[发明专利]中空阳极等离子体反应器与方法

说明书

本发明是申请日为2002年5月14日、申请号为02812094.9的相同发明名称的专利申请的分案申请。所述专利申请02812094.9已被授予专利权。

技术领域

本发明涉及集成电路的制造，并且具体涉及清除来自表面的材料的设备与方法。

背景技术

干刻(dry etch)处理可用于半导体晶片处理以清除来自晶片表面的材料，或通过暴露到等离子体，清除来自晶片上积淀的膜的材料。等离子体是电中性，部分离子化状态的材料。蚀刻反应器不但生产等离子体，而且对出现在晶片或膜上的化学或物理反应提供一定程度的控制。通过蚀刻处理，材料从蚀刻区域中晶片或膜的表面被清除以形成部分限定电路元件的轮廊或维数。

在已知的等离子体反应器中，等离子体以接近晶片的空间产生，并且等离子体扩展以充满大部分或全部的反应室空间。等离子体与等离子接触的全部表面相互作用。在接近晶片空间的外面，等离子壁相互作用能够产生不需要的结果，比如壁材料的喷镀，或更通常地在壁上或靠近壁的积淀。当壁的积淀的厚度随着持续处理而增加时，壁的积淀能够剥落而引起粒子污染物。另外，因为壁的积淀与壁本身相比较具有不同的电子与化学性质，所以该积淀能够改变等离子体如何与壁进行相互作用，并且经过一段时间能够导致等离子体性质的变化。因此，壁的积淀必须周期性的清除。就地进行等离子体清除是优选的，但由于一些等离子壁相互作用的低能量，通常是困难的或很慢。这样，通常需要反应器的手工清除，其增加了操作成本并减少了系统处理量。

图1示出了现有技术的等离子反应器的剖视侧面图。该设备使用形成了反应器或室100的室壳体110。第一电极112放置在壳体110的顶部内。如图所示，第一电极112与壳体110电连接到地134。第二电极114放置在壳体110的下部内，相对并平行于上部电极112。第二电极114通过绝缘环116与壳体110电气隔离。被蚀刻的基底或晶片118放置在第二电极114的内表面上，其通常配置有夹紧设备和/或冷却设备。晶片118被由诸如石英之类的绝缘材料制造的薄板120围绕。

蚀刻剂气体通过蚀刻剂气体供给122与供给线124提供到反应器100。供给线124通过第一电极112经过开口连接到反应器100以将蚀刻剂气体传递到反应器100的内部。减少的压力通过真空泵128保持在反应器100内，该真空泵128通过真空管126连接到反应器100。无线电频率(RF)功率通过RF电源130与阻抗配合网络132提供到第二电极114。

反应器100内蚀刻剂气体的适当减少的压力以及将适当的RF功率应用到第二电极114，等离子体在第一电极112与第二电极114之间的中间电极空间146内形成，并且扩展到第一与第二电极112与114外面的空间142。在空间142内的等离子气体能够与室壳体110的暴露的内部壁144相互作用。

其它设备已试图限制靠近晶片118的等离子体。一些已知设备采用两个或多个环形圈150，其直接靠近类似于图2所示的两个平行圆盘电极之间的中间电极空间146。多个环形圈150加入到图1的反应器100，所述环形圈150充满上面的电极112与下面的电极114之间靠近它们的外围的空间。环形圈150由诸如石英之类的非导电材料制造，并且环形圈150在它们之间具有小开口152。开口152允许气体从中间电极空间146流动到外部空间148，并且然后流动到真空泵128。该开口152足够的窄，并且环形圈150的宽度足够宽，使得通过小开口152，存在气流传导的显著损失。此气流传导损失引起中间电极空间146与外部空间148之间的压力差。由于窄的开口152与存在于外部空间148中的很低的压力，因此在中间电极空间146内引起的等离子体限制在中间电极空间146内。

对等离子体限制的上述方法会遭受限定的处理窗口。在较低的等离子体操作压力下，通常小于60毫托(millitorr)，环形圈150的功效通常不能建立有益的压降。此外，在其中限制等离子体的例子中，由环形圈150引起的低气流传导限定可被采用的气流比率。

如果等离子体能够被限制到接近晶片的空间，则得到一些优点，包括增强的处理稳定性和重复性、以及减少的系统维护。因此，需要一种设备与一种方法，其将等离子体限制在接近晶片的空间，并且没有显著地限制该设备与方法的气流比率和/或压力。

附图说明

在图中，相同的参考数字指示整个图的对应的部件。

图1是现有技术的反应器的剖视侧面图。

图2是第二现有技术的反应器的剖视侧面图。

图3是当前优选实施例的剖视侧面图。