CN1499584A - 产生气体等离子体的方法和装置及制造半导体器件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种产生等离子体的方法和装置，以及用等离子体制造半导体器件的方法和装置。气体沿具有与主磁场的磁力线相同偏移的流动路径流动，并对气体施加高频交变电流，从而产生气体等离子体。气体等离子体引入到处理室中，以进行制造半导体器件的工艺。

Description

产生气体等离子体的方法和装置及制造半导体器件的方法
技术领域
本发明涉及使用用于制造半导体器件的气体组合物产生等离子体；特别涉及使用远程工艺产生等离子体的方法和装置、产生等离子体以腐蚀层的气体组合物、以及使用气体组合物制造半导体器件的方法。
背景技术
近来，半导体器件快速发展以满足消费者的各种要求和信息处理器件的发展。半导体器件需要具有高工作速度和大存储容量。因而，半导体器件应该采用0.15μm以下的设计规则高度集成。由此，半导体制造工艺发展为在显微机械加工技术工艺中使用等离子体。
根据等离子体的类型，产生等离子体的工艺分为原位工艺和远程工艺。原位工艺在制造半导体器件的室中产生等离子体。另一方面，等离子体在室外产生之后，远程工艺将等离子体引入到室内。采用原位工艺，由于等离子体直接在室内产生，会损伤设置在室中的衬底和室的内部。因此，在近来的半导体制造工艺中更多使用远程工艺。
远程工艺产生等离子体的方法和装置的例子公开在韩国专利公开No.1998-79855、韩国专利公开No.2001-49697、U.S.专利No.5,458,754(授予Sathrum等人)、U.S.专利No.6,263,830(授予Kamarehi等人)、日本特许专利公开No.6-293980以及日本特许专利公开No.8-323873中。
美国专利No.5,458,754公开了利用磁场产生等离子体的方法。美国专利No.6,263,830公开了通过施加微波产生等离子体的方法。无论是采用磁场还是微波，当产生等离子体时通过控制等离子体的运动可以提高等离子体的产生效率。
图1示出了通过使用磁场的常规远程工艺产生等离子体的装置示意图。
参考图1，等离子体产生装置1具有气体在其中流动的管11。在流动源气的那部分管11处，管11被分为第一分支管11a和第二分支管11b。在排出等离子体气体的那部分管11处，第一和第二分支管11a和11b合并在一起。源气穿过两个路径P1和P2，并转变为具有等离子体状态的气体。
等离子体产生装置1包括产生磁场以将气体转变成等离子体的磁场产生部件13。将磁场产生部件13设置得环绕第一分支管11a，但也可以设置得环绕第二分支管11b。
电源15产生方波高频交流电以产生电场和磁场将气体转变成等离子体。连接到电源15的电线设置成线圈以围绕磁场产生部件13。
当施加由电源15产生的高频交流电穿过磁场产生部件13时，能量提供到管11中的气体粒子，由此产生等离子体。
在以上介绍的常规的等离子体产生装置1中，由磁场产生部件13的磁芯部分(设置有线圈的部分)感应的能量转移到管11的第一分支管11a。感应电场在路径P1形成。路径P2用做次级绕组。
气体穿过两个路径P1和P2。由电源15直接产生的电场施加到两个路径P1和P2中的一个路径P1，同时电源15的电场通过线圈感应的感应电场施加到另一路径P2。由此，一些能量转移到第二分支管11b中的气体。
当利用感应电场时，由于能量损耗，能量不能充分地提供到气体粒子。由此，等离子体的产生效率降低。要增加等离子体的产生效率，在等离子体产生装置中可以使用大量的气体。然而，当等离子体产生装置消耗大量的气体时，制造成本会显著增加。
虽然经常使用全氟化碳基的气体制造半导体器件并且化学性质稳定，但全氟化碳基的气体是一种能增加温室效应的气体。因此，当采用全氟化碳基的气体制造半导体器件时，应减少全氟化碳基的气体的消耗量。现已开发了对半导体器件的生产率没有任何影响的各种方法以便减少全氟化碳基的气体的消耗量。一个例子是利用NF3气体产生等离子体在清洁半导体器件的工艺期间形成氟基。然而NF3气体很昂贵，所以会增加半导体器件的制造成本。
发明内容
在示例性实施例中，本发明涉及产生等离子体的方法，当通过远程工艺产生等离子体时，提高了等离子体的产生效率。
在另一示例性实施例中，本发明涉及一种产生等离子体的装置，可使用于以上提到的产生等离子体的方法。
在又一示例性实施例中，本发明涉及一种用于腐蚀层的气体组合物，能用于产生等离子体。
在再一示例性实施例中，本发明涉及一种使用气体组合物制造半导体器件的方法。
在另一示例性实施例中，本发明涉及一种了等离子体产生方法，其中形成具有轴的主磁场之后，形成平行于或基本上平行于轴的辅助磁场。提供电能以便沿主和辅助磁场之间的路径施加高频交流电。气体沿电流的路径流动以便气体转变成等离子体状态。
在又一示例性实施例中，形成具有轴的主磁场之后，气体沿垂直于或基本上垂直于轴的第一方向在磁场中流动。电场沿与第一方向不同的第二方向作用到气体，以便由气体产生等离子体。
本发明的另一示例性实施例涉及一种产生具有磁场产生器(means)的装置，以及等离子体产生器。磁场产生器产生具有轴的主磁场，和平行于轴的的辅助磁场。等离子体产生器通过使气体在主和辅助磁场之间的区域中流动由气体产生等离子体。等离子体产生器沿平行于或基本上平行于气体流动路径的路径施加高频交流电。
在另一示例性实施例中，本发明涉及产生等离子体的气体组合物，包括C3F8气体、氧气以及氩气。
在又一示例性实施例中，本发明涉及使用远程等离子体工艺使用由C3F8气体、氧气以及氩气的混合物产生的气体等离子体腐蚀器件的方法。
根据本发明的另一实施例，使用主和辅助磁场可以有效地控制气体等离子体的运动。此外，由于可以沿与气体的流动路径相同或基本上相同的路径施加高频交流电，因此可以加速电离气体的自由电子，因此可以有效地提高等离子体的产生效率。此外，用于产生等离子体的气体组合物很便宜，使用一定量的气体组合物可以增加等离子体的产生效率，降低半导体器件的制造成本。
附图简介
通过参考附图详细地介绍示例性实施例，本发明的示例性实施例的以上和其它优点将变得更显而易见，其中：
图1示出了利用常规的远程等离子体工艺产生等离子体的装置的示意图；
图2示出了在本发明的示例性实施例中使用的主和辅助磁场的图；
图3示出了根据本发明的另一示例性实施例产生等离子体的装置的示意图；
图4示出了根据本发明的另一示例性实施例在等离子体产生部件中产生等离子体的示意性剖面图；
图5示出了根据本发明的另一示例性实施例在等离子体产生部件中粒子运动的曲线图；
图6示出了根据本发明的另一示例性实施例产生等离子体的装置的透视图；
图7示出了根据本发明的另一示例性实施例产生等离子体的装置的透视图；
图8示出了根据本发明的另一示例性实施例产生等离子体的装置的示意透视图；
图9示出了根据本发明的另一示例性实施例制造半导体器件的装置的方框图；
图10示出了根据本发明的另一示例性实施例的腐蚀装置的示意性剖面图；
图11示出了图10的喷头的另一示例性实施例的示意透视图；
图12示出了通过使用根据比较例1的气体等离子体反应副产品的测量结果的曲线；
图13示出了通过使用根据比较例2的气体等离子体反应副产品的测量结果的曲线；
图14示出了在图1所示的示例性等离子体产生装置中NF3气体的分解速率与流速的曲线图；以及
图15示出了在图3所示的示例性等离子体产生装置中NF3气体的分解速率与流速的曲线图。
具体实施方式
下面参考附图详细地介绍本发明的示例性实施例。在附图中，类似的参考数字标示类似或相同的元件。
产生等离子体的方法和装置
图2示出了在本发明的示例性实施例中使用的主和辅助磁场的示意图。通过一个或多个磁场产生部件产生主和辅助电场。
参考图2，主磁场产生部件20产生沿主磁场产生部件20的轴21(例如，X轴方向)形成的主磁场23。平行或基本上平行于主磁场产生部件20设置第一和第二辅助磁场产生部件20a和20b。主磁场产生部件20设置在第一和第二辅助磁场产生部件20a和20b之间。第一和第二辅助磁场产生部件20a和20b分别产生辅助磁场25。形成的辅助磁场25平行或基本上平行于主磁场产生部件20的轴21。由此辅助磁场25平行或基本上平行于主磁场23。
在主和辅助磁场23和25之间产生排斥力，以便分别在主磁场产生部件20与第一和第二辅助磁场产生部件20a和20b之间的空间中沿轴21增加磁通量的密度。
相对于主磁场23对称地形成辅助磁场25。如图2所示，尽管通过利用第一和第二辅助磁场产生部件20a和20b能够产生辅助磁场25，但可以采用两对辅助磁场产生部件产生辅助磁场。此外，可以根据需要采用三对或更多对的辅助磁场产生部件产生辅助磁场。可以使用一对或两对辅助磁场产生部件产生与主磁场对称的辅助磁场。
在Z轴方向中主和辅助磁场23和25之间产生次级电场。气体在主和辅助磁场23和25之间流动，然后朝Z轴方向中的次级电场流动。
图3示出了根据本发明的另一示例性实施例产生等离子体的装置的示意图。
参考图3，等离子体产生装置4具有磁场产生元件41。磁场产生元件41包括主磁场产生部件41a和一对辅助磁场产生部件41b和41c。主磁场产生部件41a产生沿磁场产生元件41的轴形成的主磁场，辅助磁场产生部件41b和41c产生平行于或基本平行于主磁场的辅助磁场。
磁场产生元件41包括如铁氧体的永久磁铁材料。此外，磁场产生元件41可以包括电磁铁。也可以使用如铁氧体的永久磁铁材料产生主和辅助磁场。铁氧体通常具有频率范围在约几十到500KHz频率范围中的高导磁率。电源45提供了具有约350KHz到13.56MHz的低频和约1.5到10KW的大功率的正弦波电流。在示例性实施例中，电源45提供功率约6到8KW的约400KHz的正弦波电流，以便有利地分解如C3F8的氟化碳气体。
等离子体产生装置4还包括等离子体产生和气体流动部件43，以及电源45。等离子体产生和气体流动部件43具有线圈形以环绕主磁场产生部件41a。大功率电流从电源45施加到等离子体产生和气体流动部件43。如图3所示，等离子体产生和气体流动部件43穿过主和辅助磁场产生部件41a、41b和41c之间具有高磁通密度的区域。等离子体产生和气体流动部件43的压力约500mTorr到8Torr，在示例性实施例中，压力为1到2Torr。
在示例性实施例中，由于电源45为高功率电源，在等离子体产生和气体流动部件43的低压下气体能被有利地分解，根据等离子体产生和气体流动部件43的形状，由气体引起的等离子体具有高密度。
在图3的等离子体产生装置4中，大功率电流直接施加到等离子体产生和气体流动部件43，以便在等离子体产生和气体流动部件43中产生电场。由此，等离子体产生装置4与图1所示的通过磁场产生部件13来引入管11中产生的电场的常规等离子体产生装置1不同。
由于双绕组变压器的效率比单绕组变压器的效率低约百分之30到50，因此本发明的示例性实施例采用了单绕组变压器代替双绕组变压器构成等离子体产生装置4的原理。因此，本发明的示例性实施例的等离子体产生装置4提高了效率。
图4示出了根据本发明的另一示例性实施例在等离子体产生部件中产生等离子体的示意性剖面图。参考图4，通过电源45提供的大功率电流在等离子体产生和气体流动部件43中产生初级(primary)电场48a。此外，通过图3中分别介绍的主和辅助磁场产生部件41a、41b和41c，在等离子体产生和气体流动部件43中产生次级电场48b。在等离子体产生和气体流动部件43中，初级电场48a基本垂直于次级电场48b。
通过相互垂直或基本上垂直的初级和次级电场48a和48b，在等离子体产生和气体流动部件43中产生自由基氛(radical atmosphere)使粒子具有图4所示的螺旋加速度49。
图5包括根据本发明的一个示例性实施例的等离子体产生部件中粒子运动的曲线49b。在图5中，垂直轴表示粒子的速度V，水平轴表示时间。参考图5，粒子被初级和次级电场48a和48b加速，然后沿气体的移动方向螺旋地前进。
参考图3，等离子体产生和气体流动部件43包括主和辅助磁场产生部件41a、41b和41c之间区域中的导电管42，由于施加的图4中介绍的电场48a和48b，将穿过的气体转变成等离子体相(或状态)。
导电管42包括如铝或铝合金的导电金属。当大功率电流施加到导电管42的两端，大功率电流穿过主和辅助磁场产生部件41a、41b和41c之间的区域，并穿过主和辅助磁场产生部件41a、41b和41c之间具有高磁通密度的区域。穿过具有高磁通密度的区域的大功率电流垂直或基本上垂直于正磁场流过，正磁场通过主和辅助磁场产生部件41a、41b和41c形成。因此，在等离子体产生和气体流动部件43中产生电场，电离流过其中的气体，由此形成等离子体。如图3所示，导电管42具有线圈形以环绕主磁场产生部件41a，由此导电管42中流态化气体具有线圈形流动路径。穿过导电管的电流以及在导电管42中流动的气体在相同或基本上相同的方向中流动。由于施加的电流为正弦波高频交流电，因此相对于气体流动的方向在正向和反向中施加电流。
气体提供管42a连接到导电管42的一端，其中气体由磁场区域外的气体源(未示出)提供。气体由气体提供管42a提供到导电管42。此外，等离子体排气管42b连接到导电管42的另一端以排出等离子体。等离子体在导电管42中形成，在一个示例性实施例中，由等离子体排气管42b提供到磁场区外的半导体器件(未示出)。
一个管联结部件44a将气体提供管42a连接到导电管42，另一管联结部件44b将等离子体排气管42b连接到导电管42。管联结部件44a和44b包括绝缘材料(例如，塑料或绝缘陶瓷)。由此，可以阻止流过导电管42的电流从气体提供管42a和等离子体排气管42b泄漏。
图6示出了根据本发明的另一示例性实施例产生等离子体的装置的透视图。
参考图6，主磁场产生部件50a设置在等离子体产生装置50的中心。沿等离子体产生装置50的轴设置主磁场产生部件50a。相对于主磁场产生部件50a基本上对称地设置一对辅助磁场产生部件50b和50c。平行或基本上平行于主磁场产生部件50a的轴设置辅助磁场产生部件50b和50c。由于平行或基本上平行于主磁场产生部件50a的轴设置辅助磁场产生部件50b和50c，因此可以增强与主磁场产生部件50a相邻的磁场的磁通量。
设置等离子体产生和气体流动部件51以螺旋流动的路径环绕主磁场产生部件50a，在主和辅助磁场产生部件50a、50b和50c产生的磁场中设置等离子体产生和气体流动部件51。
主和辅助磁场产生部件50a、50b和50c产生静态磁场，即，沿主磁场产生部件50a的轴形成主磁场，辅助磁场产生部件50b和50c产生一对平行于主磁场产生部件50a的轴的辅助磁场。
电源55连接到等离子体产生和气体流动部件51的一个端部，用于施加大功率电流。大功率电流直接施加到等离子体产生和气体流动部件51，由此电场直接在等离子体产生和气体流动部件51中产生。
图7示出了根据本发明的另一示例性实施例产生等离子体的装置的透视图。
参考图7，沿等离子体产生装置60的轴设置主磁场产生部件60a。相对于主磁场产生部件60a对称地设置辅助磁场产生部件60b、60c、60d以及60e。由此，距主磁场产生部件60a的中心约90°地设置辅助磁场产生部件60b、60c、60d以及60e。此外，平行或基本上平行于主磁场产生部件60a的轴设置辅助磁场产生部件60b、60c、60d以及60e。
设置等离子体产生和气体流动部件61以螺旋流动的路径环绕主磁场产生部件60a。设置等离子体产生和气体流动部件61穿过主和辅助磁场产生部件60a、60b、60c、60d以及60e之间具有高磁通密度的区域。当形成气体等离子体时，主磁场产生部件60a产生沿主磁场产生部件60a的轴形成的主磁场，辅助磁场产生部件60b、60c、60d以及60e分别平行或基本上平行于主磁场产生部件60a的轴产生辅助磁场。
如图6和7所示，辅助磁场平行或基本上平行于主磁场产生部件。辅助磁场产生部件的数量可以确定为主和辅助磁场产生部件之间的磁通密度的函数。
在图6和7所示的等离子体产生装置中，气体沿等同或基本上等同于电源提供的高频电流的路径流动。具体地，气体在施加有大功率电流的管中流动，以便气体沿对应于施加的高频电流的路径穿过。通过与穿过大功率电流产生的电场加速的自由电子碰撞，气体被电离。
由于主和辅助磁场产生部件，磁通密度沿主磁场产生部件的轴闭合。由此，大多数的气体等离子体沿主磁场产生部件的轴移动。此外，由于利用了单绕组变压器的原理，电场由大功率电流直接产生，等离子体的产生效率提高。最后，使用本发明的示例性实施例，产生等离子体时间可以缩短在约3秒钟内。
图8示出了根据本发明的另一示例性实施例产生等离子体的装置的示意透视图。
参考图8，沿等离子体产生装置70的轴设置主磁场产生部件70a，平行或基本上平行于主磁场产生部件70a的轴设置辅助磁场产生部件70b。在本发明的示例性实施例中，使用线圈绕在永久磁铁周围的电磁铁，即，主和辅助磁场产生部件70a和70b包括用作磁力线通路的铁芯。设置线圈76以围绕主磁场产生部件70a。射频(RF)发生器75连接到线圈76，将高功率和低频交流电提供到线圈76。平行于或基本上平行于主磁场产生部件70a产生电磁场，通过辅助磁场产生部件70b产生感应磁场。
等离子体产生和气体流动部件71包括导电管，并包围了主磁场产生部件70a。此外，等离子体产生和气体流动部件71具有部分开口的环形，穿过主和辅助磁场产生部件70a和70b之间的区域，包括穿过具有高磁通密度的区域。
如图8所示，等离子体产生和气体流动部件71具有部分开口的环形。与图3中的管联结部件44a和44b类似的管联结部件72设置在部分开口的环的两端之间。管联结部件72包括绝缘材料(例如，塑料或绝缘陶瓷)。由此，电流沿等离子体产生和气体流动部件71顺时针或逆时针流动。在相对于气体流动方向的正向或反向中，平行于或基本上平行于气体的流动方向提供电流。由此，电流产生电场以便将流动的气体转变成等离子体。
具有开口环形的等离子体产生和气体流动部件71的一端通过第一电线77连接到环绕主磁场产生部件70a的线圈76。等离子体产生和气体流动部件71的另一端通过第二电线78接地。气体入口71a形成在等离子体产生和气体流动部件71的上部，气体出口71b从等离子体产生和气体流动部件71的横向部分延伸出。
在示例性实施例的等离子体产生装置70中，电源75的大功率电流主要作用到主磁场产生部件70a，形成主和辅助磁场。高频交流电也作用到等离子体产生和气体流动部件71，由此在等离子体产生和气体流动部件71中产生电场。
由此，通过气体入口71a注入产生等离子体的气体。通过磁场，主和辅助磁场产生部件70a和70b产生的次级电场，以及通过等离子体产生和气体流动部件71产生的初级电场将通过磁场的气体转变成等离子体状态。
对于图7中所示的示例性实施例，平行于或基本上平行于大功率电流的施加路径流动气体，并且气体被电离产生等离子体。如这里所述，气体与通过大功率电流产生的自由电子碰撞，并在电场中加速以电离气体。
制造半导体器件的示例件方法和装置
下面，介绍利用通过以上介绍的远程方法产生的等离子体制造半导体器件的示例性方法。
参考图3、6和7，沿主磁场产生部件的轴产生主磁场，平行于或基本上平行于轴形成辅助磁场。设置导电管以螺旋地环绕轴。当高频电流施加到导电管时，沿主和辅助磁场之间的路径提供大功率电流。通过大功率电流产生感应磁场和感应电场。
气体流过导电管，包括流过主和辅助磁场之间的区域。通过感应磁场和感应电场由气体产生气体等离子体。在示例性实施例中，气体包括氟原子。气体的例子包括NF3或CxFy气体(其中x＞0并且y＞0)。此外CxFy气体能够包括CF4、C3F6或C3F8，在示例性实施例中，CxFy气体为C3F8。
等离子体提供到进行半导体器件制造工艺的室内。室与等离子体产生装置隔开。由此，通过设置在导电管端部的等离子体排气管(如图3、5和7所示)，将气体等离子体提供到室内。
通过使用提供到室内用于半导体器件制造方法的等离子体，可以在室内进行腐蚀工艺、膜淀积工艺或清洁工艺。然而，使用等离子体可以在室内进行制造半导体器件的其它工艺。
当通过以上介绍的示例性方法产生气体等离子体并用于制造半导体器件时，可以提高半导体制造工艺的生产率。由于可以使用低价的CxFy气体(例如，C3F8)形成等离子体，因此可以减少半导体器件的制造成本。
当使用NF3气体产生等离子体时，使用运载气体(例如氩气)传送用于以低功率运转室的等离子体。必须以与NF3气体相同的数量制备氩气。然而，根据本发明的示例性实施例，当以约三分之一的NF3气体量添加氩气时，可以获得高的等离子体产生效率。因此，可以提高制造工艺的效率，可以缩短等离子体的点火时间(ignition time)。
下面参考附图进一步介绍半导体器件的示例性制造方法。
图9示出了根据本发明的示例性实施例制造半导体器件的装置的方框图。
参考图9，制造半导体器件的装置80具有提供气体的气体源81。在示例性实施例中，气体包括氟原子，例如，NF3气体或CxFy(其中x＞0并且y＞0)。可以根据制造半导体器件使用的工艺适当地选择气体。
图3、6和7所示的等离子体产生装置83连接到气体源81。气体源81通过气体提供管(例如参考图3)连接到等离子体产生部件83。
等离子体产生装置83包括主磁场产生部件，用于沿主磁场产生部件的轴主要地产生主磁场。此外，等离子体产生装置83具有至少一个辅助磁场产生部件，用于产生平行于轴的辅助磁场，由此主磁场的磁通密度沿轴增加。等离子体产生装置83还具有包括导电材料的导电管。导电管穿过沿轴形成的主磁场。
通过气体提供管提供的气体穿过导电管。当大功率电流施加到导电管，气体转变成等离子体85。由此，如这里参考各种实施例及将气体转变成等离子体85的各种方法介绍的等离子体产生装置83工作。
由气体产生的等离子体85(下文经常称作气体等离子体)提供到处理室87内。处理室87用作腐蚀形成在衬底上的膜的腐蚀室，或者在衬底上形成膜的淀积室。
当进行形成半导体器件的工艺时，真空泵89能够被连接到处理室87，以便在处理室87中产生真空。真空泵89也排出处理室87中剩余的反应副产品。
等离子体产生装置83通过图3所示的等离子体排气管连接到处理室87。如上所述，通过远程法等离子体提供到处理室87内。
图10示出了根据本发明的示例性实施例腐蚀装置的示意性剖面图。
参考图10，腐蚀装置100具有远程型等离子体产生装置101。等离子体产生装置101的示例性实施例显示在图3、6和7中。腐蚀装置100还包括腐蚀室103以及在腐蚀室103中产生真空的真空泵105。
包括氟的气体，例如NF3气体或CxFy(其中x＞0并且y＞0)提供到等离子体产生装置101内。气体的压力约500mTorr到8Torr，在示例性实施例中，气体具有约1到2Torr的相对较低的压力。等离子体产生装置101通过电离气体产生包括氟(F)基的等离子体。具有频率约350KHz到13.56MHz功率为1.5到10KW的正弦波交流电提供到等离子体产生室101。在示例性实施例中，具有较低频率约400KHz功率约6到8KW的正弦波交流电提供到等离子体产生装置。由此，有效地加速了等离子体产生装置101的气体流动部分中存在的自由电子。加速的自由电子与等离子体产生装置101的气体流动部分中的气体碰撞，以便气体转变成等离子体。由此，产生包括氟基的等离子体。等离子体产生装置101的磁场产生部件有效地控制了等离子体的运动。
包括氟基的等离子体提供到腐蚀室103内。喷头102安装在腐蚀室103内，用于喷射气体等离子体。穿过喷头102形成多个喷射孔102a和102b。为了均匀地喷射等离子体，示例性实施例中的喷射孔102a和102b分别设置在腐蚀室103的入口和出口。
图11示出了图10的喷头的另一示例性实施例的示意透视图。
参考图11，喷头102包括以一定间隔设置的四个喷射孔102a、102b、102c以及102d。利用喷射孔102a、102b、102c以及102d，气体等离子体均匀地施加到要腐蚀的晶片边缘部分，同时通过侧流方法可以提高气体等离子体的腐蚀效率。
虽然穿过图11中的喷头102形成了四个喷射孔102a、102b、102c以及102d，然而本领域中的技术人员应该理解可以根据需要改变喷射孔的数量。由此，靠近腐蚀室的入口和出口可以形成两个喷射孔，或者穿过喷头可以设置多于四个喷射孔。
参考图10，当气体等离子体引入到腐蚀室103内，气体等离子体的氟基与形成在衬底W上的材料反应，衬底W设置在吸盘107上。因此，膜(层)形成在衬底W上，通过图形掩模露出部分膜(层)。气体等离子体与露出的膜(层)反应，由此腐蚀膜(层)。
进行腐蚀工艺之后，清洁腐蚀室103。
从腐蚀室103取出通过腐蚀工艺已处理的衬底W。然后，气体，例如C3F8的气体提供到等离子体产生装置101。等离子体产生装置101电离C3F8气体，以产生包括氟基的等离子体。具有约400KHz的低频的大功率电流以约2,000W的功率提供到等离子体产生装置101，以便有效地加速等离子体产生部分中存在的自由电子。因此，自由电子与等离子体产生部分中流动的C3F8气体碰撞。气体转变成包括氟基的等离子体。
包括氟基的等离子体提供到腐蚀室103内。氟基与反应副产品反应，例如粘附到腐蚀室103内部的聚合物，从腐蚀室103的内壁除去反应副产品。使用真空泵105从腐蚀室103排出反应副产品，由此清洁了腐蚀室103。
根据选择的气体和处理室的结构使用制造半导体器件的装置，包括等离子体产生装置。
下面介绍根据本发明的示例性实施例产生等离子体的新颖气体组合物。
用于产生示例性实施例的等离子体的气体组合物包括C3F8气体作为一种成分。C3F8气体被以上介绍的远程等离子体产生装置电离并激活，由此由C3F8气体产生氟自由基、激活基、阴离子以及阳离子。氟自由基、激活基、阴离子以及阳离子移动进入处理室内，并与附着到室内壁的残留物质(一般来说，类似氧化硅和氮氧化硅的硅残留物)化学地反应，由此它们作为气相副产品排出到外部。
产生的等离子体的气体组合物可以包括氧气。当使用C3F8气体仅用于制造半导体器件时，产生碳化合物作为处理副产品。碳化合物会粘附到管或制造装置的内部，所以利用它们与氧气的反应作为二氧化碳除去碳化合物。
根据以下反应方程C3F8气体和氧气可以除去氮氧化硅：
虽然可以根据要腐蚀或除去的材料改变以上反应方程，但是考虑到以上反应方程，通常可以确定氧气的适当流速。
当氧气的流速小于2倍的C3F8气体的流速时，由于碳不能充分地转变成二氧化碳并且碳不会被除去，因此碳化合物的残留物会不利地存在于室内。另一方面，当氧气的流速超过C3F8气体流速的5倍时，等离子体产生装置中的氟基的产生不利地减少。因此，氧气的流速约为C3F8气体的2到5倍。在示例性实施例中，氧气的流速约为C3F8气体的2.5倍到4倍。另一示例性实施例采用了约为C3F8气体3倍流速的氧气流速。
产生本发明的示例性实施例的气体组合物包括如氩气的惰性气体作为运载气体，以便将C3F8气体和氧气提供到室内。此时，为了传送将C3F8气体和氧气，示例性实施例中的氩气具有比C3F8气体大约3倍到15倍的流速。
例如，C3F8气体的流速近似为400到800sccm，在另一示例性实施例中约600-700sccm，同时氩气的流速约1,000到6,000sccm，在又一示例性实施例中约2,000到4,000sccm。此外，氧气的流速约1,000到3,600sccm，在示例性实施例中约1,400到2,100sccm。然而，根据以上提到的条件可以采用其它气体。
通过采用产生等离子体的气体组合物产生示例的等离子体
例1
在示例性的实施例中，包括约400sccm流速的C3F8气体、约1,000sccm流速的氧气、以及约2,000sccm流速的氩气的处理气体引入到图6所示的远程等离子体产生装置内。然后，在约0.7Torr的压力下，在约5,600瓦的功率下，在等离子体产生装置中由处理气体产生等离子体。
例2
在另一示例性的实施例中，以约600sccm的流速将包括C3F8气体的处理气体引入之后，以约1,800sccm的流速引入氧气，以约4,000sccm的流速引入氩气到图6所示的远程等离子体产生装置内。在约1.1Torr的压力下，在约6,400瓦的功率下，在等离子体产生装置中由处理气体产生等离子体。
例3
在又一示例性的实施例中，除了压力约1.5Torr之外，以与例2中相同的方式产生等离子体。
例4
在再一示例性的实施例中，除了氩气的流速约6,000sccm、压力约3.5Torr以及功率约6,100瓦之外，以与例2中相同的方式产生等离子体。
例5
在还一示例性的实施例中，除了氩气的流速约6,000sccm、压力约6.5Torr以及功率约6,700瓦之外，以与例2中相同的方式产生等离子体。
比较例
在示例性实施例中，包括约1,100sccm流速的NF3气体、以及约2,000sccm流速的氩气的处理气体引入到图1所示由ASTEX公司制造的远程等离子体产生装置内。然后，在约0.8Torr的压力下，在约3,000瓦的功率下，在等离子体产生装置中由处理气体产生等离子体。
腐蚀速率的测量
在示例性的实施例中，通过等离子体增强的化学气相淀积工艺在衬底(裸晶片)上形成具有约6,000厚度的氮氧化(SiON)。使用根据例1到5以及图9中所示的腐蚀装置中的比较例产生的气体等离子体腐蚀氮氧化硅之后测量氮氧化硅膜的腐蚀速率。测量的腐蚀速率显示在表1中。
表1
腐蚀速率(/min)     评估
    例1     4,408     良好
    例2     5,077     优秀
    例3     4,801     良好
    例4     4,400     良好
    例5     4,229     良好
    比较例     4,094     一般
如表1所示，与使用常规等离子体装置的比较例相比，根据本发明的示例性实施例使用远程等离子体产生装置的例1到5显示出相对优良的腐蚀速率。特别是，当压力约1Torr，氧气具有比C3F8气体大三倍的流速时，可以获得更理想的腐蚀速率。
清洁测试
在示例性实施例中，使用根据例2和比较例产生的气体等离子体清洁腐蚀装置。用通过等离子体增强化学气相淀积工艺淀积的具有约600厚度的氮氧化硅膜确定清洁时间。根据预定的时间周期用RGA四极质谱仪(QMS；其中数量上测量产生的SiF4被电离)测量与反应副产品相关的清洁结果。
图12示出了在示例性实施例中，通过使用根据比较例的气体等离子体反应副产品的测量结果的曲线。在另一示例性实施例中，图13示出了通过使用根据例2的气体等离子体反应副产品的测量结果曲线。在图12和13中，垂直轴表示离子浓度，水平轴表示时间。
在图12和13中，预定时间之后，SiF4的峰值显著减小。当SiF4的减小量保持不变时，该点变为端点检测时间。如图12所示，在预定的时间内对应于清洁副产品的SiF4的峰值保持不变，当使用常规的NF3气体时SiF4的峰值没有减小。当SiF4的峰值保持预定时间时，连续地进行清洁工艺。由此，总的清洁时间约1,410秒。
另一方面，如图13所示，预定时间之后SiF4的峰值逐渐减小，当使用例2的气体等离子体进行清洁工艺时，SiF4的峰值保持具有定值。因此，由于清洁副产品不会额外地产生，因此SiF4的峰值保持不变的点可以作为端点检测时间。测量的清洁时间约848秒。测量结果显示在表2中。
表2
    比较例     例2
总的清洁时间(秒)     1,410     848
使用的气体     NF3气体     C3F8气体
流速     1,100     600
参考表2，与使用NF3气体的比较例的清洁时间相比，使用C3F8气体的例2的清洁时间减少约562秒。此外，C3F8气体的流速减少约百分之45。此外，由于C3F8气体比NF3气体便宜，因此可以减少制造成本。
相对于相同的气体的气体分解效率
当在图1所示的等离子体产生装置中使用NF3气体时，应该使用运载气体(例如，具有与NF3气体相同流速的氩气)以便低功率运行等离子体产生装置。由此，由于氩气，NF3气体的流速没有比预定的值多，因此等离子体的清洁效率没有增加。
图14示出了在图1所示的示例性等离子体产生装置中NF3气体的分解速率与流速的曲线图。如图14所示，当NF3气体的流速增加时，室的压力也增加，由此室的压力不能控制到适当值。此外，NF3气体的初始分解速率降低，由此增加了等离子体的点火时间。
图15示出了在图3所示的示例性等离子体产生装置中NF3气体的分解速率与流速的曲线图。
参考图15，NF3气体的分解速率在压力的宽范围内具有大于约95％的高值，此外当NF3气体的流速增加到近似3,000sccm时，NF3气体的分解效率显示出较高的值。此外，当NF3气体和氩气之间的流速比例保持在约3∶1时，可以充分地利用等离子体。
通常，当NF3气体的流速增加时，NF3气体的分解速率减小。此外，产生等离子体的时间显著增加。由此，随着时间的流逝，产生等离子体的效率降低。由于气体流速可以控制，因此本发明的示例性实施例的等离子体产生装置采用减小的气体流速以减少制造成本。此外，由于在低初始压力下NF3气体的分解速率为约99％，因此可以减少NF3气体的流速。此外，本发明的示例性实施例的等离子体产生装置可以获得氩气的自燃，由此不需要额外的点燃装置。
根据本发明的示例性实施例，可以提高产生等离子体的工艺效率，当通过远程方法产生等离子体时，可以缩短产生等离子体的时间。由此，当使用等离子体时，可以增强半导体器件的制造工艺的生产率。
特别是，由于可以使用如C3F8气体等的便宜气体，因此可以减少半导体器件的制造成本。
现已介绍了本发明的示例性实施例，应该注意根据以上教导本领域的普通技术人员可以进行各种修改和变形。因此应该理解可以在公开的本发明的范围和精神内的本发明特定实施例中进行各种修改，本发明的范围和精神由所附的权利要求界定。

Claims (47)

1.一种产生等离子体的方法，包括：
形成具有轴的主磁场和基本上平行于轴的辅助磁场；
提供电能以便沿主和辅助磁场之间的路径施加高频交流电；以及
使气体沿与电流相同的路径流动以便气体转变成等离子体状态。
2.根据权利要求1的产生等离子体的方法，其中沿围绕主磁场的轴的螺旋路径提供电能。
3.根据权利要求1的产生等离子体的方法，其中电能以频率为大约350KHz到大约13.56MHz的正弦波交变电流形式提供。
4.根据权利要求1的产生等离子体的方法，其中电能为1.5到10KWatt。
5.根据权利要求1的产生等离子体的方法，其中相对于主磁场至少对称的形成一对辅助磁场。
6.根据权利要求5的产生等离子体的方法，其中以相同的间隔分别形成两对辅助磁场。
7.根据权利要求1的产生等离子体的方法，其中气体包括含有氟、氧气和氩气的气体。
8.根据权利要求1的产生等离子体的方法，其中主和辅助磁场由永久磁铁产生。
9.根据权利要求1的产生等离子体的方法，其中主磁场为电磁场，辅助磁场为主磁场感应的感应磁场。
10.一种产生等离子体的方法，包括：
形成具有轴的磁场；
使在磁场中的气体沿基本上垂直于轴的第一方向流动；以及
电场沿与第一方向不同的第二方向施加到气体，以便由气体产生等离子体。
11.根据权利要求10的产生等离子体的方法，其中相对于磁场至少对称地形成一对辅助磁场，并基本上平行于磁场，以便增大气体流过区域的磁通密度。
12.根据权利要求10的产生等离子体的方法，其中电场由所加的低频大功率交变电流产生。
13.根据权利要求12的产生等离子体的方法，其中交变电流沿气体流动的路径正向或反向施加。
14.根据权利要求10的产生等离子体的方法，其中第一方向基本上垂直于第二方向。
15.一种产生等离子体的方法，包括：
由磁场形成具有第一方向的初级电场；
使气体沿基本上垂直于第一方向的第二方向在磁场中流动；以及
沿第二方向对气体施加次级电场，以便由气体产生等离子体。
16.根据权利要求15的产生等离子体的方法，其中次级电场由沿气体流动的路径正向或反向施加的交变电流形成。
17.根据权利要求15的产生等离子体的方法，其中气体包括含有氟、氧气和氩气的气体。
18.一种产生等离子体的方法，其中沿液化气体流动的路径施加电流，以沿基本上垂直于流动路径的第一方向形成初级电场，基本上平行于流动路径形成次级电场，并且通过对气体施加初级和次级电场产生等离子体。
19.根据权利要求18的产生等离子体的方法，其中气体包括含有氟、氧气和氩气的气体。
20.一种制造半导体器件的方法，包括：
形成具有轴的主磁场和基本上平行于轴的辅助磁场；
沿主和辅助磁场之间的路径施加交流电；
使气体沿电流的流动路径流动，以便由气体产生等离子体；
将气体等离子体引入到与产生气体等离子体的位置分离开的室中；以及
采用气体等离子体进行制造半导体器件的工艺。
21.根据权利要求20的制造半导体器件的方法，其中制造半导体器件的工艺为腐蚀工艺，其中采用气体等离子体腐蚀形成在衬底上的膜。
22.根据权利要求20的制造半导体器件的方法，其中制造半导体器件的工艺为淀积工艺，其中采用气体等离子体在衬底上形成膜。
23.根据权利要求20的制造半导体器件的方法，其中制造半导体器件的工艺为清洁工艺，其中采用气体等离子体从室中去除室中剩余的反应副产品。
24.根据权利要求20的制造半导体器件的方法，其中气体包括含有氟的气体，并且气体等离子体包括氟基。
25.根据权利要求24的制造半导体器件的方法，其中气体包括NF3气体或CxFy气体(其中x＞0并且y＞0)。
26.根据权利要求20的制造半导体器件的方法，其中气体包括C3F8气体、氧气和氩气。
27.一种制造半导体器件的方法，包括：
形成具有轴的磁场；
使气体沿基本上垂直于磁场轴的方向流动；
施加由沿气体流动路径方向的交变电流产生的电场，以便由气体产生等离子体；
将气体等离子体引入到与产生气体等离子体的位置分离开的室中；以及
采用气体等离子体进行制造半导体器件的工艺。
28.根据权利要求27的制造半导体器件的方法，还包括相对于主磁场至少对称的形成一对辅助磁场，辅助磁场基本上平行于磁场。
29.根据权利要求27的制造半导体器件的方法，其中交变电流沿基本平行于气体流动的路径正向或反向施加。
30.根据权利要求27的制造半导体器件的方法，其中气体包括含有氟、氧气和氩气的气体。
31.一种产生等离子体的装置，包括：
用于产生具有轴的主磁场和基本上平行于轴的辅助磁场的磁场产生装置；以及
用于通过使气体在主和辅助磁场之间的区域中流动，并通过沿基本上平行于气体流动路径的路径施加高频交变电流来由气体产生等离子体的等离子体产生装置。
32.根据权利要求31的产生等离子体的装置，其中磁场产生装置包括：
产生具有轴的主磁场的主磁场产生部件；以及
产生辅助磁场的辅助磁场产生部件，其中辅助磁场产生部件基本上平行于主磁场产生部件放置，并且基本上相对于主磁场产生部件对称放置。
33.根据权利要求31的产生等离子体的装置，其中磁场产生装置包括铁氧体。
34.根据权利要求31的产生等离子体的装置，其中等离子体产生装置具有围绕沿轴的磁场产生装置的螺旋路径。
35.根据权利要求31的产生等离子体的装置，其中等离子体产生装置包括：
围绕主磁场放置的线圈，通过在其中流过电流来产生感应磁场；以及
穿过主和辅助磁场之间的区域的导电管，并与线圈相连以产生电场，其中气流通过导电管。
36.根据权利要求31的产生等离子体的装置，其中等离子体产生装置包括：
通过在区域中施加高频交变电流来产生等离子体的导电管；
连接到与该区域隔离开的气源的气体供应管，以便向导电管中提供气体；以及
用来将与该区域隔离开的导电管产生的等离子体排出的等离子体排出管，并将等离子体引入到制造半导体器件的装置中。
37.根据权利要求31的产生等离子体的装置，还包括为等离子体产生装置提供频率为350KHz到13.56MHz的交变电流的频率发生器。
38.根据权利要求31的产生等离子体的装置，其中磁场产生装置包括：
产生具有轴的主磁场的主磁场产生部件；以及
基本上平行于主磁场产生部件的辅助磁场产生部件，用来产生感应辅助磁场，它与沿基本上平行于轴的主磁场产生部件相邻。
39.一种产生等离子体的装置，包括：
形成具有轴的磁场的磁场产生部件；以及
使气流沿围绕磁场的轴的路径流动的气体流动装置，并将电场施加到气体，以便由气体产生等离子体。
40.根据权利要求39的产生等离子体的装置，其中磁场产生装置包括：
形成具有轴的主磁场的主磁场产生部件；以及
产生基本上平行于轴的辅助磁场的辅助磁场产生部件，其中辅助磁场产生部件基本上平行于主磁场产生部件放置，并与主磁场产生部件相邻。
41.根据权利要求39的产生等离子体的装置，还包括高频交变电流施加装置，用于通过沿气体流动路径施加高频交变电流形成电场。
42.用来产生等离子体的气体组合物含有C3F8气体、氧气和氩气。
43.根据权利要求42的产生等离子体的气体组合物，其中当C3F8气体的流速为400到800sccm时，氩气的流速为1000到6000sccm，氧气的流速为1000到3600sccm。
44.根据权利要求43的产生等离子体的气体组合物，其中当C3F8气体的流速为600到700sccm时，氩气的流速为2000到6000sccm，氧气的流速为1400到2100sccm。
45.一种等离子体腐蚀方法，包括：
由C3F8气体、氧气和氩气的组合物通过远程等离子体工艺产生气体等离子体；以及
用气体等离子体腐蚀对象。
46.根据权利要求45的等离子体腐蚀方法，其中对象包括氮氧化硅。
47.根据权利要求45的等离子体腐蚀方法，其中对象包括在室中形成的氮氧化硅，并用气体等离子体去掉室中的氮氧化硅。
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