻一層。
根據本發(fā)明的HCP型裝置可用作ICP型、CCP型和具有ICP型和CCP型兩者的屬性的HCP型中的一種類型，這是通過基于基板的種類與尺寸和/或反應氣體的種類來控制連接到一天線上的可變電容器而得以實現的。例如，當可變電容器具有高電容時，等離子體可接近一ICP型等離子體，且當可變電容器具有低電容時，等離子體可接近一CCP型等離子體。因此，根據本發(fā)明的HCP型裝置可通過一可變電容器而在ICP型、CCP型和HCP型中的一種類型上進行操作。
所屬領域的技術人員將了解，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況將可對本發(fā)明進行各種修正和改變。因此，本發(fā)明旨在涵蓋本發(fā)明的該等修正和改變，只要該等修正和改變屬于隨附的權利要求及對等內容的范圍之內。
權利要求
1.一種混合耦合等離子體型裝置，包括一具有一注氣單元的腔室；一位于該腔室中的靜電夾盤；一位于該注氣單元上的絕緣盤；一高頻產生器；一連接到該高頻產生器的阻抗匹配電路；以并聯(lián)方式連接到該阻抗匹配電路的第一和第二天線，該高頻產生器的一功率被提供至該第一和第二天線；一以串聯(lián)方式連接到該第一和第二天線中的一個上的板形電極，該高頻產生器的該功率被提供至該電極；和一位于該高頻產生器和該第一與第二天線中的一個之間的功率分配器。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于一基板被加載在該靜電夾盤上。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于該高頻產生器是一射頻產生器。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于該電極被設置在該第一和第二天線上，以與一由該第一和第二天線所構成的平面平行。
5.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于該功率分配器是一可變電容器。
6.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于該可變電容器具有一用于電感耦合等離子體的第一電容和一用于電容耦合等離子體的第二電容，且該第一電容高于該第二電容。
7.根據權利要求1所述的裝置，其進一步包括至少一個置于該第一與第二天線之間的天線，其中該至少一個天線、該第一和該第二天線被以并聯(lián)方式連接到該阻抗匹配電路。
8.一種混合耦合等離子體型裝置，包括一腔室；一位于該腔室中的夾盤；一位于該靜電夾盤上的注氣單元；一位于該注氣單元上的絕緣盤；一位于該絕緣盤上的天線；一位于該天線上的電極；一連接到該天線和該電極上的電源阻抗匹配電路；一連接到該電源阻抗匹配電路上的電源產生器；一位于該電源阻抗匹配電路與該天線之間的功率分配器；一連接到該夾盤上的偏壓阻抗匹配電路；和一連接到該偏壓阻抗匹配電路上的偏壓產生器。
9.根據權利要求8所述的裝置，其特征在于該功率分配器是一可變電容器。
10.根據權利要求8所述的裝置，其特征在于該電極具有一板形。
11.根據權利要求10所述的裝置，其特征在于該天線包含以并聯(lián)方式連接到該電源阻抗匹配電路上的第一和第二子天線。
12.根據權利要求11所述的裝置，其特征在于該第一和第二子天線具有同心環(huán)形狀。
13.根據權利要求12所述的裝置，其特征在于該電極與一由該第一和第二子天線構成的平面平行。
14.根據權利要求12所述的裝置，其特征在于該第二子天線圍繞該第一子天線。
15.根據權利要求14所述的裝置，其特征在于該電極具有一孔，且該第一子天線的一第一端穿過該孔被連接到該電源阻抗匹配電路上。
16.根據權利要求15所述的裝置，其特征在于該第二子天線的一第一端被連接到該功率分配器上。
17.根據權利要求16所述的裝置，其特征在于該第一和第二子天線的第二端是接地的。
18.根據權利要求12所述的裝置，進一步包含至少一個在該第一與第二子天線之間的第三子天線。
19.根據權利要求18所述的裝置，其特征在于該至少一個第三子天線、該第一天線和該第二天線被以并聯(lián)方式連接到該阻抗匹配電路上。
全文摘要
一種混合耦合等離子體型裝置，包括一具有一注氣單元的腔室；一位于該腔室中的靜電夾盤；一位于該注氣單元上的絕緣盤；一高頻產生器；一連接到該高頻產生器的阻抗匹配電路；以并聯(lián)方式連接到該阻抗匹配電路的第一和第二天線，該高頻產生器的一功率被提供到該第一和第二天線；一以串聯(lián)方式連接到該第一和第二天線中的一個上的板形電極，該高頻產生器的該功率被提供到該電極；和一位于該高頻產生器與該第一和第二天線中的一個之間的功率分配器。
文檔編號H01J37/32GK1577730SQ20041006889
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月14日 優(yōu)先權日2003年7月14日
發(fā)明者權奇淸, 張鴻永, 李容官 申請人:周星工程股份有限公司