TW444069B - Electrode plate for plasma etching equipment for forming uniformly-etched surface - Google Patents

Description

产 4 44 06 9 A7 B7 五、發明說明（1 ) 發明背景 發明領域 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明相關於電漿蝕刻設備的電極板，其可在特別是 對構成半導體裝置的中間層絕緣膜執行蝕刻時形成均勻蝕 刻表面’甚至是在伴隨高積體的放大尺寸的情況中。 相關技術的敘述 傳統上，在製造半導體裝置時，包含例如矽氧化物（ 下文稱爲S i ◦ 2 )的中間層絕緣膜藉著化學汽相澱積而澱 積在單晶矽晶圓上以具有規定的膜厚度，然後光抗蝕劑膜 部份地形成在其上1然後對成爲蝕刻表面的上面不形成有 光抗蝕劑膜的中間層絕緣膜的部份執行蝕刻。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 中間層絕緣膜的部份蝕刻是使用由圖3以簡要的縱向 剖面顯示的電漿蝕刻設備來如下所述地執行。將藉著在單 晶矽晶圓上胲成中間層絕緣膜及光抗蝕劑膜而製備的要被 蝕刻的板件負載在容室中的固持板上，並且配置成使得要 被蝕刻的板件是以規定的距離位在電極板的前方且相對於 電極板，而電極板具有多個小錯垂通孔。也具有多個小錯 垂通孔的用來供應高頻率電功率的板件配置在電極板的後 方，使得用來供應高頻率電功率的板件的每一小鉛垂通孔 位在電極板的相應小鉛垂通孔上。蝕刻氣體從用來供應高 頻率電功率的板件的後方引入，並且噴射通過電極板的多 個小鉛垂通孔，而與在電極板與蝕刻表面之間產生的高頻 率電漿一起噴射至要被蝕刻的板件的蝕刻表面，因而執行 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -4 - A7 444069 B7_____ 五、發明說明（2 ) . 倉虫刻。例如J P — B7 — 405 6 7及J P — A5 — 2 6 7 2 3 5中所揭示，由單晶矽所形成的電極板用於電 漿蝕刻設備。 近年來，半導體裝置已經大幅積體化，導致構成半導 體裝置的單晶矽晶圓的直徑越來越大（尺寸較大）的傾向 。當使用上述的傳統電漿蝕刻設備來蝕刻形成在具有此種 較大直徑（較大尺寸）的單晶矽晶圓上的中間層絕緣膜時 ·’產率的降低不可避免，並且有可靠性的問題，因爲形成 缺乏均勻性的蝕刻表面，導致蝕刻的中間層絕緣膜於其表 面具有分散的蝕刻量。 發明槪說 從上述的觀點，本發明的發明人進行硏究以達成具有 較大尺寸的蝕刻表面的均勻餓刻，此硏究聚焦在電駿餓刻 設備的電極板而有以下的發現。蝕刻表面的均勻性的進— 步增加可藉著對電漿蝕刻設備引入包含具有鑄造結構的高 純度砂的電極板，其係藉著垂直於鈾刻表面的單方向固化 而形成’如圖1的簡要立體圖所示（本發明的電極板材料 10)，以取代如圖4的簡要立體圖所示（傳統電極板材 料1 1 )的不具有任何晶體邊界的傳統單晶矽，並且在中 間層絕緣膜中幾乎不會有從一部份至另一部份的蝕刻分散 量，因而可形成均勻蝕刻表面，甚至是在具有較大直徑的 單晶砂晶圓的情況中。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNSXA4規格（210 X 297公餐） I----------I -----I---訂*--,--I---線 J . (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -5- 444 0 6 9 A7 B7 五、發明說明（3 ) 圖式簡要敘述 圖1爲顯示構成用於電缋鈾刻設備的本發明的電極板 的具有單方向固化鑄造結構的高純度矽（本發明的電極板 材料）的簡要立體圖。 圖2爲顯示用來製造具有單方向固化鑄造結構的高純 度矽錠設備的槪略縱向剖面圖。 圖3爲顯示電漿蝕刻設備的槪略縱向剖面圖。 圖4爲顯示構成電號蝕刻設備的傳統電極板的單晶矽 (傳統電極板材料）的簡要立體圖。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 主要元件對 照 10 電 極 板 1 1 傳 統 電 極 板 12 商 純 度 矽 14 石 英 模 16 模 支 撐 器 18 氣 ^-»*Γ 氣 體 Dsi· 入 □ 20 容 室 22 氣 體 擴 散 入 □ 24 加 熱 器 26 熱 絕 緣 體 28 熱 /田 偶 30 冷 卻 氣 體 入 口 32 冷 卻 板 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） _1 A7 444069 _____B7_ 五、發明說明（4 ) 3 4 固持板 36 要被蝕刻的板件 38 高頻率電功率源 40 用來供應高頻率電功率的板件 較佳實施例的敘述 本發明根據上述的發現而達成，並且其特徵爲以下的 用於電漿蝕刻設備的電極板1 0。 蝕刻設備具有的結構爲使得具有多個小鉛垂通孔的電 極板10在離開蝕刻表面一規定距離處相對於蝕刻表面配 置，並且蝕刻氣體從電極板1 0的小鉛垂通孔噴射’且電 漿產生在蝕刻表面與電極板1 0的表面之間，因而執行蝕 刻。 本發明的電極板1 0被用於上述的電漿蝕刻設備’並 且其特徵在於電極板1 0包含具有鑄造結構的高純度矽 1 2 ，其係藉著垂直於蝕刻表面的單方向固化而形成’因 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -Λ衣------- - 訂----- 線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 含 包 著 藉 是 ο 一—I 板 極 電 的 明 發 本 。 的 面備 表設 刻刻 触M 勻漿 均電 成於 形用 可 而 其 示 顯 2 圖 由 如 例 其 爐 化 熔 的 :質 IE 造性 製化 來氧 程非 製有 的具 驟用 步使 下 以 模 ;英 圖石 面在 剖， 向先 縱首 略 槪 砂 6 度 1 純器 高撐 的支 料模 材由 2 ^二 到 摻 的 硼 如 例 的 量 小 有 含 給 進 中 周 在 是 4 1—_ 模 英 石 中 其 撐 支 成 製 墨 石 由 處 部 底 及 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 44406 9 ____B7____ 五、發明說明（5 ) {請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) 將A r (氬）氣體從氣氛氣體入口 1 8引至容室2 〇 內，並且使A r氣體通過具有大量小孔的氣體擴散板2 2 (由石墨製成），使得用來熔化的氣氛爲A r氣體； 然後，藉著配置成遍及在模支撐器1 6的周邊及底部 與沿著模支撐器1 6且在離開其一規疋距離處設置的熱絕 緣體2 6 (由石墨製成）之間的加熱器24 (由石墨製成 )來熔化高純度矽1 2 ; 在熔化之後，使用繞石英模1 4的周邊在各規定深度 處配置的多個熱偶2 8來測量溫度’並且根據溫度測量値 來控制分別在模的上方部份’下方部份，及底部的每一個 處的每一加熱器2 4功率； 在如上所述地控制每一加熱器2 4功率的同時，將A r氣體引入通過配置在容室的底部處的冷卻氣體入口 3 0 ，並且經由一冷卻板3 2 (由石墨製成）來冷卻模的底部 ，其中冷卻板3 2具有用來流動氣體以在模的底部處形成 用來固化的晶核的大量小孔： 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 從晶核開始從模的底部朝向模的上方部份連續固化模 中的熔化的高純度矽1 2.，因而形成具有垂直於模的底部 單方向固化的結構的高純度矽錠； 於長度方向將矽錠切割成各具有規定厚度的電極板材 料（由圖1所示的本發明的電極板材料）；及 硏磨，鑽孔，蝕刻，淸潔，以及拋光電極板材料。 例子 以下參考例子詳細敘述本發明的用於電漿蝕刻設備的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公愛） -8- A7 ___B7_______ 五、發明說明（6 ) 電極板1 0 。 首先，根據以下的製程來製造本發明的電極板1 〇。 製備具有9 9 . 9 9 9 9%的純度的矽1 2及用來摻 雜的具有9 9 . 9 9 %的純度的硼成爲原料，然後將原料 進給至配置在具有非氧化性質的熔化爐中的石英模1 4內 ，並且在被引入爐內的具有6 7 0 0 P a的爐壓的A r氣 體之下被加熱器2 4熔化。藉著以熱偶2 8來控制溫度而 將熔化爐保持於正好高於矽1 2的熔點的1 4 8 0 °C至1 5 1 0°C。然後，熔化的高純度矽以lmm/m i η (毫 米/分鐘）的固化速率從模的底部朝向模的上方部份部份 地且隨時間的經過而連續固化，此固化係藉著在控制模的 底部，下方部份，及上方部份的各加熱器2 4功率的同時 ，使用被引入通過冷卻板3 2的A r氣體來冷卻模的底部 ，因而形成高，純度.砂錠，其具有垂直於模的底部的單方向 固化結構，具有3 8 〇mm的直徑X 1 5 0mm的長度的 尺寸，並且包含1 0 0 p pm的摻雜用的硼。然後，以線 鋸對長度方向成直角地切割矽錠，以形成具有3 8 0 m m 的直徑x 1 4mm的厚度的尺寸的電極板材料（參考圖1 )，並且電極板材料被表面磨床硏磨，被鑽石鑽頭及鑽石 切割工具鑽孔，被氟酸，硝酸，與醋酸的混合溶液蝕刻， 且進一步由超純水淸潔及拋光，因而形成具有3 6 5 mm 的直徑xl1.2mm的厚度的尺寸的本發明的電極板 1〇，其中具有〇 . 4mm的直徑的小通孔以5mm的節 距形成在具有3 4 0 m m的直徑的圓的範圍內的中心部份 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) —：—訂—，------線—(. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -9- 444 06 9 A7 經濟部智慧財產局員Μ消費合作社印製 ______B7______ 五、發明說明（7 ) - 處，並且具有3 5 m m的鑽孔直徑X 1 2 m m的魚眼直 徑X 6 m m的魚眼深度的尺寸的十六個固定孔沿著繞通孔 的圓周的圓以相等的間隔形成，因而製成本發明的電極板 ΰ 其次，爲了評估如上所述地獲得的本發明的電極板 1 〇及傳統電極板的性能，二電極板1 0的每一個附著於 圖3所示的電漿蝕刻設備，而同時製備各具有3 0 0mm ，2 0 〇mm，及1 5 0mm的直徑的三種單晶矽晶圓成 爲在固持板3 4上的要被蝕刻的板件3 6，其中晶圓具有 藉著化學汽相澱積法而形成在鏡光表面上的具有2 ( 微米）的厚度的 S i 0 2膜。對於此三種單晶矽晶圓，S i Ο 2膜根據以下 的條件被蝕刻。 容室被抽空至0.05Pa的氣氛壓力。然後，包含 CHCLF3，CF4，及 Ar 且具有 Ar 爲 300 seem，CHCLF3 爲 15sccm，及 CF4 爲 15 s c c m的比的蝕刻氣體被引入容室2 0內，並且在保持 氣氛壓力爲5 0 P a之下，從高頻率電功率源3 8供應具 有1 . 5 kw的高頻率電功率至用來供應高頻率電功率的 板件4 0，因而在電極板1 0與要被蝕刻的板件3 6的 S i 〇2膜之間產生電漿，並且因而藉著所產生的電漿及餽 刻氣體來對S i 0 2膜執行飩刻1 2 0秒。 在十個位置（A至處測量蝕刻處理後的殘餘 S i 〇 2膜厚度，上述位置包括在任意直徑線上的點以及在 (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) ▼

• 1· H ---丨訂---，------線· 本紙張尺度洎用令國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公t ) -10- Α ΛΑ 0 6 9 A? ___B7五、發明說明（8 ) 亦直 0 成 隔線 間徑 等直 相於 有對 具及 此向 彼方 點徑 各直 , 意 點任 的於 上對 線相 的件 角板 直的 成刻 線蝕 徑被 直’ 對即 樣 A量 從測 且來 並鏡。 ， 微中 份顯1 部子表 四電在 成射示 分透顯 向以果 方而結 的，其 角本， 至 樣度 一 厚 每膜 取02 選 *1 別 分 置 位 S 餘 殘 的 本 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---，-- 線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 >= 297公釐） -11 - 444069 A7 B7 五、發明說明（9 ) 經濟部智慧財產局員'工消費合作社印製 I谳 B w1 it m <N Ο CO 遮 m 酗 _ m CO Ο CO 〇 r—1 _ t o o o a\ CTN o ON ON o *^r i I ο r- ο ο Ο ο cn o cn 〇 1—H o o < 1 o o T__l a\ CT\ o as a\ o 〇\ o _ c 〇 ί c^l ο • * rn ο CPN ◦ οο as ο 工 CO o m o r i o o o o ♦—< 〇\ ON o Os ON o o 1 ο 1—< ο ο ο ΟΝ CTn ο ΟΟ ΟΝ ο ϋ cs o 04 〇 T" _砵 o o t t o o a\ 〇\ o 〇\ ON o OJ o T—H ο ο CTv ο ο οο 〇\ ο οο α\ ο Ρ-. CN o cs o r- 4 o o o 0 1 ON 〇\ o CT\ 〇\ o a\ Os o CTs Ον Ο oo CTv ο 〇〇 〇\ ο οο 〇\ ο οο ΟΝ ο ω CS o T—^ o r- 1 o o r~1 o o a\ o a\ 〇\ o oo a\ o σ\ ο oo σ\ ο 〇〇 CTV Ο οο CTN ο οο 〇\ ο Q CN o • 1 CN o r—ί o o o o ON ON o CTs ON o i—4 o ο ο 1 λ 〇\ 〇\ ο οο CTs ο οο ΟΝ ο οο CT\ Ο υ CN 〇 CO 〇 r—1 o o _..囑 o o r 1 〇\ ON o a\ CTx o 心 o 1'' -1 ο 1 ο ο ι 1 ο ο r-· < οο α\ ο οο Ο m CO o 1"^ cO 0 1 1 o o o o r*-H 〇\ Ov o 〇 CT\ O 0 1 1 ο • i <Ν Ο τ—Η CN Ο Γ—Η σ\ ΟΝ ο α\ ο < 〇 cO 〇 r — 琴 4 o F 1 o ON 〇\ o 〇\ o >'1 4 寸 f—« ο ί—t νΊ Ο 1-*^ ο ο f-4 ο >__ 4 _ Μ 姻 c 姻 艰: 個 翱 w _ 闼 傾 姻 ϋ Μ 個 Μ 械 塚 ^s. ε G 靼 Μ s o o CO o o cs o ο ο CO Ο ο οι Ο to »—4 题 tlfmt w ihiml fpr S ιΜ ΓρΙΓ 瑶 域 m Ί I I I — — — — — — — —--— — — — — — 11 Illlli — — — -I Ϊ ' . (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -12- A7 444 06 9 _____B7 五、發明說明（1〇 ) 從表1所示的結果很淸楚，本發明的電極板在表面的 任何位置之間幾乎不展現任何殘餘S i 0 2膜厚度的改變， 因而可在具有1 5 0 m m的直徑的被蝕刻的板件以及甚至 是在具有3 0 0 m m的較大直徑的板件獲得均勻蝕刻表面 >而在傳統電極板的情況中，被蝕刻的板件的直徑越大， 所造成的殘餘S i 〇2膜厚度的分散越大，並且蝕刻的均勻 性越小，因而難以形成均勻蝕刻表面。 如上所述，本發明的用於電漿蝕刻設備的電極板可令 人滿意地應付半導體裝置的高度積體化，因爲可獲得遍及 蝕刻表面的均勻触刻，甚至是在具有較大表面（較大直徑 )的餓刻表面的情況中。 ----------------^ * 1 I I I I ^--訂·！ .--I--* 線^ 7 * (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 444 069 A8B8C8D8

   該電極板在離開蝕刻表面的一規定距離處相對於f虫刻 表面配置；且 該電極板包含具有鑄造結構的高純度矽，其係藉著垂 直於蝕刻表面的單方向固化而形成’因而可形成均勻蝕刻 表面， 其中被引入電漿触刻設備的飽刻氣體從電極板的小船 垂通孔噴射，並且電漿產生在触刻表面與電極板的表面之 間以執行蝕刻。 .---III-----------ΙΓ (請先閱讀背面之注意事項再^寫本頁)

   經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐> -14 -