本發(fā)明涉及能夠?qū)崿F(xiàn)低頻放電中的穩(wěn)定化的等離子體處理裝置。

本申請(qǐng)基于2015年1月16日于日本提出申請(qǐng)的特愿2015-006728號(hào)主張優(yōu)先權(quán)，并在此引用其內(nèi)容。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，為了通過(guò)干式蝕刻法在半導(dǎo)體基板上形成深槽的槽結(jié)構(gòu)和縱橫比(貫通孔的深度/貫通孔的開(kāi)口直徑)大的貫通孔等，經(jīng)常使用具備由螺旋狀的天線結(jié)構(gòu)形成的對(duì)置電極的等離子體處理裝置(例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。

圖5A和圖5B是示出向?qū)χ秒姌O施加不同頻率的交流電壓從而形成的非貫通孔的截面形狀的SEM照片。圖5A是示出頻率為13.56MHz時(shí)的SEM照片，圖5B是示出頻率為2MHz時(shí)的SEM照片。圖5A和圖5B都是進(jìn)行蝕刻處理以使孔的直徑為10μm后得到的結(jié)果?？梢钥闯雠c頻率為13.56MHz時(shí)(圖5A)相比，頻率為2MHz時(shí)(圖5B)能夠進(jìn)行更深的蝕刻，開(kāi)口部附近的內(nèi)徑變動(dòng)也較小，能夠獲得良好的孔形狀。

圖6是示出在向?qū)χ秒姌O施加不同頻率的交流電壓時(shí)，對(duì)所產(chǎn)生的等離子體的發(fā)光進(jìn)行光譜測(cè)定后得到的結(jié)果的圖表，橫軸是施加功率[W]，縱軸是F自由基的發(fā)光強(qiáng)度。在此，“F自由基”是在通過(guò)使用含氟(F)的工藝氣體而產(chǎn)生的等離子體中觀測(cè)到的粒子。根據(jù)圖6的圖表可以明確以下觀點(diǎn)。圖6是使用圖7的等離子體處理裝置而得到的結(jié)果。在圖7中，示出了交流電源的頻率為2MHz的結(jié)構(gòu)例，但在使用頻率為13.56MHz的交流電源的情況下，通過(guò)在相同位置替換交流電源，從而獲得了圖6的結(jié)果。

當(dāng)頻率為2MHz時(shí)(□標(biāo)記)，伴隨著施加功率的增大，放電區(qū)域從F自由基的發(fā)光強(qiáng)度低的區(qū)域(輝光放電區(qū)域)向F自由基的發(fā)光強(qiáng)度強(qiáng)的區(qū)域(感應(yīng)放電區(qū)域)轉(zhuǎn)移。此時(shí)，在兩個(gè)區(qū)域之間，存在放電發(fā)生轉(zhuǎn)換的模式跳變區(qū)域。由于存在該模式跳變區(qū)域，因此存在著在感應(yīng)放電區(qū)域的放電達(dá)到穩(wěn)定之前需要1分鐘左右的手動(dòng)調(diào)整時(shí)間的問(wèn)題。

另一方面，當(dāng)頻率為13.56MHz時(shí)(○標(biāo)記)，由于不存在頻率為2MHz時(shí)所觀測(cè)到的模式跳變區(qū)域，因此即使對(duì)施加功率進(jìn)行增減，也能夠保持放電穩(wěn)定，從而能夠進(jìn)行穩(wěn)定的蝕刻。然而，當(dāng)頻率為13.56MHz時(shí)，與頻率為2MHz的感應(yīng)放電區(qū)域相比，F(xiàn)自由基的發(fā)光強(qiáng)度為一半左右。因此，存在與頻率為2MHz時(shí)相比蝕刻速度減半、處理時(shí)間翻倍的問(wèn)題。

期待開(kāi)發(fā)出兼具兩者優(yōu)點(diǎn)，即，能夠進(jìn)行利用觀測(cè)到強(qiáng)“F自由基”的感應(yīng)放電區(qū)域的蝕刻、也能夠回避模式跳變區(qū)域的影響的等離子體處理裝置。

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本專(zhuān)利公開(kāi)2012-248578號(hào)公報(bào)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是鑒于以往這種實(shí)際情況而設(shè)計(jì)出的，其目的在于，提供一種能夠不受模式跳變區(qū)域的影響而穩(wěn)定地利用感應(yīng)放電區(qū)域中的優(yōu)異的蝕刻特性的等離子體處理裝置。

本發(fā)明的一方式所涉及的等離子體處理裝置具備：腔室，其內(nèi)部能夠進(jìn)行減壓，在所述內(nèi)部能夠?qū)Ρ惶幚眢w進(jìn)行等離子體處理；平板狀的第一電極，配設(shè)于所述腔室內(nèi)，載置所述被處理體；第一高頻電源，對(duì)所述第一電極施加第一頻率的偏置電壓；螺旋狀的第二電極，配置于所述腔室外，以隔著形成所述腔室的上蓋的石英板而與所述第一電極對(duì)置的方式配置；以及氣體導(dǎo)入單元，將含有氟的工藝氣體從在所述上蓋或其附近配置的氣體導(dǎo)入口導(dǎo)入到所述腔室內(nèi)，針對(duì)所述第二電極，電連接有施加第二頻率的交流電壓的第二高頻電源和施加比所述第二頻率高的第三頻率的交流電壓的第三高頻電源，同時(shí)施加兩種交流電壓。

在上述一方式中，所述第二電極可以具有：第一部位，配置于螺旋狀的中心端，從所述第二電源施加高頻；第二部位，配置于螺旋狀的外周端，與大地接地；以及第三部位，配置于螺旋狀的位于所述中心端和所述外周端之間的中間區(qū)域，從所述第三電源施加高頻。

在上述一方式中，所述第三部位可以配置于所述第二電極的所述中間區(qū)域之中形成螺旋狀的最外周區(qū)域。

在上述一方式中，所述螺旋狀的第二電極可以通過(guò)重復(fù)配置具有特定的半徑的第一環(huán)繞部、具有比所述特定的半徑大的半徑的第二環(huán)繞部、以及將所述第一環(huán)繞部和所述第二環(huán)繞部連接的連接部，從而形成螺旋狀。

在上述一方式中，可以是被連接于所述第二電極的、所述第二電源的所述第二頻率為2MHz且所述第三電源的所述第三頻率為13.56MHz。

在本發(fā)明的上述方式中，針對(duì)與載置被處理體的第一電極對(duì)置而配設(shè)的第二電極，施加頻率λb的交流電壓的高頻電源B和施加比所述λb高的頻率λc的交流電壓的高頻電源C被電連接于第二電極，能夠同時(shí)施加兩種交流電壓。據(jù)此，第二電極一直為不同頻率λb、λc的交流電壓重疊后的狀態(tài)。因此，即使一個(gè)頻率λb是產(chǎn)生模式跳變區(qū)域的頻率的交流電壓，也可以選擇不產(chǎn)生模式跳變區(qū)域的頻率的交流電壓來(lái)作為另一個(gè)頻率λc，通過(guò)將兩者組合，能夠消除模式跳變區(qū)域的影響。

因此，本發(fā)明的上述方式會(huì)帶來(lái)能夠不受模式跳變區(qū)域的影響而穩(wěn)定地利用感應(yīng)放電區(qū)域中的優(yōu)異的蝕刻特性的等離子體處理裝置。

附圖說(shuō)明

圖1是示出本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的等離子體處理裝置的一例的截面圖。

圖2是示出電源B和電源C針對(duì)第二電極的連接位置的一例的俯視圖。

圖3A是示出電源B和電源C針對(duì)第二電極的連接位置的另一例的俯視圖。

圖3B是示出電源B和電源C針對(duì)第二電極的連接位置的又一例的俯視圖。

圖4是通過(guò)圖1的等離子體處理裝置制造出的非貫通孔的截面SEM照片。

圖5A是通過(guò)以往的等離子體處理裝置制造出的非貫通孔的截面SEM照片。

圖5B是通過(guò)以往的等離子體處理裝置制造出的非貫通孔的截面SEM照片。

圖6是示出施加于第二電極的功率與F自由基的發(fā)光強(qiáng)度之間的關(guān)系的圖表。

圖7是示出以往的等離子體處理裝置的一例的截面圖。

具體實(shí)施方式

在下文中，基于附圖對(duì)本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的等離子體處理裝置進(jìn)行說(shuō)明。

圖1的等離子體處理裝置10是在例如通過(guò)排氣單元TMP能夠進(jìn)行減壓的腔室11內(nèi)對(duì)被處理體S進(jìn)行等離子體處理的裝置。

本實(shí)施方式的等離子體處理裝置10具備：腔室11、平板狀的第一電極(支撐單元)12、高頻電源A、上蓋13、螺旋狀的第二電極(天線)14、氣體導(dǎo)入口(15a、15b、15c)、以及氣體導(dǎo)入單元(未圖示)。第一電極(支撐單元)12配設(shè)于腔室11內(nèi)，載置被處理體S。高頻電源(第一高頻電源)A能夠?qū)Φ谝浑姌O12施加頻率(第一頻率)λa的偏置電壓。螺旋狀的第二電極(天線)14配設(shè)于腔室11外，以隔著形成腔室11的上蓋13的石英板而與第一電極12對(duì)置的方式配置。氣體導(dǎo)入單元將含有氟(F)的工藝氣體G從配設(shè)于所述上蓋13或其附近(腔室11的上部)的氣體導(dǎo)入口15(15a、15b、15c)導(dǎo)入到腔室11內(nèi)。

此外，在等離子體處理裝置10中，針對(duì)第二電極14，電連接有施加頻率(第二頻率)λb(2MHz)的交流電壓的高頻電源(第二高頻電源)B和施加比所述λb高的頻率(第三頻率)λc(13.56MHz)的交流電壓的高頻電源(第三高頻電源)C。高頻電源B向第二電極14施加頻率λb(2MHz)的交流電壓。高頻電源C向第二電極14施加比所述頻率λb高的頻率λc(13.56MHz)的交流電壓。也就是，本實(shí)施方式的等離子體處理裝置10能夠?qū)Φ诙姌O14同時(shí)施加兩種交流電壓。而且，如圖1所示，優(yōu)選經(jīng)過(guò)匹配器(M/B)和濾波器(Filter)之后對(duì)第二電極14施加各個(gè)交流電壓的結(jié)構(gòu)。

通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，第二電極14能夠一直具有不同頻率λb、λc的交流電壓重疊后的狀態(tài)。因此，即使一個(gè)頻率λb是產(chǎn)生模式跳變區(qū)域的頻率的交流電壓，也能夠選擇不產(chǎn)生模式跳變區(qū)域的頻率的交流電壓來(lái)作為另一個(gè)頻率λc。通過(guò)將兩者組合，能夠消除模式跳變區(qū)域的影響。因此，本實(shí)施方式所涉及的等離子體處理裝置10能夠不受模式跳變區(qū)域的影響而穩(wěn)定地利用感應(yīng)放電區(qū)域中的優(yōu)異的蝕刻特性。

作為本實(shí)施方式中的“被處理體S”，例如可列舉出硅、二氧化硅。

作為本實(shí)施方式中的“含有氟(F)的工藝氣體G”，例如可列舉出SF₆、C₄F₈、C₃F₈、CF₄、CHF₃、BF₃、NF₃、SiF₄。

圖2是示出電源B和電源C針對(duì)第二電極的連接位置的一例的俯視圖。

如圖2所示，在所述第二電極14中，在螺旋狀的中心端配置有部位(第一部位)b，在螺旋狀的外周端配置有部位(第二部位)e，在螺旋狀的位于該中心端與該外周端之間的中間區(qū)域配置有部位(第三部位)c(c1～c7)。部位b從所述電源B向第二電極14施加高頻的交流電壓。部位e與大地接地。部位c從所述電源C向第二電極14施加高頻的交流電壓。

例如，通過(guò)在c1～c7中的任意一個(gè)的位置從電源C施加高頻的交流電壓，從而能夠?qū)Φ诙姌O14的不同頻率λb、λc的交流電壓重疊后的狀態(tài)進(jìn)行控制。例如，根據(jù)工藝氣體的種類(lèi)或流量、使等離子體產(chǎn)生的狀態(tài)的壓力等，來(lái)進(jìn)行細(xì)微的調(diào)整，從而能夠進(jìn)行控制使得模式跳變區(qū)域的影響在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)被消除。這會(huì)帶來(lái)穩(wěn)定的量產(chǎn)工藝。

特別是，優(yōu)選所述部位c配置于所述第二電極14的中間區(qū)域之中形成螺旋狀的最外周區(qū)域(從c7至e的區(qū)域)的結(jié)構(gòu)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠在c7至c1(部位b)的第二電極14的大部分中進(jìn)行基于確定蝕刻工藝特性的低頻λb的工藝等離子體生成。據(jù)此，能夠?qū)⒒谠诠に囍兄皇沁M(jìn)行輔助的等離子體生成的高頻λc的等離子體生成區(qū)域遏止在c7至e的第二電極14的外緣。同時(shí)，能夠得到在第二電極14上容易確?！斑m合于基于低頻λb的放電的高阻抗區(qū)域”和“適合于基于高頻λc的放電的低阻抗區(qū)域”的結(jié)構(gòu)。

所述螺旋狀的第二電極14優(yōu)選具有通過(guò)重復(fù)配置環(huán)繞部(第一環(huán)繞部)α、環(huán)繞部(第二環(huán)繞部)β以及連接部S從而形成螺旋狀的結(jié)構(gòu)。環(huán)繞部α具有特定的半徑。環(huán)繞部β具有比該特定的半徑大的半徑。連接部S將該環(huán)繞部α和該環(huán)繞部β連接。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠抑制在內(nèi)側(cè)線路(環(huán)繞部α)中流過(guò)的電流集中于上述連接部S。因此，在具備作為如圖2所示的高頻天線來(lái)發(fā)揮功能的第二電極14的等離子體處理裝置中，能夠抑制因第二電極14局部發(fā)熱而使該第二電極14的一部分產(chǎn)生損傷。此外，能夠抑制在腔室11內(nèi)形成的等離子體密度在上述連接部的下方的區(qū)域中高于其他區(qū)域。環(huán)繞部α、環(huán)繞部β、以及連接部S被重復(fù)配置的數(shù)量并未特別限制。

優(yōu)選被連接于所述第二電極14的、所述電源B的頻率λb為2[MHz]且所述電源C的頻率λc為13.56[MHz]的結(jié)構(gòu)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠獲得確保通過(guò)使用λc從而一直能夠沒(méi)有模式跳變而穩(wěn)定放電的功能的結(jié)構(gòu)。

圖3A以及圖3B是示出電源B和電源C針對(duì)第二電極的連接位置的另一例的俯視圖。

如圖3A所示，本實(shí)施方式中的第二電極也可以具有在所述螺旋狀的第二電極14的中央部，不存在第二電極14的區(qū)域占有較大面積的結(jié)構(gòu)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行蝕刻面內(nèi)分布的優(yōu)化時(shí)，對(duì)于不希望在中央部存在工藝等離子體生成的情況，能夠特別地通過(guò)縮短第二電極的長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)RF損耗少的、更高效的ICP放電。

如圖3B所示，本實(shí)施方式中的第二電極還可以具有在所述螺旋狀的第二電極14的中央部，不存在第二電極14的區(qū)域占有較小面積的結(jié)構(gòu)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行蝕刻面內(nèi)分布的優(yōu)化時(shí)，能夠應(yīng)對(duì)希望在中央部存在工藝等離子體生成的情況。

圖4是通過(guò)圖1的等離子體處理裝置制造出的非貫通孔的截面SEM照片。

確認(rèn)出通過(guò)使用本實(shí)施方式的等離子體處理裝置，能夠不受模式跳變區(qū)域的影響，而與以往的等離子體處理裝置同樣地制造出陡峭的深槽形狀的非貫通孔。

因此，根據(jù)本實(shí)施方式的等離子體處理裝置，能夠不受模式跳變區(qū)域的影響而穩(wěn)定地利用感應(yīng)放電區(qū)域中的優(yōu)異的蝕刻特性。因此，本實(shí)施方式有助于構(gòu)建具有高量產(chǎn)性的生產(chǎn)線。

以上對(duì)本發(fā)明的等離子體處理裝置進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明并不限定于此，在不脫離發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)，可以適當(dāng)變更。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

本發(fā)明能夠廣泛應(yīng)用于等離子體處理裝置。

符號(hào)說(shuō)明

A 高頻電源(第一高頻電源)

B 高頻電源(第二高頻電源)

C 高頻電源(第三高頻電源)

G 工藝氣體

M/B 匹配器

S 被處理體

TMP 排氣單元

λa 頻率(第一頻率)

λb 頻率(第二頻率)

λc 頻率(第三頻率)

10 等離子體處理裝置

11 腔室

12 第一電極(支撐單元)

13 上蓋

14 第二電極(天線)

15(15a、15b、15c) 氣體導(dǎo)入口

b 部位(第一部位)

e 部位(第二部位)

c 部位(第三部位)

α 環(huán)繞部(第一環(huán)繞部)

β 環(huán)繞部(第二環(huán)繞部)

S 連接部