本發(fā)明涉及半導體制造技術領域，具體地，涉及一種上電極組件及反應腔室。

背景技術：

在半導體制造工藝中，電感耦合等離子體(icp，inductivecoupledplasma)發(fā)生裝置可以在較低的工作氣壓下獲得高密度的等離子體，而且結構簡單，造價低，因此廣泛應用于等離子體刻蝕(ic)、物理氣相沉積(pvd)、等離子體化學氣相沉積(cvd)、微電子機械系統(tǒng)(mems)和發(fā)光二極管(led)等工藝中。

在進行工藝的過程中，為了提高產品的質量，在實施沉積工藝之前，首先要對晶片進行預清洗(preclean)，以去除晶片表面的氧化物等雜質。一般的預清洗腔室的基本原理是：將通入清洗腔室內的諸如氬氣、氦氣或氫氣等的清洗氣體激發(fā)形成等離子體，以對晶片進行化學反應和物理轟擊，從而可以去除晶片表面的雜質。

圖1為現有的一種預清洗腔室的剖視圖。請參閱圖1，預清洗腔室包括腔體1，在該腔體1的頂部設置有介質筒2，且在該介質筒2的周圍環(huán)繞設置有射頻線圈3，該射頻線圈3通過上匹配器4與上射頻電源5電連接，上射頻電源5用于向射頻線圈3加載射頻功率，由射頻線圈3產生的電磁場能夠通過介質筒2饋入至腔體1中，以激發(fā)腔體1中的工藝氣體形成等離子體。并且，在腔體1中還設置有基座6，用于承載晶片7。并且，基座6通過下匹配器8和下射頻電源9電連接，下射頻電源9用于向基座6加載射頻負偏壓，以吸引等離子體刻蝕襯底表面。

如圖2所示，上述射頻線圈3的輸入端用作功率饋入點與上匹配器4電連接，上述射頻線圈3的輸出端接地。這會存在以下問題：由于高頻的駐波效應，射頻線圈3的每一匝的電位分布存在較大的差異，而且射頻線圈3的不同匝之間的電位也存在較大的差異，這種差異會造成由射頻線圈3產生的電磁場在反應腔室內分布不均勻，從而造成等離子體的分布均勻性較低，進而影響工藝均勻性。

技術實現要素：

本發(fā)明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提出了一種上電極組件及反應腔室，其可以減小線圈上存在的電位分布差異，從而可以提高等離子體的分布均勻性，進而可以提高工藝均勻性。

為實現本發(fā)明的目的而提供一種上電極組件，包括線圈在所述線圈上設置有功率饋入點，所述功率饋入點位于所述線圈的除端點之外的位置處，且所述線圈的端點接地，以將所述線圈自所述功率饋入點形成相互并聯(lián)的多個線圈分部。

優(yōu)選的，所述上電級組件還包括介質筒，所述線圈環(huán)繞在所述介質筒周圍，且所述線圈為多匝柱狀螺旋立體線圈，且

所述線圈自所述功率饋入點形成位于所述功率饋入點上方的第一線圈分部，和位于所述功率饋入點下方的第二線圈分部。

優(yōu)選的，所述第二線圈分部的長度與所述線圈的總長度的比值的取值范圍在0.9/5.5～1.1/5.5之間。

優(yōu)選的，所述第二線圈分部的長度與所述線圈的總長度的比值為1.1/5.5、1.05/5.5或者1/5.5。

優(yōu)選的，所述線圈為單匝線圈。

優(yōu)選的，所述線圈的第一端和/或所述線圈的第二端通過阻抗配置裝置接地，通過設定不同的所述阻抗配置裝置的阻抗大小，來使兩個所述線圈分部的電流方向相同或相反。

優(yōu)選的，所述阻抗匹配裝置包括可調電容，所述可調電容的容值范圍為0～1000pf。

優(yōu)選的，所述上電極組件還包括匹配器和功率源，所述功率源通過所述匹配器在所述功率饋入點處與所述線圈電連接；

所述阻抗配置裝置集成在所述匹配器中。

作為另一個技術方案，本發(fā)明還提供一種反應腔室，包括本發(fā)明提供的上述上電極組件；

所述反應腔室還包括法拉第屏蔽件，所述法拉第屏蔽件環(huán)繞設置在所述介質筒的內側，并且所述法拉第屏蔽件包括導電環(huán)體，在所述導電環(huán)體上形成有開縫；

所述開縫包括第一子開縫，所述第一子開縫沿所述導電環(huán)體的圓周方向設置，且與所述導電環(huán)體的軸線之間形成夾角，用以通過增加電磁場在所述導電環(huán)體的圓周方向上的電場分量的耦合效率，來增加該電磁場的總耦合效率。

優(yōu)選的，所述法拉第屏蔽件的上端面高于所述介質筒的上端面；所述法拉第屏蔽件的下端面低于所述介質筒的下端面。

優(yōu)選的，所述反應腔室為預清洗腔室。

作為另一個技術方案，本發(fā)明還提供一種半導體加工設備，包括本發(fā)明提供的上述反應腔室。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明提供的上電極組件，其將功率饋入點設置在線圈的除端點之外的位置處，且該線圈的端點接地，以將線圈自該功率饋入點形成相互并聯(lián)的多個線圈分部，這可以減小線圈上的電位分布差異，從而可以提高等離子體的分布均勻性，進而可以提高工藝均勻性。另外，通過將功率饋入點設置在線圈的除端點之外的位置處，可以在整體上降低線圈上的電壓，從而可以減少等離子體中的離子對介質筒的轟擊，從而減少了反應腔室內的顆粒污染。

本發(fā)明提供的反應腔室，其通過采用本發(fā)明提供的上述上電極組件，可以提高等離子體的分布均勻性，從而可以提高工藝均勻性。

附圖說明

圖1為現有的一種預清洗腔室的剖視圖；

圖2為射頻線圈的功率饋入點的位置示意圖；

圖3a為本發(fā)明實施例提供的上電極組件的一種結構圖；

圖3b為本發(fā)明實施例提供的上電極組件的另一種結構圖；

圖4a為采用現有技術中的線圈進行刻蝕工藝獲得的晶片刻蝕深度分布圖；

圖4b為采用本發(fā)明實施例中的一種線圈進行刻蝕工藝獲得的晶片刻蝕深度分布圖；

圖4c為采用本發(fā)明實施例中的另一種線圈進行刻蝕工藝獲得的晶片刻蝕深度分布圖；

圖4d為采用本發(fā)明實施例中的又一種線圈進行刻蝕工藝獲得的晶片刻蝕深度分布圖；

圖4e為采用本發(fā)明實施例中的再一種線圈進行刻蝕工藝獲得的晶片刻蝕深度分布圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的反應腔室的剖視圖；

圖6為本發(fā)明實施例采用的法拉第屏蔽件的結構圖。

具體實施方式

為使本領域的技術人員更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面結合附圖來對本發(fā)明提供的上電極組件及反應腔室進行詳細描述。

請參閱圖3a，本實施例提供的上電極組件包括線圈10，在該線圈10上設置有功率饋入點103，其位于線圈10的除端點(第一端101和第二端102)之外的位置處。并且，線圈10的端點接地，由此，上述線圈10自功率饋入點103形成相互并聯(lián)的多個線圈分部。射頻電源12通過匹配器11與上述功率饋入點103電連接，用于通過該功率饋入點103向線圈10加載射頻功率。

如圖3b所示，在本實施例中，上電級組件還包括介質筒22，線圈10上的射頻能量通過該介質筒22饋入反應腔室中。該介質筒22呈環(huán)體，且線圈10為多匝柱狀螺旋立體線圈，并環(huán)繞在該介質筒22周圍。在本實施例中，功率饋入點103為一個，且位于線圈10的除第一端101與第二端102之外的某一指定位置處，以使該線圈10自該功率饋入點103形成兩個線圈分部，分部為：第一線圈分部104和第二線圈分部105。其中，第一線圈分部104位于功率饋入點103上方；第二線圈分部105位于功率饋入點103下方。

通過將線圈10分成相互并聯(lián)的兩個線圈分部，可以減小每個線圈分部中的每匝上的電位分布差異以及不同匝之間的電位差異，從而可以提高由線圈10產生的電磁場在反應腔室內的分布均勻性，進而可以提高等離子體的分布均勻性，提高工藝均勻性。另外，通過將功率饋入點103設置在線圈10的除端點之外的位置處，可以在整體上降低線圈10上的電壓，從而可以減少等離子體中的離子對介質筒22的轟擊，從而減少了反應腔室內的顆粒污染。

在實際應用中，可以通過改變功率饋入點103在線圈10上的位置，來調節(jié)由線圈10產生的電磁場在反應腔室內的分布情況?？梢酝ㄟ^設定不同的第二線圈分部105的長度，來改變功率饋入點103在線圈10上的位置，優(yōu)選的，線圈10的總匝數為5.5，而第二線圈分部105的長度(單位為匝)與線圈10的總長度(單位為匝)的比值的取值范圍在0.9/5.5～1.1/5.5之間。采用該范圍內的上述比值，可以獲得較好的電磁場分布均勻性。

下面為采用現有技術中的線圈和本發(fā)明實施例中的線圈進行刻蝕工藝，以及采用本發(fā)明實施例中的不同功率饋入點的位置的線圈進行刻蝕工藝的對比試驗。在該對比試驗中，線圈10的總匝數為5.5。

采用現有技術中的線圈進行刻蝕工藝獲得的晶片刻蝕深度分布如圖4a所示，在晶片表面上，刻蝕深度等高線呈梯度式偏心分布，從而刻蝕均勻性較低，一般為3％左右，沒有達到工藝要求(2％)。另外，刻蝕深度等高線呈梯度式偏心分布可能會引起晶片表面損傷的問題。

采用本發(fā)明實施例中的線圈10，且使第二線圈分部105的長度與線圈10的總長度的比值為1.15/5.5，采用該功率饋入點103位置的線圈10進行刻蝕工藝獲得的晶片刻蝕深度分布如圖4b所示，刻蝕深度等高線仍然呈梯度式偏心分布，刻蝕均勻性較低，而且可能會引起晶片表面損傷的問題。

采用本發(fā)明實施例中的線圈10，且使第二線圈分部105的長度與線圈10的總長度的比值為1.1/5.5或1.05/5.5，采用這兩種該功率饋入點103位置的線圈10進行刻蝕工藝獲得的晶片刻蝕深度分布如圖4c和圖4d所示，刻蝕深度等高線趨于同心分布，刻蝕均勻性有所提高(可達到2％)，從而可以滿足工藝要求，而且可以避免晶片表面損傷。

采用本發(fā)明實施例中的線圈10，且使第二線圈分部105的長度與線圈10的總長度的比值為1/5.5，采用這該功率饋入點103位置的線圈10進行刻蝕工藝獲得的晶片刻蝕深度分布如圖4e所示，刻蝕深度等高線的同心分布情況最好。

另外，在本實施例中，如圖3b所示，線圈10的第一端101通過阻抗配置裝置13接地，而第二端102直接接地。通過設定阻抗配置裝置13的阻抗大小，來使第一線圈分部104和第二線圈分部105的電流方向相同或相反。具體來說，第一線圈分部104的下端接地，上端為功率饋入點103，由此第一線圈分部104中的電流自功率饋入點103向接地的下端流動。若使阻抗配置裝置13的阻抗足夠大，則第二線圈分部105中的電流自第二線圈分部105的連接阻抗配置裝置13的上端(即第一端101)朝向功率饋入點103流動，由此，第一線圈分部104和第二線圈分部105的電流方向相同。反之，若使阻抗配置裝置13的阻抗足夠小，則第二線圈分部105中的電流自功率饋入點103朝向第二線圈分部105的連接阻抗配置裝置13的上端流動，由此，第一線圈分部104和第二線圈分部105的電流方向相反。因此，通過設定阻抗配置裝置13的阻抗大小，使之足夠大或者足夠小，能夠改變第二線圈分部105中的電流方向。

若第一線圈分部104和第二線圈分部105的電流方向相反，則分別由第一線圈分部104和第二線圈分部105產生的兩個電磁場相互抵消，這會對在二者之間存在的磁場強度差異進行補償，從而進一步提高了由上述兩個電磁場形成的疊加磁場的分布均勻性。但是，上述兩個電磁場的相互抵消會減小疊加磁場的磁場強度，從而減小了等離子體密度，因此，該方式適用于對等離子體密度要求不高的工藝。而對于對等離子體密度要求較高的工藝，則可以使第一線圈分部104和第二線圈分部105的電流方向相同，以提高等離子體密度。

上述阻抗配置裝置13可以包括可調電容。在進行工藝之前，可以根據具體需要設置可調電容的大小，以獲得所需的阻抗值，從而提高了阻抗調節(jié)的靈活性。上述可調電容的可調范圍在0～1000pf。

另外，上述阻抗配置裝置13在起到決定電流方向的基礎上，還可以通過選擇合適的阻抗大小，來使匹配器11更容易實現阻抗匹配。例如，當線圈10的總匝數為5.5，第二線圈分部105的長度與線圈10的總長度的比值為1.1/5.5、1.05/5.5或者1/5.5時。上述可調電容的電容值可以在200～500pf的范圍內設定，優(yōu)選為350pf。

在實際應用中，上述阻抗配置裝置13可以集成在匹配器11中，以減小設備的占用空間。

需要說明的是，在本實施例中，線圈10的第一端101通過阻抗配置裝置13接地，而第二端102直接接地，但是本發(fā)明并不局限于此，在實際應用中，也可以使線圈10的第一端101直接接地，而第二端102通過阻抗配置裝置13接地；或者，也可以使線圈10的第一端101和第二端102分別通過兩個阻抗配置裝置13接地；或者，還可以使線圈10的第一端101和第二端102均直接接地。

還需要說明的是，在本實施例中，線圈10為多匝柱狀螺旋立體線圈，但是，本發(fā)明并不局限于此，在實際應用中，線圈10也可以為單匝線圈，并且該單匝線圈可以為帶狀線圈或者柱狀線圈。

進一步需要說明的是，在本實施例中，功率饋入點103為一個，但是本發(fā)明并不局限于此，在實際應用中，功率饋入點103還為多個，且不同的功率饋入點103位于線圈10的除端點之外的位置不同。在這種情況下，線圈10可以被多個功率饋入點103分為三個以上的線圈分部，這可以更加細化地調節(jié)電磁場分布均勻性，從而可以進一步提高等離子體的分布均勻性。另外，對于多個功率饋入點103，每個功率饋入點103需要配備一套匹配器11和射頻電源12。

作為另一個技術方案，如圖5所示，本發(fā)明還提供一種反應腔室21，其包括本發(fā)明上述實施例提供的上電極組件。該上電極組件包括介質筒22和環(huán)繞在該介質筒22周圍的線圈10，其中，介質筒22設置在反應腔室21的側壁211中；射頻電源12通過匹配器11與線圈10上的上述功率饋入點103電連接，用于通過該功率饋入點103向線圈10加載射頻功率。射頻能量通過介質筒22饋入反應腔室21中。并且，在反應腔室21中還設置有基座24，該基座24通過基座匹配器25與基座射頻電源26電連接，基座射頻電源26用于向基座24加載負偏壓，以吸引等離子體刻蝕晶片表面。

在本實施例中，反應腔室21還包括法拉第屏蔽件23，該法拉第屏蔽件23環(huán)繞設置在介質筒22的內側，用于保護介質筒22不被等離子體刻蝕，同時避免自晶片表面濺射出來的殘留物附著在介質筒22的內壁上，從而可以提高介質筒22的能量耦合效率，減少反應腔室1內的顆粒污染。并且，法拉第屏蔽件23包括導電環(huán)體，在該導電環(huán)體上形成有開縫，以避免法拉第屏蔽件23產生渦流損耗和發(fā)熱。

借助上述法拉第屏蔽件23的電磁屏蔽效應，可以進一步減小線圈10中存在的電位差異，而且可以對電磁場的分布產生二次分布影響，從而可以進一步提高等離子體的分布均勻性，提高工藝均勻性。另外，借助法拉第屏蔽件23的物理阻擋作用，可以有效防止金屬沉積在介質筒22的內壁上，從而可以避免磁場耦合效率降低。

在本實施例中，如圖6所示，上述開縫包括第一子開縫232和第二子開縫231，其中，第一子開縫232沿上述導電環(huán)體的圓周方向設置，且與該導電環(huán)體的軸線之間形成夾角，用以通過增加電磁場在導電環(huán)體的圓周方向上的電場分量的耦合效率，來增加該電磁場的總耦合效率。該夾角為90°。上述第一子開縫232為多個，且沿上述導電環(huán)體的圓周方向均勻分布。第二子開縫231沿導電環(huán)體的軸向設置，且該第二子開縫231為多個，且沿上述導電環(huán)體的圓周方向均勻分布。

由線圈10產生的電磁場可以劃分為導電環(huán)體的軸向上的磁場分量和導電環(huán)體的圓周方向上的電場分量。導電環(huán)體的軸向上的磁場分量能夠通過上述第二子開縫231饋入反應腔室21內，同時，導電環(huán)體的圓周方向上的電場分量通過上述第一子開縫232饋入反應腔室21內，從而增加了電磁場的總耦合效率。

需要說明的是，在實際應用中，也可以僅設置上述第一子開縫232，且該第一子開縫232相對于導電環(huán)體的軸線傾斜，優(yōu)選的，第一子開縫232與導電環(huán)體的軸線之間形成夾角優(yōu)選為45°。這樣，導電環(huán)體的軸向上的磁場分量在該第一子開縫232的傾斜方向上的子分量能夠通過第一子開縫232饋入反應腔室21內，同時導電環(huán)體的圓周方向上的電場分量在該第一子開縫232的傾斜方向上的子分量能夠通過第一子開縫232饋入反應腔室21內。

在實際應用中，上述法拉第屏蔽件23可以接地，或者也可以電位懸浮。

優(yōu)選的，法拉第屏蔽件23的上端面高于介質筒22的上端面；法拉第屏蔽件23的下端面低于介質筒22的下端面，以保證法拉第屏蔽件23完全覆蓋介質筒22的內表面。另外，可以在法拉第屏蔽件23的內表面做熔射等的粗化處理，以防止附著在法拉第屏蔽件23的內表面上的顆粒脫落，污染晶片表面。

在實際應用中，反應腔室可以為預清洗腔室。

優(yōu)選的，對于含氫的預清洗工藝，預清洗腔室中的上射頻電源28可以采用較低的頻率(13.56mhz以下)，例如2mhz，這可以使氫原子的激發(fā)和離化程度減緩，從而減少氫原子與晶片表面反應釋放出的熱量，從而可以實現低溫預清洗工藝。

綜上所述，本發(fā)明實施例提供的反應腔室，其通過采用本發(fā)明實施例提供的上述上電極組件，可以提高等離子體的分布均勻性，從而可以提高工藝均勻性。

可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發(fā)明的保護范圍。