УСТРОЙСТВО СВЧ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ Российский патент 2015 года по МПК H01L21/3065 

Изобретение относится к СВЧ плазменным установкам для проведения процессов травления и осаждения слоев - металлов, полупроводников, диэлектриков при пониженных давлениях и может быть использовано в технологических процессах создания полупроводниковых приборов с высокой степенью интеграции.

Известно устройство СВЧ плазменной обработки материалов при пониженных давлениях, состоящее их СВЧ генератора, прямоугольного волноводного тракта, пересекаемого перпендикулярно его широкой стенки кварцевой разрядной трубкой, соединенной с реакционной камерой, в свою очередь, соединенной с вакуумным постом. Реакционные газы подаются от специальных расходомеров как в кварцевую трубку, так и область обрабатываемой пластины. Другой конец волноводного тракта (противоположный от СВЧ генератора) подсоединяется или к согласованной нагрузке или коротко замыкающему поршню. Соответственно, реализуется либо режим бегущей волны и плазмотрон на бегущей волне, либо режим стоячей волны и плазмотрон на стоячей волне [«Теоретическая и прикладная плазмохимия». Полак Л.С. и др., -Наука, 1975, стр.21]. Однако в данном устройстве трудно (невозможно) управлять (настраивать) равномерностью обработки пластин большого диаметра (более 40 мм).

Известна СВЧ плазменная установка волноводного типа обработки материалов при пониженных давлениях, состоящая из СВЧ генератора, волноводного тракта, огибающего реакционную камеру и заканчивающегося короткозамыкающим поршнем или согласованной нагрузкой. В нескольких местах широкую стенку волноводного тракта пересекают кварцевые разрядные трубки перпендикулярно ее поверхности, один конец которых входит в реакционную камеру, а через другой подается газ (или газы). В местах входа и выхода кварцевых трубок в волноводный тракт накладывается магнитное поле, и реализуются условия электронного циклотронного резонанса (ЭЦР). В разрядных трубках загорается плазма, которая «впрыскивается» в реакционную камеру, в которой происходит обработка (травление, осаждение слоев и пленок) кремниевых пластин [«Устройство СВЧ плазменной обработки пластин большого диаметра» Сборник материалов «3-й международный симпозиум по теоретической и прикладной плазмохимии».- Иваново, 2002, том 2, стр.472-474]. Недостатками аналога являются:

- трудно настроить одинаковое горение плазмы в каждой разрядной трубке (плотность плазмы разрядов в каждой трубке отличаются);

- практически трудно управлять равномерностью обработки по пластине (хотя и возможно).

Известен ближайший аналог (прототип), устройство плазменной обработки [RU 2368032 C1, H01L 21/3065, 20.09.2009], состоящее из реакционной вакуумной камеры с вводами источников СВЧ-плазмы, количество которых нерегламентировано, расположенными перпендикулярно боковой стенке, и расположенного в реакционной вакуумной камере подогреваемого или охлаждаемого пьедестала для подложек, имеющего возможность вертикального перемещения и возможность электрического смещения относительно плазмы. Вне камеры над местом размещения подложек на пьедестале расположен ВЧ-индуктор, причем стенка камеры, в месте ее примыкания к индуктору, выполнена из материала, прозрачного для ВЧ электромагнитного поля. Основным недостатком устройства является неравномерность обработки пластин (приблизительно 2%), что особенно сказывается при переходе к наноразмерным толщинам функциональных слоев и наноразмерным топологическим элементам.

Техническим результатом изобретения является улучшение равномерности обработки кремниевых пластин, упрощение настройки горения плазмы в каждой разрядной трубке.

Изобретение поясняется фиг.1 и фиг.2.

Технический результат достигается за счет того, что волноводный тракт 1, огибающий боковую стенку реакционной камеры 2, делается кольцевым и возбуждается с двух диаметрально противоположных сторон посредством волноводных тройников. Волны в противоположных плечах тройников отличаются друг от друга по фазе на 180° и не «видят» друг друга. Поэтому возбуждение ЭЦР плазмы в каждой разрядной трубке 3, проходящей через центр широкой стенки волноводного тракта и перпендикулярно ей, посредством наложения магнитного поля с помощью электромагнитов 4 и магнитопроводов 5 в местах входа и выхода из волноводного тракта производится как бы от двух источников СВЧ. Отраженные волны совпадают по фазе с падающей волной в противоположном плече тройника, то есть идет «подпитка» каждого источника за счет отраженной волны и, тем самым, резко повышается коэффициент полезного использования СВЧ энергии генератора и равномерность горения плазмы в каждой разрядной трубке (плотность плазмы в каждой разрядной трубке практически одинакова). Таким образом, в реакционную камеру «впрыскивается» плазма из всех разрядных трубок с практически одинаковой плотностью в телесные углы, которые пересекаются, и образуется область распадающейся плазмы с высокой степенью однородности параметров плазмы, в которую и помещают пластину. При обработке пластин до 76 мм в диаметре неравномерность обработки составляет порядка 2÷3%. При обработке пластин до 150 мм в диаметре неравномерность обработки составляет до 5%. Для снижения такой неравномерности обработки заявленное изобретение состоит из нескольких ярусов возбуждения плазмы в реакционной камере, причем вводы разрядных трубок в реакционную камеру одного яруса смещаются относительно другого яруса и размещаются точно посередине промежутка между трубками смежного яруса. Таким образом, равномерность параметров «технологической» плазмы в реакционной камере повышается и позволяет обрабатывать пластины диаметром до 150 мм с неравномерностью 1÷1,5%.

Для обеспечения возможности управления параметрами плазмы (технологическим процессом) с помощью постоянного или высокочастотного поля смещения в реакционную камеру вводится дополнительный изолированный от корпуса реакционной камеры электрод 6. Подогреваемый предметный столик 7 для размещения обрабатываемых пластин 8 также изолирован от корпуса реакционной камеры.

Для расширения технологических возможностей устройства дополнительный вышеуказанный электрод выполняется в виде «душа» 6, через который вводятся дополнительные газы. Для решения этой же задачи вблизи предметного столика размещают кольцевой электрод (газораспределитель) 9.

Изобретение относится к СВЧ плазменным установкам для проведения процессов травления и осаждения слоев - металлов, полупроводников, диэлектриков при пониженном давлении и может быть использовано в технологических процессах создания полупроводниковых приборов с высокой степенью интеграции. Изобретение обеспечивает улучшение равномерности обработки кремниевых пластин, упрощение настройки горения плазмы в каждой разрядной трубке. Устройство СВЧ плазменной обработки содержит волноводный тракт, огибающий боковую стенку реакционной камеры, через центр широкой стенки волноводного тракта перпендикулярно к камере проходят несколько разрядных трубок, а в местах их входа и выхода в волноводный тракт накладывается магнитное поле для создания условий электронного циклотронного резонанса. Для обеспечения одинаковых параметров плазмы волноводные тракты, выполненные кольцевыми, расположены на стенке реакционной камеры ярусами со смещением разрядных трубок в ярусах друг относительно друга, а также дополнительно введен электрод, через который вводятся газы. 2 ил.

Устройство СВЧ плазменной обработки, содержащее волноводный тракт, огибающий боковую стенку реакционной камеры, через центр широкой стенки волноводного тракта, перпендикулярно к камере проходят несколько разрядных трубок, а в местах их входа и выхода в волноводный тракт накладывается магнитное поле для создания условий электронного циклотронного резонанса, отличающееся тем, что волноводные тракты, выполненные кольцевыми, расположены на стенке реакционной камеры ярусами со смещением разрядных трубок в ярусах друг относительно друга, а также дополнительно введен электрод, через который вводятся газы.