改进等离子体处理室中的颗粒污染和处理偏差的方法及设备技术

一种等离子体处理室，包括表面暴露在处理室内部空间的粉浆浇注部件。粉浆浇注部件包括其内所含的游离硅和表面的保护层，该保护层保护硅免受处理室内部空间中的等离子体轰击。粉浆浇注部件可由粉浆浇注碳化硅制成，表面涂有ＣＶＤ碳化硅。粉浆浇注部件包括处理室的一个或多个部件，例如晶片通道衬垫（２１）、一整片或多个瓷片构成的衬套（２０）、等离子体挡板（２２）、喷淋头、绝缘元件等等。在采用等离子体刻蚀如氧化硅之类的绝缘体材料时，粉浆浇注部件减少了等离子体处理时的颗粒污染和处理偏差。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体处理设备，特别是改善了在对半导体衬底进行离子刻蚀之类的处理中对处理偏差的控制.
技术介绍
在半导体处理领域，通过向真空室中提供刻蚀或沉积气体、并向气体施加RF场从而将气体激发到等离子体状态，真空处理室通常被用于在衬底上刻蚀或是化学气相沉积物质。在美国专利No.4,340,462；No.4,948,458；No.5,200,232和No.5,820,723中公开了平行板、变压器耦合等离子体(TCPTM)[也称为感应耦合等离子体(ICP)]和电子回旋共振(ECR)反应器及其组件的例子。在这些反应器和设备中，由于等离子体环境的腐蚀特性，为减少颗粒和/或重金属污染，要求这些设备的组件必须表现出高耐蚀性。在处理半导体衬底时，典型地，采用机械夹具或静电夹具(ESC)在真空室中的衬底座上将衬底保持就位。在美国专利No.5,262,029和No.5,838,529中可以看到这些夹具系统及其组件的例子。可以按不同的方式将处理气体提供给真空室，例如通过气嘴、气环、气体分配板等。在美国专利No.5,863,376中可以看到用于感应耦合等离子体反应器及其组件的温控气体分配板。铝和铝合金通常被用于等离子体反应器的壁。为防止反应器壁被腐蚀，已经提出了各种在铝的表面涂上不同涂层的技术。例如，美国专利No.5,641,375公开的技术是对铝真空室壁进行阳极氧化处理以减少等离子体腐蚀和磨损。该’375专利提及，阳极氧化层最终被溅射或刻蚀掉，从而必须更换真空室。美国专利No.5,680,013提及，美国专利No.4,491,496公开了一种在刻蚀室的金属表面上采用火焰喷涂Al2O3的技术。该’013专利提及，由于热循环，在铝和氧化铝之类的陶瓷涂层之间的热膨胀系数差导致涂层的破裂，涂层最终在腐蚀环境中失效。美国专利No.5,085,727公开了一种用于等离子体真空室壁的碳涂层，其中采用等离子体辅助CVD来沉积该涂层。为保护真空室壁，美国专利No.5,366,585；No.5,556,501；No.5,788,799；No.5,798,016和No.5,885,356提出放置衬套。例如，该’585专利公开了一种由固体氧化铝加工而成、厚度至少为0.005英寸的独立陶瓷衬套。该’585专利也提及，可通过火焰喷涂或等离子体喷涂氧化铝来提供陶瓷层，该陶瓷层在沉积过程中不消耗下层的铝。该’501专利公开了一种工艺兼容的聚合物或石英或陶瓷衬套。该’799专利公开了一种温控陶瓷衬套，该衬套有一个内嵌的电阻加热器，陶瓷可以是氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化锆、碳化硅、碳化钛、碳化锆、氮化铝、氮化硼、氮化硅和氮化钛。该’016专利公开了一种陶瓷、铝、钢和/或石英衬套，选择铝是由于其易于加工，并且在铝上有一层氧化铝、Sc2O3或Y2O3，选择Al2O3作为铝的涂层以保护铝免受等离子体腐蚀。该‘356专利公开了用在CVD真空室中的一种氧化铝陶瓷衬套和用于晶片座的氮化铝陶瓷保护层。美国专利No.5,904,778公开了一种在独立的SiC上、用于真空室壁、真空室顶或环绕晶片座的环套的SiC CVD涂层。美国专利No.5,292,399公开了一种环绕晶片座的SiC环。在美国专利No.5,182,059中公开了一种用于制备烧结SiC的技术。除以上所述之外，在美国专利No.4,401,689(感受器管)、No.4,518,349(加热炉支杆)、No.4,999,228(扩散管)、No.5,074,456(上电极)、No.5,252,892(等离子体阴极室)、No.5,460,684(ESC的电阻层)、No.5,463,524(读出针)、No.5,578,129(负荷锁定系统的滤板)、No.5,538,230(晶片舟)、No.5,595,627(上电极)、No.5,888,907(电极板)和No.5,892,236(离子注入设备)中公开了在半导体处理设备中使用碳化硅的技术。其它一些文件包括日本专利公报No.54-10825(半导体扩散炉材料)，No.60-200519(感应器)，No.61-284301(上电极)，No.63-35452(扩散炉管、衬套管，端口元件、开关)，No.63-186874(微波加热样品板)，No.63-138737(等离子体刻蚀反应器的上电极)，No.3-201322(真空环境部件的涂层)，No.8-17745(晶片加热器)。在这些专利中，日本专利公报No.54-10825和No.63-35452公开了由粉浆浇注碳化硅制成的部件。对于喷淋头式气体分配系统之类的等离子体反应器组件，对于喷淋头的材料提出了各种建议。例如。美国No5,569,356公开了一种硅、石墨或碳化硅的喷淋头。美国专利No.5,888,907公开了一种非晶碳、SiC和Al的喷淋头电极。美国专利No.5,022,979公开了一种完全由SiC制成的喷淋头电极，或者采用一种以碳为基、采用CVD沉积SiC以提供高纯度SiC表层的材料制成。在讨论在处理半导体晶体过程中的清洁及去除污染等需要时，美国专利No.5,538,230引用了美国专利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和日本公开No.50-90184。该’230专利也引用了美国专利No.3,951,587和5,283,089以讨论SiC部件,引用美国专利No.4,761,134以讨论在渗Si的SiC或未填充Si的多孔Si上CVD沉积SiC。日本公开No.63-273323公开用于ECR等离子体沉积设备的SiC部件，其中在样品上沉积二氧化硅，通过在室中产生等离子体并向室中引入甲烷和硅烷来在SiC部件上涂上SiC。鉴于对半导体处理设备中的组件有高纯度和耐蚀的要求，在技术上有必要改善在这些组件中所用的材料和/或涂层。而且，对于真空室材料，任何能够增加反应室的寿命、从而减少设备故障时间的材料都将对降低半导体晶片的处理费用有益。
技术实现思路
本专利技术提供了一种处理半导体衬底以及减少颗粒污染和/或在连续处理衬底时的处理偏差的方法。本方法包括步骤(a)将一个衬底放置在等离子体处理室内部空间中的衬底座上，处理室至少包括一个有一个面暴露在内部空间的粉浆浇注部件，粉浆浇注部件包括游离硅和保护硅免受内部空间的等离子体轰击的保护层，(b)通过向处理室中提供处理气并在处理室中将处理气激发成等离子体态来处理衬底，粉浆浇注部件暴露在等离子体中并可选地提供RF电流的地路径，该RF电流维持等离子体(c)从处理室中取出衬底，以及(d)重复步骤(a-c)，在处理室中连续处理另外的衬底，由于保护游离硅免受等离子体轰击，在处理步骤中对衬底的颗粒污染和/或处理偏差减少。根据本方法的一个可选方面，粉浆浇注部件可包括处理室侧壁的衬套，处理室可包括基本上呈平面状的天线，通过向天线提供RF电力将处理气激发成等离子体态。对于氧化物材料的等离子体刻蚀，处理气可包括一种或多种碳氢氟化合物。对于氧化刻蚀，当RF偏置在衬底上时，等离子体最好包括刻蚀衬底上氧化层的高密度等离子体。粉浆浇注部件可包括室本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理半导体衬底以及减少在连续处理衬底时产生的颗粒污染和／或处理偏差的方法，该方法包括以下步骤： （ａ）将衬底放在等离子体处理室内部空间中的衬底支座上，该处理室至少包括一个表面暴露于内部空间中的粉浆浇注部件，该粉浆浇注部件内含游离硅以及在表面上具有保护层，该保护层保护硅免受内部空间中的等离子体轰击； （ｂ）通过向处理室中提供处理气体并在处理室中将处理气体激发到等离子体状态来处理衬底，粉浆浇注部件暴露在等离子体中具有可选地为维持等离子体的ＲＦ电流提供接地路径； （ｃ）将衬底从处理室中取出；并且 （ｄ）通过重复步骤（ａ－ｃ），同时由于保护游离硅免受等离子体轰击而最小化在处理步骤中对衬底的颗粒污染和／或减小处理偏差，从而在处理室中连续处理其它衬底。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 1999-12-22 09/469,3001.一种处理半导体衬底以及减少在连续处理衬底时产生的颗粒污染和/或处理偏差的方法，该方法包括以下步骤(a)将衬底放在等离子体处理室内部空间中的衬底支座上，该处理室至少包括一个表面暴露于内部空间中的粉浆浇注部件，该粉浆浇注部件内含游离硅以及在表面上具有保护层，该保护层保护硅免受内部空间中的等离子体轰击；(b)通过向处理室中提供处理气体并在处理室中将处理气体激发到等离子体状态来处理衬底，粉浆浇注部件暴露在等离子体中具有可选地为维持等离子体的RF电流提供接地路径；(c)将衬底从处理室中取出；并且(d)通过重复步骤(a-c)，同时由于保护游离硅免受等离子体轰击而最小化在处理步骤中对衬底的颗粒污染和/或减小处理偏差，从而在处理室中连续处理其它衬底。2.根据权利要求1所述的方法，其中粉浆浇注部件包括在处理室侧壁之中的衬套，处理室包括基本上呈平面状的天线，通过向该天线提供RF电力，处理气被激发到等离子体状态，处理气包括一种或多种氢碳氟化合物气体。3.根据权利要求1所述的方法，其中等离子体包括高密度等离子体，在向衬底提供RF偏置时高密度等离子体刻蚀衬底上的氧化层，从而对衬底进行处理。4.根据权利要求1所述的方法，其中粉浆浇注部件包括处理室侧壁中的衬套、向处理室中提供处理气体的气体分配板、在衬底支座和处理室内壁之间延伸的穿孔挡板、晶片通道衬垫和/或环绕衬底的聚焦环。5.根据权利要求1所述的方法，其中粉浆浇注部件包括安装在处理室侧壁中陶瓷衬套开口内的晶片通道衬垫，该衬套由加热器进行加热，从而将衬套保持在所需温度。6.根据权利要求1所述的方法，其中粉浆浇注部件主要由涂有CVD SiC涂层的渗硅的粉浆浇注SiC组成。7.根据权利要求1所述的方法，其中粉浆浇注部件包括被加热的衬套和挡板，衬套环绕着衬底支座，挡板包括在衬套和衬底支座之间延伸的有小孔的环，在处理步骤中衬套被加热到室温之上。8.根据权利要求1所述的方法，其中粉浆浇注部件包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯E维克，
申请(专利权)人：兰姆研究公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]