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(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行離子刻蝕之類的處理中對(duì)處理偏差的控制.
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體處理領(lǐng)域，通過(guò)向真空室中提供刻蝕或沉積氣體、并向氣體施加RF場(chǎng)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(guó)專利No.4,340,462；No.4,948,458；No.5,200,232和No.5,820,723中公開(kāi)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(shí)，典型地，采用機(jī)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(guó)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?？梢园床煌姆绞綄⑻幚須怏w提供給真空室，例如通過(guò)氣嘴、氣環(huán)、氣體分配板等。在美國(guó)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(guó)專利No.5,641,375公開(kāi)的技術(shù)是對(duì)鋁真空室壁進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理以減少等離子體腐蝕和磨損。該’375專利提及，陽(yáng)極氧化層最終被濺射或刻蝕掉，從而必須更換真空室。美國(guó)專利No.5,680,013提及，美國(guó)專利No.4,491,496公開(kāi)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(guó)專利No.5,085,727公開(kāi)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(lái)沉積該涂層。
為保護(hù)真空室壁，美國(guó)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(kāi)了一種由固體氧化鋁加工而成、厚度至少為0.005英寸的獨(dú)立陶瓷襯套。該’585專利也提及，可通過(guò)火焰噴涂或等離子體噴涂氧化鋁來(lái)提供陶瓷層，該陶瓷層在沉積過(guò)程中不消耗下層的鋁。該’501專利公開(kāi)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(kāi)了一種溫控陶瓷襯套，該襯套有一個(gè)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(kāi)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(hù)鋁免受等離子體腐蝕。該‘356專利公開(kāi)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(hù)層。
美國(guó)專利No.5,904,778公開(kāi)了一種在獨(dú)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(guó)專利No.5,292,399公開(kāi)了一種環(huán)繞晶片座的SiC環(huán)。在美國(guó)專利No.5,182,059中公開(kāi)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(guó)專利No.4,401,689(感受器管)、No.4,518,349(加熱爐支桿)、No.4,999,228(擴(kuò)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.5,463,525(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(kāi)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(bào)No.60-200519(感應(yīng)器)，No.63-35452(擴(kuò)散爐管、襯套管，端口元件、開(kāi)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(bào)No.63-35452公開(kāi)了由粉漿澆注碳化硅制成的部件。
對(duì)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(duì)于噴淋頭的材料提出了各種建議。例如。美國(guó)No5,569,356公開(kāi)了一種硅、石墨或碳化硅的噴淋頭。美國(guó)專利No.5,888,907公開(kāi)了一種非晶碳、SiC和Al的噴淋頭電極。美國(guó)專利No.5,022,979公開(kāi)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(guò)程中的清潔及去除污染等需要時(shí)，美國(guó)專利No.5,538,230引用了美國(guó)專利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.4,987,016和日本公開(kāi)No.50-90184。該’230專利也引用了美國(guó)專利No.3,951,587和5,283,089以討論SiC部件，引用美國(guó)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(kāi)No.63-273323公開(kāi)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(guò)在室中產(chǎn)生等離子體并向室中引入甲烷和硅烷來(lái)在SiC部件上涂上SiC。
鑒于對(duì)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(duì)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(shí)間的材料都將對(duì)降低半導(dǎo)體晶片的處理費(fèi)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(shí)的處理偏差的方法。本方法包括步驟(a)將一個(gè)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(gè)有一個(gè)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(hù)硅免受內(nèi)部空間的等離子體轟擊的保護(hù)層，(b)通過(guò)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(lái)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(hù)游離硅免受等離子體轟擊，在處理步驟中對(duì)襯底的顆粒污染和/或處理偏差減少。
根據(jù)本方法的一個(gè)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(guò)向天線提供RF電力將處理氣激發(fā)成等離子體態(tài)。對(duì)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?。?duì)于氧化刻蝕，當(dāng)RF偏置在襯底上時(shí)，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(gè)或多個(gè)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(hù)處理監(jiān)控設(shè)備的筒狀襯套，等等。在優(yōu)選實(shí)施例中，粉漿澆注部件是一個(gè)安裝在處理室側(cè)壁內(nèi)陶瓷襯套中的開(kāi)口上的晶片通道襯墊，其中襯套由加熱器來(lái)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(gè)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(gè)處理中，粉漿澆注部件包括電阻率高到足以讓RF能量通過(guò)的氣體分配板，經(jīng)由氣體分配板，天線將RF能量耦合進(jìn)入處理室中，將處理氣激發(fā)。第三個(gè)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(kāi)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(shí)可通過(guò)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(shí)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(gè)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(hù)層，該保護(hù)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(shí)施例，粉漿澆注件是采用硅回填的多孔碳化硅，保護(hù)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(shí)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(kāi)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(guò)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(shí)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(guò)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(kāi)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(guò)該晶片通道襯墊進(jìn)出處理室。
本發(fā)明還提供了一種粉漿澆注部件，用在等離子處理室中，所述粉漿澆注部件包括游離硅；以及保護(hù)層，用于保護(hù)硅免受處理室中的等離子的轟擊。


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(gè)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(shí)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(gè)或多個(gè)部件，以及包括游離硅和保護(hù)硅免受內(nèi)部空間等離子體轟擊的保護(hù)層的部件來(lái)實(shí)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(shí)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(hù)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?yàn)榈入x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(huì)對(duì)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(shí)、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(jī)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(duì)粉漿澆注部件進(jìn)行加工，并在1500到2000℃左右的合適溫度進(jìn)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(guò)將粉末狀的硅熔化并經(jīng)過(guò)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(duì)于沒(méi)有暴露在等離子體中的部分大約是200um，或者，對(duì)于暴露在等離子體中的部分涂層厚度可超過(guò)1mm，優(yōu)選地，對(duì)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(duì)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(gè)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(lái)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(pán)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(méi)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(jiǎn)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(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，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。可采用任何合適的方式支撐襯套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(lái)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(shí)，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(shí)，加熱器28對(duì)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(shí)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(jì)，可在上面安裝不同的等離子體產(chǎn)生源。進(jìn)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(gè)襯底支座/支撐臂組件可通過(guò)處理室側(cè)壁的開(kāi)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(shí)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(gè)實(shí)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?？蓪⒚恳粋€(gè)瓷片和墊板組合件直接或間接安裝在室壁上。例如，可通過(guò)包括內(nèi)支撐架42和外支撐架44的支撐架40來(lái)支撐瓷片。襯套的溫度控制可通過(guò)由電導(dǎo)線49所提供電力的加熱器48和溫控元件50來(lái)實(shí)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(huì)在200℃以上的高溫下發(fā)生熱降解的聚合物材料?？蛇x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(wú)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(duì)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(dòng)熱可固化(例如，超過(guò)100℃)膠和從DowCorning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(kāi)口54，該開(kāi)口要足夠小以限制等離子體但又能允許通過(guò)真空泵來(lái)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(guò)讓電流流經(jīng)加熱元件來(lái)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(shí)，加熱器將擴(kuò)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(jìn)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(lái)隔開(kāi)。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(shí)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(gè)瓷片34都有邊56與相鄰瓷片的配合邊互鎖。如本可選實(shí)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(gè)邊76在角78處的放大圖，邊78包括一個(gè)長(zhǎng)度與襯墊70壁厚相當(dāng)?shù)膹澖遣糠?9。
在前述的實(shí)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(lái)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(duì)Al表面的濺射減小了，與Al表面對(duì)所處理晶片直接可見(jiàn)(with line-of-sight)的處理室相比，Al對(duì)所處理的晶片的污染減少了。
在前述的實(shí)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(dú)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(jìn)出開(kāi)口允許單個(gè)晶片進(jìn)出處理室，在涂有CVD SiC涂層的滲Si的SiC中可提供額外的開(kāi)口，以便采用如過(guò)程控制設(shè)備之類的傳統(tǒng)附件進(jìn)行各種測(cè)量。瓷片朝向處理室內(nèi)部的表面可以是平整的長(zhǎng)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(shí)施例中，可適應(yīng)在啟動(dòng)、運(yùn)行和關(guān)閉等離子體室時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力?？蛇x擇SiC瓷片的數(shù)量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)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(kāi)，將外支撐架分割成垂直延伸的板。為對(duì)SiC瓷片表面進(jìn)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(gè)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(shí)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?？赏ㄟ^(guò)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(guò)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(gè)整體環(huán)或多個(gè)間隔分離的環(huán)形片。例如，擋板可包括在圓周上相隔開(kāi)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(shí)施例，其中通過(guò)在表面覆蓋SiC瓷片來(lái)避免鋁質(zhì)組件的表面直接可見(jiàn)，瓷片的邊緣最好設(shè)計(jì)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(gè)瓷片上的突出部被相鄰瓷片上的凹部所接收?？赏ㄟ^(guò)在瓷片相對(duì)的兩表面提供不是直線的路徑的任何設(shè)計(jì)來(lái)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(lái)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(duì)鋁質(zhì)組件的可見(jiàn)性，并在啟動(dòng)、運(yùn)行和/或關(guān)閉等離子體反應(yīng)器時(shí)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(guò)內(nèi)支撐架傳導(dǎo)，經(jīng)過(guò)彈性體粘結(jié)劑傳導(dǎo)至外支撐架，并進(jìn)入處理室頂板。由于頂板通過(guò)冷卻通道進(jìn)行水冷，由外支撐架傳送來(lái)的熱量得以從處理室中去除。
在處理半導(dǎo)體襯底時(shí)，等離子體在處理室中產(chǎn)生之前，可采用加熱器對(duì)瓷片進(jìn)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(dòng)減少加熱器功率以保持所需時(shí)間的溫度。而且可調(diào)節(jié)內(nèi)和/或外支撐架的熱阻，以實(shí)現(xiàn)瓷片運(yùn)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(shí)，為減小由刻蝕處理時(shí)產(chǎn)生的氣體副產(chǎn)物對(duì)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(duì)這些表面的溫度控制減少了在連續(xù)處理單個(gè)晶片時(shí)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(guò)熱傳導(dǎo)加熱陶瓷襯套，也就是說(shuō)，熱量通過(guò)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(duì)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(gè)或多個(gè)零件可由CVD SiC制成?？稍谌缡惖囊r底上濺射CVD SiC，采用如機(jī)械加工之類的方法去除襯底后將CVD SiC生長(zhǎng)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(jī)械加工去除石墨柱體，留下CVD SiC柱狀襯套。CVD SiC的優(yōu)點(diǎn)包括高熱導(dǎo)率(也就是說(shuō)，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(shuō)，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(gè)優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)來(lái)看，使用CVD SiC非常有優(yōu)勢(shì)。
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(jī)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(jìn)行預(yù)燒結(jié)，隨后在向成形后的部件滲入Si的同時(shí)在1500至1800℃之間進(jìn)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(shí)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(shí)施例。因此，應(yīng)當(dāng)將上述討論的實(shí)施例視為示例說(shuō)明而不是限制，可以理解的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)那些實(shí)施例可能進(jìn)行的更改也在以下權(quán)利要求所限定的、本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種粉漿澆注部件，用在等離子處理室中，所述粉漿澆注部件包括游離硅；以及保護(hù)層，用于保護(hù)硅免受處理室中的等離子體轟擊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉漿澆注部件，其中等離子體包括一種或多種碳?xì)浞鷼怏w。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉漿澆注部件，其中所述粉漿澆注部件在等離子處理室中為等離子體提供接地路徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉漿澆注部件，其中所述粉漿澆注部件包括硅回填的多孔碳化硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉漿澆注部件，其中保護(hù)層是化學(xué)氣相沉積的碳化硅層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉漿澆注部件，其中所述粉漿澆注部件由彈性體粘結(jié)劑粘結(jié)在處理室側(cè)壁上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉漿澆注部件，其中所述粉漿澆注部件包括一個(gè)襯套。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉漿澆注部件，其中所述粉漿澆注部件包括在襯底支座和處理室內(nèi)壁之間延伸的穿孔擋板。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉漿澆注部件，其中所述粉漿澆注部件包括襯套和擋板，所述襯套環(huán)繞著襯底支座，所述擋板包括在襯套和襯底支座之間的延伸有小孔的環(huán)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉漿澆注部件，其中所述粉漿澆注部件包括聚焦環(huán)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉漿澆注部件，其中所述粉漿澆注部件包括安裝在處理室中的襯套中的開(kāi)口上的晶片通道襯墊。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉漿澆注部件，其中所述粉漿澆注部件包括氣體分配板，用于向處理室提供處理氣。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的粉漿澆注部件，其中所述氣體分配板具有足夠高的電阻率以使RF能量通過(guò)該氣體分配板，通過(guò)經(jīng)由氣體分配板，天線將RF能量耦合進(jìn)入處理室中，將處理氣激發(fā)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的粉漿澆注部件，其中所述粉漿澆注部件還包括具有電阻率小于200Ωcm的處理室襯套。
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(hù)層，該保護(hù)層保護(hù)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(gè)或多個(gè)部件，例如晶片通道襯墊(21)、一整片或多個(gè)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(shí)，粉漿澆注部件減少了等離子體處理時(shí)的顆粒污染和處理偏差。
文檔編號(hào)H01L21/3065GK1783415SQ200510118899
公開(kāi)日2006年6月7日 申請(qǐng)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(qǐng)人:蘭姆研究公司