專(zhuān)利名稱：經(jīng)處理以清除自由碳的半導(dǎo)體襯底加工裝置的碳化硅部件的制作方法
背景技術(shù)：
通過(guò)包括諸如金屬、介質(zhì)、半導(dǎo)體材料的化學(xué)氣相淀積(CVD)之類(lèi)的淀積工藝；腐蝕工藝；以及光抗蝕劑清除工藝的各種工藝，來(lái)加工半導(dǎo)體襯底材料。等離子體腐蝕被常規(guī)地用來(lái)腐蝕金屬、介質(zhì)、以及半導(dǎo)體材料。

發(fā)明內(nèi)容
提供了處理半導(dǎo)體襯底加工裝置的碳化硅部件的各種方法、制作這些部件的各種方法、以及用這些方法處理的各種部件。這些方法從這些部件清除了例如石墨的自由碳，從而在等離子體加工室中加工半導(dǎo)體襯底的過(guò)程中降低了這些部件引起的半導(dǎo)體襯底的顆粒沾污。
能夠被這些方法處理的碳化硅部件包括例如蓮蓬頭電極組件的擋板和氣體分配板、邊沿環(huán)、聚焦環(huán)、等離子體限制環(huán)、工作室襯里、電極、晶片通道插入件、窗口、等離子體屏、以及工作室壁。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，用諸如硅蒸汽與碳的反應(yīng)合成來(lái)形成被處理的碳化硅部件，這導(dǎo)致包括痕量自由碳的部件。此碳化硅部件是多孔的，且包括內(nèi)部和暴露的表面。由于制造工藝，諸如在硅蒸汽與碳的反應(yīng)合成過(guò)程中碳不完全轉(zhuǎn)換形成碳化硅以及碳化硅的機(jī)械處理例如研磨，故這些部件在內(nèi)部和暴露的表面上包括自由碳。如此處所用的那樣，術(shù)語(yǔ)“暴露的表面”意味著借助于用例如機(jī)械研磨的處理從碳化硅部件清除材料而已經(jīng)被暴露并在表面上有自由碳的部件表面。一種優(yōu)選方法處理了半導(dǎo)體加工裝置的這種碳化硅部件，以便至少基本上清除暴露表面上的所有自由碳。
清除自由碳的一種優(yōu)選方法包含在含氧氣氛中對(duì)包括自由碳的半導(dǎo)體加工裝置的碳化硅部件進(jìn)行加熱，以便至少?gòu)牟考谋┞侗砻婊旧锨宄械淖杂商肌?br> 另一優(yōu)選方法包含使包括自由碳的半導(dǎo)體加工裝置的碳化硅部件與能夠從至少暴露表面基本上清除所有自由碳的化學(xué)溶液相接觸，而基本上不清除碳化硅。
另一優(yōu)選方法包含用氧等離子體來(lái)處理包括自由碳的半導(dǎo)體加工裝置的碳化硅部件，以便至少?gòu)牟考谋┞侗砻婊旧锨宄械淖杂商肌?br> 在另一優(yōu)選實(shí)施方案中，碳化硅部件是多孔的且包含內(nèi)部和暴露表面。此碳化硅部件已經(jīng)(i)用導(dǎo)致內(nèi)部自由碳的工藝被形成；(ii)被處理以產(chǎn)生其上有自由碳的暴露表面；以及(iii)被處理以便清除自由碳，至少使暴露表面基本上無(wú)自由碳。
另一優(yōu)選實(shí)施方案提供了一種包含等離子體加工室和至少一個(gè)碳化硅部件的半導(dǎo)體襯底加工裝置。此碳化硅部件可以是例如擋板、氣體分配板、等離子體限制環(huán)、邊沿環(huán)、聚焦環(huán)、襯板、工作室襯里電極、晶片通道插入件、窗口、等離子體屏、或工作室壁。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，此碳化硅部件至少是一個(gè)用來(lái)將處理氣體分配到等離子體加工室中的蓮蓬頭電極組件的擋板。
另一優(yōu)選實(shí)施方案提供了一種在半導(dǎo)體襯底加工裝置的等離子體加工室中加工半導(dǎo)體襯底的方法。此半導(dǎo)體加工裝置包括等離子體加工室，利用包括蓮蓬頭電極、處理氣體通過(guò)其中而到蓮蓬頭電極的擋板室的蓮蓬頭組件，處理氣體被饋送到此等離子體加工室中。至少一個(gè)已經(jīng)被清除自由碳的優(yōu)選方法處理過(guò)的碳化硅部件，被提供在等離子體加工裝置中。此方法包含在其中提供碳化硅部件的等離子體加工室中對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行加工。
在另一優(yōu)選實(shí)施方案中，在等離子體加工室中加工生產(chǎn)用半導(dǎo)體襯底之前，對(duì)工作室進(jìn)行等離子體調(diào)節(jié)。此等離子體調(diào)節(jié)包含在工作室中加工生產(chǎn)用半導(dǎo)體襯底之前，在等離子體加工室中連續(xù)地加工虛擬晶片。至少一個(gè)已經(jīng)被處理以清除自由碳的碳化硅部件，被提供在等離子體加工室中，從而顯著地減少淀積在虛擬晶片上的累加物顆粒(adder particles)的數(shù)目，并縮短了工作室的調(diào)節(jié)時(shí)間。


圖1曲線示出了半導(dǎo)體襯底上計(jì)數(shù)的顆粒累加物數(shù)目對(duì)包含未被處理以清除自由碳的碳化硅擋板的等離子體加工室的等離子體調(diào)節(jié)的RF小時(shí)數(shù)(曲線A)以及對(duì)包含已經(jīng)被處理以清除自由碳的碳化硅擋板的等離子體加工室的等離子體調(diào)節(jié)的RF小時(shí)數(shù)(曲線B)之間的關(guān)系。
圖2是用于晶片加工的蓮蓬頭電極組件示例性實(shí)施方案的側(cè)剖面圖。
圖3是根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方案的彈性體鍵合蓮蓬頭電極組件的側(cè)剖面圖。
圖4是圖3所示蓮蓬頭電極組件的局部側(cè)剖面圖。
具體實(shí)施例方式
一種示例性半導(dǎo)體襯底加工裝置是一種平行板反應(yīng)器。平行板反應(yīng)器包含等離子體加工室，此等離子體加工室包括頂部電極以及襯底支座，在等離子體加工過(guò)程中，諸如半導(dǎo)體晶片之類(lèi)的襯底被支持在此襯底支座上。此襯底支座包括底部電極和用來(lái)夾持襯底的夾持機(jī)構(gòu)，例如機(jī)械吸盤(pán)或靜電吸盤(pán)(ESC)。頂部電極可以是用來(lái)在等離子態(tài)工作室中分配處理氣體的蓮蓬頭電極組件的一部分。蓮蓬頭電極組件可以包括垂直分隔開(kāi)的各擋板，以便控制處理氣體經(jīng)由蓮蓬頭頂部電極到蓮蓬頭電極的供應(yīng)。
半導(dǎo)體襯底加工裝置還可以包含構(gòu)成來(lái)將等離子體限制在等離子體工作室的選定區(qū)域內(nèi)，例如由襯底支座上的襯底所確定的典型包括邊沿環(huán)和等離子體限制環(huán)組件的區(qū)域內(nèi)的部件。
在包括擋板的典型蓮蓬頭電極組件中，處理氣體在通過(guò)蓮蓬頭電極出來(lái)之前，處理氣體通過(guò)一個(gè)或多個(gè)擋板。等離子體至少能夠沖擊鄰近蓮蓬頭電極中各個(gè)孔附近的蓮蓬頭電極的底部擋板。一定時(shí)間之后，就能夠在擋板的下側(cè)上形成浸蝕圖形，導(dǎo)致成為“累加物”的顆粒，從擋板被清除，并淀積在襯底上。累加物能夠?qū)е掠腥毕莸陌雽?dǎo)體器件，例如微處理器、存儲(chǔ)器、晶體管等。因此，希望盡可能減少諸如在半導(dǎo)體襯底上各層中腐蝕窗口之類(lèi)的等離子體加工操作中產(chǎn)生的累加物的數(shù)目。
在等離子體加工操作中，半導(dǎo)體襯底加工裝置的其它等離子體暴露部件，例如氣體分配板、邊沿環(huán)、聚焦環(huán)、等離子體限制環(huán)、工作室襯里、電極、晶片通道插入件、窗口、等離子體屏、工作室壁等，也能夠被等離子體浸蝕，潛在地導(dǎo)致半導(dǎo)體襯底被等離子體加工操作中清除的顆粒沾污。
半導(dǎo)體襯底加工裝置的這些部件可以用包括碳化硅材料的各種材料制作。這種碳化硅部件可以由包括例如燒結(jié)工藝和硅蒸汽與碳的反應(yīng)合成的各種工藝來(lái)形成。用這種反應(yīng)合成工藝形成的碳化硅材料提供了有利的性質(zhì)，例如降低了的沾污、耐磨性、以及用于等離子體環(huán)境的設(shè)計(jì)靈活性。
但已經(jīng)確定半導(dǎo)體加工裝置的碳化硅部件可能包括“自由碳”。如此處定義的那樣，“自由碳”是以分立碳顆?；蛱碱w粒團(tuán)簇(聚集物)的形式存在于碳化硅部件內(nèi)部和/或表面上的碳?！白杂商肌庇袆e于優(yōu)選具有化學(xué)比或近化學(xué)比組分的碳化硅基質(zhì)材料。還已經(jīng)確定除非這種自由碳至少?gòu)倪@種碳化硅部件的某些部分被清除，否則，自由碳可以在部件用于等離子體環(huán)境時(shí)作為顆粒而被釋放。自由碳顆粒的釋放能夠產(chǎn)生累加物，能夠沾污正在等離子體環(huán)境中被加工的半導(dǎo)體襯底。
已經(jīng)確定包含自由碳的碳化硅部件能夠被處理，以便至少?gòu)倪@種部件的暴露表面清除自由碳。還已經(jīng)確定借助于從碳化硅部件至少清除表面自由碳，能夠降低在包含這種部件的等離子體工作室中加工過(guò)程中從部件釋放的顆粒數(shù)目。因此，能夠顯著地降低累加物造成的器件失效事故以及對(duì)諸如晶片之類(lèi)的被加工襯底成品率的不利影響。
碳化硅部件的碳化硅材料優(yōu)選是采用硅蒸汽用碳源的轉(zhuǎn)換方法生產(chǎn)的高純度的商業(yè)制造的碳化硅。此轉(zhuǎn)換工藝包括使諸如石墨之類(lèi)的碳的成形片與二氧化硅氣體發(fā)生反應(yīng)，從而產(chǎn)生一氧化硅氣體，以及原位氣-固反應(yīng)，其中碳與一氧化硅氣體反應(yīng)，從而將碳轉(zhuǎn)換成碳化硅，并產(chǎn)生過(guò)量的一氧化碳。原材料碳優(yōu)選是石墨的低多孔性高純度細(xì)小的顆粒。用碳源轉(zhuǎn)換形成的市售碳化硅材料是德克薩斯州Decatur的Poco Graphite公司生產(chǎn)的“SUPERSiC”碳化硅。
已經(jīng)確定借助于轉(zhuǎn)換石墨而形成的半導(dǎo)體襯底加工裝置的部件可以包含諸如來(lái)自石墨到碳化硅不完全轉(zhuǎn)換的石墨顆粒之類(lèi)的痕量自由碳。此自由碳可以是由石墨到碳化硅的不完全轉(zhuǎn)換所形成的碳顆粒的形式或碳團(tuán)簇的形式。來(lái)自這種工藝的自由碳位于碳化硅部件內(nèi)部。但用例如機(jī)械研磨和/或拋光對(duì)這種部件的處理，能夠清除表面材料，從而在被處理表面上暴露自由碳，此表面在此處被成為“暴露的表面”?？紤]到襯底的顆粒沾污，與位于部件內(nèi)部的自由碳相比，碳化硅部件暴露表面處的自由碳更不可取。確切地說(shuō)，已經(jīng)確定直至表面自由碳借助于在工作室中暴露于等離子體而已經(jīng)被完全清除之前，包括表面自由碳的部件都可以是碳顆粒源。由于位于這種碳化硅部件內(nèi)部的自由碳隨著等離子體逐漸浸蝕碳化硅而變得被暴露，故表面自由碳的清除不能完全解決顆粒問(wèn)題。但通常在給定時(shí)間內(nèi)，與表面自由碳相比，內(nèi)部自由碳被暴露于等離子體較少。
已經(jīng)確定包含來(lái)自不完全碳轉(zhuǎn)換的自由碳的半導(dǎo)體襯底加工裝置的等離子體暴露的碳化硅部件能夠被處理，以便清除至少位于部件暴露表面處的自由碳，從而顯著地降低在裝置中加工的襯底的顆粒沾污。而且，如下面所述，在對(duì)包含暴露表面處和內(nèi)部的自由碳的碳化硅部件進(jìn)行處理的方法的各實(shí)施方案中，可以用此處理從暴露表面以及從內(nèi)部清除自由碳。
對(duì)碳化硅部件進(jìn)行處理以清除自由碳的各種方法，優(yōu)選被用來(lái)處理由碳轉(zhuǎn)換形成的部件；但這些方法也可以被用來(lái)從其它工藝形成的碳化硅材料清除自由碳。例如，此碳化硅可以是可從加州Vista的Cercom公司、加州Costa Mesa的Carborundum公司、以及加州CostaMesa的Ceradyne公司得到的燒結(jié)材料。
已經(jīng)確定由于不完全碳轉(zhuǎn)換而存在于碳化硅部件中的自由碳能夠包括碳團(tuán)簇形式的碳，亦即較小碳顆粒的聚集物。這些團(tuán)簇典型地可以具有約為20-200微米，例如約為50-100微米的尺寸。這種碳化硅部件中的自由碳的數(shù)量典型地少于大約1％重量比，例如約為0.5％重量比或以下。
提供了從半導(dǎo)體襯底加工裝置的碳化硅部件清除自由碳的不同方法。此碳化硅部件是多孔的，并用導(dǎo)致自由碳存在于內(nèi)部和暴露表面上的工藝來(lái)形成。這些方法包含對(duì)碳化硅部件進(jìn)行處理，以便至少基本上清除暴露表面上的所有自由碳。這些處理優(yōu)選清除暴露表面上的所有自由碳。這些方法的實(shí)施方案也能夠清除貫穿部件內(nèi)部的自由碳。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，可以用硅蒸汽和碳的反應(yīng)合成來(lái)形成碳化硅部件。如上所述，在這種工藝過(guò)程中，可能出現(xiàn)諸如石墨的不完全轉(zhuǎn)換的碳，導(dǎo)致分布在部件內(nèi)部的自由碳?？梢岳脵C(jī)械處理來(lái)暴露此內(nèi)部自由碳。清除自由碳的各種方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案包含在含氧氣氛中于一定溫度下對(duì)碳化硅部件加熱一定時(shí)間，此時(shí)間要能夠有效地從暴露表面基本上清除所有的自由碳。此加熱優(yōu)選還從碳化硅部件內(nèi)部至少清除一些自由碳，從而防止被清除的內(nèi)部自由碳在等離子體加工室中可能被釋放。
可以在諸如高溫爐或爐子之類(lèi)的任何適宜的容器中加熱包括自由碳的碳化硅部件。含氧的氣氛可以包括，但不局限于氧、空氣、水蒸汽、或它們的混合物。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，容器被密封，且諸如空氣的含氧氣氛經(jīng)由氣體供應(yīng)系統(tǒng)被饋送到容器中。
此含氧氣氛優(yōu)選被保持在能夠氧化自由碳(亦即將自由碳轉(zhuǎn)換成一氧化碳、二氧化碳、或它們的混合物)但低得足以基本上避免氧化碳化硅(亦即有害地影響碳化硅的機(jī)械和/或物理性質(zhì))的溫度下。處理容器中的含氧氣氛的溫度優(yōu)選約為750-1200℃，更優(yōu)選約為800-900℃。碳化硅部件在含氧氣中被處理的時(shí)間要能夠至少基本上從暴露表面清除所有的自由碳，優(yōu)選約為2-12小時(shí)。
已經(jīng)確定在含氧氣氛中對(duì)包括自由碳的碳化硅部件進(jìn)行的加熱，能夠清除部件暴露表面處的所有自由碳。此加熱優(yōu)選還能夠清除貫穿部件內(nèi)部的至少一些自由碳。此加熱優(yōu)選清除內(nèi)部至少大約80％，更優(yōu)選至少大約90％的尺寸約為50微米的自由碳顆粒和/或團(tuán)簇。此加熱還從部件清除較小的顆粒和/或團(tuán)簇。碳化硅部件中的自由碳顆粒和/或團(tuán)簇的數(shù)目可以用任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)，例如用顯微鏡、自動(dòng)圖象分析之類(lèi)，來(lái)手工測(cè)量或自動(dòng)地測(cè)量。
處理碳化硅部件以清除自由碳的另一優(yōu)選方法包含使碳化硅部件與能夠至少?gòu)谋砻婊旧锨宄凶杂商嫉旧喜磺宄蓟璧幕瘜W(xué)溶液相接觸。此化學(xué)溶液優(yōu)選清除少于大約1％重量比的碳化硅。此化學(xué)溶液可以是能夠達(dá)到此結(jié)果的任何適當(dāng)化學(xué)組分的化學(xué)溶液。此化學(xué)溶液優(yōu)選是酸溶液，例如包含硝酸、硫酸之類(lèi)的溶液。為了提高自由碳的清除速率，此化學(xué)溶液優(yōu)選被加熱到提高的溫度。此處理可以包括將碳化硅部件浸入到化學(xué)溶液中?；蛘呖梢杂弥T如噴霧方法之類(lèi)的任何其它的合適工藝將化學(xué)溶液涂敷到碳化硅部件。
可以對(duì)化學(xué)溶液的濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便控制自由碳的清除速率，使處理能夠在所需的處理時(shí)間內(nèi)進(jìn)行?？梢詫?duì)化學(xué)溶液的濃度、溶液的溫度、pH值、以及其它參數(shù)進(jìn)行選擇，以便達(dá)到所需的自由碳清除速率。碳化硅部件可以與化學(xué)溶液接觸一定時(shí)間，此時(shí)間要能夠清除所希望的自由碳數(shù)量，優(yōu)選清除至少基本上部件暴露表面處的所有自由碳。
處理碳化硅部件以清除自由碳的另一優(yōu)選方法包含用氧等離子體來(lái)處理部件，以便基本上至少?gòu)谋砻媲宄械淖杂商肌＠?，可以在半?dǎo)體襯底加工裝置的燒蝕工作室中來(lái)處理碳化硅部件，以便清除自由碳。在此處理過(guò)程中，碳化硅部件的溫度例如可以約為200-300℃。
可以用諸如研磨和/或拋光之類(lèi)的方法對(duì)碳化硅部件的外表面進(jìn)行機(jī)械加工，以便在用各種優(yōu)選方法之一處理部件之前得到所希望的表面光潔度。此機(jī)械加工能夠產(chǎn)生其上具有自由碳的暴露表面。
在已經(jīng)用上述方法之一處理部件以清除自由碳之后，可以用等離子體調(diào)節(jié)碳化硅部件的表面?？梢詧?zhí)行此等離子體調(diào)節(jié)處理，以便從部件表面清除諸如碳化硅顆粒之類(lèi)的附著顆粒。這種附著的顆?？梢詠?lái)自對(duì)部件的機(jī)械加工和/或燒結(jié)。在2000年6月30日提交的共同所有的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.09/607922中，描述了調(diào)節(jié)碳化硅部件的各種適當(dāng)方法，此專(zhuān)利申請(qǐng)的整個(gè)內(nèi)容在此處被列為參考。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，在加工生產(chǎn)用半導(dǎo)體襯底之前，借助于對(duì)虛擬晶片進(jìn)行加工，對(duì)包含一個(gè)或多個(gè)已經(jīng)被處理以清除自由碳的碳化硅部件的等離子體加工室進(jìn)行等離子體調(diào)節(jié)。處理的碳化硅部件優(yōu)選在生產(chǎn)用半導(dǎo)體襯底被加工之前被置于等離子體加工室中。
圖1示出了半導(dǎo)體襯底上顆粒累加物的數(shù)目對(duì)包含未被處理以清除自由碳的碳化硅擋板的等離子體加工室的等離子體調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)度(曲線A)以及對(duì)包含已經(jīng)在含氧氣氛中被處理以清除自由碳的碳化硅擋板的等離子體加工室的等離子體調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)度(曲線B)之間的關(guān)系。水平線示出了淀積在200mm虛擬晶片上的尺寸至少約為0.2微米的20個(gè)累加物的典型特性。
曲線B示出了在工作室等離子體調(diào)節(jié)剛剛大約2個(gè)RF小時(shí)(亦即，在調(diào)節(jié)過(guò)程中，在等離子體反應(yīng)器中產(chǎn)生等離子體的小時(shí)數(shù))之后，淀積在等離子體加工室中200mm虛擬晶片上的尺寸至少約為0.2微米的顆粒累加物的數(shù)目被減少到了少于大約10個(gè)，且借助于延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)度，這些顆粒累加物的數(shù)目被進(jìn)一步減少了。
但如曲線A所示，淀積在包括未被處理以清除自由碳的碳化硅下部擋板的等離子體加工室中的虛擬晶片上的顆粒累加物的數(shù)目，即使在45個(gè)RF小時(shí)的等離子體調(diào)節(jié)之后，仍然大于20。因此，清除自由碳能夠顯著地降低等離子體加工室中累加物顆粒的產(chǎn)生。
能夠用上述各種方法處理以清除自由碳的半導(dǎo)體襯底加工室的碳化硅部件包括但不局限于擋板、氣體分配板、邊沿環(huán)、聚焦環(huán)、等離子體限制環(huán)、工作室襯里、電極、晶片通道插入件、窗口、等離子體屏、以及工作室壁。在其整個(gè)內(nèi)容在此處被列為參考的美國(guó)專(zhuān)利No.6129808中，描述了包括這種部件的半導(dǎo)體襯底加工裝置的示例性部件。
這些碳化硅部件可以具有各種形狀和尺寸。被處理以清除自由碳的包含自由碳的碳化硅部件的優(yōu)選厚度可以直到大約1/4英寸。然而，更厚的部件也能夠在含氧氣氛中用上述處理來(lái)處理。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，已經(jīng)被處理以清除自由碳的一個(gè)或多個(gè)碳化硅部件被安裝在半導(dǎo)體襯底加工裝置中。一個(gè)這種示例性裝置被示于圖2。但碳化硅部件也可以被用于具有圖2之外的構(gòu)造的等離子體加工裝置。半導(dǎo)體襯底加工裝置包括蓮蓬頭電極組件10，典型地與蓮蓬頭電極組件10下方的襯底支座一起使用，此襯底支座包括吸盤(pán)機(jī)構(gòu)例如靜電吸盤(pán)且具有其上支持襯底例如半導(dǎo)體晶片的平坦底部電極。襯底支座還可以包括用來(lái)控制襯底溫度的特點(diǎn)。例如，襯底支座可以包括晶片背面的氦供應(yīng)系統(tǒng)和/或傳熱液體供應(yīng)系統(tǒng)，前者用來(lái)控制襯底與吸盤(pán)之間的熱傳輸，后者可工作來(lái)通過(guò)襯底支座來(lái)循環(huán)例如水的液體。
在其整個(gè)內(nèi)容在此處被列為參考的共同所有的美國(guó)專(zhuān)利No.6391787中，描述了其中能夠使用諸如擋板之類(lèi)的被處理的碳化硅部件的另一種示例性適當(dāng)電極組件。
此蓮蓬頭電極組件10可以被提供在其中處理氣體被分布在半導(dǎo)體襯底上的任何一種半導(dǎo)體襯底加工裝置中。這種裝置可以包括但不局限于CVD系統(tǒng)、燒蝕器、電容耦合等離子體反應(yīng)器、感應(yīng)耦合等離子體反應(yīng)器、ECR反應(yīng)器等。所示蓮蓬頭電極組件10是一種耗材，亦即要周期性地更換。由于蓮蓬頭電極10被固定到溫度控制部件，為了易于更換，故可以用任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)，例如用下面所述的彈性連結(jié)，將蓮蓬頭電極10的上表面鍵合到諸如石墨支持環(huán)之類(lèi)的支持環(huán)12。
圖2所示的蓮蓬頭電極10是一個(gè)平坦盤(pán)。具有法藍(lán)的支持環(huán)12被夾持環(huán)16夾持到諸如鋁部件的具有通過(guò)其中流動(dòng)傳熱流體(液體或氣體)的通道13的溫度控制部件14。例如，利用水入口/出口連接13a，水能夠在冷卻管道13中循環(huán)。包括多個(gè)等離子體限制環(huán)的疊層的等離子體限制環(huán)組件17，環(huán)繞著蓮蓬頭10的外圍。此等離子體限制環(huán)可以由諸如石英、碳化硅之類(lèi)的各種材料組成。等離子體限制環(huán)組件17被固定到固定于介質(zhì)殼套18a的介質(zhì)(例如石英)環(huán)形環(huán)18。等離子體限制環(huán)組件17在等離子體工作室中產(chǎn)生壓力差，并增大等離子體工作室24的壁與等離子體之間的電阻，從而將等離子體限制在蓮蓬頭電極10與底部電極之間。
在半導(dǎo)體襯底加工裝置的實(shí)施方案中，處理氣體從氣源經(jīng)由溫度控制部件14中的通道20被饋送到蓮蓬頭電極10。處理氣體通過(guò)一個(gè)或多個(gè)垂直分隔開(kāi)的擋板22并通過(guò)蓮蓬頭電極10中的氣體分配孔(未示出)被分配，以便將處理氣體均勻地分散到等離子體工作室中。為了提高從蓮蓬頭電極10到溫度控制部件14的導(dǎo)熱性，處理氣體可以被饋送到溫度控制部件14相反的表面與支持環(huán)12之間的開(kāi)放空間中。此外，氣體通道27被連接到環(huán)形環(huán)18或限制環(huán)組件17中的氣體通道(未示出)，以便能夠監(jiān)視等離子體工作室24中的壓力。為了在壓力下將處理氣體保持在溫度控制部件14與支持環(huán)12之間，可以在支持環(huán)12的內(nèi)表面與溫度控制部件14的相反表面之間提供一個(gè)可選的第一O形環(huán)密封28，并可以在支持環(huán)12上表面的外圍部分與溫度控制部件14的相反表面之間提供一個(gè)可選的第二O形環(huán)密封29。為了在等離子體工作室24內(nèi)保持真空，可以在溫度控制部件14與圓筒部件18b之間以及圓筒部件18b與殼套18a之間提供額外的可選O形環(huán)30和32。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，至少下部擋板22a由碳化硅組成。蓮蓬頭電極組件10的其它擋板不直接暴露于等離子體，因此，與下部擋板22a相比，這些擋板的等離子體誘發(fā)浸蝕更不重要。但一個(gè)或多個(gè)其它擋板也可以由碳化硅組成。
碳化硅擋板可以被構(gòu)造成現(xiàn)有擋板的插入式更換零件，或成為其中希望降低歸咎于此特定零件的沾污的任何氣體分配系統(tǒng)的零件。例如，碳化硅擋板可以被用作本申請(qǐng)轉(zhuǎn)讓人Lam Research Corporation所制造的Exelan@或4520XLE@的擋板的插入式更換。
由于電極組件是一種耗材，故希望使用非污染材料作為與等離子體接觸的電極組件的零件。依賴于處理氣體的化學(xué)性質(zhì)，這種材料優(yōu)選是無(wú)鋁的導(dǎo)電材料、半導(dǎo)體材料、或絕緣材料，并可以包括例如玻璃、陶瓷、和/或聚合物材料，諸如單晶或多晶硅、石英；硅、硼、氧化釔、氧化鈰、鈦、鉭、鈮、和/或鋯的碳化物、氮化物、和/或氧化物；鈦、鎢、鉭和/或鈷的硅化物；金剛石等。對(duì)于等離子體反應(yīng)工作室中的表面，由硅、碳、氮、和/或氧組成的材料是最優(yōu)選的。
此電極可以是諸如平面硅(例如單晶硅)的導(dǎo)電材料或從中心到其外邊沿具有均勻厚度的碳化硅電極盤(pán)。但也可以使用具有不均勻厚度的電極(例如美國(guó)專(zhuān)利No.6391787所述的臺(tái)階式電極)。不同材料和/或沒(méi)有處理氣體分配孔的電極也可以用于電極組件。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，電極是蓮蓬頭電極，此蓮蓬頭電極配備有多個(gè)分隔開(kāi)的具有一定尺寸和分布以便適合于供應(yīng)被電極激活的處理氣體的氣體噴射通道，并在反應(yīng)工作室電極下方形成等離子體。
圖3示出了一種能夠代替圖2所示包括蓮蓬頭電極10和支持環(huán)12的蓮蓬頭電極組件的蓮蓬頭電極40。在蓮蓬頭電極40中，如圖4所示，利用能夠位于凹陷48中的彈性連結(jié)46，電極42被鍵合到支持環(huán)44。凹陷48在支持環(huán)44的內(nèi)壁(未示出)與外壁50之間連續(xù)地延伸于支持環(huán)44周?chē)?。各個(gè)壁50可以盡可能薄，例如約為30mil寬，這使彈性體能夠在與各個(gè)壁50相接觸的區(qū)域內(nèi)形成薄的層(例如在彈性體包括尺寸為0.7-2微米的填充劑的情況下，約為2微米厚)，并在凹陷中形成較厚的層(例如約為0.0025英寸)。由各個(gè)壁形成的凹陷可以非常淺，例如深度約為2mil，以便提供強(qiáng)度足夠的彈性連結(jié)，從而將電極粘結(jié)鍵合到支持環(huán)，但在蓮蓬頭電極組件40的溫度循環(huán)中仍然能夠在電極42與支持環(huán)44之間運(yùn)動(dòng)。
電極組件的尺度可以被選擇來(lái)滿足其所需用途。例如，若電極被用來(lái)加工8英寸的晶片，則電極的直徑可以稍許小于大約9英寸，且支持環(huán)在電極與支持環(huán)之間的界面處的寬度可以稍微小于大約0.5英寸。
彈性連結(jié)可以包含任何適當(dāng)?shù)膹椥圆牧希缗c真空環(huán)境兼容且在例如200℃以上的高溫下抗熱退化的聚合物材料。彈性體材料可以可選地包括導(dǎo)電和/或?qū)岬念w粒的填充劑或諸如金屬絲網(wǎng)格、織造或非織造導(dǎo)電纖維等的其它形狀的填充劑。在其整個(gè)內(nèi)容在此處被列為參考的共同所有的美國(guó)專(zhuān)利No.6073577中，描述了此彈性連結(jié)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。
已經(jīng)被處理以清除自由碳的碳化硅部件可以被提供在用于各種等離子體加工的等離子體加工室中，這些等離子體加工包括對(duì)諸如摻雜的氧化硅例如氟化氧化硅(FSG)；諸如二氧化硅的不摻雜的氧化硅；甩涂玻璃(SOG)；諸如硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)和磷硅酸鹽玻璃(PSG)之類(lèi)的硅酸鹽玻璃；摻雜或不摻雜的熱生長(zhǎng)氧化硅；摻雜或不摻雜的TEOS淀積的氧化硅之類(lèi)的各種介質(zhì)材料的等離子體腐蝕。介質(zhì)的摻雜劑包括硼、磷、和/或砷。此介質(zhì)材料可以重疊導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料層，諸如多晶硅；諸如鋁、銅、鈦、鎢、鉬的金屬或它們的合金；諸如氮化鈦的氮化物；以及諸如氮化鈦的氮化物；以及諸如硅化鈦、硅化鈷、硅化鎢、硅化鉬之類(lèi)的金屬硅化物等。例如，氣體分配系統(tǒng)可以被用于由等離子體腐蝕鑲嵌結(jié)構(gòu)。
此等離子體可以是產(chǎn)生在各種等離子體加工裝置中的高密度等離子體。這種等離子體加工裝置典型地具有采用RF能量、微波能量、磁場(chǎng)等來(lái)產(chǎn)生高密度等離子體的高能源。例如，可以在也稱為感應(yīng)耦合等離子體的變壓器耦合的等離子體(TCPTM)反應(yīng)器、電子回旋共振(ECR)等離子體反應(yīng)器、螺旋波等離子體反應(yīng)器等中產(chǎn)生高密度等離子體。在其整個(gè)內(nèi)容在此處被列為參考的共同所有的美國(guó)專(zhuān)利No.5820723中，公開(kāi)了一種能夠提供高密度等離子體的高流量等離子體加工裝置的例子。
參照優(yōu)選實(shí)施方案已經(jīng)描述了本發(fā)明。但對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員來(lái)說(shuō)，顯然有可能以上述之外的具體形式來(lái)實(shí)施本發(fā)明而不偏離本發(fā)明的構(gòu)思。優(yōu)選實(shí)施方案是示例性的，決不應(yīng)該認(rèn)為是限制性的。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不由上面的描述給定。權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有改變和等效物都被認(rèn)為包羅在其中。
權(quán)利要求
1.一種從半導(dǎo)體襯底加工裝置的碳化硅部件清除自由碳的方法，此碳化硅部件是多孔的，且包括內(nèi)部和暴露表面，此碳化硅部件在內(nèi)部和暴露表面上包括自由碳，此方法包括對(duì)碳化硅部件進(jìn)行處理，以便至少基本上清除暴露表面上的所有自由碳。
2.權(quán)利要求1的方法，其中，通過(guò)硅蒸汽與碳的反應(yīng)合成來(lái)形成碳化硅部件。
3.權(quán)利要求1的方法，其中，所述處理包括在含氧氣氛中，在對(duì)至少?gòu)谋┞侗砻婊旧锨宄械淖杂商加行У臏囟群蜁r(shí)間，加熱碳化硅部件。
4.權(quán)利要求3的方法，其中，所述溫度約為750-1200℃，或約為800-900℃，所述時(shí)間約為2-12小時(shí)。
5.權(quán)利要求1的方法，其中，所述處理包括使碳化硅部件與能夠至少?gòu)谋┞侗砻婊旧锨宄凶杂商级旧喜磺宄蓟璧幕瘜W(xué)溶液相接觸。
6.權(quán)利要求1的方法，其中，所述處理包括使用氧等離子體處理碳化硅部件，以便至少?gòu)谋┞侗砻婊旧锨宄械淖杂商肌?br> 7.權(quán)利要求1的方法，還包括在處理之后用等離子體調(diào)節(jié)碳化硅部件的暴露表面。
8.權(quán)利要求1的方法，其中，所述自由碳為碳顆粒和/或碳團(tuán)簇的形式，且所述處理至少清除碳化硅部件內(nèi)部的尺寸至少約為50微米的碳顆粒和/或碳團(tuán)簇?cái)?shù)目的大約90％。
9.權(quán)利要求1的方法，其中，所述碳化硅部件主要由碳化硅和自由碳組成。
10.權(quán)利要求1的方法，其中，所述碳化硅部件選自蓮蓬頭電極組件的擋板、等離子體限制環(huán)、邊沿環(huán)、聚焦環(huán)、襯板、工作室襯里、電極、晶片通道插入件、窗口、等離子體屏、以及工作室壁。
11.一種半導(dǎo)體襯底加工裝置的碳化硅部件，此碳化硅部件是多孔的，且包括內(nèi)部和暴露表面，此碳化硅部件已經(jīng)(i)通過(guò)導(dǎo)致內(nèi)部包括自由碳的碳化硅部件的工藝形成；(ii)被處理以產(chǎn)生其中有自由碳的暴露表面；以及(iii)被處理以便清除自由碳，至少使暴露表面基本上無(wú)自由碳。
12.權(quán)利要求11的碳化硅部件，其中，碳化硅部件選自擋板、等離子體限制環(huán)、邊沿環(huán)、聚焦環(huán)、襯板、工作室襯里、電極、晶片通道插入件、窗口、等離子體屏、以及工作室壁。
13.一種半導(dǎo)體襯底加工裝置，包括等離子體加工室以及等離子體加工室中的根據(jù)權(quán)利要求11的至少一個(gè)碳化硅部件。
14.權(quán)利要求13的半導(dǎo)體襯底加工裝置，其中，所述等離子體加工室是腐蝕工作室。
15.一種在半導(dǎo)體襯底加工裝置的等離子體加工室中加工半導(dǎo)體襯底的方法，其中，處理氣體通過(guò)蓮蓬頭電極組件被提供到等離子體加工室中，此蓮蓬頭電極組件包括蓮蓬頭電極、處理氣體通過(guò)其中到蓮蓬頭電極的擋板室、以及擋板室中根據(jù)權(quán)利要求12的碳化硅擋板，此方法包括將生產(chǎn)用半導(dǎo)體襯底置于等離子體加工室中的襯底支座上；將處理氣體饋送到擋板室中，此處理氣體通過(guò)碳化硅擋板而進(jìn)入到碳化硅擋板與蓮蓬頭電極之間的空間內(nèi)，隨后通過(guò)蓮蓬頭電極并進(jìn)入到等離子體加工室內(nèi)部；以及采用通過(guò)蓮蓬頭電極的處理氣體對(duì)生產(chǎn)用半導(dǎo)體襯底進(jìn)行加工。
16.權(quán)利要求15的方法，還包括通過(guò)將RF功率提供到蓮蓬頭電極，使處理氣體形成與半導(dǎo)體襯底暴露表面相接觸的等離子體，腐蝕生產(chǎn)用半導(dǎo)體襯底上的介質(zhì)材料層。
17.權(quán)利要求15的方法，還包括在將生產(chǎn)用半導(dǎo)體襯底置于等離子體加工室中的襯底支座之前，對(duì)等離子體加工室進(jìn)行等離子體調(diào)節(jié)。
18.權(quán)利要求17的方法，其中，所述等離子體調(diào)節(jié)包括在對(duì)生產(chǎn)用半導(dǎo)體襯底進(jìn)行加工之前，在等離子體加工室中連續(xù)地加工虛擬晶片，其中，在對(duì)等離子體加工室進(jìn)行直至大約2個(gè)RF小時(shí)的等離子體調(diào)節(jié)之后，淀積在虛擬晶片上的尺寸至少約為0.2微米的累加物顆粒的數(shù)目少于大約20個(gè)。
19.權(quán)利要求18的方法，其中，在對(duì)等離子體加工室進(jìn)行直至大約2個(gè)RF小時(shí)的等離子體調(diào)節(jié)之后，淀積在虛擬晶片上的尺寸至少約為0.2微米的累加物顆粒的數(shù)目少于大約10個(gè)。
20.權(quán)利要求17的方法，其中，在對(duì)等離子體加工室進(jìn)行等離子體調(diào)節(jié)之前，所述碳化硅擋板被置于等離子體加工室中。
21.一種制作半導(dǎo)體襯底加工裝置的碳化硅部件的方法，包括利用導(dǎo)致在碳化硅部件中包括碳化硅部件內(nèi)部的自由碳的工藝，制作碳化硅部件；清除部分碳化硅部件，以便產(chǎn)生其上有自由碳的暴露表面；以及對(duì)碳化硅部件進(jìn)行處理，以便至少基本上清除暴露表面上的所有自由碳。
22.權(quán)利要求21的方法，其中，通過(guò)硅蒸汽與碳的反應(yīng)合成來(lái)形成碳化硅部件。
23.權(quán)利要求21的方法，其中，所述處理包括在含氧氣氛中，在對(duì)至少?gòu)谋┞侗砻婊旧锨宄械淖杂商加行У臏囟群蜁r(shí)間，加熱碳化硅部件。
24.權(quán)利要求23的方法，其中，所述溫度約為750-1200℃，或約為800-900℃，所述時(shí)間約為2-12小時(shí)。
25.權(quán)利要求21的方法，其中，所述處理包括使碳化硅部件與能夠至少?gòu)谋┞侗砻婊旧锨宄凶杂商级旧喜磺宄蓟璧幕瘜W(xué)溶液相接觸。
26.權(quán)利要求21的方法，其中，所述處理包括使用氧等離子體處理碳化硅部件，以便至少?gòu)乃霰┞侗砻婊旧锨宄械淖杂商肌?br> 27.權(quán)利要求21的方法，其中，碳化硅部件選自擋板、等離子體限制環(huán)、邊沿環(huán)、聚焦環(huán)、襯板、工作室襯里、電極、晶片通道插入件、窗口、等離子體屏、以及工作室壁。
28.權(quán)利要求21的方法，其中，所述清除包括對(duì)碳化硅部件進(jìn)行機(jī)械處理，以便從其中清除碳化硅。
全文摘要
提供了等離子體加工裝置的碳化硅部件、制作此部件的方法、以及在半導(dǎo)體襯底的加工過(guò)程中使用此部件來(lái)提供降低了的襯底顆粒沾污的方法。利用在部件中導(dǎo)致自由碳的工藝來(lái)形成碳化硅部件。對(duì)此碳化硅部件進(jìn)行處理，以便至少?gòu)谋砻媲宄杂商肌?br> 文檔編號(hào)C25F1/00GK1890034SQ200480036347
公開(kāi)日2007年1月3日 申請(qǐng)日期2004年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月14日
發(fā)明者任大興 申請(qǐng)人:蘭姆研究公司