[发明专利]气体喷射器以及包含该喷射器的蚀刻装置

说明书

发明领域

本发明涉及一种气体喷射器以及包含该喷射器的蚀刻装置。具体来说，本发明涉及一种将蚀刻气体喷射到处理室中以蚀刻衬底上的薄膜的气体喷射器以及包含这种气体喷射器的蚀刻装置。

背景技术

近来，由于包括计算机在内的信息媒体应用的增多，半导体工业取得了长足的进展。在功能上，半导体器件必须以高速运行并且具有大的数据存储容量。因此，半导体制造技术的发展始终围绕提高半导体器件的集成度、可靠性以及发应速度。在这方面，蚀刻是制造精细图案的主要技术之一，而这些精细图案是获得高集成度的半导体器件所必须的。所以，蚀刻工艺必须符合严格的要求。

具体来说，蚀刻被用于构图在半导体衬底上的薄膜。当今的半导体器件具有小于0.15μm的设计规则。因此，蚀刻技术已被开发用于实现具有蚀刻选择性的各向异性蚀刻。在蚀刻工艺中主要采用等离子体来获得蚀刻选择性。在颁发给Cathey等人的美国专利No.6,013,943中和6,004,875中以及颁发给Mitsuhashi的美国专利No.5,902,132中公开了采用等离子体的蚀刻装置的例子。

常规的等离子体蚀刻装置包括处理室、气体喷射器和偏压电源。一种这样的等离子体蚀刻装置是由AMT公司生产的，型号为e-MAX。该等离子体蚀刻装置的按如下过程工作：将衬底装载到处理室中。通过气体喷射器将气体喷入处理室中，以便在处理室中形成等离子体环境。在等离子体环境中，对形成在衬底上的薄膜进行蚀刻。偏压电源在衬底中引起偏压。因而，在蚀刻工艺进行过程中，处于等离子状态下的气体被吸引到衬底上。

在颁发给Martin的美国专利No.6,013,943中和6,004,875中以及颁发给McMillin的美国专利No.6,013,155中公开了常规气体喷射器的例子。下面将结合图1和图2对常规气体喷射器进行详细说明。

气体喷射器10由石英制成并包括气体入口区A和气体出口区B。气体入口区A为中空的环形。气体出口区B具有圆形的气体喷射部分100。气体入口区A包括环形的部分A’和圆柱形部分A”。圆柱形部分A”的直径小于环形部分A’的直径。而且，环形部分A’的与圆柱形部分A”和气体出口区B的轴向长度之比为0.6∶1.5∶1。

气体出口区B还具有穿过其圆形气体喷射部分100的多个孔110。因此，气体喷射器10的孔110的纵轴与水平方向成预定角度。气体喷射部分100的孔110也可以具有各种形状。例如，美国专利No.6,013,155公开了一种具有锥形气体喷射孔的气体喷射器。

下面将参照图3说明由具有这种气体喷射器的蚀刻装置进行的蚀刻工艺。图3示出了形成半导体器件的栅极隔离层的蚀刻工艺。栅极隔离层36通过全表面蚀刻工艺，即已知的均厚蚀刻(blanket etching)形成在栅极32的两个侧壁上。

更具体地说，栅极32首先形成在衬底30上。然后，使用栅极32作为掩模进行离子注入工艺，以便使源极/漏极34形成在衬底30的表面上靠近栅极32的位置。接着，将氧化材料按顺序堆叠到衬底30和栅极32上。然后，通过在衬底30和氧化材料之间进行有选择的蚀刻，进行全表面蚀刻工艺。结果，栅极隔离层36形成在栅极32的两个侧壁上。

但是，在进行表面层蚀刻工艺的过程中，一些微粒经常附着到衬底30上。这些微粒阻碍了蚀刻工艺并产生电桥，即一种使栅极隔离层36彼此相连的制作缺陷。

这些微粒主要包括Si、O、C和F。在这些材料中，Si、C和F是在进行蚀刻工艺时产生的聚合物。另外，Si和O的微粒是由气体喷射器产生的。也就是说，当进行蚀刻工艺时，喷射的气体以及施加在衬底上的偏压使气体喷射器被损坏。特别是，在限定气体喷射孔的喷射部分的内壁上的偏压可能会产生电弧。电弧使气体喷射器被严重损坏，以至于Si和O微粒与气体喷射器分离。在进行蚀刻工艺的过程中，这些微粒附着在衬底上。

另外，随着蚀刻工艺连续和重复地进行，对气体喷射器的损坏加重。由电弧引起的损坏在气体喷射部分的孔内比在其表面上更加严重。另外，在远离气体喷射器纵轴的孔处，这种损坏更加显著。这证明了损坏程度取决于气体喷射器的形状和材料。特别是，气体喷射器的某部分的损坏程度与流经该部分的喷射气体量有关。另外，由于气体喷射器将气体以一定角度喷射到衬底的外缘上，因此附着在衬底外缘的微粒向衬底的中心移动。

如上所述，在常规蚀刻工艺中常规气体喷射器本身是微粒源。这些微粒可能引起半导体器件中的缺陷，因此使用常规等离子体蚀刻工艺制造的半导体器件的可靠性降低。

发明内容