專利名稱：硅構件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及可適合應用于半導體制造中的等離子體蝕刻處理或熱處理等的硅構件及其制造方法。
背景技術：
在半導體制造工序中，在硅晶片上形成電路圖的工藝中，例如使用圖1所示的等離子體蝕刻裝置，在高頻電場下產生等離子體，由此來實施晶片上的氧化膜或氮化膜等的蝕刻處理。
在圖1所示的等離子體蝕刻裝置1中，將晶片2裝載在下部電極3上，從噴淋板(上部電極)4的氣體噴出口4a向系統(tǒng)內部供給反應氣體5，同時施加高頻電壓而產生等離子體，進行晶片2表面的蝕刻處理。
這里，為了均勻地進行晶片2的蝕刻處理，需要將電場均勻地擴展到晶片的整個被處理面，所以在晶片2周邊設有聚焦環(huán)6。
為了使系統(tǒng)內部的電場保持一定，所述聚焦環(huán)6設定了一定的電阻值作為標準，此外，從易于控制電場、雜質污染等方面考慮，通常使用與被處理晶片相同性質的構件，即P型硅構件(例如，參照日本特開2003-7686號公報)。

發(fā)明內容
但是，所述聚焦環(huán)等的P型硅構件因與被處理晶片一起曝露于等離子體環(huán)境下，所以因等離子體或伴隨其的熱的影響，P型硅中的硼等摻雜物成為受主，系統(tǒng)內部的氧施主化。
這種施主化的氧隨著等離子體蝕刻處理的反復進行而緩慢增加，硅構件中的氧施主濃度上升，隨之，該硅構件的電阻率增大至無限大。
這樣，當氧施主濃度超過受主濃度時，產生P/N反轉，反而呈現作為N型的行為，發(fā)生電阻率不斷減小的現象。
上述這樣的硅構件電阻率的變化，在工藝中經常發(fā)生，導致系統(tǒng)內部的電場消失、變動，使晶片處理不均勻，而且成為器件成品率下降的原因，所以是不好的。
對于上述的課題，只要在工藝中不使用會引起P/N反轉的構件即可，因此，考慮不使用P型硅，而是一開始就使用由摻雜有砷或磷的N型硅構成的硅構件。
但是，硅構件在工藝中與被處理晶片一起被蝕刻，而且，被處理晶片依次被交換，但硅構件與其相比，交換頻率低，所以被長時間暴露在等離子體環(huán)境下，蝕刻量更多。
因此，作為N型硅的摻雜物的磷或砷等恐怕會對于由P型單晶硅構成的被處理晶片構成雜質污染源。
此外，近年來，隨著器件的復雜化、高性能化，形成于晶片上的電路圖微細化，尋求以寬度更窄的圖形深入銳利地進行蝕刻，所以根據情況，除了化學蝕刻以外，還利用濺射來形成電路。
即使在這種濺射中，在使用N型硅構件的情況下，作為N型硅的摻雜物的磷或砷等被排擠出來，很可能成為由P型單晶硅構成的被處理晶片的雜質污染源。
而且，在從原料熔融液中取出并制造單晶硅時，N型硅的摻雜物因分配系數比P型摻雜物小，所以N型單晶硅的制造效率差，制造成本高，由此存在N型硅構件本身的制造成本也增高的問題。
因此，期望有不使用N型硅構件的、在等離子體環(huán)境下硅構件的電阻率不改變、可長時間的重復使用、并且對被處理晶片不產生雜質污染等不良影響的硅構件。
本發(fā)明是為了解決上述技術課題而完成的發(fā)明，其目的在于提供一種硅構件及其制造方法，該硅構件在半導體制造工序、特別是等離子體處理工序中，可以抑制構件自身的電阻率變動，由此能夠實現晶片處理的均勻化，并且對于被處理晶片不構成雜質污染源。
本發(fā)明的硅構件是由摻雜了13族原子的單晶硅構成的、通過利用退火處理形成氧施主而進行了P/N反轉的硅構件，其特征在于，電阻率大于等于0.1Ω·cm、小于等于100Ω·cm。
上述那樣的硅構件即使暴露在等離子體環(huán)境或400～500℃左右的熱環(huán)境中等時，由于已經進行了P/N反轉，所以電阻率的變動受到抑制，可以防止晶片處理因半導體制造裝置等系統(tǒng)內部的電場的消失、變動而變得不均勻，而且也有助于器件成品率的提高。
應說明的是，在單晶硅中摻雜有13族原子，例如可以通過二次離子質譜(Secondary Ion Mass SpectroscopySIMS)對摻雜物進行定性、定量從而確認。
另外，P/N反轉后的單晶硅是指如上述那樣確認摻雜有13族原子的單晶硅，并且是通過通常作為判定半導體的導電型的方法使用的熱電動勢法(加熱探針法)或點接觸電流法判定為N型的單晶硅。
優(yōu)選所述硅構件的氧濃度大于等于1×1018原子/cm3、小于等于2.5×1018原子/cm3。
這里，本發(fā)明中的氧濃度是作為基于舊的ASTM標準的值表示的濃度。
為了通過上述那樣的退火處理而得到使P/N反轉的硅構件，由于氧濃度高的P/N反轉容易，可以使退火處理時間縮短，所以優(yōu)選，但從作為半導體制造裝置用構件的實用觀點考慮，優(yōu)選氧濃度在上述范圍內。
此外，本發(fā)明的硅構件的制造方法的特征在于具有以下工序制造摻雜了13族原子的、固有電阻率大于等于1Ω·cm、小于等于100Ω·cm的P型單晶硅的工序；以及通過將所述P型單晶硅在大于等于300℃、小于等于500℃下進行退火處理，形成氧施主，從而進行P/N反轉的工序。
在上述制造方法中，使用普通的P型單晶硅，通過在大于等于300℃、小于等于500℃下實施低溫退火處理，可以容易地獲得含有規(guī)定濃度的氧施主的狀態(tài)的P/N反轉的硅構件。
在上述制造方法中，從容易控制所述P型單晶硅的固有電阻率的觀點考慮，優(yōu)選摻雜的13族原子的濃度大于等于1×1014原子/cm3、小于等于1×1016原子/cm3。


圖1是一例等離子體蝕刻裝置的剖面示意圖。
具體實施例方式
以下，更詳細地說明本發(fā)明。
本發(fā)明涉及的硅構件由摻雜了13族原子(B、Al、Ga、In、Ti)的單晶硅、即摻雜了硼、鎵等的普通P型單晶硅構成，是通過利用退火處理形成氧施主而進行了P/N反轉的硅構件。其特征在于，該構件的電阻率大于等于0.1Ω·cm、小于等于100Ω·cm。
這樣，通過使電阻率大于等于0.1Ω·cm、小于等于100Ω·cm，可以使等離子體處理裝置內的電場保持一定。
又，上述電阻率是基于JIS H0602(1995)的標準中的四探針法的測量值。
P型單晶硅在400～500℃左右的低溫熱環(huán)境中，如上述那樣，硅構件中的氧施主濃度上升，隨著氧濃度上升，該硅構件的電阻率增大至無限大，而且，在氧施主濃度超過受主濃度時，產生P/N反轉，反而呈現作為N型的行為，產生電阻率不斷減小的現象。
基于實際工藝中產生的上述現象，在本發(fā)明中，欲將預先進行了P/N反轉的摻雜了13族原子的單晶硅應用于半導體制造裝置、特別是等離子體蝕刻裝置等的等離子體處理裝置。
即，本發(fā)明涉及的硅構件是用摻雜了13族原子的普通P型單晶硅，預先通過退火處理形成氧施主而進行了P/N反轉的硅構件。
因此，本發(fā)明的硅構件在與以往的P型硅構件同樣地用作例如等離子體蝕刻處理用構件的情況下，即使被暴露在等離子體環(huán)境下或400～500℃左右的熱環(huán)境下等，由于已經進行了P/N反轉，所以電阻率的變動受到抑制，可以防止晶片處理因裝置系統(tǒng)內部的電場消失、變動而變得不均勻，而且，還有助于器件成品率的提高。
再有，在上述硅構件中，在單晶硅中摻雜有13族原子，例如可通過SIMS對摻雜物進行定性、定量來確認。
此外，可如下確認上述硅構件是被P/N反轉的硅構件如上述那樣，通過SEM等，確認是摻雜有13族原子的單晶硅，并且是通過通常作為判定半導體的導電型的方法采用的熱電動勢法(加熱探針法)或點接觸電流法判定是N型的硅構件。這些PN判定方法，也是在ASTM(American Society for Testing andMaterial美國材料試驗協(xié)會)標準中使用的試驗法。
此外，本發(fā)明涉及的硅構件，優(yōu)選氧濃度大于等于1×1018原子/cm3、小于等于2.5×1018原子/cm3。
如上述那樣，為了通過退火處理進行P/N反轉，氧濃度高的由于P/N反轉更容易，可以縮短退火處理時間，所以優(yōu)選。
氧濃度低于1×1018原子/cm3時，難以獲得P/N反轉后的電阻率在上述范圍內一定的硅構件。
而以單晶硅的狀態(tài)形成氧濃度超過2.5×1018原子/cm3的硅構件實際上很困難。
上述那樣的本發(fā)明涉及的硅構件可通過本發(fā)明的制造方法、即經由以下工序來獲得制造摻雜了13族原子的、固有電阻率大于等于1Ω·cm、小于等于100Ω·cm的P型單晶硅的工序；以及對所述P型單晶硅在大于等于300℃、小于等于500℃下進行退火處理，形成氧施主，從而使P/N反轉的工序。
退火處理，通常在晶片制作時，為了進行殺滅施主處理而實施高溫退火，與此相對，對于本發(fā)明的硅構件，極大的不同在于，為了發(fā)生P/N反轉，需要預先達到含有規(guī)定濃度的氧施主的狀態(tài)，所以在大于等于300℃、小于等于500℃下實施低溫退火。
在所述退火處理溫度低于300℃的情況下，P型硅中的氧施主的形成效率差，獲得期望的氧濃度非常困難。
另一方面，在所述退火處理溫度超過500℃的情況下，因高溫施主被殺滅，在這種情況下，P型硅中的氧施主的形成也困難。
所述退火處理溫度優(yōu)選大于等于400℃、小于等于500℃。
此外，就退火處理前的摻雜了13族原子的P型單晶硅來說，如上述那樣，可以采用普通的摻雜了硼、鎵等的P型硅，但優(yōu)選其固有電阻率大于等于1Ω·cm、小于等于100Ω·cm。
這里，固有電阻率是指在650℃對單晶硅進行30分鐘退火處理后，進行空氣冷卻，除去熱施主后的電阻率(JIS H0602(1995))。
如果P型硅的初始電阻率在上述范圍內，則容易控制使由退火處理獲得的顯示N型電阻的硅構件達到大于等于0.1Ω·cm、小于等于100Ω·cm的一定的電阻率。
在上述固有電阻率低于1Ω·cm的情況下，即使是在氧施主濃度增加了的情況，也難以通過使摻雜了13族原子的單晶硅P/N反轉，而獲得上述那樣的硅構件。
另一方面，在上述固有電阻率超過100Ω·cm的情況下，在得到的硅構件中，難以使被補償的電阻率達到一定，此外，這樣的硅構件實際上沒有被用作在等離子體環(huán)境或低溫熱處理環(huán)境中使用的半導體制造裝置用構件。
此外，在上述制造方法中，摻雜于上述P型單晶硅中的13族原子的濃度，優(yōu)選大于等于1×1014原子/cm3、小于等于1×1016原子/cm3。
通過使普通的P型硅中的摻雜物濃度在上述范圍內，容易將其電阻率控制為大于等于1Ω·cm、小于等于100Ω·cm。
用于使P/N反轉的更優(yōu)選的摻雜物濃度范圍是大于等于1×1014原子/cm3、小于等于3×1015原子/cm3。
上述退火處理，例如可以在形成了聚焦環(huán)等那樣的期望的構件形狀后實施，此外，也可以對未加工成規(guī)定構件形狀之前階段的塊狀硅實施。
再有，上述退火處理所需的時間因期望的構件的尺寸、P型摻雜物濃度、熱處理溫度等而有所不同，可適當調整，但使構件整體電阻率均勻是重要的，為此需要達到足夠的時間。
如電阻因獲得的硅構件中的位置而有所不同時，則該部分作為電容器起作用，對于實現等離子體蝕刻裝置等半導體制造裝置系統(tǒng)內的電場均勻化產生不良影響。
如上述那樣獲得的本發(fā)明涉及的硅構件，可適用于上述等離子體蝕刻裝置中的聚焦環(huán)，但其用途不限于此，也可適用于等離子體環(huán)境中或熱環(huán)境中(優(yōu)選在等離子體環(huán)境中)使用的半導體制造裝置用構件、其他的等離子體裝置、熱處理裝置等。
實施例以下，基于實施例更具體地說明本發(fā)明，但本發(fā)明不限于下述實施例。
用摻雜了1.72×1015原子/cm3的硼的P型單晶硅(固有電阻率7.7Ω·cm、電阻率12.1Ω·cm)，加工成圖1所示的聚焦環(huán)(外徑360mm、內徑302mm、厚度5mm)的形狀。
然后，將其在氬氛圍氣中、在470℃進行15小時退火處理使P/N反轉，從而制作出由N型單晶硅構成的聚焦環(huán)。
對獲得的聚焦環(huán)的特性進行研究，結果確認其電阻率為2.7Ω·cm，另外氧濃度為1.5×1018原子/cm3。
如上所述，通過使用本發(fā)明涉及的硅構件，在等離子體環(huán)境下或400～500℃左右的低溫的熱處理環(huán)境下，構件自身的電阻率的變動受到抑制。
因此，本發(fā)明的硅構件在半導體制造工序中可以實現晶片處理的均勻化，而且，通過使用摻雜了13族原子的P型硅構件，對被處理晶片不會構成雜質污染源，因此可以適用作半導體制造裝置用構件，特別是用作等離子體處理用、熱處理用構件。
此外，根據本發(fā)明的制造方法，可以由通常使用的P型硅比較容易地提供具有上述優(yōu)良特征的本發(fā)明涉及的硅構件。
權利要求
1.一種硅構件，其是由摻雜了13族原子的單晶硅構成的、通過利用退火處理形成氧施主而進行了P/N反轉的硅構件，其特征在于，電阻率大于等于0.1Ω·cm、小于等于100Ω·cm。
2.如權利要求1所述的硅構件，其特征在于，氧濃度大于等于1×1018原子/cm3、小于等于2.5×1018原子/cm3。
3.一種硅構件的制造方法，其特征在于，具有以下工序制造摻雜了13族原子的、固有電阻率大于等于1Ω·cm、小于等于100Ω·cm的P型單晶硅的工序；以及通過將所述P型單晶硅在大于等于300℃、小于等于500℃下進行退火處理，形成氧施主，從而進行P/N反轉的工序。
4.如權利要求3所述的硅構件的制造方法，其特征在于，摻雜于所述P型單晶硅中的13族原子的濃度大于等于1×1014原子/cm3、小于等于1×1016原子/cm3。
全文摘要
本發(fā)明提供一種硅構件及其制造方法，該硅構件在半導體制造工序、特別是等離子體處理工序中，可以抑制構件自身的電阻率變動，由此，可以實現晶片處理的均勻化，并且對被處理晶片等不構成雜質污染源。經由以下工序制造電阻率大于等于0.1Ω·cm、小于等于100Ω·cm的硅構件制造被摻雜了13族原子、固有電阻率大于等于1Ω·cm、小于等于100Ω·cm的P型單晶硅的工序；以及通過將所述P型單晶硅在大于等于300℃、小于等于500℃的溫度下進行退火處理，形成氧施主，從而進行P/N反轉的工序。
文檔編號C23F4/00GK1819119SQ200610008940
公開日2006年8月16日 申請日期2006年1月28日 優(yōu)先權日2005年2月1日
發(fā)明者森谷正孝, 鹿島一日兒, 宮野真一 申請人:東芝陶瓷株式會社, 東京毅力科創(chuàng)株式會社