CN1890034B - 经处理以清除自由碳的半导体衬底加工装置的碳化硅部件 - Google Patents

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Abstract

提供了等离子体加工装置的碳化硅部件、制作此部件的方法、以及在半导体衬底的加工过程中使用此部件来提供降低了的衬底颗粒沾污的方法。利用在部件中导致自由碳的工艺来形成碳化硅部件。对此碳化硅部件进行处理，以便至少从表面清除自由碳。

Description

经处理以清除自由碳的半导体衬底加工装置的碳化硅部件
背景技术
通过包括诸如金属、介质、半导体材料的化学气相淀积(CVD)之类的淀积工艺；腐蚀工艺；以及光抗蚀剂清除工艺的各种工艺，来加工半导体衬底材料。等离子体腐蚀被常规地用来腐蚀金属、介质、以及半导体材料。
发明内容
提供了处理半导体衬底加工装置的碳化硅部件的各种方法、制作这些部件的各种方法、以及用这些方法处理的各种部件。这些方法从这些部件清除了例如石墨的自由碳，从而在等离子体加工室中加工半导体衬底的过程中降低了这些部件引起的半导体衬底的颗粒沾污。
能够被这些方法处理的碳化硅部件包括例如莲蓬头电极组件的挡板和气体分配板、边沿环、聚焦环、等离子体限制环、工作室衬里、电极、晶片通道插入件、窗口、等离子体屏、以及工作室壁。
在一个优选实施方案中，用诸如硅蒸汽与碳的反应合成来形成被处理的碳化硅部件，这导致包括痕量自由碳的部件。此碳化硅部件是多孔的，且包括内部和暴露的表面。由于制造工艺，诸如在硅蒸汽与碳的反应合成过程中碳不完全转换形成碳化硅以及碳化硅的机械处理例如研磨，故这些部件在内部和暴露的表面上包括自由碳。如此处所用的那样，术语“暴露的表面”意味着借助于用例如机械研磨的处理从碳化硅部件清除材料而已经被暴露并在表面上有自由碳的部件表面。一种优选方法处理了半导体加工装置的这种碳化硅部件，以便至少基本上清除暴露表面上的所有自由碳。
清除自由碳的一种优选方法包含在含氧气氛中对包括自由碳的半导体加工装置的碳化硅部件进行加热，以便至少从部件的暴露表面基本上清除所有的自由碳。
另一优选方法包含使包括自由碳的半导体加工装置的碳化硅部件与能够从至少暴露表面基本上清除所有自由碳的化学溶液相接触，而基本上不清除碳化硅。
另一优选方法包含用氧等离子体来处理包括自由碳的半导体加工装置的碳化硅部件，以便至少从部件的暴露表面基本上清除所有的自由碳。
在另一优选实施方案中，碳化硅部件是多孔的且包含内部和暴露表面。此碳化硅部件已经(i)用导致内部自由碳的工艺被形成；(ii)被处理以产生其上有自由碳的暴露表面；以及(iii)被处理以便清除自由碳，至少使暴露表面基本上无自由碳。
另一优选实施方案提供了一种包含等离子体加工室和至少一个碳化硅部件的半导体衬底加工装置。此碳化硅部件可以是例如挡板、气体分配板、等离子体限制环、边沿环、聚焦环、衬板、工作室衬里电极、晶片通道插入件、窗口、等离子体屏、或工作室壁。在一个优选实施方案中，此碳化硅部件至少是一个用来将处理气体分配到等离子体加工室中的莲蓬头电极组件的挡板。
另一优选实施方案提供了一种在半导体衬底加工装置的等离子体加工室中加工半导体衬底的方法。此半导体加工装置包括等离子体加工室，利用包括莲蓬头电极、处理气体通过其中而到莲蓬头电极的挡板室的莲蓬头组件，处理气体被馈送到此等离子体加工室中。至少一个已经被清除自由碳的优选方法处理过的碳化硅部件，被提供在等离子体加工装置中。此方法包含在其中提供碳化硅部件的等离子体加工室中对半导体衬底进行加工。
在另一优选实施方案中，在等离子体加工室中加工生产用半导体衬底之前，对工作室进行等离子体调节。此等离子体调节包含在工作室中加工生产用半导体衬底之前，在等离子体加工室中连续地加工虚拟晶片。至少一个已经被处理以清除自由碳的碳化硅部件，被提供在等离子体加工室中，从而显著地减少淀积在虚拟晶片上的累加物颗粒(adder particles)的数目，并缩短了工作室的调节时间。
附图说明
图1曲线示出了半导体衬底上计数的颗粒累加物数目对包含未被处理以清除自由碳的碳化硅挡板的等离子体加工室的等离子体调节的RF小时数(曲线A)以及对包含已经被处理以清除自由碳的碳化硅挡板的等离子体加工室的等离子体调节的RF小时数(曲线B)之间的关系。
图2是用于晶片加工的莲蓬头电极组件示例性实施方案的侧剖面图。
图3是根据优选实施方案的弹性体键合莲蓬头电极组件的侧剖面图。
图4是图3所示莲蓬头电极组件的局部侧剖面图。
具体实施方式
一种示例性半导体衬底加工装置是一种平行板反应器。平行板反应器包含等离子体加工室，此等离子体加工室包括顶部电极以及衬底支座，在等离子体加工过程中，诸如半导体晶片之类的衬底被支持在此衬底支座上。此衬底支座包括底部电极和用来夹持衬底的夹持机构，例如机械吸盘或静电吸盘(ESC)。顶部电极可以是用来在等离子态工作室中分配处理气体的莲蓬头电极组件的一部分。莲蓬头电极组件可以包括垂直分隔开的各挡板，以便控制处理气体经由莲蓬头顶部电极到莲蓬头电极的供应。
半导体衬底加工装置还可以包含构成来将等离子体限制在等离子体工作室的选定区域内，例如由衬底支座上的衬底所确定的典型包括边沿环和等离子体限制环组件的区域内的部件。
在包括挡板的典型莲蓬头电极组件中，处理气体在通过莲蓬头电极出来之前，处理气体通过一个或多个挡板。等离子体至少能够冲击邻近莲蓬头电极中各个孔附近的莲蓬头电极的底部挡板。一定时间之后，就能够在挡板的下侧上形成浸蚀图形，导致成为“累加物”的颗粒，从挡板被清除，并淀积在衬底上。累加物能够导致有缺陷的半导体器件，例如微处理器、存储器、晶体管等。因此，希望尽可能减少诸如在半导体衬底上各层中腐蚀窗口之类的等离子体加工操作中产生的累加物的数目。
在等离子体加工操作中，半导体衬底加工装置的其它等离子体暴露部件，例如气体分配板、边沿环、聚焦环、等离子体限制环、工作室衬里、电极、晶片通道插入件、窗口、等离子体屏、工作室壁等，也能够被等离子体浸蚀，潜在地导致半导体衬底被等离子体加工操作中清除的颗粒沾污。
半导体衬底加工装置的这些部件可以用包括碳化硅材料的各种材料制作。这种碳化硅部件可以由包括例如烧结工艺和硅蒸汽与碳的反应合成的各种工艺来形成。用这种反应合成工艺形成的碳化硅材料提供了有利的性质，例如降低了的沾污、耐磨性、以及用于等离子体环境的设计灵活性。
但已经确定半导体加工装置的碳化硅部件可能包括“自由碳”。如此处定义的那样，“自由碳”是以分立碳颗粒或碳颗粒团簇(聚集物)的形式存在于碳化硅部件内部和/或表面上的碳。“自由碳”有别于优选具有化学比或近化学比组分的碳化硅基质材料。还已经确定除非这种自由碳至少从这种碳化硅部件的某些部分被清除，否则，自由碳可以在部件用于等离子体环境时作为颗粒而被释放。自由碳颗粒的释放能够产生累加物，能够沾污正在等离子体环境中被加工的半导体衬底。
已经确定包含自由碳的碳化硅部件能够被处理，以便至少从这种部件的暴露表面清除自由碳。还已经确定借助于从碳化硅部件至少清除表面自由碳，能够降低在包含这种部件的等离子体工作室中加工过程中从部件释放的颗粒数目。因此，能够显著地降低累加物造成的器件失效事故以及对诸如晶片之类的被加工衬底成品率的不利影响。
碳化硅部件的碳化硅材料优选是采用硅蒸汽用碳源的转换方法生产的高纯度的商业制造的碳化硅。此转换工艺包括使诸如石墨之类的碳的成形片与二氧化硅气体发生反应，从而产生一氧化硅气体，以及原位气-固反应，其中碳与一氧化硅气体反应，从而将碳转换成碳化硅，并产生过量的一氧化碳。原材料碳优选是石墨的低多孔性高纯度细小的颗粒。用碳源转换形成的市售碳化硅材料是德克萨斯州Decatur的Poco Graphite公司生产的“SUPERSiC”碳化硅。
已经确定借助于转换石墨而形成的半导体衬底加工装置的部件可以包含诸如来自石墨到碳化硅不完全转换的石墨颗粒之类的痕量自由碳。此自由碳可以是由石墨到碳化硅的不完全转换所形成的碳颗粒的形式或碳团簇的形式。来自这种工艺的自由碳位于碳化硅部件内部。但用例如机械研磨和/或抛光对这种部件的处理，能够清除表面材料，从而在被处理表面上暴露自由碳，此表面在此处被成为“暴露的表面”。考虑到衬底的颗粒沾污，与位于部件内部的自由碳相比，碳化硅部件暴露表面处的自由碳更不可取。确切地说，已经确定直至表面自由碳借助于在工作室中暴露于等离子体而已经被完全清除之前，包括表面自由碳的部件都可以是碳颗粒源。由于位于这种碳化硅部件内部的自由碳随着等离子体逐渐浸蚀碳化硅而变得被暴露，故表面自由碳的清除不能完全解决颗粒问题。但通常在给定时间内，与表面自由碳相比，内部自由碳被暴露于等离子体较少。
已经确定包含来自不完全碳转换的自由碳的半导体衬底加工装置的等离子体暴露的碳化硅部件能够被处理，以便清除至少位于部件暴露表面处的自由碳，从而显著地降低在装置中加工的衬底的颗粒沾污。而且，如下面所述，在对包含暴露表面处和内部的自由碳的碳化硅部件进行处理的方法的各实施方案中，可以用此处理从暴露表面以及从内部清除自由碳。
对碳化硅部件进行处理以清除自由碳的各种方法，优选被用来处理由碳转换形成的部件；但这些方法也可以被用来从其它工艺形成的碳化硅材料清除自由碳。例如，此碳化硅可以是可从加州Vista的Cercom公司、加州Costa Mesa的Carborundum公司、以及加州CostaMesa的Ceradyne公司得到的烧结材料。
已经确定由于不完全碳转换而存在于碳化硅部件中的自由碳能够包括碳团簇形式的碳，亦即较小碳颗粒的聚集物。这些团簇典型地可以具有约为20-200微米，例如约为50-100微米的尺寸。这种碳化硅部件中的自由碳的数量典型地少于大约1％重量比，例如约为0.5％重量比或以下。
提供了从半导体衬底加工装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，并用导致自由碳存在于内部和暴露表面上的工艺来形成。这些方法包含对碳化硅部件进行处理，以便至少基本上清除暴露表面上的所有自由碳。这些处理优选清除暴露表面上的所有自由碳。这些方法的实施方案也能够清除贯穿部件内部的自由碳。
在一个优选实施方案中，可以用硅蒸汽和碳的反应合成来形成碳化硅部件。如上所述，在这种工艺过程中，可能出现诸如石墨的不完全转换的碳，导致分布在部件内部的自由碳。可以利用机械处理来暴露此内部自由碳。清除自由碳的各种方法的一个优选实施方案包含在含氧气氛中于一定温度下对碳化硅部件加热一定时间，此时间要能够有效地从暴露表面基本上清除所有的自由碳。此加热优选还从碳化硅部件内部至少清除一些自由碳，从而防止被清除的内部自由碳在等离子体加工室中可能被释放。
可以在诸如高温炉或炉子之类的任何适宜的容器中加热包括自由碳的碳化硅部件。含氧的气氛可以包括，但不局限于氧、空气、水蒸汽、或它们的混合物。在一个优选实施方案中，容器被密封，且诸如空气的含氧气氛经由气体供应系统被馈送到容器中。
此含氧气氛优选被保持在能够氧化自由碳(亦即将自由碳转换成一氧化碳、二氧化碳、或它们的混合物)但低得足以基本上避免氧化碳化硅(亦即有害地影响碳化硅的机械和/或物理性质)的温度下。处理容器中的含氧气氛的温度优选约为750-1200℃，更优选约为800-900℃。碳化硅部件在含氧气中被处理的时间要能够至少基本上从暴露表面清除所有的自由碳，优选约为2-12小时。
已经确定在含氧气氛中对包括自由碳的碳化硅部件进行的加热，能够清除部件暴露表面处的所有自由碳。此加热优选还能够清除贯穿部件内部的至少一些自由碳。此加热优选清除内部至少大约80％，更优选至少大约90％的尺寸约为50微米的自由碳颗粒和/或团簇。此加热还从部件清除较小的颗粒和/或团簇。碳化硅部件中的自由碳颗粒和/或团簇的数目可以用任何适当的技术，例如用显微镜、自动图象分析之类，来手工测量或自动地测量。
处理碳化硅部件以清除自由碳的另一优选方法包含使碳化硅部件与能够至少从表面基本上清除所有自由碳但基本上不清除碳化硅的化学溶液相接触。此化学溶液优选清除少于大约1％重量比的碳化硅。此化学溶液可以是能够达到此结果的任何适当化学组分的化学溶液。此化学溶液优选是酸溶液，例如包含硝酸、硫酸之类的溶液。为了提高自由碳的清除速率，此化学溶液优选被加热到提高的温度。此处理可以包括将碳化硅部件浸入到化学溶液中。或者可以用诸如喷雾方法之类的任何其它的合适工艺将化学溶液涂敷到碳化硅部件。
可以对化学溶液的浓度进行调节，以便控制自由碳的清除速率，使处理能够在所需的处理时间内进行。可以对化学溶液的浓度、溶液的温度、pH值、以及其它参数进行选择，以便达到所需的自由碳清除速率。碳化硅部件可以与化学溶液接触一定时间，此时间要能够清除所希望的自由碳数量，优选清除至少基本上部件暴露表面处的所有自由碳。
处理碳化硅部件以清除自由碳的另一优选方法包含用氧等离子体来处理部件，以便基本上至少从表面清除所有的自由碳。例如，可以在半导体衬底加工装置的烧蚀工作室中来处理碳化硅部件，以便清除自由碳。在此处理过程中，碳化硅部件的温度例如可以约为200-300℃。
可以用诸如研磨和/或抛光之类的方法对碳化硅部件的外表面进行机械加工，以便在用各种优选方法之一处理部件之前得到所希望的表面光洁度。此机械加工能够产生其上具有自由碳的暴露表面。
在已经用上述方法之一处理部件以清除自由碳之后，可以用等离子体调节碳化硅部件的表面。可以执行此等离子体调节处理，以便从部件表面清除诸如碳化硅颗粒之类的附着颗粒。这种附着的颗粒可以来自对部件的机械加工和/或烧结。在2000年6月30日提交的共同所有的美国专利申请No.09/607922中，描述了调节碳化硅部件的各种适当方法，此专利申请的整个内容在此处被列为参考。
在一个优选实施方案中，在加工生产用半导体衬底之前，借助于对虚拟晶片进行加工，对包含一个或多个已经被处理以清除自由碳的碳化硅部件的等离子体加工室进行等离子体调节。处理的碳化硅部件优选在生产用半导体衬底被加工之前被置于等离子体加工室中。
图1示出了半导体衬底上颗粒累加物的数目对包含未被处理以清除自由碳的碳化硅挡板的等离子体加工室的等离子体调节时间长度(曲线A)以及对包含已经在含氧气氛中被处理以清除自由碳的碳化硅挡板的等离子体加工室的等离子体调节时间长度(曲线B)之间的关系。水平线示出了淀积在200mm虚拟晶片上的尺寸至少约为0.2微米的20个累加物的典型特性。
曲线B示出了在工作室等离子体调节刚刚大约2个RF小时(亦即，在调节过程中，在等离子体反应器中产生等离子体的小时数)之后，淀积在等离子体加工室中200mm虚拟晶片上的尺寸至少约为0.2微米的颗粒累加物的数目被减少到了少于大约10个，且借助于延长调节时间长度，这些颗粒累加物的数目被进一步减少了。
但如曲线A所示，淀积在包括未被处理以清除自由碳的碳化硅下部挡板的等离子体加工室中的虚拟晶片上的颗粒累加物的数目，即使在45个RF小时的等离子体调节之后，仍然大于20。因此，清除自由碳能够显著地降低等离子体加工室中累加物颗粒的产生。
能够用上述各种方法处理以清除自由碳的半导体衬底加工室的碳化硅部件包括但不局限于挡板、气体分配板、边沿环、聚焦环、等离子体限制环、工作室衬里、电极、晶片通道插入件、窗口、等离子体屏、以及工作室壁。在其整个内容在此处被列为参考的美国专利No.6129808中，描述了包括这种部件的半导体衬底加工装置的示例性部件。
这些碳化硅部件可以具有各种形状和尺寸。被处理以清除自由碳的包含自由碳的碳化硅部件的优选厚度可以直到大约1/4英寸。然而，更厚的部件也能够在含氧气氛中用上述处理来处理。
在一个优选实施方案中，已经被处理以清除自由碳的一个或多个碳化硅部件被安装在半导体衬底加工装置中。一个这种示例性装置被示于图2。但碳化硅部件也可以被用于具有图2之外的构造的等离子体加工装置。半导体衬底加工装置包括莲蓬头电极组件10，典型地与莲蓬头电极组件10下方的衬底支座一起使用，此衬底支座包括吸盘机构例如静电吸盘且具有其上支持衬底例如半导体晶片的平坦底部电极。衬底支座还可以包括用来控制衬底温度的特点。例如，衬底支座可以包括晶片背面的氦供应系统和/或传热液体供应系统，前者用来控制衬底与吸盘之间的热传输，后者可工作来通过衬底支座来循环例如水的液体。
在其整个内容在此处被列为参考的共同所有的美国专利No.6391787中，描述了其中能够使用诸如挡板之类的被处理的碳化硅部件的另一种示例性适当电极组件。
此莲蓬头电极组件10可以被提供在其中处理气体被分布在半导体衬底上的任何一种半导体衬底加工装置中。这种装置可以包括但不局限于CVD系统、烧蚀器、电容耦合等离子体反应器、感应耦合等离子体反应器、ECR反应器等。所示莲蓬头电极组件10是一种耗材，亦即要周期性地更换。由于莲蓬头电极10被固定到温度控制部件，为了易于更换，故可以用任何适当的技术，例如用下面所述的弹性连结，将莲蓬头电极10的上表面键合到诸如石墨支持环之类的支持环12。
图2所示的莲蓬头电极10是一个平坦盘。具有法蓝的支持环12被夹持环16夹持到诸如铝部件的具有通过其中流动传热流体(液体或气体)的通道13的温度控制部件14。例如，利用水入口/出口连接13a，水能够在冷却管道13中循环。包括多个等离子体限制环的叠层的等离子体限制环组件17，环绕着莲蓬头10的外围。此等离子体限制环可以由诸如石英、碳化硅之类的各种材料组成。等离子体限制环组件17被固定到固定于介质壳套18a的介质(例如石英)环形环18。等离子体限制环组件17在等离子体工作室中产生压力差，并增大等离子体工作室24的壁与等离子体之间的电阻，从而将等离子体限制在莲蓬头电极10与底部电极之间。
在半导体衬底加工装置的实施方案中，处理气体从气源经由温度控制部件14中的通道20被馈送到莲蓬头电极10。处理气体通过一个或多个垂直分隔开的挡板22并通过莲蓬头电极10中的气体分配孔(未示出)被分配，以便将处理气体均匀地分散到等离子体工作室中。为了提高从莲蓬头电极10到温度控制部件14的导热性，处理气体可以被馈送到温度控制部件14相反的表面与支持环12之间的开放空间中。此外，气体通道27被连接到环形环18或限制环组件17中的气体通道(未示出)，以便能够监视等离子体工作室24中的压力。为了在压力下将处理气体保持在温度控制部件14与支持环12之间，可以在支持环12的内表面与温度控制部件14的相反表面之间提供一个可选的第一O形环密封28，并可以在支持环12上表面的外围部分与温度控制部件14的相反表面之间提供一个可选的第二O形环密封29。为了在等离子体工作室24内保持真空，可以在温度控制部件14与圆筒部件18b之间以及圆筒部件18b与壳套18a之间提供额外的可选O形环30和32。
在一个优选实施方案中，至少下部挡板22a由碳化硅组成。莲蓬头电极组件10的其它挡板不直接暴露于等离子体，因此，与下部挡板22a相比，这些挡板的等离子体诱发浸蚀更不重要。但一个或多个其它挡板也可以由碳化硅组成。
碳化硅挡板可以被构造成现有挡板的插入式更换零件，或成为其中希望降低归咎于此特定零件的沾污的任何气体分配系统的零件。例如，碳化硅挡板可以被用作本申请转让人Lam Research Corporation所制造的Exelan或4520XLE的挡板的插入式更换。
由于电极组件是一种耗材，故希望使用非污染材料作为与等离子体接触的电极组件的零件。依赖于处理气体的化学性质，这种材料优选是无铝的导电材料、半导体材料、或绝缘材料，并可以包括例如玻璃、陶瓷、和/或聚合物材料，诸如单晶或多晶硅、石英；硅、硼、氧化钇、氧化铈、钛、钽、铌、和/或锆的碳化物、氮化物、和/或氧化物；钛、钨、钽和/或钴的硅化物；金刚石等。对于等离子体反应工作室中的表面，由硅、碳、氮、和/或氧组成的材料是最优选的。
此电极可以是诸如平面硅(例如单晶硅)的导电材料或从中心到其外边沿具有均匀厚度的碳化硅电极盘。但也可以使用具有不均匀厚度的电极(例如美国专利No.6391787所述的台阶式电极)。不同材料和/或没有处理气体分配孔的电极也可以用于电极组件。在一个优选实施方案中，电极是莲蓬头电极，此莲蓬头电极配备有多个分隔开的具有一定尺寸和分布以便适合于供应被电极激活的处理气体的气体喷射通道，并在反应工作室电极下方形成等离子体。
图3示出了一种能够代替图2所示包括莲蓬头电极10和支持环12的莲蓬头电极组件的莲蓬头电极40。在莲蓬头电极40中，如图4所示，利用能够位于凹陷48中的弹性连结46，电极42被键合到支持环44。凹陷48在支持环44的内壁(未示出)与外壁50之间连续地延伸于支持环44周围。各个壁50可以尽可能薄，例如约为30mil宽，这使弹性体能够在与各个壁50相接触的区域内形成薄的层(例如在弹性体包括尺寸为0.7-2微米的填充剂的情况下，约为2微米厚)，并在凹陷中形成较厚的层(例如约为0.0025英寸)。由各个壁形成的凹陷可以非常浅，例如深度约为2mil，以便提供强度足够的弹性连结，从而将电极粘结键合到支持环，但在莲蓬头电极组件40的温度循环中仍然能够在电极42与支持环44之间运动。
电极组件的尺度可以被选择来满足其所需用途。例如，若电极被用来加工8英寸的晶片，则电极的直径可以稍许小于大约9英寸，且支持环在电极与支持环之间的界面处的宽度可以稍微小于大约0.5英寸。
弹性连结可以包含任何适当的弹性材料，例如与真空环境兼容且在例如200℃以上的高温下抗热退化的聚合物材料。弹性体材料可以可选地包括导电和/或导热的颗粒的填充剂或诸如金属丝网格、织造或非织造导电纤维等的其它形状的填充剂。在其整个内容在此处被列为参考的共同所有的美国专利No.6073577中，描述了此弹性连结的进一步细节。
已经被处理以清除自由碳的碳化硅部件可以被提供在用于各种等离子体加工的等离子体加工室中，这些等离子体加工包括对诸如掺杂的氧化硅例如氟化氧化硅(FSG)；诸如二氧化硅的不掺杂的氧化硅；甩涂玻璃(SOG)；诸如硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)和磷硅酸盐玻璃(PSG)之类的硅酸盐玻璃；掺杂或不掺杂的热生长氧化硅；掺杂或不掺杂的TEOS淀积的氧化硅之类的各种介质材料的等离子体腐蚀。介质的掺杂剂包括硼、磷、和/或砷。此介质材料可以重叠导电或半导电材料层，诸如多晶硅；诸如铝、铜、钛、钨、钼的金属或它们的合金；诸如氮化钛的氮化物；以及诸如氮化钛的氮化物；以及诸如硅化钛、硅化钴、硅化钨、硅化钼之类的金属硅化物等。例如，气体分配系统可以被用于由等离子体腐蚀镶嵌结构。
此等离子体可以是产生在各种等离子体加工装置中的高密度等离子体。这种等离子体加工装置典型地具有采用RF能量、微波能量、磁场等来产生高密度等离子体的高能源。例如，可以在也称为感应耦合等离子体的变压器耦合的等离子体(TCPTM)反应器、电子回旋共振(ECR)等离子体反应器、螺旋波等离子体反应器等中产生高密度等离子体。在其整个内容在此处被列为参考的共同所有的美国专利No.5820723中，公开了一种能够提供高密度等离子体的高流量等离子体加工装置的例子。
参照优选实施方案已经描述了本发明。但对于本技术领域的熟练人员来说，显然有可能以上述之外的具体形式来实施本发明而不偏离本发明的构思。优选实施方案是示例性的，决不应该认为是限制性的。本发明的范围由所附权利要求而不由上面的描述给定。权利要求范围内的所有改变和等效物都被认为包罗在其中。

Claims (27)

1.一种从半导体衬底加工装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，且包括内部和暴露表面，此碳化硅部件通过硅氧化物蒸汽与石墨的反应制备并在内部和暴露表面上包括石墨形式的自由碳，所述暴露表面是借助于机械研磨或抛光的处理从碳化硅部件清除表面材料而已经被暴露并在其上具有自由碳的部件表面，此方法包括对碳化硅部件进行处理，以便至少从暴露表面基本上清除自由碳。
2.权利要求1的方法，其中，所述处理包括在含氧气氛中，在对至少从暴露表面基本上清除自由碳有效的温度和时间，加热碳化硅部件。
3.权利要求2的方法，其中，所述温度为750-1200℃，所述时间为2-12小时。
4.权利要求3的方法，其中，所述温度为800-900℃。
5.权利要求1的方法，其中，所述处理包括使碳化硅部件与能够至少从暴露表面基本上清除自由碳而基本上不清除碳化硅的化学溶液相接触。
6.权利要求1的方法，其中，所述处理包括使用氧等离子体处理碳化硅部件，以便至少从暴露表面基本上清除自由碳。
7.权利要求1的方法，还包括在处理之后用等离子体调节碳化硅部件的暴露表面。
8.权利要求1的方法，其中，所述自由碳为石墨颗粒和/或石墨团簇的形式，且所述处理至少清除碳化硅部件内部的尺寸至少为50微米的石墨颗粒和/或石墨团簇数目的90％。
9.权利要求1的方法，其中，所述碳化硅部件主要由碳化硅和自由碳组成。
10.权利要求1的方法，其中，所述碳化硅部件选自莲蓬头电极组件的挡板、等离子体限制环、边沿环、聚焦环、衬板、工作室衬里、电极、晶片通道插入件、窗口、等离子体屏、以及工作室壁。
11.一种半导体衬底加工装置的碳化硅部件，此碳化硅部件是多孔的，且包括内部和暴露表面，此碳化硅部件已经(i)通过导致碳化硅部件内部包括石墨形式的自由碳的硅氧化物蒸汽与石墨的反应形成；(ii)通过机械研磨或抛光该部件的处理以产生其中有石墨形式的自由碳的暴露表面；以及(iii)被处理以便清除该自由碳，以至少使暴露表面基本上无自由碳。
12.权利要求11的碳化硅部件，其中，碳化硅部件选自挡板、等离子体限制环、边沿环、聚焦环、衬板、工作室衬里、电极、晶片通道插入件、窗口、等离子体屏、以及工作室壁。
13.一种半导体衬底加工装置，包括等离子体加工室以及等离子体加工室中的至少一个根据权利要求10中的碳化硅部件。
14.权利要求13的半导体衬底加工装置，其中，所述等离子体加工室是腐蚀工作室。
15.一种在半导体衬底加工装置的等离子体加工室中加工半导体衬底的方法，其中，处理气体通过莲蓬头电极组件被提供到等离子体加工室中，此莲蓬头电极组件包括莲蓬头电极、处理气体通过其中到莲蓬头电极的挡板室、以及挡板室中根据权利要求12中的碳化硅挡板，此方法包括：
将生产用半导体衬底置于等离子体加工室中的衬底支座上；
将处理气体馈送到挡板室中，此处理气体通过碳化硅挡板而进入到碳化硅挡板与莲蓬头电极之间的空间内，随后通过莲蓬头电极并进入到等离子体加工室内部；以及
采用通过莲蓬头电极的处理气体对生产用半导体衬底进行加工。
16.权利要求15的方法，还包括通过将RF功率提供到莲蓬头电极，使处理气体形成与半导体衬底暴露表面相接触的等离子体，腐蚀生产用半导体衬底上的介质材料层。
17.权利要求15的方法，还包括在将生产用半导体衬底置于等离子体加工室中的衬底支座之前，对等离子体加工室进行等离子体调节。
18.权利要求17的方法，其中，所述等离子体调节包括：在对生产用半导体衬底进行加工之前，在等离子体加工室中连续地加工虚拟晶片，其中，在对等离子体加工室进行直至2个RF小时的等离子体调节之后，淀积在虚拟晶片上的尺寸至少为0.2微米的累加物颗粒的数目少于20个。
19.权利要求18的方法，其中，在对等离子体加工室进行直至2个RF小时的等离子体调节之后，淀积在虚拟晶片上的尺寸至少为0.2微米的累加物颗粒的数目少于10个。
20.权利要求17的方法，其中，在对等离子体加工室进行等离子体调节之前，所述碳化硅挡板被置于等离子体加工室中。
21.一种制作半导体衬底加工装置的碳化硅部件的方法，包括：
利用导致在碳化硅部件内部包括石墨形式的自由碳的硅氧化物蒸汽与石墨的反应，制作碳化硅部件；
通过机械处理该部件清除部分碳化硅部件，以便产生其上有该自由碳的暴露表面；以及
对碳化硅部件进行处理，以便至少从暴露表面基本上清除自由碳。
22.权利要求21的方法，其中，所述处理包括在含氧气氛中，在对至少从暴露表面基本上清除自由碳有效的温度和时间，加热碳化硅部件。
23.权利要求22的方法，其中，所述温度为750-1200℃，所述时间为2-12小时。
24.权利要求23的方法，其中，所述温度为800-900℃。
25.权利要求21的方法，其中，所述处理包括使碳化硅部件与能够至少从暴露表面基本上清除自由碳而基本上不清除碳化硅的化学溶液相接触。
26.权利要求21的方法，其中，所述处理包括使用氧等离子体处理碳化硅部件，以便至少从所述暴露表面基本上清除自由碳。
27.权利要求21的方法，其中，碳化硅部件选自挡板、等离子体限制环、边沿环、聚焦环、衬板、工作室衬里、电极、晶片通道插入件、窗口、等离子体屏、以及工作室壁。
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