干法去胶机用等离子体发生装置的制作方法

1.本实用新型属于半导体器件技术领域，尤其涉及一种干法去胶机用等离子体发生装置。


背景技术：

2.随着半导体器件特征尺寸越来越小，传统闪存技术将达到材料物理特性所规定的极限。为进一步提高器件的性能，各种新型非易失性存储器得到了迅速发展。感应耦合等离子体(icp)发生装置是一种高精度、高效率的干法刻蚀设备，传统的感应耦合等离子体刻蚀机采用双层线圈，40mhz的icp源频率，两套射频电源，一套射频电源为激励电源，向位于反应腔体上部的双层线圈组件供电，用于电离反应气体以产生高密度的等离子体；另一套射频电源为偏压电源，向位于反应腔体中下部的载片电极供电，用于产生一个小的自偏压，引导反应腔体里的正离子垂直地向被刻蚀的晶圆表面运动，从而获得陡直的刻蚀效果。这种传统结构能够提供反应腔体内较高的离子密度，但icp源频率较高，变相增加了等离子体对晶圆表面轰击带来的晶格损伤。
3.现有专利号为cn202010027563.5作用线圈选择式的蚀刻机结构，公开了第一螺旋线圈s1，其是环绕设置于第一反应腔室111的外围，第一螺旋线圈s1主要提供第一反应腔室111产生等离子的能量；又第一螺旋线圈s1具有第三输入端部ip3及多个第三控制端部ct3a、ct3b、ct3c，第三电源模块p3，其电性连接于第三输入端部ip3，第三电源模块p3其主要提供第一螺旋线圈s1产生等离子所需要的电力。现有的蚀刻机结构通过借由线圈，选择性的对反应腔室内特定区域壁体的沉积物进行清理，为了控制等离子体所需的密度，通常icp源频率较高，icp功率较大，且无法解决上述等离子体对晶圆表面轰击带来的晶格损伤的问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是为了解决上述技术问题，而提供干法去胶机用等离子体发生装置，从而实现高效生成等离子体，保持半导体晶片所需等离子体密度同时，降低icp源频率，降低icp功率，减少等离子体对半导体晶片表面轰击带来的晶格损伤。为了达到上述目的，本实用新型技术方案如下：
5.干法去胶机用等离子体发生装置，包括等离子反应腔体、用于分隔所述等离子反应腔体的介电体、设于所述介电体上的石英体、以及设于所述介电体下方的晶圆加工组件；
6.所述石英体上绕设有多个线圈，多个线圈包括等距螺旋设置的至少一条第一线圈、与所述第一线圈同向间隔且等距螺旋设置的至少一条第二线圈、以及与第一线圈反向交叉且等距螺旋设置的至少一条第三线圈，
7.所述多个线圈的输入端均与第一高频电源电性连接，所述多个线圈的输出端均与接地端接地连接，所述第二线圈和所述第三线圈的输出端接地的线路上均设置有电容器。
8.具体的，所述等离子反应腔体内设有密封隔断其空间且水平设置的介电体，所述
石英体设置于所述介电体的中部。
9.具体的，所述等离子反应腔体为金属筒体结构。
10.具体的，所述晶圆加工组件包括基座、设于所述基座顶部用于静电吸附半导体晶片的静电卡盘，所述基座电性连接第二高频电源。
11.具体的，所述石英体为圆柱结构。
12.具体的，所述第一线圈的输入端位于所述石英体的下部，所述第一线圈由下向上等距螺旋设置，所述第一线圈的输出端位于石英体的上部。
13.具体的，所述第二线圈的输入端位于所述第一线圈的输入端下方，所述第二线圈由下向上等距螺旋设置，所述第二线圈的输出端位于所述第一线圈的输出端下方。
14.具体的，所述第三线圈的输入端位于石英体的上部，所述第三线圈由上向下等距螺旋设置，所述第三线圈的输出端位于石英体的下部。
15.具体的，所述第一线圈、第二线圈、第三线圈的输入端沿所述石英体的侧壁轴向呈直线排布，或沿所述石英体的侧壁错位排布。
16.具体的，所述第一线圈、第二线圈、第三线圈的输出端沿所述石英体的侧壁轴向呈直线排布，或沿所述石英体的侧壁错位排布。
17.与现有技术相比，本实用新型干法去胶机用等离子体发生装置的有益效果主要体现在：
18.第二线圈和第三线圈的接地线路上设置电容器，通过设定电容器的阻抗值，控制第一高频电源输入第二线圈和第二线圈的射频功率比，生成的等离子体密度可控，等离子体密度分布均匀化，以实现对半导体晶片的均匀快速处理；在石英体上绕设多个不同方向螺旋的线圈结构，能高效的生成电感耦合的等离子体，在保持半导体晶片所需等离子体密度范围时，icp源频率由40mhz减小为27mhz，降低icp功率，降低了等离子体对半导体晶片表面轰击带来的晶格损伤。
附图说明
19.图1为本实用新型实施例的等离子反应腔体内部结构示意图；
20.图2为本实施例多个线圈的电路连接示意图；
21.图3为本实施例icp功率和等离子体密度的关系变化示意图；
22.图中数字表示：
23.1等离子反应腔体、2石英体、3介电体、4静电卡盘、5基座、6接地端、61第一线圈、62第二线圈、63第三线圈、7电容器、8第一高频电源、9第二高频电源。
具体实施方式
24.下面对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
25.实施例：
26.参照图1-2所示，本实施例为干法去胶机用等离子体发生装置，包括等离子反应腔体1、用于分隔等离子反应腔体1的介电体3、设于介电体3上的石英体2、以及设于介电体3下方的晶圆加工组件；石英体2上绕设有多个线圈，多个线圈包括等距螺旋设置的至少一条第
一线圈61、与第一线圈61同向间隔且等距螺旋设置的至少一条第二线圈62、以及与第一线圈61反向交叉且等距螺旋设置的至少一条第三线圈63，第一线圈61、第二线圈62和第三线圈63的输入端均与第一高频电源8电性连接，第一线圈61、第二线圈62和第三线圈63的输出端均与接地端6接地连接，第二线圈62和第三线圈63的输出端接地的线路上均设置有电容器7。
27.等离子反应腔体1内设有密封隔断其空间且水平设置的介电体3，石英体2设置于介电体3的中部，本实施例中等离子反应腔体1为金属筒体结构，采用铝或不锈钢材料制成，等离子反应腔体1保护性接地设置。
28.晶圆加工组件包括基座5、设于基座5顶部用于静电吸附半导体晶片的静电卡盘4。基座5电性连接第二高频电源9，该第二高频电源9以可变的功率输出控制导入半导体晶片的等离子体能量。
29.石英体2为圆柱结构，石英体2上绕设有若个线圈，用于在等离子反应腔体1内生电感耦合的等离子体。第一高频电源8提供高频电流经过多个线圈，产生环状分布的高频的交流磁场，在介电体3的下方区横穿处理空间形成磁力线，介电体3下方的反应气体被激发，生成高密度的环状等离子体，在石英体2正下方的位置电流密度最大，即等离子体密度最大，由于等离子体在等离子反应腔体1内的处理空间中向四周扩散，基座5上待加工的半导体晶片表面的等离子体的密度被平均化。
30.现有加工半导体晶片所需的等离子体密度为10
11-10
12
cm-3
，参见附图3所示，传统的等离子体刻蚀机采用双层线圈的icp源频率设定为40mhz，对比本实施例干法去胶机用等离子体发生装置的石英体2上绕设有多个线圈的icp源频率设定为27mhz，等离子体密度与icp功率的关系如图表所示，达到以上等离子体密度范围所需的icp功率进行对比，icp源频率为27mhz达到需求的等离子体密度范围的icp功率相对于icp源频率为40mhz达到需求的等离子体密度范围的icp功率更低，以此降低icp功率，从而降低了等离子体对半导体晶片表面轰击带来的晶格损伤。
31.第一线圈61、第二线圈62和第三线圈63的输入端均与第一高频电源8电性连接，第二线圈62和第三线圈63的输出端接地的线路上均设置有电容器7，线圈具有正的电抗，电容器7具有负的电抗，当线圈和电容器7连接时，电容器7的负的电抗会抵消线圈的正的电抗，因此，电容器7的合成电抗比多个线圈的电抗低，此时第一线圈61的线路上不设置电容器，否则影响等离子体密度的均匀化。电容器7的静电电容在规定的范围内调整为适当的值，能够调节流过第二线圈62、第三线圈63的电流平衡，从而控制环状等离子体的密度分布，即以较高的精度实现等离子体密度分布的均匀化。
32.多个线圈绕设于石英体2的外周，本实施例中第一线圈61、第二线圈62、第三线圈63均为一条，第一线圈61的输入端位于石英体2的下部，第一线圈61由下向上等距螺旋设置，第一线圈61的输出端位于石英体2的上部，第二线圈62的输入端位于第一线圈61的输入端下方，第二线圈62由下向上等距螺旋设置，第二线圈62的输出端位于第一线圈61的输出端下方，第三线圈63的输入端位于石英体2的上部，第三线圈63由上向下等距螺旋设置，第三线圈63的输出端位于石英体2的下部。其中，第一线圈61、第二线圈62、第三线圈63的输入端沿石英体2的侧壁轴向呈直线排布，或沿石英体2的侧壁错位排布。第一线圈61、第二线圈62、第三线圈63的输出端沿石英体2的侧壁轴向呈直线排布，或沿石英体2的侧壁错位排布。
33.应用本实施例时，第二线圈62和第三线圈63的接地线路上设置电容器7，通过设定电容器7的阻抗值，控制第一高频电源8输入第二线圈62和第二线圈63的射频功率比，生成的等离子体密度可控，等离子体密度分布均匀化，以实现对半导体晶片的均匀快速处理；在石英体2上绕设多个不同方向螺旋的线圈结构，能高效的生成电感耦合的等离子体，在保持半导体晶片所需等离子体密度范围时，icp源频率由40mhz减小为27mhz，降低icp功率，降低了等离子体对半导体晶片表面轰击带来的晶格损伤。
34.在本实用新型的描述中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
35.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
36.虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。