[发明专利]等离子体处理装置、热电子发生器、等离子体点燃装置及方法

说明书

本发明提供一种等离子体处理装置、热电子发生器、等离子体点燃装置及方法，用于改善等离子体点燃。其中，所述等离子体处理装置包括：腔室，内部具有处理空间；气体入口，作为处理气体进入所述腔室的通道；热电子发生器，产生并输送热电子至腔室内；射频功率源，驱动所述热电子撞击处理气体，产生等离子体。

技术领域

本发明涉及等离子体处理装置、等离子体点燃装置与方法，以及可应用在上述装置和方法内的热电子发生器。

背景技术

通常，在半导体处理期间，等离子体刻蚀工艺被用来沿着在半导体基片上形成图案的精细的线或者在通孔或触点内移除或刻蚀材料。等离子体刻蚀工艺通常涉及将具有层叠的图案的保护层（例如光刻胶层）的半导体基片定位在处理室中。此外，在半导体处理期间，等离子体增强化学气相沉积（PECVD）工艺可以被用来沉积材料，来填充在半导体基片上形成图案的沟槽、通孔和/或触点。

例如，在等离子体刻蚀工艺中，一旦基片被定位在室内，可电离的、可离解的气体混合物可以以预先规定的流速引入室内，同时真空泵被节流以实现环境处理压力。之后，在气体粒子存在的部分在与充能电子（高速运动的电子）碰撞之后离子化时形成等离子体。此外，热电子用来将气体粒子的混合物中的一些粒子离解并且产生适合于暴露表面刻蚀化学反应的（一种或多种）反应粒子。一旦形成等离子体，基片的任何暴露的表面由等离子体刻蚀。该工艺被调整以实现最优的条件，包括期望反应物的适当浓度以及离子数，以刻蚀基片的暴露区域中的各种特征(例如，沟槽、通孔触点等)。在需要进行刻蚀的位置处的这种基片材料例如包括二氧化硅（SiO₂）、多晶硅和氮化硅。

传统地，各种技术已经被应用来将气体激发为等离子体，来在半导体装置制作期间如上所述地处理基片。特别地，电容耦合等离子体（CCP）处理系统或电感耦合等离子体（ICP）处理系统已经通常被用于等离子体激发。

将可电离的、可离解的气体混合物激发为满足工艺要求的等离子体的过程，通常也可称为等离子体点燃。等离子体的点燃时间影响工艺步骤的处理时长。另外，对于不同批次的相同基片，总是希望它们在同一工艺步骤中的等离子体点燃时间趋于相同。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种等离子体处理装置，包括：

腔室，内部具有处理空间；

气体入口，作为处理气体进入所述腔室的通道；

热电子发生器，产生并输送热电子至腔室内；

射频功率源，驱动所述热电子撞击处理气体，产生等离子体。

可选的，所述腔室包括顶壁、侧壁与底壁，所述热电子发生器的至少一部分设置在所述顶壁或侧壁或底壁内。

可选的，所述热电子发生器的至少一部分已伸入至腔室的处理空间。

可选的，所述等离子体处理装置为电感耦合等离子体处理装置。

可选的，所述等离子体处理装置为电容耦合等离子体处理装置。

可选的，所述热电子发生器包括电热丝；通过调节施加于电热丝的加热电压来控制所产生的热电子的数量。

根据本发明的另一个方面，提供一种等离子体处理装置中用于辅助等离子体点燃的热电子发生器，所述热电子发生器设置于所述等离子体处理装置，用于产生并输送热电子至所述等离子体处理装置的腔室。

可选的，所述热电子发生器包括：

内部具有空隙的壳体；

电热丝，位于所述壳体内，并在通电加热后产生热电子；

电场，驱动所产生的热电子透过壳体进入所述腔室。

可选的，所述空隙处于真空状态。