CN102534524A - 用于pvd工艺的反应腔室和pvd系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于PVD工艺的反应腔室及PVD系统，其中，用于PVD工艺的反应腔室包括反应腔室本体、下电极和靶材，所述靶材设置于所述反应腔室本体的顶部，所述下电极设置于所述反应腔室本体内的底部，其中还包括下电极射频电源组，所述下电极射频电源组中包括至少两个射频电源和至少两个匹配器，且所述至少两个射频电源与至少两个匹配器一一对应，所述下电极射频电源组用于向所述下电极输出射频功率。本发明通过下电极射频电源组中各种频率的射频电源向反应腔室内输出不同频的射频功率，不仅增大了等离子体的密度，而且还使反应腔室内的等离子体的分布更加均匀，有利于提高等离子体加工晶圆的均匀性，从而满足PVD工艺处理的要求。
Description
技术领域
本发明涉及半导体设备技术领域，具体地，涉及一种用于PVD工艺的反应腔室和PVD系统。
背景技术
物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)系统广泛用于当今的平板显示器等半导体产品的制造工艺中，这种通过电离惰性气体来得到等离子体的技术目前被广泛应用于PVD工艺中。
图1为现有用于PVD工艺的反应腔室的结构示意图。如图1所示，现有用于PVD工艺的反应腔室通常包括反应腔室本体101、线圈射频电源102、线圈匹配器103、下电极104、电感耦合等离子体(inductively coupled plasma，ICP)线圈105、第一射频电源106及第一匹配器107，其中，ICP线圈105固定在反应腔室的外壁上并通过线圈匹配器103与线圈射频电源102连接，用来将射频功率输入反应腔室中；下电极104上放置待加工的晶圆，其下端通过第一匹配器107与第一射频电源106连接，用来将射频功率输入至下电极，使下电极产生射频自偏压，从而使惰性气体如氩电离以得到等离子体。
但是，在现有用于PVD工艺的反应腔室中，由于反应腔室本体101中的ICP线圈激发的等离子体在垂直于ICP线圈平面的方向上的分布为梯度分布，并不是均匀分布，这使反应腔室本体101中的等离子体在竖直方向上分布不均匀。另外，图2为现有用于PVD工艺的反应腔室中ICP线圈的俯视图。如图2所示，由于ICP线圈105的射频输入端与射频输出端之间具有间隙，并不是一个完整的圆圈，这会使反应腔室101中的等离子体在水平方向上的分布不均匀，导致在PVD工艺流程中的晶圆表面不均匀，不能满足工艺处理的要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种用于PVD工艺的反应腔室及PVD系统，用于解决现有技术中用于PVD工艺的反应腔室内等离子体分布不均匀的问题。
为此，本发明提供一种用于PVD工艺的反应腔室，包括反应腔室本体、下电极和靶材，所述靶材设置于所述反应腔室本体的顶部，所述下电极设置于所述反应腔室本体内的底部，其中，还包括下电极射频电源组，所述下电极射频电源组中包括至少两个射频电源和至少两个匹配器，且所述至少两个射频电源与至少两个匹配器一一对应，所述下电极射频电源组用于向所述下电极输出射频功率。
其中，所述下电极射频电源组向所述下电极输出至少两种不同频率的射频功率。
其中，所述下电极射频电源组包括：第一射频电源、第一匹配器、第二射频电源、第二匹配器和滤波网络；
所述第一射频电源通过第一匹配器与所述滤波网络连接；
所述第二射频电源通过第二匹配器与所述滤波网络连接；
所述滤波网络与所述下电极连接。
其中，所述第一匹配器包括第一电容、第二电容和第一电感器；
所述第一射频电源、所述第二电容、所述第一电感器和所述滤波网络依次串联连接，所述第一电容的一端接地，另一端连接在所述第一射频电源和所述第二电容之间。
其中，所述第二匹配器包括第三电容、第四电容和第二电感器；
所述第二射频电源、所述第四电容、所述第二电感器和所述滤波网络依次串联连接，所述第三电容的一端接地，另一端连接在所述第二射频电源和所述第四电容之间。
其中，所述的滤波网络包括：第一滤波子电路和第二滤波子电路，且所述第一滤波子电路和第二滤波子电路并联设置。
其中，所述第一滤波子电路和第二滤波子电路为无源滤波电路或有源滤波电路。
其中，所述下电极射频电源组包括：第一射频电源、第一匹配器、第二射频电源和第二匹配器；
所述第一射频电源通过所述第一匹配器连接到所述下电极；
所述第二射频电源通过所述第二匹配器连接在所述第一匹配器与所述下电极之间。
其中，所述第一匹配器包括第一电容、第二电容和第一电感器；
所述第一射频电源、所述第二电容、所述第一电感器和所述下电极依次串联，所述第一电容的一端接地，另一端连接在所述第一射频电源和所述第二电容之间。
其中，所述第二匹配器包括第三电容、第四电容和第二电感器；所述第二射频电源、所述第四电容、所述第二电感器与所述下电极依次串联，所述第三电容的一端接地，另一端连接在所述第二射频电源和所述第四电容之间。
本发明还提供了一种PVD系统，包括多个权利要求1-10中任意一项所述的反应腔室。
其中，所述反应腔室为铊沉积反应腔室或铜沉积反应腔室。
本发明具有下述有益效果：
本发明提供的用于PVD工艺的反应腔室及PVD系统，通过下电极射频电源组中各种频率的射频电源向反应腔室内输出不同频的射频功率，不仅增大了等离子体的密度，而且还使反应腔室内的等离子体的分布更加均匀，有利于提高等离子体加工晶圆的均匀性，从而满足PVD工艺处理的要求。
附图说明
图1为现有用于PVD工艺的反应腔室的结构示意图；
图2为现有用于PVD工艺的反应腔室中ICP线圈的俯视图；
图3为本发明提供的用于PVD工艺的反应腔室第一实施例的结构示意图；
图4为本发明提供的用于PVD工艺的反应腔室第二实施例的结构示意图；
图5为本发明提供的用于PVD工艺的反应腔室第一实施例中下电极射频电源组的结构示意图；
图6为本发明提供的用于PVD工艺的反应腔室第二实施例的结构示意图；
图7为本发明提供的用于PVD工艺的反应腔室第二实施例中下电极射频电源组的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的用于PVD工艺的反应腔室及系统进行详细描述。
图3为本发明提供的用于PVD工艺的反应腔室第一实施例的结构示意图。如图3所示，本实施例用于PVD工艺的反应腔室包括：反应腔室本体101、靶材(图中未示出)、线圈射频电源102、线圈匹配器103、ICP线圈105、直流电源1011、磁控管1012、靶材1013、下电极104和下电极射频电源组，靶材设置于反应腔室本体的顶部，下电极104设置于反应腔室本体101内的底部，下电极射频电源组与下电极104连接，其中，下电极射频电源组中至少包括2个射频电源及其对应的匹配器，至少两个射频电源与至少两个匹配器一一对应，下电极射频电源组向下电极104输出至少2种不同频率的射频功率。在本实施例中，下电极104可包括静电卡盘(静电卡盘包括绝缘陶瓷层和埋设在绝缘陶瓷层中的电极层)和基座，静电卡盘设置于基座上；具体地，下电极射频电源组可通过下电极104的射频引入端向下电极104输出至少2种不同频率的射频功率，该射频引入端可为一射频引入柱，该射频引入柱竖直穿设于下电极装置的安装盘(本实施例的相关附图中均未示意出)中，且通过基座套设该射频引入柱可使得整个下电极1安装于安装盘上，其中基座与射频引入柱为电连接。
本实施例中，用于PVD工艺的反应腔室通过下电极射频电源组中各种频率的射频电源向下电极输出不同频率的射频功率，这不仅能增大下电极所在的反应腔室中的等离子体的密度，而且还能使反应腔室内的等离子体的分布更加均匀，有利于提高等离子体加工晶圆的均匀性，从而满足工艺处理的要求。
图4为本发明提供的用于PVD工艺的反应腔室第二实施例的结构示意图。如图4所示，本实施例用于PVD工艺的反应腔室中的下电极射频电源组包括第一射频电源106、第一匹配器107、第二射频电源108、第二匹配器109和滤波网络110。其中，第一射频电源106通过第一匹配器107连接到滤波网络110上，第二射频电源108通过第二匹配器109连接到滤波网络110上，滤波网络110与下电极104连接。其中，第一射频电源106和第二射频电源108分别向电极104传输的频率不同，一个为低频射频电源，另一个为高频射频电源，例如，下电极射频电源组中的射频电源的射频频率可以分别为2MHz和60MHz、2MHz和40MHz、13.56MHz和60MHz等。当第一射频电源106和第二射频电源108发出的射频功率通过所述滤波网络110传输至下电极104上时，所述滤波网络110用来防止第一射频电源106输出的射频功率到达第二匹配器109或第二射频电源108，同时防止第二射频电源108输出的射频功率到达第一匹配器107或第一射频电源106。通过下电极104向反应腔室内输入不同频率的射频功率，不仅可以增大反应腔室101中的等离子体的密度，也能使反应腔室101中的等离子体的分布均匀。需要说明的是，下电极射频电源组中的射频电源向反应腔室输入的射频频率也可以有3种或3种以上。
在实际应用中，对于现有的用于PVD工艺的反应腔室，由于ICP线圈并不是一个完整的圆圈，所以其激发的等离子体在垂直ICP线圈平面的方向及水平方向上的分布是不均匀的；而对于本实施例中提供用于PVD工艺的反应腔室，其是在ICP线圈激发等离子体的基础上同时对下电极施加高频功率，因为下电极能够激发出均匀的等离子体，因此不仅可以增大等离子体的密度，而且提高了等离子体分布的均匀性。例如，对于现有的用于PVD工艺的反应腔室，在其ICP线圈上施加1000W的射频功率，并且在其下电极上施加200W的射频功率，反应腔室中的惰性气体如氩气被电离后得到实际所需要的密度为ρ1的等离子体，此时，向反应腔室内传输的总射频功率为1200W；而本实施例中提供的用于PVD工艺的反应腔室，在其ICP线圈上施加500W的射频功率，并且在下电极上施加500W的射频功率，同样可以得到相等的密度为ρ1的等离子体，此时向反应腔室内传输的总射频功率为1000W，可以看出，采用本发明提供的用于PVD工艺的反应腔室可以减少射频电源的能量消耗。
图5为本发明提供的用于PVD工艺的反应腔室第一实施例中下电极射频电源组的结构示意图。如图5所示，在本实施例中，下电极射频电源组中的第一射频电源106的频率为2MHz，第二射频电源108的频率为40MHz；第一匹配器107包括第一电容1071、第二电容1072、第一电感器1073、第一输入端点1074和第一输出端点1075，其中，第一电感器1073的电感为3μH，第一电容1071和第二电容1072为可变电容，其电容范围都在3000-5000pF之间，第一射频电源106通过第一输入端点1074与第二电容1072连接，第二电容1072的另一端再与第一电感器1073串联，第一电感器1073的另一端通过第一输出端点1075与滤波网络110连接，第一电容1071的一端接地，另一端连接在第二电容1072和第一射频电源106之间；第二匹配器109包括第三电容1091、第四电容1092、第二电感器1093、第二输入端点1094和第二输出端点1095，其中，第二电感器1093的电感为0.5μH，第三电容1091、第四电容1092为可变电容，其电容范围都在3000-5000pF之间。第二射频电源108通过第二输入端点1094与第四电容1092串联，第四电容1092的另一端与第二电感1093串联，第二电感器1093通过第二输出端点1095与滤波网络110连接，第三电容1091的一端接地，另一端连接在第四电容1092和第二射频电源108之间；滤波网络110包括第一滤波子电路和第二滤波子电路，第一滤波子电路和第二滤波子电路可以为无源滤波电路或有源滤波电路，滤波网络110通过下电极输入端点1041与下电极104连接，第一滤波子电路包括第三电感器1101和第五电容1102，其中，第三电感器1101的一端接地，另一端与第五电容1102的一端连接，第五电容1102的另一端连接在下电极输入端点1041和第一匹配器107的第一输出端点1075之间；第二滤波子电路包括第四电感器1103和第六电容1104，二者并联连接后一端接地，另一端连接到下电极104的下电极输入端点1041和第二匹配器109的第二输出端点1095之间。
图6为本发明提供的用于PVD工艺的反应腔室第二实施例的结构示意图。如图6所示，在本实施例中，第一射频电源106通过第一匹配器107与下电极104连接，第二射频电源108通过第二匹配器109连接在第一匹配器107和下电极104之间，第一射频电源106和第二射频电源108分别接地。图7为本发明提供的用于PVD工艺的反应腔室第二实施例中下电极射频电源组的结构示意图。如图7所示，第一射频106通过第一输入端点1074与第二电容1072连接，第二电容1072再与第一电感器1073串联，第一电感器1073的另一端通过第一输出端点1075通过下电极输入端点1041直接与下电极104连接，第一电容1071的一端接地，另一端连接在第二电容1072和第一射频电源106之间；第二射频电源108通过第二输入端点1094与第四电容1092串联，第四电容1092与第二电感1093串联，第二电感器1093的另一端通过第二输出端点1095通过下电极输入端点1041直接与下电极104连接，第三电容1091的一端接地，另一端连接在第四电容1092和第二射频电源108之间。本实施例中提供的下电极射频电源组与图5所示的第一实施例中下电极射频电源组的不同之处在于，图7所示的下电极射频电源组中不包括滤波网络，而是通过设置第一匹配器107和第二匹配器109中的电容、电感器的电学参数，使第一匹配器107和第二匹配器109同时实现匹配器和滤波网络的功能，确保第一射频电源和第二射频电源输出的射频功率均能够完全输送到下电极上，从而节省了安装滤波网络的成本。
本实施例中，第一匹配器和第二匹配器在实现射频电源与负载阻抗的匹配时，同样也能够实现双频滤波网络的功能，使第一射频电源和第二射频电源输出的不同频率的射频功率均能够完全输送到下电极上，从而将各种射频频率通过下电极输入到下电极所在的反应腔室，这不仅提高了反应腔室内的等离子体的密度，而且还能使等离子体的分布更加均匀，有利于提高等离子体加工晶圆的均匀性，从而满足PVD工艺处理的要求。
本发明还提供一种PVD系统，本实施例PVD系统包括多个用于PVD工艺的反应腔室，用于PVD工艺的反应腔室可以采用上述任意一个实施例中的结构。在PVD系统中，用于PVD工艺的反应腔室可以为铊沉积反应腔室或铜沉积反应腔室，从而可以在PVD系统中中铊沉积反应腔室或铜沉积反应腔室内获得更均匀分布的等离子体。
本实施例中，通过在下电极射频电源组中设置不同频率的射频电源，使反应腔室内输入不同频率的射频功率，从而不仅有利于提高反应腔室中等离子体的密度，而且能使等离子体在反应腔室内的分布更加均匀，有利于提高等离子体加工晶圆的均匀性，从而满足PVD工艺处理的要求。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种用于PVD工艺的反应腔室，包括反应腔室本体、下电极和靶材，所述靶材设置于所述反应腔室本体的顶部，所述下电极设置于所述反应腔室本体内的底部，其特征在于，还包括下电极射频电源组，所述下电极射频电源组中包括至少两个射频电源和至少两个匹配器，且所述至少两个射频电源与至少两个匹配器一一对应，所述下电极射频电源组用于向所述下电极输出射频功率。
2.根据权利要求1所述的用于PVD工艺的反应腔室，其特征在于，所述下电极射频电源组向所述下电极输出至少两种不同频率的射频功率。
3.根据权利要求2所述的用于PVD工艺的反应腔室，其特征在于，所述下电极射频电源组包括：第一射频电源、第一匹配器、第二射频电源、第二匹配器和滤波网络；
所述第一射频电源通过第一匹配器与所述滤波网络连接；
所述第二射频电源通过第二匹配器与所述滤波网络连接；
所述滤波网络与所述下电极连接。
4.根据权利要求3所述的用于PVD工艺的反应腔室，其特征在于，
所述第一匹配器包括第一电容、第二电容和第一电感器；
所述第一射频电源、所述第二电容、所述第一电感器和所述滤波网络依次串联连接，所述第一电容的一端接地，另一端连接在所述第一射频电源和所述第二电容之间。
5.根据权利要求3所述的用于PVD工艺的反应腔室，其特征在于，
所述第二匹配器包括第三电容、第四电容和第二电感器；
所述第二射频电源、所述第四电容、所述第二电感器和所述滤波网络依次串联连接，所述第三电容的一端接地，另一端连接在所述第二射频电源和所述第四电容之间。
6.根据权利要求3所述的用于PVD工艺的反应腔室，其特征在于，所述的滤波网络包括：第一滤波子电路和第二滤波子电路，且所述第一滤波子电路和第二滤波子电路并联设置。
7.根据权利要求6所述的用于PVD工艺的反应腔室，其特征在于，所述第一滤波子电路和第二滤波子电路为无源滤波电路或有源滤波电路。
8.根据权利要求2所述的用于PVD工艺的反应腔室，其特征在于，所述下电极射频电源组包括：第一射频电源、第一匹配器、第二射频电源和第二匹配器；
所述第一射频电源通过所述第一匹配器连接到所述下电极；
所述第二射频电源通过所述第二匹配器连接在所述第一匹配器与所述下电极之间。
9.根据权利要求8所述的用于PVD工艺的反应腔室，其特征在于，
所述第一匹配器包括第一电容、第二电容和第一电感器；
所述第一射频电源、所述第二电容、所述第一电感器和所述下电极依次串联，所述第一电容的一端接地，另一端连接在所述第一射频电源和所述第二电容之间。
10.根据权利要求8所述的用于PVD工艺的反应腔室，其特征在于，
所述第二匹配器包括第三电容、第四电容和第二电感器；
所述第二射频电源、所述第四电容、所述第二电感器与所述下电极依次串联，所述第三电容的一端接地，另一端连接在所述第二射频电源和所述第四电容之间。
11.一种PVD系统，其特征在于，包括多个权利要求1-10中任意一项所述的反应腔室。
12.根据权利要求11所述的PVD系统，其特征在于，所述反应腔室为铊沉积反应腔室或铜沉积反应腔室。
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- 2010-12-14 CN CN201010603748.2A patent/CN102534524B/zh active Active
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