等离子体腐蚀反应器和方法技术

一种等离子体腐蚀器，包括： 反应室； 第一电极； 第二电极； 其中，在形成于第一电极和第二电极之间的电场中，用反应气体产生等离子体； 气体物质的固体源位于所述反应室内。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及改进的等离子体腐蚀反应器设备和方法。专利技术的
技术介绍
已有技术中有许多用于半导体晶片的等离子体腐蚀的装置和方法。一个成功的这种设备和方法公开于美国专利4464223，对其的再审查证书颁布于1991年4月9日。此等离子体腐蚀反应器记载了由三个电极界定的反应室。上电极接地，而下电极被施加以低频电源以及直流电源。下电极也是保持半导体晶片定位的吸盘。另一电极置于上下电极之间，并且围绕反应室周边定位成基本是圆筒状。此电极被提供有高射频电源。按此设置，使用高低频电源，(1)使处理气体的分解最佳化，(2)使等离子体产生的反应物质的离子能量最佳化。虽然上述装置已经非常成功地得到应用，但是发现对反应室内的等离子体更精确的控制将有利于等离子体腐蚀反应器的操作。专利技术概述因此，本专利技术旨在改进已有技术的等离子体腐蚀反应器的操作。本专利技术的一个目的在于提供一种等离子体腐蚀反应器，其等离子体强度范围增大，以便影响和控制在反应室进行的腐蚀处理。仅列举实施例而言，这种增大的等离子体强度范围可以有利地影响腐蚀工艺的选择性和分布控制。本专利技术的另一个目的在于提供一种固体源，可以被消蚀而产生有利于腐蚀处理的气体物质。其目的还在于可控制地消蚀固体源，以便产生被消蚀的气体物质和注入的处理气体的适当混合物。本专利技术的又一个目的在于提供一种独特的喷嘴装置，可使处理气体的气流到达半导体晶片表面，以便在表面产生处理气体的均匀分布。本专利技术的再一个目的在于提供一种突出的绝缘体或挡板，以便进一步限定反应室，保证产生处理气体的均匀分布和/或与来自固体源的气体种类混合的处理气体的均匀分布。本专利技术的再一个目的在于提供一种增强的磁场，以便控制产生的等离子体和产生于固体源的气体物质的量。本专利技术的再一个目的在于限定反应室的尺寸，以便保证在半导体晶片表面产生新鲜的处理气体的均匀分布。本专利技术的又一个目的在于提供与上述一个或多个特征和目的相关的一种或多种电源，以便通过调节提供给反应室电极的电能，能够在可能的等离子体强度增大范围内选择期望的等离子体强度。最后，本专利技术的另一个目的在于提供一种反应室，由于上述目的和特征的任意一种或者全部的组合，而具有等离子体强度的增大范围。从以下的说明和附图将可了解本专利技术的其它特征、目的和方案。附图说明图1是本专利技术的等离子体腐蚀反应器的一个实施例的侧视剖面图。图2是与图1类似的图，只是增加了增强处理气体进气喷嘴。图3a和3b展示了本专利技术的喷嘴优选实施例的端视图和侧视剖面图。图4a、4b、4c和4d展示了本专利技术的喷嘴另一优选实施例的等角图、侧视剖面图、局部放大侧视剖面图和端视图。图5a、5b和5c展示了本专利技术的喷嘴又一优选实施例的侧视剖面图、局部放大侧视剖面图和端视图。图6a、6b和6c本专利技术的喷嘴再一优选实施例的侧视剖面图、局部放大侧视剖面图和端视图。图7展示了与本专利技术的实施例的周边电极相关的磁体设置的透视图。图8展示了与本专利技术的实施例的上电极相关的磁体设置的透视图。优选实施例的详细说明参见附图尤其是图1，其展示了本专利技术的等离子体腐蚀反应器20的实施例的侧视剖面图。此反应器20增强和改进了美国专利4464223所公开的反应器，该专利在此引证为参考文献。反应器20包括由接地上电极24、侧周边电极26和下电极28界定的反应室22。在优选实施例中，侧周边电极26与电源30连接，电源30为侧周边电极26提供频率最好是13.56MHz的电能，电功率最好是1100瓦。应该知道这是高频电源(最好在射频范围)，并且频率范围最好在2MHz-950MHz。也可以按100伏-5000伏之间的电压提供200瓦-3000瓦的该电能。第二电源32与下电极28连接。第二电源32最好工作在450KHz，功率最好是30瓦，电压是200伏。这是低频电源。应该知道此电源(最好是在射频范围)可以工作在10KHz-1MHz，功率范围在2瓦-1000瓦，电压范围在5伏-3000伏。下电极28也与DC电源34连接。施加于侧电极26的高频电能控制离子流量，而施加于下电极28的低频电能独立地控制离子能量。正是对电源、主要是对高频电源的控制，有利地控制了腐蚀等离子体的强度，以便提供良好的腐蚀特性。而且，正是反应器20的设计提供了增大的等离子体强度范围，通过对电源的控制可以从该强度范围选择最佳的等离子体强度。与接地的上电极24相关的是中央喷嘴36，其引导处理气体进入反应室22，指向半导体晶片48。正如以下将详细讨论的，来自喷嘴36的处理气体的气流能够有效地到达半导体晶片48的表面，并且在半导体晶片48的整个表面上提供新鲜、均匀的处理气体分布。紧接着接地的上电极24和喷嘴36的上方是排气管38，用于从反应室22排出废气物质。应该知道，泵(未示出)固定在排气管38，以便从反应室22抽空气体物质。正如图1中可见，紧接着上电极24和喷嘴36的下方是突出的周边挡板40。挡板40由绝缘材料构成，正如以下讨论的，挡板突入喷嘴36和等离子体腐蚀反应室20外壳44之间的排气通道42。突出挡板40保证来自喷嘴36和固体源50的各种气体物质在反应室22内能够形成良好的混合物。紧接着突出挡板40之下的、并且在本实施例中装入侧周边电极26的是磁体或者多个磁体46。并且最好在上电极24也装入磁体或者多个磁体47。正如以下将讨论的，这些磁体46和47中之一或两者限定了围绕反应室22的磁性封闭室并与其重合。此磁性封闭室保证反应室内的带电离子物质不从其中泄漏，并且保证带电离子物质聚集在半导体晶片48周围。此磁性封闭室阻止带电离子物质被收集在反应室22的壁上。覆盖侧周边电极26和磁体46的是侧周边固体源50。此固体源50提供气体物质的更新来源，其可以通过例如射频激励的离子的轰击进行溅射，该离子从固体源50轰击或消蚀气体物质的原子使其进入反应室22。通过施加上述AC电源之一或两者的脉冲，可以影响来自固体源表面的气体物质的消蚀。作为进一步的优点，作为固体源消蚀表面的部位，不会通过气体物质的结合而在消蚀表面上形成颗粒。于是，避免了因形成在固体的消蚀部位上的这种颗粒产生的污染。以下讨论固体源50的变化。紧接着固体源50之下的是晶片吸盘52，其使半导体晶片48相对于反应室22定位。晶片夹具53把晶片48保持在晶片吸盘52上。在本实施例中，晶片吸盘52以及下电极28可以垂直向下移动，以便插入和取出晶片48。在本实施例中，如果需要，可以采用冷却水管54冷却侧周边电极26和磁体46。还可以知道如果需要可以采用热水管56加热固体源50。加热固体源50、尤其是其暴露的前表面的其它方法，包括电阻加热和感应加热，和由灯和其它光子源提供的辐射热。突出挡板40以及磁体的构型、来自喷嘴的处理气流、从固体源消蚀的气体物质，均是为了在半导体晶片表面附近提供高强度的等离子体。这种构型极大地扩大了在反应室22内可以实现的强度范围。通过控制由电源30提供给周边电极26的电能，可以从较大的密度范围中选择需要的精确密度。如果需要减少来自固体源的气体物质消蚀率，以及降低等离子体的密度，则可调低电源。另外，为了增强反应室22中的等离子体密度，则可调高电源。仅举例而言，如果准备腐蚀多晶硅层，则应调低高频电源30以低密度等离子体形式提供电能并要求较低的来自固体源本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等离子体腐蚀器，包括反应室；第一电极；第二电极；其中，在形成于第一电极和第二电极之间的电场中，用反应气体产生等离子体；气体物质的固体源位于所述反应室内。2.根据权利要求1的反应器，包括用于控制气体物质从固体源的消蚀率的装置。3.根据权利要求1的反应器，其中所述反应室具有针对所述反应室的工作压力最佳化的高度。4.根据权利要求1的反应器，包括与所述第一和第二电极之一相关的气体喷嘴；适用于把晶片保持在所述气体喷嘴之下的晶片吸盘；其中，根据反应室中的工作压力，气体喷嘴在保持于所述晶片吸盘的晶片之上与其相距约10英寸或更小。5.根据权利要求1的反应器，包括用于增大所述反应室内所包含的等离子体密度范围的装置。6.根据权利要求1的反应器，包括用于控制气体物质从固体源的消蚀率的装置，以便控制增大的等离子体密度范围内的所述物质的浓度。7.根据权利要求1的反应器，其中通过来自等离子体的离子轰击固体源，消蚀所述气体物质的固体源的至少部分表面，该消蚀避免了颗粒在固体源上的积累。8.根据权利要求1的反应器，其中第一和第二电极产生电场，以便选择性地消蚀来自固体源的气体物质。9.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，其中所述固体源由电介质、半导体和导体中之一构成。10.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，其中设置AC电源，以便为所述第一电极和所述第二电极中之一提供电能；以及从固体源消蚀气体物质，由AC电源控制反应气体物质的消蚀率。11.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，包括可以控制固体源温度的温度控制器，以便控制气体物质从固体源的消蚀率。12.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，包括光子源；其中，气体物质从固体源的消蚀与撞击在固体源上的光子通量相关。13.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，其中包括与第一电极和第二电极之一连接的电源；其中，所述电源脉冲供电，以便控制气体物质从固体源的消蚀率。14.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，包括工作在第一频率的第一AC电源；工作在第二频率的第二AC电源；所述第一AC电源与所述第一电极和第二电极之一连接；所述第二AC电源与所述第一电极和第二电极之另一个连接。15.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，其中所述固体源用做所述第一电极和所述第二电极之一的覆盖。16.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，其中所述反应室是圆筒状；所述第一电极和所述第二电极之一是圆筒状；所述固体源是圆筒状，覆盖圆筒状的所述第一电极和所述第二电极之一。17.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，其中所述固体源选用具有的气体物质从其溅射的比率低的材料。18.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，其中所述固体源包括铝，以使气体物质从其向所述反应室溅射的比率低。19.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，其中所述固体源提供的气体物质适合于晶片特征的线宽控制。20.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，其中所述固体源是用于钝化反应室内的工件的气体物质源。21.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，其中选择所述固体源，以便提高在反应室内的腐蚀处理的选择性。22.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，其中所述固体源是选自氮化硅、铝和二氧化硅中之一的电介质。23.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，其中所述固体源是包括一种或多种金属氧化物的电介质。24.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，其中所述固体源是包含碳化硅的半导体。25.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，其中所述固体源是包含石墨和铝中之一的导体。26.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，其中所述固体源包含所述第一电极和所述第二电极中之一。27.根据权利要求9的等离子体腐蚀反应器，包括与所述第一电极连接的第一AC电源，以便控制气体物质从所述固体源的消蚀率，以及控制反应室内的等离子体密度。28.根据权利要求25的等离子体腐蚀反应器，其中所述第一AC电源处于高频范围。29.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，包括与所述第一电极连接的第一电源，与所述第二电极连接的第二电源，所述第一AC电源约为13.56MHz，第二AC电源约为450MHz。30.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，其中所述固体源被加热。31.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，其中所述固体源被加热至大于约80℃的温度。32.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，其中利用辐射、传导或感应中之一加热所述固体源。33.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，其中所述反应室在工作过程中保持在小于约150毫乇。34.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，其中所述反应室在工作过程中保持在约20毫乇或以下。35.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，其中选择所述固体源，以便控制气体物质从其的消蚀率。36.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，包括；与所述第一电极连接的第一电源，与所述第二电极连接的第二电源；第一电源和第二电源中至少一个是脉冲电源，以便影响气体物质从固体源的溅射率。37.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，包括位于所述反应室的挡板，以便保证气体物质的均匀等离子体。38.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，包括突出进反应室的绝缘体，以便保证气体物质的均匀等离子体。39.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，包括所述固体源由氧化铝构成；与第一电极和第二电极中之一连接的第一电源，所述第一电源工作在约600伏以上的峰间电压，为了影响从固体源的溅射，并且工作在600伏以下的峰间电压，为了抑制从固体源的溅射。40.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，其中第一电源与第一电极和第二电极中之一连接，选择第一电源的电压电平，为了确定从所述固体源的消蚀率。41.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，其中所述固体源由可以从其消蚀气体物质的材料构成，为了影响选择性和分布控制中的至少一个。42.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，其中所述反应器适合在小于约150毫乇的压力下制造具有亚微米特征的产品，控制固体源的消蚀，以便影响等离子体中的所述固体物质的浓度。43.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，包括所述第一电极位于所述固体源附近；高频电源和低频电源与所述第一电极连接；低频电源与所述第二电极连接。44.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，包括把处理气体引入反应室的喷嘴；用于保持工件的吸盘；所述吸盘位于所述喷嘴之下；所述喷嘴具有处理气体出口，该出口在与喷嘴和吸盘的连接线正交的方向以及与喷嘴和吸盘的连接线斜交的方向中的至少一个方向上，引导处理气体流，以便混合来自喷嘴的处理气体和从所述固体源消蚀的气体物质。45.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，包括气体入口喷嘴，适合于向晶片提供处理气体流。46.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，包括所述喷嘴具有单一出口。47.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，其中所述喷嘴具有多个出口，把气体流引导至晶片边缘周围。48.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，其中所述喷嘴向晶片引导约12个或更少的气体流。49.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，其中气体流在到达晶片表面之前呈现准直。50.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，其中所述喷嘴具有多个出口，把气体流引导至晶片中央和晶片边缘。51.根据权利要求50的等离子体腐蚀反应器，其中所述气体流在到达晶片表面之前呈现准直，然后在晶片表面气流汇合成基本均匀分布的处理气体。52.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，包括用于围绕所述反应室形成磁性封闭的装置，以便影响气体物质从固体源的消蚀率。53.根据权利要求52的等离子体腐蚀反应器，其中采用永磁体和电磁铁中至少一种形成所述磁性封闭。54.根据权利要求1的等离子体腐蚀反应器，其中除了所述固体源之外，还采用气体物质源；所述气体源由TEOS构成。55.一种等离子体腐蚀反应器，包括反应室；第一电极；第二电极；与所述第一电极连接的电源；用于通过控制电源对所述反应室中的等离子体密度进行控制的装置。56.根据权利要求55的等离子体腐蚀反应器，包括用于使电源脉冲输出的装置。57.根据权利要求55的等离子体腐蚀反应器，包括通过所述电源的作用而消蚀气体物质的固体源。58.根据权利要求55的等离子体腐蚀反应器，包括把处理气体引入所述反应室的喷嘴，该喷嘴适合向晶片表面附近提供处理气流。59.根据权利要求57的等离子体腐蚀反应器，其中在到达晶片表面之前的位置所述气流呈现准直。60.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬·P·德奥尼拉斯，莱斯利·G·杰德，艾尔弗德·科弗，罗伯特·C·韦尔，库尔特·A·奥尔森，
申请(专利权)人：泰格尔公司，
类型：发明
国别省市：