專利名稱：：從用于等離子體處理設(shè)備的硅和碳化硅電極表面除去黑硅和黑碳化硅的方法從用于等離子體處理設(shè)備的硅和碳化硅電極表面除去黑硅和黑碳化硅的方法
背景技術(shù)：
：在半導(dǎo)體基產(chǎn)品例如集成電路的制造期間，使用刻蝕和/或沉積步驟在半導(dǎo)體襯底上形成或者除去材料層。傳統(tǒng)的刻蝕程序?qū)⒐に嚉怏w激勵(lì)成等離子體態(tài)，以便等離子體刻蝕半導(dǎo)體襯底上的材料。由于在等離子體處理腔內(nèi)進(jìn)行的等離子體處理，等離子體處理腔的暴露內(nèi)表面可能被改變。能夠發(fā)生這種表面改變的原因在于，通常由等離子體放電產(chǎn)生的，以及來自參與腔中半導(dǎo)體襯底處理的各種反應(yīng)的高能離子、光子和各種中性原子和分子的流。發(fā)明概述提供了一種從平行板等離子體處理設(shè)備的上電極表面除去黑硅和黑碳化硅的方法。提供了從等離子體處理腔的電極表面除去黑硅或黑碳化硅的方法的優(yōu)選實(shí)施方案，包括向包含下電極和上電極的等離子體處理腔中供應(yīng)含氟的氣體組合物。所述上電極是(i)硅的并且包括表面上具有黑硅的等離子體暴露表面，或者是(ii)碳化硅的并且包括表面上具有黑碳化硅的等離子體暴露表面。如本文所迷，"黑硅"和"黑碳化硅，，是在處理腔中進(jìn)行襯底的等離子體刻蝕處理期間可能由電極的等離子體暴露表面的形態(tài)(morphological)改變產(chǎn)生的形成物。該氣體組合物被激勵(lì)產(chǎn)生等離子體并且至少一部分黑硅或黑碳化硅被從上電極的等離子體暴露表面刻蝕掉。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，可以對(duì)除電極以外的等離子體處理設(shè)備的至少一個(gè)元件(其包括表面上具有黑硅或黑碳化硅的等離子體暴露表面)進(jìn)行等離子體清洗，以便從等離子體暴露表面刻蝕至少一部分黑硅或黑碳化硅。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述氣體組合物進(jìn)一步包含含氧氣體和/或惰性氣體?？梢愿淖兲幚?xiàng)l件，包括含氟氣體的流速與02流速的比率，以便對(duì)進(jìn)行等離子體暴露表面進(jìn)行各向同性刻蝕。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，可以將上電極的溫度控制為對(duì)于提供較高的黑硅或黑碳化硅去除速率有效的溫度。附圖簡(jiǎn)述圖l是使用掃描電子顯微鏡(SEM)拍攝的顯微照片，顯示出表面上具有黑硅的硅表面。圖2顯示了表面上具有黑硅的硅電極的等離子體暴露表面。圖3顯示了適于實(shí)施本文所述的清洗方法的實(shí)施方案的示例性電容耦合等離子體處理設(shè)備。圖4顯示了清洗前黑硅要素(feature)和清洗后黑硅要素之間的高度差與用于等離子體清洗的清洗氣體組合物的氟濃度的關(guān)系。圖5顯示了開始時(shí)，分別刻蝕25、50、75和100片晶片后，以及隨后根據(jù)本文所述方法的實(shí)施方案清洗等離子體處理腔的上電極后的氧化珪刻蝕速率和刻蝕速率均勻性。優(yōu)選實(shí)施方案詳述平行板等離子體處理腔包括上電極和下電極。上電極具有底表面，該底表面典型朝向其上支持有半導(dǎo)體襯底的襯底支架?？梢圆僮鬟@些類型的等離子體處理腔來等離子體刻蝕各種材料，例如提供在半導(dǎo)體襯底上的電介質(zhì)材料。在等離子體刻蝕處理期間，向等離子體處理腔中供應(yīng)刻蝕氣體并且通過向至少一個(gè)電極供電激勵(lì)該刻蝕氣體，以便產(chǎn)生等離子體。選擇處理?xiàng)l件，使得在半導(dǎo)體襯底材料中刻蝕出所需的要素。平行板等離子體處理腔可以包括由例如硅或碳化硅構(gòu)成的上電極。該上電極可以包括噴頭狀電極，該噴頭狀電極包括用于在處理腔中分配氣體的氣體注入孔。上電極可以是單片電極(例如具有氣體注入孔的盤形噴頭狀電極)、或者多片電極(例如被外部電極環(huán)一例如沒有氣體注入孔的連續(xù)或者分段的環(huán)一圍繞著的內(nèi)部盤形噴頭狀電極)。已經(jīng)確定通過由等離子體放電以及在半導(dǎo)體襯底處理中發(fā)生的各種反應(yīng)產(chǎn)生的高能離子、光子和各種中性原子和分子的流，可以在形態(tài)上改變上電極的等離子體暴露表面。上電極底表面的"形態(tài)變化"的特征在于表面形貌(topography)的變化，這是由跨底表面寬度(例材料去除^起的。這種從底表面的^均勻材料:除導(dǎo)致不同^表:區(qū)域具有不同的形貌。與未改變的表面區(qū)域相比，形態(tài)上改變的表面的特征在于具有孩i觀粗糙的區(qū)域。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，特征在于存在可以是針狀、棒狀或錐狀形狀的要素的硅上電極表面的形態(tài)改變是由某些等離子體刻蝕處理和包含該電極的等離子體處理腔中使用的工藝條件引起的。圖l顯示了包括這些要素的形態(tài)改變的硅表面的SEM顯微照片。如圖所示，針狀要素是緊密間隔的。這些要素典型具有約10nm-約lmm的長(zhǎng)度，以及約10nm-約1000nm的(1jim)的寬度。還確定了圖1中所示的針狀要素的長(zhǎng)度隨刻蝕時(shí)間指數(shù)增加，實(shí)際的時(shí)間相關(guān)性取決于處理腔中使用的刻蝕工藝條件。圖2顯示了上電極的硅外部電極環(huán)的等離子體暴露底表面上的黑硅形成物。已經(jīng)確定，在腔中對(duì)電介質(zhì)材料例如低k電介質(zhì)材料進(jìn)行等離子體刻蝕期間，等離子體暴露的硅上電極表面上會(huì)形成與圖1中所示類似的要素。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對(duì)于這些要素的形成更有利的典型工藝條件包括高N2、低Or和低CF流量、以及適度的用于產(chǎn)生等離子體的RF功率水平。上電極的形態(tài)改變的表面可以包括一個(gè)或多個(gè)改變的表面區(qū)域，例如外部電極環(huán)上的至少一個(gè)改變的區(qū)域和/或噴頭狀電極上的至少一個(gè)改變的區(qū)域。通常將圖1和2中所示的改變的表面形態(tài)稱作"黑硅"。"黑硅"可以形成在等離子體暴露的硅表面上的原因在于，在等離子體處理操作期間該表面被其上形成的材料沉積物微掩蔽。微掩蔽可以在約100nm-約100微米的尺度。盡管不希望受任何具體理論的限制，然而認(rèn)為硅上電極的等離子體暴露底表面上的黑硅形成是等離子體處理操作期間電極上的不鄰接的聚合物沉積的結(jié)果。例如，在刻蝕半導(dǎo)體襯底上的電介質(zhì)材料例如低k電介質(zhì)材料層的主要刻蝕步驟期間，不鄰接的聚合物沉積物可能形成在硅電極的底表面上。聚合物沉積物形成保護(hù)下面的硅表面不被刻蝕的三維島狀形成物。例如，一旦形成針狀要素，則聚合物沉積物優(yōu)先在針尖上形成，從而促進(jìn)了連續(xù)襯底刻蝕期間的微掩蔽機(jī)制和黑硅的擴(kuò)展。(一個(gè)或多個(gè))微掩蔽表面區(qū)域的不均勻、各向異性的刻蝕(即在上電極宏觀底表面的法線方向上)導(dǎo)致在底表面上形成緊密間隔的要素，例如具有圖1所示形狀的要素。這些要素可以防止光從硅表面的改變區(qū)域反射，使這些區(qū)域具有黑色外觀。除了在等離子體暴露硅表面上形成黑硅以外，還可以在碳化硅電極的等離子體暴露表面上形成使改變的表面區(qū)域具有黑色外觀的類似的針狀、棒狀或棒狀要素的形成物。本文將碳化硅表面的這些改變區(qū)域稱作"黑碳化硅"。因?yàn)楹诠韬秃谔蓟瓒荚黾恿烁淖儽砻娴牡入x子體暴露表面積，因此不希望在平行板(例如電容耦合的)等離子體處理腔的上電極的(一個(gè)或多個(gè))等離子體暴露表面上形成黑硅或黑碳化硅。當(dāng)黑硅或黑碳化硅的形成程度變得"過度"時(shí)(即(一個(gè)或多個(gè))改變的表面區(qū)域的面積和/或要素的尺寸達(dá)到一定水平)，黑硅或黑碳化硅可能引起刻蝕等離子體性質(zhì)的變化，導(dǎo)致工藝變化。結(jié)果，在處理腔中對(duì)一批晶片的單個(gè)晶片處理期間，等離子體刻蝕速率可以從晶片至晶片和/或跨晶片表面變化。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體襯底的刻蝕速率在更接近存在黑硅的電極區(qū)的半導(dǎo)體襯底的表面區(qū)域處可能低很多(例如低約10%-約20%)。黑硅或黑碳化硅的過度形成還可能顯著降低跨晶片表面的刻蝕均勻性。根據(jù)可能由平行板(例如電容耦合的)等離子體處理腔的硅或碳化硅上電極的等離子體暴露底表面的形態(tài)改變引起的上述問題，希望在黑硅或黑碳化硅的程度變得過度從而引起工藝變化之前，從這種電極的等離子體暴露表面除去剛形成的黑硅或剛形成的黑碳化硅。換句話說，優(yōu)選不使黑硅或黑碳化硅的水平達(dá)到過度的水平。提供了用于清洗硅或碳化硅上電極(例如噴頭狀電極、或者包括內(nèi)部噴頭狀電極和外部環(huán)的上電極)的方法。在等離子體處理腔中原位實(shí)施該方法。上電極可以具有一片或多片結(jié)構(gòu)。上電極是在處理腔中在等離子體處理半導(dǎo)體襯底(如硅片)期間已經(jīng)使用過的先前使用的電極。已用電極在至少等離子體暴露的底表面上具有黑硅或黑碳化硅。黑硅可以在噴頭狀電極的底表面上和/或兩片上電極的外部環(huán)的底表面上。已經(jīng)確定，一旦這種黑硅或黑碳化硅的形成物在硅或碳化硅上電極上變得過度，則清洗處理可能不能令人滿意地除去這些形成物，即通過將隨后在處理腔中處理的生產(chǎn)襯底(晶片)的刻蝕速率和刻蝕均勻性恢復(fù)到所需值，例如生產(chǎn)規(guī)格。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，對(duì)至少在其各自的底表面上具有黑硅或黑碳化硅形成物的已用電極進(jìn)行等離子體清洗，以便除去這些形成物并且恢復(fù)電極的底表面狀態(tài)。在等離子體處理腔中等離子體刻蝕半導(dǎo)體襯底期間，在上電極上形成黑硅或黑碳化硅。在等離子體暴露表面上的黑硅或黑碳化硅形成物達(dá)到一定水平使得在利用上電極對(duì)生產(chǎn)晶片進(jìn)行等離子體刻蝕期間可能引起不希望的工藝變化之前，優(yōu)選對(duì)硅或碳化硅上電極進(jìn)行等離子體清洗。更具體而言，本方法的優(yōu)選實(shí)施方案包括對(duì)電容耦合等離子體處理腔的硅或碳化硅上電極的等離子體暴露的底表面進(jìn)行等離子體清洗?？梢砸赃x定的時(shí)間間隔(如每小時(shí)、每天或每周)清洗上電極的等離子體暴露的底表面；或者當(dāng)使用該上電極在腔中處理一定數(shù)量的生產(chǎn)晶片后，例如每個(gè)生產(chǎn)晶片之后，或者在腔中已處理一定數(shù)量的晶片之后，例如2至多達(dá)約1000片晶片之后。另外，可以在達(dá)到選定的等離子體持續(xù)時(shí)間(RF小時(shí)數(shù))之后進(jìn)行等離子體清洗?？梢愿鶕?jù)半導(dǎo)體襯底刻蝕處理期間黑硅或黑碳化硅的形成速率來選擇實(shí)施的頻率和每次實(shí)施時(shí)的等離子體清洗處理的持續(xù)時(shí)間?？梢詫?shí)施該清洗方法以便從上電極除去選定量的黑硅或黑碳化硅。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，通過等離子體清洗可以將上電極表面上的基本上全部的黑硅或黑碳化硅形成物除去。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，可以除去一部分黑硅或黑碳化硅，使得電極表面上的殘留黑硅或黑碳化硅的程度低于在利用剛清洗的上電極在腔中等離子體刻蝕生產(chǎn)晶片上的層如電介質(zhì)(如低k)層期間可能引起不希望的工藝變化的水平。被除去的黑硅或黑碳化硅部分優(yōu)選是大部分，即大于50%的黑硅或黑碳化硅形成物的豎直要素長(zhǎng)度(即垂直于電極宏觀底表面或者另一個(gè)硅或碳化硅元件表面的方向上的要素長(zhǎng)度，或高度)，例如至少約60%、70%、80%、90%、95%或者甚至100%的豎直要素長(zhǎng)度。例如，基于已經(jīng)被從電極表面除去的黑硅或黑碳化硅的估計(jì)量(即平均要素長(zhǎng)度的估計(jì)變化)，以及基于使用該電極在處理腔中刻蝕晶片期間黑硅或黑碳化硅在表面上形成的估計(jì)速率，可以估計(jì)能夠利用剛清洗的上電極在處理腔中進(jìn)行處理直至發(fā)生不希望的工藝變化時(shí)的晶片數(shù)量。優(yōu)選使用位于處理腔中的擋片(dummywafer)實(shí)施該清洗方法。例如，在清洗方法期間可以將棵硅片，或者覆蓋有膜(例如氧化硅或者光刻膠材料的膜)的晶片放置在襯底支架上。所述清洗方法將其上形成黑硅或黑碳化硅的上電極底表面的形態(tài)改變的區(qū)域的至少一部分除去。特別地，所述清洗對(duì)于去除賦予電極黑硅或黑碳化硅外觀的要素的至少一部分長(zhǎng)度是有效的。由于通過等離子體放電、通過等離子體處理操作期間底表面與等離子體處理腔中存在的化學(xué)反應(yīng)物的相互作用所產(chǎn)生的高能離子、光子和中性原子和分子的流，該刻蝕方法還可以除去上電極底表面的其它形態(tài)改變的區(qū)域。還可以除去表面上的聚合物沉積物。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，通過將適宜的含氟氣體組合物激勵(lì)成等離子體態(tài)來刻蝕硅或碳化硅上電極的等離子體暴露的底表面。優(yōu)選地，所述氣體組合物包含至少一種氟碳化合物、氬氟碳化合物或它們的混合物。例如，該氣體組合物可以包含CHXF4.X(例如CF4、CHF3、CH2F2或CH3F)、C2HxF6x(例如C2F6或C2H2F4)、C2HXF4.X(例如C2F4)、C3F6、C3F8、C4F6、C4F8、C5F8、NF3或它們的混合物。優(yōu)選地，該氣體組合物包含CF4或NF3。該清洗氣體組合物優(yōu)選地包含至少一種附加氣體。該附加氣體優(yōu)選是02。在其它實(shí)施方案中，該附加氣體可以是至少一種稀有氣體(例如氦、氬或氖)。在優(yōu)選實(shí)施方案中，該氣體組合物包含CF4和02，CF4和稀有氣體(例如氬)，NF3和02,或者NF3和稀有氣體。在這樣的氣體組合物中，含氟氣體可以占總氣體組合物的任何適宜部分，包括小部分(即小于總氣體組合物流的50%)、均等部分、或大部分(即大于總氣體組合物流的50%)。一般而言，增加氣體組合物中含氟氣體的部分會(huì)提高氣體組合物的氟濃度，最高達(dá)約50%的氟碳化物濃度。增加清洗氣體組合物的氟濃度可以提高從上電極的等離子體暴露底表面去除黑硅的效率。還可以通過增加清洗氣體組合物的總流量(flow)來增加清洗氣體組合物的氟濃度。例如，在給定的腔壓力下，可以通過將CF4(或NF3)和02的流量(flowrate)從125seemCF4:125seem02改變?yōu)槔?00seemCF4:500seem02或1000seemCF4:1000SCCm02,來提高氟濃度。可以使用含氟氣體與02或另外氣體的其它流量比(flowratio)。還可以通過增加腔壓力來提高氟濃度。可產(chǎn)生高的黑硅(或黑碳化硅)刻蝕速率的處理?xiàng)l件不一定能提供關(guān)于黑硅去除的最佳結(jié)果。即在各向異性刻蝕條件(即在與元件例如上電極的宏觀表面垂直的方向上刻蝕)下可以實(shí)現(xiàn)高的硅刻蝕速率。但是，各向異性刻蝕對(duì)于刻蝕跨電極底表面寬度的黑硅要素(或黑碳化硅要素)不是最優(yōu)的。相反地，當(dāng)刻蝕是各向同性并且刻蝕速率優(yōu)選適當(dāng)高時(shí)，實(shí)現(xiàn)了黑硅(或黑碳化硅)的刻蝕效率，已經(jīng)確定可通過提高等離子體中的氟自由基濃度來獲得刻蝕效率。優(yōu)選地，選擇清洗氣體組合物中含氟氣體相對(duì)(一種或多種)其它氣體的流量比以便在等離子體中提供足夠高濃度的氟自由基，從而實(shí)現(xiàn)硅或碳化硅的各向同性刻蝕，并且優(yōu)選還提供適當(dāng)高的刻蝕速率。例如，對(duì)于CF4/Or清洗氣體組合物，CF4:02的流量比優(yōu)選為約1:10至約5:1，更優(yōu)選為約1:5至約2:1。對(duì)于NF3/02清洗氣體組合物，NF3:02的流量比優(yōu)選為約1:10至約5:1，更優(yōu)選為約1:5至約2:1。增加清洗氣體組合物的總流量增加了可用于刻蝕的未反應(yīng)試劑的量。當(dāng)增加的F可以原子態(tài)獲得時(shí)，CF4/02流量比或者NF3/02流量比被最優(yōu)化。當(dāng)稀釋原子態(tài)的F以便限制F-F復(fù)合形成Fz時(shí)，NFs/02流量比或NF3/Ar流量比被最優(yōu)化。已經(jīng)確定在約5分鐘等離子體清洗中，長(zhǎng)度約500nm的黑硅要素一般可被基本除去。通過原位等離子體輔助清洗方法，一般可以以每分鐘約50nin-約300nm的速率刻蝕硅。清洗氣體組合物的總流量一般可以在約250sccm至約2000sccm的范圍內(nèi)。清洗處理期間的腔壓力一般可以在約20mT至約1000mT的范圍內(nèi)。通過調(diào)整任選的等離子體約束環(huán)組件在處理腔中的位置來調(diào)整腔壓力。在共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利No.5,534,751、5，998，932和6，527，911中描述了可以使用的示例性的約束環(huán)組件，這里通過引用將這些專利都整體并入本文。還可以通過控制位于泵(例如設(shè)備的渦輪分子泵)附近的閥(例如節(jié)流閥)的位置來調(diào)整腔壓力。在清洗處理期間，上電極優(yōu)選處于約20t:至約20on的溫度下，更優(yōu)選處于約ioot:至約20or的升高溫度下。已經(jīng)確定在該范圍內(nèi)提高電極溫度可以在減小等離子體暴露底表面上黑珪要素平均長(zhǎng)度的幅度方面提高電極的清洗效率。在包括具有加熱和冷卻能力的噴頭狀電極組件的等離子體處理腔的實(shí)施方案中可以控制上電極的溫度。在其它實(shí)施方案中，可以通過散熱器(heatsink)，例如提供在電極組件中的一塊或多塊金屬板和/或控溫固定板將離子轟擊引起的熱量從電極上除去。上電極清洗處理優(yōu)選進(jìn)行足夠長(zhǎng)的時(shí)間以便從上電極的整個(gè)等離子體暴露底表面上除去足夠的厚度，使得清洗后的等離子體暴露表面上的任何殘留的(一個(gè)或多個(gè))形態(tài)改變區(qū)域優(yōu)選低于使用剛清洗的上電極在腔中對(duì)生產(chǎn)晶片進(jìn)行等離子體刻蝕期間可引起不希望的工藝變化的黑硅或黑碳化硅的水平。該清洗方法可能引起等離子體處理腔的刻蝕速率性能的變化。當(dāng)其發(fā)生時(shí)，為了增強(qiáng)清洗上電極之后刻蝕速率和刻蝕均勻性性能的恢復(fù)，可以在清洗電極之后任選地對(duì)等離子體處理腔進(jìn)行等離子體調(diào)節(jié)。根據(jù)使用的工藝條件，等離子體調(diào)節(jié)能夠在已實(shí)施清洗步驟之后從上電極除去殘留的黑硅或黑碳化硅。例如，等離子體腔調(diào)節(jié)步驟可以從含有含氟氣體、氧氣和稀有氣體(如氬氣)的氣體組合物產(chǎn)生等離子體。該含氟氣體可以是例如C4Fs，而含氧氣體優(yōu)選是02?？梢允褂孟旅娴氖纠越乒に嚄l件來實(shí)施所述調(diào)節(jié)步驟100mT的腔壓力/施加給下電極的27MHz下2000W和2MHz下3000W/20sccmC4F8/20seemO2/250sccm氬氣/120s的等離子體調(diào)節(jié)。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以在等離子體處理腔中對(duì)每個(gè)生產(chǎn)晶片進(jìn)行刻蝕之后，或者對(duì)兩個(gè)或多個(gè)(例如2、5和10片)生產(chǎn)晶片進(jìn)行刻蝕之后，實(shí)施任選的無晶片自動(dòng)清洗處理。該無晶片自動(dòng)清洗處理產(chǎn)生對(duì)于從腔的等離子體暴露內(nèi)表面除去各種沉積材料有效的氧等離子體。優(yōu)選通過在等離子體處理腔中不存在生產(chǎn)晶片(即進(jìn)行處理以產(chǎn)生半導(dǎo)體基產(chǎn)品的晶片)的情況下激勵(lì)包含02的氣體組合物來形成氧等離子體。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，可以對(duì)除電極以外的等離子體處理設(shè)備的至少一個(gè)元件進(jìn)行等離子體清洗以便從等離子體暴露表面除去至少一部分黑硅或黑碳化硅，所述元件是硅的或碳化硅的并且包括分別在表面具有黑硅或黑碳化硅的等離子體暴露表面。例如，該元件可以是支持半導(dǎo)體襯底的襯底支架的一個(gè)或多個(gè)硅或碳化硅的邊緣/聚焦環(huán)。圖3描繪了可以用來實(shí)施本文所述方法的優(yōu)選實(shí)施方案的示例性等離子體處理設(shè)備100。等離子體處理設(shè)備100包含可以產(chǎn)生中密度等離子體的電容耦合等離子體處理腔102。等離子體處理腔102包括腔壁103。腔壁103可以任選地涂覆有適當(dāng)?shù)哪湍ゲ牧?，例如等離子體噴涂的陶瓷材料。為了提供接地的電通路，腔壁103可以由電接地的鋁等制成。等離子體處理腔102包括提供在腔壁103中的晶片轉(zhuǎn)移槽118用以將半導(dǎo)體襯底轉(zhuǎn)移入和轉(zhuǎn)移出等離子體處理腔102。等離子體處理腔102包括具有底表面108的上電極104。底表面108優(yōu)選是平坦的，任選地具有臺(tái)階，例如共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利No.6，391，787中所述，這里通過引用將該專利整體并入本文。上電極104可以是單片電極或者多片電極。例如，上電極104可以具有包括噴頭狀電極板的單片結(jié)構(gòu)，或者它可以包括噴頭狀電極板和外部電極環(huán)。在較后的實(shí)施方案中，噴頭狀電極板和外部電極環(huán)兩者都可以任選被通過結(jié)合材料例如彈性體材料結(jié)合到其上的石墨板支持?？梢哉{(diào)整上電極104的大小以處理例如200mm晶片或者300mm晶片。上電極(在多片結(jié)構(gòu)中包括外部電極環(huán))可以是硅的(例如單晶硅、多晶硅或者無定形硅)或者碳化硅的。設(shè)備IOO包括向上電極104供應(yīng)工藝氣體的氣體源(未顯示)。優(yōu)選通過RF電源106經(jīng)由匹配網(wǎng)絡(luò)向上電極104供電。在另一個(gè)實(shí)施方案中，可以使上電極104接地，以便為等離子體處理腔102的下電極供應(yīng)的電力提供回路，如下面所述。在圖3中所示的設(shè)備100的實(shí)施方案中，在上電極104和支持在襯底支架111上的半導(dǎo)體襯底10例如半導(dǎo)體晶片之間形成的等離子體區(qū)域處，向等離子體處理腔102內(nèi)供應(yīng)工藝氣體。襯底支架lll優(yōu)選包括通過靜電夾持力將半導(dǎo)體襯底10固定在襯底支架上的靜電卡盤114。靜電卡盤114充當(dāng)下電極并且優(yōu)選通過RF電源116(典型經(jīng)由匹配網(wǎng)絡(luò))施加偏壓。靜電卡盤114的上表面115優(yōu)選具有與半導(dǎo)體村底10大致相同的直徑。采用真空泵(未顯示)在等離子體處理腔102內(nèi)維持所需的真空壓力。通常在以箭頭IIO代表的方向上通過泵抽出氣體。可以使用的示例性平行板等離子體反應(yīng)器是雙頻等離子體刻蝕反應(yīng)器(參見例如共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利No.6,090,304，這里通過引用將該專利整體并入本文)。在這樣的反應(yīng)器中，可以從氣體供應(yīng)源向噴頭狀電極供應(yīng)刻蝕氣體并且通過從兩個(gè)RF源向噴頭狀電極和/或下電極供應(yīng)RF能量在反應(yīng)器中產(chǎn)生等離子體，或者可以將噴頭狀電極電接地而對(duì)下電極供應(yīng)兩個(gè)不同頻率下的RF能量。實(shí)施例1使用四個(gè)硅上電極用于晶片的等離子體刻蝕，這些硅上電極具有在不同位置處與其各自底表面電和熱結(jié)合的(100)硅的試樣(coupon),這些電極和試樣的底表面在其上具有黑硅形成物。然后，在平行板等離子體處理腔中對(duì)已用電極進(jìn)行等離子體清洗。在等離子體清洗期間將擋片放置在襯底支架上。表l中顯示了用于等離子體清洗電極的工藝條件。對(duì)于每個(gè)電極，等離子體清洗處理使用包含CF4和02并且CF4流量為200sccm的清洗氣體組合物，60秒的清洗時(shí)間，以及約20C的電極溫度。對(duì)于清洗處理，改變腔壓力、施加到下電極的功率和頻率水平、02流量和/或CF4:02流量比。對(duì)于硅試樣，假定清洗前黑硅平均要素長(zhǎng)度對(duì)每個(gè)電極具有相同的估計(jì)值。這種相同的估計(jì)長(zhǎng)度是基于均已經(jīng)受大致相同的等離子體刻蝕條件的電極，在此期間黑硅在試樣和電極上形成。對(duì)于每個(gè)電極，通過使用掃描電子顯微鏡(SEM)分析相關(guān)試樣來確定清洗后的黑硅要素長(zhǎng)度。如表1中所示，對(duì)于使用1:2的CF4/02流量比清洗的樣品1，發(fā)現(xiàn)清洗前和清洗后的平均黑硅要素長(zhǎng)度之間的差異最大。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>實(shí)施例2在實(shí)施例2中，使用五個(gè)硅上電極用于晶片的等離子體刻蝕，這些硅上電極具有在不同位置處與其各自底表面電和熱結(jié)合的(IOO)硅的試樣。這些電極和試樣的底表面在其上具有黑硅。然后，在平行板等離子體處理腔中對(duì)已用電極進(jìn)行等離子體清洗。在等離子體清洗期間將擋片放置在襯底支架上。表2中顯示了用于等離子體清洗電極的處理?xiàng)l件。對(duì)于每個(gè)電極，等離子體清洗處理使用包含CF4和02并且CF4流量為200sccm的清洗氣體組合物，5分鐘的清洗時(shí)間，以及約20匸的電極溫度。改變腔壓力、施加給下電極的功率和頻率水平、和/或CF4:02流量比來清洗電極。對(duì)于硅試樣，按照上面關(guān)于實(shí)施例1所述，假定清洗前黑硅平均要素長(zhǎng)度對(duì)每個(gè)電極具有相同的估計(jì)值。通過SEM，對(duì)提供在電極樣品6和7上的試樣確定清洗后的黑硅要素長(zhǎng)度。在樣品5、8和9上沒有觀察到黑硅?；诰哂懈教沟膭偳逑丛嚇虞喞脑摌悠?，確定用于樣品5的工藝條件(包括1:2的CF4:02流量比)提供了各向異性刻蝕和黑硅刻蝕速率的最希望的組合。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>實(shí)施例3在實(shí)施例3中，使用四個(gè)硅上電極用于晶片的等離子體刻蝕然后在平行板等離子體處理腔中進(jìn)行等離子體清洗，以便確定清洗氣體的氟濃度對(duì)從電極去除黑硅的效率的影響。每個(gè)電極具有在不同位置與底表面電和熱結(jié)合的(IOO)硅的試樣。電極和試樣的底表面在其上具有黑硅形成物。在清洗處理期間將擋片放置在襯底支架上。表3中顯示了用于等離子體清洗電極的工藝條件。對(duì)于每個(gè)電極，使用相同的清洗時(shí)間和電極溫度。使用不同的腔壓力、；^>到下電極的功率和頻率水平、CF4流量、02流量和/或CF4:02流量比。對(duì)于樣品10和12,清洗氣組合物包含氬氣，以便允許使用actimetry方法由M射確定氟濃度。表3中給出了實(shí)施例3的試驗(yàn)結(jié)果。如表所示，對(duì)于使用1:2的CF4:02流量比清洗的樣品12實(shí)現(xiàn)了清洗前和清洗后的平均黑硅要素長(zhǎng)度間的最大差異。在圖4中顯示了清洗前黑硅要素和清洗后黑硅要素之間的長(zhǎng)度差異與清洗氣組合物的氟濃度的關(guān)系。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>實(shí)施例4在實(shí)施例4中，除不同的上電極溫度外，使用相同的工藝條件在平行板等離子體處理腔中對(duì)已經(jīng)用于晶片等離子體刻蝕的三個(gè)不同的硅上電極進(jìn)行等離子體清洗。對(duì)于每個(gè)電極，在不同位置將(100)硅的試樣電和熱結(jié)合到底表面上。電極和試樣的底表面在其上具有黑硅形成物。使用下面的工藝條件對(duì)三個(gè)電極進(jìn)行等離子體清洗600mT的腔壓力/2500瓦和27MHz的下電極第一功率水平/第一頻率/1000瓦和2MHz的下電極第二功率水平/第二頻率/200sccm的CF4流量/400sccm的02流量/60秒的清洗時(shí)間。清洗期間各個(gè)電極的電極溫度是約20C、約80C和約105C對(duì)于20C、80X:和105X:的溫度，黑硅平均要素長(zhǎng)度分別降低約100nm、約105nm和約140nm。這些結(jié)果證實(shí)通過將電極溫度提高到至少約ioox:可以改善電極的清洗效率。實(shí)施例5在實(shí)施例5中，在平行板等離子體處理腔中使用硅上電極對(duì)100片晶片進(jìn)行刻蝕步驟，每片晶片均包含低k氧化硅層。在處理了100片晶片后，使用下面的工藝條件清洗硅上電極600mT的腔壓力/2500瓦和27MHz的下電極第一功率水平/第一頻率/1000瓦和2MHz的下電極第二功率水平/第二頻率/200sccm的CF4流量/400sccm的02流量/15分鐘的清洗時(shí)間。如圖5中所示，在開始時(shí)，分別刻蝕25、50、75和100片晶片后，以及刻蝕所有100片晶片后清洗上電極之后，確定氧化硅刻蝕速率和刻蝕速率％均勻性(3o)。試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)根據(jù)本文所述方法的實(shí)施方案通過清洗上電極可以恢復(fù)上電極底表面的狀態(tài)和氧化硅刻蝕速率。實(shí)施例6在實(shí)施例6中，使用下面的工藝條件對(duì)包含平均要素長(zhǎng)度約500nm的黑硅的第一個(gè)硅上電極進(jìn)行等離子體清洗200mT的腔壓力/2500瓦和27MHz的下電極第一功率水平/第一頻率/1000瓦和2MHz的下電極第二功率水平/第二頻率/200sccm的CF4流量/400sccm的02流量/201:的電極溫度/30秒的清洗時(shí)間。清洗后黑硅的平均要素長(zhǎng)度是約460nm。使用下面的工藝條件對(duì)包含平均要素長(zhǎng)度為約430nm的黑硅的第二個(gè)硅上電極進(jìn)行等離子體清洗200mT的腔壓力/2500瓦和27MHz的下電極第一功率水平/第一頻率/1000瓦和2MHz的下電極第二功率水平/第二頻率/200sccm的NF3流量/400sccm的02流量/30秒的清洗時(shí)間。清洗后的平均要素長(zhǎng)度是約360nm。這些試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)CFV02和NF3/02氣體混合物對(duì)于去除黑硅都是有效的，并且NF3/02氣體混合物更為有效。前面已經(jīng)說明了本發(fā)明的原理、優(yōu)選的實(shí)施方案和操作方式。但是不應(yīng)認(rèn)為本發(fā)明局限于所討論的具體實(shí)施方案。因此，應(yīng)該認(rèn)為上述實(shí)施方案只是舉例說明，而不是限制性的，并且應(yīng)當(dāng)清楚本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在這些實(shí)施方案中做出改變而不會(huì)背離由下面的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍。權(quán)利要求1.一種從等離子體處理腔的已用電極的表面除去黑硅或黑碳化硅的方法，所述方法包括向包括下電極和上電極的等離子體處理腔中供應(yīng)含氟氣體組合物，所述上電極是(i)硅的并且包含表面上具有黑硅的等離子體暴露表面，或者是(ii)碳化硅的并且包含表面上具有黑碳化硅的等離子體暴露表面；激勵(lì)所述氣體組合物以便產(chǎn)生等離子體；和從所述上電極的等離子體暴露表面刻蝕至少一部分黑硅或黑碳化硅。2.權(quán)利要求l的方法，其中所述上電極包括噴頭狀電極和分段的外部電極環(huán)，每個(gè)均由單晶硅、多晶硅或者無定形硅制成。3.權(quán)利要求1的方法，其中所述含氟氣體選自CF4、CHF3、CH2F2、CH3F、C2F6、C2H2F4、C2F4、C3F6、C3F8、C4F6、C4F8、C5F8、NF3、或者它們的混合物。4.權(quán)利要求1的方法，其中所述氣體組合物基本上由CF4和02或者由NFs和02組成。5.權(quán)利要求l的方法，其中所述氣體組合物基本上由CF4和02組成，并且CF4流量與02流量的比為約l:10-約5:1;或者所述氣體組合物基本上由NF3和02組成，并且NF3流量與02流量的比為約1:10-約5:1。6.權(quán)利要求5的方法，其中CF4流量與02流量的比、或者NF3流量與02流量的比為約1:5-約2:1。7.權(quán)利要求6的方法，其中氣體組合物的總流量為約250sccm-約2000sccm，并且等離子體處理腔處于約20mTorr-約1000mTorr的壓力下。8.權(quán)利要求l的方法，其中通過以兩種不同的頻率向下電極供應(yīng)兩個(gè)不同的功率水平同時(shí)使上電極接地來激勵(lì)所述氣體組合物。9.權(quán)利要求l的方法，其中各向同性地刻蝕所述上電極的等離子體暴露表面。10.權(quán)利要求i的方法，其中在刻蝕期間上電極的溫度為約5ox:-約200'C。11.權(quán)利要求l的方法，該方法還包括在等離子體處理腔中等離子體刻蝕多個(gè)包含低k電介質(zhì)層的半導(dǎo)體襯底，其中在等離子體刻蝕低k電介質(zhì)層期間在上電極的等離子體暴露表面上形成黑硅或黑碳化硅。12.權(quán)利要求l的方法，其中所述刻蝕從上電極的等離子體暴露表面除去約50nm-約500nm的深度。13.權(quán)利要求l的方法，該方法還包括從上電極以外的等離子體處理腔中的硅元件上刻蝕黑硅，或者從上電極以外的等離子體處理腔中的碳化硅元件上去除黑碳化硅。14.一種從電容耦合等離子體處理腔的已用電極表面除去黑硅的方法，所述方法包括向等離子體處理腔供應(yīng)(i)CF4流量與02流量的比或者(ii)NF3流量與02流量的比為約1:10-約5:1的包含CF4和02或者NFs和02的氣體組合物，所述等離子體處理腔包括硅的下電極和上電極，其具有表面上具有黑硅的等離子體暴露表面；激勵(lì)所迷氣體組合物以產(chǎn)生等離子體；和從所述上電極的等離子體暴露表面各向同性刻蝕至少一部分黑硅。15.權(quán)利要求14的方法，該方法包括從上電極的等離子體暴露表面除去約50nm-約500nm的深度。16.權(quán)利要求14的方法，其中所述上電極包括噴頭狀電極和外部電極環(huán)，每個(gè)均由單晶硅、多晶硅或者無定形硅制成。17.權(quán)利要求14的方法，其中在刻蝕期間所述上電極的溫度為約5or—約200r;。18.權(quán)利要求14的方法，其中CF4流量與02流量的比或者NF3流量與02流量的比為約1:5-約2:1。19.權(quán)利要求18的方法，其中氣體組合物的總流速為約250sccm-約2000sccm，并且等離子體處理腔處于約20mTorr-約1000mTorr的壓力下。20.權(quán)利要求14的方法，其中通過以兩種不同的頻率向下電極供應(yīng)兩個(gè)不同的功率水平同時(shí)使上電極接地來激勵(lì)所述氣體組合物。全文摘要提供了一種從等離子體處理腔的上電極的等離子體暴露表面除去黑硅或黑碳化硅的方法。該方法包括使用包含含氟氣體的氣體組合物形成等離子體，并且用該等離子體從表面除去黑硅或黑碳化硅。該方法還可以從上電極以外的處理腔中元件的表面除去黑硅或黑碳化硅。文檔編號(hào)C23F1/00GK101102909SQ200580046637公開日2008年1月9日申請(qǐng)日期2005年12月15日優(yōu)先權(quán)日2004年12月23日發(fā)明者E·馬格尼,M·凱利,M·魯潘,R·赫夫蒂申請(qǐng)人:蘭姆研究公司