專利名稱：一種控制晶片上的直流偏壓的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種控制晶片上的直流偏壓的裝置。
背景技術(shù)：
等離子體裝置廣泛地應(yīng)用于制造集成電路(IC)或MEMS器件的制造工藝中，其中控制晶片上的直流偏壓的方法和裝置被廣泛應(yīng)用于刻蝕等工藝中。在低壓下，反應(yīng)氣體在射頻功率的激發(fā)下，產(chǎn)生電離形成等離子體，等離子體中含有大量的電子、離子、激發(fā)態(tài)的原子、分子和自由基等活性粒子，這些帶電荷的活性反應(yīng)基團(tuán)在晶片上的直流偏壓作用下，向被刻蝕物質(zhì)表面加速運(yùn)動(dòng)，轟擊被刻蝕物質(zhì)表面，與其發(fā)生各種物理和化學(xué)反應(yīng)并形成揮發(fā)性的生成物，從而使材料表面性能發(fā)生變化。
在半導(dǎo)體加工中，進(jìn)入刻蝕設(shè)備反應(yīng)腔室的工藝氣體被激活產(chǎn)生的等離子體在晶片上的直流偏壓的加速作用下刻蝕晶片表面的材質(zhì)。晶片上直流偏壓的大小和分布直接影響對(duì)晶片表面物質(zhì)的刻蝕速率和刻蝕速率的均勻性分布。此外，晶片表面上的刻蝕速率均勻性還與等離子體的分布及晶片上溫度分布等因素有關(guān)。目前的晶片的尺寸從100mm增加到300mm。反應(yīng)腔室的體積也相應(yīng)的增大，這使得要想提供更加均勻的等離子體分布、晶片上的溫度分布和晶片上的直流偏壓分布更加困難。通過(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整噴氣入口的進(jìn)氣方式，線圈或上電極的形狀，反應(yīng)腔室抽氣方式等因素，可以將晶片上的刻蝕速率和均勻性調(diào)整為基本上環(huán)形軸對(duì)稱分布，但如何消除晶片上的刻蝕速率的徑向差異，進(jìn)一步提高整個(gè)硅片上的刻蝕速率均勻性，存在比較大的困難。
圖1～3所示的系統(tǒng)是目前半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備中大多數(shù)采用的下電極系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使用者通過(guò)設(shè)定射頻電源的輸出功率來(lái)控制晶片上的直流偏壓。這種方法存在以下問(wèn)題(1)使用者只能間接控制晶片上的直流偏壓，因?yàn)樵谄ヅ渚W(wǎng)絡(luò)中的能量損失是不定和不可預(yù)測(cè)的，晶片上的直流偏壓不能通過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)定一個(gè)射頻輸出功率來(lái)保持；(2)由于噴氣入口的進(jìn)氣方式，線圈或上電極的形狀，反應(yīng)腔室抽氣方式等原因，晶片上的刻蝕速率均勻性呈現(xiàn)徑向分布，希望通過(guò)下電極系統(tǒng)調(diào)節(jié)晶片上的直流偏壓的徑向分布，以補(bǔ)償原有分布，實(shí)現(xiàn)整個(gè)晶片上均勻的刻蝕速率，圖1～3所示的系統(tǒng)顯然均不具備這一功能。
因此目前大多數(shù)的刻蝕設(shè)備都面臨著刻蝕速率不均勻的問(wèn)題，這對(duì)半導(dǎo)體制造工藝造成了很大的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種可以穩(wěn)定地控制晶片上的直流偏壓的裝置；本發(fā)明另一個(gè)目的是提供可以徑向調(diào)節(jié)被刻蝕晶片上的直流偏壓的裝置，對(duì)原有的晶片上的刻蝕速率分布進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)均勻的刻蝕速率。
本發(fā)明的目的是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種控制晶片上的直流偏壓的裝置，包括下電極、靜電吸附電極，射頻電源、射頻匹配器、直流電源、濾波器，射頻電源連接到射頻匹配器，射頻匹配器直接或通過(guò)射頻電容器與下電極連接，直流電源通過(guò)濾波器與靜電吸附電極連接，為了穩(wěn)定地控制晶片上的直流偏壓，還設(shè)有峰值檢測(cè)電路和射頻控制裝置，峰值檢測(cè)電路與下電極連接，射頻控制裝置分別與峰值檢測(cè)電路和射頻電源連接。
為了徑向調(diào)節(jié)被刻蝕晶片上的直流偏壓，對(duì)原有的晶片上的刻蝕速率分布進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)均勻的刻蝕速率，將下電極制作成同心的兩個(gè)電極，即下電極一和下電極二，分別通過(guò)各自的峰值檢測(cè)電路與射頻控制裝置連接；射頻電源和射頻匹配器各設(shè)置兩個(gè)，即射頻電源一和射頻電源二，兩個(gè)射頻電源分別連接射頻控制裝置，其中射頻電源一通過(guò)射頻匹配器一連接到下電極一，射頻電源二通過(guò)射頻匹配器二連接到下電極二；兩個(gè)射頻匹配器與兩個(gè)下電極之間也可各自連接一個(gè)射頻電容即射頻電容一和射頻電容二；靜電吸附電極也制成同心的兩個(gè)電極，即靜電吸附電極一和靜電吸附電極二，直流電源通過(guò)濾波器分別與兩個(gè)靜電吸附電極連接。
下電極與靜電吸附電極可以是各自獨(dú)立的電極，也可以是相同的電極，即一個(gè)電極可以同時(shí)作為下電極和靜電吸附電極使用，如下電極一與靜電吸附電極一為同一個(gè)電極，下電極二與靜電吸附電極二為同一個(gè)電極。
射頻控制裝置可以是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)PID算法調(diào)節(jié)，也可采用硬件形式PID控制模塊。
通過(guò)峰值檢測(cè)電路反饋由射頻控制裝置控制晶片上的直流偏壓的設(shè)計(jì)，可以穩(wěn)定地控制晶片上的直流偏壓，從而消除了反應(yīng)環(huán)境變化對(duì)晶片上的直流偏壓的影響，減小了片到片(wafer to wafer)，批到批(lot to lot)，腔室到腔室(chamber to chamber)的刻蝕速率差異；而設(shè)置兩個(gè)同心的下電極或靜電吸附電極在方式，可以控制晶片上的直流偏壓的徑向分布，對(duì)晶片上原有的刻蝕速率徑向分布差異進(jìn)行補(bǔ)償，從而使得在晶片表面上各點(diǎn)的刻蝕速率更加相近。即使隨著晶片尺寸的增大，該技術(shù)方案也能很好的控制從晶片中央到邊緣的刻蝕速率和均勻性。


圖1是現(xiàn)有的下電極系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之一；圖2是現(xiàn)有的下電極系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之二；圖3是現(xiàn)有的下電極系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之三；圖4是本發(fā)明中的單下電極控制系統(tǒng)圖；圖5是本發(fā)明中的雙下電極控制系統(tǒng)圖；
圖6是本發(fā)明中的雙下電極控制系統(tǒng)圖之二。
具體實(shí)施例方式
以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由各項(xiàng)權(quán)利要求限定。
實(shí)施例1參考圖4，為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一目的而設(shè)計(jì)的下電極系統(tǒng)圖。
控制晶片上的直流偏壓的裝置包括下電極1和靜電吸附電極2、射頻電源、射頻匹配器、直流電流和濾波器。其中，下電極1和靜電吸附電極2制成同一電極。射頻電源連接到射頻匹配器，射頻匹配器通過(guò)射頻電容器C與下電極1連接，直流電源通過(guò)濾波器與靜電吸附電極2連接，射頻電源通過(guò)射頻匹配器將射頻功率施加到下電極1，從而在晶片上產(chǎn)生直流偏壓。一個(gè)峰值檢測(cè)電路與下電極1，利用峰值檢測(cè)電路檢測(cè)下電極上的射頻電壓峰峰值，將該值傳送給計(jì)算機(jī)或者硬件PID算法模塊，通過(guò)計(jì)算機(jī)或硬件PID算法模塊內(nèi)的算法計(jì)算出的結(jié)果而調(diào)整射頻電源的設(shè)定值，從而進(jìn)行反饋控制，達(dá)到準(zhǔn)確控制晶片上的直流偏壓的目的。本發(fā)明中的射頻匹配器也可以直接與下電極1連接。
經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定，晶片上的直流偏壓約為下電極上的射頻電壓峰峰值的1/2，而在工藝過(guò)程中，直接檢測(cè)晶片上的直流偏壓是非常困難的，因此通過(guò)控制下電極上的射頻電壓峰峰值來(lái)確定晶片上的直流偏壓。
實(shí)施例2參考圖5，為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第二目的而設(shè)計(jì)的下電極系統(tǒng)圖。
控制晶片上的直流偏壓的裝置包括射頻電源一、射頻電源二、射頻匹配器一、射頻匹配器二、射頻電容器一C1、射頻電容器二C、直流電流、濾波器和兩個(gè)同心的彼此電絕緣的下電極和靜電吸附電極，即下電極11和靜電吸附電極一21、下電極12和靜電吸附二22。直流電源通過(guò)濾波器分別與靜電吸附電極一21和靜電吸附電極二2連接，射頻電源一和射頻電源二分別通過(guò)射頻匹配器一和射頻匹配器二將射頻功率施加到下電極一11和下電極二12，其中射頻電源一和射頻電源二的輸出功率分別可調(diào)，利用兩個(gè)峰值檢測(cè)電路分別檢測(cè)下電極一11與下電極二12上的射頻電壓峰的峰值，將該值傳送給計(jì)算機(jī)或者硬件PID算法模塊，通過(guò)計(jì)算機(jī)或硬件PID算法模塊內(nèi)的算法計(jì)算出的結(jié)果而調(diào)整射頻電源一和射頻電源二的設(shè)定值，從而進(jìn)行反饋控制，達(dá)到準(zhǔn)確控制晶片上的直流偏壓的目的。
其中，射頻匹配器一與下電極一12之間可以直接連接，也可以通過(guò)射頻電容一C1連接；射頻匹配器二與下電極二12之間可以直接連接，也可以通過(guò)射頻電容二C2連接。
兩個(gè)射頻電源可以加上移相控制器(諸如ENI公司的VL400移相控制器)移相(大于20度)以避免互相干擾。兩個(gè)射頻電源也可利用射頻控制裝置的共同激發(fā)(CEX)功能避免互相干擾(諸如AE公司的Navigator)。
實(shí)施例3參考圖6，為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第二目的而設(shè)計(jì)的另一種下電極系統(tǒng)圖。
本實(shí)施例中除下電極和靜電吸附電極設(shè)置在表面絕緣層內(nèi)，其余與實(shí)施例2相同，不再詳述。
本發(fā)明適用于任何需要控制晶片上的直流偏壓的場(chǎng)合。
權(quán)利要求
1.一種控制晶片上的直流偏壓的裝置，包括下電極(1)、靜電吸附電極(2)，射頻電源、射頻匹配器、直流電源和濾波器，其中射頻電源連接到射頻匹配器，射頻匹配器直接或通過(guò)射頻電容器(C)與下電極(1)連接，直流電源通過(guò)濾波器與靜電吸附電極(2)連接，其特征在于，還設(shè)有峰值檢測(cè)電路和射頻控制裝置，峰值檢測(cè)電路與下電極連接，射頻控制裝置分別與峰值檢測(cè)電路和射頻電源連接。
2.如權(quán)利要求1所述的控制晶片上的直流偏壓的裝置，其特征在于，所述的下電極(1)為同心的兩個(gè)電極(11、12)，分別通過(guò)各自的峰值檢測(cè)電路與射頻控制裝置連接；所述的射頻電源和射頻匹配器為兩個(gè)，兩個(gè)射頻電源分別連接射頻控制裝置，其中射頻電源一通過(guò)射頻匹配器一直接或經(jīng)過(guò)射頻電容一(C1)連接到下電極一(11)，射頻電源二通過(guò)射頻匹配器二直接或通過(guò)射頻電容二(C2)連接到同心的下電極二(12)；所述的靜電吸附電極為同心的兩個(gè)電極(21、22)，所述直流電源通過(guò)濾波器分別與兩個(gè)靜電吸附電極(21、22)連接。
3.如權(quán)利要求1或2所述的控制晶片上的直流偏壓的裝置，其特征在于，所述下電極與靜電吸附電極為相同電極。
4.如權(quán)利要求1或2所述的控制晶片上的直流偏壓的裝置，其特征在于，所述的射頻控制裝置是計(jì)算機(jī)或硬件PID算法控制模塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，它提供一種控制晶片上的直流偏壓的裝置，包括下電極、靜電吸附電極，射頻電源、射頻匹配器、直流電源、濾波器，射頻電源連接到射頻匹配器，射頻匹配器直接或通過(guò)射頻電容器與下電極連接，直流電源通過(guò)濾波器與靜電吸附電極連接，還設(shè)有峰值檢測(cè)電路和射頻控制裝置，峰值檢測(cè)電路與下電極連接，射頻控制裝置分別與峰值檢測(cè)電路和射頻電源連接。本裝置可以穩(wěn)定地控制晶片上的直流偏壓的裝置；本發(fā)明還可以徑向調(diào)節(jié)被刻蝕晶片上的直流偏壓，對(duì)原有的晶片上的刻蝕速率分布進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)均勻的刻蝕速率。
文檔編號(hào)C23F1/10GK1845299SQ20051013065
公開(kāi)日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2005年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月16日
發(fā)明者劉利堅(jiān) 申請(qǐng)人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司