專利名稱：等離子蝕刻處理方法以及等離子蝕刻處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及等離子蝕刻處理方法以及等離子蝕刻處理裝 置，特別是涉及半導(dǎo)體裝置制造工序所使用的等離子蝕刻處理 方法以及等離子蝕刻處理裝置。
背景技術(shù)：
LSI(Large Scale Integrated circuit大頭見才莫集成電路)等 半導(dǎo)體裝置是通過對半導(dǎo)體基板實(shí)施蝕刻、以及 CVD(Chemical Vapor Deposition化學(xué)氣相沉淀)、'減射 (sputtering)等多種處理而制成的。關(guān)于蝕刻、CVD、濺射 等處理，有采用了等離子體作為其能量供給源的處理方法、即、 等離子蝕刻、等離子CVD、等離子賊射等。
隨著近年LSI的微細(xì)化、多層配線化，在制造半導(dǎo)體裝置
的各工序中，上述等離子處理被有效利用。例如，在MOS晶體
管等半導(dǎo)體裝置的制造工序的等離子處理中，利用平行平板型
等離子體、ICP(Inductively-coupled Plasma電感耦合等離子
體)、ECR(Electron Cyclotron Resonance電子回旋共振)等離 子體等由各種裝置產(chǎn)生的等離子體。
在此，在日本特開2002-134472號7>才艮(專利文獻(xiàn)l)以 及日本特開平10-261629號公報(bào)(專利文獻(xiàn)2 )上公開了 一種釆 用ICP (電感耦合等離子體)進(jìn)行等離子蝕刻處理的等離子處 理裝置。
專利文獻(xiàn)l:曰本特開2002_134472號/>才艮 專利文獻(xiàn)2:日本特開平10-261629號公報(bào) 在專利文獻(xiàn)l中，在采用了ICP的蝕刻處理裝置中，將用于
4產(chǎn)生等離子體的線圏與作為處理對象的基板之間的間隔(間
隙gap )設(shè)為80mm 1000mm 、 將反應(yīng)氣體的壓力設(shè)為 2.7Pa(20mTorr) ~ 66.7Pa(500mTorr)來進(jìn)行氮化硅薄膜的蝕
刻。通過進(jìn)行上述處理，能夠進(jìn)行氮化硅薄膜相對于氧化硅薄 膜具有高選擇比那樣的等離子蝕刻處理。
另外，根據(jù)專利文獻(xiàn)2所述，采用電感耦合等離子產(chǎn)生器、 使至少 一 種以上的含氟蝕刻氣體流動、在將含硅表面的溫度保 持在200。C的同時(shí)將壓力設(shè)為1 ~ 200mTorr的范圍內(nèi)，進(jìn)行了 等離子蝕刻處理。
但是，在專利文獻(xiàn)1以及專利文獻(xiàn)2所示那樣的等離子蝕刻 處理中，是利用ICP產(chǎn)生等離子體的。利用ICP產(chǎn)生的等離子 體在等離子體中的高能量電子的存在幾率較高，電子溫度升高。 具有這樣高電子溫度的等離子體使在蝕刻時(shí)生成的蝕刻反應(yīng)生 成物、例如SiBr重新離解。于是，在半導(dǎo)體基板上的附近因SiBr 重新離解而產(chǎn)生的Br再次作為腐蝕劑而有助于蝕刻、或在半導(dǎo) 體基板上的附近產(chǎn)生未預(yù)期的沉積物(堆積物)。結(jié)果，產(chǎn)生微 型加載效應(yīng)、即蝕刻速度隨著孔的口徑或槽的縮小而下降的現(xiàn) 象，或產(chǎn)生蝕刻時(shí)的疏密形狀不均、或使選擇比下降，從而難 以在等離子蝕刻處理時(shí)進(jìn)行形狀控制。
特別是，在多晶硅層的等離子蝕刻處理中，反應(yīng)氣體采用 了HBr、 Cl2、 CF4等低分子量的反應(yīng)氣體，雖然反應(yīng)氣體的離 解很少影響蝕刻處理，但半導(dǎo)體基板上的附近位置上的蝕刻反 應(yīng)生成物的重新離解所產(chǎn)生的影響較大。上述蝕刻反應(yīng)生成物 的蒸汽壓較低，能沿半導(dǎo)體基板進(jìn)行流動，在半導(dǎo)體基板上的 附近存在較多因重新離解而產(chǎn)生的Br等時(shí)，上述傾向更加明 顯。
以往，在ICP的等離子蝕刻處理裝置中，為了抑制上述的微型加載效應(yīng)、以及疏密形狀不均、選擇比的下降，必須在超
低壓、例如幾十mTorr、幾mTorr的壓力條件下進(jìn)4于蝕刻處理。 具體而言，在ICP的等離子蝕刻處理裝置中，必須以20 ~ 30mTorr的壓力進(jìn)行蝕刻處理。另外，在上述ECR等離子體、 以及平行平板型等離子體的等離子蝕刻處理裝置中也同樣存在 該傾向，在ECR等離子體的等離子蝕刻處理裝置中必須以更超 低壓的2~ 3mTorr的壓力進(jìn)行蝕刻處理。必須采用上述那樣超 低壓的工藝條件即使從設(shè)備的最佳使用狀態(tài)的方面等考慮，也 不佳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在等離子蝕刻處理時(shí)能易于 且適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行形狀控制的等離子蝕刻處理方法。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種在等離子蝕刻處理時(shí)能 易于且適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行形狀控制的等離子蝕刻處理裝置。
本發(fā)明的等離子蝕刻處理方法是用于對被處理基板進(jìn)行 等離子蝕刻處理的等離子蝕刻處理方法。在此，等離子蝕刻處 理方法包括將被處理基板保持在設(shè)于處理容器內(nèi)的保持臺上
的工序；用于產(chǎn)生等離子激勵(lì)用微波的工序；將保持臺與電介
質(zhì)板的間隔設(shè)為100mm以上、將處理容器內(nèi)的壓力設(shè)為
容器內(nèi)產(chǎn)生等離子體的等離子產(chǎn)生工序，該電介質(zhì)板配置在與 保持臺相面對的位置，用于將微波導(dǎo)入處理容器內(nèi)而使處理容 器內(nèi)產(chǎn)生等離子體；將等離子蝕刻處理用反應(yīng)氣體供給到處理 容器內(nèi)從而利用所產(chǎn)生的等離子體對被處理基板進(jìn)行等離子蝕 刻處理的處理工序。
采用上述那樣的等離子蝕刻處理方法，由于將微波作為等離子體源而產(chǎn)生等離子體，因此高能量電子的存在幾率小、電 子溫度低。另外，在微波等離子體中，隨著距作為等離子產(chǎn)生
區(qū)域的電介質(zhì)板正下方的距離的增加，等離子體變得均勻，并 且等離子體的電子密度變小，相應(yīng)地具有高電子溫度的等離子 體也減少。另外，隨著使處理容器內(nèi)的壓力比規(guī)定壓力變得更
高，等離子體的電子密度減小，相應(yīng)地具有高電子溫度的等離 子體也減少。在此，通過將保持臺與電介質(zhì)板的間隔設(shè)為
100mm以上、并將處理容器內(nèi)的壓力設(shè)為50mTorr以上，能夠 在將等離子蝕刻處理所需的等離子體保持均勻的狀態(tài)下、減少 具有高電子溫度的等離子體來進(jìn)行等離子蝕刻處理。于是，能 夠抑制蝕刻時(shí)所生成的反應(yīng)生成物發(fā)生重新離解，從而能夠抑 制等離子蝕刻處理時(shí)的微型加載效應(yīng)、以及疏密形狀不均，并 能夠防止選擇比的下降。另外，在上述那樣的比較高的壓力條 件下，從設(shè)備的最佳使用狀態(tài)的方面考慮，可易于進(jìn)行等離子 蝕刻處理。因而，能夠容易且適當(dāng)?shù)卦诘入x子蝕刻處理時(shí)進(jìn)行 形狀控制。另外，在利用微波產(chǎn)生的等離子體中，即使將上述 距離、即距電介質(zhì)板的距離設(shè)為100mm以上，該區(qū)域也是等離 子體擴(kuò)散區(qū)域，能夠充分地進(jìn)行等離子蝕刻處理。
優(yōu)選等離子產(chǎn)生工序包括將處理容器內(nèi)的壓力設(shè)為 200mTorr以下的工序。通過上述那樣地構(gòu)成，能夠更適當(dāng)?shù)剡M(jìn) 行等離子蝕刻處理。
更優(yōu)選處理工序包括用于供給含有卣素氣體在內(nèi)的反應(yīng) 氣體的工序。作為優(yōu)選的一實(shí)施方式，處理工序包括對多晶硅 類覆膜進(jìn)行等離子蝕刻處理的工序。通過上述那樣構(gòu)成，能夠 有效抑制卣素元素與硅結(jié)合而生成的蝕刻反應(yīng)生成物的重新離 解。
在本發(fā)明的另一技術(shù)方案中，提供一種等離子蝕刻處理裝置，其包括處理容器、反應(yīng)氣體供給部、保持臺、微波產(chǎn)生 器、電介質(zhì)板和控制部；上述處理容器在內(nèi)部對被處理基板進(jìn) 行等離子蝕刻處理；上述反應(yīng)氣體供給部將等離子蝕刻處理用 反應(yīng)氣體供給到處理容器內(nèi)；上述保持臺配置在處理容器內(nèi)， 在該保持臺上保持被處理基板；上述微波產(chǎn)生器用于產(chǎn)生等離 子激勵(lì)用微波；上述電介質(zhì)板配置在與保持臺相面對的位置， 將微波導(dǎo)入處理容器內(nèi)；上述控制部進(jìn)行控制而使保持臺與電 介質(zhì)板之間的間隔為1 OOmm以上，并使等離子蝕刻處理時(shí)的處 理容器內(nèi)的壓力為50mTorr以上。
采用上述那樣的等離子蝕刻處理裝置，能夠抑制蝕刻時(shí)所 生成的反應(yīng)生成物的重新離解，從而能夠抑制等離子蝕刻處理 時(shí)的微型加載效應(yīng)、以及疏密形狀不均，并能夠防止選擇比的 下降。另外，在上述那樣的比較高的壓力條件下，從設(shè)備的最 佳使用狀態(tài)的方面考慮，可易于進(jìn)行等離子蝕刻處理。因而， 能夠容易且適當(dāng)?shù)卦诘入x子蝕刻處理時(shí)進(jìn)行形狀控制。
采用上述那樣的等離子蝕刻處理方法以及等離子蝕刻處 理裝置，由于將微波作為等離子體源而產(chǎn)生等離子體，因此高 能量電子的存在幾率小、電子溫度低。另外，在微波等離子體 中，隨著距作為等離子產(chǎn)生區(qū)域的電介質(zhì)板正下方的距離的增 加，等離子體變得均勻，并且等離子體的電子密度變小，相應(yīng) 地具有高電子溫度的等離子體也減少。另外，隨著使處理容器 內(nèi)的壓力比規(guī)定壓力變得更高，等離子體的電子密度減小，相 應(yīng)地具有高電子溫度的等離子體也減少。在此，通過使保持臺 與電介質(zhì)板之間的間隔為100mm以上、并使處理容器內(nèi)的壓力 為50mTorr以上，能夠在將等離子蝕刻處理所需的等離子體保 持均勻的狀態(tài)下、減少具有高電子溫度的等離子體來進(jìn)行等離 子蝕刻處理。于是，能夠抑制蝕刻時(shí)所生成的反應(yīng)生成物發(fā)生重新離解，從而能夠抑制等離子蝕刻處理時(shí)的微型加載效應(yīng)、 以及疏密形狀不均，并能夠防止選擇比的下降。另外，在上述 那樣的比較高的壓力條件下，從設(shè)備的最佳使用狀態(tài)的方面考 慮，可易于進(jìn)行等離子蝕刻處理。因而，能夠容易且適當(dāng)?shù)卦?等離子蝕刻處理時(shí)進(jìn)行形狀控制。


圖l是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式的等離子處理裝置的主要 部分的概略剖3見圖。
圖2是表示微波等離子體以及ICP的電子溫度與電子能量 分布函數(shù)之間的關(guān)系的曲線圖。
圖3是表示距電介質(zhì)板的距離與等離子體的電子密度之間 的關(guān)系的曲線圖，表示距離小于100mm的情況。
圖4是表示距電介質(zhì)板的距離與等離子體的電子密度之間 的關(guān)系的曲線圖，表示距離為100mm以上的情況。
圖5是表示處理容器內(nèi)的壓力與等離子體的電子密度之間 的關(guān)系的曲線圖。
圖6是表示處理容器內(nèi)的壓力與等離子體的最大電子溫度 之間的關(guān)系的曲線圖。
圖7是表示在規(guī)定條件下、將間隔設(shè)為105mm時(shí)的等離子 體的分布的圖。
圖8是表示在規(guī)定條件下、將間隔設(shè)為85mm時(shí)的等離子體 的分布的圖。
圖9是表示在規(guī)定條件下、將間隔設(shè)為105mm時(shí)的等離子 體的分布的圖。
圖1 O是表示在規(guī)定條件下、將間隔設(shè)為85mm時(shí)的等離子 體的分布的圖。局部的電子顯微鏡照片。
圖12是圖11所示的突狀部的放大照片。 圖13是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式的進(jìn)行了蝕刻處理時(shí)的 半導(dǎo)體基板的局部的電子顯微鏡照片。
圖14是圖13所示的突狀部的放大照片。 圖15是圖ll所示的部分的示意圖。 圖16是圖12所示的部分的示意圖。 圖17是圖13所示的部分的示意圖。 圖18是圖14所示的部分的示意圖。
圖19是表示以往的具有3維構(gòu)造的半導(dǎo)體基板的局部的電 子顯微鏡照片。
圖20是表示實(shí)施了本發(fā)明的 一 實(shí)施方式的等離子蝕刻處片。
圖21是將距離設(shè)為135mm而進(jìn)行了蝕刻處理的半導(dǎo)體基 板的局部的電子顯微鏡照片。
圖22是將距離設(shè)為275mm而進(jìn)行了蝕刻處理的半導(dǎo)體基 板的局部的電子顯微鏡照片。
圖23是表示在以往、利用ICP等的等離子處理在受到等離 子損傷的硅層上形成犧牲氧化膜、對該犧牲氧化膜進(jìn)行蝕刻而 形成等離子損傷較少的硅層的工序的概略圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照

本發(fā)明的實(shí)施方式。 圖l是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式的等離子蝕刻處理裝置的 主要部分的概略剖視圖。另外，在下述附圖中，將紙面中上方一見為上方。
參照圖l,等離子蝕刻處理裝置11包括處理容器12、氣體 噴頭13、保持臺14、微波產(chǎn)生器15、電介質(zhì)板16、控制部(未 圖示)；上述處理容器12在其內(nèi)部對被處理基板即半導(dǎo)體基板 W進(jìn)行等離子蝕刻處理；上述氣體噴頭13具有多個(gè)開口孔17， 作為將等離子蝕刻處理用反應(yīng)氣體供給到處理容器12內(nèi)的反 應(yīng)氣體供給部；上述保持臺14為圓板狀，被配置在自處理容器 12的底面向上方延伸地設(shè)置的支承部18上，在該保持臺14上保 持半導(dǎo)體基板W;上述微波產(chǎn)生器15如圖l中的點(diǎn)劃線所示， 用于產(chǎn)生等離子激勵(lì)用微波；上述電介質(zhì)板16被配置在與保持 臺14相面對的位置，將由微波產(chǎn)生器15產(chǎn)生的微波導(dǎo)入到處理 容器12內(nèi)；上述控制部用于控制等離子蝕刻處理裝置ll整體。 控制部對氣體噴頭13中的氣體流量、處理容器12內(nèi)的壓力等、 用于對半導(dǎo)體基板W進(jìn)行等離子蝕刻處理的工藝條件進(jìn)行控 制。作為等離子蝕刻處理用反應(yīng)氣體，能夠采用例如包括HBr、 Cl2、 CF4、 C4F8、 C4F6、 CsF6等卣素氣體在內(nèi)的混合氣體。另 外，根據(jù)需要能夠在上述那樣的鹵素氣體中以規(guī)定比例混合 02、 Ar等。
處理容器12的上部側(cè)是開口的，利用配置在處理容器12的 上部側(cè)的電介質(zhì)板16以及密封構(gòu)件(未圖示)可密封地構(gòu)成處 理容器12。等離子蝕刻處理裝置ll具有真空泵以及排氣管(均 未圖示)等，能夠通過減壓將處理容器12內(nèi)的壓力形成為規(guī)定 壓力。
在保持臺14的內(nèi)部設(shè)有用于在進(jìn)行等離子蝕刻處理時(shí)將 半導(dǎo)體基板W加熱到規(guī)定溫度的加熱器(未圖示)。微波產(chǎn)生器 15由高頻電源(未圖示)等構(gòu)成。另外，用于在進(jìn)行等離子蝕 刻處理時(shí)任意施加偏壓的高頻電源(未圖示)也與保持臺14相連接。
電介質(zhì)板16為圓板狀，由電介質(zhì)構(gòu)成。在電介質(zhì)板16的下
部側(cè)設(shè)有多個(gè)凹陷成錐狀的環(huán)狀凹部19。利用該凹部19能夠有
等離子蝕刻處理裝置11包括波導(dǎo)管21 、滯波板2 2和隙縫天
裝置12內(nèi)；上述滯波板22用于傳播微波；上述隙縫天線24為薄 板圓板狀，用于將微波自所設(shè)有的多個(gè)隙縫孔23導(dǎo)入到電介質(zhì) 板16。由微波產(chǎn)生器15產(chǎn)生的微波經(jīng)過波導(dǎo)管21傳播到滯波板 22處，自隙縫天線24上所設(shè)有的多個(gè)隙縫孔23導(dǎo)入到電介質(zhì)板 16中。利用被導(dǎo)入到電介質(zhì)板16中的微波在電介質(zhì)板16正下方 產(chǎn)生電場，通過等離子體點(diǎn)火利用微波在處理容器12內(nèi)生成等 離子體。
接下來，采用上述等離子蝕刻處理裝置ll說明本發(fā)明的一 實(shí)施方式的半導(dǎo)體基板W的等離子蝕刻處理方法。
首先，在將保持臺14與電介質(zhì)板16之間的間隔調(diào)整成規(guī)定 間隔之后，將被處理基板即半導(dǎo)體基板W保持在保持臺14上。 接下來，將處理容器12內(nèi)減壓到規(guī)定壓力。之后，利用微波產(chǎn) 生器15產(chǎn)生等離子激勵(lì)用微波，經(jīng)由電介質(zhì)板16將微波導(dǎo)入處 理容器12內(nèi)。接下來，進(jìn)行等離子體點(diǎn)火，使處理容器12內(nèi)產(chǎn) 生等離子體。之后，利用氣體噴頭13供給反應(yīng)氣體，對半導(dǎo)體 基板W進(jìn)行等離子蝕刻處理。
在進(jìn)4亍等離子蝕刻處理時(shí)，生成蝕刻反應(yīng)生成物。例如， 在釆用包括HBr在內(nèi)的反應(yīng)氣體對半導(dǎo)體基板W的多晶硅層進(jìn) 行了等離子蝕刻處理時(shí)，S i B r作為蝕刻反應(yīng)生成物而生成。
在此，研究了蝕刻反應(yīng)生成物的離解度。蝕刻反應(yīng)生成物 的離解度表示為TeXTxNex((jxV)這一計(jì)算式。在此，Te表示等離子體的電子溫度，Ne表示等離子體的電子密度。t是半導(dǎo)體 基板上的反應(yīng)生成物所滯留的空間體積，是恒定的。(cjxV)是分 子截面積與電子速度的積的平均值。為了降低蝕刻反應(yīng)生成物
的離解度、即為了抑制蝕刻反應(yīng)生成物的重新離解，只要縮小 計(jì)算式中的各參數(shù)的值即可。另外，Si-Si的結(jié)合能為2.3(eV)， 代表性的蝕刻反應(yīng)生成物即Si-Br的結(jié)合能為3.2(eV)。另外， 使用了氟素氣體時(shí)的蝕刻反應(yīng)生成物即SiF中、Si-F的結(jié)合能 為5.9(eV)。
在此，說明在上述的等離子蝕刻處理方法以及處理裝置中 產(chǎn)生的微波等離子體的電子能量與電子能量分布函數(shù)(EEDF: Electron Energy Distribution Function)之間的關(guān)系。圖2 是表示微波等離子體的電子能量與電子能量分布函數(shù)之間的關(guān) 系的曲線圖。在圖2中，橫軸表示電子能量(eV)，縱軸表示電子 能量分布函數(shù)f(e)(eV—1)。另外，在圖2中，作為比較例，也表 示了ICP的等離子體的電子能量與電子能量分布函數(shù)之間的關(guān) 系。在圖2所示的曲線圖中，隨著電子能量的增加，ICP以及微 波等離子體的電子能量分布函數(shù)都急劇減少。在此，與ICP的 情況相比，在上述等離子蝕刻處理方法以及處理裝置中產(chǎn)生的 微波等離子體隨著電子能量的增加、電子能量分布函數(shù)急劇地 減少。即、與ICP的情況相比，采用上述那樣的等離子蝕刻處 理方法以及處理裝置能夠降低引起反應(yīng)生成物的重新離解的高 能量電子的存在幾率。
接下來，說明在上述等離子蝕刻處理方法以及處理裝置中 產(chǎn)生的微波等離子體中、處理容器12內(nèi)的距電介質(zhì)板16的距離 與等離子體的電子密度之間的關(guān)系。圖3以及圖4是表示距電介 質(zhì)板16的距離、即保持臺14與電介質(zhì)板16的間隔與等離子體的 電子密度之間的關(guān)系的曲線圖。在圖3以及圖4中，橫軸以距電介質(zhì)板16的距離L(mm)表示用于載置并保持半導(dǎo)體基板W的 保持臺14的上表面20a與電介質(zhì)板16的下表面20b之間的間隔， 縱軸表示等離子體的電子密度(cm—3)。另外，所謂電介質(zhì)板16 的下表面20b是指未設(shè)置凹部19的部分的面，是電介質(zhì)板16的 平坦的部分的面。圖3以及圖4表示以不同條件進(jìn)行了蝕刻的情 況，圖3以及圖4中，黑色方塊符號是在半導(dǎo)體基板W上對所形 成的柵極氧化膜進(jìn)行了蝕刻的情況，黑色圓形符號是對利用熱 氧化形成的犧牲氧化膜進(jìn)行了蝕刻的情況。圖3表示距電介質(zhì) 板16的距離L達(dá)到1 OOmm之前的情況，圖4表示距電介質(zhì)板16 的距離L為lOOmm以上的情況。
參照圖3以及圖4，在任何條件下，等離子體的電子密度都 隨著距電介質(zhì)板16的距離L的變長而降低。另外，在達(dá)到 lOOmm時(shí)，等離子體的電子密度大約為1.2xl0u(cm—3)。另夕卜， 在本裝置結(jié)構(gòu)中，距離L達(dá)到大約40mm之前的區(qū)域是所謂的等 離子產(chǎn)生區(qū)域，大約40mm以上的區(qū)域是等離子擴(kuò)散區(qū)域。
接下來，說明在上述等離子蝕刻處理方法以及處理裝置中 產(chǎn)生的微波等離子體中、處理容器12內(nèi)的壓力與等離子體的電 子密度之間的關(guān)系。圖5是表示處理容器12內(nèi)的壓力與等離子 體的電子密度之間的關(guān)系的曲線圖。圖5中，橫軸表示處理容 器12內(nèi)的壓力(mTorr)，縱軸表示等離子體的電子密度(cnT3 )。 參照圖5，在壓力低于30mTorr的區(qū)域中，等離子體的電子密度 隨著壓力的增高而增高。但是，在壓力高于30mTorr的區(qū)域中， 等離子體的電子密度隨著壓力的增高而減小。另外，在壓力為 50mTorr時(shí)，等離子體的電子密度大約為3xlOU(cnT3)。通過將 壓力設(shè)為50mTorr以上，能夠可靠地將等離子體的電子密度形 成為較低的值。
接下來，說明在上述等離子蝕刻處理方法以及處理裝置中產(chǎn)生的微波等離子體中、處理容器12內(nèi)的壓力與最大電子溫度 之間的關(guān)系。圖6是表示處理容器12內(nèi)的壓力與最大電子溫度 之間的關(guān)系的曲線圖。圖6中，橫軸表示處理容器12內(nèi)的壓力 (mTorr),縱軸表示最大電子溫度(eV )。參照圖6，最大電 子溫度隨著壓力的增高而降低。具體而言，在壓力為50mTorr 時(shí)，最大電子溫度小于10eV,在壓力大于100mTorr時(shí)，最大 電子溫度小于5eV。只要將壓力設(shè)為200mTorr時(shí)，就能夠可靠 地使最大電子溫度小于5eV。
接下來，說明在上述等離子蝕刻處理方法以及處理裝置中 產(chǎn)生的微波等離子體中、保持臺14與電介質(zhì)板16之間的間隔、 以及等離子體的均勻性。圖7、圖8、圖9以及圖10表示規(guī)定條 件下的等離子體的分布。圖7以及圖9表示間隔為105mm的情 況，圖8以及圖IO表示間隔為85mm的情況。另外，圖7以及圖 8、圖9以及圖IO除了間隔各不相同之外，其他條件都相同。另 夕卜，圖7~圖10中的區(qū)域25a、 25b、 25c、 26a、 26b、 26c、 26d 分別表示等離子體濃度基本相同的區(qū)域。濃度按照區(qū)域25a、 25b、 25c的》頃序、以及區(qū)i或26a、 26b、 26c、 26d的刊頁序依;欠 變大。
參照圖7以及圖8，與間隔為85mm的情況相比，間隔為 105mm時(shí)的等離子體濃度分布的偏差較小。另外，參照圖9以 及圖IO，在該情況下，與間隔為85mm的情況相比，間隔為 105mm時(shí)的等離子體濃度分布的偏差也較小。即、通過將間隔 設(shè)為100mm以上，能夠使等離子體的濃度分布均勻。
在此，將保持臺14與電介質(zhì)板16之間的間隔設(shè)為100mm 以上，將處理容器12內(nèi)的壓力設(shè)為50mTorr以上。通過上述那 樣設(shè)置，能夠在將等離子蝕刻處理所需的等離子體保持均勻的 狀態(tài)下，減少具有高電子溫度的等離子體來進(jìn)行等離子蝕刻處理。于是，能夠抑制蝕刻時(shí)所生成的反應(yīng)生成物發(fā)生重新離解， 從而能夠抑制等離子蝕刻處理時(shí)的微型加載效應(yīng)、疏密形狀不 均，并能夠防止選擇比的下降。另外，在上述那樣比較高的壓 力條件下，從設(shè)備的最佳使用狀態(tài)的方面考慮，可易于進(jìn)行等 離子蝕刻處理。因而，能夠容易且適當(dāng)?shù)卦诘入x子蝕刻處理時(shí) 進(jìn)行形狀控制。
在該情況下，也可以預(yù)先將保持臺14與電介質(zhì)板16的間隔 設(shè)為100mm以上而形成裝置，例如也可以 育b沿Jl "T》向牙多# i也 構(gòu)成保持臺14，通過控制部的控制調(diào)整保持臺14的上下方向的 高度而將保持臺14與電介質(zhì)板16之間的間隔設(shè)為100mm以上。
優(yōu)選將處理容器12內(nèi)的壓力設(shè)為200mTorr以下。通過上 述那樣地構(gòu)成，能夠更適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行等離子蝕刻處理。
接下來，說明進(jìn)行了上述等離子蝕刻處理時(shí)的半導(dǎo)體基 板、與利用平行平板型等離子CCP(Capacitive Coupled Plasma)進(jìn)行了蝕刻處理時(shí)的半導(dǎo)體基板的形狀的差異。圖11、 圖12、圖13以及圖14是表示對包括形成在半導(dǎo)體基板上的突狀 部在內(nèi)的層進(jìn)行了蝕刻時(shí)的半導(dǎo)體基板的局部的電子顯微鏡照 片。圖11表示利用平行平板型的CCP進(jìn)行了蝕刻處理的情況， 圖12是圖ll所示的突狀部的放大照片。圖13表示進(jìn)行了上述等 離子蝕刻處理的情況，圖14是圖13所示的突狀部的放大照片。 另外，圖15表示對應(yīng)于圖ll的示意圖，圖16表示對應(yīng)于圖12 的示意圖，圖17表示對應(yīng)于圖13的示意圖，圖18表示對應(yīng)于圖 14的示意圖。
參照圖ll、圖12、圖15以及圖16,在平行平板型等離子 CCP中，堆積在突狀部31 a的側(cè)壁32a上的沉淀物很多，底面33a 與側(cè)壁32a之間的角度a是很大的鈍角。另外，形成在相鄰?fù)粻畈?1a之間的凹部34a并未形成為充分凹陷的形狀。與此相對， 參照圖13、圖14、圖17以及圖18,在上述微波等離子體中，堆 積在突狀部3lb的側(cè)壁32b上的沉淀物4艮少，底面33b與側(cè)壁 32b的角度8比ct更接近直角。另外，形成在相鄰?fù)粻畈?1b之間 的凹部34b也形成為充分凹陷的形狀。即、與利用CCP進(jìn)行了 蝕刻處理的情況相比，進(jìn)行了上述等離子蝕刻處理的情況能夠 抑制微型加載效應(yīng)以及疏密形狀不均。
另外，上述那樣的等離子蝕刻處理也適用于具有3維構(gòu)造 的半導(dǎo)體基板。圖19是表示以往的具有3維構(gòu)造的半導(dǎo)體基板 的局部的電子顯微鏡照片。圖20是表示進(jìn)行了上述等離子蝕刻 處理的半導(dǎo)體基板的局部的電子顯微鏡照片。參照圖19以及圖 20,以往半導(dǎo)體基板3 6 a上的柵極氧化膜3 7 a被較大程度地蝕 刻，而在上述等離子蝕刻處理中，半導(dǎo)體基板36b上的柵極氧 化膜37b并未像圖19所示的柵極氧化膜37a那樣被蝕刻。由此， 能夠防止選擇比下降。
在此，圖21以及圖2 2的電子顯微鏡照片表示改變了距離L 時(shí)的半導(dǎo)體基板的蝕刻處理后的狀態(tài)的局部。圖21是將距離L 設(shè)為135mm的情況，圖22是將距離L設(shè)為275mm的情況。參照 圖21以及圖22,與將距離L設(shè)為135mm而進(jìn)行了蝕刻處理的情 況相比，將距離L設(shè)為275mm而進(jìn)行了蝕刻處理時(shí)，突狀部的 頂端形狀一致且均勻。
另外，上述那樣的等離子蝕刻處理、具體而言是利用微波 等離子體并將保持臺與電介質(zhì)板的間隔設(shè)為10 0 m m以上、將處 理容器內(nèi)的壓力設(shè)為50mTorr以上的等離子蝕刻處理對半導(dǎo)體 基板的等離子損傷很少。因而，在形成后述的等離子損傷很少 的硅層時(shí)，是非常有效的。
圖23是表示以往利用ICP等的等離子處理而在受到等離子損傷的硅層上形成犧牲氧化膜、對該犧牲氧化膜進(jìn)行蝕刻而形
成等離子損傷很少的硅層的工序的概略圖。圖23中，(A)表示 利用等離子蝕刻處理形成等離子損傷層的工序，(B)表示在等 離子損傷層上形成犧牲氧化膜的工序，(C)表示利用濕式蝕刻 去除所形成的犧牲氧化膜的工序。
參照圖23，以往在對硅層41進(jìn)行了 ICP等的等離子蝕刻處 理之后，形成有等離子損傷層42 ( A)。為了去除等離子損傷層 42，對等離子損傷層42進(jìn)行熱氧化，形成犧牲氧化膜43。然后， 使用氫氟酸(HF )等利用損傷很少的濕式蝕刻去除所形成的犧 牲氧化膜43。這樣能夠形成具有等離子損傷很少的表面44的硅 層41。在上述那樣的工序中，由于包括熱氧化處理，因此難以 應(yīng)用在欲避開高溫條件下的處理的情況。另外，由于包括濕式 蝕刻工序，因此使處理裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。
在此，通過采用上述本發(fā)明的等離子蝕刻處理方法以及處 理裝置，能夠簡化用于形成等離子損傷很少的硅層的工序。
作為用于形成等離子損傷很少的硅層的第一實(shí)施方式，進(jìn) 行釆用了以往的ICP等的等離子體的蝕刻處理，之后進(jìn)行上述 等離子蝕刻處理。由此在進(jìn)行了上述等離子蝕刻處理之后，能
夠形成等離子損傷很少的硅層。此時(shí)，例如，采用CF4和02的
反應(yīng)氣體對半導(dǎo)體基板施加偏壓，利用自身偏壓進(jìn)行等離子處 理，從而能夠進(jìn)一步減少損傷。采用上述那樣的結(jié)構(gòu)，能夠省 略上述圖23的(B)工序以及(C)工序。
作為用于形成等離子損傷很少的硅層的第二實(shí)施方式，在 進(jìn)行了上述等離子蝕刻處理之后，進(jìn)行以往的熱氧化以及濕式 蝕刻，形成等離子損傷很少的硅層。此時(shí)，由于等離子蝕刻處 理對硅層的損傷很少，因此能夠謀求縮短圖23的(B)工序以 及(C)工序。作為用于形成等離子損傷很少的硅層的第三實(shí)施方式，在 進(jìn)行了通常的微波等離子處理之后，進(jìn)行上述等離子蝕刻處理。 由此也能夠形成等離子損傷很少的硅層。此時(shí)，也能夠省略上
述圖23的(B)工序以及(C)工序。
另外，在上述實(shí)施方式中，作為等離子蝕刻處理所用的反 應(yīng)氣體，采用包括卣素氣體在內(nèi)的反應(yīng)氣體，但本發(fā)明并不限
體的情況。
另外，在上述實(shí)施方式中，說明了對硅層進(jìn)行等離子蝕刻 處理的情況，但本發(fā)明并不限于此，也適用于對其他層進(jìn)行等 離子蝕刻處理的情況。
以上，參照

了本發(fā)明的實(shí)施方式，但本發(fā)明并不 限于圖示的實(shí)施方式。在與本發(fā)明相同的范圍內(nèi)、或與本發(fā)明 均等的范圍內(nèi)，能夠?qū)D示的實(shí)施方式進(jìn)行各種修改、變形。
權(quán)利要求
1.一種等離子蝕刻處理方法，其用于對被處理基板進(jìn)行等離子蝕刻處理，其中，該等離子蝕刻處理方法包括將被處理基板保持在設(shè)于處理容器內(nèi)的保持臺上的工序；用于產(chǎn)生等離子激勵(lì)用微波的工序；將電介質(zhì)板與上述保持臺之間的間隔設(shè)為100mm以上、將上述處理容器內(nèi)的壓力設(shè)為50mTorr以上并經(jīng)由上述電介質(zhì)板將微波導(dǎo)入上述處理容器內(nèi)、使上述處理容器內(nèi)產(chǎn)生等離子體的等離子產(chǎn)生工序，該電介質(zhì)板被配置在與上述保持臺相面對的位置，用于將微波導(dǎo)入上述處理容器內(nèi)而使上述處理容器內(nèi)產(chǎn)生等離子體；將等離子蝕刻處理用反應(yīng)氣體供給到上述處理容器內(nèi)，利用所產(chǎn)生的等離子體對上述被處理基板進(jìn)行等離子蝕刻處理的處理工序。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子蝕刻處理方法，其中， 上述等離子產(chǎn)生工序包括將上述處理容器內(nèi)的壓力設(shè)為200mTorr以下的工序。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的等離子蝕刻處理方法，其中， 上述處理工序包括用于供給含有卣素氣體在內(nèi)的反應(yīng)氣體的工序。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l ~ 3中任意一項(xiàng)所述的等離子蝕刻處理 方法，其中，上述處理工序包括對多晶硅類覆膜進(jìn)行等離子蝕刻處理的 工序。
5. —種等離子蝕刻處理裝置，其中， 該等離子蝕刻處理裝置包括處理容器，其在內(nèi)部對被處理基板進(jìn)行等離子蝕刻處理；反應(yīng)氣體供給部，其將等離子蝕刻處理用反應(yīng)氣體供給到上述處理容器內(nèi)；保持臺，其配置在上述處理容器內(nèi)，在該保持臺上保持上 述被處理基板；微波產(chǎn)生器，其用于產(chǎn)生等離子激勵(lì)用微波；電介質(zhì)板，其被配置在與上述保持臺相面對的位置，將微 波導(dǎo)入上述處理容器內(nèi)；控制部，其進(jìn)行控制而使上述保持臺與上述電介質(zhì)板之間 的間隔為10 0 m m以上，并使等離子蝕刻處理時(shí)的上述處理容器 內(nèi)的壓力為50mTorr以上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種等離子蝕刻處理方法以及等離子蝕刻處理裝置。該等離子蝕刻處理方法能夠在等離子蝕刻處理時(shí)容易且適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行形狀控制。其中，該等離子蝕刻處理方法包括將半導(dǎo)體基板(W)保持在設(shè)于處理容器(12)內(nèi)的保持臺(14)上的工序；用于產(chǎn)生等離子激勵(lì)用微波的工序；將電介質(zhì)板(16)與保持臺(14)之間的間隔設(shè)為100mm以上、將處理容器內(nèi)(12)的壓力設(shè)為50mTorr以上而經(jīng)由電介質(zhì)板(16)將微波導(dǎo)入處理容器(12)內(nèi)、使處理容器(12)內(nèi)產(chǎn)生等離子體的等離子產(chǎn)生工序；將等離子蝕刻處理用反應(yīng)氣體供給到處理容器(12)內(nèi)，利用所產(chǎn)生的等離子體對半導(dǎo)體基板(W)進(jìn)行等離子蝕刻處理的處理工序。
文檔編號H01L21/311GK101604630SQ20091014233
公開日2009年12月16日 申請日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月11日
發(fā)明者佐佐木勝 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社