用于实现均匀等离子处理的阶梯式上部电极制造技术

本发明专利技术公开了一种等离子放射电极，该等离子放射电极具有正面，该正面具有：中心部分，包括喷出用于产生等离子的处理气体的出气孔；以及外围部分，大致围绕出气孔。外围部分至少具有一个用于控制电极产生的等离子密度的阶梯。该电极可以用作诸如等离子蚀刻设备的平行板等离子处理设备内的接地上部电极。可以改变阶梯和位于下部电极上的相应边缘环的几何特征图形，以在圆片表面上获得要求的蚀刻速率分布。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术 一般地涉及利用高能辐照或等离子进行蚀刻的方法，更具 体地说，本专利技术涉及一种在集成半导体电路制造过程中用于控制圆片 边缘的蚀刻速率的方法和设备。
技术介绍
自二十世纪六十年代中叶以来，集成半导体电路逐渐成为大多数 电子系统的主要部件。这些小型化的电子器件可以含有成千个晶体管 以及构成微型计算机中央处理单元的内存和逻辑子系统的其它电路。 这些计算机芯片的低成本、高可靠性以及运行速度使得它们成为现代 数字电子学的无所不在的特征。集成电路芯片的制造过程通常以被称为"圆片"的、高纯度、单 晶半导体材料村底的薄、抛光片开始。对每个圆片进行一系列物理处理步骤和化学处理步骤，以在圆片上成型各种电路结构。在制造过程 中，利用各种技术，在圆片上沉积各种薄膜，例如利用热氧化法产生 二氧化硅薄膜，利用化学汽相沉积法产生硅薄膜、二氧化硅薄膜以及 硝酸硅薄膜，利用溅镀或其它技术产生其它金属薄膜。在半导体圆片上沉积薄膜后，通过利用被称为掺杂的方法，将选 择的杂质植入半导体晶格产生半导体的唯一电特性。然后，可以对掺 杂硅圆片喷涂一薄层被称为"抗蚀剂"的光敏材料或辐射敏感材料。然 后，可以利用被称为光刻技术的方法，将用于确定电路中的电子通路的小几何图形转移到抗蚀剂上。在光刻过程中，可以将集成电路图形 绘制到被称为"掩膜"的玻璃板上，然后，可有选择地去除集成电路图 形，并将集成电路图形投影转移到覆盖抗蚀剂的光敏涂层上。然后，利用被称为蚀刻的方法，将光刻抗蚀剂图形转移到半导体 材料的下结晶面上。传统的蚀刻方法采用湿化学物质，已经证明该方 法限制了可以成型在圆片上的特征图形的尺寸和宽高比(即，得到的 刻痕的高度与宽度之比)。因此，传统化学蚀刻方法限制了可以封装 到单个湿蚀刻圆片上的电路数量，并因此限制了电子器件的极限尺寸。为了克服化学蚀刻的限制，后来开发了干等离子蚀刻技术、活性 离子蚀刻技术以及离子碾磨技术。具体地说，等离子蚀刻技术可以使 垂直蚀刻速率远高于水平蚀刻速率，因此，可以充分控制蚀刻特征图 形的得到的宽高比。事实上，等离子蚀刻技术可以在厚度接近1微米 的薄膜上成型高宽高比的非常精细的特征图形。在等离子蚀刻过程中，通过在低压下对气体施加大量能量，在圆片的带掩膜表面上产生等离子。这通常是在约0.001大气压下在气体内产生放电实现的。结果等离子可能含有离子、自由基以及高动能中 性物质。通过调节待蚀刻衬底的电势，可以使等离子内的带电颗粒对 圆片的不带掩膜区域进行沖击，从而去除衬底上的原子。通常，利用对被蚀刻物质具有化学活性的气体，可以更有效进行 蚀刻。所谓"活性离子蚀刻技术，，综合了等离子的高能蚀刻作用和气体 的化学蚀刻作用。然而，已经发现许多化学活性剂会导致额外电极损 伤。为了在圆片的整个表面上实现均匀蚀刻速率，最好在圆片表面均匀分布等离子。例如，授予Rose等人的第4,792,378号和第4，820，371 号美国专利公开了一种簇射喷头电极(shower head electrode)，用于 通过该电极上的大量孔分布气体。这两项专利一般地描述了一种气体 弥散盘，为了对半导体圆片提供均匀气流，它具有小孔排列满足反应 室内存在的特定压力梯度。气体弥散盘试图用作选择隔板，用于抵消 在气体弥散盘下的梯度压力，并通过簇射喷头电极提供均匀气流以分布在圆片的整个表面上。诸如泵送口的等离子放射系统内的任何间断 或不规划均会影响在簇射喷头下面产生的等离子的密度。由于集成电路制造过程对颗粒和杂质污染非常敏感，在蚀刻过程 中，即使是空气中小至l微米的悬浮颗粒物质也必须防止它们接触圆 片表面。因此，通常，最好将等离子限定在刚好在圓片衬底之上并围绕圓片衬底的区域内。例如，Sakata等人(第4，610，774号美国专利) 公开的围绕溅镀目标的环形壁，对于在溅镀过程中趋向逃离等离子的 这些电子，它可以排斥它们，并使它们返回中心。同样，Ishii等人(第 5,571,366号美国专利)公开了一种用于等离子处理设备的送气装置， 它具有围绕其周长的环形喷射器，该喷射器将气体集中到待处理对象 的目标表面上。Maydan等人(笫5，643，394号美国专利)公开了 一种 等离子室盖，它具有用于将注射气体聚集到被处理圆片的中心的环形 反射器。通常在平行板反应设备内进行等离子处理过程，在该平行板反应 设备中由一对精密间隔的电极板确定反应容积。第4，960，488、 5,074,456、 5，569，356和6,073,577号美国专利公开了用于处理诸如硅 衬底的半导体衬底的平行板等离子处理反应器的例子。然而，在平行 板等离子反应器中使用平板式电极可能导致村底表面上的等离子密度 不均匀。通常，靠近衬底边缘的区域的等离子密度大于中心的等离子 密度。因此，在等离子蚀刻过程中使用传统平行板反应器会降低靠近 被处理村底边缘的蚀刻速率。为了提高等离子处理过程中的均匀性，已经公开了成形的电极。 请参考例如Mundt等人(第4,297,162号美国专利)、Kim等人(第 5,990,016号美国专利)、Mallon (第5,628,869号美国专利)、Donohue 等人(第6,010,636号美国专利)、Salimian (第5,716,485号美国专 利)、Zajac (第4,230,515号美国专利)。还请参考授予Mundt等人 的两个共有专利(第5，472，565号美国专利和第5，714，031号美国专利)。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于等离子反应室的电极。该电极具有包括多个出气孔的中心部分，通过该出气孔，可以从电极的外露表面送出处 理气体。阶梯位于电极的外围部分并至少部分围绕电极的中心部分延 伸。阶梯可以提高在电极外露表面附近产生的等离子的密度。电极的 中心部分是大致为平面。在优选实施例中，阶梯以这样的方式位于电 极外围的内部，即该电极延伸到阶梯之外。本专利技术还提供了一种在等离子室内处理半导体衬底的方法。该方法包括将半导体衬底支持在底部电极上；将处理气体送入等离子室 内；在上部电极外露表面的附近产生等离子；以及利用等离子处理半 导体衬底。上部电极具有中心部分和外围部分，外围部分包括从其外 露表面凸出的阶梯，该阶梯至少部分围绕中心部分延伸。该阶梯使在 电极外露表面附近产生的等离子具有预定局部密度。上部电极可以是 具有中心部分的簇射喷头电极，该中心部分具有一个或者多个出气孔，用于将处理气体注射到等离子室内。本专利技术还提供了一种用于制造半导体器件的等离子室。该等离子 室包括具有互相相对又互相分离以在其间确定间隙的各表面的顶部电 极和底部电极。底部电极包括衬底支撑。顶部电极包括中心部分和从 其外围部分凸出并至少部分围绕该中心部分延伸的阶梯。该阶梯影响 阶梯区域内在顶部电极外露表面附近产生的等离子的局部密度。等离 子室还可以包括安装在底部电极上的边缘环。该边缘环可以与上部电 极上的阶梯一起在电极外露表面附近提供预定局部等离子密度。附图说明现在，将参考附图详细说明本专利技术。图1A示出其中电极安装在平行板等离子设备内的根据本专利技术实 施例的阶梯式上部电极；图1B示出根据本专利技术另一个实施例具有整体阶梯的平行板等离 子设备的圆片边缘区域的细节；图1C示出根据本专利技术另一个实施例具有可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于等离子反应室的簇射喷头电极，所述电极包括：大致为平面的中心部分；多个出气孔，位于电极的中心部分，处理气体通过该出气孔可以从电极外露表面送出；以及阶梯，从电极外露表面凸出，该阶梯被成型为分离部件并被接合到电极外 露表面上，该阶梯位于电极的外围部分，而且至少部分围绕电极的中心部分延伸，该阶梯的内表面与大致为平面的中心部分形成钝角，该阶梯控制在电极外露表面附近产生的等离子的局部密度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：拉金德尔德辛德萨，穆昆德斯利尼瓦桑，艾伦爱普勒，埃里克兰兹，
申请(专利权)人：兰姆研究公司，
类型：发明
国别省市：US[]