等离子体处理的制作方法

专利名称：等离子体处理的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体领域中的一种等离子体处理方法，更确切地说，对基底进行等离子体处理时，在真空处理室的内壁上会形成不需要的薄膜，本发明涉及一种清除这种薄膜的等离子体处理方法。
背景技术：
作为半导体基底的等离子体处理装置，活性离子蚀刻(RIE)装置是公知的。在RIE装置中，当施加负电位时，采用一种高频电源，对一种活性气体(蚀刻气体)放电，从而产生等离子体，等离子体中的离子垂直撞击晶片的表面，以物理方式和化学方式蚀刻晶片。
要在绝缘膜中形成一个通孔时，一种含碳氟化合物的气体用作蚀刻气体。更确切地说，使用一种具有良好选择比例的蚀刻气体，防止暴露在通孔底部的金属布线层受到蚀刻。通常使用含CHF3或C4F8的气体。
使用这样一种蚀刻气体进行绝缘膜的RIE处理时，蚀刻气体在等离子体内部分解，产生碳氟化合物和碳，沉积在真空室的内壁上。用RIE处理绝缘膜时产生的反应产物的一部分，也会沉积在真空室的内壁上。
这些碳氟化合物、碳和反应产物沉积在真空室的内壁上，逐渐变厚，形成含碳氟化合物的薄膜(下文称为“沉积膜”)。
当沉积膜的厚度达到一个预定厚度时，就会从内壁上剥落下来，从而造成微粒问题。当前，为了事先预防这种微粒问题的产生，通常在沉积膜达到预定厚度之前，就清洁真空室。更确切地说，真空室要打开并暴露在空气中，进行液体清洗。
绝缘膜的RIE处理有多种类型。所以，根据需要选择不同的气体。例如，在金属镶嵌过程中，为形成布线槽而进行RIE处理时，使用的气体就不同于为提供通孔而进行RIE处理时所用的气体。
金属镶嵌过程是近期才投入使用的一种过程。金属镶嵌过程为，在绝缘膜表面由RIE形成布线槽，在整个表面上沉积一层金属膜以掩埋布线槽，再采用CMP(化学机械抛光)消除布线槽以外不需要的金属膜。
在金属镶嵌过程中，布线槽的图案务必精确，因为布线槽的图案决定了布线层的图案。所以，与形成通孔的RIE处理不同，形成布线槽的RIE处理中选择的气体，在分解时只产生少量的碳氟化合物和碳。
如果选择的气体不同，在真空室内壁上形成的沉积膜成分自然也不同。在同一个真空室中采用气体进行不同的RIE处理时，会沉积若干沉积膜组成的重叠膜，每一层沉积膜的成分与其它层有很大的差异，按照热胀特性的差异，每一层沉积膜都有一种剥离条件，在这种条件下，重叠膜在短期内就会剥落，从而造成有害的微粒问题。所以，并非只有超过预定厚度时，才会发生沉积膜剥落。
为了避免上述问题，RIE装置的处理目的受到了限制，必须考虑到所用气体的成分和沉积膜的品质。
更进一步，当每一步所用的气体成分差异很大时，前一步形成的沉积膜释放的有害气体可能影响下一步处理。所以，同实际处理所需处理步骤的数目相比，有必要准备更多的RIE装置。
为了克服上述的多种问题，在一个RIE处理步骤结束之后另一个RIE处理步骤开始之前，采用等离子体消除真空室内壁上的沉积膜(等离子体清洁)。然而，采用这种方式消除沉积膜需要很长时间。因此这种等离子体清洁被视为不切实际的方法。

发明内容
根据本发明的一个实施例，提供一种等离子体处理方法，包括在一个有内壁的真空室中放置要处理的基底；对基底进行等离子体处理时，在内壁设置为第一种温度；以及采用等离子体清洁内壁时，内壁设置为高于第一种温度的第二种温度。
根据本发明的另一个实施例，提供一种等离子体处理方法，包括在一个真空室中放置要进行等离子体处理的基底；向真空室中引入一种气体，增加这种气体的压力；以及从真空室中排出气体以降低真空室中气体的压力，从而绝热地冷却真空室。
根据本发明的再一个实施例，提供一种等离子体处理方法，包括在一个有内壁的真空室中放置要处理的基底，对基底进行等离子体处理时，在内壁设置为第一种温度；清洁内壁时，设置内壁的温度为高于第一种温度的第二种温度。
向真空室中引入一种气体，增加这种气体的压力；以及从真空室中排出气体以降低气体的压力，从而绝热地冷却真空室。
附图简要说明

图1是一条特征曲线，表示当真空室的内壁温度为60℃时，CO释放强度与清洁时间之间的关系；图2是一条特征曲线，表示当真空室的内壁温度分别为110℃和150℃时，CO释放强度与清洁时间之间的关系；图3是一条特征曲线，表示当真空室中引入预先加热的气体时，CO释放强度与清洁时间之间的关系；图4为依据本发明的一个实施例，一个等离子体处理装置的示意图；图5为要处理之基底的截面图；以及图6为本发明与现有技术的清洁效果对比图。
具体实施例方式
现在参考附图讲解本发明的一个实施例。
发明者完成了下列实验，采用等离子体高效率地消除真空室内壁上的沉积膜。
首先，将一个硅晶片放置在平行板RIE装置的电极上，在下列沉积条件下，通过应用等离子体(第一次等离子体处理)在真空室内壁上人工地沉积一层薄膜压力 100mTorr，电极上施加的高频电源 1500W和13.56MHz，提供的气体C4F8∶CO∶Ar∶O2，流量为15SCCM∶50SCCM∶200SCCM∶5SCCM，电极温度 40℃，真空室内壁温度 60℃，放电时间 2小时内壁上沉积了薄膜之后，向真空室内引入气体O2。对气体O2放电产生等离子体。在下列消除条件下试验消除沉积膜压力 150mTorr，电源 2000W，13.56MHz，电极温度 40℃，真空室内壁温度 60℃，在真空室内壁上形成的沉积膜，其主要成分是碳(C)。所以，通过真空室壁上形成的夸脱窗，核实CO释放(CO强度)消失后，停止等离子体清洁过程。在上述条件下消除沉积膜时，在大约12分钟后CO释放消失，如图1所示。
同样沉积条件下形成的沉积膜，在不同的消除条件下进行消除，其消除条件与上述消除条件基本相同，不过内壁温度设置为110℃。在这种情况下，短时间(大约2分钟)内CO释放强度就消失了。在内壁温度设置为150℃的情况下，短时间(大约1分钟)内CO释放强度就消失了，如图2所示。
为了向真空室引入预先加热的气体(气体O2)，连接到真空室的一条管线被加热并保持在150℃。从150℃的管线向真空室引入加热后的O2气，再放电以产生等离子体。然后，在下列消除条件下采用等离子体消除沉积膜压力 150mTorr，电源 2000W，13.56MHz，电极温度 40℃，真空室内壁温度 60℃，这时，在真空室的入口处O2气的温度大约为120℃。进行清洁大约3分钟后，CO释放强度几乎完全消失了，如图3所示。所以发现了等离子体清洁能够实现短时间内消除沉积膜。
如此加热后的真空室，为了高效率地冷却，采用了绝热冷却。更确切地说，向真空室中引入N2气，直到气压达10Torr。引入N2气停止之后，打开一个排放阀，排空N2气。大约2秒钟后，N2气的压力降低至4mTorr，真空室内壁的温度降低大约4℃。
如上所述，通过短时间内降低内壁的温度，可以缩短从等离子体清洁到下一次等离子体处理(第二次等离子体处理)的转换时间，从而提高生产率。
在这种情况下，在排空过程中关闭加热真空室中基底的加热器，并且停止连接到真空室的涡轮分子泵。不过，如果不进行这种操作，而是真空室的内壁自然冷却，使真空室温度降低4℃需要3分钟。
现在更明确地讲解一个实施例。
图4为一个等离子体处理装置的示意图。真空室1包括一个电极3，上面放置要处理的基底2。电极3有一个加热器4，控制基底2的温度。电极3通过隔直流电容器5连接到一个高频电源6。真空室1接地，同时用作相反电极。由高频电源6向真空室1和电极3之间施加13.56MHz的高频。
此外，分别通过气体供应管线7a、7b、阀门8a、8b和流量控制器9a、9b，以预定的流量和压力向真空室1供应处理气体。如上所示，向真空室1分开供应RIE处理气体和清洁气体。
围绕着气体供应管线7b设置了加热器10，为清洁沉积膜的气体加热。加热器10连接到电源11。另外，围绕真空室1也有一个加热器，加热其内壁。
图5展示要处理的基底2。基底2的形成过程如下。首先，采用降压CVD在硅基底(未显示)上沉积厚度为100nm的二氧化硅膜21，形成层间绝缘膜。然后，形成金属布线层(由Ti膜22、TN膜23、Al膜24、TiN膜25和Ti膜26组成)，并采用降压CVD方法沉积900nm厚的层间绝缘膜27，覆盖金属布线层的整个表面。然后，进行CMP，磨平层间绝缘膜27的不平坦表面。最后，为了形成到达金属布线层的通孔，在层间绝缘膜27上形成光致抗蚀剂图案28。
随后，在图4所示的等离子体处理装置中，以光致抗蚀剂图案28作为掩模，蚀刻层间绝缘膜27。结果，在层间绝缘膜27中形成了到达金属布线层的通孔。
在下列蚀刻条件下完成蚀刻提供的气体 C4F8∶CO∶Ar∶O2，流量为15SCCM∶50SCCM∶200SCCM∶5SCCM，压力 45mTorr，基底2的温度 40℃，电极3上施加的电源1500W，13.56MHz通过气体供应管线7a供应C4F8∶CO∶Ar∶O2混合气体。
每处理24个基底2，就向真空室1引入由加热器10预先加热的O2气。对如此引入的O2气放电，产生等离子体，从而消除沉积膜。引入O2气是通过气体供应管线7b。可以采用绝热压缩加热O2气。在这种情况下，最好由加热器10同时加热O2供应管线。
清洁条件如下加热器4加热之基底2的温度120℃，
O2气的流量1000SCCM，压力 150mTorr，电源 2000W，13.56MHz，真空室1内壁温度110℃，由于CO释放强度受到监控，CO释放强度消失需要42秒钟。清洁持续84秒钟，为CO释放强度消失时间的两倍。
使真空室1的内壁温度从60℃提高到110℃需要90秒钟。真空室1的内壁加热到110℃消除沉积膜之后，真空室1又冷却到通常的温度60℃，处理基底。在这种情况下，沉积膜消除之后，真空室1一度排空然后引入N2气，增加压力到10Torr。随后打开阀门8a和8b，排空气体，使压力达到5mTorr。向真空室1引入N2气，增加压力到10Torr或更高(P1)，需要大约15秒钟。(打开排空阀之后)排空室内气体到压力5mTorr(P2)，需要大约2秒钟。也就是在2秒钟之内P1和P2就满足了P1＞100·P2。
在大约2分钟之内，冷却过程重复7次。结果，真空室1内壁的温度从110℃降低到65℃。采用绝热冷却，真空室1内的多种部件冷却的效率更高。
在这个例子中，冷却过程重复了7次。冷却过程的条件(P1、P2、排空时间)可以相应改变，以在一次操作中使真空室足够冷却。
这种绝热冷却需要高真空。所以，当真空室1配备了涡轮分子泵(未显示)时，为了防止向涡轮分子泵持续不断地引入大量气体，最好停止涡轮分子泵或者提供一条旁路管线。
一般说来，连续处理基底大约70小时后，沉积膜会剥落，产生有害的微尘。在这种情况下，如果依照本实施例进行等离子体清洁，有可能在超过400小时的RF放电时间(等离子体处理时间)内防止微尘(微粒尺寸大于0.2μm)产生，如图6所示。
真空室的液体清洁通常大约每70小时就要进行一次。一旦液体清洁结束而真空室仍然暴露在空气中，使真空室恢复正常条件需要大约7小时。如果采用本发明的等离子体清洁，真空室的清洁周期可以延长6倍。同时，真空室的停机时间也可以减少42小时。
假设本发明的等离子体清洁每90分钟(处理24个基底所需时间)进行一次，清洁操作的次数为400小时(24000分钟)/90分钟＝266.66如果一次清洁操作需要5分钟，总的清洁时间为5分钟×266.66次＝1333.3分钟(大约22小时)结果，依照本发明，等离子体处理装置的停机时间为常规装置所需时间的一半。
在等离子体清洁完成之后，进行正常等离子体处理时，真空处理装置1内壁的温度必须降低。内壁温度的降低是采用先增加真空室1的内部压力，再突然降低压力(称为绝热冷却)。不过，降低温度也可以采用冷却水。如果采用液氮作为制冷剂，真空室1的冷却效率会更高。
按照本实施例，采用等离子体处理基底之后，真空室内壁的温度设置为高于等离子体处理时的温度，例如高10℃或更多，从而进行真空室的等离子体清洁。所以，可以缩短真空室内壁上形成的沉积膜的消除时间。
上面讲解了本发明的实施例。然而，本发明将不受该实施例限制。本发明是应用于等离子体蚀刻，尤其是RIE。不过本发明也可以应用于其它等离子体处理，比如等离子体CVD。
权利要求
1.一种等离子体处理方法，包括在一个有内壁的真空室中放置要处理的基底；对所述基底进行等离子体处理时，所述内壁设置为第一种温度；以及采用等离子体清洁所述内壁时，所述内壁设置为高于所述第一种温度的第二种温度。
2.根据权利要求1的等离子体处理方法，其特征在于，所述第二种温度为110℃或更高。
3.根据权利要求1的等离子体处理方法，其特征在于，向所述真空室引入O2气，采用所述O2气的等离子体清洁所述内壁。
4.根据权利要求3的等离子体处理方法，其特征在于，所述O2气被加热并被引入所述真空室。
5.根据权利要求1的等离子体处理方法，进一步包括，对所述基底进行第二次等离子体处理时，所述内壁设置为低于所述第二种温度的温度。
6.根据权利要求5的等离子体处理方法，其特征在于，所述第二种温度为110℃或更高。
7.根据权利要求4的等离子体处理方法，其特征在于，加热所述O2气采用绝热压缩实施。
8.一种等离子体处理方法，包括在一个真空室中放置要进行等离子体处理的基底；向所述真空室中引入一种气体，增加所述气体的压力；以及从所述真空室中排出所述气体以降低所述真空室中所述气体的压力，从而绝热地冷却所述真空室。
9.根据权利要求8的等离子体处理方法，其特征在于，所述气体为N2气。
10.根据权利要求8的等离子体处理方法，其特征在于，快速排空所述气体，在2秒钟之内满足以下关系P1＞100·P2其中P1为所述气体引入时的压力，P2为所述气体排空时的压力。
11.根据权利要求8的等离子体处理方法，其特征在于，在所述气体引入所述真空室之前，所述真空室曾经用真空抽吸法完全排空。
12.根据权利要求8的等离子体处理方法，其特征在于，引入和排空所述气体的操作重复几次。
13.一种等离子体处理方法，包括在一个有内壁的真空室中放置要处理的基底；对所述基底进行等离子体处理时，所述内壁设置为第一种温度；清洁所述内壁时，设置所述内壁的温度为高于所述第一种温度的第二种温度。向所述真空室中引入一种气体，增加所述气体的压力；以及从所述真空室中排出所述气体以降低所述气体的压力，从而绝热地冷却所述真空室。
14.根据权利要求13的等离子体处理方法，其特征在于，所述第二种温度为110℃或更高。
15.根据权利要求13的等离子体处理方法，其特征在于，向所述真空室引入O2气，采用所述O2气的等离子体清洁所述真空室。
16.根据权利要求15的等离子体处理方法，其特征在于，所述O2气被加热并被引入所述真空室。
17.根据权利要求16的等离子体处理方法，其特征在于，加热所述O2气采用绝热压缩实施。
18.根据权利要求13的等离子体处理方法，其特征在于，所述气体为N2气。
19.根据权利要求13的等离子体处理方法，其特征在于，快速排空所述气体，在2秒钟之内满足以下关系P1＞100·P2其中P1为所述气体引入时的压力，P2为所述气体排空时的压力。
20.根据权利要求13的等离子体处理方法，其特征在于，在所述气体引入所述真空室之前，所述真空室曾经用真空抽吸法完全排空。
全文摘要
一种等离子体处理方法,包括把要处理的基底放置在一个有内壁的真空室中;当内壁设置为第一种温度时,对基底进行等离子体处理;当内壁设置为高于第一种温度的第二种温度时,采用等离子体清洁内壁。
文档编号H01L21/302GK1379439SQ0210871
公开日2002年11月13日 申请日期2002年3月29日 优先权日2001年3月29日
发明者成田雅贵, 奥村胜弥, 大岩德久 申请人:株式会社东芝