[其他]一种等离子阳极化方法

说明书

一种等离子阳极化方法。它能够以较简单的设备，可靠地重复地大批量地在３００～６００℃温度条件下，对半导体晶片进行自身氧化。经退火处理后，氧化层和界面特性都能达到高温热氧化水平，却克服了高温热氧化固有的溅射效应，杂质再分布，鸟嘴效应等有害影响。

本发明属于半导体器件和集成电路生产技术领域。

等离子阳极化方法比常规高温热氧化有许多优点，但在已有技术中，等离子阳极化方法尚处于实验室阶段。经过对1964年-1985年的WPI专利文献检索，均未检索到类似的等离子阳极化方法和设备的专利。国外文献中对等离子阳极化技术已有报导。如T·Sugano在“硅衬底上生长氧化膜的干法低温技术-等离子阳极化”（载《Thin SOlid Films》92（1982）19-32）一文中，采用电感线圈外耦合的射频放电，功率密度较高，工作气压为0.02TOrr，但仅能得到约1cm²的实验性小片。A·K·Ray在“硅的等离子氧化”（载《Thin SOlid Films》84（1981）389-396）一文中，报导了美国IBM公司的研究成果，他们采用扩散炉式反应器，也是射频放电，工作气压0.02-0.1Torr，但仅能得到单片的阳极化效果，且硅片正面存在强烈的溅射效应。另外，P·Friedel和S·GOurier在“等离子体中氧化过程评论”（《J·Phys·Chem SolidO44卷5期第353～364页。1983年）一文中指出，激发放电的方式有冷阴极或热阴极直流放电，或是交流放电，包括射频放电，或是微波放电。工作的气压通常都在10^-2到10^-1TOrr的范围。仅有微波等离子体使用气压1.5TOrr，然而这时等离子体极不均匀，且重复性差，无法很好地用于等离子阳极化。因此，上述文献中报导的已有技术，每次能进行阳极氧化的硅片只有1片或只有1cm²面积左右的一块硅片。使用的气体仅局限于氧气，气压为10^-2-10^-1TOrr。设备结构都较复杂、在阳极化试验时常伴有大量溅射效应，造成污染和辐射损伤并使阳极氧化速率受到限制。

本发明的目的就是消除上述的缺点，所采取的措施之一就是提高工作气压到0.5～10TOrr，所用气体为氧气、H₂O₃或干燥空气，或O₂+Ar或其他含氧气体，另一关键的措施就是采用真空反应室中的内部电极的结构，如图1、2、3、4、5、6所示，（图1、2、4为较方便的结构方式。图1是整个系统的示意图，图2、4是单圈和双圈安排时的阳极安排示例。）在平板电容器式的下电极上，镶装一圈或二圈及二圈以上的与下电极板金属材料绝缘的以R为半径的阳极，该阳极的材料，可为金属铝，或其他耐氧化导电金属材料。该阳极与有关部件的细节结构如图3、5、6所示，阳极装在下电极上，其位置与下电极边缘及中心孔等距，其半径R的大小由被加工的半导体晶片半径决定，晶片半径略大于R，不必严格规定。

该阳极与平板电容器式的下电极之间用绝缘介质如云母片来进行绝缘，其连接线由下电极下方引出。进行阳极化时，每个阳极上可放一片待阳极化半导体晶片例如硅片。

本发明所提出的方法，在操作时，按工作要求，将电炉加温至300～600℃并进行恒温控制，调好气压加上射频功率到等离子体放电发光。这时加上阳极偏压，在硅片上方见到发光的明显加强和阳极电流，这时就开始阳极化过程。

上述的等离子阳极化方法存在许多优点：这样的平板电容器式多电极阳极化结构比较简单能够进行大面积、大批量等离子阳极化。这是由于这样的方法是采用了大功率阳极回路。直流阳极电压源不只是作为从等离子中收集负离子和电子之用，而且是射频辅助下的直流放电功率源。因而在射频功率密度较低的情况下能够实现大面积等离子阳极化。除此外，得到的自身氧化膜均匀性与重复性都较好，生长速率可控。经退火后，此氧化层质量与热氧化生成的膜相当。完全克服了溅射效应，使生成膜纯度好，此外还克服了鸟嘴效应，杂质再分布，缺陷增多等高温热氧化的固有缺点。

附图1是批量平行板电容器式等离子阳极化装置的总体示意图。

附图2是真空反应室内部单圈下电极结构顶视图。

附图3是真空反应室内部单圈下电极结构剖视图。