专利名称：等离子体腐蚀反应器和方法
技术领域：
本发明涉及改进的等离子体腐蚀反应器设备和方法。
发明的
背景技术：
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。
发明概述因此，本发明旨在改进已有技术的等离子体腐蚀反应器的操作。
本发明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。
本发明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。
本发明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。
本发明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。
本发明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。
本发明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。
本发明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，本发明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发明的其它特征、目的和方案。
图1是本发明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展示了本发明的喷嘴优选实施例的端视图和侧视剖面图。
图4a、4b、4c和4d展示了本发明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展示了本发明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本发明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展示了与本发明的实施例的周边电极相关的磁体设置的透视图。
图8展示了与本发明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，其展示了本发明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50的消蚀率。另外，如果准备腐蚀硅化物，则应以较密的等离子形式调高电能并要求较高的来自固体源50的消蚀率。而且，也可以调节低频率电源以便影响在上述本发明中的腐蚀处理的结果。
对于已有的器件来说不可能进行上述范围的操作。应该知道可以采用上述特征中的一个或者多个，扩大等离子体密度范围，由此改善腐蚀处理，并且落入本发明的精神实质和范围。
反应器20的另一实施例如图2所示。相同的部件用上述的相同数字进行标记。图2中，已对喷嘴36进行改进，以便改善反应室22中的气体物质混合物的均匀性。正如从图2可见，喷嘴36包括可以在多个方向为处理气体形成通道的集流腔70。集流腔70设置有水平喷口72、74，平行于上电极24水平地引导处理气体流。喷口76垂直向下地引导气体流直接达到晶片48。喷口78和80在与水平斜交的方向为处理气体流形成通道，主要朝向晶片48的周边，以便保证处理气体的均匀分布和/或喷射的或其它从固体源50消蚀的气体物质与处理气体流的良好混合物的均匀分布。在本实施例中，也正是集流腔70的喷口和突出挡板40的结合保证了(1)喷射的或从固体源50消蚀的气体物质的良好混合物，(2)来自喷嘴36口的处理气体的良好混合物存在于半导体晶片48的表面。
在此变化的实施例中，如果需要，可以用周边电极26连通第二低频电源31。此电源最好具有450KHz的频率。此电源在各方面应与电源32相同。高频电源30应控制等离子体密度，而低频电源31应控制气体物质从固体源的消蚀率。这对于高频电源来说，是控制等离子体密度和固体源中的消蚀率的一种替换方式。
现有技术的器件中的腐蚀通常在300-500毫乇下进行，该范围比本发明的反应器设想的低压高出一阶到两阶幅度。对于已有技术的半导体器件所要求的亚微米特征的腐蚀，需要低压操作。但是，在低压更加难以实现高密度等离子体。
对于图1和2的实施例，本发明提出包含在低压(3-5毫乇)的等离子体的磁场，具有高等离子体密度(在晶片处的1011cm3)，并且具有低的离子能量(小于15-30电子伏特)。通常，低压操作应在约150毫乇或者约100毫乇以下，最好在约20毫乇或约10毫乇或以下。对于亚微米(小于0.5微米)器件，等离子体源必须工作在低压，并且具有在晶片处的高密度激活气体和低离子能量，以便产生良好的腐蚀结果。通过使晶片特征的底切最小化以及使微加载(腐蚀聚集特征比弱聚集特征更快)的影响最小化，这两者均对整个合格率有不利影响，由此低压等离子体改善了腐蚀的整体质量。但是，低压等离子体要求在晶片处的高密度等离子体，以增加与待腐蚀的半导体晶片上的薄膜反应的等离子体颗粒数量，以便保持快速腐蚀速率。快速腐蚀速率是实现高的平均生产率的因素之一。而且，低的离子能量可以改善腐蚀选择性并使晶片损坏最小。这两者均改善了整体合格率。设想本实施例可以在约150毫乇以下工作。
本发明的反应器20可以用于腐蚀要求不同腐蚀化学性质或方法的各种不同的衬底或膜。通常，这种化学性质包括两种或更多的以下气体卤素气体、含卤素的气体、惰性气体和双原子气体。
以下将更具体地说明上述特征的变化。
固体源已经证实，从固体源50消蚀或溅射的气体物质，或者从其消蚀或溅射的物质的缺乏，对在等离子体腐蚀反应器20中进行的腐蚀处理的成功具有重要的作用。仅举例而言，固体源50可以由电介质材料例如二氧化硅(SiO2)或者石英组成，在由射频激励的离子的轰击下，这些材料从固体源向反应室提供硅和氧的气态离子。另一种电介质固体源可以包括陶瓷例如氧化铝(Al2O3)。当被激励的气态离子撞击时此陶瓷具有低的溅射率或消蚀率，而且在不要求或不需要来自固体源的额外分布的情况下这种陶瓷是有效的。特别是，就氧化铝而言，在约600伏的峰间电源下，未观察到溅射。超过该阈值，则存在来自氧化铝固体源的溅射。
通常，固体源可以由半导体材料、电介质材料或者导体组成。事实上，固体源应包含在包括电极的材料中，这些材料可以被消蚀从而为反应室中的等离子体提供适当的气体物质。除了氧化铝(Al2O3)之外的其它金属氧化物，适当的电介质材料还包括氮化硅(Si3N4)。半导体材料可以包括碳化硅(SiC)。而且，导体可以包括石墨和铝固体源50的表面温度最好在80℃以上，以便提供足够的溅射。在此温度并且通过适当激励离子消蚀这些固体源的表面，对于来自气体物质的颗粒的形成，正如在此讨论的，固体源不会成为冷穴，这些颗粒会逸出及污染反应室22。如以上所述，通过高频电源30可以控制从固体源50的气体物质的消蚀率或溅射率。通过增强电源30，高能离子可以用于轰击固体源50，以便提高为了腐蚀处理的目的而从固体源消蚀气体物质的比率。举例而言，应使用二氧化硅的固体源，由于来自二氧化硅的气体物质溅射将钝化半导体晶片上的垂直表面，所以增强的轰击将提高各向异性腐蚀，以致这种表面将不被气态腐蚀剂底切。
从固体源50的气体物质的进一步消蚀可以用于在过腐蚀情况下提供选择性。在腐蚀过程中，腐蚀气体用于选择地腐蚀掉例如已经淀积在氧化层上的多晶硅。光刻胶保护不准备腐蚀的多晶硅，而暴露准备腐蚀掉的多晶硅。腐蚀掉多晶硅之后，留下下面的氧化层。在某些情况，在氧化物衬底顶部的不需要的区域仍留有少量淀积的多晶硅。可以采用过腐蚀去除这种不需要的多晶硅。但是，过腐蚀也会不期望地腐蚀进以及去除氧化层。由于使用固体源，来自其的气体物质可以用于保证氧化物衬底不被腐蚀，同时腐蚀掉剩下的残留多晶硅淀积物。在此工艺中，来自二氧化硅源的物质淀积在氧化物衬底和残留的多晶硅上。但是，多晶硅的去除或腐蚀速率高于来自固体源的物质向多晶硅的淀积速率，因此腐蚀剩下的多晶硅不会损坏氧化物衬底。
在上述过腐蚀工艺过程中，调低等离子体电源30，降低DC偏置34。仅举例而言，电源30调低到一瓦，并且关闭DC电源。氧化物与多晶硅的激活能曲线呈现随能量的降低，多晶硅连续被腐蚀但速率较慢，同时氧化物的腐蚀降低接近为零。
在另一个实施例中，半导体晶片包括已经淀积在多晶硅层上的硅化钨(WSi2)，多晶硅层已经淀积在氧化物衬底上。在晶片上设置适当的光刻胶层，把晶片暴露在腐蚀室22中的处理气体。第一反应气体腐蚀掉硅化钨，有时遗留硅化钨的淀积物，称之为脉道(stringers)，尤其是在硅化钨和多晶硅具有台阶特征的区域。正是在这种台阶的基底会留下硅化钨的这种脉道(stringers)。通过使用上述的固体源50，可以控制腐蚀工艺的选择性，防护多晶硅和氧化物的底层，以使半导体器件的物理尺寸和电气性能不会以任何不期望的方式发生变化。于是，采用这种方法并控制选择性，对下表面不产生破坏。发现采用上述设置，硅化钨与多晶硅的去除选择性约为4比1。换言之，硅化钨的去除率约是多晶硅的腐蚀率的四倍。不采用这种设置，发现选择性约为0.7比1，这意味着硅化钨的腐蚀率约是多晶硅的腐蚀率的0.7倍。对于其它类型的金属硅化物、例如硅化钛、硅化钴和硅化钼获得了类似的结果。正是这些类型的金属硅化物被用于制造MOSFET、LED和平面显示器。
气体源除了针对从固体源消蚀的气体物质所说明的优点之外，通过在处理气体中引入具有从固体源表面消蚀的气体物质所产生的效果的气体，也可以实现这种优点。仅举例而言，可以与处理气体一起引入气态形式的硅酸乙酯(TEOS)。TEOS是用于腐蚀处理的硅源和氧源。TEOS在处理室中提供与二氧化硅(SiO2)固体源所提供的相同的气体物质，并对腐蚀工艺具有如上所述的优点。应予注意，固体源和这种物质的气体源的结合将落入本发明的精髓和范围之内。
喷嘴图3a、3b、4a、4b、4c、4d、5a、5b、5c、6a、6b和6c展示了可以用于本发明的喷嘴装置的一些可替换优选实施例。传统的喷嘴通常构成为“喷淋头”构型，具有多达200个喷射处理气体的喷口。这种装置的作用是保证处理气体均匀分布在处理室内，特别是在待处理的半导体晶片表面。已有技术的装置已经发现早已与晶片表面反应的用过的气体产生了滞流层，因而冲淡了引向表面的新的处理气体的均匀性。本发明改善了这种已有的喷嘴。本发明包括的喷嘴产生处理气体的断续准直气流，汇合于晶片表面附近，在晶片表面产生均匀分布。气体速度和气流体积保证新鲜的处理气体到达半导体晶片表面。于是，新鲜的处理气体均匀分布在半导体晶片表面。这些处理气体流搅动晶片表面的气体，形成处理气体和从固体源表面消蚀的气体物质的均匀分布。
图3a和3b展示了具有标记为92的喷口的单喷口喷嘴90。该喷嘴最好由铝制成。按此设置，单气流射向半导体晶片。
图4a、4b、4c和4d展示了本发明喷嘴94的另一个优选实施例，也是由铝制成的。在此设置中，喷嘴94包括限定处理气体流的12个喷口，把气体引向半导体晶片。最好以与垂直斜交的角度引导气流，每个气流的中心线指向晶片的外围边缘。这种设置也有利于保证在晶片表面存在新的处理气体的均匀分布。正如从图4d可见，喷口围绕喷嘴面的周边分布。
图5a、5b和5c展示了本发明的喷嘴98的又一实施例。在此设置中，喷口99呈现星形，某些喷口设置在喷嘴98的面(图5c)的周边上，而其它喷口以喷嘴中心线上的一个喷口为中心地设置。正象来自图4a的喷嘴的气体，图5a的喷嘴气流与垂直成一角度，从而指向半导体晶片主体和半导体晶片边缘，以便提供处理气体的均匀分布。
图6a、6b和6c展示了本发明喷嘴100的再一优选实施例。在此实施例中，喷口102基本上指向与喷嘴和半导体晶片之间的垂直线正交的方向。在此实施例中，喷嘴指向侧壁上的固体源，以便保证来自固体源的气体物质和处理气体的充分混合。
磁性封闭上述磁体46、47提供围绕反应室22的磁性封闭，保证在低压下可以形成高密度等离子体。应记得通过气体原子和电子的碰撞产生等离子体，产生离子用于在低压下产生高密度等离子体。本发明对此的实现是通过在使损失于反应器壁的离子减至最小的同时，增加电子渡越等离子体的总通道长度。移向等离子体的电子被磁场反射进等离子体，从而增加了电子的通道长度。
根据本发明，磁体可以是电磁铁或者永磁体，均在本发明的精髓和范围内。围绕腐蚀室的这些磁体产生磁场包容器。磁场效应仅存在于反应器壁附近，事实上不存在于晶片上，并产生固有均匀的等离子体。这些磁体可以利用较强的磁性封闭为电极提供保护，电极上的消蚀较小。封闭较弱则提供对电极和固体源的较多消蚀。
于是由磁体46、47产生的磁性封闭被设计成聚集等离子体，并且可以具有保护处理室部分包括电极免受等离子体侵蚀的效果。结果，由于降低了置换电极的成本，所以可以显著节约成本。
图7和8展示了磁体46、47的布置，分别与侧电极26和上电极24相关。正如从图7可见，存在相对于电极26的多个槽60。在优选实施例中，全部槽均被磁体46填充。对此特定实施例，确定在电极26中有36个陶瓷磁体。这些磁体在磁极面均具有约300高斯-约600高斯的强度。这些磁体位于固体源50之后，影响来自固体源的气体物质的消蚀率。如上所示，没有这些磁体会有过多的气体物质从固体表面消蚀，因而影响腐蚀处理。
应予注意这些磁体是极面磁体。北极和南极在磁体的面62和相反面64上。这些磁体交替布置，以使首先一个磁体46的北极面、然后第二个磁体46的南极面指向处理室的中央。围绕电极26的外周边重复这种布置。
图8展示了与上电极24相关的磁体47布置。图8中，全部槽66均填充与磁体46相同的磁体。在此特定实施例中，从电极24的中心向外辐射有36个磁体，以使36个磁体端位于电极24的外围边缘。这些磁体也是极面磁体，北极和南极从磁体的侧面突出。对于图8的构型，磁体交替以北极然后南极面向处理室。
应该知道，可以用更强的磁体例如稀土磁体替换上述磁体。在这种情况下，为了获得类似的磁性封闭，需要的磁体数量将减少。稀土磁体在磁体极面表面将具有约1500高斯-约2500高斯的强度。磁体在磁体极面表面的强度最好是约2000高斯-约2200高斯。
反应室为了提高等离子体的均匀性，如上述和影响所述，对本发明的反应室做了特殊设计。如上所述，相对于反应室22的物理特性，挡板40和喷嘴36、70的设置有利于反应室22中的处理气体的均匀性。挡板40确保从固体源50表面消蚀的气体物质不被泵通过排气井38立即上抽，而是与反应室中的半导体晶片48附近的气体混合。此外，具有垂直、水平和斜角引导气体流的喷口的喷嘴36确保来自固体源的任何气体物质与来自喷嘴的处理气体完全混合，并确保此均匀混合物提供给半导体晶片48。
反应室从喷嘴到半导体晶片表面的高度可以最佳化。已有技术的装置具有51/4”的高度。已经发现按上述高度，也可以使喷嘴布置最佳化，以便具有来自喷嘴的气流，在半导体晶片表面提供处理气体的均匀分布。于是，对于改变反应室高度，也可以针对腐蚀处理包括使用固体源的腐蚀处理，使与反应室压力相比的喷嘴图形最佳化。此高度与反应室直径无关，虽然在一个优选实施例中反应室直径约是14″。仅举例而言，对于在2-3毫乇压力下在反应室22中进行优选操作来说，反应室的高度最好是约4”。对于小于4”的高度，气流仍旧是准直的，不能在晶片表面均匀散开。对于大于4”的高度，气流将在半导体晶片表面上汇合在一起，从而不能在晶片表面提供均匀分布的处理气体。
对于给定的喷嘴构型，已经发现反应室22的高度与室内压力的乘积应当是常数，以便提供最佳的性能。因此，如上所述，采用4”的高度和2-3毫乇的压力可以实现最佳性能。压力和高度值的范围包括对应于100毫乇的1/10英寸的高度范围到对应于1毫乇的10”的高度，由此可得最佳性能。这就是说，随着反应室内的压力增加，反应室高度可以减小，随着压力降低，高度将增加，以便提供(1)从固体源消蚀的气体、(2)注入的处理气体、和(3)来自晶片的反应产物的最佳混合。
本发明的效果在于，(1)提高选择性(亦即例如保护氧化物衬底)，(2)增强腐蚀工艺的分布控制，和(3)增强线宽控制(亦即保护多晶硅不受腐蚀处理的影响，从而将正确的线宽从光刻胶转移到晶片)。
工业实用性本发明提供了一种腐蚀系统，该系统提供(1)可控的各向异性分布(亦即直线、垂直侧壁)，同时提供(2)腐蚀选择性，使对下层衬底例如氧化物或其它晶片材料的损坏减至最小，同时提供(3)在非均匀区域上的腐蚀均匀性，以便消除脉道(stringers)和其它残留淀积物。本发明的系统提供在小于0.5微米、最好小于0.25微米的亚微米范围内的腐蚀。
因此，通过提供遍布于反应室内的等离子体密度的较大范围，本发明实现了上述目的。利用上述气体物质的固体源、包括突出挡板和反应室高度在内的反应室构型、喷嘴构型、和磁场构型，影响等离子体密度范围。通过调节施加于一个或多个电极的电源，则可控制该密度。
从附图和权利要求书中，可以获得本发明的其它特征、方案和目的。
应该知道可以开发本发明的其它实施例，并且处于本发明和权利要求书的精髓和范围之中。
权利要求
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.根据权利要求58的等离子体腐蚀反应器，其中所述反应室工作在小于约150毫乇的低压下。
61.根据权利要求55的等离子体腐蚀反应器，其中；所述反应室工作在小于约20毫乇的低压下。
62.根据权利要求55的等离子体腐蚀反应器，包括突出进所述反应室的挡板，以便增强所述反应室内的等离子体的均匀性。
63.根据权利要求55的等离子体腐蚀反应器，包括所述反应室高度由第一电极限定，第一电极是位于晶片吸盘上的上电极；其中，根据反应室的工作压力，第一电极和晶片吸盘之间的距离约为10英寸或更小。
64.根据权利要求55的等离子体腐蚀反应器，包括与所述反应室相关设置的多个磁体，以便限定磁性封闭，磁体是极面磁体。
65.根据权利要求55的等离子体腐蚀反应器，包括与所述反应室相关设置的多个磁体，以便限定磁性封闭，磁体是陶瓷磁体、稀土磁体和电磁铁中的之一。
66.根据权利要求64的等离子体腐蚀反应器，包括所述极面磁体侧接着侧的定位，磁体北极和南极交替面向反应室。
67.一种等离子体腐蚀反应器，包括反应室；气体入口喷嘴，提供适于引导至晶片的处理气体的准直气流；气体物质的固体源；突出进所述反应室的挡板。
68.根据权利要求67的等离子体腐蚀反应器，包括根据反应室的工作压力，所述反应室高度约为10英寸或更小。
69.根据权利要求67的等离子体腐蚀反应器，包括可控制的电源，以便控制反应室内的等离子体密度和气体物质从固体源的消蚀率。
70.根据权利要求67的等离子体腐蚀反应器，包括与反应室相关的磁性封闭，使用多个极面磁体。
71.根据权利要求67的等离子体腐蚀反应器，包括与反应室相关的磁性封闭，使用多个陶瓷磁体。
72.根据权利要求67的等离子体腐蚀反应器，包括用于控制反应室内的等离子体密度的装置。
73.根据权利要求67的等离子体腐蚀反应器，包括用于控制选择性和腐蚀分布之一的装置。
74.一种等离子体腐蚀反应器，包括用于控制在反应室中形成的等离子体的均匀性和密度的装置，包括喷嘴，其产生的处理气体流在到达晶片之前保持准直，从而气体可以均匀分布在晶片上；突出进反应室的挡板；气体物质的固体源；由多个陶瓷极面磁体构成的磁性封闭；根据反应室的工作压力，所述反应室的高度约是10英寸或更小；可以在选择的范围内控制的电源。
75.根据权利要求74的等离子体腐蚀反应器，其中所述装置还控制反应室内的选择性和腐蚀分布中的至少一个。
76.根据权利要求74的等离子体腐蚀反应器，包括用于使反应室保持在小于约150毫乇的低压下的装置。
77.一种等离子体腐蚀反应器，包括；具有位于晶片吸盘之上的喷嘴的反应室，晶片吸盘用于保持晶片；其中，喷嘴和保持在晶片吸盘上的晶片之间的距离约是4英寸。
78.一种等离子体腐蚀反应器，包括反应室；与所述反应室相关的多个磁体；其中所述磁体是极面磁体。
79.根据权利要求78的等离子体腐蚀反应器，其中所述磁体是陶瓷磁体。
80.一种等离子体腐蚀反应器包括反应室；引入处理气体的入口；排出用后气体的出口；晶片吸盘；延伸进反应室的挡板，以便控制反应室内的处理气体的均匀性。
81.根据权利要求80的等离子体腐蚀反应器，包括第一电极和第二电极，用于在反应室内从处理气体产生等离子体；所述挡板也用于控制等离子体的分布和均匀性。
82.一种在等离子体腐蚀反应器中腐蚀晶片的方法，包括以下步骤提供具有气体物质的固体源的反应室；控制气体物质从固体源的消蚀率，以便控制晶片的等离子体腐蚀。
83.根据权利要求82的方法，其中通过控制提供给反应室内的电极的电源电平，完成所述控制步骤。
84.根据权利要求83的方法，其中通过控制提供给反应室内的电极的电源频率，完成所述控制步骤。
85.根据权利要求82的方法，包括反应室保持在小于约150毫乇的压力下。
86.根据权利要求82的方法，其中通过对安装在反应室内的固体源的材料选择，完成所述控制步骤。
87.根据权利要求82的方法，其中在反应室中提供突出挡板，以便控制反应室中处理气体的通道，和处理气体的浓度变化率。
88.根据权利要求82的方法，包括以下步骤使用第一频率的第一电源和第二频率的第二电源，控制来自固体源的消蚀率和等离子体密度。
89.根据权利要求88的方法，包括以下步骤在高频下操作第一电源；在低频下操作第二电源。
90.根据权利要求88的方法，包括以下步骤在约2MHz-约950MHz的范围内操作第一电源；在约10KHz-约1MHz的范围内操作第二电源。
91.根据权利要求82的方法，包括以下步骤用极面磁体磁性封闭反应室内的等离子体。
92.根据权利要求82的方法，包括以下步骤用陶瓷磁体磁性封闭反应室内的等离子体。
93.一种在等离子体腐蚀反应器中腐蚀晶片的方法，包括以下步骤提供具有等离子体的反应室；用多个极面磁体构成的磁性封闭控制等离子体。
94.根据权利要求93的方法，包括使用陶瓷磁体作为极面磁体。
95.一种在等离子体腐蚀反应器中腐蚀晶片的方法，包括以下步骤提供具有等离子体的反应室；用突出进反应室内的挡板控制等离子体的均匀性。
96.根据权利要求95的方法，包括以下步骤在从反应室排出气体的通道中设置挡板。
97.一种在等离子体腐蚀反应器中腐蚀晶片的方法，包括以下步骤引导至少一处理气流至晶片；在气流到达晶片表面附近之前保持气流准直；在晶片表面上均匀地分散气流。
98.根据权利要求1的反应器，其中所述反应器可以工作在压力范围内；所述反应室可以具有高度范围；工作压力和反应室高度的乘积约是常数。
99.根据权利要求1的反应器，其中反应器可以工作在约1毫乇-约100毫乇的范围内；所述反应室的高度可以在约0.1英寸-10英寸的范围内。
100.根据权利要求99的反应器，其中在约100毫乇的压力下，反应室高度约是0.1英寸；在约2.5毫乇的压力下，反应室高度约是4英寸；在约1毫乇的压力下，反应室高度约是10英寸。
101.根据权利要求1的反应器，包括除了所述固体源之外，还使用气体物质的气体源，该气体源用于钝化所述晶片。
102.根据权利要求1的反应器，其中针对(1)线宽控制、(2)分布控制、和(3)选择性中的至少一个，使用所述气体物质的气体源。
103.根据权利要求1的反应器，包括除了所述固体源之外，还使用气体物质的气体源，针对(1)线宽控制、(2)分布控制、和(3)选择性中的至少一个，使用固体源和所述气体物质的气体源。
104.根据权利要求14的反应器，包括大约工作在所述第二频率的第三AC电源；所述第三AC电源与所述第一电极连接。
105.根据权利要求104的反应器，其中所述第一频率是高频，所述第二频率是低频。
106.根据权利要求104的反应器，其中所述高频在约2MHz-约950MHz的范围；所述低频在约10KHz-约1MHz范围。
107.根据权利要求55的反应器，包括气体物质的固体源；与所述第一电极连接的另一电源；用于控制所述另一电源的装置，用于控制气体物质从固体源的消蚀率。
108.根据权利要求55的反应器，其中气体物质的固体源；所述控制装置还用于控制气体物质从固体源的消蚀率。
109.一种等离子体腐蚀反应器，包括反应室；第一电极；第二电极；其中，在第一电极和第二电极之间形成的电场中，用反应气体产生所述等离子体；提供给所述反应室的气体物质源，用于完成(1)线宽控制、(2)分布控制、和(3)选择性中的至少一个。
110.一种在等离子体腐蚀剂反应器中腐蚀晶片的方法，包括以下步骤提供具有气体物质固体源和气体物质气体源中的至少一种的反应室，可以用于(1)线宽控制、(2)分布控制、和(3)选择性中的至少一种；控制固体源和气体源中的至少一种，以便控制(1)线宽控制、(2)分布控制、和(3)选择性中的所述的至少一种。
111.一种在等离子体腐蚀剂反应器中腐蚀晶片的方法，包括以下步骤选择具有高度的反应室；在根据反应室高度的压力下操作所述反应室。
112.根据权利要求111的方法，其中反应室工作在与高度相关的压力下，从而压力相对于高度的乘积约是常数。
113.根据权利要求111的方法，其中选择喷嘴图形，以使反应器性能最佳化。
114.一种在等离子体腐蚀剂反应器中腐蚀晶片的方法，包括以下步骤选择具有第一电极和第二电极的反应室；用高频电源和低频电源操作第一电极；用低频电源操作第二电极。
115.根据权利要求114的方法，其中所述第一电极是周边电极，所述第二电极是用于反应室的晶片吸盘。
116.根据权利要求114的方法，包括以下步骤反应室工作在约150毫乇或更小的压力下。
全文摘要
一种等离子体腐蚀反应器(20)包括上电极(24)、下电极(28)、设置在其间的周边环电极(26)。上电极(24)接地，周边电极(26)由高频AC电源供电，而下电极(28)由低频AC电源和DC电源供电。反应室(22)构成有气体物质的固体源(50)和突出挡板(40)。喷嘴(36)提供处理气体的气流，以便保证处理气体在半导体晶片(48)表面的均匀性。等离子体腐蚀反应器(20)的构型增大了反应室(20)中的等离子体密度范围，通过调节多个电源(30、32)可以选择该范围。
文档编号H01L21/3065GK1228196SQ97197274
公开日1999年9月8日 申请日期1997年1月23日 优先权日1996年7月3日
发明者斯蒂芬·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 申请人:泰格尔公司