[發明專利]通過酸性溶液進行的硅電極組件表面去污

無效

• 申請號: 200580046171.7
• 申請日: 2005-12-14
• 公開（公告）號: CN101099230A
• 公開（公告）日: 2008-01-02
• 發明（設計）人: 石洪;黃拓川;周春紅
• 申請（專利權）人: 蘭姆研究公司
• 主分類號: H01L21/302
• 分類號: H01L21/302;C11D7/32;H01L21/461
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 李帆

發明簡述

對具有等離子體暴露的硅表面的已用電極組件進行清洗的方法，該方法包括使硅表面與酸性溶液接觸。該酸性溶液包含氫氟酸、硝酸、醋酸和余量的去離子水。優選將污染物從硅表面上除去而不會使清洗的表面變色。在清洗之后，該電極組件可用于在等離子體刻蝕腔中刻蝕電介質材料。

附圖簡述

圖1A顯示了在清洗期間中用于支承電極組件的夾具，而圖1B顯示了圖1A的放大區域。

圖2A顯示了新電極組件的硅表面形貌，圖2B-D顯示了已用電極組件在拋光之前的硅表面形貌，而圖2E-G顯示了已用電極組件在拋光之后的硅表面形貌。

圖3和圖4顯示了典型的未經清洗的已用電極組件。

圖5顯示了典型的恢復后的電極組件。

圖6A顯示了使用酸性溶液進行擦拭可能導致的內電極組件的硅表面變色，而圖6B顯示了使用酸性溶液進行擦拭可能導致的外電極組件元件的硅表面變色。

圖7A-D顯示了典型的恢復前和恢復后的電極組件。

發明詳述

在使用電極組件進行許多RF小時(利用射頻功率產生等離子體的以小時計的時間)之后，已用硅電極組件表現出刻蝕速率的下降和刻蝕均勻性的偏移。這種刻蝕性能的下降是由于電極組件硅表面形貌的改變以及電極組件硅表面的污染，兩者都是電介質刻蝕過程的結果。

可以對已用電極組件的硅表面進行拋光以便從其上除去黑硅和其它金屬污染。通過使用酸性溶液擦拭可以從這些電極組件的硅表面上有效除去金屬污染而不會使硅表面變色，這降低了電極組件的結合材料被破壞的危險。因此，通過清洗電極組件可以使工藝窗口的刻蝕速率和刻蝕均勻性恢復到可接受的水平。

電介質刻蝕系統(例如Lam?2300?Exelan^和Lam?Exelan^HPT)可以包含含有出氣口的硅噴頭狀(showerhead)電極組件。如共有美國專利No.6,376,385中所公開的(這里通過引用將其并入本文)：(可以在其中進行半導體襯底如單個晶片的處理的)等離子體反應腔的電極組件可以包括支承元件如石墨背襯環或元件，電極如均勻厚度的圓盤形式的硅噴頭狀電極，以及支承元件和電極之間的彈性體接頭。該彈性體接頭容許支承元件和電極之間的移動以便補償電極組件的溫度循環所導致的熱膨脹。該彈性體接頭可包括導電和/或導熱的填充物，并且該彈性體可以是在高溫下穩定的催化劑固化的聚合物。例如，該彈性體結合材料可包含硅聚合物和鋁合金粉末填充物。為了避免酸性溶液與電極組件的結合材料的接觸(該接觸會損壞該結合材料)，優選用酸性溶液擦拭已用電極組件的硅表面。

另外，電極組件可包含圍繞內電極并可選通過電介質材料環與其隔開的外電極環或元件。該外電極元件可用于擴展電極以便處理更大的晶片，例如300mm的晶片。外電極元件的硅表面可包含平坦的表面和斜的外邊緣。與內電極相似，外電極元件優選配備有背襯元件，例如，該外部環可包含電接地的環，外電極元件與該環彈性體結合。內電極和/或外電極元件的背襯元件可具有用于在電容耦合等離子體加工工具中進行安裝的安裝孔。內電極和外電極元件優選都包含單晶硅，以使電極組件的污染物最少化。外電極元件可包含多個以環形布局排列的單晶硅片段(例如六個片段)，每個片段都與背襯元件結合(例如彈性體結合)。此外，環形布局中的相鄰片段可以重疊，相鄰片段之間存在間隙或者接頭。

用于電介質刻蝕工具中的硅電極組件在使用該電極組件運行許多RF小時之后劣化，這部分是由于黑硅的形成。“黑硅”可以形成于等離子體暴露的硅表面上，這是由于該表面在等離子體加工操作期間被淀積在該表面上的污染物微掩蔽。受黑硅形成影響的具體等離子體加工條件包括如在低K通路(vias)刻蝕期間所采用的適當RF功率下的高氮以及低的氧和C_xF_y濃度。微掩蔽的表面區域的尺度可以是約10nm到約10微米。盡管不希望受任何具體理論限制，但認為硅電極(或者其它硅部件)的等離子體暴露表面上發生黑硅形成是等離子體加工操作期間硅電極上的非鄰近(non-contiguous)聚合物淀積的結果。