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)明涉及在比較低的溫度下，對半導(dǎo)體晶片等被處理體進(jìn)行等離子體處理的等離子體處理裝置。
背景技術(shù)：
一般，為了制造半導(dǎo)體集成電路，要對由硅基板構(gòu)成的半導(dǎo)體晶片進(jìn)行成膜處理、蝕刻處理、氧化處理、擴(kuò)散處理、改質(zhì)處理、除去自然氧化膜的處理等各種處理。在這些處理在縱型的，即所謂批量(batch)式熱處理裝置上進(jìn)行的情況下，首先，將晶片從能夠容納多塊(例如25塊)晶片的盒子中，移放在縱型的晶片螺栓上，分成多段支承在該晶片螺栓上。根據(jù)晶片的尺寸，晶片螺栓能夠放置30～150塊晶片。在將晶片螺栓從下方插入可以排氣的處理容器內(nèi)之后，對處理容器內(nèi)維持氣密。之后分別控制處理氣體的流量、處理壓力、處理溫度等各種處理?xiàng)l件，對晶片實(shí)施規(guī)定的熱處理。
然而，隨著最近半導(dǎo)體集成電路要求更高的集成化和高微細(xì)化，從提高電路元件的特性的觀點(diǎn)來看，期望減少半導(dǎo)體集成電路制造工序中的熱工序(熱過程)。在這種狀況下，提出在批量式縱型處理裝置中，即使不將晶片暴露在高溫下，也可以進(jìn)行目的處理的等離子體處理。
圖9為表示在JP3-224222A中公開的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)的概略橫截面圖。在該等離子體處理裝置中，在可抽真空的圓筒形的處理容器2的側(cè)壁的外側(cè)，設(shè)置有在直徑方向相對配置的兩對電極4、6。發(fā)生等離子體用的高頻電源8與一對電極4連接，另一對電極6接地。通過將高頻電壓施加在電極4、6之間，能夠在整個(gè)處理容器2內(nèi)產(chǎn)生等離子體。在處理容器2內(nèi)的中央部，將半導(dǎo)體晶片W分多段支承。在處理容器2的一側(cè)上配置供給產(chǎn)生等離子體用的氣體的氣體噴嘴10。通過在處理容器2的外周上設(shè)置的加熱器12，維持規(guī)定的溫度，對晶片W進(jìn)行等離子體處理。
圖10為概略地表示JP5-251391A和JP2002-280378A中公開的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)的縱截面圖。該等離子體處理裝置為所謂的遠(yuǎn)距離(remote)等離子體方式的處理裝置，在可抽真空的縱型處理容器內(nèi)的隔離的區(qū)域或在處理容器外側(cè)的區(qū)域中，產(chǎn)生等離子體，對晶片供給生成的原子團(tuán)。在圖10所示的結(jié)構(gòu)中，在圓筒形的處理容器14的側(cè)壁的外側(cè)，設(shè)置有等離子體發(fā)生容器18，在其內(nèi)部設(shè)置有施加高頻電壓的電極16和處理氣體供給管20。在等離子體發(fā)生容器18內(nèi)產(chǎn)生的原子團(tuán)，經(jīng)由在處理容器14的側(cè)壁上形成的多個(gè)直徑小的原子團(tuán)供給口24，供給到處理容器14內(nèi)的晶片W，由此進(jìn)行等離子體處理。
圖9和圖10所示的等離子體處理裝置，具有為了使用等離子體，即使處理溫度比較低，也可以進(jìn)行所期望的處理的優(yōu)點(diǎn)。然而，這些現(xiàn)有的裝置有以下所示的問題。即在圖9所示的等離子體處理裝置中，由于晶片W本身直接暴露在等離子體中，等離子體使晶片表面受到大的破壞。此外，由于設(shè)在處理容器2的周圍設(shè)置的電極4、6產(chǎn)生大量的熱，使由電極4、6外側(cè)的加熱器12對晶片的溫度控制的精度降低。
此外，由于石英制的氣體噴嘴10位于在電極4、6之間產(chǎn)生的電場內(nèi)，等離子體濺射到氣體噴嘴10上，產(chǎn)生成為電路元件不良的原因的顆粒。此外，由濺射分解的雜質(zhì)成分收進(jìn)晶片W的堆積膜中。再者，由于在供給等離子體氣體或處理氣體的氣體噴嘴10的小直徑氣體孔10A的一部分上產(chǎn)生大的壓力差，會產(chǎn)生所謂的空心陰極(hollowcathode)放電，石英制的氣體噴嘴10受到濺射，結(jié)果，產(chǎn)生與上述問題同樣的問題。
在圖10所示的等離子體處理裝置中，采用在等離子體發(fā)生容器18內(nèi)產(chǎn)生原子團(tuán)，通過形成在分開處理容器14和等離子體發(fā)生容器18的隔壁上的多個(gè)小直徑的原子團(tuán)供給口24，對晶片W供給該原子團(tuán)的遠(yuǎn)距離方式。因此，產(chǎn)生的原子團(tuán)的一部分在到達(dá)晶片W前已失去活性，有不能確保在晶片W周邊的原子團(tuán)有充分的濃度的問題。此外，由于原子團(tuán)供給口24靠近電極16，在原子團(tuán)供給口24的部分上產(chǎn)生空心陰極放電，濺射石英制的容器側(cè)壁。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種可防止晶片破壞，并且能夠有效地利用產(chǎn)生的原子團(tuán)的等離子體處理裝置。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供可抑制空心陰極放電的發(fā)生，同時(shí)，可以抑制等離子體的濺射等的發(fā)生的等離子體處理裝置。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種等離子體處理裝置，可對被處理體進(jìn)行規(guī)定的等離子體處理，其特征在于，具有可抽真空的筒形的縱型處理容器；在上述處理容器內(nèi)分多段保持多個(gè)被處理體的被處理體保持機(jī)構(gòu)；設(shè)置在上述處理容器外側(cè)的加熱器；供給在上述處理容器內(nèi)等離子體化的等離子體氣體的等離子體氣體噴嘴；和為將上述等離子體氣體等離子體化而設(shè)置的，施加高頻電壓的對向配置的等離子體電極，其中，在上述處理容器的側(cè)壁的內(nèi)表面的一部分上設(shè)置有在上下方向延伸的凹部，上述等離子體氣體噴嘴配置成使其從上述凹部的底部，向著被處理體噴出等離子體氣體，上述等離子體電極配置在使從上述等離子體氣體噴嘴噴出的等離子體氣體在上述凹部中等離子體化的位置上。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，在與上述處理容器的上述凹部相對的側(cè)壁上形成有排氣口。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，在上述凹部或其附近設(shè)置有冷卻上述等離子體電極產(chǎn)生的熱的冷卻裝置。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，上述等離子體氣體噴嘴由沿著長度方向形成有多個(gè)氣體噴射孔的管狀體構(gòu)成。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，上述等離子體氣體噴嘴配置在離被上述等離子體電極夾住的等離子體發(fā)生區(qū)域充分遠(yuǎn)的位置上，以便不產(chǎn)生空心陰極放電。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，有在上述凹部的出口部分上具有決定上述凹部的出口開口面積的槽的槽板，可裝卸地設(shè)置。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，還設(shè)置有向上述處理容器內(nèi)未等離子體化的非等離子體氣體的非等離子體氣體噴嘴。上述非等離子體氣體噴嘴能夠由沿著長度方向形成有多個(gè)氣體噴射孔的管狀體構(gòu)成。此外，優(yōu)選上述非等離子體氣體噴嘴配置在上述凹部的外側(cè)，并且在上述凹部的入口附近。
在一個(gè)實(shí)施方式中，上述等離子體氣體為氨氣，上述非等離子體氣體為硅烷系氣體，通過該等離子體處理裝置進(jìn)行的處理為通過等離子體CVD處理形成氮化硅膜(SiN)的處理。在供給上述氨氣和上述硅烷系氣體期間穿插清洗時(shí)間，能夠交互間歇地供給上述氨氣和上述硅烷系氣體。
在一個(gè)實(shí)施方式中，上述等離子體氣體為氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w或氨氣，上述非等離子體氣體為蝕刻氣體，通過該等離子體處理裝置進(jìn)行的處理為除去在被處理體表面上形成的自然氧化膜的等離子體處理。上述蝕刻氣體為三氟化氮?dú)怏w。


圖1為表示本發(fā)明的等離子體處理裝置的一個(gè)實(shí)施方式的縱截面圖。
圖2為表示等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
圖3為放大表示圖2中的A部分的示意圖。
圖4為表示等離子體電極的配置的斜視圖。
圖5為表示處理氣體的供給時(shí)間的時(shí)序圖。
圖6為表示槽(slit)板的一例的斜視圖。
圖7為表示安裝槽板的等離子體發(fā)生部分的開口部分的橫截面圖。
圖8為表示平行平板型的等離子體電極間的電壓和放電開始電壓之間關(guān)系的圖形。
圖9為表示現(xiàn)有的等離子體處理裝置的一例的概略橫截面圖。
圖10為表示現(xiàn)有的等離子體處理裝置的另一例的概略橫截面圖。
具體實(shí)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的一個(gè)實(shí)施方式。圖1為表示等離子體處理裝置的縱截面圖，圖2為表示等離子體處理裝置(省略加熱器的表示)的橫截面圖，圖3為表示圖2中的A部分的放大圖，圖4為表示等離子體電極的配置的斜視圖，圖5為表示處理氣體的供給時(shí)間的時(shí)序圖。以下，以使用氨氣作為等離子體化氣體(以下稱為“等離子體氣體”)，使用六氯二硅烷(以下稱為“HCD”)氣體作為未等離子體化氣體(以下稱為“非等離子體氣體”)，通過等離子體CVD方法，形成氮化硅膜(SiN)的情況為例進(jìn)行說明。
等離子體處理裝置30具有下端開口、有頂部的圓筒形的處理容器32。該處理容器32的整體由石英構(gòu)成，處理容器32內(nèi)的上部通過石英制的頂板34密封。由不銹鋼制的圓筒形總管(manifold)36，經(jīng)由○形圈等密封件38，與32的下端開口連接。處理容器32的下端通過總管36支承。從總管36的下方，將多塊半導(dǎo)體晶片W(即被處理體)分多段放置的石英制的晶片螺栓40(即被處理體保持機(jī)構(gòu))插入處理容器32內(nèi)。在典型的實(shí)施方式中，晶片螺栓40的支柱40A，可大致等間隔地，分多段支承直徑為300mm的30塊晶片W。
晶片螺栓40經(jīng)由石英制的保溫筒42載置在臺面44上。旋轉(zhuǎn)軸48貫通開閉總管36的下端開口的不銹鋼制的蓋46，臺面44被支承在旋轉(zhuǎn)軸48上。在蓋46和旋轉(zhuǎn)軸48之間設(shè)置有磁性流體密封墊50，密封墊50氣密地密封并可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承旋轉(zhuǎn)軸48。此外，在蓋46的周邊和總管36的下端之間設(shè)置有○形圈等密封部件52，保持處理容器32內(nèi)的氣密性。旋轉(zhuǎn)軸48安裝在螺栓升降機(jī)等升降機(jī)構(gòu)54所支承的臂56的前端。因此，晶片螺栓40和與其連接的蓋46等零件一起整體地升降，插入和脫離處理容器32。其中，臺面44固定在蓋46上亦可，在此情況下，可以不使晶片螺栓40旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行晶片W的處理。
在總管36中設(shè)置有將等離子體氣體(在本例子中為氨(NH3)氣體)供給到處理容器32內(nèi)的等離子體氣體供給機(jī)構(gòu)58，和供給非等離子體氣體(在本例子中為作為硅烷系氣體的HCD氣體)的非等離子體氣體供給機(jī)構(gòu)60。等離子體氣體供給機(jī)構(gòu)58具有由石英管構(gòu)成的等離子體氣體分散噴嘴62作為供給等離子體氣體用的噴嘴。形成噴嘴62的石英管，在向著處理容器32內(nèi)水平貫通總管36的側(cè)壁后，彎曲向上延伸。在等離子體氣體分散噴嘴62中，沿著其長度方向，以規(guī)定間隔形成多個(gè)氣體噴射孔62A，從各個(gè)氣體噴射孔62A，向著水平方向，大致均勻地噴射氨氣。氣體噴射孔62A的直徑例如大約為0.4mm。
非等離子體氣體供給機(jī)構(gòu)60，具有由石英管構(gòu)成的非等離子體氣體分散噴嘴64作為供給非等離子體氣體的噴嘴。形成該噴嘴64的石英管，在向著處理容器32內(nèi)水平地貫通總管36的側(cè)壁后，彎曲向上延伸。在圖示的實(shí)施方式中，設(shè)置有兩個(gè)非等離子體氣體分散噴嘴64(參照圖2和圖3)。在各個(gè)非等離子體氣體分散噴嘴64中，沿著其長度方向，以規(guī)定的間隔形成多個(gè)氣體噴射孔64A，從各個(gè)氣體噴射孔64A，向著水平方向大致均勻地噴射硅烷系氣體。亦可只設(shè)置一個(gè)非等離子體氣體的分散噴嘴64，代替設(shè)置兩個(gè)非等離子體氣體分散噴嘴64。
在處理容器32的側(cè)壁的一部分上，沿著其高度方向，設(shè)置有作為本發(fā)明特征的等離子體發(fā)生部68。為真空排出處理容器32的內(nèi)部氣氛，在與等離子體發(fā)生部68相反一側(cè)的處理容器32的側(cè)壁上，設(shè)置有細(xì)長的排氣口70。排氣口70可通過向著上下方向削去處理容器32的側(cè)壁形成。
當(dāng)形成等離子體發(fā)生部68時(shí)，通過沿著上下方向，以規(guī)定的寬度削去處理容器32的側(cè)壁，形成上下細(xì)長的開口72。在處理容器32一側(cè)開放的同時(shí)，具有上下方向細(xì)長的內(nèi)部空間的石英制的蓋74(即等離子體室的壁74)氣密地與處理容器32的側(cè)壁的外側(cè)焊接接合，以覆蓋該開口72。由此，在處理容器32的側(cè)壁的內(nèi)表面的一部分上形成在上下方向延伸的凹部。上述的開口72為該凹部的出口。由等離子體室壁74和開口72內(nèi)面的等離子體室壁74包圍的空間，能夠作為等離子體發(fā)生部68。其中，開口72在上下方向形成得充分長，能夠在高度方向上覆蓋保持在晶片螺栓40上的全部晶片W。開口72從上端至下端中間不切斷的連續(xù)地在上下延伸。
在等離子體室壁74的兩個(gè)側(cè)壁的外側(cè)面上，設(shè)置有相互相對地在上下方向延伸的細(xì)長的一對等離子體電極76。等離子體發(fā)生用的高頻電源78經(jīng)由給電線路80，與等離子體電極76連接，通過將13.56MHz的高頻電壓施加在等離子體電極76上，以產(chǎn)生等離子體(參照圖4)。高頻電壓的頻率不限于13.56MHz，其他頻率(例如400kHz)亦可。
在處理容器32內(nèi)向上方延伸的等離子體氣體分散噴嘴62，在途中向處理容器32的半徑方向的外方彎曲，在等離子體發(fā)生部68內(nèi)的最里面(離開處理容器32的中心最遠(yuǎn)的部分)向上方延伸。特別是如圖3所示，該等離子體氣體分散噴嘴62設(shè)置在從由一對等離子體電極76夾住的區(qū)域(即實(shí)質(zhì)產(chǎn)生主要的等離子體的等離子體發(fā)生區(qū)域PS)向外側(cè)偏離的位置上。因此，從等離子體氣體分散噴嘴62的氣體噴射孔62A噴射的氨氣進(jìn)入等離子體發(fā)生區(qū)域PS中，在此區(qū)域中被分解或活性化，向著處理容器32的中心擴(kuò)散流動(dòng)。
在例示的實(shí)施方式中，開口72的寬度L1為5～10mm，等離子體發(fā)生部68的半徑方向的長度(深度)L2為60mm，等離子體電極76的寬度L3為20mm，等離子體電極76和等離子體分散噴嘴62之間的距離L4為20mm(參照圖3)。此外，處理容器32和等離子體室壁74的厚度分別為5mm。
等離子體室壁74的外側(cè)通過石英制的絕緣保護(hù)蓋82覆蓋。在與等離子體電極76的背面對應(yīng)的位置上，在絕緣保護(hù)蓋82中，設(shè)置有由冷媒通路84構(gòu)成的冷卻裝置86。通過作為冷媒的氣體(例如冷卻的氮?dú)?在冷媒通路84中的流動(dòng)，能夠冷卻等離子體電極76。為了防止高頻泄漏，通過未圖示的防護(hù)物覆蓋絕緣保護(hù)蓋82的外側(cè)。
在等離子體發(fā)生部68之外(處理容器32內(nèi))，在開口72附近，上述兩個(gè)非等離子體氣體分散噴嘴64在上下方向延伸。能夠從噴嘴64的各個(gè)氣體噴射孔64A，向著處理容器32的中心方向，噴射硅烷系氣體。
通過焊接，將“]”(方括弧)形截面的排氣口蓋部件90安裝在處理容器32上，以覆蓋設(shè)置在等離子體發(fā)生部68的反對側(cè)上的排氣口70。排氣蓋部件90沿著處理容器32的側(cè)壁向上方延伸。通過具有未圖示的真空泵的真空排氣系統(tǒng)，經(jīng)由排氣口70和處理容器32的上方的氣體出口92能夠?qū)⑻幚砣萜?2抽真空。為加熱處理容器32及其內(nèi)部的晶片W，筒狀的加熱器94在處理容器32的外側(cè)包圍處理容器32。在排氣口70的附近，設(shè)置有加熱器94的溫度控制用的熱電偶96(參見圖2)。
其次，說明使用上述的等離子體處理裝置進(jìn)行的等離子體處理。這里，以通過等離子體CVD(chemical vapor deposition化學(xué)氣相沉積)法在晶片表面形成氮化膜的情況作為等離子體處理的例子進(jìn)行說明。首先，將放置著多塊(例如50塊)直徑為300mm的常溫的晶片W的晶片螺栓40，從下方上升插入預(yù)先升溫至預(yù)先規(guī)定溫度的處理容器32內(nèi)，通過蓋46關(guān)閉總管36的下端開口，使處理容器32密閉。之后將處理容器32內(nèi)抽真空，維持規(guī)定的處理壓力，同時(shí)通過增大供給加熱器94的電力，使晶片溫度上升，維持為規(guī)定的處理溫度。從等離子體氣體供給機(jī)構(gòu)58和非等離子體氣體供給機(jī)構(gòu)60分別交互間歇地供給各種處理氣體，在支承于旋轉(zhuǎn)的晶片螺栓40上的晶片W的表面上形成氮化硅膜。
詳細(xì)地說，NH3氣體從設(shè)置在等離子體發(fā)生部68內(nèi)的等離子體氣體分散噴嘴62的各個(gè)氣體噴射孔62A向水平方向噴射，此外，HCD氣體從非等離子體氣體分散噴嘴64的各個(gè)氣體噴射孔64A向水平方向噴射，兩種氣體反應(yīng)形成氮化硅膜。在此情況下，上述兩種氣體不但連續(xù)地供給，而且如圖5所示，時(shí)間錯(cuò)開交互間歇地反復(fù)供給，由此在每一層氮化硅膜的薄膜上反復(fù)層疊。在NH3氣體供給期間T1和HCD氣體供給期間T2之間，設(shè)定排除殘留在處理容器內(nèi)的氣體的清洗期間96(T3)。在一個(gè)典型的實(shí)施方式中，HCD氣體的供給期間T1大約為5分鐘，NH3氣體的供給期間T2大約為2-3分鐘，清洗期間T3大約為2分鐘。清洗可通過使N2氣等惰性氣體在處理容器內(nèi)流動(dòng)進(jìn)行，不用N2氣或者除N2氣以外，再通過對處理容器內(nèi)進(jìn)行真空吸引來進(jìn)行。在圖示的實(shí)施方式中，清洗通過真空吸引進(jìn)行。
從等離子體氣體分散噴嘴62的氣體噴射孔62A噴出的NH3氣體，流入施加高頻電壓的等離子體電極76之間的等離子體發(fā)生區(qū)域PS(參見圖3)中，在此區(qū)域中等離子體化、活性化，產(chǎn)生N*、NH*、NH2*、NH3*(記號*表示原子團(tuán))等原子團(tuán)(活性種)。這些原子團(tuán)經(jīng)開口72從等離子體發(fā)生部68出來，向著處理容器32內(nèi)的中心方向擴(kuò)散，在鄰近的晶片W之間以層流狀態(tài)流動(dòng)。
各個(gè)原子團(tuán)與附著在晶片W表面上的HCD氣體的分子反應(yīng)，形成氮化硅膜。此外，在對附著有原子團(tuán)的晶片W的表面供給HCD氣體的情況下，也同樣地形成氮化硅膜。這種等離子體CVD處理的條件為例如處理溫度為300～600℃，處理壓力為1333Pa(10Torr)以下，NH3的流量為5000sccm以下，HCD氣體的流量為10～80sccm。同時(shí)，成膜速度為0.2nm/min左右。
在圖9和圖10所示的現(xiàn)有的等離子體處理裝置中，在氣體噴嘴的氣體孔或原子團(tuán)氣體導(dǎo)入口上產(chǎn)生空心陰極放電。但是，在本實(shí)施方式中，等離子體發(fā)生部68(即凹部的內(nèi)部空間)經(jīng)由具有充分大的開口面積的開口72與處理容器32的處理部分(表示處理容器32的等離子體發(fā)生部68以外的內(nèi)部空間)連通。因此，在氣體在流動(dòng)方向上，在開口72的前后，氣體壓力不產(chǎn)生急劇的變化。換言之，在成為凹部出口的開口72附近不產(chǎn)生“孔徑效應(yīng)”。由此，能夠防止在開口72附近發(fā)生空心陰極放電。此外，等離子體氣體分散噴嘴62僅離開等離子體電極76或等離子體發(fā)生區(qū)域PS規(guī)定的距離L4(參照圖3)。由此，在比較容易產(chǎn)生空心陰極放電的等離子體氣體分散噴嘴62的氣體噴射孔62A附近，也能夠防止發(fā)生空心陰極放電。因此，由于沒有由空心陰極放電引起的石英制的等離子體分散噴嘴62或處理容器32的壁面被濺射，因此能夠阻止產(chǎn)生由石英材料帶來的顆粒。
此外，由于等離子體只局部地在等離子體發(fā)生部68內(nèi)產(chǎn)生，等離子體不到達(dá)晶片W，因此，能夠防止由等離子體產(chǎn)生的對晶片W的破壞。此外，在等離子體發(fā)生部68內(nèi)產(chǎn)生的原子團(tuán)，經(jīng)由具有充分大的開口面積的開口72，供給到晶片W一側(cè)，因此，與現(xiàn)有的遠(yuǎn)距離等離子體型的處理裝置不同，原子團(tuán)不會消滅，即不會失去活性，能夠供給到晶片W一側(cè)，因此能夠提高等離子體處理效率。
此外，由于通過冷卻裝置86冷卻在等離子體電極76上產(chǎn)生的熱，因此能夠防止等離子體電極76上的發(fā)熱對晶片W的溫度控制的不利影響。此外，由于晶片溫度控制用的熱電偶96(參照圖2)在遠(yuǎn)離等離子體電極76的位置，高頻噪聲不能侵入熱電偶96的輸出信號中，因此能夠以高精度進(jìn)行晶片W的溫度控制。
在上述實(shí)施方式中，使用HCD氣體作為硅烷系氣體，但不限于此，使用其他的硅烷系氣體亦可。作為其他的硅烷系氣體能夠使用甲硅烷[SiH4]、乙硅烷[Si2H6]、二氯硅烷(DCS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)、四氯硅烷(TCS)、二硅烷基胺(DSA)、三硅烷基胺(TSA)、二叔丁基氨基硅烷(BTBAS)等。
在上述實(shí)施方式中，等離子體發(fā)生部68的開口72的寬度L1(即等離子體發(fā)生部68的凹部出口的開口寬度)固定，但根據(jù)處理的種類或處理?xiàng)l件，有時(shí)期望變更該出口開口的寬度。為可簡單地變更出口開口寬度，在處理容器32中形成尺寸充分大的開口72，在該開口72上可自由裝卸地設(shè)置槽板。如果準(zhǔn)備多塊形成寬度互不相同的槽的槽板，則通過更換槽板能夠簡單地變更出口開口的寬度。
圖6為表示上述槽板的一例的斜視圖，圖7為表示安裝槽板的等離子體發(fā)生部68的開口的部分的概略橫截面圖。槽板100由比較薄的(例如厚度為3mm左右)石英板構(gòu)成。在槽板100的中央部形成在槽板100的上下方向延伸的寬度大的通孔形式的氣體流通槽102。在槽板100的兩側(cè)形成安裝用的錐面104。在處理容器32的開口72部分上形成與錐面104嵌合的截面為三角形的凹部106。使錐面104與凹部106嵌合，通過在上下方向使槽板100滑動(dòng)，能夠裝卸地固定槽板100。預(yù)先準(zhǔn)備氣體流通槽102的橫向?qū)挾萀1a不同的多塊槽板100，根據(jù)處理?xiàng)l件等，選擇具有最合適的橫向?qū)挾萀1a的槽102的槽板100。
通過選擇最合適的槽板100，不但能夠抑制空心陰數(shù)放電的發(fā)生，而且能夠有效地防止產(chǎn)生的等離子體到達(dá)晶片W。因此，能夠防止晶片W受到等離子體的破壞。
以下，說明不發(fā)生空心陰極放電的條件的研究結(jié)果。當(dāng)將高頻電壓施加在平行配置的平板形的等離子體電極之間時(shí)，改變等離子體電極間的壓力時(shí)，放電開始電壓也變化。此時(shí)等離子體電極間的電壓P和放電開始電壓E的關(guān)系，一般為圖8所示的關(guān)系。即圖8所示的特性曲線為向下凸的曲線，在壓力為Pb時(shí)放電開始電壓為極小值。
這里，考慮放在振幅為Ep(有效值為E)，角頻率為ω的高頻電場中的電子。當(dāng)電極間的壓力為P時(shí)，設(shè)定電子和中性粒子的沖突頻率為v時(shí)，則電子的運(yùn)動(dòng)方程式如下。
me·dV/dt=e·2exp(iωt)-mevV]]>式中me為電子的質(zhì)量，V為電子的運(yùn)動(dòng)速度，e為電子的電荷。
如果從上式求電子的運(yùn)動(dòng)速度V，則可得下式。
V={e2Eme(iω+v)}exp(iωt)]]>電子群每單位時(shí)由從高頻電場獲得的平均能量W，當(dāng)電子密度為ne時(shí)，如下式所示。
W=Re[{(eneV)*2exp(iωt)}/2]]]>=(nee2/mev){v2/(v2+ω2)}E2]]>=(nee2/me){v/(v2+ω2)}E2]]>式中“Re”表示取[]內(nèi)的實(shí)數(shù)部分?！?)*”表示()內(nèi)的共軛復(fù)數(shù)。
這里如果K＝v/(v2+ω2)，則K為最大時(shí)，放電開始電壓E最小。當(dāng)ω≈υ時(shí)滿足此條件。
此時(shí)等離子體發(fā)生部68內(nèi)的電極間的壓力P為P2(參照圖3)。此外，等離子體氣體分散噴嘴62內(nèi)的壓力為P1，等離子體發(fā)生部68之外(處理容器32內(nèi))的壓力為P3。
如果電極間的壓力P升高、ω＞＞v，則K＝v/(v2+ω2)≈1，放電開始電壓E增大。因此，如此條件地設(shè)定等離子體氣體分散噴嘴62內(nèi)的壓力P1和噴嘴62與等離子體電極76之間的距離L4(參照圖3)，由此可使在等離子體分散噴嘴62的內(nèi)部不發(fā)生放電，結(jié)果是，防止在氣體噴射孔62A中的空心陰極放電的發(fā)生。此外，當(dāng)電極間的壓力P比P2小時(shí)，如果ω＜＜v，則ω∝vE2。因此，通過使晶片W的周邊的壓力P為“P3＜P2＜P1”，能夠防止空心陰極放電的發(fā)生。即，決定開口72的寬度L1和氣體流通槽102的寬度L1a的值等，以滿足上述條件。
在上述實(shí)施方式中，以通過等離子體CVD形成氮化硅膜的情況為例進(jìn)行說明，但通過等離子體CVD形成其他不同種類的膜亦可。此外，通過上述等離子體處理裝置實(shí)施的處理不僅限于等離子體CVD處理，其他處理，例如等離子體蝕刻處理、等離子體拋光(ashing)處理、等離子體洗凈(cleaning)處理亦可。在此情況下，如果使用的氣體種類增加，則再設(shè)置其它氣體分散噴嘴亦可。此外，從各個(gè)氣體分散噴嘴同時(shí)供給必要的處理氣體(等離子體氣體和非等離子體氣體)，通過混合氣體進(jìn)行處理亦可。在這種情況下，通過在開口72的出口附近設(shè)置非等離子體分散噴嘴64，能夠更有效地混合由等離子體氣體形成的原子團(tuán)和非等離子體氣體。
在部分或全面地除去在由硅基板構(gòu)成的晶片W表面上形成的自然氧化膜(SiO2)的清潔處理的情況下，同時(shí)供給等離子體氣體和非等離子體氣體，使兩種氣體混合。在此情況下，能夠使用例如氫和氮的混合氣體或氨氣作為從等離子體氣體分散噴嘴62噴射的等離子體氣體。此外，能夠使用三氟化氮(NF3)氣體作為從非等離子體氣體分散噴嘴64噴射的非等離子體氣體。此外這種等離子體清潔處理能夠在清潔處理容器32的內(nèi)壁面或處理容器32內(nèi)的結(jié)構(gòu)物時(shí)使用。
此外，本發(fā)明的等離子體處理裝置在有機(jī)系絕緣膜的介電常數(shù)改善等離子體處理中亦能適用。不需要加熱燒成，使用涂布法(SOG(SpinOn Glass)法)或CVD法形成的MSQ(Methyl Silsequioxane甲基硅倍半氧烷)系、HSQ(Hydrogen Silsequioxane氫硅倍半氧烷)系等低介電常數(shù)的有機(jī)系層間絕緣膜，而能夠采用本發(fā)明的等離子體處理裝置，使用氫氣或氨氣的等離子體進(jìn)行等離子體處理。通過氫氣的等離子體(活性種)對上述有機(jī)系絕緣膜進(jìn)行30分鐘的等離子體處理，可將絕緣膜的介電常數(shù)從處理前的2.55改善至處理后的2.40。此外，被處理體不僅限于半導(dǎo)體晶片，玻璃基板或LCD基板等其他基板亦可。
權(quán)利要求
1.一種等離子體處理裝置，對被處理體實(shí)施規(guī)定的等離子體處理的等離子體處理裝置，其特征在于，具備可被抽真空的筒形的縱型處理容器；在所述處理容器內(nèi)分多段保持多個(gè)被處理體的被處理體保持機(jī)構(gòu)；設(shè)置在所述處理容器外側(cè)的加熱器；在所述處理容器內(nèi)供給等離子體化的等離子體氣體的等離子體氣體噴嘴；和為將所述等離子體氣體等離子體化而設(shè)置的、施加高頻電壓的相對配置的等離子體電極，其中，在所述處理容器的側(cè)壁的內(nèi)表面的一部分上設(shè)置有在上下方向延伸的凹部，所述等離子體氣體噴嘴配置成使其從所述凹部的底部向著被處理體噴出等離子體氣體，所述等離子體電極配置在使從所述等離子體氣體噴嘴噴出的等離子體氣體在所述凹部中等離子體化的位置上。
2.如權(quán)利要求1的等離子體處理裝置，其特征在于在與所述處理容器的所述凹部相對的側(cè)壁上形成有排氣口。
3.如權(quán)利要求1的等離子體處理裝置，其特征在于在所述凹部或其附近設(shè)置有冷卻所述等離子體電極產(chǎn)生的熱的冷卻裝置。
4.如權(quán)利要求1的等離子體處理裝置，其特征在于所述等離子體氣體噴嘴由沿著長度方向形成有多個(gè)氣體噴射孔的管狀體構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1的等離子體處理裝置，其特征在于所述等離子體氣體噴嘴配置在離被所述等離子體電極夾住的等離子體發(fā)生區(qū)域充分遠(yuǎn)的位置上，以便不產(chǎn)生空心陰極放電。
6.如權(quán)利要求1的等離子體處理裝置，其特征在于有在所述凹部的出口部分上具有決定所述凹部的出口開口面積的槽的槽板，可裝卸地設(shè)置。
7.如權(quán)利要求1的等離子體處理裝置，其特征在于還具備向所述處理容器內(nèi)供給未等離子體化的非等離子體氣體的非等離子體氣體噴嘴。
8.如權(quán)利要求7的等離子體處理裝置，其特征在于所述非等離子體氣體噴嘴由沿著長度方向形成有多個(gè)氣體噴射孔的管狀體構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求8的等離子體處理裝置，其特征在于所述非等離子體氣體噴嘴配置在所述凹部的外側(cè)、并且在所述凹部的入口附近。
10.如權(quán)利要求7的等離子體處理裝置，其特征在于所述等離子體氣體為氨氣，所述非等離子體氣體為硅烷系氣體，通過該等離子體處理裝置進(jìn)行的處理為通過等離子體CVD處理形成氮化硅膜(SiN)的處理。
11.如權(quán)利要求10的等離子體處理裝置，其特征在于在供給所述氨氣和所述硅烷系氣體期間穿插清洗時(shí)間，交互間歇地供給所述氨氣和所述硅烷系氣體。
12.如權(quán)利要求7的等離子體處理裝置，其特征在于所述等離子體氣體為氨氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w或氨氣，所述非等離子體氣體為蝕刻氣體，通過該等離子體處理裝置進(jìn)行的處理為除去被處理體表面上形成的自然氧化膜的等離子體處理。
13.如權(quán)利要求12的等離子體處理裝置，其特征在于所述蝕刻氣體為三氟化氮?dú)怏w。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于在縱型等離子體處理裝置中，不降低原子團(tuán)的利用效率，防止等離子體對被處理體的破壞，并抑制空心陰極放電和等離子體引起的濺射的發(fā)生。在處理容器32的側(cè)壁的內(nèi)表面的一部分上設(shè)置有在上下方向延伸的凹部74。從配置在凹部74中的等離子體氣體噴嘴62噴出的等離子體氣體，在凹部74中的等離子體電極76之間的區(qū)域PS中被等離子體化，向著被處理體W從凹部74噴出。
文檔編號C23F4/00GK1791972SQ200480013598
公開日2006年6月21日 申請日期2004年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月19日
發(fā)明者松浦廣行, 加藤壽 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社