[其他]一種等離子陽極化方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 101986000002538
• 申請日: 1986-10-29
• 公開（公告）號: CN86102538B
• 公開（公告）日: 1988-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李瓊
• 申請（專利權(quán)）人: 華東師范大學(xué)
• 代理公司: 上海德昭知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 湯錦森;俞允超

一種等離子陽極化方法。它能夠以較簡單的設(shè)備，可靠地重復(fù)地大批量地在３００～６００℃溫度條件下，對半導(dǎo)體晶片進(jìn)行自身氧化。經(jīng)退火處理后，氧化層和界面特性都能達(dá)到高溫?zé)嵫趸剑瑓s克服了高溫?zé)嵫趸逃械臑R射效應(yīng)，雜質(zhì)再分布，鳥嘴效應(yīng)等有害影響。

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件和集成電路生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。

等離子陽極化方法比常規(guī)高溫?zé)嵫趸性S多優(yōu)點，但在已有技術(shù)中，等離子陽極化方法尚處于實驗室階段。經(jīng)過對1964年-1985年的WPI專利文獻(xiàn)檢索，均未檢索到類似的等離子陽極化方法和設(shè)備的專利。國外文獻(xiàn)中對等離子陽極化技術(shù)已有報導(dǎo)。如T·Sugano在“硅襯底上生長氧化膜的干法低溫技術(shù)-等離子陽極化”（載《Thin SOlid Films》92（1982）19-32）一文中，采用電感線圈外耦合的射頻放電，功率密度較高，工作氣壓為0.02TOrr，但僅能得到約1cm²的實驗性小片。A·K·Ray在“硅的等離子氧化”（載《Thin SOlid Films》84（1981）389-396）一文中，報導(dǎo)了美國IBM公司的研究成果，他們采用擴(kuò)散爐式反應(yīng)器，也是射頻放電，工作氣壓0.02-0.1Torr，但僅能得到單片的陽極化效果，且硅片正面存在強烈的濺射效應(yīng)。另外，P·Friedel和S·GOurier在“等離子體中氧化過程評論”（《J·Phys·Chem SolidO44卷5期第353～364頁。1983年）一文中指出，激發(fā)放電的方式有冷陰極或熱陰極直流放電，或是交流放電，包括射頻放電，或是微波放電。工作的氣壓通常都在10^-2到10^-1TOrr的范圍。僅有微波等離子體使用氣壓1.5TOrr，然而這時等離子體極不均勻，且重復(fù)性差，無法很好地用于等離子陽極化。因此，上述文獻(xiàn)中報導(dǎo)的已有技術(shù)，每次能進(jìn)行陽極氧化的硅片只有1片或只有1cm²面積左右的一塊硅片。使用的氣體僅局限于氧氣，氣壓為10^-2-10^-1TOrr。設(shè)備結(jié)構(gòu)都較復(fù)雜、在陽極化試驗時常伴有大量濺射效應(yīng)，造成污染和輻射損傷并使陽極氧化速率受到限制。

本發(fā)明的目的就是消除上述的缺點，所采取的措施之一就是提高工作氣壓到0.5～10TOrr，所用氣體為氧氣、H₂O₃或干燥空氣，或O₂+Ar或其他含氧氣體，另一關(guān)鍵的措施就是采用真空反應(yīng)室中的內(nèi)部電極的結(jié)構(gòu)，如圖1、2、3、4、5、6所示，（圖1、2、4為較方便的結(jié)構(gòu)方式。圖1是整個系統(tǒng)的示意圖，圖2、4是單圈和雙圈安排時的陽極安排示例。）在平板電容器式的下電極上，鑲裝一圈或二圈及二圈以上的與下電極板金屬材料絕緣的以R為半徑的陽極，該陽極的材料，可為金屬鋁，或其他耐氧化導(dǎo)電金屬材料。該陽極與有關(guān)部件的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)如圖3、5、6所示，陽極裝在下電極上，其位置與下電極邊緣及中心孔等距，其半徑R的大小由被加工的半導(dǎo)體晶片半徑?jīng)Q定，晶片半徑略大于R，不必嚴(yán)格規(guī)定。

該陽極與平板電容器式的下電極之間用絕緣介質(zhì)如云母片來進(jìn)行絕緣，其連接線由下電極下方引出。進(jìn)行陽極化時，每個陽極上可放一片待陽極化半導(dǎo)體晶片例如硅片。

本發(fā)明所提出的方法，在操作時，按工作要求，將電爐加溫至300～600℃并進(jìn)行恒溫控制，調(diào)好氣壓加上射頻功率到等離子體放電發(fā)光。這時加上陽極偏壓，在硅片上方見到發(fā)光的明顯加強和陽極電流，這時就開始陽極化過程。

上述的等離子陽極化方法存在許多優(yōu)點：這樣的平板電容器式多電極陽極化結(jié)構(gòu)比較簡單能夠進(jìn)行大面積、大批量等離子陽極化。這是由于這樣的方法是采用了大功率陽極回路。直流陽極電壓源不只是作為從等離子中收集負(fù)離子和電子之用，而且是射頻輔助下的直流放電功率源。因而在射頻功率密度較低的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)大面積等離子陽極化。除此外，得到的自身氧化膜均勻性與重復(fù)性都較好，生長速率可控。經(jīng)退火后，此氧化層質(zhì)量與熱氧化生成的膜相當(dāng)。完全克服了濺射效應(yīng)，使生成膜純度好，此外還克服了鳥嘴效應(yīng)，雜質(zhì)再分布，缺陷增多等高溫?zé)嵫趸墓逃腥秉c。

附圖1是批量平行板電容器式等離子陽極化裝置的總體示意圖。

附圖2是真空反應(yīng)室內(nèi)部單圈下電極結(jié)構(gòu)頂視圖。

附圖3是真空反應(yīng)室內(nèi)部單圈下電極結(jié)構(gòu)剖視圖。