產生中性粒子束的裝置及方法
2023-05-28 01:46:16
專利名稱：產生中性粒子束的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及集成電路、微電子機械系統(MEMS)、太陽能等薄膜及體材料表面工藝的微細加工技術領域，特別涉及一種產生中性粒子束的裝置及方法。
背景技術：
產品集成度高、精細化、高效率、低成本，一直是集成電路等微細加工製造業發展的直接動力。自1970年以來，器件製造首先開始使用等離子體工藝，這使得等離子體工藝技術成為大規模集成電路(LSI)等工業領域微細加工的關鍵技術。目前，刻蝕、離子注入、 清洗、沉積等等離子體工藝技術，廣泛地應用在超大規模集成電路的製造工藝中。等離子體工藝技術，主要用於Si02、SixNy等介質薄膜、Si、GaAs等半導體薄膜和Al、Cu等金屬薄膜的微細加工，該技術是唯一能有效的精確控制各種材料尺寸到亞微米級尺寸大小，且具有極高重複性的工藝技術。然而，隨著器件特徵尺寸的縮小，在亞微米級尺寸以下的微細加工中，等離子體工藝技術，須要解決加工材料和器件損傷的課題。特別是刻蝕工藝存在一系列的問題。等離子體刻蝕工藝，須要解決高均勻性、高選擇比和深寬比的同時，滿足高刻蝕率、較低損傷的要求，在此過程中，容易產生靜電損傷、離子轟擊損傷、紫外光和X光子造成的輻照損傷、電子陰影效應等主要問題。等離子體損傷等問題，會影響刻蝕精度及器件性能，造成原子位移、非定域晶格、 懸空鍵，以及閾值電壓漂移、跨導退化、結漏電增加等現象。這些問題隨著器件特徵尺寸的減小變得愈加突出，特別是在IOnm以下的精確刻蝕極為困難。因此，集成電路的精細化對工藝與設備提出了更高的要求，而傳統的等離子體工藝設備，難以滿足進一步精細化加工的要求。中性粒子工藝技術是一種可以解決微細加工中材料與器件損傷等問題的方法。該技術採用生成中性粒子束的方法，很好解決了等離子體刻蝕中靜電損傷，減弱了輻照損傷等問題，提高了工藝精度和器件性能，滿足集成電路製造不斷精細化的要求。圖1，2分別示出一中性粒子工藝系統。該系統在一定真空條件下，工藝氣體從進氣口 111進入反應室102上部後，在平面螺旋型射頻線圈122上加載射頻功率，使工藝氣體在射頻電源121的激發下，在反應室102上部產生等離子體。在等離子體氣氛中產生有離子、游離基、分子、原子等。離子通過直流偏壓1 加速，通過中性化網板123上的小孔後獲得能量並實現離子中性化。當網板123上加有電壓時，反應腔內離子會在電場的作用下加速向網板運動，在運動中獲得能量。當離子運動到網板的小孔中時，會與孔壁發生碰撞， 進行電中和，形成中性粒子束132。中性粒子束對放在載片臺103上的晶片104進行處理， 實現刻蝕等工藝。中性粒子束刻蝕時，離子須要較高的電場強度加速後中性化，從而獲得刻蝕所需要的高能量。在這種結構中，正離子向下網板運動的時候，不能使負離子向下網板運動；使負離子向下網板運動的時候，不能使正離子向下網板運動。即，不能同時對正離子和負離子中性化。然而在一些工藝中必須採用按一定比例混合氣體，幾種不同的粒子同時作用才能滿足工藝要求。但不同種類的氣體放電產生的離存在形式不同。例如，當採用CF4、 Ar/02的混合氣體放電時，CF4、Ar離子主要以正離子的形式存在，而0氧離子則主要以負離子的形式存在。這種會導致CF4、Ar離子和0氧離子不會同時被中性化，不能滿足特定的刻蝕工藝。
發明內容
本發明的目的之一是提供一種使正、負離子等不同粒子都能實現中性化的產生中性粒子束的裝置及方法。根據本發明的一個方面，提供一種產生中性粒子束的裝置，包括反應腔體、放置晶片的載片臺、等離子源、上網板，所述上網板、等離子源和所述載片臺設置在所述反應腔體內部，所述上網板設置在所述等離子源上方，所述等離子源和所述載片臺之間依次設置有中網板、絕緣板及下網板；所述上網板和所述下網板分別連接一直流偏壓，所述中網板接地。進一步地，所述中網板、絕緣板及下網板的厚度為0. l_500mm。進一步地，所述中網板、絕緣板及下網板的厚度為10 mm。進一步地，所述中網板、絕緣板及下網板的網孔的直徑為0. l_50mm。進一步地，所述中網板、絕緣板及下網板的網孔的直徑為0. l-3mm 進一步地，所述中網板、絕緣板及下網板的網孔間距為0-10mm。進一步地，所述中網板、絕緣板及下網板的網孔間距為0. l-5mm
進一步地，所述中網板、絕緣板及下網板的網孔的形狀包括圓柱形、六角形、菱形、矩形。根據本發明的另一個方面，提供一種產生中性粒子束的方法，包括
在T1時段內，加載射頻，在上網板加負電壓，中網板偏壓為0，下網板偏壓為0，使負離子中性化；在T2時段內，射頻功率為0，在下網板加負電壓，中網板偏壓為0，上網板偏壓為 0，使正離子中性化；所述T1、T2為0 0. Is。根據本發明的另一個方面，提供一種產生中性粒子束的方法包括
在Tl時段內，加載射頻，在上網板加正電壓，中網板偏壓為0，下網板偏壓為0，使負離子中性化；
在T2時段內，射頻功率為0，在下網板加負電壓，中網板偏壓為0，上網板偏壓為0，使正離子中性化；所述Tl、T2*0 0.1s。根據本發明提供的產生中性粒子束的裝置及方法採用上中下多層網板結構，當工藝氣體進入反應腔內，脈衝射頻激勵條件下產生等離子體，在一個周期內，分時段在網板結構上加載相應的直流偏壓，可以控制電場方向，加速粒子運動，從而使正、負離子等不同粒子都能實現中性化，並產生對晶片的刻蝕作用，提高了離子的中性化效率，保證了混合氣體中的不同種離子都會產生相應的刻蝕作用，適應了不同氣體組合，以滿足不同刻蝕工藝的要求。
圖1是現有中性粒子工藝系統的結構示意圖；圖2是現有另一中性粒子工藝系統的結構示意圖； 圖3是本發明實施例提供的產生中性粒子束的裝置的結構示意圖； 圖4是本發明實施例提供的負偏壓DC1、DC2及平面螺旋型射頻線圈122所加的射頻時序的示意本發明目的、功能及優點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。
具體實施例方式如圖3所示，本發明實施例提供的產生中性粒子束的裝置包括反應腔體102、進氣口 111、射頻電源121、平面螺旋型射頻線圈122、法拉第屏蔽柵126、等離子源131、排氣口 112、載片臺103、晶片104、上網板127、中網板223a、絕緣板223b及下網板223c。上網板 127設置在等離子源131上方。等離子源131和載片臺103之間依次設置有中網板223a、絕緣板223b及下網板223c。上網板127接有直流偏壓DCl。中網板223a接地。下網板223c 加有直流偏壓DC2。中網板223a、絕緣板22 及下網板223c貫穿有圓柱形、六角形、菱形或其他形狀的小孔。中網板223a、絕緣板22 及下網板223c的厚度為0. l_500mm。優選的， 中網板223a、絕緣板223b及下網板223c的厚度為10mm。中網板223a、絕緣板223b及下網板223c的網孔的直徑為0. 1 50mm。優選的，中網板223a、絕緣板223b及下網板223c的網孔的直徑為0. l-3mm。中網板223a、絕緣板223b及下網板223c的網孔間距為0-10mm。 優選的，中網板223a、絕緣板223b及下網板223c的網孔間距為0. l_5mm。上網板127、中網板223a以及下網板223c的材料可採用如石墨、碳纖維或碳化矽等低濺射率的材料。絕緣板22 材料選擇聚四氟。下面對產生中性粒子束的裝置產生中性粒子束的方法進行說明。工藝氣體從進氣口 111進入反應腔體102後，在加載有脈衝射頻功率的平面螺旋型射頻線圈122的激發下在反應腔體102產生等離子體131。在Tl時段內，平面螺旋型射頻線圈122加載射頻電源121的功率，上網板127加有負偏壓DC1(來自直流偏壓12 ),中網板偏壓為0，下網板的偏壓為0，電場方向朝上。等離子體存在雙極電場，負離子被束縛在等離子體內部；而正離子向等離子體的邊界運動，與電子因複合作用密度迅速下降，雙極電場的強度和電子能量也迅速下降。負離子密度下降較慢，甚至在Tl時段的前段內會有所增加。負離子在電場的加速下，向網板小孔中運動，與孔壁發生碰撞而中性化，生成中性粒子束132後到達晶片104，實現刻蝕工藝。在T2時段內，平面螺旋型射頻線圈122加載的射頻電源121的功率是0，下網板 223c加負偏壓DC2(來自直流偏壓124b)，中網板223a偏壓為0，上網板127的偏壓為0，電場方向朝下。此時，正離子在電場的加速下，向網板小孔中運動，與孔壁發生碰撞而中性化， 生成中性粒子後到達晶片，實現刻蝕工藝。同理，也可以通過Tl時段內在下網板223c加正電壓，中網板223a偏壓為0，上網板127偏壓為0，使負離子中性化；T2時段內在上網板127加正電壓，中網板223a偏壓為0， 下網板223c偏壓為0，使正離子中性化。DCl和DC2及平面螺旋型射頻線圈122所加的射頻時序如圖4所示。因此，在一個周期內，正、負離子都能中性化，保證了按一定比例混合的不同工藝氣體生成的離子，都會實現中性化刻蝕作用。但調整合適T1，T2，DC1，DC2等參數值。Tl、T2 一般為0 500微秒。優選的，T1、T2可選為50微秒。DC1，DC2的值一般為0 -600V。 可以通過調節Tl、T2，DCl、DC2而適應不同的氣體組合，以滿足工藝要求。本發明實施例提供的產生中性粒子束的裝置及方法採用上中下多層網板結構，當工藝氣體進入反應腔內，脈衝射頻激勵條件下產生等離子體，在一個周期內，分時段在網板結構上加載相應的直流偏壓，可以控制電場方向，加速粒子運動，從而使正、負離子等不同粒子都能實現中性化，並產生對晶片的刻蝕作用，提高了離子的中性化效率，保證了混合氣體中的不同種離子都會產生相應的刻蝕作用，適應了不同氣體組合，以滿足不同刻蝕工藝的要求。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種產生中性粒子束的裝置，包括反應腔體、放置晶片的載片臺、等離子源、上網板， 所述上網板、等離子源和所述載片臺設置在所述反應腔體內部，其特徵在於所述上網板設置在所述等離子源上方，所述等離子源和所述載片臺之間依次設置有中網板、絕緣板及下網板；所述上網板和所述下網板分別連接一直流偏壓，所述中網板接地。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於 所述中網板、絕緣板及下網板的厚度為0. l-500mm。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於 所述中網板、絕緣板及下網板的厚度為10 mm。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述中網板、絕緣板及下網板的網孔的直徑為0. l-50mm ；所述中網板、絕緣板及下網板的網板直徑為20-5000mm。
5.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於 所述中網板、絕緣板及下網板的網孔間距為0-10mm。
6.根據權利要求5所述的裝置，其特徵在於所述中網板、絕緣板及下網板的網孔間距為0. l-5mm。
7.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述中網板、絕緣板及下網板的網孔的形狀包括圓柱形、六角形、菱形、矩形。
8.一種基於權利要求廣7任一項所述的裝置產生中性粒子束的方法，特徵在於，包括 在T1時段內，加載射頻，在上網板加負電壓，中網板偏壓為0，下網板偏壓為0，使負離子中性化；在T2時段內，射頻功率為0，在下網板加負電壓，中網板偏壓為0，上網板偏壓為0，使正離子中性化；所述Tl、T2*0 0.1s。
9.一種基於權利要求廣7任一項所述的裝置產生中性粒子束的方法，特徵在於，包括 在Tl時段內，加載射頻，在上網板加正電壓，中網板偏壓為0，下網板偏壓為0，使負離子中性化；在T2時段內，射頻功率為0，在下網板加負電壓，中網板偏壓為0，上網板偏壓為0，使正離子中性化；所述T1、T2為0 0. Is。
全文摘要
本發明公開了一種產生中性粒子束的裝置，包括反應腔體、放置晶片的載片臺、等離子源、上網板，所述上網板、等離子源和所述載片臺設置在所述反應腔體內部，所述上網板設置在所述等離子源上方，所述等離子源和所述載片臺之間依次設置有中網板、絕緣板及下網板；所述上網板和所述下網板分別連接一直流偏壓，所述中網板接地。本發明還公開一種產生中性粒子束的方法。根據提供的產生中性粒子束的裝置及方法，使正、負離子等不同粒子都能實現中性化提高了離子的中性化效率，保證了混合氣體中的不同種離子都會產生相應的刻蝕作用，適應了不同氣體組合，以滿足不同刻蝕工藝的要求。
文檔編號H05H3/00GK102290314SQ20111028806
公開日2011年12月21日 申請日期2011年9月26日 優先權日2011年9月26日
發明者夏洋, 席峰, 張慶釗, 李勇滔, 李楠 申請人:中國科學院微電子研究所