專利名稱：高密度等離子體增強化學(xué)氣相淀積與刻蝕設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣相淀積與刻蝕設(shè)備，尤其是高密度等離子體增強化學(xué)氣相淀積與刻蝕設(shè)備。
背景技術(shù)：
等離子增強化學(xué)氣相淀積與刻蝕技術(shù)是半導(dǎo)體分立器件和集成電路制造中的關(guān)鍵工藝之一，其目的分別是在半導(dǎo)體表面生長多種介質(zhì)膜或按要求去除相應(yīng)的介質(zhì)膜。其原理為在低氣壓下，反應(yīng)氣體受到射頻電源的激發(fā)，產(chǎn)生電離并形成由帶電的電子和離子組成的等離子體，反應(yīng)腔體中的氣體在電子的撞擊下，除了轉(zhuǎn)變成離子外，還吸收能量并形成大量的活性基團；這些電勢高于反應(yīng)腔體中接地電極電勢的活性基團和等離子體，在地球引力的共同作用下，將被淀積于接地電極上的基片表面而形成介質(zhì)膜，或刻蝕掉位于射頻電極上方處的接地電極上的基片表面的介質(zhì)膜。在常規(guī)的淀積和刻蝕設(shè)備的反應(yīng)腔體中，工作氣壓一般在幾百毫乇至幾乇，活性基的數(shù)目占0.01～0.1％，而高密度等離子體中的活性基可達10％。隨著半導(dǎo)體器件尺寸的減小，對于有較高的深寬比的間隙均難以淀積或刻蝕，在加工的過程中極易出現(xiàn)針孔或空洞。解決的辦法是降低反應(yīng)腔體中的工作壓力至1～10毫乇來增加分子的平均自由程，從而有效地減少對圖形剖面?zhèn)缺诘呐鲎??？墒牵S之帶來的缺憾是由于工作壓力降低，單位體積中分子數(shù)目減小，導(dǎo)致了等離子體密度的減少，因此淀積和刻蝕的速率也降低了。解決的途徑之一，需要在較低的氣壓下產(chǎn)生足夠的等離子體，以獲得較高的淀積和刻蝕速率。為了達此目的，人們作了各種嘗試和努力，如在1997年3月12日公開的中國實用新型專利說明書CN 2249451Y中披露的“一種高密度等離子體工藝裝置”。它意欲擴大絕緣罩內(nèi)低壓氣體的感應(yīng)空間，以使氣體腔中的更低氣壓能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生高密度的等離子體。它的構(gòu)成為連通有進、出氣口的氣體腔座中置有載片電極，氣體腔座的上端與呈多階層的塔狀絕緣罩相接，絕緣罩外圍繞有多匝射頻線圈，線圈經(jīng)匹配電路與射頻電源相連。使用時，射頻線圈激勵絕緣罩內(nèi)的氣體，產(chǎn)生等離子體。但是，這種裝置存在著諸多的不足之處，首先，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高，呈多階層塔狀的絕緣罩的外形繁雜，繞于絕緣罩外的多匝射頻線圈還須經(jīng)匹配電路才能與射頻電源相連接，這些都使其造價居高不下；其次，多階層的塔狀絕緣罩制作起來較困難，尤為其是使用于真空設(shè)備上；再次，作為射頻電極的射頻線圈與載片電極間的距離過大，導(dǎo)致射頻電源的輸出電壓需較高，使得裝置的電壓等級偏高，從而使其造價又需增加；又次，受多階層塔狀絕緣罩外形的制約，射頻線圈在相鄰階層處的線圈間留有較大的空隙和線圈走線的不規(guī)則而導(dǎo)致的線間不等距，使受其激勵而產(chǎn)生的等離子體不均勻和極易發(fā)生弧光放電，進而影響待淀積或刻蝕基片的質(zhì)量和易將其燒毀；又次，與氣體腔座相連通的進、出氣口的位置不當，導(dǎo)致新補充的反應(yīng)氣體多數(shù)被出氣口直接吸走，不能盡可能多地參與激發(fā)而產(chǎn)生活性基團；最后，因匹配電路需根據(jù)反應(yīng)氣體的種類經(jīng)常調(diào)節(jié)其輸出電壓，而使其使用不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡潔、實用，使用方便的高密度等離子體增強化學(xué)氣相淀積與刻蝕設(shè)備。
所采用的技術(shù)方案包括真空室和其內(nèi)置有的電極，以及與真空室相連通的進、出氣口，特別是1)、所說真空室和其內(nèi)置有的電極均水平設(shè)置；2)、所說電極為射頻電極和接地電極，所說射頻電極和接地電極均為平板狀且相互平行設(shè)置；3)、所說相互平行的射頻電極和接地電極外套裝有與其平行設(shè)置的線圈；4)、所說進、出氣口分置于真空室的兩端。
作為技術(shù)方案的進一步改進，所述的線圈套裝于真空室外；所述的線圈為環(huán)繞式線圈；所述的線圈由三段等長度的線圈構(gòu)成，其兩端線圈的匝數(shù)密度大于中段線圈的匝數(shù)密度；所述的線圈的兩端線圈的匝數(shù)為中段線圈的匝數(shù)的兩倍；所述的三段線圈相互串聯(lián)連接或并聯(lián)連接后與電流恒流源電連接；所述的射頻電極位于接地電極的上方，且射頻電極面積與接地電極面積相等；所述的接地電極位于射頻電極的上方，且接地電極面積為射頻電極面積的一半。
相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是，其一，將真空室和其內(nèi)的電極水平設(shè)置，電極采用均為平板狀且相互平行的射頻電極和接地電極，既使得整體結(jié)構(gòu)自然流暢和簡潔，從而制作容易，造價低，又大大地降低了射頻工作電壓，還杜絕了弧光放電現(xiàn)象的發(fā)生；其二，套裝在射頻電極和接地電極外并與其平行設(shè)置的線圈，所產(chǎn)生的磁場與射頻電極和接地電極產(chǎn)生的電場共同作用，使兩電極間的電子作圓柱狀的回旋運動而不僅是在電場下的直線運動，從而極大地增加了反應(yīng)氣體被電離的截面，加大了電子與其他粒子碰撞的幾率，大大地增強了等離子體的密度，經(jīng)測試，在小于1毫乇的低氣壓下仍能正常地啟輝并產(chǎn)生穩(wěn)定的輝光放電，并用于了特征線寬小于0.25微米的工藝中。同時，由于等離子密度大幅度的增加，也提高了淀積或刻蝕的速率；其三，將進、出氣口分置于真空室的兩端，使新補充的反應(yīng)氣體能源源不斷地途徑射頻電極和接地電極之間，而被電離成等離子體和形成大量的活性基團；其四，將線圈套裝于真空室外，除仍能大幅度地提高等離子體的密度外，還使設(shè)備的真空度更易提升，降低了設(shè)備的使用成本；其五，線圈采用兩端匝數(shù)密度大于中段匝數(shù)密度的三段式線圈，并將其與電流恒流源電連接，保證了接地電極和射頻電極間磁場的均勻性，使位于接地電極上的待淀積或刻蝕基片時刻處于一個均勻的等離子體中，這極利于基片上介質(zhì)膜質(zhì)量的提升；其六，使射頻電極位于接地電極的上方，且射頻電極面積與接地電極面積相等，或使接地電極位于射頻電極的上方，且接地電極面積為射頻電極面積的一半，使得設(shè)備既能用于淀積，又可用于刻蝕。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選方式作進一步詳細的描述。
圖1是本發(fā)明的一種基本結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
參見圖1，圓柱狀的真空室8水平設(shè)置，其外套裝有與其平行設(shè)置的線圈1。線圈1為環(huán)繞式線圈，共有等長度的三段組成，其中的兩端線圈的匝數(shù)為中段線圈的匝數(shù)的兩倍；這三段線圈相互串聯(lián)連接后與電流恒流源7電連接。真空室8內(nèi)置有與其平行設(shè)置且相互平行的、均為平板狀的射頻電極2和接地電極5，其中，射頻電極2位于接地電極5的上方，且射頻電極2面積與接地電極5面積相等(若接地電極5位于射頻電極2的上方時，則接地電極5面積為射頻電極2面積的一半)，接地電極5上置有待淀積的基片3；射頻電極2和接地電極5分別與射頻電源6、大地電連接。真空室8的兩端分別連通有進氣口9和出氣口4。
使用時，當真空室8內(nèi)的真空度達到小于1毫乇的低氣壓時，開啟射頻電源6和電流恒流源7，真空室8內(nèi)的低氣壓仍能被正常地啟輝并產(chǎn)生穩(wěn)定的輝光放電。此時，若僅開啟射頻電源6，則真空室8內(nèi)的低氣壓不能被啟輝。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明的高密度等離子體增強化學(xué)氣相淀積與刻蝕設(shè)備進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高密度等離子體增強化學(xué)氣相淀積與刻蝕設(shè)備，包括真空室(8)和其內(nèi)置有的電極，以及與真空室(8)相連通的進、出氣口(9，4)，其特征在于1.1、所說真空室(8)和其內(nèi)置有的電極均水平設(shè)置；1.2、所說電極為射頻電極(2)和接地電極(5)，所說射頻電極(2)和接地電極(5)均為平板狀且相互平行設(shè)置；1.3、所說相互平行的射頻電極(2)和接地電極(5)外套裝有與其平行設(shè)置的線圈(1)；1.4、所說進、出氣口(9，4)分置于真空室(8)的兩端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高密度等離子體增強化學(xué)氣相淀積與刻蝕設(shè)備，其特征是線圈(1)套裝于真空室(8)外。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高密度等離子體增強化學(xué)氣相淀積與刻蝕設(shè)備，其特征是線圈(1)為環(huán)繞式線圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高密度等離子體增強化學(xué)氣相淀積與刻蝕設(shè)備，其特征是線圈(1)由三段等長度的線圈構(gòu)成，其兩端線圈的匝數(shù)密度大于中段線圈的匝數(shù)密度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高密度等離子體增強化學(xué)氣相淀積與刻蝕設(shè)備，其特征是線圈(1)的兩端線圈的匝數(shù)為中段線圈的匝數(shù)的兩倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高密度等離子體增強化學(xué)氣相淀積與刻蝕設(shè)備，其特征是三段線圈(1)相互串聯(lián)連接或并聯(lián)連接后與電流恒流源(7)電連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高密度等離子體增強化學(xué)氣相淀積與刻蝕設(shè)備，其特征是射頻電極(2)位于接地電極(5)的上方，且射頻電極(2)面積與接地電極(5)面積相等。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高密度等離子體增強化學(xué)氣相淀積與刻蝕設(shè)備，其特征是接地電極(5)位于射頻電極(2)的上方，且接地電極(5)面積為射頻電極(2)面積的一半。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高密度等離子體增強化學(xué)氣相淀積與刻蝕設(shè)備。它包括真空室(8)和其內(nèi)置有的電極，以及與真空室(8)相連通的進、出氣口(9，4)，特別是真空室(8)和其內(nèi)置有的電極均水平設(shè)置，電極為射頻電極(2)和接地電極(5)，其均為平板狀且相互平行設(shè)置，射頻電極(2)和接地電極(5)外套裝有與其平行設(shè)置的線圈(1)，進、出氣口(9，4)分置于真空室(8)的兩端；所述的射頻電極(2)位于接地電極(5)的上方，且其面積與接地電極(5)面積相等，所述的接地電極(5)位于射頻電極(2)的上方，且其面積為射頻電極(2)面積的一半。它能在真空室內(nèi)的氣壓小于1毫乇時，仍能被正常地啟輝并產(chǎn)生穩(wěn)定的輝光放電。
文檔編號C23C16/513GK1952210SQ20051009498
公開日2007年4月25日 申請日期2005年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月20日
發(fā)明者邱凱 申請人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院