專利名稱：半導(dǎo)體處理設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體處理設(shè)備，特別是改善了在對半導(dǎo)體襯底進行離子刻蝕之類的處理中對處理偏差的控制.
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體處理領(lǐng)域，通過向真空室中提供刻蝕或沉積氣體、并向氣體施加RF場從而將氣體激發(fā)到等離子體狀態(tài)，真空處理室通常被用于在襯底上刻蝕或是化學(xué)氣相沉積物質(zhì)。在美國專利No.4,340,462；No.4,948,458；No.5,200,232和No.5,820,723中公開了平行板、變壓器耦合等離子體(TCPTM)[也稱為感應(yīng)耦合等離子體(ICP)]和電子回旋共振(ECR)反應(yīng)器及其組件的例子。在這些反應(yīng)器和設(shè)備中，由于等離子體環(huán)境的腐蝕特性，為減少顆粒和/或重金屬污染，要求這些設(shè)備的組件必須表現(xiàn)出高耐蝕性。
在處理半導(dǎo)體襯底時，典型地，采用機械夾具或靜電夾具(ESC)在真空室中的襯底座上將襯底保持就位。在美國專利No.5,262,029和No.5,838,529中可以看到這些夾具系統(tǒng)及其組件的例子。可以按不同的方式將處理氣體提供給真空室，例如通過氣嘴、氣環(huán)、氣體分配板等。在美國專利No.5,863,376中可以看到用于感應(yīng)耦合等離子體反應(yīng)器及其組件的溫控氣體分配板。
鋁和鋁合金通常被用于等離子體反應(yīng)器的壁。為防止反應(yīng)器壁被腐蝕，已經(jīng)提出了各種在鋁的表面涂上不同涂層的技術(shù)。例如，美國專利No.5,641,375公開的技術(shù)是對鋁真空室壁進行陽極氧化處理以減少等離子體腐蝕和磨損。該’375專利提及，陽極氧化層最終被濺射或刻蝕掉，從而必須更換真空室。美國專利No.5,680,013提及，美國專利No.4,491,496公開了一種在刻蝕室的金屬表面上采用火焰噴涂Al2O3的技術(shù)。該’013專利提及，由于熱循環(huán)，在鋁和氧化鋁之類的陶瓷涂層之間的熱膨脹系數(shù)差導(dǎo)致涂層的破裂，涂層最終在腐蝕環(huán)境中失效。美國專利No.5,085,727公開了一種用于等離子體真空室壁的碳涂層，其中采用等離子體輔助CVD來沉積該涂層。
為保護真空室壁，美國專利No.5,366,585；No.5,556,501；No.5,788,799；No.5,798,016和No.5,885,356提出放置襯套。例如，該’585專利公開了一種由固體氧化鋁加工而成、厚度至少為0.005英寸的獨立陶瓷襯套。該’585專利也提及，可通過火焰噴涂或等離子體噴涂氧化鋁來提供陶瓷層，該陶瓷層在沉積過程中不消耗下層的鋁。該’501專利公開了一種工藝兼容的聚合物或石英或陶瓷襯套。該’799專利公開了一種溫控陶瓷襯套，該襯套有一個內(nèi)嵌的電阻加熱器，陶瓷可以是氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氧化鋯、碳化硅、碳化鈦、碳化鋯、氮化鋁、氮化硼、氮化硅和氮化鈦。該’016專利公開了一種陶瓷、鋁、鋼和/或石英襯套，選擇鋁是由于其易于加工，并且在鋁上有一層氧化鋁、Sc2O3或Y2O3，選擇Al2O3作為鋁的涂層以保護鋁免受等離子體腐蝕。該‘356專利公開了用在CVD真空室中的一種氧化鋁陶瓷襯套和用于晶片座的氮化鋁陶瓷保護層。
美國專利No.5,904,778公開了一種在獨立的SiC上、用于真空室壁、真空室頂或環(huán)繞晶片座的環(huán)套的SiC CVD涂層。美國專利No.5,292,399公開了一種環(huán)繞晶片座的SiC環(huán)。在美國專利No.5,182,059中公開了一種用于制備燒結(jié)SiC的技術(shù)。
除以上所述之外，在美國專利No.4,401,689(感受器管)、No.4,518,349(加熱爐支桿)、No.4,999,228(擴散管)、No.5,074,456(上電極)、No.5,252,892(等離子體陰極室)、No.5,460,684(ESC的電阻層)、No.5,463,524(讀出針)、No.5,578,129(負(fù)荷鎖定系統(tǒng)的濾板)、No.5,538,230(晶片舟)、No.5,595,627(上電極)、No.5,888,907(電極板)和No.5,892,236(離子注入設(shè)備)中公開了在半導(dǎo)體處理設(shè)備中使用碳化硅的技術(shù)。
其它一些文件包括日本專利公報No.54-10825(半導(dǎo)體擴散爐材料)，No.60-200519(感應(yīng)器)，No.61-284301(上電極)，No.63-35452(擴散爐管、襯套管，端口元件、開關(guān))，No.63-186874(微波加熱樣品板)，No.63-138737(等離子體刻蝕反應(yīng)器的上電極)，No.3-201322(真空環(huán)境部件的涂層)，No.8-17745(晶片加熱器)。在這些專利中，日本專利公報No.54-10825和No.63-35452公開了由粉漿澆注碳化硅制成的部件。
對于噴淋頭式氣體分配系統(tǒng)之類的等離子體反應(yīng)器組件，對于噴淋頭的材料提出了各種建議。例如。美國No5,569,356公開了一種硅、石墨或碳化硅的噴淋頭。美國專利No.5,888,907公開了一種非晶碳、SiC和Al的噴淋頭電極。美國專利No.5,022,979公開了一種完全由SiC制成的噴淋頭電極，或者采用一種以碳為基、采用CVD沉積SiC以提供高純度SiC表層的材料制成。
在討論在處理半導(dǎo)體晶體過程中的清潔及去除污染等需要時，美國專利No.5,538,230引用了美國專利No.3,951,541、No.3,962,391、No.4,093,201、No.4,203,940、No.4,203,940、No.,4,761,134、No.4,978,567、No.4,987,016t和日本公開No.50-90184。該’230專利也引用了美國專利No.3,951,587和5,283,089以討論SiC部件,引用美國專利No.4,761,134以討論在滲Si的SiC或未填充Si的多孔Si上CVD沉積SiC。
日本公開No.63-273323公開用于ECR等離子體沉積設(shè)備的SiC部件，其中在樣品上沉積二氧化硅，通過在室中產(chǎn)生等離子體并向室中引入甲烷和硅烷來在SiC部件上涂上SiC。
鑒于對半導(dǎo)體處理設(shè)備中的組件有高純度和耐蝕的要求，在技術(shù)上有必要改善在這些組件中所用的材料和/或涂層。而且，對于真空室材料，任何能夠增加反應(yīng)室的壽命、從而減少設(shè)備故障時間的材料都將對降低半導(dǎo)體晶片的處理費用有益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種處理半導(dǎo)體襯底以及減少顆粒污染和/或在連續(xù)處理襯底時的處理偏差的方法。本方法包括步驟(a)將一個襯底放置在等離子體處理室內(nèi)部空間中的襯底座上，處理室至少包括一個有一個面暴露在內(nèi)部空間的粉漿澆注部件，粉漿澆注部件包括游離硅和保護硅免受內(nèi)部空間的等離子體轟擊的保護層，(b)通過向處理室中提供處理氣并在處理室中將處理氣激發(fā)成等離子體態(tài)來處理襯底，粉漿澆注部件暴露在等離子體中并可選地提供RF電流的地路徑，該RF電流維持等離子體(c)從處理室中取出襯底，以及(d)重復(fù)步驟(a-c)，在處理室中連續(xù)處理另外的襯底，由于保護游離硅免受等離子體轟擊，在處理步驟中對襯底的顆粒污染和/或處理偏差減少。
根據(jù)本方法的一個可選方面，粉漿澆注部件可包括處理室側(cè)壁的襯套，處理室可包括基本上呈平面狀的天線，通過向天線提供RF電力將處理氣激發(fā)成等離子體態(tài)。對于氧化物材料的等離子體刻蝕，處理氣可包括一種或多種碳?xì)浞衔?。對于氧化刻蝕，當(dāng)RF偏置在襯底上時，等離子體最好包括刻蝕襯底上氧化層的高密度等離子體。
粉漿澆注部件可包括室的一個或多個部件。例如，粉漿澆注部件可包括處理室側(cè)壁之內(nèi)的襯套、向處理室提供處理器的氣體分配板、在襯底座和處理室內(nèi)壁之間延伸的穿孔擋板、晶片通道襯墊、環(huán)繞襯底的聚焦環(huán)、保護處理監(jiān)控設(shè)備的筒狀襯套，等等。在優(yōu)選實施例中，粉漿澆注部件是一個安裝在處理室側(cè)壁內(nèi)陶瓷襯套中的開口上的晶片通道襯墊，其中襯套由加熱器來加熱，將襯套保持在所需的溫度。粉漿澆注部件可由涂有CVD SiC涂層的滲硅的粉漿澆注SiC組成。
在一個示例性處理中，第一粉漿洗澆注部件包括可加熱的襯套，第二粉粉漿澆注部件包括等離子體擋板，設(shè)置成襯套環(huán)繞著襯底支座，等離子體擋板伸入到襯套和襯底支座之間，在處理步驟中襯套被加熱到高于室溫的溫度。在另一個處理中，粉漿澆注部件包括電阻率高到足以讓RF能量通過的氣體分配板，經(jīng)由氣體分配板，天線將RF能量耦合進入處理室中，將處理氣激發(fā)。第三個粉漿澆注部件包括處理室襯套，該襯套的電阻率小于200Ω·cm，最好小于10Ω·cm。
本發(fā)明提供了一種用于處理半導(dǎo)體襯底的等離子體處理系統(tǒng)，包括等離子體處理室，處理室側(cè)壁圍繞該處理室的內(nèi)部空間，襯底支座，在處理室側(cè)壁與支座外圍相隔開的內(nèi)部空間里處理該支座上的襯底，氣體源，在處理襯底時可通過該氣體源將處理氣提供到內(nèi)部空間，能量源，在處理襯底時該能量源將內(nèi)部空間中的氣體激發(fā)到等離子體態(tài)，以及一個表面暴露在內(nèi)部空間中的粉漿澆注部件，該粉漿澆注件內(nèi)含硅以及表面上的保護層，該保護層防止硅被內(nèi)部空間中的等離子體所轟擊。
根據(jù)優(yōu)選實施例，粉漿澆注件是采用硅回填的多孔碳化硅，保護層是化學(xué)氣相沉積的碳化硅層。優(yōu)選粉漿澆注部件是等離子體刻蝕反應(yīng)器的晶片通道襯墊，基中氣體源向內(nèi)部空間提供碳氟化合物和/或碳?xì)浞衔铩?br> 在次要的優(yōu)選實施例中，采用彈性體粘結(jié)劑將粉漿澆注部件粘結(jié)在處理室上，該處理室可在處理室側(cè)壁和襯底支座之間包括陶瓷襯套，其中粉漿澆注部件包括位于開口中沿襯套方向延伸的筒狀襯套。優(yōu)選的能量源是如平面線圈之類的天線，該天線通過絕緣元件將射頻能量耦合傳導(dǎo)至處理室。
根據(jù)優(yōu)選實施例，處理室內(nèi)部安裝有噴淋頭(該噴淋頭的碳化硅表面穿過處理室頂部)、襯套(該襯套的碳化硅表面從噴淋頭的碳化硅表面向下延伸)、等離子體擋板(該等離子體擋板的碳化硅表面從碳向內(nèi)延伸)，粉漿澆注件包括安裝在襯套開口中的晶片通道襯墊，CVD SiC涂層形成晶片通道襯墊的表面上，半導(dǎo)體晶片通過該晶片通道襯墊進出處理室。


圖1表示根據(jù)本發(fā)明的、具有感應(yīng)耦合等離子體源和由粉漿澆注部件構(gòu)成的瓷片襯套的單個晶片真空處理室；圖2表示圖1中的等離子體反應(yīng)室，未示出包括瓷片襯套在內(nèi)的各種組件；圖3表示支撐瓷片襯套的布局細(xì)節(jié)；圖4表示圖3中等離子體室的透視圖；圖5表示根據(jù)本發(fā)明的粉漿澆注的晶片通道襯墊的細(xì)節(jié)；
圖6表示圖3中的瓷片各邊是怎樣按互鎖布局安裝在一起的；圖7表示根據(jù)本發(fā)明的一片粉漿澆注的晶片通道襯墊的透視圖；圖8表示圖7所示襯墊的頂視圖；以及圖9表示圖中所示襯墊一角的放大圖。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種改善處理偏差控制的等離子體處理室。利用真空室中的、其表面暴露在內(nèi)部空間中的一個或多個部件，以及包括游離硅和保護硅免受內(nèi)部空間等離子體轟擊的保護層的部件來實現(xiàn)處理偏差控制。游離硅可以是在多孔SiC基體中注入的硅，填充在孔隙中的硅減小了不必要的處理效應(yīng)，并提高電導(dǎo)率，電導(dǎo)率的提高有利于降低部件的RF阻抗。
該部件可以有任意所需的配置，如晶片通道襯墊、室壁、襯底支座、電極、噴淋頭等。參照優(yōu)選實施例，該部件包括回填的或用硅填充的粉漿澆注碳化硅部件，以及最好由CVD碳化硅組成的保護涂層。
本發(fā)明所提供的等離子體室，其中各部件完全由Si或SiC制成。這種材料與等離子體環(huán)境相容，因為等離子體腐蝕Si或SiC產(chǎn)生氣態(tài)的Si或C化合物，可以從室中抽走而不會對襯底產(chǎn)生顆粒污染。至于熱控制，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)SiC表現(xiàn)出特別高的導(dǎo)熱率，使得這種材料的部件可在處理硅晶片襯底時、在所需溫度范圍內(nèi)加熱或冷卻。
根據(jù)本發(fā)明的粉漿澆注的部件可以按如下工序制作。在該工序準(zhǔn)備了雙峰分布的SiC粉末。例如，第一部分SiC的平均顆粒尺寸是10到80um，優(yōu)選的是25到50um，第二部分的平均顆粒尺寸是80到200um，優(yōu)選的是100到150um，第一部分SiC與第二部分SiC相結(jié)合，粉末混合物的結(jié)合采用了水或絮凝劑之類的有機介質(zhì)，隨后將混合物倒入模具中形成粉漿澆注部件。經(jīng)干燥后(例如在室溫下)，對粉漿澆注部件進行加工，并在1500到2000℃左右的合適溫度進行燒結(jié)，在酸槽中將燒結(jié)后的部件清洗干凈，將清洗后的部件注入Si以填充部件中的孔隙(例如15-20％)，例如，通過將粉末狀的硅熔化并經(jīng)過多孔石墨采用毛細(xì)作用將熔化的硅引入到部件中并填充部件中100％的孔隙，將部件冷卻，然后去除任何從部件上流出的多余的硅，并采用金剛石研磨之類的方法將部件加工到最終的允許誤差。該部件的表面可由任何合適厚度的SiC涂層所封閉，例如50到500um，優(yōu)選地，對于沒有暴露在等離子體中的部分大約是200um，或者，對于暴露在等離子體中的部分涂層厚度可超過1mm，優(yōu)選地，對于直接暴露在等離子體中的部分厚度可以是2mm以上。
粉漿澆注部件可以用在任何對于減少顆粒污染和/或處理偏差有要求的等離子體反應(yīng)室中。在圖1中給出了帶有感應(yīng)耦合等離子體源的單個晶片真空處理室2的例子，其中，處理氣由氣體分配環(huán)、氣體分配板、噴嘴等之類的合適的設(shè)備(未表示出)提供給處理室，在室的內(nèi)部4中，真空由合適的真空泵設(shè)備來維持。將要在處理室中處理的襯底可包括由襯底支座8支持的硅半導(dǎo)體晶片6。襯底支座8可包括靜電夾盤和聚焦環(huán)10。真空泵可與處理室底部之類的端壁上的出口上的大尺寸出口相連。真空處理室可包括絕緣窗口14、氣體分配板16，RF電力可經(jīng)由絕緣窗口14之外的平面線圈18之類的天線提供給真空室，該絕緣窗口在室頂部之類的端壁上。然而等離子體產(chǎn)生源可是任何類型的等離子體產(chǎn)生設(shè)備，例如ECR反應(yīng)器、電容耦合平行板反應(yīng)器、表面波反應(yīng)器、磁控反應(yīng)器、氦反應(yīng)器、氦共振器等。等離子體產(chǎn)生源可安裝于模塊化安裝結(jié)構(gòu)上，例如環(huán)形安裝凸緣，該環(huán)形安裝凸緣以可移除的方式安裝在室的端壁上。
為了在安裝凸緣和室2之間保持緊密的真空密封，可采用合適的O型密封圈與室2端壁上的凹槽相配合，并在真空密封圈的周圍環(huán)繞RF屏蔽元件。如果由真空泵提供的真空作用力很大，則沒有必要使用將安裝凸緣安裝在室2上的緊固件。取而代之，可簡單地將安裝凸緣放在室2的端壁上。如果必要，可將安裝凸緣或等離子體產(chǎn)生源組合件的其它部分鉸接在室2上，以便等離子體產(chǎn)生源按如垂直方向一類的某個方向轉(zhuǎn)動，從而向室2內(nèi)部4提供電力。
處理室包括襯套20和等離子體擋板22，該等離子體擋板用于限制在環(huán)繞晶片6的空間中的等離子體，從襯套20和晶片通道襯墊21的下端伸入?？刹捎萌魏魏线m的方式支撐襯套20，例如，在固態(tài)柱狀襯套的情形下可由彈性的可彎折的框架來支撐，該框架包括內(nèi)支撐架24和外支撐架26。在處理襯底時，為將襯套保持在所需溫度，在內(nèi)支撐架24的上端可提供加熱器28。在操作時，加熱器28對襯套20加熱，溫控部件30經(jīng)由內(nèi)支撐架和外支撐架從襯套20上抽取熱量，從而實現(xiàn)從襯套20去除熱量。也可采用其它類型的加熱裝置，例如內(nèi)嵌于襯套中的加熱器或合適的輻射式加熱裝置。
如圖2所示，處理室采用模塊式設(shè)計，可在上面安裝不同的等離子體產(chǎn)生源。進而，襯底支座8可被支撐在以懸臂的方式安裝的支撐臂的一端，以便整個襯底支座/支撐臂組件可通過處理室側(cè)壁的開口32從處理室中取出。處理室可采用任何合適的材料，參照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，處理室由一整塊鋁或鋁合金組成。
參照本發(fā)明的第一個實施例，如圖3和4所示，等離子體室襯套20包括聯(lián)鎖的陶瓷襯套元件，例如平瓷片34。為給等離子體提供電學(xué)上的接地路徑，瓷片34最好是導(dǎo)電材料，如硅或碳。例如，瓷片可以完全是CVD SiC或涂有CVD SiC涂層的滲Si的SiC，這種材料的附加好處是不包含鋁，從而減少所處理的襯底中的Al污染?；虿捎脤?dǎo)電彈性膠38將SiC瓷片粘結(jié)在鋁墊板36上，該導(dǎo)電彈性膠可吸收由SiC和Al之間不同熱膨脹系數(shù)引起的側(cè)面應(yīng)力。可將每一個瓷片和墊板組合件直接或間接安裝在室壁上。例如，可通過包括內(nèi)支撐架42和外支撐架44的支撐架40來支撐瓷片。襯套的溫度控制可通過由電導(dǎo)線49所提供電力的加熱器48和溫控元件50來實現(xiàn)。
彈性結(jié)合可包括任何合適的彈性材料，例如與真空環(huán)境相容并且不會在200℃以上的高溫下發(fā)生熱降解的聚合物材料。可選地，彈性材料可包括導(dǎo)電和/或?qū)犷w粒填充物或其它形式的填充物，如絲網(wǎng)、紡織或無紡傳導(dǎo)纖維等。在等離子體環(huán)境中，能在160℃之上使用的聚合物材料包括聚酰亞胺、聚酮、聚醚酮(polyetherketone)、聚醚砜、聚對苯二甲酸乙二酯、氟乙烯丙烯共聚物、纖維素、三醋酸酯、硅酮和橡膠。高純度彈性材料的例子包括從General Eletric可獲得的RTV133和RTV167單組分室溫固化膠、從General Electric可獲得的TSE3221單組分可流動熱可固化(例如，超過100℃)膠和從Dow Corning可獲得的”SILASTIC”雙組分固化彈性體。更好的彈性體是含聚二甲基硅氧烷的彈性體，如從Rhodia可獲得的V217催化劑固化(如Pt固化)彈性體，該彈性體在250℃和更高的溫度是穩(wěn)定的。
在彈性體是導(dǎo)電彈性體的情形下，導(dǎo)電填充物材料可由導(dǎo)電金屬或金屬合金的顆粒組成。在等離子體反應(yīng)室這樣的雜質(zhì)敏感環(huán)境中，優(yōu)選的材料是鋁合金，例如含硅的重量比為5-20％的鋁基合金。例如，鋁合金含重量比大約為15％的硅。但也可使用硅或碳化硅填充物顆粒。
等離子體擋板52從瓷片34的下緣向內(nèi)伸入。等離子體擋板52最好是導(dǎo)電陶瓷材料，如涂有CVD SiC涂層的滲Si的SiC，并且包括開口54，該開口要足夠小以限制等離子體但又能允許通過真空泵來排出處理氣和處理所產(chǎn)生的副產(chǎn)物。
加熱器48可由內(nèi)嵌于鋁鑄件中的電阻加熱元件組成。通過讓電流流經(jīng)加熱元件來向鋁鑄件提供熱量，該鋁鑄件依次將熱量傳導(dǎo)至內(nèi)支撐架42、鋁墊板36、導(dǎo)熱彈性體38，并傳導(dǎo)至瓷片34。在加熱器的鋁質(zhì)本體加熱和冷卻時，加熱器將擴展到超出由瓷片34形成的陶瓷襯套之外的更大的范圍。為適應(yīng)這種膨脹和收縮，可將內(nèi)外支撐架設(shè)置成能夠進行彈性收縮。例如，可將支撐架設(shè)置成分段形式，以便下部沿軸向的伸展由軸向延伸的瓷片來隔開。此外，內(nèi)外支撐架可被設(shè)置成提供所需的導(dǎo)熱量。例如，外支撐架44可以是如鋁或鋁合金之類的金屬，其下部厚度要足以從襯套中抽走熱量，而薄的上部要足以允許外支撐架由于在處理半導(dǎo)體襯底時的熱應(yīng)力而彎曲。
圖5給出了處理室壁的一部分，其中如晶片之類的襯底可經(jīng)由晶片通道襯墊中的傳送槽55送入處理室或從中取出。在圖5所示的配置中，一些瓷片34在軸向方向上短于相鄰的槽55。槽55最好由一片完整的涂有CVD SiC涂層的滲Si的SiC構(gòu)成。
如圖6所示，為防止在晶片6和室壁46之間形成視界(a line ofsight)，每一個瓷片34都有邊56與相鄰瓷片的配合邊互鎖。如本可選實施例所示，室58可以有多邊形的內(nèi)表面60，其中瓷片由導(dǎo)電和導(dǎo)熱彈性體直接粘在平整表面60上。這樣設(shè)置的好處在于，與瓷片/墊板設(shè)置相比采用了更少的零件，并允許更快地取出襯套以便清洗和置換。
圖7給出了粉漿澆注晶片通道襯墊70的透視圖。襯墊70包括內(nèi)表面72，該內(nèi)表面形成如圖5所示的晶片傳送槽55。如圖7所示的零件可按上述方式粉漿澆注成形，內(nèi)表面72以及，可選地，外表面74可涂以CVD SiC涂層。襯墊朝向等離子體室內(nèi)部的面上有直線邊76，該直線邊76與瓷片34與朝向處理室內(nèi)部的面相反的表面相鄰。圖8給出了襯墊70的頂視圖，圖9是一個邊76在角78處的放大圖，邊78包括一個長度與襯墊70壁厚相當(dāng)?shù)膹澖遣糠?9。
在前述的實施例中，處理室中的等離子體可由氣體分配板、襯墊、等離子體擋板和襯底支座的SiC表面來限制，該襯底支座從等離子體擋板的內(nèi)緣向上伸出。由于在滲Si的SiC之上的CVD涂層位于等離子體和處理室的鋁質(zhì)表面之間，等離子體對Al表面的濺射減小了，與Al表面對所處理晶片直接可見(with line-of-sight)的處理室相比，Al對所處理的晶片的污染減少了。
在前述的實施例中，襯套包括由涂有CVD SiC涂層的滲Si的SiC構(gòu)成的瓷片，該瓷片由導(dǎo)電和/或?qū)釓椥泽w粘結(jié)材料粘結(jié)在鋁質(zhì)墊板上。如必要，襯套可包括連續(xù)的表面而不是獨立的瓷片。處理室可以是任何所需的形式，如柱狀、多邊形等。晶片通道襯墊中的進出開口允許單個晶片進出處理室，在涂有CVD SiC涂層的滲Si的SiC中可提供額外的開口，以便采用如過程控制設(shè)備之類的傳統(tǒng)附件進行各種測量。瓷片朝向處理室內(nèi)部的表面可以是平整的長方形?？蛇x地，瓷片暴露的表面可以是曲面形狀，以便瓷片形成處理室的柱狀內(nèi)壁。
在瓷片和墊板組合件栓在Al內(nèi)支撐架上、該支撐架沿處理室的內(nèi)壁延伸的實施例中，可適應(yīng)在啟動、運行和關(guān)閉等離子體室時產(chǎn)生的熱應(yīng)力?？蛇x擇SiC瓷片的數(shù)量，以實現(xiàn)對由等離子體室中遇到的熱載荷所產(chǎn)生的局部和/或粘結(jié)應(yīng)力的限制。
在內(nèi)支撐架的下凸緣栓在Al外支撐架的下邊上、外支撐架上邊的凸緣栓在位于處理室頂部的頂蓋上的實施例中，從外支撐架的下端向上凸緣延伸的槽將外支撐架隔開，將外支撐架分割成垂直延伸的板。為對SiC瓷片表面進行溫度控制，可將位于內(nèi)支撐架上凸緣之上的加熱器栓在內(nèi)支撐架上。按這樣的設(shè)置，加熱器產(chǎn)生的熱量從內(nèi)支撐架向墊板和SiC瓷片傳導(dǎo)。加熱器可由單個的電阻加熱器組成，該加熱器沿處理室的內(nèi)壁延伸。可選地，加熱器可由任何能夠?qū)崿F(xiàn)所需襯套溫度控制的加熱器配置組成，例如，在等離子體刻蝕如氧化硅之類的絕緣材料時將襯套內(nèi)表面的溫度保持在所需溫度，如在80至160℃的溫度范圍內(nèi)。
處理器可包括環(huán)繞襯底支座的等離子體擋板。可通過任何合適的技術(shù)將環(huán)狀擋板安裝在墊圈上。例如，可采用前面已討論過的彈性體粘結(jié)材料將擋板粘結(jié)在墊圈上。此外，可將墊圈栓在內(nèi)支撐架的下凸緣上，以便在墊圈和凸緣之間將擋板夾持住。擋板可是任何合適的、可承受半導(dǎo)體加工的等離子體環(huán)境的材料。碳化硅是用作擋板的優(yōu)選材料。擋板可包括一個整體環(huán)或多個間隔分離的環(huán)形片。例如，擋板可包括在圓周上相隔開的片。
為適應(yīng)晶片通道襯墊，內(nèi)外支撐架包括其中的環(huán)繞晶片傳送槽的切斷處，該切斷處被設(shè)置成較小的瓷片在槽的下面，而較大的瓷片在槽的上面。晶片通道襯墊最好由一整片先滲入Si后涂以CVD SiC涂層的粉漿澆注SiC組成。如有必要，襯墊可由一系列多片這樣的材料制成。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，其中通過在表面覆蓋SiC瓷片來避免鋁質(zhì)組件的表面直接可見，瓷片的邊緣最好設(shè)計成使其相互重疊的形式。例如，瓷片具有相互配合的邊緣，其中一個瓷片上的突出部被相鄰瓷片上的凹部所接收?？赏ㄟ^在瓷片相對的兩表面提供不是直線的路徑的任何設(shè)計來獲得這樣的效果。因而，所需的相互配合的瓷片邊緣可由相互配合或多邊的邊緣表面來提供，如V-形、U-形、W-形、凹槽形、凹口形、偏移形等形式的邊緣。
互鎖的瓷片接合消除了對鋁質(zhì)組件的可見性，并在啟動、運行和/或關(guān)閉等離子體反應(yīng)器時適應(yīng)襯套組件不同的熱膨脹/收縮。例如，由加熱器和/或等離子體離子濺射瓷片的熱能產(chǎn)生的熱量通過內(nèi)支撐架傳導(dǎo)，經(jīng)過彈性體粘結(jié)劑傳導(dǎo)至外支撐架，并進入處理室頂板。由于頂板通過冷卻通道進行水冷，由外支撐架傳送來的熱量得以從處理室中去除。
在處理半導(dǎo)體襯底時，等離子體在處理室中產(chǎn)生之前，可采用加熱器對瓷片進行預(yù)熱。例如，可采用加熱器將瓷片加熱到所需的溫度，并采用溫控系統(tǒng)調(diào)節(jié)加熱器的功率，將瓷片保持在所需的溫度。等離子體在處理室中產(chǎn)生之后，控制系統(tǒng)可自動減少加熱器功率以保持所需時間的溫度。而且可調(diào)節(jié)內(nèi)和/或外支撐架的熱阻，以實現(xiàn)瓷片運行溫度所需范圍，并限制加熱器最高溫度。
在如等離子體刻蝕硅晶片之類的半導(dǎo)體襯底處理時，為減小由刻蝕處理時產(chǎn)生的氣體副產(chǎn)物對聚合物的濺射，有必要在大約80℃至大約160℃，優(yōu)選地，從110至150℃的溫度將處理室表面暴露在等離子體中。此外，對這些表面的溫度控制減少了在連續(xù)處理單個晶片時的處理偏差。在觸發(fā)處理室中等離子體之前，可采用電阻加熱器通過熱傳導(dǎo)加熱陶瓷襯套，也就是說，熱量通過有彈性的Al支架從加熱器傳導(dǎo)至陶瓷襯套。在這樣的配置中，為將陶瓷襯套加熱到大約150℃，加熱器和部分與之相連的Al支架可加熱至大約300℃。有彈性的Al支架由內(nèi)外支架組成，允許與加熱器相接觸的部分Al支架相對于與陶瓷襯套相接觸的Al支架部分延伸，從而適應(yīng)任何在Al支架中間部分的彎曲應(yīng)變。
如果有必要，處理室的一個或多個零件可由CVD SiC制成?？稍谌缡惖囊r底上濺射CVD SiC，采用如機械加工之類的方法去除襯底后將CVD SiC生長到所需的厚度。例如，在柱狀襯套的情形下，可在石墨柱體上濺射CVD SiC，使其達(dá)到所需厚度，然后采用機械加工去除石墨柱體，留下CVD SiC柱狀襯套。CVD SiC的優(yōu)點包括高熱導(dǎo)率(也就是說，CVD SiC的熱導(dǎo)率大約是燒結(jié)SiC的兩倍)和可定制的電阻率(也就是說，SiC的電阻率可在導(dǎo)電性和半導(dǎo)電性之間改變)。采用CVD SiC作為反應(yīng)器組件的一個優(yōu)點是有可能在反應(yīng)器內(nèi)的組件表面上獲得高度一致的溫度分布。在處理的情形下，其中組件保持的溫度足夠高，以減少聚合物在組件暴露表面上的集結(jié)，從溫度控制和減少顆粒產(chǎn)生的觀點來看，使用CVD SiC非常有優(yōu)勢。
根據(jù)本發(fā)明的粉漿澆注組件的制備例子如下。
按重量的1份平均顆粒直徑在10um和30um之間的SiC粉末中等顆粒與按重量的1-2.5份平均顆粒直徑在80um和200um之間的SiC粉末粗顆粒形成混合物，在添加有機粘結(jié)介質(zhì)之后，將該混合物攬拌及軋碎。然后混合物在石膏模中成形，將成形后的部件干燥處理。接著在800至1200℃之間將成形后的部件進行預(yù)燒結(jié)，隨后在向成形后的部件滲入Si的同時在1500至1800℃之間進行反應(yīng)燒結(jié)。將燒結(jié)后的部件放在真空爐中，并采用以4ml/min通入的三氯甲基硅烷氣和以4000ml/min通入的、作為載體氣的氫氣相混合，涂以SiC涂層。從而制造出涂有CVD SiC涂層的粉漿澆注SiC部件。
在前述內(nèi)容中描述了本發(fā)明的原理、優(yōu)選實施例和操作模式。然而不能將本發(fā)明解釋為僅限于所討論的特殊實施例。因此，應(yīng)當(dāng)將上述討論的實施例視為示例說明而不是限制，可以理解的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員對那些實施例可能進行的更改也在以下權(quán)利要求所限定的、本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種處理半導(dǎo)體襯底以及減少在連續(xù)處理襯底時產(chǎn)生的顆粒污染和/或處理偏差的方法，該方法包括以下步驟(a)將襯底放在等離子體處理室內(nèi)部空間中的襯底支座上，該處理室至少包括一個表面暴露于內(nèi)部空間中的粉漿澆注部件，該粉漿澆注部件內(nèi)含游離硅以及在表面上具有保護層，該保護層保護硅免受內(nèi)部空間中的等離子體轟擊；(b)通過向處理室中提供處理氣體并在處理室中將處理氣體激發(fā)到等離子體狀態(tài)來處理襯底，粉漿澆注部件暴露在等離子體中具有可選地為維持等離子體的RF電流提供接地路徑；(c)將襯底從處理室中取出；并且(d)通過重復(fù)步驟(a-c)，同時由于保護游離硅免受等離子體轟擊而最小化在處理步驟中對襯底的顆粒污染和/或減小處理偏差，從而在處理室中連續(xù)處理其它襯底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中粉漿澆注部件包括在處理室側(cè)壁之中的襯套，處理室包括基本上呈平面狀的天線，通過向該天線提供RF電力，處理氣被激發(fā)到等離子體狀態(tài)，處理氣包括一種或多種氫碳氟化合物氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中等離子體包括高密度等離子體，在向襯底提供RF偏置時高密度等離子體刻蝕襯底上的氧化層，從而對襯底進行處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中粉漿澆注部件包括處理室側(cè)壁中的襯套、向處理室中提供處理氣體的氣體分配板、在襯底支座和處理室內(nèi)壁之間延伸的穿孔擋板、晶片通道襯墊和/或環(huán)繞襯底的聚焦環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中粉漿澆注部件包括安裝在處理室側(cè)壁中陶瓷襯套開口內(nèi)的晶片通道襯墊，該襯套由加熱器進行加熱，從而將襯套保持在所需溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中粉漿澆注部件主要由涂有CVD SiC涂層的滲硅的粉漿澆注SiC組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中粉漿澆注部件包括被加熱的襯套和擋板，襯套環(huán)繞著襯底支座，擋板包括在襯套和襯底支座之間延伸的有小孔的環(huán)，在處理步驟中襯套被加熱到室溫之上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中粉漿澆注部件包括氣體分配板，該氣體分配板的電阻率高到能夠允許RF能量通過，天線將RF能量穿過氣體分配板耦合進處理室，從而將處理氣體激發(fā)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中粉漿澆注部件進而還包括電阻率低于200Ω·cm的處理室襯套。
10.一種用于處理半導(dǎo)體襯底的等離子體處理系統(tǒng)，包括等離子體處理室，該處理室的內(nèi)部空間由處理室壁來限制；襯底支座，在內(nèi)部空間中處理該支座上的襯底，處理室側(cè)壁與襯底支座外圍相隔開；氣體源，在處理襯底時通過該氣體源將處理氣體提供給內(nèi)部空間；能量源，在處理襯底時，該能量源可將內(nèi)部空間中的處理氣體激發(fā)到等離子體狀態(tài)；表面暴露在內(nèi)部空間中的粉漿澆注部件，該粉漿澆注部件內(nèi)含游離的硅并且在表面上具有保護層，該保護層保護硅免受內(nèi)部空間的等離子體轟擊。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中粉漿澆注件是采用硅回填的多孔碳化硅。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中保護層是化學(xué)氣相沉積的碳化硅層。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中粉漿澆注部件是等離子體刻蝕反應(yīng)器的晶片通道襯墊。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中氣體源向內(nèi)部空間提供碳氟化合物和/或氟代碳?xì)浠衔铩?br> 15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中采用彈性體粘結(jié)劑將粉漿澆注部件粘結(jié)在處理室中。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中處理室包括在處理室側(cè)壁和襯底支座之間的陶瓷襯套，粉漿澆注部件包括在沿襯套延伸的開口內(nèi)的筒狀襯套。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中能量源包括天線，該天線將射頻能量經(jīng)由絕緣元件感應(yīng)耦合到處理室內(nèi)。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述處理室內(nèi)部由噴淋頭、襯套、等離子體擋板來限定，該噴淋頭的碳化硅表面穿過處理室頂部，該襯套的碳化硅表面從噴淋頭的碳化硅表面向下延伸，該等離子體擋板的碳化硅表面從襯套的磁化硅表面向內(nèi)延伸，粉漿澆注件包括安裝在襯套開口中的晶片通道襯墊，CVD SiC涂層形成晶片通道襯墊的表面，半導(dǎo)體晶片通過該表面進出處理室。
全文摘要
一種等離子體處理室，包括表面暴露在處理室內(nèi)部空間的粉漿澆注部件。粉漿澆注部件包括其內(nèi)所含的游離硅和表面的保護層，該保護層保護硅免受處理室內(nèi)部空間中的等離子體轟擊。粉漿澆注部件可由粉漿澆注碳化硅制成，表面涂有CVD碳化硅。粉漿澆注部件包括處理室的一個或多個部件，例如晶片通道襯墊(21)、一整片或多個瓷片構(gòu)成的襯套(20)、等離子體擋板(22)、噴淋頭、絕緣元件等等。在采用等離子體刻蝕如氧化硅之類的絕緣體材料時，粉漿澆注部件減少了等離子體處理時的顆粒污染和處理偏差。
文檔編號H01J37/32GK1425188SQ00818541
公開日2003年6月18日 申請日期2000年12月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月22日
發(fā)明者托馬斯·E·維克 申請人:蘭姆研究公司