處理襯底的方法

專利名稱：處理襯底的方法
技術領域：
本發明涉及室處理，更具體地，涉及一種用于在處理室中處理襯底的方法，該處理室具有支撐襯底的陶瓷襯底加熱器。
背景技術：
許多半導體加工工藝在處理室中進行，例如，等離子體刻蝕室、等離子體沉積室、熱處理室、化學氣相沉積室、原子層沉積室等。這些處理室通常使用陶瓷襯底加熱器來支撐襯底(例如，晶圓)并提供襯底熱量。一般而言，陶瓷襯底加熱器提供優良的性能，例如，低熱膨脹性、耐高溫、低介電常數、硬度和尺寸穩定性，這些性能使它們成為用于許多半導體應用的優選材料。陶瓷襯底加熱器通常由與玻璃或玻璃料的粉末組合的金屬氧化物或氮化物組成。改變這些材料的混合使物理性質變化。混合物通過流延、粉末擠壓、粉末軋制或擠出形成所希望的形狀，然后將其燒結形成硬晶體結構。
用在陶瓷襯底加熱器中的普通陶瓷材料包括礬土(Al2O3)、氮化鋁(AlN)、碳化硅(SiC)和氧化鈹(BeO)。由于良好的可得性、相對低的成本和穩定的物理性質，礬土是最廣泛采用的陶瓷材料。它易于加工形成各種形狀同時在高溫下保持堅固，并可以以各種純度水平得到。氧化鈹具有最高的導熱性并具有一些應用所需的優異介電強度，但是僅可得到小尺寸的氧化鈹，并且當處理有毒的氧化鈹粉末時需要注意安全。碳化硅也是高導熱的，它提供氮化鋁和氧化鈹的替代物，但當選擇碳化硅材料時必須小心謹慎，因為隨著溫度的增加，介電強度可以改變。
氮化鋁具有高導熱性，這使當需要快速響應或高水平的溫度均勻性時它是一個極好的選擇，但由于高溫烘烤需求和材料費用，所以它的加工很昂貴。氮化鋁襯底加熱器是化學上“清潔的”襯底，該化學上“清潔的”襯底滿足半導體、醫藥和其它非常苛刻應用所需的非常干凈的空間環境要求。而且，用在半導體處理中的氮化鋁襯底的特征為快速加熱、易于控制溫度和優異的耐等離子體性。
在處理系統的處理室中的襯底的處理可以導致在暴露于處理環境的系統組件上形成材料涂層。例如，會在陶瓷襯底加熱器未被襯底覆蓋的區域上形成涂層。陶瓷襯底加熱器的部分涂層可以導致加熱器表面的(熱)發散度變化，并可以造成陶瓷襯底加熱器中的溫度不均勻和熱應力(thermalstressing)。熱應力可以導致不可修復的機械損傷，例如，陶瓷加熱器材料的破裂。另外，襯底與襯底加熱器或與襯底加熱器上的材料涂層接觸可以造成襯底的背部污染。例如，在硅器件中的銅擴散是公知的背部污染問題，但是，其它金屬(例如，釕(Ru))也可以在適中溫度下和偏置條件下在硅中快速擴散。本發明人已經認識到，需要改進方法以減少或抑制上述與處理襯底期間在陶瓷襯底加熱器上材料涂層的形成相關的問題，同時確保滿足處理半導體襯底的嚴格要求。

發明內容
本發明提供了一種在具有陶瓷襯底加熱器的處理室中處理一個或更多個襯底的方法，所述方法包括在陶瓷襯底加熱器上形成保護涂層，并處理支撐在經涂敷陶瓷襯底加熱器上的襯底。處理可以包括將待處理的襯底提供到經涂敷的陶瓷襯底加熱器上，對襯底進行處理并將經處理的襯底從處理室中取出。保護涂層包括表面部分，該表面部分是非金屬層或組合金屬/非金屬層，并且該表面部分減少或消除對放置在該表面上的襯底的背部污染。在示例性的實施方案中，保護涂層是Si/Ru涂層，該涂層包括在陶瓷襯底加熱器上形成的Ru層和在Ru層上的Si層。


以下附圖中圖1-5表示用于進行本發明方法的處理系統的示意圖；圖6A-6G示意性地表示在處理襯底期間陶瓷襯底加熱器的橫截面圖；
圖7A-7K示意性地表示在根據本發明的實施方案處理襯底期間陶瓷襯底加熱器的橫截面圖；圖8是表示根據本發明的實施方案在陶瓷襯底加熱器上形成保護涂層的方法的流程圖；圖9是表示根據本發明的實施方案在陶瓷襯底加熱器上形成保護涂層并處理襯底的方法的流程圖；和圖10是表示根據本發明的實施方案在陶瓷襯底加熱器上形成保護涂層并處理襯底的方法的流程圖。
具體實施例方式
如以上發明部分的背景技術中所指出的，襯底與襯底加熱器或與在襯底加熱器上的材料涂層接觸可以導致襯底的背部污染。而且，在處理襯底期間在陶瓷襯底加熱器上形成部分涂層可以導致在陶瓷襯底加熱器和上面的襯底中的溫度分布不均。而且，陶瓷襯底加熱器中的溫度不均勻可以導致對加熱器的機械損傷，例如，陶瓷材料破裂。然而，解決這些問題的處理方法未見報道，這可能由于很難實現新的方法既用于保護陶瓷襯底加熱器同時確保滿足半導體處理要求，例如，避免與陶瓷襯底加熱器接觸的襯底的背部污染(背部污染)。
因此，本發明人已經進行實驗分析在陶瓷襯底加熱器表面上形成保護涂層以改善陶瓷襯底加熱器的溫度均勻性并將襯底與保護涂層接觸以減少襯底的背部污染的方法。由于這些實驗和分析，本發明人已經發現，在陶瓷加熱器表面形成保護涂層為保護其后在處理室中的處理襯底期間的陶瓷襯底加熱器同時確保滿足半導體處理要求提供了靈活的機制。在本發明中，保護涂層指在陶瓷襯底加熱器上的涂層，其中，該涂層包括一層或更多層不同材料，并至少包括襯底放置在其上的表面部分，該表面部分是非金屬層或組合金屬/非金屬層。例如，Si/Ru保護層具有在Ru層頂部的Si層(非金屬)。非金屬層是沒有金屬的任意層。硅層和碳層是非金屬層的實例。鄰近襯底處沒有金屬將保護襯底免于背部污染。底層Ru金屬層提供溫度均勻性以進一步保護加熱器免于破損。組合金屬/非金屬層指如金屬氧化物、金屬氮化物、金屬硅化物等的層。這些組合層可以通過以下步驟形成首先形成金屬層，此后通過將金屬與非金屬反應(例如，氧化、氮化等)轉化該金屬層。可替換地，這些組合層可以通過以下步驟形成在金屬和含非金屬沉積在襯底加熱器上以前或同時，將襯底加熱器同時暴露于含金屬的氣體和含非金屬的氣體中以將金屬和非金屬反應。
當存在時，組合金屬/非金屬層可以僅構成保護涂層的表面部分或者可以構成全部保護涂層(包括表面部分)。可替換地，在本發明的另一示例性的實施方案中，組合金屬/非金屬層可以是在金屬底層和非金屬表面部分之間的中間層，或可以是在陶瓷襯底加熱器上形成的底層并且非金屬層的表面部分在該底層上形成。在本發明的另一實施方案中，保護涂層不包括組合金屬/非金屬層，但包括至少金屬層和非金屬層的表面部分。
現在參考附圖，圖1表示本發明的方法可以進行于其中的處理系統。處理系統1包括具有基架5的處理室10(該基架用于安裝支撐和加熱襯底25的襯底加熱器20)、用于將氣體15引入處理室10的氣體注射系統40和真空抽氣系統50。氣體15例如可以是用于在襯底加熱器20上形成保護涂層的反應氣體，或可以是用于處理由襯底加熱器20支撐的襯底25的處理氣體。氣體注射系統40獨立控制氣體15從異地氣源(未示出)向處理室的輸送。氣體可以通過氣體注射系統40引入處理室10，并調整處理壓力。例如，控制器55用于控制真空抽氣系統50和氣體注射系統40。
襯底25可以經機械轉移系統100通過縫隙閥(slot valve，未示出)和室進入-穿出通道(未示出)轉移入和轉移出室10，其中，該襯底由設置在襯底加熱器20中的襯底頂桿(未示出)接收，并由設置在襯底加熱器20中的裝置機械轉移。一旦從襯底轉移系統接收了襯底25，將襯底降低到襯底加熱器20的上表面。襯底25可以通過襯底加熱器20中的凹槽或通過中心環(未示出)定中心。而且，襯底25可以機械或靜電夾到襯底加熱器20上(未示出)。
而且，襯底加熱器20還可包括冷卻系統，該冷卻系統包括從襯底加熱器20接收熱量并將熱量轉移到熱交換系統(未示出)的再循環冷卻液流。而且，氣體(例如，He)可以被傳送到襯底的背面以改善襯底25和襯底加熱器20之間的氣隙熱傳導。當需要在高溫或低溫下控制襯底的溫度時，使用這個系統。
襯底加熱器可以是包括加熱元件30的陶瓷襯底加熱器。加熱元件30可以是例如電阻加熱元件。陶瓷襯底加熱器材料可以例如包括Al2O3、AlN、SiC或BeO或其中兩種或更多種的組合。
繼續參考圖1，氣體15從氣體注射系統40引入處理區60。氣體15可以通過氣體注射高壓系統(gas injection plenum，未示出)、一系列擋板(未示出)和多孔噴淋頭氣體注射板65引入處理區60。在本發明的一個實施方案中，可以配置氣體注射系統40以促進用于原子層沉積(ALD)工藝的氣體的快速循環。真空抽氣系統50可以包括抽氣速率能夠高達5000l/s(和更高)的渦輪分子泵(TMP)和用于節流室壓的閘式閥。TMP可用于低壓處理，通常低于50mTorr。對于高壓處理(例如，高于100mTorr)，可以使用機械增壓泵和干低真空泵。
控制器55包括微處理器、存儲器和數字I/O端口，該控制器能夠產生足以傳送并啟動處理系統1的輸入以及監測處理系統1的輸出的控制電壓。而且，控制器55與處理室10、氣體注射系統40、加熱元件30、襯底轉移系統100和真空抽氣系統50相耦合，并與它們交換信息。例如，存儲在存儲器中的程序用來根據所存儲的制程配方控制處理系統1的前述組件。一個控制器500的例子是可得自克薩斯州達拉斯Texas Instrument，型號TMS320的數字信號處理器(DSP)。
在圖1所示的實施方案中，處理系統1可以例如用于進行熱處理，例如熱化學氣相沉積(TCVD)工藝或ALD工藝。
圖2表示用于進行本發明的方法的可替換的處理系統1。圖2中，處理系統1能夠在處理室10中形成并維持等離子體。等離子體處理系統1可以例如用于進行等離子體增強化學氣相沉積工藝(PECVD)或等離子體刻蝕工藝。在圖2所示的實施方案中，襯底加熱器20還可以用作電極，通過該電極，射頻(RF)功率耦合到處理區60中的等離子體上。例如，經由阻抗匹配網絡35將RF功率從RF發生器45傳送到襯底加熱器20，可以將襯底加熱器中的金屬電極(未示出)在RF電壓處電偏置。RF偏置用作激活電子，并從而形成和維持等離子體。在這個配置中，等離子體用于將材料沉積到襯底25上(即，處理系統1可以作為PECVD反應器)或用于從襯底25的暴露表面上除去材料(即，處理系統1可以作為反應性離子刻蝕(RIE)反應器)。RF偏置的典型頻率為1MHz到100MHz，并可以為13.56MHz。
在可替換的實施方案中，RF功率可以在多種頻率下應用到襯底加熱器20上。而且，阻抗匹配網絡35通過最小化反射功率將在處理室10中的RF功率向等離子體的傳遞最大化。匹配網絡拓撲結構(例如，L-型、π-型、T-型)和自動控制方法是本領域中已知的。圖2中，控制器55與處理室10、RF發生器45、阻抗匹配網絡35、氣體注射系統40、襯底轉移系統100和真空抽氣系統50相耦合，并與它們交換信息。
圖3表示用于進行本發明的方法的另一可替換的處理系統1。圖3的處理系統1除了圖2中所描述的那些組件以外，還包括機械或電子旋轉的DC磁場系統70以潛在地增加等離子密度和/或改善等離子處理的均勻性。而且，控制器55耦合到旋轉磁場系統70上以調節旋轉速度和場強。
圖4表示用于進行本發明的方法的另一可替換的等離子體處理系統1。圖4的處理系統1包括多孔噴淋頭氣體注射板65，該注射板還可以用作上部板電極，RF功率從RF發生器80經由阻抗匹配網絡75耦合到該板電極上。用于將RF功率應用到上部電極的典型頻率為10MHz到200MHz，并可以為60MHz。另外，用于將電功率應用到下部電極的典型頻率為0.1MHz到30MHz，并可以為2MHz。而且，控制器55耦合到RF發生器80和阻抗匹配網絡75上以控制RF功率對上部電極65的應用。
在本發明的一個實施方案中，圖4中的襯底加熱器可以電接地。在可替換的實施方案中，DC偏置可以應用到襯底加熱器20上。在另一實施方案中，襯底加熱器20可以與等離子體處理系統1電絕緣。在這個方案中，當等離子體開啟時，可以在襯底加熱器20和襯底25上形成浮動電位。
圖5表示用于進行本發明的方法的另一處理系統1。改進圖2的處理系統1以便進一步包括感應線圈95，來自RF發生器85的RF功率通過阻抗匹配網絡90耦合到該感應1線圈上。RF功率從感應線圈95通過介電窗(未示出)耦合到處理區60。用于將RF功率應用到感應線圈80的典型頻率為10MHz到100MHz，并可以是13.56MHz。類似地，用于將電功率應用到感應線圈95的典型頻率為10MHz到100MHz，并可以是13.56MHz。另外，可以用槽形法拉第屏蔽(未示出)來降低感應線圈95和等離子體之間的電容耦合。而且，控制器55耦合到RF發生器85和阻抗匹配網絡90上以控制電功率對感應線圈95的應用。
在另一實施方案中，等離子體利用電子回旋共振(ECR)形成。在另一實施方案中，等離子體由發射螺旋波形成。在另一實施方案中，等離子體由傳播表面波形成。
在本發明的一個實施方案中，襯底加熱器20可以電接地。在可替換的實施方案中，DC偏置可以應用到襯底加熱器20上。在另一實施方案中，襯底加熱器20可以與等離子體處理系統1電絕緣。在這個方案中，當等離子體開啟時，可以在襯底加熱器20和襯底25上形成浮動電位。
應理解到圖1-5中的處理系統僅僅是為了示例性的目的，由于特定硬件和軟件的許多變化形式都可以用于執行、實施本發明的方法，這些變化形式對本領域技術人員來說是顯而易見的。
在本發明的一個實施方案中，在圖1-5所示的實例性處理系統中的襯底處理可以在處理室中的系統組件上形成涂層。如果在處理系統中進行多次處理，則涂層可以包含一種或更多種類型的材料。例如，涂層可以包括在TCVD或PECVD工藝期間沉積的金屬層，該金屬層包括鎢(W)、錸(Re)、Ru、鈦(Ti)或鉭(Ta)或其兩種或更多種的任意組合。
圖6A-6G示意性地表示在處理襯底期間陶瓷襯底加熱器的橫截面圖。圖6A表示存在于陶瓷襯底加熱器600上的襯底620，該陶瓷襯底加熱器由基架610支撐。例如，如圖1-5中所示，襯底620可以通過襯底轉移系統轉移到和轉移出處理系統中的陶瓷襯底加熱器600。圖6B是圖6A的部分660的放大圖。襯底620可以例如是任何尺寸的半導體晶圓，包括200mm襯底、300mm襯底或甚至更大的襯底。圖6C表示在處理襯底620期間在襯底620上和在陶瓷襯底加熱器600上形成的材料涂層630。圖6D是圖6C的部分670的放大圖。處理襯底620可以例如包括半導體制造工藝，該半導體制造工藝包括熱處理(例如，TCVD或ALD)和等離子體處理(例如，PECVD或刻蝕工藝)的其中至少一種。材料涂層630可以包含單一材料，或可替換地，如果在處理室中進行多次處理，則它可以包括多種材料。而且，在陶瓷襯底加熱器600上和在襯底620上的材料涂層630的厚度可以基本上是均勻的，或可替換地，在陶瓷襯底加熱器600和在襯底620上的材料涂層630的厚度可以變化。在一個例子中，涂層630可以是通過TCVD工藝沉積的金屬膜，例如，在420℃的襯底溫度下利用Ru3(CO)12前驅體沉積的Ru膜。
圖6E表示部分涂敷的陶瓷襯底加熱器600。在圖6E中，在圖6D中的處理襯底620后，襯底620已經從陶瓷襯底加熱器600取出，這顯現出未經涂敷的表面690。涂層630覆蓋在處理襯底620期間暴露于處理環境中的襯底加熱器600的部分。圖6F表示圖6E的部分680的放大圖。本發明人已經觀察到如圖6A-6F所描述處理襯底620可以導致圖6G中所示的襯底加熱器600的機械故障，其中，陶瓷襯底加熱器600已經出現裂紋640，該裂紋可以起源于點650(在此處，陶瓷襯底加熱器600由基架610支撐)并貫穿陶瓷襯底加熱器600的主體到表面690。
如圖6F示意性地表示，與從陶瓷襯底加熱器600的未涂敷區域(例如，表面690)的發射量(E，單位面積發射的輻射通量)相比，陶瓷襯底加熱器600上存在不連續涂層630可以降低從陶瓷襯底加熱器600的包括涂層630的區域的發射量。本發明人認為如圖6G所示陶瓷襯底加熱器600的機械故障源于陶瓷襯底加熱器600的熱量不均勻和熱應力(由于陶瓷襯底加熱器600的部分涂覆)。
襯底620與陶瓷襯底加熱器600的材料的直接接觸可以導致襯底620的背部污染。另外，除了由襯底架600的材料可能造成污染以外，襯底加熱器600上的下一個待處理襯底的外部邊緣可以與涂層630接觸并導致由涂層630污染襯底。
在本發明中，與陶瓷襯底加熱器接觸的襯底的背部污染可以通過以下方法來減少在將襯底與襯底加熱器接觸以前，在襯底加熱器上形成保護涂層。為了減少背部污染，在與襯底接觸的表面上，保護涂層可以包含非金屬層。非金屬層通過將襯底加熱器暴露于含非金屬的氣體中形成。在一個例子中，保護涂層可以包含在襯底加熱器上形成的金屬層(例如，Ru)和在金屬層上形成的非金屬表面層(例如，Si、SiO2、SiN)。因此，在處理期間，襯底(例如，Si晶圓)與非金屬表面層接觸并且減少了背部污染。金屬層通過將襯底加熱器暴露于含金屬的氣體中形成，該金屬層改善了處理襯底期間的溫度分布并進一步保護了襯底加熱器材料。在這個實施方案中，保護涂層可以通過依次將襯底加熱器暴露于含金屬的氣體，然后暴露于含非金屬的氣體中形成。另外，含非金屬的氣體可以包括一種或更多種以下氣體，例如，含硅氣體、含氧氣體、含氮氣體和/或含碳氣體，這些氣體可以同時或依次引入。例如，SiO2層可以通過以下步驟形成首先將襯底加熱器暴露于含硅氣體中以沉積硅，然后暴露于含氧氣體中，使氧與硅反應形成SiO2。
可替換地，為了減少背部污染，在與襯底接觸的表面上，保護涂層可以包含組合金屬/非金屬層。在一個例子中，保護涂層可以僅包含單獨的或者在金屬層上形成的金屬氧化物(例如，Ru2O3)、金屬氮化物(例如，TiN)、金屬碳化物(例如，WC)或金屬硅化物(例如，TaSi3)層。例如，保護層可以包括在襯底上形成的Ru層和在Ru層上形成的Ru2O3層。組合金屬/非金屬層可以通過以下步驟形成首先將襯底加熱器暴露于含金屬的氣體中以沉積金屬，然后將沉積的金屬暴露于非金屬氣體中，使非金屬與金屬反應，從而將沉積的金屬轉化成金屬/非金屬層。可替換地，襯底加熱器可以同時暴露于含金屬的氣體和含非金屬的氣體中形成組合層。
在另一可替換的實施方案中，保護涂層可以包含在襯底加熱器上形成的金屬層，在金屬層上形成的組合金屬/非金屬層和在組合層上形成的非金屬層。
圖7A-7I示意性地表示根據本發明的實施方案的陶瓷襯底加熱器的橫截面圖。圖7A表示由基架710支撐的陶瓷襯底加熱器。圖7B表示具有保護涂層730的陶瓷襯底加熱器700，該保護涂層730根據本發明的實施方案沉積在陶瓷襯底加熱器700上。圖7C表示圖7B的部分750的放大圖。如上述，保護涂層730可以通過以下步驟形成同時或依次將反應性氣體流入處理室，并在TCVD工藝或PECVD工藝中將陶瓷襯底加熱器暴露于這些氣體中。
在本發明的一個實施方案中，保護涂層730可以包含金屬層或金屬/非金屬層。該金屬可以例如是W、Re、Ru、Ti、Ta、鎳(Ni)、鉬(Mo)和鉻(Cr)的其中至少一種。金屬/非金屬層還可以包含非金屬元素，例如硅(Si)、碳(C)、氧(O)和氮(N)。在本發明的另一實施方案中，保護涂層730可以包含非金屬層。非金屬層可以是例如Si、C、氧化硅或氮化硅的其中至少一種。在示例性的實施方案中，如圖7B的部分750的放大圖如圖7D所示，保護涂層730包括在襯底加熱器700上形成金屬層730a(例如，Ru層)和在金屬層730a上形成的非金屬層730b(例如，Si層)。
在本發明的一個實施方案中，反應性氣體可以包括含金屬的氣體，例如選自Ru3(CO)12、Ni(CO)4、Mo(CO)6、Co2(CO)8、Rh4(CO)12、Re2(CO)10、Cr(CO)6和其任意組合的金屬羰基氣體。可替換地，反應性氣體可以包含金屬鹵化物氣體。反應性氣體還可以包括含硅氣體(例如，硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、二氯硅烷(SiCl2H2)和六氯乙硅烷(Si2Cl6)或其組合)、烴氣體(例如，烷烴(CnH2n+2)、烯烴(CnH2n)或炔烴(CnH2n-2)或其組合)、含氧氣體(包括O2、O3、CO2或CO或其組合)和含氮氣體(包括N2、NO、NO2或N2O和其組合)。而且，反應性氣體可以包含選自He、Ne、Ar、Kr和Xe和其組合的惰性氣體。
保護涂層可以通過以下步驟形成將襯底加熱器加熱到約100℃到約800℃，并將襯底加熱器暴露于反應性氣體中。可替換地，陶瓷襯底加熱器可以被加熱到約300℃到約600℃。
圖7E表示存在于經涂敷的陶瓷襯底加熱器700上的襯底720。圖7F是圖7E的部分760的放大圖。圖7G表示在處理襯底720期間在保護涂層730上和在襯底720上形成的涂層740。涂層740可以是金屬膜，例如一種或更多種包含在涂層730中的相同金屬的膜。圖7H表示圖7G中的部分770的放大圖。襯底720的處理可以是半導體制造工藝(例如，TCVD工藝、PECVD工藝或ALD工藝)并可以包含依次操作的兩種或更多種這些工藝。圖7I表示在取出經處理的襯底720后，經涂敷的陶瓷襯底加熱器700。圖7J表示圖7I中的部分780的放大圖。經涂敷的陶瓷襯底加熱器700包含在用于支撐襯底720的表面上的保護涂層730和在未用于支撐襯底720的陶瓷襯底加熱器700的部分(即，當襯底720放置在襯底加熱器700上時，仍舊暴露的表面部分)上的涂層730和740。接著，其它襯底可以在相同的保護涂層上處理。可替換地，如圖7K所描述，可以在涂層730和740上形成新的保護涂層790，該圖7K是圖7I在涂敷新的保護涂層790以后的放大圖。在進行清潔工藝以除去初始保護涂層730和疊加的740和790層以前，襯底的處理和之后再形成新的保護涂層可以重復期望次數以處理多個襯底。可替換地，在干凈的陶瓷襯底加熱器700上形成新保護涂層730以前，可以實施清潔工藝以除去涂層730和740。
新的保護涂層790可以具有與先前保護涂層相同的組成，或可替換地，新的涂層790可以具有不同的組成。在一個例子中，如圖7D所示，Si/Ru保護涂層730可以在襯底加熱器700上形成，結果保護涂層具有第一金屬(Ru)層730a和非金屬(Si)層表面部分730b，接著處理至少一個襯底720，其中，第二金屬層(例如，Ru)可以襯底在襯底720上和沉積在保護涂層730的表面部分730b的未由襯底720遮蔽的區域上。在處理下一個襯底以前，新的非金屬層790(例如，Si層)可以沉積在經涂敷的襯底加熱器上。具體地，新的非金屬層790沉積在金屬層(在處理襯底期間在表面部分730b的暴露區域上形成)上和沉積在由襯底遮蔽的表面部分730b上。因此，下一個襯底與新的非金屬(例如，Si)層790接觸，從而減少背部污染。可替換地，新的Si/Ru保護涂層790可以沉積在經涂敷的襯底加熱器上。
圖8是表示根據本發明的實施方案在陶瓷襯底加熱器上形成保護涂層的方法的流程圖。在800，工藝開始。在802，處理室中的陶瓷襯底加熱器暴露于反應性氣體中。在804，保護涂層由反應性氣體在陶瓷襯底加熱器上形成。在806，決定是否回到802并將陶瓷襯底加熱器暴露于反應性氣體中，或者如果在陶瓷襯底加熱器上已形成了期望的保護涂層，則在808停止工藝。如果在808決定回到802，則反應性氣體可以與先前暴露步驟中的氣體相同，或可替換地，反應性氣體可以是不同的氣體。
圖9是表示根據本發明的實施方案在陶瓷襯底加熱器上形成保護涂層并處理襯底的方法的流程圖。例如，該處理可以是通過圖l-5中所示的其中一個處理系統進行的半導體制造工藝。在900，工藝開始。在902，保護涂層在處理室中的陶瓷襯底加熱器上形成。保護涂層可以如圖8所述而形成。在904，將待處理的襯底提供到經涂敷的陶瓷襯底加熱器上。在906，通過將襯底暴露于處理氣體中，對襯底進行處理，在908，將經處理的襯底從處理室中取出。在910，決定是否處理另一襯底并回到904或者在912停止處理。
圖10是表示根據本發明的實施方案在陶瓷襯底加熱器上形成保護涂層并處理襯底的方法的流程圖。在1000，工藝開始。在1002，保護涂層在處理室中的陶瓷襯底加熱器上形成。保護涂層可以如圖8所述而形成。在1004，將至少一個襯底在經涂敷的陶瓷襯底加熱器上處理。襯底可以如圖9所述而處理。在1006，決定是否回到1002并形成新的保護涂層而不需清潔襯底加熱器，或者清潔襯底加熱器的保護涂層(和由處理襯底而形成的任意其它涂層)，隨后在襯底加熱器上形成新的保護涂層。新的保護涂層可以包含與底層涂層相同的材料，或可替換地，它可以包含不同的材料。在1008，決定是否處理另一襯底并回到1002，或者在1010停止處理。
在本發明的一個例子中，Si晶圓的金屬污染通過比較Si/Ru保護涂層和Ru涂層來檢測。Ru涂層通過將襯底加熱器在420℃下暴露于Ru3(CO)12中在AlN襯底加熱器上形成。Ru涂層的厚度為約840埃 。接著，將300mm的Si晶圓提供在經Ru涂敷的ALN襯底加熱器上。Si晶圓的拋光面與經涂敷的襯底加熱器接觸。接著從經涂敷的襯底加熱器取出Si晶圓，利用全反射X-射線熒光(TXRF)測量的在Si晶圓拋光面上的Ru污染為2.4×1012原子/cm2。
Si/Ru保護涂層通過以下步驟在AlN襯底加熱器上形成首先如以上例子所述，將Ru涂層沉積在加熱器上，接著將Si層沉積在Ru涂層上。Si層通過將Ru涂層在550℃的加熱器溫度下暴露于硅烷(SiH4)中沉積。接著，將300mm的Si晶圓提供在Si/Ru涂層上。接著從經涂敷的襯底加熱器上取出Si晶圓，測量在Si晶圓拋光面上的Ru污染，其低于TXRF儀器的檢測極限(4.6×1010原子/cm2)。
在本發明的另一實施方案中，Si/Ru涂層(Si/Ru)n可以通過依次將襯底加熱器暴露于Ru3(CO)12和SiH4中n次來沉積，其中，n＞1。
在本發明的另一實施方案中，Si/Ru涂層可以暴露于含氧氣體(例如，O2)中以氧化Si層。
在本發明的另一實施方案中，含Ru保護涂層可以通過依次將襯底加熱器暴露于Ru3(CO)12、SiH4和O2中而在陶瓷襯底加熱器上沉積。
在本發明的實施方案中，包含Si/Ru保護涂層的陶瓷襯底加熱器可以用于支撐襯底。襯底可以通過將Ru層在約420℃的溫度下沉積在襯底上來處理。在處理至少一個襯底以后，新的Si層可以在處理下一個襯底以前沉淀在經涂敷的襯底加熱器上。新的保護涂層可以例如在與用于沉積Ru層相同的處理溫度下沉積。
顯而易見，根據上述教導可以對本發明進行各種修改和變化。因此，要理解到，在所附權利要求的范圍內，本發明可以不按這里具體所述的來實施。
權利要求
1.在處理室中的陶瓷襯底加熱器上處理襯底的方法，所述方法包括在將襯底放置在所述襯底加熱器上以前，在所述處理室中的所述陶瓷襯底加熱器上形成保護涂層，包括(a)將所述陶瓷襯底加熱器暴露于含金屬的氣體中以沉積所述金屬，并且(b)將所述陶瓷襯底加熱器暴露于含至少一種含非金屬的氣體中以沉積所述至少一種非金屬，其中，所述保護涂層包括用于接收襯底的表面部分，并且其中，所述表面部分是非金屬層或組合的金屬/非金屬層的其中之一；并且在所述經涂敷的陶瓷襯底加熱器上處理至少一個襯底。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述保護涂層包括組合金屬/非金屬層表面部分，并且(a)中的所述暴露與(b)中的暴露至少部分重疊以形成所述的組合金屬/非金屬層表面部分。
3.如權利要求2所述的方法，其中，所述的組合金屬/非金屬層表面部分是金屬氧化物、金屬硅化物、金屬氮化物或金屬碳化物。
4.如權利要求2所述的方法，其中，所述形成步驟包括首先，單獨進行(a)中的暴露以在所述陶瓷襯底加熱器上形成第一層所述金屬，然后其次，同時進行(b)中的暴露和(a)中的暴露以在所述金屬層上形成所述的組合金屬/非金屬表面部分。
5.如權利要求1所述的方法，其中，所述保護涂層包括非金屬層表面部分，并且所述形成步驟包括首先，單獨進行(a)中的暴露以在所述陶瓷襯底加熱器上形成第一層所述金屬，然后其次，同時進行(b)中的暴露和(a)中的暴露以在所述金屬層上形成中間的組合金屬/非金屬層，然后再次，單獨進行(b)中的暴露以在所述中間的組合金屬/非金屬層上形成所述的非金屬層表面部分。
6.如權利要求5所述的方法，其中，所述中間的組合金屬/非金屬層是金屬氧化物、金屬硅化物、金屬氮化物或金屬碳化物，并且其中，所述非金屬層表面部分是硅或碳。
7.如權利要求1所述的方法，其中，所述保護涂層包括非金屬層表面部分，并且首先進行(a)中的所述暴露以在所述陶瓷襯底加熱器上形成第一層所述金屬，其次進行(b)中的所述暴露以在所述第一層金屬上形成所述的非金屬層表面部分。
8.如權利要求7所述的方法，其中，所述保護涂層的表面部分包括用于接收襯底的第一表面部分和當所述第一表面部分接收襯底時仍舊暴露的第二表面部分，并且其中，所述處理包括將所述至少一個襯底放置在所述保護涂層的所述非金屬層表面部分的所述第一表面部分上，此后，對所述襯底進行處理，在該處理期間，第二層的所述金屬沉積在所述非金屬層表面部分的所述第二表面部分上。
9.如權利要求8所述的方法，還包括將所述經處理的襯底從所述處理室中取出，并且將所述經涂敷的陶瓷襯底加熱器再次暴露于所述至少一種含非金屬的氣體中以在所述第二金屬層上和在所述非金屬層表面部分的所述第一表面部分上沉積額外的非金屬層。
10.如權利要求9所述的方法，還包括重復處理、取出和再次暴露直到已經處理了期望數目的襯底。
11.如權利要求7所述的方法，其中，所述非金屬層表面部分是硅或碳。
12.如權利要求1所述的方法，其中，所述陶瓷襯底加熱器包括至少一種選自由AlN、Al2O3、SiC和BeO組成的組的陶瓷。
13.如權利要求1所述的方法，其中，所述保護涂層的所述金屬包括W、Re、Ru、Ti、Ta、Ni、Mo或Cr或其中兩種或更多種的組合。
14.如權利要求1所述的方法，其中，所述含金屬的氣體包括至少一種選自由Ru3(CO)12、Ni(CO)4、Mo(CO)6、Co2(CO)8、RH4(CO)12、Re2(CO)10和Cr(CO)6組成的組的金屬羰基氣體。
15.如權利要求1所述的方法，其中，所述含非金屬的氣體包括含硅氣體、烴氣體、含氧氣體或含氮氣體或其中兩種或更多種的組合。
16.如權利要求1所述的方法，其中，所述含非金屬的氣體包括SiH4、Si2H6、SiCl2H2、Si2Cl6、烷烴、烯烴、炔烴、O2、O3、CO2、CO、N2、NO、NO2或N2O或其中兩種或更多種的組合。
17.如權利要求1所述的方法，其中，所述含金屬的氣體包括含Ru氣體，所述含非金屬的氣體包括含硅氣體。
18.如權利要求1所述的方法，其中，所述含金屬的氣體包括Ru3(CO)12，所述含非金屬的氣體包括SiH4。
19.如權利要求1所述的方法，其中，(b)中的所述暴露包括暴露于第一含非金屬的氣體中的首次暴露和暴露于第二含非金屬的氣體中的第二次暴露。
20.如權利要求19所述的方法，其中，所述含金屬的氣體包括Ru3(CO)12，所述第一含非金屬的氣體包括SiH4，所述第二含非金屬的氣體包括O2。
21.如權利要求19所述的方法，其中所述第一含非金屬的氣體是含氧氣體或含氮氣體，所述首次暴露與(a)中的所述暴露同時發生或在其后順次發生以形成組合的金屬/非金屬底層，所述底層是金屬氮化物或金屬氧化物，并且所述第二含非金屬的氣體是含硅氣體或含碳氣體，所述第二次暴露在所述首次暴露后發生以在所述組合的金屬/非金屬底層上形成非金屬層表面部分，所述表面部分是硅或碳。
22.如權利要求19所述的方法，其中，在(b)中的所述暴露以前，進行(a)中的所述暴露以形成一層金屬，所述第一含非金屬的氣體是含硅氣體，所述第二含非金屬的氣體是含氧氣體或含氮氣體，并且所述首次暴露在所述第二次暴露以前發生或同時發生以在所述金屬層上形成所述的非金屬層表面部分，所述表面部分是氧化硅或氮化硅。
23.如權利要求1所述的方法，其中，所述形成還包括將所述襯底加熱器加熱到約100℃到約800℃。
24.如權利要求1所述的方法，其中，所述形成還包括將所述陶瓷襯底加熱器加熱到約300℃到約600℃。
25.如權利要求1所述的方法，其中，所述處理包括將待處理的襯底提供到所述經涂敷的陶瓷襯底加熱器上；通過將所述襯底暴露于處理氣體中對所述襯底進行處理；將所述經處理的襯底從所述處理室中取出。
26.如權利要去25所述的方法，還包括，在所述取出以后，在所述涂敷的陶瓷襯底加熱器上形成非金屬層，并且重復所述處理至少一次。
27.如權利要求26所述的方法，其中，所述非金屬層包括Si。
28.如權利要求25所述的方法，其中，所述進行處理包括實施至少一種選自由TCVD工藝、ALD工藝、PECVD工藝和刻蝕工藝組成的組的工藝。
29.如權利要求25所述的方法，其中，所述進行處理包括在所述襯底上沉積金屬層。
30.如權利要求1所述的方法，還包括，重復所述形成和處理而不清潔所述襯底加熱器。
31.如權利要求1所述的方法，還包括，清潔所述襯底加熱器并重復所述形成和處理。
32.在處理室中的陶瓷襯底加熱器上處理襯底的方法，所述方法包括在所述處理室中的所述陶瓷襯底加熱器上形成Si/Ru保護涂層，包括將所述陶瓷襯底加熱器暴露于Ru3(CO)12中以在所述陶瓷襯底加熱器上沉積Ru層，和此后，將所述陶瓷襯底加熱器暴露于SiH4中以在所述Ru層上沉積Si層；并且在所述經涂敷的陶瓷襯底加熱器上處理至少一個襯底，包括將待處理的襯底提供到所述經涂敷的陶瓷襯底加熱器上，通過將所述襯底暴露于Ru3(CO)12中對所述襯底進行Ru沉積處理；和將所述經處理的襯底從所述處理室中取出。
33.如權利要求23所述的方法，其中，所述陶瓷襯底加熱器暴露于所述SiH4的操作與暴露與所述Ru3(CO)12的操作部分地重疊以形成中間的Ru硅化物層。
34.如權利要求23所述的方法，還包括，在所述取出以后，在所述保護涂層上形成Si層，并重復所述處理至少一次。
全文摘要
本發明涉及在處理室(10)中的陶瓷襯底加熱器(20，600，700)上處理襯底(25，620，720)的方法。所述方法包括在所述處理室(10)中的所述陶瓷襯底加熱器(20，600，700)上形成保護涂層(730，790)，并在所述經涂敷的襯底加熱器上處理襯底(25，620，720)。所述方法可以包括將待處理的襯底(25，620，720)提供到所述經涂敷的陶瓷襯底加熱器上，通過將所述襯底(25，620，720)暴露于處理氣體中對所述襯底(25，620，720)進行處理，并將所述經處理的襯底從所述處理室(10)中取出。
文檔編號C23C16/458GK1938450SQ200580010029
公開日2007年3月28日 申請日期2005年2月15日 優先權日2004年3月31日
發明者中村和仁, 考利·瓦吉達, 恩里科·莫斯卡, 格特·萊烏辛克, 芬頓·R·麥克非, 河野有美子, 桑德拉·G·馬爾霍特拉 申請人:東京毅力科創株式會社, 國際商業機器公司