[发明专利]等离子体源

说明书

本发明涉及一种利用等离子体来加工待加工工件(以下称“加工目标”)如半导体晶片或其他同类工件的等离子体源，尤其是涉及一种带有控制器来控制等离子体的组成粒子、如等离子体中的离子、电子、原子团(中性活化元素)或其他同类粒子的速度和方向(矢量控制)的等离子体源。

在半导体加工中利用等离子体的已知加工方法有等离子体CVD(化学蒸气淀积)法，等离子体RIE(反应离子蚀刻)法、溅射法等。按照这些方法，在一加工室内产生预定的等离子体，并于加工室内放置工件(半导体晶片)，通过如离子、电子或其他同类粒子之类的等离子体组成粒子的作用，在加工目标上形成一层薄膜，或在加工目标上进行蚀刻处理。

上述类型的等离子体源所实际采用的产生等离子体的方法至今已有多种。正如H.Hara等在“Proc.Workshop on Industrial plasmaApplications”ISPC-9，1，62～69页(1989，意大利)中披露的，目前，有关在低加工气压下获得高密度的均匀的等离子体的新型等离子体源的研究和开发日益增多。然而，用这些等离子体源不可能对象反应气体、离子或其他同类粒子之类的等离子体组成粒子的速度和移动方向都进行控制，而且这些等离子体源是以一维控制为基础的。即，通过调节加工气体的压力、基于输入电能的等离子体电势、热运动方向、基于偏置电场的在垂直于半导体晶片表面的方向上的粒子加速度等，来进行晶片上的控制。也就是说，从等离子体的矢量控制的观点来看，目前的现有等离子体源不能进行矢量控制。

因此，在垂直于加工目标表面的方向上可以进行控制，即在加工目标表面上薄膜的厚度、蚀刻的深度等能够得到控制，然而，在除加工目标表面垂直方向以外的其他方向上，实施控制是困难的，所以，现有的等离子体源不适用于加工复杂的结构。也就是说，常规的等离子体源不能作出足够的控制来进行半导体器件中的带锥度的沟槽、通路孔、接点孔之类的加工，或进行在沟槽内表面覆盖上所希望厚度的氧化膜的加工等，而这正是复杂加工工艺中的关键问题。

而且，从半导体布线图案的微切削加工的未来趋势看，在布线加工中晶片表面的平整工艺日益重要。目前一种CMP(化学和机械磨光)工艺被考虑作为平整工艺。然而，今后在薄膜形成加工中将需要直接地和三维地把膜形成在窄而深的通路孔、沟槽、接点孔中的工艺。而按目前的情况，以CMP为基础的方法有各种问题有待解决，例如生产率、尘埃管理、污染、防水以及未来微切削加工。

针对上述问题，申请人已发明了一种新型的等离子体加工方法，能够在除垂直于加工目标表面的方向以外的方向上对等离子体中的离子、电子或其它同类粒子进行控制，因而也能进行复杂的蚀刻、加工和其它工作。

按照本方法，在垂直于加工目标(半导体晶片)表面的方向产生一个电场，在该表面水平方向也产生一个电场，从而在垂直和水平电场的复合电场的基础上，控制等离子体中离子、电子或其它同类粒子的方向。以下将参照图1详细描述本方法。

如图1所示，在加工室100中，置有上电极101和下电极102，在上下电极之间的空间中产生等离子体103，本方法控制等离子体中的离子或电子的移动方向。为进行上述的等离子体控制，同时产生两个电场，一个是垂直于象半导体晶片或其它同类工件之类的加工目标104的表面的电场E_v，(在下称为垂直电场E_v)，另一个是平行于(水平于)加工件104表面的电场E_H(以下称为水平电场E_H)，而且这两个电场以预定的比值互相结合，产生一复合电场E_C，利用复合电场E_C来控制等离子体103中离子或电子的速度和移动方向。

垂直电场E_V包括一个在加工目标104表面上自然产生的等离子体壳层电场、一个由作用于下电极102的直流偏压产生的直流偏压电场和一个由例如13.56MHZ的射频偏压106产生的射频偏电场。而且，水平电场E_h包括一个感应电场，例如，在加工目标104的两侧放一对对应的线圈，从一个单相交流电源向线圈中供应具有预定周期的交流电流，以产生一个方向平行于(水平于)加工目标104的表面的磁场，并周期地反转该磁场的方向，便产生该感应电场，围绕着磁场。