[其他]一種等離子陽極化方法

在審

• 申請號: 101986000002538
• 申請日: 1986-10-29
• 公開（公告）號: CN86102538B
• 公開（公告）日: 1988-11-02
• 發明（設計）人: 李瓊
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司
• 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備，可靠地重復地大批量地在３００～６００℃溫度條件下，對半導體晶片進行自身氧化。經退火處理后，氧化層和界面特性都能達到高溫熱氧化水平，卻克服了高溫熱氧化固有的濺射效應，雜質再分布，鳥嘴效應等有害影響。

本發明屬于半導體器件和集成電路生產技術領域。

等離子陽極化方法比常規高溫熱氧化有許多優點，但在已有技術中，等離子陽極化方法尚處于實驗室階段。經過對1964年-1985年的WPI專利文獻檢索，均未檢索到類似的等離子陽極化方法和設備的專利。國外文獻中對等離子陽極化技術已有報導。如T·Sugano在“硅襯底上生長氧化膜的干法低溫技術-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，報導了美國IBM公司的研究成果，他們采用擴散爐式反應器，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。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，且重復性差，無法很好地用于等離子陽極化。因此，上述文獻中報導的已有技術，每次能進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。設備結構都較復雜、在陽極化試驗時常伴有大量濺射效應，造成污染和輻射損傷并使陽極氧化速率受到限制。

本發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，另一關鍵的措施就是采用真空反應室中的內部電極的結構，如圖1、2、3、4、5、6所示，（圖1、2、4為較方便的結構方式。圖1是整個系統的示意圖，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，或其他耐氧化導電金屬材料。該陽極與有關部件的細節結構如圖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體晶片半徑決定，晶片半徑略大于R，不必嚴格規定。

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

本發明所提出的方法，在操作時，按工作要求，將電爐加溫至300～600℃并進行恒溫控制，調好氣壓加上射頻功率到等離子體放電發光。這時加上陽極偏壓，在硅片上方見到發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點：這樣的平板電容器式多電極陽極化結構比較簡單能夠進行大面積、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實現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性都較好，生長速率可控。經退火后，此氧化層質量與熱氧化生成的膜相當。完全克服了濺射效應，使生成膜純度好，此外還克服了鳥嘴效應，雜質再分布，缺陷增多等高溫熱氧化的固有缺點。

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是真空反應室內部單圈下電極結構頂視圖。

附圖3是真空反應室內部單圈下電極結構剖視圖。