專利名稱：等離子處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用等離子處理裝置的等離子處理方法，特別涉及抑制異物的等離子處理方法。
背景技術：
為了制造高精細化、復雜化的半導體器件，就需要對作為被蝕刻材料的膜高選擇性地且垂直地進行等離子蝕刻的技術。作為其一，相對于基底及作為掩模材料使用的氧化硅膜(SiO2)高選擇性地且垂直地等離子蝕刻氮化硅膜(Si3N4)就成為重要課題。作為解決此課題的技術，在專利文獻I中公開了使用CH3或CH2F2等由C、H、F組成且F對H之比小于等于2的這種氣體，相對于氧化硅膜以高選擇比蝕刻氮化硅膜這一方法。另外，在專利文獻2中公開了在氮化硅蝕刻中使晶片偏壓功率值上下變動以提高選擇性這 一技術。現(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻I日本專利公開特開昭60-115232號公報專利文獻2日本專利公開特開平6-267895號公報雖然在上述的現(xiàn)有技術中，兼顧高選擇性和垂直性較高的形狀，但由于使用CH3氣體或CH2F2氣體的等離子體，所以使包含堆積性較強的碳的反應生成物發(fā)生許多。因此，在等離子處理室的內壁就會堆積許多碳系的反應生成物，若處理一定程度的枚數(shù)(片數(shù))堆積膜就會剝落并作為異物落到晶片上。蝕刻加工的不良就會因在此晶片上落下的納米至微米級大小的異物而發(fā)生。另外，上述課題并不限于使用CH3氣體或CH2F2氣體的等離子體的蝕刻，在使用堆積性氣體的等離子蝕刻中也是共同的課題。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明提供一種能夠在使用堆積性氣體的等離子處理中，抑制被處理體的處理枚數(shù)的增加而產生的異物的等離子處理方法。本發(fā)明提供一種等離子處理方法，從被導入到處理室內的堆積性氣體生成等離子體，通過使載置于該處理室內所設置的試料臺上的被處理體以施加了高頻電力的狀態(tài)暴露于上述等離子體中來進行上述被處理體的蝕刻，該等離子處理方法的特征在于通過重復將上述被處理體暴露于上述等離子體中的第一期間和將上述被處理體暴露于上述等離子體中且針對上述被處理體的蝕刻速率低于該第一期間的第二期間，在向上述處理室內壁面的堆積膜成為非結晶的蝕刻條件下蝕刻上述被處理體。另外，本發(fā)明提供一種等離子處理方法，從被導入到處理室內的堆積性氣體生成等離子體，在通過使載置于該處理室內所設置的試料臺上的被處理體以施加了高頻電力的狀態(tài)暴露于上述等離子體中來進行上述被處理體的蝕刻的期間抑制向上述處理室內壁面的堆積，該等離子處理方法的特征在于對上述高頻電力進行時間調制并間歇地施加于上述被處理體。根據(jù)本發(fā)明的等離子處理方法，就能夠在使用堆積性氣體的等離子處理中，抑制被處理體的處理枚數(shù)的增加所產生的異物。


圖I是實施本發(fā)明的等離子蝕刻裝置之概略截面圖。圖2是表示本發(fā)明的等離子處理的流程圖。圖3是表示基于等離子處理方法差異而產生的反應生成物之堆積狀態(tài)的圖。圖4是表示實施例中所用的晶片(wafer)的膜構造的圖。 圖5是表示氮化硅膜的蝕刻速度的處理枚數(shù)依賴性的圖。圖6圖示與任意第一期間的高頻偏壓功率相對的處理枚數(shù)增加所造成的異物可以抑制的占空比的范圍。附圖標記說明I試料臺、2處理室、3臺架、4頂棚、5波導管、6磁控管、7電磁線圈、8直流電源、9高頻電源、10晶片、11搬入口、12排氣口、13等離子體、14在第一期間所生成的反應生成物、15在第二期間所生成的反應生成物、16娃基板、17氧化娃膜、18氮化娃膜、19掩模。
具體實施例方式首先就用于實施本發(fā)明的等離子處理方法的等離子蝕刻裝置之一例進行說明。圖I是本實施例中所使用的等離子蝕刻裝置之概略截面圖。本實施例的等離子蝕刻裝置是一種使用了微波的ECR(Electron Cyclotron Resonance)等離子蝕刻裝置,其具備載置作為被處理體的晶片10的試料臺I ;將試料臺I設在內部的處理室2 ;支承處理室2的臺架3 ；對著試料臺I振蕩微波的磁控管6 ;使從磁控管6所振蕩的微波傳播到處理室2的波導管
5;使在波導管5傳播的微波進行透過的電介體的頂棚4 ;設置于處理室2的外側使靜磁場發(fā)生的電磁線圈7 ;對試料臺I施加高頻電力的高頻電源9 ;將處理室2內控制成規(guī)定壓力的排氣部件(未圖不)。聞頻電源9能夠將連續(xù)的聞頻電力或者時間調制后的間歇的聞頻電力中的某一種高頻電力施加于試料臺I。另外,通過由直流電源8對試料臺I施加直流電壓,而借助于靜電吸附使晶片10吸附于試料臺I的載置面。接著，就使用了本等離子蝕刻裝置的晶片10的等離子處理進行說明。通過搬送部件(未圖示)經由搬入口 11將晶片10載置于試料臺I。將從磁控管6所振蕩的微波經由波導管5以及頂棚4而供給到處理室2內。一邊將通過氣體供給部件(未圖示)而供給到處理室2內的氣體經由排氣口 12通過排氣部件(未圖示)進行排氣，一邊將處理室內2的壓力控制成規(guī)定壓力，并通過處理室內所供給的微波和由電磁線圈7所發(fā)生的靜磁場的相互作用，使處理室2內發(fā)生高密度的等離子體13。使用此等離子體13對試料臺I上所載置的晶片10進行等離子處理。另外，由高頻電源9對試料臺I施加高頻電力將等離子體13中的離子引入到晶片10，進行離子輔助蝕刻。接著等離子處理后的晶片10通過搬送部件(未圖示)經由搬入口 11從處理室2搬出。
接著，就使用了上述等離子蝕刻裝置的本發(fā)明的等離子處理方法進行說明。如圖2所示首先作為步驟1，一邊使用吸附系數(shù)高的氣體即堆積性氣體重復第一期間和第二期間一邊對晶片10進行等離子處理。這里，第二期間是指生成與第一期間所生成的反應生成物的組成不同的反應生成物的期間。另外，第一期間和第二期間以在第一期間所生成的反應生成物堆積于處理室2內壁的厚度和在第二期間所生成的反應生成物堆積于處理室2內壁的厚度分別小于等于Inm這樣的頻率進行重復。接著作為步驟2，進行處理室2內的等離子體清洗。不論在試料臺I上載置了晶片10的狀態(tài)下還是沒有載置的狀態(tài)下都可以進行此等離子體清洗。另外，在晶片10被載置于試料臺I的狀態(tài)下實施等離子體清洗時，步驟I和步驟2的晶片10不論相同與否均可。以上，就是進行步驟I和步驟2的等離子處理方法，本發(fā)明通過進行步驟I和步驟2，能夠抑制伴隨于作為被處理體的晶片10的處理枚數(shù)的增加而發(fā)生的異物。此效果被認為源于以下作用。
圖3是說明異物的發(fā)生和抑制的圖。圖3所示的黑圓圈表示在第一期間所生成的反應生成物14，白圓圈15表示在第二期間所生成的反應生成物15。圖3(a)是第一期間和第二期間以在第一期間所生成的反應生成物堆積于處理室2內壁的厚度和在第二期間所生成的反應生成物堆積于處理室2內壁的厚度中的某一個大于Inm這樣的頻率進行重復時，堆積于處理室2內壁的反應生成物的截面示意圖。在此情況下，由于在第一期間和第二期間具有反應生成物充分地堆積于處理室2內壁的時間，所以能夠形成堆積層，堆積膜為層疊型結構。層疊型的堆積膜因黑圓圈層或者白圓圈層的同一層內的分子間的結合能強于離子的等離子位勢(plasma potential)、且相對于原子團持有耐性，故難以揮發(fā)，較之于堆積膜被入射到處理室2內壁的離子或原子團被除掉的速率，反應生成物向處理室2內壁的堆積速率更快一些，故反應生成物所造成的堆積膜的厚度將增加。而且，因黑圓圈層和白圓圈層的層間的結合較弱、還持有易于剝離的性質，故例如若層斷面有剝露的地方就會從那里剝離開，并在晶片10上落下而成為異物。圖3 (b)是第一期間和第二期間以在第一期間所生成的反應生成物堆積于處理室2內壁的厚度和在第二期間所生成的反應生成物堆積于處理室2內壁的厚度分別小于等于Inm這樣的頻率進行重復時，堆積于處理室2內壁的反應生成物的截面示意圖。在此情況下，由于在第一期間和第二期間的各自期間沒有反應生成物充分地堆積于處理室2內壁的時間，所以無法形成黑圓圈層或者白圓圈層，堆積膜成為黑圓圈和白圓圈的非結晶型結構。非結晶型的堆積膜因分子間的結合能相對于離子的等離子位勢而言同等或者在同等以下、且相對于原子團的耐性亦減弱，故易于揮發(fā)，較之于反應生成物堆積于處理室2內壁的堆積速率，堆積膜被入射到處理室2內壁的離子或原子團除掉的速率更快一些，故反應生成物的堆積膜的厚度維持很薄或幾乎接近于O。因此，作為異物而剝落的量微乎其微，異物得以抑制。另外，在圖3(a)所示那樣的堆積膜堆積于處理室2的情況下，即便實施等離子體清洗也很難充分地除去堆積膜，但在圖3(b)所示那樣的堆積膜堆積于處理室2的情況下，通過實施等離子體清洗就能夠完全地除去堆積膜。另外，如上所述，本發(fā)明敘述了步驟I和步驟2的組合，但根據(jù)本發(fā)明的等離子處理所用的堆積性氣體的種類或者氣體流量，通過至少進行步驟I也能夠抑制伴隨于作為被處理體的晶片10的處理枚數(shù)的增加而發(fā)生的異物。亦即換言之，本發(fā)明的特征是通過重復將被處理體暴露于等離子體的第一期間和將上述被處理體暴露于等離子體且針對上述被處理體的蝕刻速率低于該第一期間的第二期間，在處理室內壁面上的堆積膜成為非結晶的蝕刻條件下蝕刻上述被處理體。進而，本發(fā)明還可以說是一種等離子處理方法，該等離子處理方法從被導入處理室內的堆積性氣體生成等離子體，在通過使載置于該處理室內所設置的試料臺上的被處理體，以施加了高頻電力的狀態(tài)暴露于上述等離子體來進行上述被處理體的蝕刻這一期間，抑制向上述處理室內壁面的堆積，該等離子處理方法的特征是對上述高頻電力進行時間調制并間歇地施加于上述被處理體。因而，本發(fā)明因進行重復上述第一期間和第二期間的蝕刻，故能夠抑制向處理室內壁面的堆積。因此，能夠抑制被處理體的處理枚數(shù)的增加所造成的異物。以下，就本發(fā)明的各實施例進行說明。[實施例I] 首先，就本實施例中進行處理的被處理體即晶片10之結構進行說明。如圖4所示，在硅基板16上有氧化硅膜17，在氧化硅膜17之上有氮化硅膜18。另夕卜，在氮化硅膜18之上圖案形成有氧化硅材料的掩模19。此外，在本實施例中只要是相對于氧化硅膜17有選擇性地蝕刻氮化硅膜18的工序即可，并不限定結構及工序。例如，還可以是氧化硅膜作為掩模圖案不考慮基底膜地蝕刻氮化硅膜的主蝕刻工序，或者將氧化硅膜作為基底膜并除去殘留氮化硅膜的工序。另外，雖然在本實施例中采用氮化硅膜18作為被蝕刻膜，但也可以是含有硅原子和氮原子的膜。對上述結構的晶片10使用上述微波ECR等離子蝕刻裝置通過表I所示那樣的CH3F氣體和O2氣體的混合氣體的等離子體進行了處理。此外，表I的占空比是指第一期間相對于高頻偏壓的一個周期(第一期間和第二期間之和)之比。表I等離子處理條件
CH3F 氣體~50ml/min
O2 氣體30ml/inin
處理壓力O. 5Pa
微波功率1000W
第一期間的高頻偏壓功率400W
第二期間的高頻偏壓功率OW
第一期間和第二期間的重復頻率Io^
占空比10%
處理時間200sec在表I所示的條件下即便處理25枚晶片10，也能夠進行垂直形狀的蝕刻，并且還能夠抑制異物。本實施例中，通過將重復頻率為IOHz的時間調制后的間歇的高頻偏壓施加于晶片10來實施“在第一期間所生成的反應生成物和在第二期間所生成的反應生成物不同，以在第一期間所生成的反應生成物堆積于處理室2內壁的厚度和在第二期間所生成的反應生成物堆積于處理室2內壁的厚度分別小于等于Inm這樣的頻率重復第一期間和第二期間”這樣的本發(fā)明步驟I。這里，重復頻率是指重復第一期間和第二期間的周期的倒數(shù)。另外,雖然第一期間和第二期間的重復頻率在本實施例中IOHz為最佳值，但如表2所示只要是IOHz以上的頻率即可。此外，表2是表示在表I的條件下，相對于將占空比固定成50%時的重復頻率的異物容許范圍和相對于第一期間的高頻偏壓功率的異物容許范圍的數(shù)據(jù)。另外，表2中的“〇”表示可以進行垂直形狀的蝕刻且異物數(shù)為容許范圍，“ X ”表示不可容許異物，表示不可蝕刻。
表2相對于異物容許可否的重復頻率依賴性
權利要求
1.一種等離子處理方法，從被導入到處理室內的堆積性氣體生成等離子體，通過使載置于該處理室內所設置的試料臺上的被處理體以施加了高頻電カ的狀態(tài)暴露于上述等離子體中來進行上述被處理體的蝕刻，該等離子處理方法的特征在于 通過重復將上述被處理體暴露于上述等離子體中的第一期間和將上述被處理體暴露于上述等離子體中且針對上述被處理體的蝕刻速率低于該第一期間的第二期間，在向上述處理室內壁面的堆積膜成為非結晶的蝕刻條件下蝕刻上述被處理體。
2.一種等離子處理方法，從被導入到處理室內的堆積性氣體生成等離子體，在通過使載置于該處理室內所設置的試料臺上的被處理體以施加了高頻電カ的狀態(tài)暴露于上述等離子體中來進行上述被處理體的蝕刻的期間抑制向上述處理室內壁面的堆積，該等離子處理方法的特征在于 對上述高頻電カ進行時間調制并間歇地施加于上述被處理體。
3.按照權利要求I所記載的等離子處理方法，其特征在于上述等離子處理方法還對上述處理室進行等離子體清洗。
4.按照權利要求I所記載的等離子處理方法，其特征在于上述被處理體的蝕刻使用氫氟碳化物氣體，將上述第一期間和上述第二期間的重復頻率大于等于IHz小于等于2000Hz的時間調制后的高頻電カ施加于上述試料臺來蝕刻具有含有氮原子和硅原子的膜即氮化硅膜的被處理體。
5.按照權利要求4所記載的等離子處理方法，其特征在于上述等離子處理方法還對上述處理室進行等離子體清洗。
6.按照權利要求5所記載的等離子處理方法，其特征在于 上述氫氟碳化物是CH3F氣體， 上述等離子體清洗使用O2氣體對上述處理室進行等離子體清洗。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠在使用堆積性氣體的等離子處理中，抑制被處理體的處理枚數(shù)的增加所產生的異物的等離子處理方法。本發(fā)明提供一種等離子處理方法，從被導入到處理室內的堆積性氣體生成等離子體，通過使載置于該處理室內所設置的試料臺上的被處理體以施加了高頻電力的狀態(tài)暴露于上述等離子體中來進行上述被處理體的蝕刻，該等離子處理方法的特征在于通過重復將上述被處理體暴露于上述等離子體中的第一期間和將上述被處理體暴露于上述等離子體中且針對上述被處理體的蝕刻速率低于該第一期間的第二期間，在向上述處理室內壁面的堆積膜成為非結晶的蝕刻條件下蝕刻上述被處理體。
文檔編號H01L21/02GK102856191SQ20111023914
公開日2013年1月2日 申請日期2011年8月19日 優(yōu)先權日2011年6月30日
發(fā)明者井上喜晴, 森本未知數(shù), 松本剛, 小野哲郎, 金清任光, 藥師寺守, 宮地正和 申請人:株式會社日立高新技術