等离子体源制造技术

按照本发明专利技术，当一高频电源向天线１４供电时，便在加工室１１产生一准静电感应电场Ｅ↓［ｐｓ］，而且在宽区域内产生高密度等离子体Ｐ。并且，由一多相交流倒相器电源给多相交流磁铁１７提供交流电流（为几十Ｈｚ至几十ＫＨｚ），从而在半导体晶体片１３上产生一水平磁场（磁通量密度Ｂ）。由此产生的磁场以与多相交流倒相器电源中设定频率的相应的频率旋转，而且该磁场的旋转导致在半导体晶片１３表面上产生一个旋转电场Ｅ。在半导体晶片１３的表面区域，在垂直方向产生一个电场Ｅ↓［ｖ］。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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，申请人已专利技术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。以下将参照附图说明图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Ev，(在下称为垂直电场Ev)，另一个是平行于(水平于)加工件104表面的电场EH(以下称为水平电场EH)，而且这两个电场以预定的比值互相结合，产生一复合电场EC，利用复合电场EC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EV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Eh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。如上所述，按照上述等离子体控制方法，通过利用由垂直电场EV和水平电场EH组成的复合电场EC，可以控制等离子体103中的离子、电子等同类粒子的移动方向。然而，在该方法中，垂直电场仍比水平电场大一些，这是因为垂直电场是由直流偏压105或射频偏压106产生于加工目标104表面上的。所以，获得足够大的水平电场EH是困难的，以致不能充分实现该复合电场的控制能力，即对离子、电子或其它同类粒子的速度和方向的控制能力。本专利技术的目的是提供一种等离子体源，它能在加工目标表面上提供一个足够大的水平电场，从而高精度地控制等离子体中的离子、电子或其它同类的等离子体组成粒子的速度和方向，使得容易利用等离子体进行复杂加工。本专利技术的等离子体源包括等离子体发生器、水平电场发生器和控制器。等离子体发生器从一个进行等离子体处理的加工室的外面产生一个进入该加工室内的感应电场，从而产生等离子体。水平电场发生器在由等离子体发生器产生的等离子体中产生一个方向水平于加工目标表面的电场。控制器控制由水平电场发生器产生的水平电场，以控制等离子体中等离子体组成粒子的速度和方向。按照该等离子体源，从加工室外穿入加工室内的感应电场是通过等离子体发生器的无电极放电过程产生的，由此在加工室中产生等离子体。方向水平于加工目标表面的电场是通过水平电场发生器在由等离子体发生器产生的等离子体气氛下产生的。控制器控制由水平电场发生器产生的水平电场，以改变由水平电场和方向垂直于加工目标表面的电场(等离子体壳层电场)组成的复合电场的强度和方向，从而能够控制等离子体中离子等等离子体组成粒子的速度和移动方向。在这里，方向垂直于加工目标表面的电场(即垂直电场)仅仅由等离子体本身在与加工目标的界面产生的等离子体壳层电场构成。所以，水平电场强度与垂直电场强度的比率增大了。按照本专利技术的等离子体源，通过无电极放电产生从加工室外指向加工室内的感应电场，而且是在等离子体中加工目标表面上产生水平电场。通过控制该水平电场来控制离子等等离子体组成粒子的速度和移动方向，方向垂直于加工目标的电场仅由通过无极放电所产生的等离子体本身在与加工目标的界面上产生的等离子体壳层电场构成。所以，水平水电场可获得相对较大的强度。相应地，水平电场和垂直电场的复合电场的强度和方向，也就是说，等离子体中的离子等等离子体组成粒子的速度和移动方向，能够得到高精度控制。尤其是，本专利技术可更有效地和精确地适用于半导体晶片表面的平整加工，膜形成加工，沟槽、通路孔或接点孔的蚀刻加工，沟槽内壁的角度控制加工等的矢量控制。所以，本专利技术能够完成复杂加工工作，满足半导体器件微切削加工的需要。图1是申请人以前专利技术的等离子体源结构示意图；图2是本专利技术第一实施例的等离子体源功能结构示意图；图3是图2所示的等离子体源结构示意图；图4是图3所示的等离子体源的一个主要部件结构透视图，部分剖开显示；图5是图3所示的等离子体源中所用天线结构的侧视图；图6是图3所示的等离子体源电场产生的示意图；图7是本专利技术第二实施例的等离子体源结构示意图；图8是本专利技术第三实施例的等离子体源的一个主要部件的结构示意图；图9是本专利技术第四实施例的等离子体源的一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体源，它包括：一个安置加工目标的加工室；用于从该加工室外面在该加工室中产生一感生电场来产生等离子体的的等离子体发生器；用于在由该等离子体发生器产生的等离子体中产生一个方向水平于加工目标表面的电场的水平电场发生器；用 于控制由该水平电场发生器产生的水平电场的控制器，以控制等离子体中等离子体组成粒子的速度和运动方向。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：河利孝，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]