专利名称：等离子体处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及等离子体处理装置，特别涉及用于等离子体腐蚀半导体晶片的平行板等离子体处理装置。
当通过平行板(平板电极)等离子体处理装置处理半导体晶片时，如果径向向外地设置在半导体晶片外周边的构件由如陶瓷、石英等的绝缘材料制成，那么等离子体具有位于绝缘构件的径向的内部区域的周边区域。因此，在半导体晶片的中心和周边区域分别产生不同状态的等离子体，导致在半导体晶片的周边区域的等离子体处理性能比半导体晶片的中心区域的等离子体处理性能差。鉴于以上的缺点，已尝试通过在半导体晶片外周边紧邻地径向向外地设置由与半导体晶片的相同材料制成的等离子体扩展构件使不同的等离子体处理性能级别均匀化。
附图的
图1示出了常规平行板等离子体处理装置。如图1所示，常规的平行板等离子体处理装置具有一个等离子体处理室1，包括接地的上电极3，环绕上电极3的上电极绝缘体2，设置在上电极下并与与之平行地延伸作为晶片台支撑其上的半导体晶片8的下电极6，下电极6连接到提供高频电能的高频电源7以由此提供高频电源，环绕下电极6的下电极绝缘体5、下电极6上紧邻径向向外地设置在半导体晶片外周边由半导体材料制成的环形等离子体扩展构件4，用于增加半导体晶片8表面上的等离子处理的均匀性。当半导体晶片8放置在下电极6的表面上时，等离子体产生气体被引入到等离子体处理室1内。等离子体处理室1内的等离子体产生气体的压力稳定之后，高频电源7将高频电能提供到下电极6，在下电极6和上电极3之间产生等离子体。通过如此得到的等离子体腐蚀半导体晶片8的表面。
附图的图2和3示出了分别带不同的等离子扩展部分4-2、4-3的图1所示的等离子体处理装置中用于腐蚀半导体晶片8的等离子体的离子鞘中的各电场强度的分布。
在图2中，等离子扩展部分4-2具有几乎为绝缘构件的大电阻。由于等离子扩展部分4-2，产生等离子体的区域没有完全地延伸到半导体晶片8的外部周边区域，在半导体晶片8的外周边和中心区域上不能提供均匀的电场。因此，半导体晶片8的外周边区域上的腐蚀性能低于半导体晶片8的中心区域上的腐蚀性能。
在图3中，等离子扩展部分4-3的导电性大于等离子扩展部分4-2。由于等离子扩展部分4-3，产生等离子体的区域从半导体晶片8的外周边区域径向地向外延伸到等离子扩展部分4-3上面的区域内。半导体晶片8的中心区域处比半导体晶片8的外周边区域的电场强度低。虽然对半导体晶片8的外周边区域的腐蚀特性提高，但半导体晶片8的中心区域处的腐蚀特性降低。
因此本发明的一个目的是提供一种等离子体处理装置，能够在要处理的半导体晶片的整个表面上产生具有均匀电场强度分布的等离子体，处理半导体晶片时，具有保持不变的稳定的产生区域，所以等离子体处理装置对半导体晶片的整个表面具有有效和均匀的腐蚀能力。
根据本发明，提供一种平行板等离子体处理装置，包括上电极，设置在上电极下面并与之平行延伸的下电极，下电极起支撑其上晶片的半导体晶片台的作用，和设置在下电极上与半导体晶片的外周边区域紧邻的径向向外区域上的等离子体扩展构件，等离子体扩展构件由其电阻在规定范围内的半导体材料制成。
当使用等离子体处理装置处理半导体晶片时，由于等离子体传递的热量，由半导体材料制成的等离子体扩展构件随时间它的指定电阻降低。如果正常温度下等离子体扩展构件的指定电阻很高，那么指定电阻将保持在某个级别以上直到完成半导体晶片的等离子体处理，那么产生等离子体的区域不会延伸到半导体晶片的外周边区域。如果等离子体扩展构件的指定电阻低于另一某个级别，那么由于等离子体扩展构件从下电极穿过电场，所以等离子体扩展构件允许等离子体扩散到比半导体晶片的尺寸大的区域内。根据本发明，等离子体扩展构件具有保持在某个范围内的指定电阻，并具有用于在半导体晶片的整个表面产生均匀和稳定的等离子体的某种形状和结构，由此均匀和有效地腐蚀半导体晶片的整个表面。
参考示出了本发明例子的附图，从下面的说明书中本发明的以上和其它目的、特征和优点将变得很显然。
图1为常规平行板等离子体处理装置的剖面图；图2示出了分别带不同的等离子扩展部分4-2的图1所示的等离子体处理装置中产生的等离子体的离子鞘中的电场强度的分布。
图3示出了分别带不同的等离子扩展部分4-3的图1所示的等离子体处理装置中产生的离子鞘中的电场强度的分布。
图4为根据本发明实施例的平行板等离子体处理装置的剖面图，图中示出了在等离子体处理装置中产生的等离子体的离子鞘中电场强度的分布；以及图5为根据本发明另一实施例的平行板等离子体处理装置的剖面图。
图4示出了根据本发明实施例的平行板等离子体处理装置的剖面。除了等离子体扩展构件，图4所示的平行板等离子体处理装置基本上与图1-3所示的平行板等离子体处理装置相同。在图4中，产生的等离子体的离子鞘内电场强度的分布也在等离子体处理装置中示出。对图4的研究揭示出与图2和3示出的常规装置不同之处在于产生等离子体的区域，即等离子体区，其由半导体晶片8的表面上径向地延伸到等离子扩展构件4-4的表面，这表示等离子体在半导体晶片8的整个表面上均匀和稳定地产生。
根据本发明，图4中由4-4代表的等离子体扩展构件由其电阻在预定的1Ωcm到15Ωcm范围内的硅材料的半导体材料制成。等离子体扩展构件4-4的指定电阻的数值范围在实验结果的基础上确定。如果等离子体扩展构件的指定电阻大于15Ωcm，那么等离子体区不会径向向外全部地延伸到半导体晶片8的外周边区域。相反，如果等离子体扩展构件的指定电阻小于1Ωcm，那么等离子体区将径向向外过量地延伸到半导体晶片8的外周边区域外。无论等离子体扩展构件4-4的指定电阻是否小于1Ωcm或大于15Ωcm，都不会得到从半导体晶片8的中心区域到外周边区域的均匀电场强度分布，如图4所示。等离子体扩展构件4-4包括环绕圆形半导体晶片8的环行等离子体扩展部分。等离子体扩展构件4-4有嵌入半导体晶片8的上表面，所述上表面从紧邻半导体晶片8径向向外延伸。环形等离子体扩展构件4-4宽度为20mm。等离子体扩展构件4-4包括单个单元的环形构件或多个设置为环形的构件。
图5示出了根据本发明另一实施例的平行板等离子体处理装置的剖面。除了具有指定电阻类似于图4所示等离子体扩展构件4-4的等离子体扩展构件4-5外，构件4-5具有薄于半导体晶片8厚度的径向内阶梯形部分。
离子体扩展构件4-5的径向内阶梯形部分延伸到下电极6上半导体晶片8的外周边区域。径向内阶梯形的较薄部分防止下电极6的表面通过半导体晶片8的外周边区域和不具有这种内阶梯形部分的等离子体扩展部分4-5的内圆周区域之间可能产生的空隙暴露于等离子体。
在图4和5示出了每种平行板等离子体处理装置中，下电极6由下电极绝缘体5覆盖，并包括表面阳极氧化的铝板，上电极3由上电极绝缘体覆盖，并包括平行于下电极6的硅板。要处理的半导体晶片8放置在下电极6上。以30sccm(每分钟的标准立方米)和70sccm的分别速率将CF4和CHF3作为等离子体产生气体引入到等离子体处理室1内。等离子体产生气体的压力在等离子体处理室1内稳定之后，具有13.56MHz的震荡频率和1,500W的输出电平的高频电能由高频电源7施加到下电极6，由此在下电极6和上电极3之间的空间内产生等离子体。此时，等离子体在半导体晶片8的表面上产生，也在等离子体扩展部分4-4、4-5的表面上产生。
各种不同等离子体处理装置使用不同的系统施加高频电能。例如，某些等离子体处理装置将高频电能不仅施加到下电极也施加到上电极。然而，本发明的原则是也适用这种不同的等离子体处理装置。
虽然使用指定的术语介绍了本发明的优选实施例，但这些说明仅为图示目的，应该明白在不脱离下面权利要求书的精神或范围内可以做出修改和变形。
权利要求
1．一种平行板等离子体处理装置，包括上电极；设置在上电极下面并与之平行延伸的下电极，所述下电极起半导体晶片台的作用用于支撑其上的晶片；以及设置在下电极上与半导体晶片的外周边区域紧邻的径向向外区域上的等离子体扩展构件，所述等离子体扩展构件由其电阻在规定范围内的半导体材料制成。
2．根据权利要求1的平行板等离子体处理装置，包括所述等离子体扩展构件包括环绕圆形半导体晶片的外周边区域的环形等离子体扩展构件。
3．根据权利要求2的平行板等离子体处理装置，其中所述环形等离子体扩展构件具有嵌入半导体晶片表面的上表面，所述上表面具有从半导体晶片径向向外延伸的一个预定宽度。
4．根据权利要求3的平行板等离子体处理装置，其中所述预定宽度根据在所述上电极和所述下电极之间产生等离子体的区域的范围而确定。
5．根据权利要求4的平行板等离子体处理装置，其中所述环行等离子体扩展构件具有在所述半导体晶片的外周边区域下延伸的径向内部分，由此防止所述下电极暴露于所述上电极和所述下电极之间产生的等离子体。
6．根据权利要求1的平行板等离子体处理装置，其中所述电阻的范围为1Ωcm到15Ωcm。
7．根据权利要求1的平行板等离子体处理装置，其中所述半导体材料包括硅。
全文摘要
平行板等离子体处理装置包括上电极和设置上电极下面并与之平行延伸的下电极。下电极起半导体晶片台的作用用于支撑其上的晶片。等离子体扩展构件在下电极上半导体晶片的外周边区域上紧邻径向向外地设置。等离子体扩展构件由其电阻保持在规定范围内的半导体材料制成。等离子体在上和下电极之间产生,并稳定在覆盖半导体晶片的整个表面的区域。
文档编号H01L21/302GK1226740SQ9812655
公开日1999年8月25日 申请日期1998年12月25日 优先权日1997年12月25日
发明者松村浩 申请人:日本电气株式会社