專利名稱：等離子處理裝置及處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及半導(dǎo)體器件的制造領(lǐng)域，尤其涉及等離子處理裝置及處理方法。
背景技術(shù)：
等離子處理是在半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行微細(xì)加工所慣常用到的方法，被用于刻蝕、 成膜或其他需要等離子體參與反應(yīng)的工藝中。 傳統(tǒng)的等離子處理裝置包含導(dǎo)入反應(yīng)氣體的處理容器，以及在處理容器內(nèi)作為相 對(duì)配置的上部電極和下部電極。下部電極上設(shè)置半導(dǎo)體襯底，并通過在下部電極上加高頻 功率進(jìn)行激勵(lì)，利用在上部電極及下部電極之間產(chǎn)生的等離子體使反應(yīng)氣體離解，通過由 此產(chǎn)生的自由基(radical)成分對(duì)半導(dǎo)體晶片進(jìn)行等離子處理。 作為等離子處理裝置的腔室內(nèi)壁或腔室內(nèi)構(gòu)件的材料，使用八1203 (氧化鋁)制陶 瓷、SiOj包括石英)以及C(碳)等，相對(duì)于此，作為導(dǎo)入處理容器內(nèi)的處理氣體廣泛使用 CFx(氟化碳)氣體。 而業(yè)界也在不斷對(duì)等離子處理裝置進(jìn)行改進(jìn)。例如，中國(guó)專利申請(qǐng)第03805758. 1 號(hào)，對(duì)腔室內(nèi)壁或腔室內(nèi)構(gòu)件表面進(jìn)行基于CFx氣體的等離子體處理，在腔室內(nèi)壁或腔室 內(nèi)構(gòu)件表面生成作為反應(yīng)副產(chǎn)物的CF系聚合物薄膜。并將該聚合物薄膜作為防止處理容 器內(nèi)壁或處理室內(nèi)部件表面的顆粒剝離、飛散的阻擋層，從而避免顆粒掉落至半導(dǎo)體襯底 上，以克服由此所導(dǎo)致的成品率降低問題。 但是，現(xiàn)有技術(shù)中，腔室內(nèi)的等離子環(huán)境的均一性仍有待改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)所要解決的技術(shù)問題是如何提高等離子處理腔室內(nèi)的等離子環(huán)境的均一 性。 為解決上述技術(shù)問題，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N等離子處理裝置，包括腔室，所述腔室用于 容納被處理物和與被處理物反應(yīng)的等離子體，所述腔室內(nèi)壁覆有所述等離子體與腔室內(nèi)壁 材料或腔室內(nèi)壁表面覆層反應(yīng)的第一產(chǎn)物薄膜。 可選地，所述腔室內(nèi)還包括內(nèi)構(gòu)件，所述內(nèi)構(gòu)件表面覆有所述等離子體與內(nèi)構(gòu)件 材料或內(nèi)構(gòu)件表面覆層反應(yīng)的第二產(chǎn)物薄膜。 可選地，制造所述腔室和/或內(nèi)構(gòu)件的材料包括不銹鋼、鋁、銅、氧化鋁或二氧化
娃o 可選地，制造所述腔室內(nèi)壁覆層和/或內(nèi)構(gòu)件表面覆層的材料包括聚四氟乙烯、
聚全氟乙丙烯、二氧化硅、氧化銅或四氯化硅。 另外，本申請(qǐng)還提供一種等離子處理方法，包括步驟向來放置被處理物的腔室內(nèi) 填充等離子體，在所述腔室內(nèi)壁上生成所述等離子體與腔室內(nèi)壁材料或腔室內(nèi)壁表面覆層 反應(yīng)的第一產(chǎn)物薄膜；所述薄膜形成之后，在腔室內(nèi)放入被處理物；用所述等離子體處理 所述被處理物。
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可選地，所述腔室內(nèi)還包括內(nèi)構(gòu)件，在生成第一產(chǎn)物薄膜時(shí)，在所述內(nèi)構(gòu)件表面上
生成所述等離子體與內(nèi)構(gòu)件材料或內(nèi)構(gòu)件表面覆層反應(yīng)的第二產(chǎn)物薄膜。 可選地，還包括步驟清洗產(chǎn)物薄膜。 可選地，所述腔室和/或內(nèi)構(gòu)件由包括不銹鋼、鋁、銅、氧化鋁或二氧化硅的材料 制造。 可選地，所述腔室內(nèi)壁覆層和/或內(nèi)構(gòu)件表面覆層由包括聚四氟乙烯、聚全氟乙 丙烯、二氧化硅、氧化銅或四氯化硅的材料制造。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)?jiān)诘入x子處理裝置的腔室內(nèi)壁上生成由內(nèi)壁材料與處理 被處理物相同的等離子體反應(yīng)的產(chǎn)物薄膜，可以提高腔室內(nèi)的等離子環(huán)境的均一性。


圖1為本申請(qǐng)等離子處理裝置的一個(gè)實(shí)施例示意圖； 圖2A和圖2B為線間距較大的晶圓在有無覆膜條件下在相同刻蝕制程后的對(duì)比；
圖3A和圖3B為線間距較小的晶圓在有無覆膜條件下在相同刻蝕制程后的對(duì)比
圖4為本申請(qǐng)等離子處理方法的一個(gè)實(shí)施例流程圖。
具體實(shí)施例方式
為解決如何提高等離子處理裝置腔室內(nèi)的等離子環(huán)境的均一性的技術(shù)問題，本申
請(qǐng)的具體實(shí)施方式
提供一種等離子處理裝置以及相應(yīng)的等離子處理方法。 下面以半導(dǎo)體制造工藝中使用的等離子處理裝置及等離子處理方法為例，結(jié)合附
圖對(duì)本申請(qǐng)的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)說明。 本申請(qǐng)等離子處理裝置的一個(gè)實(shí)施例如圖1所示。等離子處理裝置100包括中空
的腔室110，用于提供被處理物(圖未示)與等離子體130反應(yīng)的空間。 制造腔室110的材料可以是不銹鋼、鋁、銅、氧化鋁、二氧化硅。為了刻蝕反應(yīng)的均
一性，腔室110內(nèi)壁可以進(jìn)行過覆膜處理，即在腔室110內(nèi)壁上形成有聚四氟乙烯、聚全氟
乙丙烯等有機(jī)聚合物覆層或二氧化硅、氧化銅、四氯化硅等無機(jī)覆層(圖未示)。 腔室110內(nèi)壁覆有上述等離子體130與腔室110內(nèi)壁材料或內(nèi)壁表面覆層反應(yīng)的
第一產(chǎn)物薄膜111。本申請(qǐng)的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由于腔室110內(nèi)壁覆有上述第一產(chǎn)物薄膜111，
因此將等離子處理裝置100用于使用相應(yīng)等離子體的處理工藝時(shí)，腔室110內(nèi)形成均一的
等離子體反應(yīng)氛圍，有助于提高被處理物各位置的反應(yīng)一致性。應(yīng)用在半導(dǎo)體芯片的制造
上，即有助于提高晶圓不同位置處的線間距的一致性。 圖2和圖3是應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)所制造的晶圓與應(yīng)用本申請(qǐng)所描述的等離子處理裝置 100所制造的半導(dǎo)體晶圓的對(duì)比，應(yīng)用本申請(qǐng)所描述的等離子處理裝置100所制造的半導(dǎo) 體晶圓參考圖2B和圖3B。圖2A和圖2B是線間距較大的晶圓在有無覆膜條件下在相同刻蝕 制程后的對(duì)比。從圖2A可知，應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)所制造的晶圓201的線間距平均值為53. 6nm， 3-sigma的范圍為1. 3nm，線間距最大值和最小值之差為2. 0nm。反觀圖2B，應(yīng)用本申請(qǐng)所 描述的等離子處理裝置100所制造的半導(dǎo)體晶圓202的線間距平均值為54. 3nm，3-sigma 的范圍為0. 9nm，線間距最大值和最小值之差為1. 6nm。而圖3A和圖3B為線間距較小的晶 圓在有無覆膜條件下在相同刻蝕制程后的對(duì)比。圖3A中，應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)所制造的晶圓301的線間距平均值為47. 4nm， 3-sigma的范圍為2. 4nm，線間距最大值和最小值之差為3. 7nm。 而圖3B中，應(yīng)用本申請(qǐng)所描述的等離子處理裝置100所制造的半導(dǎo)體晶圓302的線間距平 均值為49. 0nm，3-sigma的范圍為1. 6nm，線間距最大值和最小值之差為2. 5nm。由圖2和 圖3可知，雖然隨著線間距平均值的減小，晶圓上不同位置處的線間距的差距增加， 一致性 減小。但是應(yīng)用本申請(qǐng)所描述的等離子處理裝置IOO所制造的晶圓相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)所制造 的晶圓，不同位置處線間距的3-sigma范圍減小30%以上，線間距最大值和最小值之差減 小20%以上。也就是說，晶圓不同位置處的線間距的一致性提高。并且，隨著線間距平均值 的減小，應(yīng)用本申請(qǐng)所描述的等離子處理裝置100所制造的晶圓的線間距的一致性提高幅 度增加。 根據(jù)等離子處理裝置IOO在不同工藝段中的應(yīng)用，上述等離子體130可以是多種
元素的單一或混合等離子體。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員慣常使用氬氣離子化后產(chǎn)生的氬等離
子來刻蝕半導(dǎo)體襯底上的各種有機(jī)覆層。根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例，在等離子處理裝置100
用于上述刻蝕工藝時(shí)，則等離子體130中至少包括氬等離子體。在這種情況下，第一產(chǎn)物薄
膜111是由氬等離子體與腔室110內(nèi)壁材料或內(nèi)壁表面覆層反應(yīng)的產(chǎn)物。 又例如，在形成大馬士革結(jié)構(gòu)接觸孔的工藝中，本領(lǐng)域技術(shù)人員也會(huì)使用以四氟
化碳、氬氣和氧氣的混合氣體作為等離子氣源的等離子刻蝕，用來刻蝕電介質(zhì)層。根據(jù)本申
請(qǐng)的又一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)?shù)入x子處理裝置IOO用于上述刻蝕工藝時(shí)，則等離子體130中至少包
括由四氟化碳、氬氣和氧氣電離形成的等離子體。在這種情況下，第一產(chǎn)物薄膜111是由
四氟化碳、氬氣和氧氣電離形成的等離子體與腔室110內(nèi)壁材料或內(nèi)壁表面覆層反應(yīng)的產(chǎn)物。 再例如，在光刻工藝中，本領(lǐng)域技術(shù)人員慣常使用氧等離子體去除已完成掩膜功 能的光刻膠層。根據(jù)本申請(qǐng)的另一個(gè)實(shí)施例，等離子處理裝置ioo用于上述灰化工藝，則等 離子體130中至少包括氧等離子體。在這種情況下，第一產(chǎn)物薄膜111是由氧等離子體與 腔室110內(nèi)壁材料或內(nèi)壁表面覆層反應(yīng)的產(chǎn)物。 本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，等離子處理裝置100的腔室110內(nèi)還可以有其他內(nèi)構(gòu)件 120，例如用于安放晶圓的工件臺(tái)、電極、氣體管路或氣體入口等。制造內(nèi)構(gòu)件120的材料可 以是不銹鋼、鋁、銅、氧化鋁、二氧化硅。為了刻蝕反應(yīng)的均一性，內(nèi)構(gòu)件120表面可以進(jìn)行 過覆膜處理，即在內(nèi)構(gòu)件120的表面上形成有聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯等有機(jī)聚合物覆 層或二氧化硅、氧化銅、四氯化硅等無機(jī)覆層(圖未示)。 內(nèi)構(gòu)件120表面覆有與腔室110內(nèi)壁材料或內(nèi)壁表面覆層反應(yīng)的等離子體與內(nèi)構(gòu) 件120材料或內(nèi)構(gòu)件120表面覆層反應(yīng)的第二產(chǎn)物薄膜121。第二產(chǎn)物薄膜121的存在，可 以更加提高腔室110內(nèi)等離子體反應(yīng)氛圍的均一性，更加有助于提高被處理物各位置的反 應(yīng)一致性。應(yīng)用在半導(dǎo)體芯片的制造上，即更加有助于提高晶圓不同位置處的線間距的一 致性。 下面以半導(dǎo)體晶圓的等離子處理為例，介紹如何在進(jìn)行晶圓等離子處理的過程中
形成上述具有特定覆膜的等離子處理裝置，并應(yīng)用該裝置進(jìn)行等離子處理。 如圖4所示，本申請(qǐng)中等離子處理方法的一個(gè)實(shí)施例包括步驟 S101，在未放置被處理物的腔室內(nèi)形成第一等離子體，在腔室內(nèi)壁上生成第一產(chǎn)
物薄膜；
S102，在腔室內(nèi)放入被處理物； S103，用第二等離子體處理所述被處理物。 在步驟S101中，向未放置被處理物的腔室內(nèi)填充用于處理被處理物的第一等離 子體，其目的是在腔室內(nèi)壁上生成由所述等離子體與腔室內(nèi)壁材料或腔室內(nèi)壁表面覆層反 應(yīng)而產(chǎn)生的第一產(chǎn)物薄膜。 在一個(gè)實(shí)施例中，后續(xù)步驟S103處理晶圓的工藝是使用含氯氣體離子化后產(chǎn)生 的氯離子來刻蝕半導(dǎo)體襯底上的各種有機(jī)覆層，則步驟SIOI中腔室內(nèi)填充的等離子體是 氯等離子體。所述的填充等離子體的方法是在腔室內(nèi)通入四氯化硅，四氯化硅的流量是5 至100sccm，具體例如50sccm ;四氯化硅的壓力是10至100mTorr，具體例如15mTorr ;使氣 體等離子化的源功率(Source Power)為200至1500W，具體例如IOOOW。氯等離子體在腔 室內(nèi)停留的時(shí)間是5至17秒，具體例如14秒。 在另一個(gè)實(shí)施例中，后續(xù)步驟S103處理晶圓的工藝是以四氟化碳、氬氣和氧氣的 混合氣體作為等離子氣源刻蝕接觸孔的工藝，則步驟SIOI中腔室內(nèi)填充的等離子體是由 四氟化碳、氬氣和氧氣電離形成的等離子體。所述的填充等離子體的方法是在腔室內(nèi)通入 四氟化碳和乙烯，其中四氟化碳的流量是5至50sccm，具體例如30sccm，乙烯的流量是5至 100sccm，具體例如90sccm ;混合氣體的壓力是10至100mTorr，具體例如60mTorr ;使混合 氣體等離子化的源功率(Source Power)為200至1500W，具體例如IOOOW?；旌系入x子體 在腔室內(nèi)停留的時(shí)間是5至17秒，具體例如10秒。 由上述實(shí)施例可知，當(dāng)后續(xù)用等離子體處理被處理的工藝中使用的第二等離子體 是單一成分時(shí)，用于形成第一產(chǎn)物薄膜的第一等離子體可以是成分相同的單一等離子體； 而當(dāng)后續(xù)用等離子體處理被處理的工藝中使用的第二等離子體是多種等離子體混合，或者 后續(xù)等離子處理工藝有多個(gè)且分別用多種等離子體進(jìn)行處理時(shí)，用于形成第一產(chǎn)物薄膜的 第一等離子體可以是最主要的一種或多種等離子體，以利于簡(jiǎn)化工藝、降低成本。也就是 說，第二等離子體的成分與第一等離子體的成分部分或完全相同 在前描述中已經(jīng)提到，腔室內(nèi)還可以包括內(nèi)構(gòu)件，內(nèi)構(gòu)件表面也可以有各種覆膜， 因此，等離子體在生成第一產(chǎn)物薄膜時(shí)，在內(nèi)構(gòu)件表面上也會(huì)生成所述等離子體與內(nèi)構(gòu)件 材料或內(nèi)構(gòu)件表面覆層反應(yīng)而形成的第二產(chǎn)物薄膜。 腔室和內(nèi)構(gòu)件的材料以及其表面覆膜的種類已經(jīng)在對(duì)等離子處理裝置的描述中 提及，在此不再贅述。 在步驟S101之前和步驟S103之后都可以附加至少清洗第一產(chǎn)物薄膜步驟，也可 以增加將第二產(chǎn)物薄膜去除的清洗步驟。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，可以在一個(gè)清洗步驟 中將第一產(chǎn)物薄膜和第二產(chǎn)物薄膜都去除。 清洗產(chǎn)物薄膜的方法為在腔室內(nèi)通入三氟化氮或六氟化硫與氧氣的混合氣體， 來解離清除腔室內(nèi)壁的產(chǎn)物薄膜。 參考圖2和圖3，如前所述，用上述等離子處理方法所制造的晶圓相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù) 所制造的晶圓，不同位置處線間距的3-sigma范圍減小30%以上，線間距最大值和最小值 之差減小20%以上。也就是說，晶圓不同位置處的線間距的一致性提高。并且，隨著線間距 平均值的減小，應(yīng)用上述等離子處理方法所制造的晶圓的線間距的一致性提高幅度有所增 加。
本申請(qǐng)雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定權(quán)利要求，任何本領(lǐng)域 技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改，因此本申請(qǐng)的 保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本申請(qǐng)權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種等離子處理裝置，包括腔室，其特征在于所述腔室內(nèi)壁覆有等離子體與腔室內(nèi)壁材料或腔室內(nèi)壁表面覆層反應(yīng)的第一產(chǎn)物薄膜。
2. 如權(quán)利要求l所述的等離子處理裝置，其特征在于所述腔室內(nèi)還包括內(nèi)構(gòu)件，所述 內(nèi)構(gòu)件表面覆有所述等離子體與內(nèi)構(gòu)件材料或內(nèi)構(gòu)件表面覆層反應(yīng)的第二產(chǎn)物薄膜。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的等離子處理裝置，其特征在于制造所述腔室和/或內(nèi)構(gòu) 件的材料包括不銹鋼、鋁、銅、氧化鋁或二氧化硅。
4. 如權(quán)利要求1所述的等離子處理裝置，其特征在于制造所述腔室內(nèi)壁覆層和/或 內(nèi)構(gòu)件表面覆層的材料包括聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、二氧化硅、氧化銅或四氯化硅。
5. —種等離子處理方法，其特征在于，包括步驟向未放置被處理物的腔室內(nèi)形成第一等離子體，在所述腔室內(nèi)壁上生成所述等離子體 與腔室內(nèi)壁材料或腔室內(nèi)壁表面覆層反應(yīng)的第一產(chǎn)物薄膜； 所述薄膜形成之后，在腔室內(nèi)放入被處理物；用第二等離子體處理所述被處理物，所述第二等離子體的成分與第一等離子體的成分 部分或完全相同。
6. 如權(quán)利要求5所述的等離子處理方法，其特征在于所述腔室內(nèi)還包括內(nèi)構(gòu)件，在生 成第一產(chǎn)物薄膜時(shí)，在所述內(nèi)構(gòu)件表面上生成所述第一等離子體與內(nèi)構(gòu)件材料或內(nèi)構(gòu)件表 面覆層反應(yīng)的第二產(chǎn)物薄膜。
7. 如權(quán)利要求5或6所述的等離子處理方法，其特征在于，還包括步驟清洗產(chǎn)物薄膜。
8. 如權(quán)利要求5或6所述的等離子處理方法，其特征在于所述腔室和/或內(nèi)構(gòu)件由包括不銹鋼、鋁、銅、氧化鋁或二氧化硅的材料制造。
9. 如權(quán)利要求5或6所述的等離子處理方法，其特征在于所述腔室內(nèi)壁覆層和/或內(nèi)構(gòu)件表面覆層由包括聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、二氧化硅、氧化銅或四氯化硅的材料制造。
全文摘要
一種等離子處理裝置及處理方法。其中，等離子處理裝置，包括腔室，所述腔室內(nèi)壁覆有等離子體與腔室內(nèi)壁材料反應(yīng)的第一產(chǎn)物薄膜。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)?jiān)诘入x子處理裝置的腔室內(nèi)壁上生成由內(nèi)壁材料與處理被處理物相同的等離子體反應(yīng)的產(chǎn)物薄膜，可以提高腔室內(nèi)的等離子環(huán)境的均一性。
文檔編號(hào)H01L21/00GK101740329SQ200810202828
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2008年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月17日
發(fā)明者杜珊珊, 韓秋華, 黃怡 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司