專利名稱：電感耦合等離子體線圈及等離子體注入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體加工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種電感耦合等離子體線圈及等離子體注入裝置。
背景技術(shù)：
等離子體裝置被廣泛應(yīng)用于離子注入，刻蝕以及薄膜沉淀等工藝中。隨著集成電路技術(shù)特別是平板顯示設(shè)備的不斷發(fā)展，等離子源要求具有高密度，大面積均勻等良好特性。ICP感應(yīng)耦合等離子體源具有電感耦合等離子體源(ICP)具有密度高，離子能量和密度能夠獨(dú)立控制，設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在集成電路工藝中得到了廣泛的應(yīng)用。ICP感應(yīng)耦 合等離子體通常在低壓情況下通過線圈進(jìn)行等離子體激發(fā)。ICP設(shè)備供給線圈高頻功率，產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)，電磁場(chǎng)通過石英介質(zhì)窗耦合將能量傳送給腔內(nèi)氣體從而激發(fā)等離子體?；ㄟ^射頻功率源產(chǎn)生負(fù)向偏壓，等離子體中正離子在負(fù)偏壓的作用下向襯底運(yùn)動(dòng)，轟擊基座上的晶片從而產(chǎn)生刻蝕，沉積等微電子工藝。圖I為典型的ICP感應(yīng)耦合等離子體的裝置，一般由等離子體線圈2，反應(yīng)腔室3，介質(zhì)石英窗4，基座5等結(jié)構(gòu)構(gòu)成。從進(jìn)氣口 7進(jìn)入的反應(yīng)氣體在腔室中被激發(fā)成等離子體，等離子體中正離子在基座負(fù)向偏壓的作用下轟擊晶片完成晶片原子層沉積，刻蝕等工藝，反應(yīng)后氣體通過出氣口 8排出。在等離子體裝置中，線圈的配置對(duì)等離子體的密度和均勻性起重要作用，目前大多數(shù)ICP等離子體線圈采用平面螺旋以及平面矩形天線結(jié)構(gòu)。隨著晶片尺寸的增加，等離子體線圈尺寸隨之增加，一方面過高的電感增加了線圈兩端的電壓從而造成石英窗的濺射污染晶片，另一方面由于駐波效應(yīng)的存在使得等離子體產(chǎn)生徑向和方位角的不均勻性，這對(duì)半導(dǎo)體工藝產(chǎn)生了諸多不良影響。另外傳統(tǒng)的ICP裝置采用外置天線，天線與等離子體之間用介質(zhì)石英窗隔離。大面積的晶片要求介質(zhì)窗的面積隨之增加，從而介質(zhì)窗的厚度勢(shì)必增加。這樣無疑會(huì)降低線圈與等離子體的耦合效率，降低等離子體的密度。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，克服現(xiàn)有的電感耦合等離子體注入設(shè)備隨著樣片尺寸的增加，等離子體線圈尺寸隨之增加，過高的電感增加了線圈兩端的電壓從而造成石英窗的濺射污染晶片，且由于駐波效應(yīng)的存在使得等離子體產(chǎn)生徑向和方位角的不均勻性，這對(duì)半導(dǎo)體工藝產(chǎn)生了諸多不良影響的問題。提供一種能夠減少線圈中的駐波效應(yīng)，增加等離子體的均勻性及耦合效率及降低石英窗濺射造成的樣片污染問題的電感耦合等離子體線圈及等離子體注入裝置。本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供一種電感耦合等離子體線圈，包括兩組折回而成的射頻線圈；兩組所述射頻線圈的空間結(jié)構(gòu)采用平面蛇形并聯(lián)的方式，且在空間分布上嚴(yán)格對(duì)稱。進(jìn)一步，兩組所述射頻線圈由半徑為Imm-IOmm的空心銅管制成。進(jìn)一步，兩組所述射頻線圈的一端相連，另一端不相連。本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，提供一種電感耦合等離子體注入裝置包括上述的電感耦合等離子體線圈、匹配網(wǎng)絡(luò)、移相器及第一互補(bǔ)功率源；所述第一互補(bǔ)功率源分為兩路，一路通過匹配網(wǎng)路與所述電感耦合等離子體線圈 不相連端的一側(cè)射頻線圈連接，另一路依次通過所述移相器、匹配網(wǎng)絡(luò)與所述電感耦合等離子體線圈不相連端的另一側(cè)射頻線圈連接。進(jìn)一步，所述的電感耦合等離子體注入裝置，還包括反應(yīng)腔室、基座及第二射頻偏壓功率源；所述反應(yīng)腔室設(shè)置有進(jìn)氣口與出氣口 ；所述基座設(shè)置在所述反應(yīng)腔室內(nèi)與所述第二射頻偏壓功率源連接。進(jìn)一步，所述電感耦合等離子體線圈設(shè)置在所述反應(yīng)腔室內(nèi)。進(jìn)一步，所述的電感耦合等離子體注入裝置，，還包括 石英管，所述石英管設(shè)置在所述電感耦合等離子體線圈外圍。進(jìn)一步,所述石英管是直徑為4mm-30mm,厚度為的空心石英管。進(jìn)一步，所述電感耦合等離子體線圈與所述石英管之間留有間隙。本實(shí)用新型提供的一種電感耦合等離子體線圈及等離子體注入裝置，在線圈幾何結(jié)構(gòu)上本實(shí)用新型采用平面蛇形線圈對(duì)稱并聯(lián)方式。采用這種幾何結(jié)構(gòu)能夠在保證等離子體大面積的條件，盡可能的減少線圈的長(zhǎng)度和電感。一方面長(zhǎng)度減小的新型線圈能夠減少線圈中的駐波效應(yīng)，增加等離子體的均勻性。另一方面該新型線圈的電感減少能夠很好地實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，增加等離子體的耦合效率。另外較小的電感使得在線圈兩端產(chǎn)生更低的射頻電壓，減少了線圈，石英管以及等離子體鞘層之間的電容耦合效應(yīng)，降低了由于過高的電壓導(dǎo)致石英窗濺射從而造成晶片污染的可能性。本實(shí)用新型采用新的等離子體線圈配置和線圈功率提供方式組成的等離子體注入裝置，通過采用新的線圈配置，能夠在大面積反應(yīng)腔室中產(chǎn)生大面積，均勻的高密度等離子體，以滿足微電子領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)室以及工業(yè)上的需求。

圖I為現(xiàn)有技術(shù)中的一種電感耦合等離子體注入裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2本實(shí)用新型實(shí)施例中所示的電感耦合等離子體線圈的工作原理圖；圖3為設(shè)置有圖2所示結(jié)構(gòu)的電感耦合等離子體注入裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3所示電感耦合等離子體線圈的剖面圖。
具體實(shí)施方式
如圖2、圖3所示，本實(shí)用新型提供一種電感耦合等離子體線圈10由兩組折回而成的射頻線圈構(gòu)成，一端相連，另一端不相連。兩組射頻線圈的空間結(jié)構(gòu)采用平面蛇形并聯(lián)的方式，且在空間分布上嚴(yán)格對(duì)稱，使得在同一線圈位置的射頻電流的方向相同。兩組線圈由半徑為Imm-IOmm的空心銅管制成，可以根據(jù)不同要求進(jìn)行選擇，本實(shí)施例采用的是5_空心銅管。結(jié)合圖2、圖3所示，本實(shí)用新型提供的一種電感耦合等離子體注入裝置包括離子體線圈10、兩個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)11、移相器12、石英管13、第一互補(bǔ)功率源I、反應(yīng)腔室3、基座5及第二射頻偏壓功率源6。離子體線圈10的兩組線圈作為主要的激發(fā)天線，每組射頻線圈折回的次數(shù)及折回密度視反應(yīng)腔室3的面積而定。兩組線圈一端相連，另一端分別接幅度，頻率相同但是相位相差180度的互補(bǔ)功率源。第一互補(bǔ)功率源I提供大功率的正弦波，在到達(dá)兩組線圈之前分為兩路，一路將正弦波通過一個(gè)匹配網(wǎng)路11輸送至等離子體線圈10不相連的一側(cè)射頻線圈，另一路通過移相器12形成與前一路相位相反的互補(bǔ)正弦波后，再通過另一個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)11輸送至等離子體線圈10不相連的另一側(cè)射頻線圈。兩組線圈相連的一端虛擬接地。匹配網(wǎng)路11采用L型自動(dòng)阻抗匹配方式，利用可調(diào)電容對(duì)射頻線圈進(jìn)行自動(dòng)阻抗匹配，保證兩組射頻線圈同一對(duì)稱位置始終電流同相，從而使等離子體線圈10能夠很好的激發(fā)面積高、功率均勻的等離子體。反應(yīng)腔室3設(shè)置有進(jìn)氣口 7與出氣口 8?；?5與第二射頻偏壓功率源6連接。樣片9放置在基座5上。如圖4所示，石英管13是直徑為4mm-30mm，厚度為的空心石英管，可以根據(jù)不同要求進(jìn)行選擇，本實(shí)施例采用的是直徑為16_，厚度為2_的空心石英管。石英管13設(shè)置在等離子體線圈10外圍，等離子體線圈10的空心銅管中心用水流冷卻，且等離子體線圈10與石英管13之間留有間隙，這樣在保證正常工作的情況下能夠盡可能的減小石英管13的管厚度，從而增加等離子體線圈10與等離子體的耦合效率。本實(shí)用新型提供的一種電感耦合等離子體線圈及其等離子體注入裝置，在等離子體線圈10幾何結(jié)構(gòu)上本實(shí)用新型采用平面蛇形線圈對(duì)稱并聯(lián)方式，采用這種幾何結(jié)構(gòu)能夠在保證等離子體大面積的條件，且能盡可能的減少線圈的長(zhǎng)度和電感。一方面，長(zhǎng)度減小的新型等離子體線圈10能夠減少線圈中的駐波效應(yīng)，增加等離子體的均勻性。另一方面該新型等離子體線圈10的電感減少能夠更好地實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，增加等離子體的耦合效率。另外較小的電感使得在等離子體線圈10兩端產(chǎn)生更低的射頻電壓，減少了等離子體線圈10，石英管13以及等離子體鞘層之間的電容耦合效應(yīng)，降低了由于過高的電壓導(dǎo)致石英窗濺射從而造成晶片污染的可能性。通過采用新的等離子體線圈10配置，能夠在大面積反應(yīng)腔室中產(chǎn)生大面積，均勻的高密度等離子體，以滿足微電子領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)室以及工業(yè)上的需求。在線圈功率提供方式上，該實(shí)用新型線圈采用交流平面差分的方式，即通過移相器12將來自第一互補(bǔ)功率源I的電壓分為頻率幅度均相同但是相位相差180度的差分互補(bǔ)的兩路功率源，然后將兩路功率源分別接在蛇形并聯(lián)射頻線圈各自的一端。這種功率提供方式使得平面對(duì)稱的蛇形線圈同一位置射頻電流始終保證方向一致，且能增加兩個(gè)射頻線圈之間的電磁耦合效應(yīng)，在反應(yīng)腔室3的同一位置兩組射頻線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度相互疊力口，從而增加了等離子體的密度。兩組射頻線圈采用平面差分結(jié)構(gòu)使得線圈相連末端形成虛擬接地，在效果上減小了線圈的等效長(zhǎng)度，從而減小了駐波效應(yīng)。上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電感耦合等離子體線圈，其特征在于，包括兩組折回而成的射頻線圈；兩組所述射頻線圈的空間結(jié)構(gòu)采用平面蛇形并聯(lián)的方式，且在空間分布上嚴(yán)格對(duì)稱。
2.如權(quán)利要求I所述的電感耦合等離子體線圈，其特征在于兩組所述射頻線圈由半徑為的空心銅管制成。
3.如權(quán)利要求I所述的電感耦合等離子體線圈，其特征在于兩組所述射頻線圈的一端相連，另一端不相連。
4.一種電感耦合等離子體注入裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求3所述的電感耦合等離子體線圈、匹配網(wǎng)絡(luò)、移相器及第一互補(bǔ)功率源；所述第一互補(bǔ)功率源分為兩路，一路通過匹配網(wǎng)路與所述電感耦合等離子體線圈不相連端的一側(cè)射頻線圈連接，另一路依次通過所述移相器、匹配網(wǎng)絡(luò)與所述電感耦合等離子體線圈不相連端的另一側(cè)射頻線圈連接。
5.如權(quán)利要求4所述的電感耦合等離子體注入裝置，其特征在于，還包括反應(yīng)腔室、基座及第二射頻偏壓功率源；所述反應(yīng)腔室設(shè)置有進(jìn)氣口與出氣口；所述基座設(shè)置在所述反應(yīng)腔室內(nèi)與所述第二射頻偏壓功率源連接。
6.如權(quán)利要求5所述的電感耦合等離子體注入裝置，其特征在于所述電感耦合等離子體線圈設(shè)置在所述反應(yīng)腔室內(nèi)。
7.如權(quán)利要求6所述的電感耦合等離子體注入裝置，其特征在于，還包括石英管，所述石英管設(shè)置在所述電感耦合等離子體線圈外圍。
8.如權(quán)利要求7所述的電感耦合等離子體注入裝置，其特征在于所述石英管是直徑為4mm-30mm,厚度為的空心石英管。
9.如權(quán)利要求8所述的電感耦合等離子體注入裝置，其特征在于所述電感耦合等離子體線圈與所述石英管之間留有間隙。
專利摘要公開了一種電感耦合等離子體線圈，包括兩組折回而成的射頻線圈；兩組所述射頻線圈的空間結(jié)構(gòu)采用平面蛇形并聯(lián)的方式，且在空間分布上嚴(yán)格對(duì)稱。還公開了一種設(shè)置有上述等離子體線圈的電感耦合等離子體注入裝置。本實(shí)用新型提供的電感耦合等離子體線圈及其注入裝置，一方面能夠減少線圈中的駐波效應(yīng)，增加等離子體的均勻性。另一方面能夠很好地實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，增加等離子體的耦合效率，降低由于過高的電壓導(dǎo)致石英窗濺射從而造成晶片污染的可能性，還能夠在大面積反應(yīng)腔室中產(chǎn)生大面積，均勻的高密度等離子體，以滿足微電子領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)室以及工業(yè)上的需求。
文檔編號(hào)H01J37/32GK202384293SQ201120527128
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者夏洋, 李楠, 李超波, 竇偉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所