等離子體腐蝕反應器和方法

2023-05-28 19:44:31

專利名稱：等離子體腐蝕反應器和方法
技術領域：
本發明涉及改進的等離子體腐蝕反應器設備和方法。
發明的
背景技術：
已有技術中有許多用於半導體晶片的等離子體腐蝕的裝置和方法。一個成功的這種設備和方法公開於美國專利4464223，對其的再審查證書頒布於1991年4月9日。此等離子體腐蝕反應器記載了由三個電極界定的反應室。上電極接地，而下電極被施加以低頻電源以及直流電源。下電極也是保持半導體晶片定位的吸盤。另一電極置於上下電極之間，並且圍繞反應室周邊定位成基本是圓筒狀。此電極被提供有高射頻電源。按此設置，使用高低頻電源，(1)使處理氣體的分解最佳化，(2)使等離子體產生的反應物質的離子能量最佳化。
雖然上述裝置已經非常成功地得到應用，但是發現對反應室內的等離子體更精確的控制將有利於等離子體腐蝕反應器的操作。
發明概述因此，本發明旨在改進已有技術的等離子體腐蝕反應器的操作。
本發明的一個目的在於提供一種等離子體腐蝕反應器，其等離子體強度範圍增大，以便影響和控制在反應室進行的腐蝕處理。僅列舉實施例而言，這種增大的等離子體強度範圍可以有利地影響腐蝕工藝的選擇性和分布控制。
本發明的另一個目的在於提供一種固體源，可以被消蝕而產生有利於腐蝕處理的氣體物質。其目的還在於可控制地消蝕固體源，以便產生被消蝕的氣體物質和注入的處理氣體的適當混合物。
本發明的又一個目的在於提供一種獨特的噴嘴裝置，可使處理氣體的氣流到達半導體晶片表面，以便在表面產生處理氣體的均勻分布。
本發明的再一個目的在於提供一種突出的絕緣體或擋板，以便進一步限定反應室，保證產生處理氣體的均勻分布和/或與來自固體源的氣體種類混合的處理氣體的均勻分布。
本發明的再一個目的在於提供一種增強的磁場，以便控制產生的等離子體和產生於固體源的氣體物質的量。
本發明的再一個目的在於限定反應室的尺寸，以便保證在半導體晶片表面產生新鮮的處理氣體的均勻分布。
本發明的又一個目的在於提供與上述一個或多個特徵和目的相關的一種或多種電源，以便通過調節提供給反應室電極的電能，能夠在可能的等離子體強度增大範圍內選擇期望的等離子體強度。
最後，本發明的另一個目的在於提供一種反應室，由於上述目的和特徵的任意一種或者全部的組合，而具有等離子體強度的增大範圍。
從以下的說明和附圖將可了解本發明的其它特徵、目的和方案。


圖1是本發明的等離子體腐蝕反應器的一個實施例的側視剖面圖。
圖2是與圖1類似的圖，只是增加了增強處理氣體進氣噴嘴。
圖3a和3b展示了本發明的噴嘴優選實施例的端視圖和側視剖面圖。
圖4a、4b、4c和4d展示了本發明的噴嘴另一優選實施例的等角圖、側視剖面圖、局部放大側視剖面圖和端視圖。
圖5a、5b和5c展示了本發明的噴嘴又一優選實施例的側視剖面圖、局部放大側視剖面圖和端視圖。
圖6a、6b和6c本發明的噴嘴再一優選實施例的側視剖面圖、局部放大側視剖面圖和端視圖。
圖7展示了與本發明的實施例的周邊電極相關的磁體設置的透視圖。
圖8展示了與本發明的實施例的上電極相關的磁體設置的透視圖。
優選實施例的詳細說明參見附圖尤其是圖1，其展示了本發明的等離子體腐蝕反應器20的實施例的側視剖面圖。此反應器20增強和改進了美國專利4464223所公開的反應器，該專利在此引證為參考文獻。
反應器20包括由接地上電極24、側周邊電極26和下電極28界定的反應室22。在優選實施例中，側周邊電極26與電源30連接，電源30為側周邊電極26提供頻率最好是13.56MHz的電能，電功率最好是1100瓦。應該知道這是高頻電源(最好在射頻範圍)，並且頻率範圍最好在2MHz-950MHz。也可以按100伏-5000伏之間的電壓提供200瓦-3000瓦的該電能。
第二電源32與下電極28連接。第二電源32最好工作在450KHz，功率最好是30瓦，電壓是200伏。這是低頻電源。應該知道此電源(最好是在射頻範圍)可以工作在10KHz-1MHz，功率範圍在2瓦-1000瓦，電壓範圍在5伏-3000伏。下電極28也與DC電源34連接。施加於側電極26的高頻電能控制離子流量，而施加於下電極28的低頻電能獨立地控制離子能量。
正是對電源、主要是對高頻電源的控制，有利地控制了腐蝕等離子體的強度，以便提供良好的腐蝕特性。而且，正是反應器20的設計提供了增大的等離子體強度範圍，通過對電源的控制可以從該強度範圍選擇最佳的等離子體強度。
與接地的上電極24相關的是中央噴嘴36，其引導處理氣體進入反應室22，指向半導體晶片48。正如以下將詳細討論的，來自噴嘴36的處理氣體的氣流能夠有效地到達半導體晶片48的表面，並且在半導體晶片48的整個表面上提供新鮮、均勻的處理氣體分布。
緊接著接地的上電極24和噴嘴36的上方是排氣管38，用於從反應室22排出廢氣物質。應該知道，泵(未示出)固定在排氣管38，以便從反應室22抽空氣體物質。
正如圖1中可見，緊接著上電極24和噴嘴36的下方是突出的周邊擋板40。擋板40由絕緣材料構成，正如以下討論的，擋板突入噴嘴36和等離子體腐蝕反應室20外殼44之間的排氣通道42。突出擋板40保證來自噴嘴36和固體源50的各種氣體物質在反應室22內能夠形成良好的混合物。
緊接著突出擋板40之下的、並且在本實施例中裝入側周邊電極26的是磁體或者多個磁體46。並且最好在上電極24也裝入磁體或者多個磁體47。正如以下將討論的，這些磁體46和47中之一或兩者限定了圍繞反應室22的磁性封閉室並與其重合。此磁性封閉室保證反應室內的帶電離子物質不從其中洩漏，並且保證帶電離子物質聚集在半導體晶片48周圍。此磁性封閉室阻止帶電離子物質被收集在反應室22的壁上。
覆蓋側周邊電極26和磁體46的是側周邊固體源50。此固體源50提供氣體物質的更新來源，其可以通過例如射頻激勵的離子的轟擊進行濺射，該離子從固體源50轟擊或消蝕氣體物質的原子使其進入反應室22。通過施加上述AC電源之一或兩者的脈衝，可以影響來自固體源表面的氣體物質的消蝕。作為進一步的優點，作為固體源消蝕表面的部位，不會通過氣體物質的結合而在消蝕表面上形成顆粒。於是，避免了因形成在固體的消蝕部位上的這種顆粒產生的汙染。以下討論固體源50的變化。
緊接著固體源50之下的是晶片吸盤52，其使半導體晶片48相對於反應室22定位。晶片夾具53把晶片48保持在晶片吸盤52上。在本實施例中，晶片吸盤52以及下電極28可以垂直向下移動，以便插入和取出晶片48。
在本實施例中，如果需要，可以採用冷卻水管54冷卻側周邊電極26和磁體46。還可以知道如果需要可以採用熱水管56加熱固體源50。加熱固體源50、尤其是其暴露的前表面的其它方法，包括電阻加熱和感應加熱，和由燈和其它光子源提供的輻射熱。
突出擋板40以及磁體的構型、來自噴嘴的處理氣流、從固體源消蝕的氣體物質，均是為了在半導體晶片表面附近提供高強度的等離子體。這種構型極大地擴大了在反應室22內可以實現的強度範圍。通過控制由電源30提供給周邊電極26的電能，可以從較大的密度範圍中選擇需要的精確密度。如果需要減少來自固體源的氣體物質消蝕率，以及降低等離子體的密度，則可調低電源。另外，為了增強反應室22中的等離子體密度，則可調高電源。
僅舉例而言，如果準備腐蝕多晶矽層，則應調低高頻電源30以低密度等離子體形式提供電能並要求較低的來自固體源50的消蝕率。另外，如果準備腐蝕矽化物，則應以較密的等離子形式調高電能並要求較高的來自固體源50的消蝕率。而且，也可以調節低頻率電源以便影響在上述本發明中的腐蝕處理的結果。
對於已有的器件來說不可能進行上述範圍的操作。應該知道可以採用上述特徵中的一個或者多個，擴大等離子體密度範圍，由此改善腐蝕處理，並且落入本發明的精神實質和範圍。
反應器20的另一實施例如圖2所示。相同的部件用上述的相同數字進行標記。圖2中，已對噴嘴36進行改進，以便改善反應室22中的氣體物質混合物的均勻性。正如從圖2可見，噴嘴36包括可以在多個方向為處理氣體形成通道的集流腔70。集流腔70設置有水平噴口72、74，平行於上電極24水平地引導處理氣體流。噴口76垂直向下地引導氣體流直接達到晶片48。噴口78和80在與水平斜交的方向為處理氣體流形成通道，主要朝向晶片48的周邊，以便保證處理氣體的均勻分布和/或噴射的或其它從固體源50消蝕的氣體物質與處理氣體流的良好混合物的均勻分布。在本實施例中，也正是集流腔70的噴口和突出擋板40的結合保證了(1)噴射的或從固體源50消蝕的氣體物質的良好混合物，(2)來自噴嘴36口的處理氣體的良好混合物存在於半導體晶片48的表面。
在此變化的實施例中，如果需要，可以用周邊電極26連通第二低頻電源31。此電源最好具有450KHz的頻率。此電源在各方面應與電源32相同。高頻電源30應控制等離子體密度，而低頻電源31應控制氣體物質從固體源的消蝕率。這對於高頻電源來說，是控制等離子體密度和固體源中的消蝕率的一種替換方式。
現有技術的器件中的腐蝕通常在300-500毫乇下進行，該範圍比本發明的反應器設想的低壓高出一階到兩階幅度。對於已有技術的半導體器件所要求的亞微米特徵的腐蝕，需要低壓操作。但是，在低壓更加難以實現高密度等離子體。
對於圖1和2的實施例，本發明提出包含在低壓(3-5毫乇)的等離子體的磁場，具有高等離子體密度(在晶片處的1011cm3)，並且具有低的離子能量(小於15-30電子伏特)。通常，低壓操作應在約150毫乇或者約100毫乇以下，最好在約20毫乇或約10毫乇或以下。對於亞微米(小於0.5微米)器件，等離子體源必須工作在低壓，並且具有在晶片處的高密度激活氣體和低離子能量，以便產生良好的腐蝕結果。通過使晶片特徵的底切最小化以及使微加載(腐蝕聚集特徵比弱聚集特徵更快)的影響最小化，這兩者均對整個合格率有不利影響，由此低壓等離子體改善了腐蝕的整體質量。但是，低壓等離子體要求在晶片處的高密度等離子體，以增加與待腐蝕的半導體晶片上的薄膜反應的等離子體顆粒數量，以便保持快速腐蝕速率。快速腐蝕速率是實現高的平均生產率的因素之一。而且，低的離子能量可以改善腐蝕選擇性並使晶片損壞最小。這兩者均改善了整體合格率。設想本實施例可以在約150毫乇以下工作。
本發明的反應器20可以用於腐蝕要求不同腐蝕化學性質或方法的各種不同的襯底或膜。通常，這種化學性質包括兩種或更多的以下氣體滷素氣體、含滷素的氣體、惰性氣體和雙原子氣體。
以下將更具體地說明上述特徵的變化。
固體源已經證實，從固體源50消蝕或濺射的氣體物質，或者從其消蝕或濺射的物質的缺乏，對在等離子體腐蝕反應器20中進行的腐蝕處理的成功具有重要的作用。僅舉例而言，固體源50可以由電介質材料例如二氧化矽(SiO2)或者石英組成，在由射頻激勵的離子的轟擊下，這些材料從固體源向反應室提供矽和氧的氣態離子。另一種電介質固體源可以包括陶瓷例如氧化鋁(Al2O3)。當被激勵的氣態離子撞擊時此陶瓷具有低的濺射率或消蝕率，而且在不要求或不需要來自固體源的額外分布的情況下這種陶瓷是有效的。特別是，就氧化鋁而言，在約600伏的峰間電源下，未觀察到濺射。超過該閾值，則存在來自氧化鋁固體源的濺射。
通常，固體源可以由半導體材料、電介質材料或者導體組成。事實上，固體源應包含在包括電極的材料中，這些材料可以被消蝕從而為反應室中的等離子體提供適當的氣體物質。除了氧化鋁(Al2O3)之外的其它金屬氧化物，適當的電介質材料還包括氮化矽(Si3N4)。半導體材料可以包括碳化矽(SiC)。而且，導體可以包括石墨和鋁固體源50的表面溫度最好在80℃以上，以便提供足夠的濺射。在此溫度並且通過適當激勵離子消蝕這些固體源的表面，對於來自氣體物質的顆粒的形成，正如在此討論的，固體源不會成為冷穴，這些顆粒會逸出及汙染反應室22。如以上所述，通過高頻電源30可以控制從固體源50的氣體物質的消蝕率或濺射率。通過增強電源30，高能離子可以用於轟擊固體源50，以便提高為了腐蝕處理的目的而從固體源消蝕氣體物質的比率。舉例而言，應使用二氧化矽的固體源，由於來自二氧化矽的氣體物質濺射將鈍化半導體晶片上的垂直表面，所以增強的轟擊將提高各向異性腐蝕，以致這種表面將不被氣態腐蝕劑底切。
從固體源50的氣體物質的進一步消蝕可以用於在過腐蝕情況下提供選擇性。在腐蝕過程中，腐蝕氣體用於選擇地腐蝕掉例如已經澱積在氧化層上的多晶矽。光刻膠保護不準備腐蝕的多晶矽，而暴露準備腐蝕掉的多晶矽。腐蝕掉多晶矽之後，留下下面的氧化層。在某些情況，在氧化物襯底頂部的不需要的區域仍留有少量澱積的多晶矽。可以採用過腐蝕去除這種不需要的多晶矽。但是，過腐蝕也會不期望地腐蝕進以及去除氧化層。由於使用固體源，來自其的氣體物質可以用於保證氧化物襯底不被腐蝕，同時腐蝕掉剩下的殘留多晶矽澱積物。在此工藝中，來自二氧化矽源的物質澱積在氧化物襯底和殘留的多晶矽上。但是，多晶矽的去除或腐蝕速率高於來自固體源的物質向多晶矽的澱積速率，因此腐蝕剩下的多晶矽不會損壞氧化物襯底。
在上述過腐蝕工藝過程中，調低等離子體電源30，降低DC偏置34。僅舉例而言，電源30調低到一瓦，並且關閉DC電源。氧化物與多晶矽的激活能曲線呈現隨能量的降低，多晶矽連續被腐蝕但速率較慢，同時氧化物的腐蝕降低接近為零。
在另一個實施例中，半導體晶片包括已經澱積在多晶矽層上的矽化鎢(WSi2)，多晶矽層已經澱積在氧化物襯底上。在晶片上設置適當的光刻膠層，把晶片暴露在腐蝕室22中的處理氣體。第一反應氣體腐蝕掉矽化鎢，有時遺留矽化鎢的澱積物，稱之為脈道(stringers)，尤其是在矽化鎢和多晶矽具有臺階特徵的區域。正是在這種臺階的基底會留下矽化鎢的這種脈道(stringers)。通過使用上述的固體源50，可以控制腐蝕工藝的選擇性，防護多晶矽和氧化物的底層，以使半導體器件的物理尺寸和電氣性能不會以任何不期望的方式發生變化。於是，採用這種方法並控制選擇性，對下表面不產生破壞。發現採用上述設置，矽化鎢與多晶矽的去除選擇性約為4比1。換言之，矽化鎢的去除率約是多晶矽的腐蝕率的四倍。不採用這種設置，發現選擇性約為0.7比1，這意味著矽化鎢的腐蝕率約是多晶矽的腐蝕率的0.7倍。對於其它類型的金屬矽化物、例如矽化鈦、矽化鈷和矽化鉬獲得了類似的結果。正是這些類型的金屬矽化物被用於製造MOSFET、LED和平面顯示器。
氣體源除了針對從固體源消蝕的氣體物質所說明的優點之外，通過在處理氣體中引入具有從固體源表面消蝕的氣體物質所產生的效果的氣體，也可以實現這種優點。僅舉例而言，可以與處理氣體一起引入氣態形式的矽酸乙酯(TEOS)。TEOS是用於腐蝕處理的矽源和氧源。TEOS在處理室中提供與二氧化矽(SiO2)固體源所提供的相同的氣體物質，並對腐蝕工藝具有如上所述的優點。應予注意，固體源和這種物質的氣體源的結合將落入本發明的精髓和範圍之內。
噴嘴圖3a、3b、4a、4b、4c、4d、5a、5b、5c、6a、6b和6c展示了可以用於本發明的噴嘴裝置的一些可替換優選實施例。傳統的噴嘴通常構成為「噴淋頭」構型，具有多達200個噴射處理氣體的噴口。這種裝置的作用是保證處理氣體均勻分布在處理室內，特別是在待處理的半導體晶片表面。已有技術的裝置已經發現早已與晶片表面反應的用過的氣體產生了滯流層，因而衝淡了引向表面的新的處理氣體的均勻性。本發明改善了這種已有的噴嘴。本發明包括的噴嘴產生處理氣體的斷續準直氣流，匯合於晶片表面附近，在晶片表面產生均勻分布。氣體速度和氣流體積保證新鮮的處理氣體到達半導體晶片表面。於是，新鮮的處理氣體均勻分布在半導體晶片表面。這些處理氣體流攪動晶片表面的氣體，形成處理氣體和從固體源表面消蝕的氣體物質的均勻分布。
圖3a和3b展示了具有標記為92的噴口的單噴口噴嘴90。該噴嘴最好由鋁製成。按此設置，單氣流射向半導體晶片。
圖4a、4b、4c和4d展示了本發明噴嘴94的另一個優選實施例，也是由鋁製成的。在此設置中，噴嘴94包括限定處理氣體流的12個噴口，把氣體引向半導體晶片。最好以與垂直斜交的角度引導氣流，每個氣流的中心線指向晶片的外圍邊緣。這種設置也有利於保證在晶片表面存在新的處理氣體的均勻分布。正如從圖4d可見，噴口圍繞噴嘴面的周邊分布。
圖5a、5b和5c展示了本發明的噴嘴98的又一實施例。在此設置中，噴口99呈現星形，某些噴口設置在噴嘴98的面(圖5c)的周邊上，而其它噴口以噴嘴中心線上的一個噴口為中心地設置。正象來自圖4a的噴嘴的氣體，圖5a的噴嘴氣流與垂直成一角度，從而指向半導體晶片主體和半導體晶片邊緣，以便提供處理氣體的均勻分布。
圖6a、6b和6c展示了本發明噴嘴100的再一優選實施例。在此實施例中，噴口102基本上指向與噴嘴和半導體晶片之間的垂直線正交的方向。在此實施例中，噴嘴指向側壁上的固體源，以便保證來自固體源的氣體物質和處理氣體的充分混合。
磁性封閉上述磁體46、47提供圍繞反應室22的磁性封閉，保證在低壓下可以形成高密度等離子體。應記得通過氣體原子和電子的碰撞產生等離子體，產生離子用於在低壓下產生高密度等離子體。本發明對此的實現是通過在使損失於反應器壁的離子減至最小的同時，增加電子渡越等離子體的總通道長度。移向等離子體的電子被磁場反射進等離子體，從而增加了電子的通道長度。
根據本發明，磁體可以是電磁鐵或者永磁體，均在本發明的精髓和範圍內。圍繞腐蝕室的這些磁體產生磁場包容器。磁場效應僅存在於反應器壁附近，事實上不存在於晶片上，並產生固有均勻的等離子體。這些磁體可以利用較強的磁性封閉為電極提供保護，電極上的消蝕較小。封閉較弱則提供對電極和固體源的較多消蝕。
於是由磁體46、47產生的磁性封閉被設計成聚集等離子體，並且可以具有保護處理室部分包括電極免受等離子體侵蝕的效果。結果，由於降低了置換電極的成本，所以可以顯著節約成本。
圖7和8展示了磁體46、47的布置，分別與側電極26和上電極24相關。正如從圖7可見，存在相對於電極26的多個槽60。在優選實施例中，全部槽均被磁體46填充。對此特定實施例，確定在電極26中有36個陶瓷磁體。這些磁體在磁極面均具有約300高斯-約600高斯的強度。這些磁體位於固體源50之後，影響來自固體源的氣體物質的消蝕率。如上所示，沒有這些磁體會有過多的氣體物質從固體表面消蝕，因而影響腐蝕處理。
應予注意這些磁體是極面磁體。北極和南極在磁體的面62和相反面64上。這些磁體交替布置，以使首先一個磁體46的北極面、然後第二個磁體46的南極面指向處理室的中央。圍繞電極26的外周邊重複這種布置。
圖8展示了與上電極24相關的磁體47布置。圖8中，全部槽66均填充與磁體46相同的磁體。在此特定實施例中，從電極24的中心向外輻射有36個磁體，以使36個磁體端位於電極24的外圍邊緣。這些磁體也是極面磁體，北極和南極從磁體的側面突出。對於圖8的構型，磁體交替以北極然後南極面向處理室。
應該知道，可以用更強的磁體例如稀土磁體替換上述磁體。在這種情況下，為了獲得類似的磁性封閉，需要的磁體數量將減少。稀土磁體在磁體極面表面將具有約1500高斯-約2500高斯的強度。磁體在磁體極面表面的強度最好是約2000高斯-約2200高斯。
反應室為了提高等離子體的均勻性，如上述和影響所述，對本發明的反應室做了特殊設計。如上所述，相對於反應室22的物理特性，擋板40和噴嘴36、70的設置有利於反應室22中的處理氣體的均勻性。擋板40確保從固體源50表面消蝕的氣體物質不被泵通過排氣井38立即上抽，而是與反應室中的半導體晶片48附近的氣體混合。此外，具有垂直、水平和斜角引導氣體流的噴口的噴嘴36確保來自固體源的任何氣體物質與來自噴嘴的處理氣體完全混合，並確保此均勻混合物提供給半導體晶片48。
反應室從噴嘴到半導體晶片表面的高度可以最佳化。已有技術的裝置具有51/4」的高度。已經發現按上述高度，也可以使噴嘴布置最佳化，以便具有來自噴嘴的氣流，在半導體晶片表面提供處理氣體的均勻分布。於是，對於改變反應室高度，也可以針對腐蝕處理包括使用固體源的腐蝕處理，使與反應室壓力相比的噴嘴圖形最佳化。此高度與反應室直徑無關，雖然在一個優選實施例中反應室直徑約是14″。僅舉例而言，對於在2-3毫乇壓力下在反應室22中進行優選操作來說，反應室的高度最好是約4」。對於小於4」的高度，氣流仍舊是準直的，不能在晶片表面均勻散開。對於大於4」的高度，氣流將在半導體晶片表面上匯合在一起，從而不能在晶片表面提供均勻分布的處理氣體。
對於給定的噴嘴構型，已經發現反應室22的高度與室內壓力的乘積應當是常數，以便提供最佳的性能。因此，如上所述，採用4」的高度和2-3毫乇的壓力可以實現最佳性能。壓力和高度值的範圍包括對應於100毫乇的1/10英寸的高度範圍到對應於1毫乇的10」的高度，由此可得最佳性能。這就是說，隨著反應室內的壓力增加，反應室高度可以減小，隨著壓力降低，高度將增加，以便提供(1)從固體源消蝕的氣體、(2)注入的處理氣體、和(3)來自晶片的反應產物的最佳混合。
本發明的效果在於，(1)提高選擇性(亦即例如保護氧化物襯底)，(2)增強腐蝕工藝的分布控制，和(3)增強線寬控制(亦即保護多晶矽不受腐蝕處理的影響，從而將正確的線寬從光刻膠轉移到晶片)。
工業實用性本發明提供了一種腐蝕系統，該系統提供(1)可控的各向異性分布(亦即直線、垂直側壁)，同時提供(2)腐蝕選擇性，使對下層襯底例如氧化物或其它晶片材料的損壞減至最小，同時提供(3)在非均勻區域上的腐蝕均勻性，以便消除脈道(stringers)和其它殘留澱積物。本發明的系統提供在小於0.5微米、最好小於0.25微米的亞微米範圍內的腐蝕。
因此，通過提供遍布於反應室內的等離子體密度的較大範圍，本發明實現了上述目的。利用上述氣體物質的固體源、包括突出擋板和反應室高度在內的反應室構型、噴嘴構型、和磁場構型，影響等離子體密度範圍。通過調節施加於一個或多個電極的電源，則可控制該密度。
從附圖和權利要求書中，可以獲得本發明的其它特徵、方案和目的。
應該知道可以開發本發明的其它實施例，並且處於本發明和權利要求書的精髓和範圍之中。
權利要求
1.一種等離子體腐蝕器，包括反應室；第一電極；第二電極；其中，在形成於第一電極和第二電極之間的電場中，用反應氣體產生等離子體；氣體物質的固體源位於所述反應室內。
2.根據權利要求1的反應器，包括用於控制氣體物質從固體源的消蝕率的裝置。
3.根據權利要求1的反應器，其中所述反應室具有針對所述反應室的工作壓力最佳化的高度。
4.根據權利要求1的反應器，包括與所述第一和第二電極之一相關的氣體噴嘴；適用於把晶片保持在所述氣體噴嘴之下的晶片吸盤；其中，根據反應室中的工作壓力，氣體噴嘴在保持於所述晶片吸盤的晶片之上與其相距約10英寸或更小。
5.根據權利要求1的反應器，包括用於增大所述反應室內所包含的等離子體密度範圍的裝置。
6.根據權利要求1的反應器，包括用於控制氣體物質從固體源的消蝕率的裝置，以便控制增大的等離子體密度範圍內的所述物質的濃度。
7.根據權利要求1的反應器，其中通過來自等離子體的離子轟擊固體源，消蝕所述氣體物質的固體源的至少部分表面，該消蝕避免了顆粒在固體源上的積累。
8.根據權利要求1的反應器，其中第一和第二電極產生電場，以便選擇性地消蝕來自固體源的氣體物質。
9.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，其中所述固體源由電介質、半導體和導體中之一構成。
10.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，其中設置AC電源，以便為所述第一電極和所述第二電極中之一提供電能；以及從固體源消蝕氣體物質，由AC電源控制反應氣體物質的消蝕率。
11.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，包括可以控制固體源溫度的溫度控制器，以便控制氣體物質從固體源的消蝕率。
12.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，包括光子源；其中，氣體物質從固體源的消蝕與撞擊在固體源上的光子通量相關。
13.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，其中包括與第一電極和第二電極之一連接的電源；其中，所述電源脈衝供電，以便控制氣體物質從固體源的消蝕率。
14.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，包括工作在第一頻率的第一AC電源；工作在第二頻率的第二AC電源；所述第一AC電源與所述第一電極和第二電極之一連接；所述第二AC電源與所述第一電極和第二電極之另一個連接。
15.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，其中所述固體源用做所述第一電極和所述第二電極之一的覆蓋。
16.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，其中所述反應室是圓筒狀；所述第一電極和所述第二電極之一是圓筒狀；所述固體源是圓筒狀，覆蓋圓筒狀的所述第一電極和所述第二電極之一。
17.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，其中所述固體源選用具有的氣體物質從其濺射的比率低的材料。
18.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，其中所述固體源包括鋁，以使氣體物質從其向所述反應室濺射的比率低。
19.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，其中所述固體源提供的氣體物質適合於晶片特徵的線寬控制。
20.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，其中所述固體源是用於鈍化反應室內的工件的氣體物質源。
21.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，其中選擇所述固體源，以便提高在反應室內的腐蝕處理的選擇性。
22.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，其中所述固體源是選自氮化矽、鋁和二氧化矽中之一的電介質。
23.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，其中所述固體源是包括一種或多種金屬氧化物的電介質。
24.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，其中所述固體源是包含碳化矽的半導體。
25.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，其中所述固體源是包含石墨和鋁中之一的導體。
26.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，其中所述固體源包含所述第一電極和所述第二電極中之一。
27.根據權利要求9的等離子體腐蝕反應器，包括與所述第一電極連接的第一AC電源，以便控制氣體物質從所述固體源的消蝕率，以及控制反應室內的等離子體密度。
28.根據權利要求25的等離子體腐蝕反應器，其中所述第一AC電源處於高頻範圍。
29.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，包括與所述第一電極連接的第一電源，與所述第二電極連接的第二電源，所述第一AC電源約為13.56MHz，第二AC電源約為450MHz。
30.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，其中所述固體源被加熱。
31.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，其中所述固體源被加熱至大於約80℃的溫度。
32.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，其中利用輻射、傳導或感應中之一加熱所述固體源。
33.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，其中所述反應室在工作過程中保持在小於約150毫乇。
34.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，其中所述反應室在工作過程中保持在約20毫乇或以下。
35.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，其中選擇所述固體源，以便控制氣體物質從其的消蝕率。
36.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，包括；與所述第一電極連接的第一電源，與所述第二電極連接的第二電源；第一電源和第二電源中至少一個是脈衝電源，以便影響氣體物質從固體源的濺射率。
37.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，包括位於所述反應室的擋板，以便保證氣體物質的均勻等離子體。
38.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，包括突出進反應室的絕緣體，以便保證氣體物質的均勻等離子體。
39.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，包括所述固體源由氧化鋁構成；與第一電極和第二電極中之一連接的第一電源，所述第一電源工作在約600伏以上的峰間電壓，為了影響從固體源的濺射，並且工作在600伏以下的峰間電壓，為了抑制從固體源的濺射。
40.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，其中第一電源與第一電極和第二電極中之一連接，選擇第一電源的電壓電平，為了確定從所述固體源的消蝕率。
41.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，其中所述固體源由可以從其消蝕氣體物質的材料構成，為了影響選擇性和分布控制中的至少一個。
42.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，其中所述反應器適合在小於約150毫乇的壓力下製造具有亞微米特徵的產品，控制固體源的消蝕，以便影響等離子體中的所述固體物質的濃度。
43.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，包括所述第一電極位於所述固體源附近；高頻電源和低頻電源與所述第一電極連接；低頻電源與所述第二電極連接。
44.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，包括把處理氣體引入反應室的噴嘴；用於保持工件的吸盤；所述吸盤位於所述噴嘴之下；所述噴嘴具有處理氣體出口，該出口在與噴嘴和吸盤的連接線正交的方向以及與噴嘴和吸盤的連接線斜交的方向中的至少一個方向上，引導處理氣體流，以便混合來自噴嘴的處理氣體和從所述固體源消蝕的氣體物質。
45.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，包括氣體入口噴嘴，適合於向晶片提供處理氣體流。
46.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，包括所述噴嘴具有單一出口。
47.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，其中所述噴嘴具有多個出口，把氣體流引導至晶片邊緣周圍。
48.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，其中所述噴嘴向晶片引導約12個或更少的氣體流。
49.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，其中氣體流在到達晶片表面之前呈現準直。
50.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，其中所述噴嘴具有多個出口，把氣體流引導至晶片中央和晶片邊緣。
51.根據權利要求50的等離子體腐蝕反應器，其中所述氣體流在到達晶片表面之前呈現準直，然後在晶片表面氣流匯合成基本均勻分布的處理氣體。
52.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，包括用於圍繞所述反應室形成磁性封閉的裝置，以便影響氣體物質從固體源的消蝕率。
53.根據權利要求52的等離子體腐蝕反應器，其中採用永磁體和電磁鐵中至少一種形成所述磁性封閉。
54.根據權利要求1的等離子體腐蝕反應器，其中除了所述固體源之外，還採用氣體物質源；所述氣體源由TEOS構成。
55.一種等離子體腐蝕反應器，包括反應室；第一電極；第二電極；與所述第一電極連接的電源；用於通過控制電源對所述反應室中的等離子體密度進行控制的裝置。
56.根據權利要求55的等離子體腐蝕反應器，包括用於使電源脈衝輸出的裝置。
57.根據權利要求55的等離子體腐蝕反應器，包括通過所述電源的作用而消蝕氣體物質的固體源。
58.根據權利要求55的等離子體腐蝕反應器，包括把處理氣體引入所述反應室的噴嘴，該噴嘴適合向晶片表面附近提供處理氣流。
59.根據權利要求57的等離子體腐蝕反應器，其中在到達晶片表面之前的位置所述氣流呈現準直。
60.根據權利要求58的等離子體腐蝕反應器，其中所述反應室工作在小於約150毫乇的低壓下。
61.根據權利要求55的等離子體腐蝕反應器，其中；所述反應室工作在小於約20毫乇的低壓下。
62.根據權利要求55的等離子體腐蝕反應器，包括突出進所述反應室的擋板，以便增強所述反應室內的等離子體的均勻性。
63.根據權利要求55的等離子體腐蝕反應器，包括所述反應室高度由第一電極限定，第一電極是位於晶片吸盤上的上電極；其中，根據反應室的工作壓力，第一電極和晶片吸盤之間的距離約為10英寸或更小。
64.根據權利要求55的等離子體腐蝕反應器，包括與所述反應室相關設置的多個磁體，以便限定磁性封閉，磁體是極面磁體。
65.根據權利要求55的等離子體腐蝕反應器，包括與所述反應室相關設置的多個磁體，以便限定磁性封閉，磁體是陶瓷磁體、稀土磁體和電磁鐵中的之一。
66.根據權利要求64的等離子體腐蝕反應器，包括所述極面磁體側接著側的定位，磁體北極和南極交替面向反應室。
67.一種等離子體腐蝕反應器，包括反應室；氣體入口噴嘴，提供適於引導至晶片的處理氣體的準直氣流；氣體物質的固體源；突出進所述反應室的擋板。
68.根據權利要求67的等離子體腐蝕反應器，包括根據反應室的工作壓力，所述反應室高度約為10英寸或更小。
69.根據權利要求67的等離子體腐蝕反應器，包括可控制的電源，以便控制反應室內的等離子體密度和氣體物質從固體源的消蝕率。
70.根據權利要求67的等離子體腐蝕反應器，包括與反應室相關的磁性封閉，使用多個極面磁體。
71.根據權利要求67的等離子體腐蝕反應器，包括與反應室相關的磁性封閉，使用多個陶瓷磁體。
72.根據權利要求67的等離子體腐蝕反應器，包括用於控制反應室內的等離子體密度的裝置。
73.根據權利要求67的等離子體腐蝕反應器，包括用於控制選擇性和腐蝕分布之一的裝置。
74.一種等離子體腐蝕反應器，包括用於控制在反應室中形成的等離子體的均勻性和密度的裝置，包括噴嘴，其產生的處理氣體流在到達晶片之前保持準直，從而氣體可以均勻分布在晶片上；突出進反應室的擋板；氣體物質的固體源；由多個陶瓷極面磁體構成的磁性封閉；根據反應室的工作壓力，所述反應室的高度約是10英寸或更小；可以在選擇的範圍內控制的電源。
75.根據權利要求74的等離子體腐蝕反應器，其中所述裝置還控制反應室內的選擇性和腐蝕分布中的至少一個。
76.根據權利要求74的等離子體腐蝕反應器，包括用於使反應室保持在小於約150毫乇的低壓下的裝置。
77.一種等離子體腐蝕反應器，包括；具有位於晶片吸盤之上的噴嘴的反應室，晶片吸盤用於保持晶片；其中，噴嘴和保持在晶片吸盤上的晶片之間的距離約是4英寸。
78.一種等離子體腐蝕反應器，包括反應室；與所述反應室相關的多個磁體；其中所述磁體是極面磁體。
79.根據權利要求78的等離子體腐蝕反應器，其中所述磁體是陶瓷磁體。
80.一種等離子體腐蝕反應器包括反應室；引入處理氣體的入口；排出用後氣體的出口；晶片吸盤；延伸進反應室的擋板，以便控制反應室內的處理氣體的均勻性。
81.根據權利要求80的等離子體腐蝕反應器，包括第一電極和第二電極，用於在反應室內從處理氣體產生等離子體；所述擋板也用於控制等離子體的分布和均勻性。
82.一種在等離子體腐蝕反應器中腐蝕晶片的方法，包括以下步驟提供具有氣體物質的固體源的反應室；控制氣體物質從固體源的消蝕率，以便控制晶片的等離子體腐蝕。
83.根據權利要求82的方法，其中通過控制提供給反應室內的電極的電源電平，完成所述控制步驟。
84.根據權利要求83的方法，其中通過控制提供給反應室內的電極的電源頻率，完成所述控制步驟。
85.根據權利要求82的方法，包括反應室保持在小於約150毫乇的壓力下。
86.根據權利要求82的方法，其中通過對安裝在反應室內的固體源的材料選擇，完成所述控制步驟。
87.根據權利要求82的方法，其中在反應室中提供突出擋板，以便控制反應室中處理氣體的通道，和處理氣體的濃度變化率。
88.根據權利要求82的方法，包括以下步驟使用第一頻率的第一電源和第二頻率的第二電源，控制來自固體源的消蝕率和等離子體密度。
89.根據權利要求88的方法，包括以下步驟在高頻下操作第一電源；在低頻下操作第二電源。
90.根據權利要求88的方法，包括以下步驟在約2MHz-約950MHz的範圍內操作第一電源；在約10KHz-約1MHz的範圍內操作第二電源。
91.根據權利要求82的方法，包括以下步驟用極面磁體磁性封閉反應室內的等離子體。
92.根據權利要求82的方法，包括以下步驟用陶瓷磁體磁性封閉反應室內的等離子體。
93.一種在等離子體腐蝕反應器中腐蝕晶片的方法，包括以下步驟提供具有等離子體的反應室；用多個極面磁體構成的磁性封閉控制等離子體。
94.根據權利要求93的方法，包括使用陶瓷磁體作為極面磁體。
95.一種在等離子體腐蝕反應器中腐蝕晶片的方法，包括以下步驟提供具有等離子體的反應室；用突出進反應室內的擋板控制等離子體的均勻性。
96.根據權利要求95的方法，包括以下步驟在從反應室排出氣體的通道中設置擋板。
97.一種在等離子體腐蝕反應器中腐蝕晶片的方法，包括以下步驟引導至少一處理氣流至晶片；在氣流到達晶片表面附近之前保持氣流準直；在晶片表面上均勻地分散氣流。
98.根據權利要求1的反應器，其中所述反應器可以工作在壓力範圍內；所述反應室可以具有高度範圍；工作壓力和反應室高度的乘積約是常數。
99.根據權利要求1的反應器，其中反應器可以工作在約1毫乇-約100毫乇的範圍內；所述反應室的高度可以在約0.1英寸-10英寸的範圍內。
100.根據權利要求99的反應器，其中在約100毫乇的壓力下，反應室高度約是0.1英寸；在約2.5毫乇的壓力下，反應室高度約是4英寸；在約1毫乇的壓力下，反應室高度約是10英寸。
101.根據權利要求1的反應器，包括除了所述固體源之外，還使用氣體物質的氣體源，該氣體源用於鈍化所述晶片。
102.根據權利要求1的反應器，其中針對(1)線寬控制、(2)分布控制、和(3)選擇性中的至少一個，使用所述氣體物質的氣體源。
103.根據權利要求1的反應器，包括除了所述固體源之外，還使用氣體物質的氣體源，針對(1)線寬控制、(2)分布控制、和(3)選擇性中的至少一個，使用固體源和所述氣體物質的氣體源。
104.根據權利要求14的反應器，包括大約工作在所述第二頻率的第三AC電源；所述第三AC電源與所述第一電極連接。
105.根據權利要求104的反應器，其中所述第一頻率是高頻，所述第二頻率是低頻。
106.根據權利要求104的反應器，其中所述高頻在約2MHz-約950MHz的範圍；所述低頻在約10KHz-約1MHz範圍。
107.根據權利要求55的反應器，包括氣體物質的固體源；與所述第一電極連接的另一電源；用於控制所述另一電源的裝置，用於控制氣體物質從固體源的消蝕率。
108.根據權利要求55的反應器，其中氣體物質的固體源；所述控制裝置還用於控制氣體物質從固體源的消蝕率。
109.一種等離子體腐蝕反應器，包括反應室；第一電極；第二電極；其中，在第一電極和第二電極之間形成的電場中，用反應氣體產生所述等離子體；提供給所述反應室的氣體物質源，用於完成(1)線寬控制、(2)分布控制、和(3)選擇性中的至少一個。
110.一種在等離子體腐蝕劑反應器中腐蝕晶片的方法，包括以下步驟提供具有氣體物質固體源和氣體物質氣體源中的至少一種的反應室，可以用於(1)線寬控制、(2)分布控制、和(3)選擇性中的至少一種；控制固體源和氣體源中的至少一種，以便控制(1)線寬控制、(2)分布控制、和(3)選擇性中的所述的至少一種。
111.一種在等離子體腐蝕劑反應器中腐蝕晶片的方法，包括以下步驟選擇具有高度的反應室；在根據反應室高度的壓力下操作所述反應室。
112.根據權利要求111的方法，其中反應室工作在與高度相關的壓力下，從而壓力相對於高度的乘積約是常數。
113.根據權利要求111的方法，其中選擇噴嘴圖形，以使反應器性能最佳化。
114.一種在等離子體腐蝕劑反應器中腐蝕晶片的方法，包括以下步驟選擇具有第一電極和第二電極的反應室；用高頻電源和低頻電源操作第一電極；用低頻電源操作第二電極。
115.根據權利要求114的方法，其中所述第一電極是周邊電極，所述第二電極是用於反應室的晶片吸盤。
116.根據權利要求114的方法，包括以下步驟反應室工作在約150毫乇或更小的壓力下。
全文摘要
一種等離子體腐蝕反應器(20)包括上電極(24)、下電極(28)、設置在其間的周邊環電極(26)。上電極(24)接地，周邊電極(26)由高頻AC電源供電，而下電極(28)由低頻AC電源和DC電源供電。反應室(22)構成有氣體物質的固體源(50)和突出擋板(40)。噴嘴(36)提供處理氣體的氣流，以便保證處理氣體在半導體晶片(48)表面的均勻性。等離子體腐蝕反應器(20)的構型增大了反應室(20)中的等離子體密度範圍，通過調節多個電源(30、32)可以選擇該範圍。
文檔編號H01L21/3065GK1228196SQ97197274
公開日1999年9月8日 申請日期1997年1月23日 優先權日1996年7月3日
發明者史蒂芬·P·德奧尼拉斯, 萊斯利·G·傑德, 艾爾弗德·科弗, 羅伯特·C·韋爾, 庫爾特·A·奧爾森 申請人:泰格爾公司