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CN1118086C - 等离子体工艺设备及等离子体工艺设备的腔体腐蚀方法 - Google Patents

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Abstract

在基底电极和反向电极之间加上高频电压产生等离子体进行等离子体CVD工艺，在晶片上形成一层二氧化硅薄膜之后，在等离子体工艺设备的等离子体腐蚀清洁中，基底电极有一碳化硅的绝缘体盖子盖住它的环形周边区，反向电极接地，碳氟化合物气体被引入腔体内，并用高频电源向基底电极供电进行腔体腐蚀，以此去除由等离子体CVD工艺形成在腔体内的不希望有的二氧化硅。

Description

等离子体工艺设备及等离子体工艺设备的腔体腐蚀方法
本发明涉及一种等离子体工艺设备，特别涉及这种等离子体工艺设备的等离子体腐蚀清洁或腔体腐蚀。
为在半导体器件生产中形成一层薄膜，在已有技术中有公知的CVD(化学汽相淀积)。而且，为了对付比如超LSI(大规模集成)的高集成度，采用了等离子体CVD形成可靠的绝缘薄膜或像高质量二氧化硅层之类的膜层。等离子体CVD工艺是用等离子体工艺设备进行的。
等离子体工艺设备包括一个基底电极以及一个面向基底电极并以一预定间距在腔体内隔开的反向电极。在基底电极的表面上安置并支托着晶片。基底电极设有一个绝缘盖，盖住基底电极的环形周边区。向腔体内引入反应气体硅烷，并在基底电极接地的情况下向反向电极加一高频电源。这样，便在两电极之间产生辉光放电并且反应气体受到高度激发产生等离子体。因而，在晶片上有效地淀积了一层二氧化硅薄膜，但是与此同时，反应生成物作为不需要的硅层附着在电极的周边部件上，特别是，在基底电极的绝缘盖上。
在重复使用等离子体CVD设备在不同晶片上形成氧化硅膜之后，所附着的反应生成物积累成一层过厚的不希望有的二氧化硅膜，以致使这层不希望有的氧化硅膜剥落而妨碍等离子体放电。
因而，在等离子体工艺设备已被使用在一预定数量的晶片上形成氧化硅层之后，等离子体工艺设备要经受一次等离子体腐蚀或是腔体腐蚀，对腔体内的部件进行清洁处理，特别是，对基底电极和基底电极的绝缘盖。
进行腔体腐蚀是向腔体引入碳氟化合物气体取代硅烷作反应气体并进行等离子体处理。碳氟化合物，例如CF4，与二氧化硅反应生成SiF4和CO2，通过出气口从腔体排出。这样，就去除了不希望有的氧化硅。
然而，在重复进行等离子体CVD工艺之后，由于从基底电极的绝缘盖上剥离出二氧化硅淀积物的颗粒，使得等离子体工艺设备遭受这些颗粒的损害。这里的绝缘盖通常是用氧化铝(Al2O3)作的。
为了解决在重复进行CVD工艺之后产生的颗粒问题，日本专利JP-A-270066提出了用碳化硅(SiC)作绝缘盖。根据JP-A-2 70066的说法，Al2O3绝缘盖在腔体清洁时与CF4反应生成AlF3淀积在绝缘盖上。此后，重复进行等离子体淀积并使二氧化硅层的厚度增加，由于AlF3的表面能量小而使二氧化硅层剥落成不希望有的颗粒。而在另一方面，SiC与CF4反应生成SiF4和CO2，通过出气口排出腔体。
按照JP-A-2 70066，在等离子体CVD工艺和腔体腐蚀的两种情况下都是基底电极接地。因而，在CVD工艺中在绝缘盖上淀积的不希望有的氧化硅比在反向电极上的数量多，但在腔体腐蚀中在绝缘盖上淀积的不希望有的氧化硅比在反向电极上的更不易腐蚀掉。因而，又留下要耗费很多时间去腐蚀绝缘盖上不希望有的氧化硅的问题。
为了提高腔体腐蚀的腐蚀速率以及降低等离子体工艺设备的维护操作频率，必需提高在等离子体CVD工艺中形成的氧化硅膜与碳化硅膜的腐蚀选择性比率。
为了解决以上提出的问题，本发明的一项目的是要提供一种通过腔体腐蚀清洁等离子体工艺设备的方法，这种腔体腐蚀缩短了清洁时间但又不可能因过度腐蚀而损伤绝缘盖并且不产生颗粒。
本发明提供了一种等离子体工艺设备的腔体腐蚀方法。该设备包括一个基底电极用于在其上支托晶片，一个碳化硅的绝缘盖，配置成盖住基底电极的环形周边区，以及在一个腔体内面对着基底电极的一个反向电极，采用腔体内的等离子体反应气体通过CVD工艺在晶片上形成一层二氧化硅层，二氧化硅层还作为一层不希望有的二氧化硅层形成在包括绝缘盖和电极的腔体内的部件表面上。本发明的方法就是用于去除部件表面上不希望有的二氧化硅层并包括：将基底电极接至一高频电源以及使反向电极接地；向腔体内引入一种碳氟化合物气体；并由高频电源向基底电极提供高频电能以此进行腔体腐蚀，从而去除不希望有的二氧化硅层。
按照本发明的一种方式，所得到的等离子体工艺设备是用于通过等离子体CVD工艺在晶片上形成一层二氧化硅层并可适用于进行腔体腐蚀。设备包括：一个腔体，带有供引入气体的进气口和供排出废气的出气口，在等离子体CVD工艺中进气口引入供形成二氧化硅的反应气体，而在腔体腐蚀中进气口引进碳氟化合物气体；一个固定安置在腔体内的基底电极，带有一个基底电极接线端露在腔体之外，在等离子体CVD工艺中，在基底电极的中央表面区上安置并支托着晶片；在基底电极的环形周边区上固定安置一个碳化硅的绝缘盖；一个反向电极面对着基底电极并在其间留有一预定的间隙，并且带有一个反向电极接线端露在腔体之外；一个提供高频电能的电源；以及一个电源开关装置，用于使基底电极接线端和反向电极接线端的两者之一与电源连接并使余下的电极接线端接地，由此，当进行等离子体CVD工艺时，电源向反向电极提供高频电能，而当进行腔体腐蚀时，电源向基底电极提供高频电能。
按照本发明的另一种方式，所得到的等离子体工艺设备是用于通过等离子体CVD工艺在晶片上形成一层二氧化硅层并可适用于进行腔体腐蚀法。设备包括：一个腔体，带有供引入气体的进气口和供排出废气的出气口，在等离子体CVD工艺中进气口引入供形成二氧化硅的反应气体，而在腔体腐蚀中进气口引进碳氟化合物气体；一个固定安置在腔体内的基底电极，带有一个基底电极接线端露在腔体之外，在等离子体CVD工艺中，在基底电极的中央表面区上安置并支托着晶片；在基底电极的环形周边区上固定安置一个碳化硅的绝缘盖；一个反向电极面对着基底电极并在其间留有一预定的间隙，并且带有一个反向电极接线端露在腔体之外；一个提供第一高频电能的第一电源；一个提供第二高频电能的第二电源；一个第一电源开关装置，用于在等离子体CVD工艺中连接基底电极与地线使基底电极接地，而在腔体腐蚀中将第一电源与基底电极接线端连接；以及一个第二电源开关装置，用于在等离子体CVD工艺中将第二电源与反向电极连接，而在腔体腐蚀中连接反向电极接线端与地线使反相电极接线端接地。
在设备中，反向电极可以有一个由碳化硅形成的周边区。
设备可以是带喇叭形反向电极的电子回旋共振式的。
设备可以是平行电极式的，其中的基底电极和反向电极是被安置成相互平行的扁平电极。
附图的简短说明
图1为一常规等离子体工艺设备的剖面示意图；
图2为本发明第一实施例等离子体工艺设备的剖面示意图；
图3为本发明第二实施例等离子体工艺设备的剖面示意图；
图4为在腔体腐蚀中基底电极接在电源上时绝缘盖上的SiO2腐蚀速率与基底电极接地时的情况相比较的示意图；以及
图5为在腔体腐蚀中采用不同气体，CF4气体、SF6气体以及NF3气体时，SiO2薄膜与SiC的腐蚀选择性比例的示意图。
在描棕本发明的实施例之前，将参照图1对在JP-A-2 70066中公开的一件等离子体工艺设备进行描述。
参阅图1，一个示出的电极(反向电极)42连接在一个射频(RF)电源41上以及一个基座(基底一侧的电极)43接地。一片晶片装在基座43上并且基座43的周边部分被一个由SiC制作的绝缘盖45盖住。如若必要，则要有一个由SiC制成的绝缘环46。在绝缘环46中构成一个进气口47用于向设备的腔体内引入反应气体。等离子体工艺设备采用SiC的绝缘盖，以此防止淀积在绝缘盖上的氧化硅层轻易地剥离，即使在进行过多片的等离子体CVD之后也能作到这点。然而，采用SiC制作的基底电极的绝缘盖如前言中所述仍有缺点。
参照图2将对本发明第一实施例的等离子体工艺设备进行描述。
参阅图2，其中所示的等离子体工艺设备是ECR(电子回旋共振)型的。
ECR型的等离子体工艺设备包括一个电源1，一个基底电极2，一个用SiC制作并适合盖住基底电极2的环形周边的绝缘盖6，以及一个喇叭形部件(反向电极)3。基底电极2、喇叭形部件3和绝缘盖6安置在等离子体腔体8的内部。在腔体8的外面安排了一块第一磁块4和一块第二磁铁5用于控制一个磁场。进气口7是为向腔体8内引入气体而设备的，废气出口9也是为向腔体8外排放废气而设置的。
在喇叭形部件3接至电源1且基底电极接地的情况下，在用等离子体工艺设备在晶片上形成一层二氧化硅(SiO2)之后，在未装载任何晶片的情况下进行腔体腐蚀以清洁设备。
在腔体腐蚀中，经进气口7向腔体8中引入一种气体，并从2.0仟瓦微波源的引进槽向腔体8内引入比如说2.45仟兆赫的微波，并以1.5仟瓦偏置成13.56兆赫加在喇叭部件3和基底电极2两方进行腔体腐蚀。
腔体腐蚀是在不同条件下进行试验的。
这里，对绝缘盖6上两种情况的SiO2薄膜腐蚀速率进行了测量。一种情况是，如图2中所示，基底电极2通过其露在腔体8外而的接线端连接到电源1上，而喇叭部件3则通过其露在腔体8外面的接线端接地。另一种情况则为，喇叭形部件3连接到电源1上，而基底电极2接地。测量结果示于图4。
从图4注意到，当基底电极2作为电源基底电极使用连接到电源1上时，绝缘盖6上的SiO2薄膜就被腐蚀去除，但当基底电极2连接到地线上作为接地基底电极使用时，SiO2就几乎未被去除。
然后，用基底电极2作为电源基底电极，以每分钟100标准立方厘米左右的速度，用三种不同的引入气体，即CF4、SF6和NF3，进行腔体腐蚀。在使用每种气体中，对绝缘盖6的SiO2与SiC的腐蚀选择性比率进行了测量。结果示于图5。
从图5清楚可见，当用CF4进行腐蚀时，腐蚀的选择性较高，而当用SF4或NF3进行腐蚀时则比率较低。
当在腐蚀工作中采用碳氟化合物类型的气体时，SiO2和碳氟化合物中的氟反应放出SiF4，SiF4在室温下是气态的，并与其中的碳反应放出CO2。这样，SiO2就被有效地去除。
与此同时，SiC与碳氟化合物中的氟反应放出SiF4，但由于SiC存在C，它不能与碳氟化合物中的碳反应。因而SiC的腐蚀进行得不太明显。结果使由SiC制作的基底电极的周边区未受损伤，即使受到过度腐蚀时也是这样，这就保障了在低颗粒产出下使用等离子体工艺设备。
在本发明的第一实施例中，若有必要，喇叭体(反向电极)的周边部分可以用SiC形成。
本发明的第一实施例已配合ECR型的等离子体工艺设备进行了描述。本发明也能够应用于平行电极型的等离子体工艺设备，其中的基底电极和反向电极是扁平的并安置成相互平行。
接着，本发明的第二实施例将参照图3描述于后。
参阅图3，其中所示的等离子体工艺设备是属于平行电极型的。这种等离子体工艺设备还具有转换电源电极和接地电极功能的特征。
这种等离子体工艺设备包括一个第一RF电源21，一个电子流电极(反向电极)22，一个第一转换开关28，用于使电子流电极22与第一RF电源21或是与地线相连，一个基座(基底的电极)23，用于支托晶片24，一个绝缘盖25，它由SiC形成并安置成接近基座23，一个第二RF电源26，一个第二转换开关29，用于使基座23与第二RF电源26或是与地线相连，一个进气口27，用于向腔体引入气体，一个出气口30，用于向腔体外排出废气。
为了用第二实施例的等离子体工艺设备在晶片24上形成二氧化硅薄膜，通过使第二转换开关旋向B侧使基座(基底电极)23接地，并使第一转换开关28旋向B侧，使电子流电极22接至第一RF电源21。通过进气口27引进反应气体硅烷进行二氧化硅淀积。
二氧化硅形成在晶片上，但也淀积在SiC的绝缘盖25上，它的淀积量是除基底电极之外所有部件中最多的。
接着，进行等离子体工艺设备的腔体腐蚀，将第一转换开关28旋向A侧使电子流电极22接地，并将第二转换开关29旋向A侧使基座(基底电极)23接至第二RF电源26。
然后，CF4经进气口27以每分钟50至200标准立方厘米的速度流入腔体并以13.56仟赫的射频(RF)偏置电源加在基座23上，在0.1-1乇范围内的气压下进行腔体腐蚀。SiC绝缘盖25上的二氧化硅腐蚀速率很高，使总的腐蚀效率可能增强。而且，由于是用CF4气体作腐蚀气体，SiO2与SiC的选择性腐蚀比率很高，使得用SiC制作的部件几乎未受损伤。因此在经过轻度超量的过腐蚀腔体腐蚀清洁之后，在使用设备时基本上能够避免颗粒的出现。
顺便说一下，在本发明的第二实施例中，使用了两个电源。然而，要明白该设备能用单一的电源进行CVD工艺和腔体腐蚀的工作。单一的电源与基底电极和反向电极中的一个作选择连接。
在本发明的第二实施例中，电子流电极22(反向电极)的周边部分也可以是用SiC制作的。
还要了解图2中的电源开关电路也可应用于ECR型等离子体工艺设备。
本发明的第一和第二实施例都是用CF4气体腐蚀进行描述的。但也能用其它的碳氟化合物型气体，如象C2F6气体和C3F8气体，代替使用。它们不会因工作状况不同而产生区别。
还能允许向腐蚀气体中加进一点O2气，目的是为防止碳的淀积。
例如，当向CF4气体中渗入的氢气量不超过50％时，以CF4气体的含量为基础实现降低SiC腐蚀速度的目的，合成的混合物形成HF并因而提升CxFx的吸附以及改进SiO2薄膜和SiC选择性腐蚀的比率。
出现在本发明实施例中的诸如气体引入量之类的数量因子已通过引用特定的数值进行描述。然而，本发明不受实施例的限制。
如上所述，本发明容许腔体腐蚀时间是从将基底电极接至电源时开始，使其转换为电源基底电极为腔体腐蚀操作作准备，由此与转换为接地的基底电极相比较提高了基底电极周边部分的腐蚀速率。
通过将CVD处理中淀积的薄膜限制为SiO2薄膜，与此同时，将腔体腐蚀使用的气体限制为碳氟化合物型的气体，就能提升SiO2薄膜对SiC的选择性腐蚀比率。这样，基底电极的周边部分就不易受损，即使当重复进行多次腔体腐蚀也是如此，并制止了无关物质的出现。
减少设备维修的次数以及减少颗粒的发生均有助于提高成品率。

Claims (7)

1.一种等离子体工艺设备的腔体腐蚀方法，所述设备包括一个供在其上支托样品晶片的基底电极，一个安置成盖住所述基底电极环形周边区的碳化硅绝缘体盖子，以及一个在腔体内面对所述基底电极的反向电极，使用在所述腔体内的等离子体反应气体以所述基底电极和反向电极分别与地和一高频电源相连经CVD工艺在所述晶片上形成一层二氧化硅层，所述二氧化硅层还作为不希望有的二氧化硅层淀积在包括所述绝缘体盖子和所述电极的所述腔体内的部件表面上，所述方法的特征在于，包括如下步骤：
去掉所述晶片之后，去除所述部件表面上的所述不希望有的二氧化硅层；
切断所述基底电极与地的连接，而使它与一高频电源相连；
切断所述反向电极与所述高频电源的连接，而使它与地相连；
向所述腔体内引入一种碳氟化合物气体；以及
由所述高频电源向所述基底电极供给高频电能进行所述腔体的腐蚀，以此去除所述不希望有的二氧化硅层。
2.一种等离子体工艺设备，用于经等离子体CVD工艺在晶片上形成一层二氧化硅层，并适用于进行如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设备包括有：
一个腔体，带有一个供引入气体的进气口和一个供排放废气的出气口，所述进气口在所述等离子体CVD工艺中引入形成所述二氧化硅的反应气体，而在所述腔体腐蚀中所述进气口引入碳氟化合物气体；
一个基底电极，固定安置在所述腔体内，它有一个基底电极接线端，露出所述腔体之外，在等离子体CVD工艺中，所述晶片安置并支托在所述基底电极的中央表面区上；
一个碳化硅的绝缘盖，固定安置在所述基底电极的环形周边区上；
一个反向电极，以在其间保持一间隔面对着所述基底电极，并有一反向电极接线端露出所述腔体之外；
一个供应高频电能的电源；以及
一个电源开关装置，用于使所述基底电极接线端和所述反向电极接线端中的一个与所述电源连接并使留下的电极接线端接地，借此在所述的等离子体CVD工艺中由所述电源向所述反向电极供应高频电能，而在所述的腔体腐蚀中由所述电源向所述基底电极供应高频电能。
3.一种等离子体工艺设备，用于经等离子体CVD工艺在晶片上形成一层二氧化硅层，并适用于进行如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设备包括有：
一个腔体，带有供引入气体的进气口和一个供排放废气的出气口，所述进气口在所述等离子体CVD工艺中引入形成所述二氧化硅的反应气体，而在所述腔体腐蚀中所述进气口引入碳氟化合物气体；
一个基底电极，固定安置在所述腔体内，它有一个基底电极接线端，露出所述腔体之外，在等离子体CVD工艺中，所述晶片安置并支托在所述基底电极的中央表面区上；
一个碳化硅的绝缘盖，固定安置在所述基底电极的环形周边区上；
一个反向电极，以在其间保持一间隔面对着所述基底电极，并有一反向电极接线端露出所述腔体之外；
一个供应第一高频电能的第一电源；
一个供应第二高频电能的第二电源；
一个第一电源开关装置，用于在所述等离子体CVD工艺中连接所述基底电极接线端与地线使所述基底电极接地，而在所述腔体腐蚀中连接所述第一电源与所述基底电极接线端；以及
一个第二电源开关装置，用于在所述等离子体CVD工艺中连接所述第二电源与所述反向电极，而在所述腔体腐蚀中连接所述反向电极接线端与地线使反向电极接线端接地。
4.按照权利要求2或3所述的设备，其特征在于，其中所述的反向电极有一个由碳化硅形成的周边区。
5.按照权利要求2或3所述的设备，其特征在于，所述的设备是带有喇叭形的所述反向电极的电子回旋共振型设备。
6.按照权利要求2或3所述的设备，其特征在于，所述的设备是平行电极型的设备，其中所述基底电极和所述反向电极是安置成相互平行的扁平电极。
7.按照权利要求2或3所述的设备，其特征在于，所述设备是电子回旋共振型的，还包括第一和第二磁铁，它们布置在所述腔体外部，用以控制磁场。”
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