[发明专利]用于实现均匀等离子处理的阶梯式上部电极

说明书

本申请是申请号为01817262.8、申请日为2001年10月10日、发明名称为“用于实现均匀等离子处理的阶梯式上部电极”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明一般地涉及利用高能辐照或等离子进行蚀刻的方法，更具体地说，本发明涉及一种在集成半导体电路制造过程中用于控制圆片边缘的蚀刻速率的方法和设备。

背景技术

自二十世纪六十年代中叶以来，集成半导体电路逐渐成为大多数电子系统的主要部件。这些小型化的电子器件可以含有成千个晶体管以及构成微型计算机中央处理单元的内存和逻辑子系统的其它电路。这些计算机芯片的低成本、高可靠性以及运行速度使得它们成为现代数字电子学的无所不在的特征。

集成电路芯片的制造过程通常以被称为“圆片”的、高纯度、单晶半导体材料衬底的薄、抛光片开始。对每个圆片进行一系列物理处理步骤和化学处理步骤，以在圆片上成型各种电路结构。在制造过程中，利用各种技术，在圆片上沉积各种薄膜，例如利用热氧化法产生二氧化硅薄膜，利用化学汽相沉积法产生硅薄膜、二氧化硅薄膜以及硝酸硅薄膜，利用溅镀或其它技术产生其它金属薄膜。

在半导体圆片上沉积薄膜后，通过利用被称为掺杂的方法，将选择的杂质植入半导体晶格产生半导体的唯一电特性。然后，可以对掺杂硅圆片喷涂一薄层被称为“抗蚀剂”的光敏材料或辐射敏感材料。然后，可以利用被称为光刻技术的方法，将用于确定电路中的电子通路的小几何图形转移到抗蚀剂上。在光刻过程中，可以将集成电路图形绘制到被称为“掩膜”的玻璃板上，然后，可有选择地去除集成电路图形，并将集成电路图形投影转移到覆盖抗蚀剂的光敏涂层上。

然后，利用被称为蚀刻的方法，将光刻抗蚀剂图形转移到半导体材料的下结晶面上。传统的蚀刻方法采用湿化学物质，已经证明该方法限制了可以成型在圆片上的特征图形的尺寸和宽高比(即，得到的刻痕的高度与宽度之比)。因此，传统化学蚀刻方法限制了可以封装到单个湿蚀刻圆片上的电路数量，并因此限制了电子器件的极限尺寸。

为了克服化学蚀刻的限制，后来开发了干等离子蚀刻技术、活性离子蚀刻技术以及离子碾磨技术。具体地说，等离子蚀刻技术可以使垂直蚀刻速率远高于水平蚀刻速率，因此，可以充分控制蚀刻特征图形的得到的宽高比。事实上，等离子蚀刻技术可以在厚度接近1微米的薄膜上成型高宽高比的非常精细的特征图形。

在等离子蚀刻过程中，通过在低压下对气体施加大量能量，在圆片的带掩膜表面上产生等离子。这通常是在约0.001大气压下在气体内产生放电实现的。结果等离子可能含有离子、自由基以及高动能中性物质。通过调节待蚀刻衬底的电势，可以使等离子内的带电颗粒对圆片的不带掩膜区域进行冲击，从而去除衬底上的原子。

通常，利用对被蚀刻物质具有化学活性的气体，可以更有效进行蚀刻。所谓“活性离子蚀刻技术”综合了等离子的高能蚀刻作用和气体的化学蚀刻作用。然而，已经发现许多化学活性剂会导致额外电极损伤。

为了在圆片的整个表面上实现均匀蚀刻速率，最好在圆片表面均匀分布等离子。例如，授予Rose等人的第4,792,378号和第4,820,371号美国专利公开了一种簇射喷头电极(shower head electrode)，用于通过该电极上的大量孔分布气体。这两项专利一般地描述了一种气体弥散盘，为了对半导体圆片提供均匀气流，它具有小孔排列满足反应室内存在的特定压力梯度。气体弥散盘试图用作选择隔板，用于抵消在气体弥散盘下的梯度压力，并通过簇射喷头电极提供均匀气流以分布在圆片的整个表面上。诸如泵送口的等离子放射系统内的任何间断或不规划均会影响在簇射喷头下面产生的等离子的密度。

由于集成电路制造过程对颗粒和杂质污染非常敏感，在蚀刻过程中，即使是空气中小至1微米的悬浮颗粒物质也必须防止它们接触圆片表面。因此，通常，最好将等离子限定在刚好在圆片衬底之上并围绕圆片衬底的区域内。例如，Sakata等人(第4,610,774号美国专利)公开的围绕溅镀目标的环形壁，对于在溅镀过程中趋向逃离等离子的这些电子，它可以排斥它们，并使它们返回中心。同样，Ishii等人(第5,571,366号美国专利)公开了一种用于等离子处理设备的送气装置，它具有围绕其周长的环形喷射器，该喷射器将气体集中到待处理对象的目标表面上。Maydan等人(第5,643,394号美国专利)公开了一种等离子室盖，它具有用于将注射气体聚集到被处理圆片的中心的环形反射器。