[发明专利]在等离子体中产生激活/离子化粒子的装置

说明书

本发明涉及一种在等离子体中产生激活/离子化粒子的装置。

集成电路，特别是存储器芯片或微处理器是采用许多工艺步骤制成的。这些电路的制造成本是由工艺的复杂性以及物理上的加工时间确定的。高度复杂的器件经常需要数百个工艺步骤以及产品整个工艺过程需要许多天的时间。

这些工艺步骤的一部分是有针对性地在半导体表面上淀积材料或有针对性地除掉材料。这里需使用蚀刻或淀积技术，还包括掩模和掺杂技术等基础工艺，这些工艺在制造高集成度电路的工艺步骤中，经常需要在半导体材料上反复使用(参见《高集成度电路工艺》，D.Widmann，H.Mader，H.Friedrich，施普林格出版社1988年，特别是3.1.1和5.2.2-4节)。

在一个半导体表面上淀积材料的一个重要方法是所谓的化学气相淀积法，也称为CVD法(化学蒸发淀积)。其中所选择的过程气体被引导到经过加热的半导体基片上，并在基片上产生所希望的淀积层。在热的基片表面上将出现过程气体的反应，作为反应产品将产生希望的淀积层，另一方面产生出另一种反应气体，它必须从反应器中抽出。出于多种原因，不希望在化学反应过程中将半导体基片加热到很高的必要温度。所以目前经常采用的方法是，将初始反应气体激活成分解的、具有反应性的成分，并且淀积反应的分解不需要通过提高半导体基片的初始温度实现，而是通过一种等离子体或通过高能辐射实现。

为制造集成电路，仅仅将材料层淀积在半导体基片上是不够的。为产生所希望的结构，上述淀积层的一部分必须有目的地重新除掉。为此可使用一系列方法，其中最经常使用的方法是化学干蚀刻以及化学物理干蚀刻。在化学干蚀刻中，在一种气体的粒子和被蚀刻的表面的原子之间产生化学反应。在化学物理干蚀刻中，在一种气体的粒子和被蚀刻表面的原子之间产生化学反应，并通过向被蚀刻表面注入附加的离子、电子或光子得到支持。此处出于多种原因也不希望半导体基片在化学反应过程中被加热到高温。所以在化学和化学物理干蚀刻方法中，通常也要激活反应气体，形成分解的、具有反应性的组分，并且通过等离子体触发蚀刻反应。

为了实现以上所述的蚀刻工艺和淀积工艺，需要解决的问题是产生高能的并具有反应性的中性粒子，特别是蚀刻基，而且要以足够高的效率进行。这种要求的技术解决方案同时要满足防止电场和带电粒子对所处理的基片的影响的要求，而且要为蚀刻和淀积工艺创造尽可能宽的工作压力范围。

为产生具有反应性的中性粒子，通常需要使用高频放电法。这样一种系统例如显示在图4中，它来源于产品说明书《CDE-Ⅷ型微波下行蚀刻系统》，技术说明书840008号，1986年4月1日修订版2，美国TYLAN／TOKUDA公司。其中公开了一种公知的微波激活下行蚀刻系统。

在图4中表示出一个微波发生器1用于产生微波，微波进入空腔导体系统2。借助谐振单元4以及通过空腔导体系统2的尺寸，所产生的微波通过聚焦系统将微波能量集中在空腔导体系统2的预定位置上。未谐振的反射能量和未转换的能量必须在空心导体系统2内的某处被吸收，例如在T形件3或空心导体2的末端，大多数情况中是采用水吸收方式实现。为通过微波能量产生蚀刻基，设置了一个等离子放电管5，它布置在所产生的微波的电场方向上，并通过空心导体系统2实现。如果将合适的过程气体引入等离子放电管5的进口6，并点燃等离子体，则除了产生其他成分外，也产生被激活的中性粒子。该粒子然后通过约1米长的管道7输送到蚀刻反应-反应室8。所激活的中性粒子抵达固定在一个旋转台上的基片10的表面，并在该表面上产生所要求的蚀刻反应。反应室8通过泵9抽真空并将挥发性反应产物抽走。

为了使该装置顺利运行，所述等离子放电管采用一种几乎不吸收微波的材料制成，而且能耐受在等离子体中产生的化学腐蚀性蚀刻基。所以通常要采用金属氧化物或石英。但是这种材料在等离子区会受到还原气体如氢的强烈腐蚀，从而在所述材料表面产生导电孤岛，因此会导致微波能吸收率的增加。

这种类型的下行蚀刻系统的问题在于所产生的微波的谐振。对所产生的微波必须进行适当的谐振，从而精确地提供等离子放电的电压最大值。然而很小的误谐振会导致工艺参数的明显改变，从而造成微波发生器的过载。采用复杂的和高成本的措施，虽然能防止微波发生器的过载，但是这些措施会降低效率，此外会明显地增大整个装置的尺寸。由于装置的尺寸增大，使得该系统在半导体生产设备中集成的成本加大。如果需要更换磨损件，例如微波发生器或者离子放电管，则必须重新调谐整个装置。