TW452839B - Silicon electrode plate - Google Patents

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4 5283 A7 __B7__ 五、發明說明（1 ) 發明所屬的技術領域 本發明係有關例如半導體裝置製造步驟之乾蝕刻裝置 所用的電漿蝕刻用電極。 習知技術 於半導體裝置步驟之一，係有乾蝕刻步驟作爲於矽晶 圓上形成電路圖案之一步驟。其中例如在平行平板型之電 漿蝕刻裝置，配置著下部電極側處理的矽晶圓，於與爲使 與此平行的反應氣體流通而用的多數路徑細孔之上部電極 之間，使發生高頻電漿，進行矽晶圓之蝕刻。此種情形1 此上部電極係在矽晶圓之蝕刻時其本身亦藉由電漿遭受著 触刻。 向來，於上部電極上，如日本特開昭5 7 — 1 8 5 9 8 2號公報等所示般，係使用有導電性、化學安 定性優越、較少有金屬雜質污染矽晶圓的經予高純度化的 石墨材料。然而，石墨材料因係由骨材及基質而成的粒子 之集合體，故藉由利用電漿之蝕刻，構成粒子會脫落，消 耗變大，粒子會落至經予處理的矽晶圓上，有成爲形成電 路圖案之障礙等的問題。爲解決此種問題近年來如日本特 開昭6 2 - 1 0 9 3 1 7號公報等所示般，乃成爲於上部 電極上使用玻璃狀碳。 然而，即使於上部電極上使用玻璃狀碳’亦未能防止 對矽晶圓之污染。在半導體裝置之製造，由於污染之沾污 矽晶圓，會引起特性之劣化，成爲裝置之良品率降低的原 — ill-----———rL J ----II — — — — — — — — ^ (請先閲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裂 本纸張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格（2〗0 * 297公釐） -4- I.W 4 2 8 3 ? A7 __B7___ 五、發明說明（2 ) 因。因此由成爲污染之原因的玻璃狀碳，應將上部電極之 材質變更成與矽晶圓相同者之單晶矽，已如曰本特開昭 '6 2 — 8 5 4 3 0號公報或特開平2 - 2 0 0 1 8號公報 、特開平6 - 1 7 7 0 7 6號公報、特開平7 — 335635號公報、特開平9-129605號公報、 特開平1 0_ 1 7 3 9 3號公報所提出者。 發明所欲解決的課題 然而，在單晶矽上製作上部電極，即使整體上保持高 純度，於已薄切單晶矽錠的單晶矽板上進行穿設微細孔； 加工之際，爲施加放電加工或超音波加工、鑽石鑽頭加工 等，故於微細孔內部等不能避免雜質附著。又硏磨時，來 自硏磨機之雜質亦不能避免的附著於上部電極之表面上， 此等係亦由各自的加工裝置所使用的材料或工具等發生之 雜質，主要爲重金屬之雜質。此種重金屬之雜質，即使爲 微量，於半導體裝置步驟，成爲重大的問題。亦即，若將 正附著有雜質之上部電極保持原狀的使用時，則此雜質會 落下並落於矽晶圓上，會生成引起矽晶圓上所製作的半導 體裝置之良品率降低的問題。 又，已附著於此等上部電極的重金屬之雜質，不止於 僅附著於矽電極板之表面上，亦擴散至其內部，使發生缺 陷的問題。 此種重金屬之雜質，係切割有附著雜質之矽電極板， 於此裂斷面上施加無水蝕刻（Secco etching )等，若以 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝----—訂--------綠- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中囤國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） -5- 528 3: A7 _B7__ 五、發明說明（3 ) 顯微鏡觀察時可確認出成爲較小的鑽孔。 因此，由此雜質引起的矽電極板表層部之缺陷，亦於 矽電極板之使用時爲發生不適合的原因。若詳述此不適合 時，則首先矽電極板係隨著使用其本身亦利用電漿接受蝕 刻使表面消耗著。此時，由矽電極板表層部之雜質引起的 缺陷係蝕刻速度加快且成爲鑽頭。再者，矽電極板之接近 電漿的部分，係因電漿而成爲高溫》由前述的雜質引起的 缺陷部之小鑽孔由於此高溫化會集結，成爲大至目視可確 認的大鑽孔。矽電極板若消耗時，則此大鑽孔會露出，恰 似成爲表面呈祖糙的狀態。此矽電極板之表面若發生粗糙 時，則於經予電漿蝕刻處理的矽晶圓，此粗糙的形狀亦會 被轉印。此粗糙的形狀之轉印，亦即對蝕刻率會賦予差異 *而成爲經予製作於矽晶圓之裝置之良品率降低的原因。 本發明係有鑑於此種問題點而完成者，於電漿蝕刻裝 置上由被使用作上部電極之單晶矽而成的矽電極板，提供 可防止招致重金屬等的雜質之附著的不適合之電極板爲目 的。 解決課題而採的手段 爲達成上述目的，本發明之申請專利範圍第1項之發 明，係於電漿蝕刻裝置由被使用作上部電極之單晶矽而成 的矽電極板，以該矽電極板所含有的晶格間氧濃度爲 5 X 1 0 1 7 a toms/cm3以上，1 . 5χ1018 a t oms/cm3以下爲特徵的矽電極扳。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝----II--訂---------# 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 X 297公釐） -6- 4 528 3「 A7 _B7_ 五、發明說明（4 ) 如此，包含於矽電極板上的晶格間氧濃度爲 5xl017a toms/cm3以上 1 . 5x10 a t oms/cm3以下之矽電極體，例如若使用作電漿蝕 刻裝置之上部電極時，則因高溫下電極板之主體（bulk ) 部有足夠量的氧析出，故捕捉已附著於矽電極板之重金屬 等的雜質之所謂本質除氣（Intrinsic gettering作用 I G作用）後可予足夠獲得的。因此，由於此電極板係具 有除氣作用，係可防止該已附著的雜質落下至被處理物之 矽晶圓等的不適合。再者矽電極板表層部之缺陷亦藉由此 除氣效果^予抑制，其結果於表面上發生的粗糙度亦變成 可予降低。再者，若爲上述範圍之氧濃度時，由於使用中 過量的氧析出，不發生◦ S F (氧化引起層合缺陷）等的 歸因氧析出之缺陷，以其爲原因亦可防止發生於電極板表 面之粗糙。因此，亦無轉印至此等的面粗糙經予處理的矽 晶圓上。 又，此情形，矽電極板之氮濃度宜爲5 X 1 013 a t oms/cm3以上，5xl015a t oms/ cm3 以下。 如此，矽電極板之氮濃度若爲5xl013a t oms /cm 3以上，5x1 015a t oms/cm3 以下時，， 則在矽電極板之主體部的氧析出係可予適度的促進，可強 力促成更進一步的除氣作用。 再者，此情形，矽電極板之表面係以經予蝕刻處理爲 宜。 本紙張尺度適用争國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------I I I I I V ^ · ----- 豪—訂 ----- - -錄 (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 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 9 n s · 、一 w A7 _B7__ 五、發明說明（5) 如此，砂電極板之表面若爲經予触刻處理者時，則可 去除矽電極板之製造加工時發生的加工受損層*可去除矽 電極板表面之粗糙，可防止粗糙的形狀經予轉印至被處理 物之矽晶圓的所謂不適合= 以下再詳細說明本發明。 本發明係於電漿蝕刻裝置•對由例如被使用作上部電 極之單晶矽而成的矽電極板，藉由將該矽電極板含有的晶 格間氧濃度等設成最適値，於矽電極板上賦與足夠的除氣 作用，其結果基於可防止由於招致重金屬等的雜質之附著 至矽電極板之不適合的見解，確查各種條件以至完成本發 明。 亦即，若使用含有適當晶格間濃度之矽電極板於電漿 蝕刻裝置時，則由於接近高溫的電漿，矽電極板會成爲高 溫。如此則所含有的晶格間氧會析出並形成析出物，成爲 具有除氣作用，因此已附著於矽電極板之重金屬等的雜質 或電極板表面部之缺陷，爲矽電極板之主體部中的除氣凹 入（geuering sink )所捕捉，結果於電極板表面上發生 的粗糙亦予降低的。 長久以來，由於晶格間氧引起的氧析出引起的主體缺 陷係爲人已知成爲在本質除氣之有效的除氣凹入。因此本 發明人等乃對是否能將對此裝置製作所利用的除氣應用於 電漿蝕刻裝置之矽電極板予以構思*對晶格間氧濃度及除 氣效果間之關係，進行各種實驗、調查。 其結果，矽電極板之晶格間氧濃度若爲5 X 1 0 1 7 -----------~」裝--------訂--I------^ (請先閱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） -8 - 4 5283 A7 ____B7 五、發明說明（6 ) <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) a t oms/cm3以上時，則使用電極板時發生適量的氧 析出，得知可得足夠的除氣作用。然而’晶格間氧濃度爲 較 1 5xlOI8atoms/cm3大時，有 OSF ( 氧化引起層合缺陷）等歸因氧析出的缺陷會發生的情形， 因此於矽電極板表面上有生成面粗糙的情形。因此矽電極 板之晶格間氧濃度設成5 X 1 017a t om s/cm3以 上，1 · 5xl018a toms / cm3 以下。 又.，矽單晶中的氮原子，已知有使氧析出促進的效果 (例如 F. Shimura and R. S. Hockett, Appl. Phys. Lett. 48，224，1986)。因此，本發明人等係藉由使 矽電極板含有適量氮，乃構思出使在矽電極板主體部之氧 析出促進，再者可得有效的除氣效果。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明人等，對矽電極板中之氮濃度及除氣作用間之 關係亦進行實驗，調査時，矽電極板中之氮濃度若爲5 X 1 0 1 3 a t oms/cm3以上時，則可充分獲得能促進 氧析出之效果，得知可獲得較有效的除氣作用。然而若超 過5xlOl3a t oms/cm3時，則由於過量的氧析 出，0 S F等的歸因氧析出之缺陷會大量發生，於矽電極 板表面上亦有生成面粗糙的情形。再者，若氮濃度超過矽 單晶中之固溶界限的5xl015a t oms/cm3時， 則以查克拉斯基（C Z )法使構成電極板之矽單晶成長之 際，亦有矽單晶之單結晶化本身受妨礙的情形。因此，本 發明人等係將矽電極板之較佳的氮濃度設成5 X 1 0 1 3 a t oms/cm3以上 5xl〇lsa t oms/cm3 以 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ，5 2 8 3 A7 B7 五、發明說明（7) 下。 本發明係基於以上的見解，經精心硏究之結果，以至 完成本發明。 發明之實施形態 以下說明本發明之實施形態，惟本發明並非受此等所 限定者。 本發明之矽電極板所含有的晶格間氧濃度，若能進入 5><1017a t oms/cm3 以上至 1 · 5xl018 a t o m s / c m 3以下的範圍時即可5欲將此晶格間氧濃 度設成此範圍時，係如下所述般進行。 以C Z法提拉構成矽電極板之單晶矽錠之際，最初將 原料多晶矽熔融並製作矽之熔融液。欲熔融此矽，一般係 使用石英製坩堝，惟在此石英坩渦內若熔融矽時，則與此 矽熔融液接近的石英坩堝之表面會於矽熔融液熔出1並混 入氧。因此，由此矽熔液提拉矽錠之際，藉由調整坩堝之 旋轉數，可控制於矽熔液中熔出混入的氧量，可簡單的調 整矽單晶之晶格間氧濃度。 其他亦藉由導入室內的氣體流量之增減，氣圍氣壓之 高低、坩堝內之矽熔液之溫度分布及對流之調整等的手段 ，可簡單的設成上述氧濃度範圍。 又，於本發明之矽電極扳所含有的氮濃度，宜爲設成 進入 5xl〇13a t oms/cm3以上，5X1015 a t 〇m S/Cm3以下的範圍內。雖爲使此氮氣混入的方 — — — — — — — — — — — — ' > 11 I--— I ^ --------- (請先閱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*297公釐） -10- ^ 523 3 A7 ___B7_ 五、發明說明（8) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 法I惟於矽晶圓上以CVD法等形成氮化膜，藉由將已附 有此氮化膜之矽晶圓與原料之多晶矽同時放入石英坩堝內 並使熔融，可予混入。於設成前述的氮濃度之範圍時’若 將已附於進入原料之矽晶圓上的氮化膜之量適當調查時即 可。若如此進行時，則可極正確的調整氮濃度。 其他亦藉由將氮化物本身投入矽熔液中，或將氣圍氣 作成含氮之氣圍氣等，可摻雜氮於提拉的單晶矽中。此情 形亦藉由調整氮化物之量或氮氣之濃度或導入時間等，可 控制單晶矽中的摻雜量。 如此，可製造具有所期待的晶格間氧濃度及氮濃度之 單矽錠。 因此，對如此製作的單晶矽錠，進行薄切加工至所期 待的厚度，選擇微細孔或安裝孔、外周加工等的成形加工 、硏磨表面之硏磨加工等，適當最適的加工方法，製造出 由單晶矽而成的矽電極板。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此情形，矽電極板之表面以經予蝕刻處理爲宜。此係 在上述微細孔或安裝孔之穿設，或表面硏磨等的加工之際 ，有加工受損層正殘存於矽電極板之表面上的情形，此等 即成爲矽電極板表面之面粗糙的原因，會使於非處理物之 矽晶圓上轉印出此電極板之表面的粗糙之形狀所致。 因此，藉由鈾刻處理砂電極板之表面，可去除殘存於 電極板表面上的加工受損層。此蝕刻處理，若爲可蝕刻矽 電極板表面者時，則以酸蝕刻或鹼蝕刻等者時即可。再者 ，矽電極板之製造步驟中’爲使已附著於其表面上的雜質 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) -11 - ' 經濟部智慧財產局員工消費入η作社印製 A7 B7 五、發明說明（9 ) 掉落，若施以已採用適當酸蝕刻或鹼蝕刻的淸洗時，則更 佳。具體而言，可舉出HF+HN〇3+CH3C〇OH等 的混酸，NaOH、 KOH之水溶液等》 如此，可得本發明之矽電極板。此矽電極板係例如由 第1圖所示的單晶矽而成的砂電極板1 ，於砂電極板1之 中央部穿設有多數的微細孔a ，於矽電極板1之周圍部穿 設有供安裝於電漿蝕刻裝置而用的安裝孔S。 因此1此種本發明之矽電極板1，係於第2圖所示的 電漿蝕刻裝置1 0，介由安裝孔s以小螺釘1 6予以安裝 並使用。 此電漿蝕刻裝置1 0，係具有使氣體導入系1 2及排 出系13連接的室11 ，及經予設置於此室11內且被連 接至高頻電源之下部電極1 4，及與此相對向的矽電極板 1 ，此矽電極板1 ，係介由前述安裝孔s被安裝至通過氣 體導入系1 2之內部氣體容器1 5之下面，同時通過氣體 導入系1 2並被送入內部氣體容器1 5之下面，同時通過 氣體導入系12並被送入內部氣體容器15內的反應氣體 ，係成爲通過微細孔a並予噴出至下方。 因此，於經予施加高頻電功之下部電極1 4上載置經 予處理的矽晶圓W，在與相對向的矽電極板1之間使發生 電漿，作成能蝕刻處理矽晶圓W之表面。 於此蝕刻處理時，本發明之矽電極板1 ，因其晶格間 氧濃度爲適當値，故具有足夠的除氣作用。因此，在製造 加工步驟於表面上附著有重金屬等的雜質，或即使在電漿 -------- —^ -裝 ----ί — 訂-------- -線 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中圉國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -12- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ____B7_ 五、發明說明（1〇) 蝕刻裝置內發生重金屬之污染，亦可將重金屬等的雜質包 圍入該電極板1之主體部。因此，可防止雜質掉落至矽晶 圓W上之受污染的不適當。 再者，本發明之矽電極板1因亦可防止矽電極板之表 層部之缺陷，故即使長期繼續使用矽電極板1 ，亦可防止 於電極板1之表面上生成粗糙。因此，可防止電極板1之 粗糙經予轉印至矽晶圓W上，亦可防止對蝕刻率賦予差別 實施例 其次說明本發明之實施例及比較例。 (實施例1〜4、比較例1〜4 ) 依以下的方法，製造第1圖所示的矽電極板。 利用C Z法，於直徑3 6英吋之石英坩堝內，加入原 料多晶矽，提拉8根直徑12英吋之P型0.1Ω· cm 之結晶棒。不論何種結晶，均控制提拉中的坩堝旋轉數， 使單晶中的氧濃度變化並予提拉。又，不論何種結晶，於 原料中事先投入具有厚度不同的氮化矽膜之矽晶圓，並使 單結晶中的氮濃度變化並予提拉。 將上述提拉的8根直徑約3 0 0 m m之單晶矽錠予以 圓筒硏磨後，薄切成厚度6 mm之電極板材料，同時將外 周倒沟加工以製作直徑2 8 0 m m之材料。於此電極板材 料之外周部上，於中央部穿設供氣體噴出而用的微小孔。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公蹵） •13- ------J I I — I -------—訂------I--姨 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 9 3 8 2 5 A7B7 五、發明說明（11) 其後，藉由HF + HNO3+CH3COOH施加触刻至此 等矽電極板之表面*去除由加工生成的受損層。 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 將如此而得的八種類矽電極板安裝於第2圖所示的電 漿蝕刻裝置，施加乾蝕至矽晶圓上，對該時之矽晶圓之污 染狀態，使用後的矽電極板之表面面粗糙狀態進行評估。 測定結果示於表1 〔表1〕

晶格間氧濃度 (atoms/cm3 ) 氮量 (atoms/cm3) 晶圓污 染狀態 矽電極板 表面面粗 糙狀態 實施例1 5 X 1017 1 X 10 丨3 〇 〇 實施例2 1.5 X 10'8 1 X 1013 〇 〇 實施例3 5 X 10 丨7 5 X 1013 ◎ ◎ 實施例4 1.5X 1018 5 X 1015 ◎ ◎ 比較例1 4.9X 1017 IX 10" X X 比較例2 1.6X !0'8 1 X 1013 Δ X 比較例3 4.9x 10'7 4.9 X 1 0'3 X X 比較例4 1.6x 101S 5.1 X 1015 △ X 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於表1，實施例1〜4係採用本發明之矽電極板，進 行蝕刻的結果，比較例1〜4係氧或氮濃度在本發明之矽 電極板的結果。於表1，晶圓污染狀態之評估係如下所述 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） 5283 9 A7 _B7__ 五、發明說明（12) 般進行並以下述判斷基準記入，矽電極板之污染，係以給 予晶圓之影響非常大者表示成X，較大者表示成△，無問 題之較少者爲〇，幾乎未被發現者以◎表示，又對於矽電 極板之表面上發生表面粗糙的程度非常多者表示成X，較 多者表示成A，無問題的較少者表示成〇，幾乎未被發現 者以◎表示。 由表1之結果，由實施例1〜4，矽電極板內含有的 晶格間氧濃度爲5 X 1 0 1 7 a t 〇 m s / c m 3以上 1 . 5xl018a t oms/cm3以下的本發明之矽電 極扳，得知可減少對被處理物之晶圓的污染。又矽電極板 表面之面粗糙度亦可減少。亦即可得知防止由於面粗糙度 之轉印引起的蝕刻率之分散性等。 尤其，如實施例3及實施例4，若使矽電極板含有適 量的氮時，則得知可再減少矽電極板表面之面粗糙度。 另一方面，如比較例1〜4所示，本發明外之矽電極 板得知矽電極板之表面面粗糙度對晶圓之影響較大。矽電 極扳之表面面粗糙度狀態亦惡劣，矽電極板之面粗糙度會 轉印至晶圓上，可預想到在蝕刻率上會生成分散性。 且，本發明並非受上述實施形態所限定者。上述實施 形態，係例示的，與本發明之申請專利範圍所記載的技術 思想具有實質上相同的構成，達成同樣的作用效果者，不 論何者均亦包含於本發明之技術性範圍內。 發明之功效 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -15- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 ----訂---------梦.*- 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 528 3； A7 ________B7_____ 五、發明說明（13 ) <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 如上述般，在本發明’於電漿蝕刻裝置’由被使用作 上部電極之單晶矽而成的矽電極板1該矽電極板所含有的 晶格間氧濃度設爲5 X 1 〇 1 7 a t 〇 m s / c m 3以上 I . 5xl018a toms/cm3以下，可對矽電極板 賦與足夠的排氣效果。因此，可防止以重金屬等雜質等爲 原因生成的不適合，可謀求半導體裝置製造之良品率提高 〇 圖面之簡單說明： 第1圖示本發明有關砂電極板之一例的平面圖。 第2圖示適用本發明矽電極板之電漿蝕刻裝置的一例 0 圖號之說明 1……矽電極板 10……電漿蝕刻裝置 II ......室 12……氣體導入系 13……氣體排出系 14 ......下部電極 15……內部氣體容器 16……小 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 螺釘 W ......砂晶圓 a ......微細孔 s ......安裝孔 -16- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 4 528 3 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 · ~種矽電極板，其特徵在於電漿蝕刻裝置內被使 作_h部電極之單晶矽而成的矽電極板，於該矽電極扳內 含有的晶格間氧濃度爲5xl〇i7a t oms/cm3以 上 ’ 1 · 5xi〇18a t oms/cm3 以下。 2 ·如申請專利範圍第1項之矽電極板，其中氮濃度 爲 5xl〇13a t oms/cm3以上，5xl015 a t 〇ms/cm3以下。 3 ·如申請專利範圍第i項或第2項之矽電極板，其 中表面係經予鈾刻處理。 i衣 訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁〕 經濟部智葸时度局員工消脅合作钍印製 本紙張尺度逋用中國®家標準（CNS ) A4说格（210X297公釐） -17-