[发明专利]干法工艺用的大面积均匀可调永磁磁路结构

说明书

本发明涉及处理半导体的设备领域，特别涉及干法工艺用的永磁磁路结构。

当前，集成电路的发展对集成度提出了越来越高的要求。由于在工艺流程中要多次用到刻蚀技术，刻蚀的质量对器件性能、成品率都有很大影响，所以刻蚀技术的改进始终是工艺技术改进的核心问题之一。

刻蚀的方式有两种：干法刻蚀、湿法刻蚀。湿法刻蚀的特点是：刻蚀完全靠化学反应在反应液中实现。由于有横向的钻蚀，所以当线宽进一步减小时（通常是＜3μm），根据微细图形加工的需要，工艺上就必须采用干法刻蚀。其中反应离子刻蚀（RIE）是利用气体（一种或几种）在放电时形成的等离子体来进行刻蚀。干法刻蚀可以刻蚀各种半导体材料、介质膜、金属膜，可以获得大的高宽比，而且操作安全、成本低、对环境污染小。从刻蚀的质量、选择性、方向性上来说都要优于湿法刻蚀。另外，干法刻蚀易于生产过程自动化。

由于干法刻蚀的优点，使得人们不断地进行广泛探索。其中，反应离子刻蚀（RIE）已成为主要的刻蚀手段。由于离化率低，RIE的刻蚀速率较低，一般的数据为：刻SiO₂∶300A°/min，刻Al、Si∶1000A°/min。为了更好地开发工艺，降低生产成本，又发展了磁控反应离子刻蚀（MRIE）等方法，使刻蚀速率有很大提高，并且自偏压有明显降低而减小了辐射损伤。

低的离化率是普通双极放电系统造成的，离化率约为10^-4，而磁控反应离子刻蚀（MRIE）可利用外加磁场限制电子的运动来提高离化率。这种限制是靠电子运动时所受的洛仑兹力的作用来实现的。另外，由于电子被约束，使得它与离子的迁移率差别减小，再加上电极电流增加，使得自偏压减小并可避免器件的辐射损伤。由于反应室的气压低，并不影响刻蚀的方向性。

国外原有技术的主要不同点是施加磁场的方式不同，有很多种磁路结构被研究过，归纳起来可以分为三类：

①用扫描的方法

②用电磁铁

③永磁结构

这些技术存在的问题如下：

方法①：虽可在一定区域内形成均匀刻蚀，但是要在刻蚀机上另外加上一套机械传动扫描部分而且是在真空条件下工作加工复杂、易出问题。

方法②：采用这种方法一般是利用电磁线圈来产生所需磁场，耗电且均匀性不是太好。

方法③：一般采用的开路结构磁能耗散大，磁场弱且不均匀，而闭路的不作调整也不易均匀，强度不易调。

在现有技术中尚未发现与本发明相似的以永磁结构施加磁场的MRIE，但与日本专利特开昭5849142，后来取得美国专利的美国专利号4526643相近，该专利介绍了一种利用等离子体进行刻蚀的磁控反应离子刻蚀机，该设备利用反应离子在反应室中刻蚀样品，并且在反应室内具有一个可嵌放样品的阴极以及与其相对的阳极、反应气体和抽气系统，在反应室外装有施加高频电压后便在两电极间形成等离子体的磁控装置，该磁控装置是由彼此相间排列在一个封闭带上的磁体以及使磁体沿着封闭带移动的装置组成的。该发明的核心在于：许多磁极间隙沿着封闭环的方向移动，从而使样品表面上持续地保持均匀的高密度等离子区。用这种设备实现了快速刻蚀，而且均匀性好。但是这种设备存在着缺点，主要是它的结构复杂，从而使刻蚀装置加工困难。因为整个磁控装置处于反应室下面，为此要单独加工成一个腔体，从而使机器体积增大;为避免磁铁与阴极之间形成放电，此腔体还要被抽成高真空;又由于是利用扫描，所以还要有传动装置穿过腔体与外界相连，传动又在真空下操作，使机器的可靠性降低，加工变得复杂，设备维修也很不便。

本发明的目的在于：提供一种在反应离子刻蚀机上施加磁场以实现磁控反应离子刻蚀的永磁磁路结构，所说的磁路结构采用永磁材料直接构成磁场，使刻蚀机加工大为简化和小型化。

本发明目的是这样达到的：在电极两侧以多块永磁磁铁作相对的极板构成磁场，在各该极板内侧加上软铁板，并在两侧加上调整用的角铁，以非正八角形或弧形软铁使以上二极板构成回路，从而本发明目的应完全达到了。

以下结合附图对本发明进行详细说明：

附图1是本发明磁路结构示意图;

附图2-4是软铁回路框水平部分72分别为105、80、及60毫米时的磁场强度分布实测图;

附图5是软铁回路水平部分72长为105毫米;单侧磁铁单元为54块并由角铁8调整后的磁场强度分布实测图;

附图6是本发明磁控反应离子刻蚀曲线;

附图7是一般反应离子刻蚀曲线。