專利名稱：等離子體處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及等離子體處理裝置和等離子體處理方法，更具體地說，涉及可以高效率地進(jìn)行等離子體處理裝置的初始化的等離子體處理裝置和等離子體處理方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體裝置的制造中，至今要求達(dá)到高密度和高集成化。為此，設(shè)計規(guī)則很嚴(yán)格，例如，柵極布線圖形等的線寬度要更小，而作為下層半導(dǎo)體裝置和上層布線層的連接部分的接觸孔的縱橫比要更高。
為了制造按嚴(yán)格的設(shè)計規(guī)則設(shè)計的半導(dǎo)體裝置，制造工序的管理很重要。例如，在蝕刻工序中，必需可靠地進(jìn)行微細(xì)的圖形和具有高的縱橫比的接觸孔的蝕刻。為此，管理蝕刻速率，可靠地形成所希望的圖形不可缺少。
但是，在進(jìn)行蝕刻的等離子體處理裝置中，特別是在使用電感耦合等離子體(以下稱為ICP)進(jìn)行蝕刻的等離子體處理裝置中，在由石英等制成的腔室中不加電位。由于這樣，蝕刻的材料作為異物，容易附著在腔室的內(nèi)壁等上。附著在腔室內(nèi)壁等上的異物，對蝕刻時的等離子體狀態(tài)有影響。可以改變蝕刻速率。
另外，為了適應(yīng)隨著半導(dǎo)體裝置的進(jìn)步的多種要求，可以進(jìn)行各種過程。舉一個例子來說，在將鎢等材料埋入接觸孔中以前，必需蝕刻掉在接觸孔底部表面上，氧化變質(zhì)產(chǎn)生的氧化膜(例如SiO2)然而，在將通常蝕刻的氧化膜以外的導(dǎo)電材料蝕刻時，例如多晶硅、W、WSi、CoSi等材料的情況下，當(dāng)以后再次蝕刻氧化膜時，可以引起一種稱為記憶效果的現(xiàn)象。
所謂記憶效果是下面的一種現(xiàn)象。例如，當(dāng)蝕刻由CoSi等金屬材料制成的膜時，蝕刻的物質(zhì)附著在由石英制成的腔室或其內(nèi)壁等上。這樣，在等離子體內(nèi)產(chǎn)生的電子或離子等，通過附著物接地，使等離子體不穩(wěn)定。因此，即使在同一條件下，在以后以氧化膜作為目標(biāo)進(jìn)行蝕刻，由于等離子體不穩(wěn)定，不能得到穩(wěn)定狀態(tài)的蝕刻速率。這種現(xiàn)象稱為記憶效果。即當(dāng)蝕刻通常蝕刻的膜以外的膜時，與附著在通常的腔室內(nèi)或其內(nèi)壁上的材料不同的材料附著，這樣，相對于等離子體的阻抗變化，進(jìn)而等離子體的狀態(tài)受影響，引起記憶效果。
圖18為表示先前的等離子體處理裝置中的半導(dǎo)體晶片載置部10的一個例子的概略的截面圖。如圖18所示，半導(dǎo)體晶片載置部10具有導(dǎo)向環(huán)80和基座153。
基座153例如有AIN等制成。導(dǎo)向環(huán)80例如由SiO2等石英材料制成。導(dǎo)向環(huán)80包圍基座153的外周邊，導(dǎo)向環(huán)80的上面在基座153的上方。因此，導(dǎo)向環(huán)80，可將半導(dǎo)體晶片1的外周邊引導(dǎo)至可靠位置。
在具有這種半導(dǎo)體晶片載置部10的等離子體處理裝置中，通?？蛇M(jìn)行SiO2膜的半導(dǎo)體晶片的蝕刻。在蝕刻途中，進(jìn)行表面用多晶硅(Poly-Si)膜覆蓋的半導(dǎo)體晶片的表面的蝕刻，接著，在再次對表面為SiO2膜的晶片進(jìn)行蝕刻的情況下，蝕刻速率降低，在這種情況下，例如當(dāng)沒有進(jìn)行5片SiO2膜的半導(dǎo)體晶片的處理時，(蝕刻時間相當(dāng)于150秒)，不能回復(fù)至通常的蝕刻速率。
原因如下。即由于多晶硅的Si飛散，附著在腔室內(nèi)壁表面上，等離子體狀態(tài)暫時衰減。但通過蝕刻幾片SiO2膜的半導(dǎo)體晶片，氧化物再次在一定程度上堆積在腔室內(nèi)部。等離子體狀態(tài)回復(fù)至原來的穩(wěn)定狀態(tài)。
為了使蝕刻速率回到穩(wěn)定狀態(tài)，可進(jìn)行使用測試晶片的蝕刻。然而，使用測試晶片，時間，勞動力和費用不可缺少，使生產(chǎn)和作業(yè)效率降低，不太好。
另外，附著在腔室內(nèi)壁上的附著物，可以使用ClF3氣體的清潔方法蝕刻(除去)。但是，實施該蝕刻困難，另外，由于蝕刻(除去)后，為了裝置回歸穩(wěn)定狀態(tài)，還必需利用一定片數(shù)的測試晶片，進(jìn)行蝕刻。
在進(jìn)行多個半導(dǎo)體晶片的蝕刻處理的情況下，裝置的工作時間長。因此，附著在腔室內(nèi)壁上的附著物厚，該附著物可由自身的內(nèi)部應(yīng)力作用剝離，也因處理氣體中的離子和自由基而進(jìn)行還原、侵蝕造成的其他應(yīng)力而剝離。因此，產(chǎn)生顆粒。
在這種情況下，當(dāng)將表面由氧化膜覆蓋的晶片作為測試晶片，進(jìn)行等離子體處理，使氧化物附著在腔室內(nèi)壁上時，可以抑制顆料的產(chǎn)生，但是，從生產(chǎn)和作業(yè)效率來看，這種作業(yè)也不好。
另外，配置在基座153周圍的導(dǎo)向環(huán)80的上表面位于基座153的上方。這是在晶片周圍，等離子體混亂的主要原因。具體地說，是成膜或蝕刻等的等離子體處理的平面內(nèi)的均勻性受損害的主要原因。
另外，以前為了密封電介質(zhì)體壁，特別是鐘罩型電介質(zhì)體壁和處理室(其他壁)之間，使用O形環(huán)或兩個表面作成平面的平型或L型的密封墊片。
然而，在使用O形環(huán)的情況下，為了對付破損，必需保護(hù)該O形環(huán)的接觸面以外的地方。另外，在使用平型或L型密封墊片的情況下，不能確保密封面上足夠大的表面壓力，因此容易產(chǎn)生真空泄漏。
在以前，為了將處理氣體導(dǎo)入處理室內(nèi)，采用在頂部作出多個氣體導(dǎo)入孔的結(jié)構(gòu)，即所謂的噴淋頭結(jié)構(gòu)。
然而，在噴淋頭結(jié)構(gòu)中，晶片和氣體導(dǎo)入孔的間隔，根據(jù)處理裝置結(jié)構(gòu)不同，有限制，并且，在晶片外周邊上的氣體分布不一樣。因此，成膜和蝕刻等的等離子體處理的表面內(nèi)的均勻性受損害，這是一個問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種可以高效率地使裝置開始工作，可以適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行氧化膜以外的材料的蝕刻處理，可以防止產(chǎn)生顆粒的等離子體處理裝置和等離子體處理方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種可以防止基于處理裝置內(nèi)的載置臺等的構(gòu)成該裝置的部件的材質(zhì)組成的金屬污染的等離子體處理裝置。
另外，本發(fā)明的再一個目的是提供一種可使在晶片上氣體的流動均勻，在整個處理面上使等離子體均勻分布，提高成膜和蝕刻等的等離子體處理的面內(nèi)均勻性，具有氣體導(dǎo)入結(jié)構(gòu)的等離子體處理裝置。
本發(fā)明為一種等離子體處理裝置，它具有帶電介質(zhì)壁的處理室；設(shè)在上述處理室內(nèi)，具有載置被處理體的載置面的載置臺；可裝卸自由地覆蓋上述載置臺的至少載置面的電介質(zhì)部件；其特征為，經(jīng)上述電介質(zhì)壁，在上述處理室內(nèi)，激起感應(yīng)等離子體。
采用這種結(jié)構(gòu)，在等離子體處理裝置中，在處理中出現(xiàn)產(chǎn)生顆粒等故障時，在對腔室內(nèi)進(jìn)行濕清潔(wet cleaning)后開始工作的情況下、進(jìn)行定期維修的情況下等，在向蝕刻對象物變化(例如，從金屬蝕刻轉(zhuǎn)移至氧化膜蝕刻)的情況等別的過程轉(zhuǎn)移的情況下，甚至在使腔室內(nèi)回復(fù)至初期狀態(tài)的情況下等，都可以在等離子體中，對放在載置臺上的電介質(zhì)部件進(jìn)行蝕刻。這時，即使不使用測試晶片，也可高效地在等離子體處理裝置腔室內(nèi)進(jìn)行初始化。另外，由于載置臺的載置面用電介質(zhì)部件覆蓋，因此即使在構(gòu)成載置臺的材料中含有金屬等雜質(zhì)，也可防止腔室內(nèi)和被處理體被金屬污染。
優(yōu)選，上述電介質(zhì)部件具有載置被處理體的載置面，在該載置面周圍，形成引導(dǎo)被處理體的導(dǎo)向環(huán)。優(yōu)選上述導(dǎo)向環(huán)的表面位置比上述被處理體的處理面低而形成。優(yōu)選上述電介質(zhì)部件是覆蓋在上述載置臺的上部的凹部狀。優(yōu)選上述電介質(zhì)部件由可相互分離的載置面部和導(dǎo)向環(huán)部構(gòu)成。
采用這種結(jié)構(gòu)，被處理體可以可靠地載置在電介質(zhì)部件上。另外，可使等離子體在被處理體的處理表面上均勻。還可使制造和消耗電介質(zhì)部件等時容易更換。
或者，本發(fā)明的一種等離子體處理裝置，具有具有電介質(zhì)壁和由與電介質(zhì)壁連接的氟類彈性體材料構(gòu)成的平型密封墊片的處理室；和設(shè)在上述處理室內(nèi)，載置被處理體的載置臺；其特征為，經(jīng)上述電介質(zhì)，在上述處理室內(nèi)，激起感應(yīng)等離子體，上述平型密封墊片的兩個面上，形成至少一列環(huán)形突起。
采用這種結(jié)構(gòu)，可以保護(hù)整個密封表面。另外，由于可以確保適當(dāng)?shù)谋砻鎵毫?，因此可提供氣密性更高的等離子體處理裝置。
或者，本發(fā)明提供一種等離子體處理裝置，它具有處理室；設(shè)在上述處理室內(nèi)，載置被處理的載置臺；和具有設(shè)在上述處理室的例如側(cè)壁、在斜上方向向著上述處理室內(nèi)開口的多個氣體噴出孔的氣體導(dǎo)入環(huán)；其特征為，在上述處理室內(nèi)，激起感應(yīng)等離子體。
優(yōu)選，上述氣體導(dǎo)入環(huán)的內(nèi)側(cè)面為向上的錐形面，上述多個氣體噴出孔分別在上述錐形面上開孔。優(yōu)選，上述多個氣體噴出孔，向著處理室內(nèi)的一點開孔。優(yōu)選，上述處理室具有鐘罩型的電介質(zhì)壁，經(jīng)上述鐘罩型的電介質(zhì)壁，在上述處理室內(nèi)激起感應(yīng)等離子體。
采用這種結(jié)構(gòu)，可從處理室側(cè)面向處理室內(nèi)的給定位置(例如中央部)均勻地噴出氣體。結(jié)果，氣體在晶片上的流動均勻，可均勻地產(chǎn)生等離子體，可提高成膜和蝕刻等離子體處理的表面內(nèi)均勻性。
或者，本發(fā)明提供一種利用等離子體處理裝置的等離子體處理方法，該等離子體處理裝置具有帶電介質(zhì)壁的處理室；設(shè)在上述處理室內(nèi)，具有載置被處理體的載置面的載置臺；可裝卸自由地覆蓋上述載置臺的至少載置面的電介質(zhì)部件，經(jīng)上述電介質(zhì)壁，在上述處理室內(nèi)，激起感應(yīng)等離子體，其特征為，包括在使上述電介質(zhì)部件露出的狀態(tài)下，在規(guī)定時間內(nèi)，在上述處理室內(nèi)，激起等離子體的初始化工序。
利用上述方法，可以在運轉(zhuǎn)率這點上高效率地進(jìn)行等離子體處理裝置的初始化工序。另外，采用上述方法，由于具有可防止產(chǎn)生顆粒的效果，因此可使工藝的可靠性高。


圖1為表示本發(fā)明的實施方式1的等離子體處理裝置的概略圖。
圖2為表示本發(fā)明的實施方式1的半導(dǎo)體晶片的載置部的概略截面圖。
圖3為表示鐘罩上部的結(jié)構(gòu)的概略截面圖。
圖4為圖3中的P部分的放大圖。
圖5為連接部分的平面圖。
圖6為本發(fā)明的實施方式1的氣體導(dǎo)入環(huán)的概略截面圖。
圖7為本發(fā)明的另一個實施方式的氣體導(dǎo)入環(huán)的概略截面圖。
圖8為表示氣體通路的結(jié)構(gòu)的圖。
圖9為本發(fā)明的一實施方式的密封墊片的截面圖。
圖10為利用SEM-EDX(帶有X射線分光器的能量分散型掃描式電子顯微鏡)的元素組成分析圖。
圖11為顆粒產(chǎn)生的概念圖。
圖12為表示由記憶效果引起的蝕刻量的變化的圖。
圖13為表示由記憶效果引起的蝕刻量的變化的圖。
圖14為表示本發(fā)明的實施方式2的半導(dǎo)體晶片載置部的概略截面圖。
圖15為表示本發(fā)明的實施方式3的半導(dǎo)體晶片的載置部的概略截面圖。
圖16為表示本發(fā)明的實施方式4的半導(dǎo)體晶片載置部的概略截面圖。
圖17為表示本發(fā)明的實施方式5的半導(dǎo)體晶片載置部的概略截面圖。
圖18為表示先前的等離子體處理裝置中的半導(dǎo)體晶片載置部的一個例子的概略截面圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的等離子體處理裝置及其初始化的優(yōu)選實施方式。在本說明書和附圖中，具有實質(zhì)上相同功能的部件，用相同的標(biāo)號表示，省略重復(fù)說明。
(實施方式1)圖1為表示本發(fā)明的實施方式1的等離子體處理裝置的概略圖。如圖1所示，等離子體處理裝置150為除去半導(dǎo)體晶片上的氧化膜和其他材料的膜的蝕刻裝置，可采用電感耦合等離子體(ICP)方式。
裝置150具有大致為圓筒形的腔室151和大致為圓筒形的鐘罩152。鐘罩152設(shè)置在腔室151的上方，通過后述的密封墊片179達(dá)到密封不透氣。鐘罩152例如由石英或陶瓷材料等電介質(zhì)材料制成。
在腔室151內(nèi)具有基座153?；?53用于水平支承作為被處理體的半導(dǎo)體晶片(以下簡稱為晶片)1。在基座153的上表面上配置本實施方式的電介質(zhì)部件180(其詳細(xì)結(jié)構(gòu)將后面說明)。電介質(zhì)部件180由三根(圖1中只表示了1根)軸200支承。
支承部件154作成大致為圓筒形狀，支承基座153。為了加熱晶片1，在基座153內(nèi)埋入加熱器156。電源175通過電源連接線177，將電力供給加熱器156。
線圈157作為天線部件，卷繞在鐘罩152周圍。高頻電源158通過匹配器159，與線圈157連接。高頻電源158可以產(chǎn)生具有450kHz-60MHz、優(yōu)選為450kHz-13.56MHz的頻率的高頻電力。
現(xiàn)在來說明鐘罩152上部的結(jié)構(gòu)。圖3為表示鐘罩152上部結(jié)構(gòu)的概略的截面圖，圖4為圖3所示的P部分的放大圖。如圖3所示，在鐘罩152外部的上部，設(shè)有與電極153相對的對向電極201。對向電極201由Al等制成，它經(jīng)與配置在中央部部的鐘罩152的防止緩沖用的封罩203、隔離環(huán)205，設(shè)置在與鐘罩152之間。封罩203和隔離環(huán)205由特氟隆等樹脂制成，可以壓緊，將鐘罩152密閉。
對向電極201與裝在其上部的Al制成的封蓋207連接。另外，封蓋207與覆蓋鐘罩152側(cè)面的Al制的外殼209連接。對向電極201，通過封蓋207、外殼209接地。
另外，在封蓋207的上方設(shè)有匹配器159，它通過圖3的P部分，與線圈157電氣上連接。如圖4所示，P部分具有與匹配器159連接的電極211、與電極211連接的電極213、與電極213連接的電極215和通過螺釘19與電極215連接的電極217。各個電極可以取出。另外，電極217與夾子221連接。夾子221夾住線圈157，使匹配器159和線圈157電氣上連接。
夾子221具有電氣上連接電極217和線圈157的功能。例如，圖5所示，與電極217導(dǎo)通的連接部分223，通過螺釘225，與線圈157連接。電極213、215，采用將銀涂敷在銅上而得到。電極213、215的外側(cè)用酰胺基類樹脂等耐熱樹脂制成的蓋227覆蓋，該蓋227用Al制的蓋229覆蓋。如上所述，從高頻電源158，通過匹配器159，將高頻電力供給線圈157，可以在鐘罩152內(nèi)形成感應(yīng)電磁場。
氣體供給機(jī)構(gòu)160具有供給蝕刻半導(dǎo)體晶片表面用的Ar的Ar供給源161、和供給還原金屬材料的氧化物用的H2的H2供給源162。氣體管路163和164分別與氣體供給源161和162連接。在各個管路上設(shè)置閥165、178和質(zhì)量流量控制器166。
氣體導(dǎo)入環(huán)167在鐘罩152和腔室151的側(cè)壁頂部之間作成環(huán)狀。在氣體導(dǎo)入環(huán)167的內(nèi)周邊側(cè)壁面上，向著箭頭所示方向即向著鐘罩152內(nèi)空間部155的中央部(α點))，作出多個可以噴出處理氣體的氣體導(dǎo)入孔167a。該氣體導(dǎo)入環(huán)167，利用螺栓等，經(jīng)密封件，不漏氣地固定在腔室151側(cè)壁的上部。氣體導(dǎo)入孔167a配置成一角度，可以向著配置在鐘罩152外側(cè)的感應(yīng)線圈的圈數(shù)(線圈的高度)的1/2的位置處的空間部155的中央部(α點)，噴出處理氣體。另外，多個氣體導(dǎo)入孔167a等間隔配置。這樣，處理氣體可以均勻地噴出至鐘罩152的空間部155內(nèi)。
氣體導(dǎo)入孔167a不是僅限于此，根據(jù)裝置的大小，可以調(diào)整個數(shù)或噴出角度，以形成均勻的流動。在本實施方式中，作出20個氣體導(dǎo)入孔167a。噴出(均等)角度可根據(jù)成形角度作成任意的，向著空間部155的中央部(即半導(dǎo)體晶片上部)的角度(固定)也可以。
如圖6所示，在氣體導(dǎo)入環(huán)167上設(shè)有作成環(huán)狀的槽167b，和與該槽連通的氣體通路167d。氣體管路163和164與氣體通路167d連接。氣體管路163和164出來的氣體，通過氣體通路167d，注入氣體導(dǎo)入環(huán)167內(nèi)。再通過氣體導(dǎo)入孔167a，將蝕刻氣體向著空間部155的中央部導(dǎo)入(噴出)。
如圖6所示，氣體導(dǎo)入環(huán)167的空間部155側(cè)的側(cè)面167c垂直地形成。在作為垂直面的側(cè)面167c作出氣體導(dǎo)入孔167a。在這種結(jié)構(gòu)的情況下，從孔上部噴出的氣流A，和從孔下部噴出的氣流B之間產(chǎn)生速度差。由于這樣，當(dāng)處理氣體從氣體導(dǎo)入孔167a噴出時，在氣體導(dǎo)入孔167a的出口附近，可以形成紊流(渦流)。因此，不能均勻地將氣體導(dǎo)入空間部155內(nèi)。
又如圖7所示，在氣體導(dǎo)入環(huán)167的空間部155的側(cè)面167c上作出錐形面167f。相對該錐形面167f，大致垂直地開孔向上形成的氣體導(dǎo)入孔167a。由于多個氣體導(dǎo)入孔167a的方向，通過在感應(yīng)線圈的圈數(shù)(線圈的高度)的1/2高度位置處交叉，因此可以減小從孔上部噴出的氣流和從孔下部噴出的氣流B之間的速度差，可以均勻地將氣體導(dǎo)入腔室內(nèi)。另外，在氣體導(dǎo)入孔167a的空間部155側(cè)的出口附近可以倒角，形成圖7所示的出口167g。在這種情況下，可以減小氣體噴出的阻力。
其次，參見圖8，來說明用于將氣體導(dǎo)入氣體導(dǎo)入環(huán)167內(nèi)的槽167b中的氣體通路167d的結(jié)構(gòu)。圖8為表示氣體通路167d的結(jié)構(gòu)的圖，圖8(a)為從上看的概略圖，圖8(b)為從圖8(a)的Q方向看的概略圖，圖8(c)為圖8(a)的R-R截面的概略圖。
如圖8所示，在氣體導(dǎo)入環(huán)167中，設(shè)置有將氣體導(dǎo)入內(nèi)部的槽167b中的氣體通路167d。如圖8(b)所示，氣體通路167d的入口在氣體導(dǎo)入環(huán)167的外側(cè)露出。又如圖8(a)和圖8(c)所示，在氣體通路167a和槽167b的連接部分的上部，作出橫孔167h。另外，在氣體通路167d和槽167b的連接部分的槽167b側(cè)上，設(shè)有隔壁，從氣體通路167a導(dǎo)入的氣體，經(jīng)過橫孔167h，導(dǎo)入槽167b中。由于這種結(jié)構(gòu)，氣體容易在槽167b的周邊方向(寬度方向)流動。因此，向著空間部155噴出的氣體更均勻。
另外，為了保持真空度，腔室151的側(cè)壁和鐘罩152的側(cè)壁通過密封墊片179，不漏氣地連接。圖9為本實施方式的密封墊片179的截面圖。圖9所示的密封墊片179設(shè)置在鐘罩152的密封面和氣體導(dǎo)入環(huán)167的上部的密封面之間。這樣，可以維持不漏氣。并保護(hù)鐘罩152的密封面，防止破損。為了更提高不漏氣性，密封墊片179可以由氟類彈性材料制成。又如圖9所示，優(yōu)選在具有環(huán)形的密封墊片的上下面上形成半圓形的突起(山或甲山狀)179a、179b。在密封墊片179的下面上，可以沒有突起179a，而在密封墊片179的上面上有兩個突起179a等多個突起也可以。
又如圖1所示，包含真空泵的排氣裝置169與排氣管168連接。腔室151的底壁的一部分開口，凹形的排氣部182不漏氣地與該開口部連接。上述排氣管168與排氣部182的側(cè)面開口部連接。在上述排氣部182的底部上設(shè)置支承基座153的支承部件154。使排氣裝置169工作，可通過排氣部182、排氣管168，將腔室151和鐘罩152的內(nèi)部減壓至規(guī)定的真空度。
另外，在腔室151的側(cè)壁上設(shè)置閘閥170。在閘閥170處在打開的狀態(tài)下，晶片1可以在相鄰的負(fù)載鎖緊室(圖中沒有示出)之間搬送。埋入基座153中的電極173，通過匹配器172與高頻電源171連接。這樣，可以給電極173加一個偏壓。
現(xiàn)在說明以上結(jié)構(gòu)的等離子體處理裝置的動作。首先，打開閘閥170，將晶片1插入腔室151內(nèi)。其次，利用升降頂桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)181具有的升降頂桿升降驅(qū)動部181b，使升降頂桿181a上升，利用該升降頂桿181a接受晶片1。然后，升降頂桿181a下降，將晶片1載置在基座153上。再后，閘閥170關(guān)閉，利用排氣裝置169，使腔室151內(nèi)和鐘罩152內(nèi)排氣，成為給定的減壓狀態(tài)。接著，從Ar供給源161和H2供給源162，將Ar氣和H2氣供給腔室151內(nèi)。同時，從高頻電源158，將高頻電力供給線圈157，在鐘罩152內(nèi)的空間部155中形成感應(yīng)電磁場。
這個感應(yīng)電磁場，使得在鐘罩152內(nèi)的空間部155中，生成等離子體。利用等離子體，可蝕刻除去晶片1的表面的膜例如氧化膜。這時，可從高頻電源171，將偏置電壓加在基座153上。根據(jù)需要，例如在使用H2氣等過程氣體的情況下，將電力從電源175供給加熱器156，可以加熱基座153。
舉一個處理條件的例子壓力為0.1-13.3Pa，優(yōu)選為0.1-2.7Pa；晶片溫度為100-500℃，Ar氣流量為0.001-0.03L/min，優(yōu)選為0.005-0.015L/min；H2氣流量為0-0.06L/min，優(yōu)選為0-0.03L/min，；高頻電源158的頻率為450kHz-60MHz，優(yōu)選為480kHz-13.56MHz，偏置電壓為-20--200V(0-500W)。使用這種條件的等離子體，進(jìn)行30秒左右的蝕刻處理時，作為氧化膜的SiO2可除去1-10納米(nm)左右。
圖2為表示本實施方式的半導(dǎo)體晶片載置部100的概略截面圖。如圖2所示，半導(dǎo)體晶片載置部100具有基座153和電介質(zhì)部件180。
基座153由AlN、Al2O3、SiC等材料制成。電介質(zhì)部件180由等離子體處理時維持電介質(zhì)的材料例如SiO2、Al2O3、AlN或Si3N4等制成。另外，在基座153上載置電介質(zhì)部件180。本實施方式的電介質(zhì)部件180為石英。
在電介質(zhì)部件180的中央部的上面，形成向下側(cè)成為凹形的臺階t2。即電介質(zhì)部件180的外周部的上面比其中央部的上面僅隆起臺階t2。晶片1的外周邊由該臺階t2導(dǎo)向。這樣，可將晶片1載置在可靠的位置上。在晶片1的厚度大約為0.7mm的情況下，臺階t2約為0.5-3mm、0.5-1mm優(yōu)選，更優(yōu)選是厚度與晶片的厚度相同。
另外，電介質(zhì)部件180的外徑，比基座153的外徑大。即當(dāng)將電介質(zhì)部件180載置在基座153上時，其外緣180a從基座153向外側(cè)突出出來。另外，在電介質(zhì)部件180的中央部的下面，形成向下側(cè)成為凸形的凸部180n。該凸部180n收容于設(shè)置在基座153的上面的向上側(cè)成凹形的凹部153n內(nèi)。
具體地是，例如，基座153的凹部153n，可以作成如圖2所示的锪孔。另外，電介質(zhì)部件180的凸部180n與基座153的凹部153n接觸，同時，電介質(zhì)部件180的外緣180a的下面，與基座153的邊緣(外周邊)的上面接觸。這時，電介質(zhì)部件180不會從基座153上錯開落下，可以持續(xù)穩(wěn)定地載置在基座153上。
當(dāng)電介質(zhì)部件180的中央部部厚度t1太薄時，加工困難，而且耐久性差。厚度t1厚，則成本增加。因此厚度t1為0.5-5mm左右，優(yōu)選為0.5-1mm。
以前，在具有這種半導(dǎo)體晶片載置部100的等離子體處理裝置150中，為了防止對于記憶效果的初始化或防止產(chǎn)生顆粒，要進(jìn)行使用測試晶片的等離子體處理。在本實施方式的情況下，可在不載置晶片1的狀態(tài)下(例如在搬出搬入晶片1時)，進(jìn)行電介質(zhì)部件180的蝕刻處理。這個稱為后過程處理。
作為實際的處理條件，ICP用的高頻電源158的輸出為200-1000W(優(yōu)選為200-700W)；偏置電壓的電源171的輸出，在13.56MHz頻率下為100-500W(優(yōu)選為400W)；壓力大約為0.1-1.33Pa(優(yōu)選為0.67Pa)；優(yōu)選只使用Ar氣。Ar氣的流量為0.001-0.06L/min(優(yōu)選為0.001-0.03L/min或0.038L/min)；基座溫度為-20-500℃，優(yōu)選為200℃(在使用Ar氣和H2氣的混合氣體的情況下，基座溫度優(yōu)選為500℃)。處理時間為5-30秒，優(yōu)選為例如10sec左右。在這種處理條件下，蝕刻電介質(zhì)部件，可以使電介質(zhì)部件附著在鐘罩內(nèi)壁面上。因此，可以防止記憶效果和產(chǎn)生顆粒。
現(xiàn)在，參照圖10、圖11、圖12、圖13說明顆粒產(chǎn)生的機(jī)理和記憶效果。圖10為利用SEM-EDX(帶X射線分光器的能量分散型掃描式電子顯微鏡)的元素組成分析圖；圖11為顆粒產(chǎn)生的概念圖；圖12、圖13為表示由記憶效果造成的蝕刻量變化的圖。
圖10(a)、圖10(b)和圖10(c)分別為Si、鐘罩152的側(cè)壁的堆積物、和SiO2的元素組成分析圖。如圖10所示，從Si、鐘罩152的側(cè)壁堆積物和SiO2中檢測的Si元素O元素之比分別為100∶0、49∶46、34∶66。因此，可推測出鐘罩152的側(cè)壁的堆積物為含有Si和O元素大約為1∶1的SiO2。
如圖11(a)所示，在鐘罩152內(nèi)的空間部155中存在蝕刻的SiO2情況下，處理氣體中的氫氣因等離子體分離生成H+，利用H+使該SiO2還原，成為SiO，堆積在鐘罩152的側(cè)壁上。
如圖11(b)所示，在進(jìn)行了多片晶片處理后，SiO的堆積量增多，成為膜狀的堆積物315。當(dāng)富含Si的SiO膜的膜厚超過一定程度時，由于應(yīng)力作用，可如圖11(c)所示使堆積物317剝落。這就產(chǎn)生顆粒。因此，如上所述，為了抑制產(chǎn)生顆粒的后過程處理，優(yōu)選只利用不使SiO2還原的Ar來進(jìn)行。
圖12和圖13表示在同一種蝕刻條件下，進(jìn)行處理時的蝕刻量。如圖12和圖13所示，在第一片半導(dǎo)體晶片上蝕刻SiO2，在第二片半導(dǎo)體晶片上蝕刻COSi2、多晶硅的情況下，即使在第三片晶片上蝕刻SiO2，初期的蝕刻量變化(記憶的效果)。
當(dāng)被蝕刻的物質(zhì)改變時，附著在腔室內(nèi)壁上的物質(zhì)也改變。因此，生成的等離子體不穩(wěn)定。因此，產(chǎn)生記憶效果。
在產(chǎn)生記憶效果的情況下，在下面的處理(蝕刻第4片半導(dǎo)體晶片)之前，要進(jìn)行上述后過程的處理。這樣，如圖12和圖13所示，回到蝕刻COSi2或多晶硅前的蝕刻量。這樣，腔室的內(nèi)壁再次被原來物質(zhì)覆蓋，等離子體狀態(tài)再次穩(wěn)定。這樣，后過程處理(后續(xù)工藝處理)具有消除記憶效果的作用。
另外，為了進(jìn)行后過程處理，在上述條件下處理電介質(zhì)部件180的情況下，由于蝕刻速率回復(fù)至穩(wěn)定狀態(tài)的蝕刻速率，因此在必要的等離子體處理時間內(nèi)可得到以下的結(jié)果。
以前，為了對付蝕刻氧化膜以外的Poly-Si(多晶硅)或CoSi2(硅化鈷、鈷的硅化物)等導(dǎo)電性材料后的記憶效果，必需大約150秒，在維修腔室內(nèi)時，使用藥劑等而進(jìn)行的濕清潔后的初始化，需要大約300秒；防止顆粒，大約1500秒；才能繼續(xù)進(jìn)行處理。但采用本實施方式，只要數(shù)十秒就可蝕刻電介質(zhì)部件，因此使腔室內(nèi)回復(fù)至穩(wěn)定狀態(tài)，可以進(jìn)行最優(yōu)的蝕刻。
特別是，當(dāng)利用作為處理氣體用的Ar氣和H2氣體的混合氣體的等離子體，反復(fù)進(jìn)行硅氧化膜蝕刻時，濺射的SiOX附著在處理容器內(nèi)壁和處理容器內(nèi)的部件表面上。當(dāng)作為處理氣體的H2氣從等離子體分離，生成H+和H*時，它們使SiOX被侵蝕，產(chǎn)生顆粒。因此，通過等離子體處理由SiO2等制成的電介質(zhì)部件180，用新的SiO2等電介質(zhì)膜覆蓋處理容器內(nèi)壁和處理容器內(nèi)的部件表面，作為難以生成顆粒的表面狀態(tài)，可以防止產(chǎn)生顆粒。為了防止產(chǎn)生顆粒，進(jìn)行等離子體處理時，優(yōu)選使用Ar氣作為處理氣體。
另外，如果使用一片要30-60秒左右的處理時間的測試晶片進(jìn)行處理，則在對付記憶效果的對策和使用藥劑等的濕清潔后的初始化，和防止顆粒的情況下，上述處理時間分別相當(dāng)于處理5片以上、10片以上、50片以上的時間。這樣，根據(jù)處理電介質(zhì)部件180的本實施方式，為了對付記憶效果、使用藥劑等的濕清潔后的初始化或為了防止產(chǎn)生顆粒，不必要使用測試晶片。因此，作業(yè)和生產(chǎn)效率可提高，另外，在蝕刻后消耗時，電介質(zhì)部件180容易更換。
(實施方式2)圖14為表示實施方式2的半導(dǎo)體晶片載置部500的概略的截面圖。如圖14所示，使用半導(dǎo)體晶片載置部500代替在等離子體處理裝置150中半導(dǎo)體晶片載置部100。與實施方式1重復(fù)的結(jié)構(gòu)和功能，用相同的標(biāo)號表示，省略其說明。
基座153a的中央部有一個凸部，它由AlN等制成。電介質(zhì)部件580由例如SiO2、Al2O3、AlN或Si3N4等的等離子體處理時維持電介質(zhì)性的材料制成，其形狀覆蓋整個基座153a。
當(dāng)電介質(zhì)部件580的中央部部厚度t1太薄時，加工困難，而且耐久性差，但厚度t1厚，則成本增加。例如厚度t1為0.5-5mm左右，優(yōu)選為0.5-1mm。
另外，在電介質(zhì)部件580的中央部的上面，形成向下側(cè)成凹形的臺階t2。即電介質(zhì)部件580的外周邊的上面比中央部的上面只隆起臺階t2。晶片1的外周邊，由該臺階t2導(dǎo)向。這樣，可將晶片1載置在可靠位置上。在晶片1的厚度為0.7mm左右的情況下，臺階t2約為例如0.5-3mm、優(yōu)選0.5-1mm，可更優(yōu)選厚度與晶片厚度相同。
在具有這種半導(dǎo)體晶片載置部500的等離子體處理裝置150中，為對于記憶效果的對策、對于濕處理的初始化或防止產(chǎn)生顆粒，不采用以前的測試晶片進(jìn)行處理，而是在不載置晶片1時，進(jìn)行電介質(zhì)部件580的蝕刻。
蝕刻的條件和所需要的時間等，大致與實施方式1相同，但由于電介質(zhì)部件580更容易固定在基座153a上，因此不需要用軸支承。另外，在為了防止產(chǎn)生顆粒進(jìn)行等離子體處理時，優(yōu)選只使用Ar氣作為處理氣體。
(實施方式3)圖15為表示實施方式3的半導(dǎo)體晶片載置部600的概略的截面圖。如圖15所示，在等離子體處理裝置150中，可以使用半導(dǎo)體晶片載置部600代替半導(dǎo)體晶片載置部100。與實施方式1、2重復(fù)的結(jié)構(gòu)和功能，用相同的標(biāo)號表示，省略其說明。
半導(dǎo)體晶片載置部600具有基座153a和電介質(zhì)部件680和682。電介質(zhì)部件680和682，由在等離子體處理時維持電介質(zhì)性的材料例如SiO2、Al2O3、AlN或Si3O4等制成，其形狀覆蓋整個基座153a。
當(dāng)電介質(zhì)部件680的中央部厚度t1太薄時，加工困難，而且耐久性差，但厚度t1厚，則成本增加。因此厚度t1為例如0.5-5mm左右，優(yōu)選為0.5-1mm。
另外，在電介質(zhì)部件682的上面，形成向下側(cè)成凹形的臺階t3。即電介質(zhì)部件680的外周邊的上面比中央部的上面只隆起臺階t3。晶片1的外周邊，由該臺階t3導(dǎo)向。這樣，可將晶片1載置在可靠位置上。在晶片1的厚度為0.7mm左右的情況下，例如臺階t3約為0.5-3mm、優(yōu)選0.5-1mm，更優(yōu)選厚度與晶片厚度相同。
在具有這種半導(dǎo)體晶片載置部600的等離子體處理裝置150中，為了對于記憶效果的對策、對于濕處理的初始化，或防止產(chǎn)生顆粒，不采用以前的測試晶片進(jìn)行處理，而是在不載置晶片1時，進(jìn)行電介質(zhì)部件680的蝕刻。
蝕刻的條件和所需要的時間等，大致與實施方式1、2相同，但由于電介質(zhì)部件由二個部件裝配而成，因此比單一個部件的電介質(zhì)部件580制造時加工容易。另外，在由蝕刻消耗的情況進(jìn)行更換更容易。在為了防止產(chǎn)生顆粒進(jìn)行等離子體處理時，優(yōu)選只使用Ar氣作為處理氣體。
(實施方式4)圖16為表示實施方式4的半導(dǎo)體晶片載置部700的概略的截面圖。如圖16所示，可以使用半導(dǎo)體晶片載置部700代替在等離子體處理裝置150中的半導(dǎo)體晶片載置部100。與實施方式1、2、3重復(fù)的結(jié)構(gòu)和功能，用相同的符號表示，省略其說明。
半導(dǎo)體晶片載置部700具有基座153a和電介質(zhì)部件780與782。電介質(zhì)部件780和782由等離子體處理時維持電介質(zhì)性的材料例如SiO2、Al2O3、AlN或Si3N4等制成，其形狀可以覆蓋整個基座153a。
當(dāng)電介質(zhì)部件780的中央部的厚度t1太薄時，加工困難，耐久性差。另一方面，厚度t1厚，則成本增加。因此，厚度t1例如約為0.5-5mm，優(yōu)選為0.5-1mm。
另外，在電介質(zhì)部件780的中央部上面，作出向下成凹形的臺階t2。即電介質(zhì)部件780的外周邊的上面比中央部的上面只隆起臺階t2。晶片1的外周邊，可利用該臺階t2導(dǎo)向。這樣，可將晶片1載置在可靠位置上。當(dāng)晶片1的厚度大約為0.7mm時，臺階t2例如約為0.5-3mm，優(yōu)選是0.5-1mm，更優(yōu)選厚度與晶片的厚度相同。
在具有這種半導(dǎo)體晶片載置部700的等離子體處理裝置150中，為了對付記憶效果的措施，對于濕處理的初始化、或防止產(chǎn)生顆粒，不用先前的使用測試晶片進(jìn)行的處理，而是在不載置晶片1時，對電介質(zhì)部件780進(jìn)行蝕刻。
蝕刻的條件和所要的時間，與先前的實施方式大致相同，但因電介質(zhì)部件是用2個部件裝配而成的，與作為單一部件的電介質(zhì)部件580比較，在蝕刻造成消耗的情況下更換更容易。另外，與實施方式2、3的電介質(zhì)部件比較，可用少的材料得到同樣的效果，在為了防止產(chǎn)生顆粒的等離子體處理時，作為處理氣體，優(yōu)選只用Ar氣。
(實施方式5)圖17為表示實施方式5的半導(dǎo)體晶片載置部800的概略的截面圖。如圖17所示，可以使用半導(dǎo)體晶片載置部800，代替在等離子體處理裝置150中的半導(dǎo)體晶片載置部100。與實施方式1、2、3和4重復(fù)的結(jié)構(gòu)和功能用相同的符號表示，省略其說明。
半導(dǎo)體晶片載置部700具有基座153和電介質(zhì)部件880。電介質(zhì)部件880由等離子體處理時維持電介質(zhì)性的材料例如，SiO2、Al2O3、AlN或Si3N4等制成，其形狀可以覆蓋整個基座153?；?53與電介質(zhì)部件880的形狀相適應(yīng)，但其上部形狀與上述的基座153a不同。
當(dāng)電介質(zhì)部件880的中央部的厚度t1太薄時，加工困難，耐久性差。另一方面，厚度t1厚，則成本增加。因此，厚度t1例如約為0.5-5mm，優(yōu)選為0.5-1mm。
另外，在電介質(zhì)部件880的中央部上面，作出向下成凹形的臺階t2。即電介質(zhì)部件880的外周邊的上面比中央部的上面只隆起臺階t2。晶片1的外周邊，可利用該臺階t2導(dǎo)向。這樣，可將晶片1載置在可靠位置上。當(dāng)晶片1的厚度大約為0.7mm時，臺階t2例如約為0.5-3mm，優(yōu)選0.5-1mm，更優(yōu)選厚度與晶片的厚度相同。
在具有這種半導(dǎo)體晶片載置部800的等離子體處理裝置150中，為了有關(guān)記憶效果的措施、對于濕處理的初始化或防止產(chǎn)生顆粒，不用先前的使用測試晶片進(jìn)行的處理，而是在不載置晶片1時，對電介質(zhì)部件880進(jìn)行蝕刻。
蝕刻的條件和所要的時間等與實施方式1大致相同，與實施方式1、2、3、4的電介質(zhì)部件比較，因為電介質(zhì)部件的形狀比較簡單，因此在因蝕刻造成消耗的情況下，更換更容易。另外，由于可用少的材料，得到與實施方式1相同的效果，因此優(yōu)選用于在進(jìn)行半導(dǎo)體裝置大量生產(chǎn)的等離子體處理裝置中。在為了防止產(chǎn)生顆粒進(jìn)行的等離子體處理時，優(yōu)選只使用Ar氣作為處理氣體。
以上，參照附圖，說明了本發(fā)明的等離子體處理裝置及其初始化工序的實施方式，但本發(fā)明不是僅限于這些例子。技術(shù)熟練的人，在權(quán)利要求的范圍所述的技術(shù)思想范圍內(nèi)，可作種變化或修正，但這些都屬于本發(fā)明的技術(shù)范圍。
例如，電介質(zhì)部件的形狀和材質(zhì)，不僅限于上述實施方式。如能得到同樣的效果，用不同形狀和材質(zhì)也可。另外，處理條件和處理時間等，是各個等離子體處理裝置特有的，不是對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種等離子體處理裝置，具有帶電介質(zhì)壁的處理室；設(shè)在所述處理室內(nèi)，具有載置被處理體的載置面的載置臺；可裝卸自由地覆蓋所述載置臺的至少載置面的電介質(zhì)部件；其特征為，經(jīng)所述電介質(zhì)壁，在所述處理室內(nèi)，激起感應(yīng)等離子體。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征為，所述電介質(zhì)部件具有載置被處理體的載置面，在該載置面周圍，形成引導(dǎo)被處理體的導(dǎo)向環(huán)。
3.如權(quán)利要求2所述的等離子體處理裝置，其特征為，所述導(dǎo)向環(huán)的表面按照位于比所述被處理體的處理面低的位置的方式而形成。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征為，所述電介質(zhì)部件是可覆蓋在所述載置臺的上部的凹形。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征為，所述電介質(zhì)部件由可相互分離的載置面部和導(dǎo)向環(huán)部構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征為，所述電介質(zhì)部件由石英構(gòu)成。
7.一種等離子體處理裝置，具有具有電介質(zhì)壁和與電介質(zhì)壁連接的、由氟類彈性材料構(gòu)成的平型密封墊片的處理室；和設(shè)在所述處理室內(nèi)，載置被處理體的載置臺，其特征為，通過所述電介質(zhì)壁，在所述處理室內(nèi)，激起感應(yīng)等離子體，所述平型密封墊片是在兩個面上形成至少一列環(huán)形突起。
8.如權(quán)利要求7所述的等離子體處理裝置，其特征為，所述電介質(zhì)壁為鐘罩形狀。
9.一種等離子體處理裝置，具有處理室；設(shè)在所述處理室內(nèi)，載置被處理體的載置臺；和設(shè)在所述處理室中，具有在斜上方向向著所述處理室內(nèi)開口的多個氣體噴出孔的氣體導(dǎo)入環(huán)，其特征為，在所述處理室內(nèi)，激起感應(yīng)等離子體。
10.如權(quán)利要求9所述的等離子體處理裝置，其特征為，所述氣體導(dǎo)入環(huán)的內(nèi)側(cè)面為向上的錐形面，所述多個氣體噴出孔分別在所述錐形面上開孔。
11.如權(quán)利要求9或10所述的等離子體處理裝置，其特征為，所述多個氣體噴出孔，向著處理室內(nèi)的一點開孔。
12.如權(quán)利要求9-11中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征為，所述處理室具有鐘罩形的電介質(zhì)壁，通過所述體鐘罩形的電介質(zhì)壁，在所述處理室內(nèi)激起感應(yīng)等離子體。
13.一種利用等離子體處理裝置的等離子體處理方法，該等離子體處理裝置具有帶電介質(zhì)壁的處理室；設(shè)在所述處理室內(nèi)，具有載置被處理體的載置面的載置臺；和可裝卸自由地覆蓋所述載置臺的至少載置面的電介質(zhì)部件，通過所述電介質(zhì)壁，在所述處理室內(nèi)，激起感應(yīng)等離子體，其特征為，包括在使所述電介質(zhì)部件露出的狀態(tài)下，在規(guī)定時間內(nèi)，在所述處理室內(nèi)，激起等離子體的初始化工序。
14.如權(quán)利要求13所述的等離子體處理方法，其特征為，所述初始化工序是在向其他過程轉(zhuǎn)移時、在等離子體處理裝置開始工作時、或在等離子體處理裝置內(nèi)產(chǎn)生顆粒時進(jìn)行的。
15.如權(quán)利要求13或14所述的等離子體處理方法，其特征為，所述初始化工序是使導(dǎo)入所述處理室內(nèi)的Ar氣等離子體化來進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明的等離子體處理裝置具有帶電介質(zhì)壁的處理室；和設(shè)在所述處理室內(nèi)，具有載置被處理體的載置面的載置臺。經(jīng)所述電介質(zhì)壁，在所述處理室內(nèi)激起感應(yīng)等離子體。設(shè)有可裝卸自由地覆蓋所述載置臺的至少載置面的電介質(zhì)部件。
文檔編號H01J37/32GK1582487SQ0281101
公開日2005年2月16日 申請日期2002年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月1日
發(fā)明者池田太郎, 飯塚八城, 山本薰 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社