專利名稱：半導體處理室的制作方法
技術領域：
本發明的實施例一般地涉及用于制造集成電路的裝置。更具體地，本發明涉及用于在襯底上制備薄膜的處理室。
背景技術：
多層薄膜一般在多個處理室中被制備在諸如硅(Si)晶片、砷化鎵(GaAs)晶片、玻璃或者藍寶石襯底等之類的襯底上，所述多個處理室被選擇性地用于進行各種沉積、刻蝕和熱處理，以及其它工藝。這些工藝常常使用或者利用可能逐漸腐蝕、消耗或者污染處理室的各種暴露部件(諸如襯底支撐、襯底提升銷、工藝配件(例如加熱環、沉積環、保持環等))、工藝護罩(加熱護罩、等離子體護罩等)等的工藝環境(例如，包含侵蝕化學劑、等離子體、副產物等的環境)。
因此，這些部件被定期檢察、刷新(例如清潔)、和/或更換一通常按照設定的維護計劃(例如，在預定次數的制造周期之后)進行。為了增長總的壽命和維護間隔，并由此增長處理設備的運行時間和減小生產成本，這些部件一般是由耐處理室中存在的特定處理環境的材料制成的。
一種這樣的耐處理環境材料是碳化硅(SiC)。作為實例，大多數用于硅膜的外延沉積的處理室使用由具有碳化硅涂層的石墨制成的部件。該碳化硅涂層一般通過化學氣相沉積(CVD)形成在石墨部件上。但是，通過CVD沉積的碳化硅通常具有較小的厚度和較低的耐久性，其可能很快磨損并且更容易損壞。CVD涂層的快速劣化導致被涂層部件的更頻繁的刷新和/或更換。此外，較厚的CVD涂層往往具有更高的內應力，導致破裂、剝落和/或分層等。并且，較厚涂層的CVD部件可以擴大非均勻CVD涂層的熱效應，這可以導致不均勻的處理結果。
碳化硅部件還可以由具有金屬粘結劑(諸如鋁(Al)、硼(B)、鈹(Be)等)的燒結熱壓碳化硅形成。但是，在燒結過程中添加到碳化硅的金屬粘結劑通常在高溫工藝(諸如，外延硅沉積工藝、化學氣相沉積(CVD)工藝、快速熱處理(RTP)等)過程中被釋放到處理室中。從粘結劑釋放出的金屬在處理過程中導致薄膜、襯底、和/或處理室內部的金屬污染，并且可能損壞晶片上的器件。
因此，在本領域中存在對于改進的半導體襯底處理反應器的需要。
發明內容
本發明提供一種用于半導體處理室的工藝配件。在一個實施例中，用于半導體處理室的工藝配件包括一個或者多個由不含金屬的燒結碳化硅材料制成的部件。該工藝配件包括襯底支撐、預熱環、提升銷和襯底支撐銷中的至少之一。
在另一個實施例中，提供了一種半導體處理室，其具有室主體和布置在所述室主體中的襯底支撐。襯底支撐由不含金屬的燒結碳化硅制成。
在另一個實施例中，半導體處理室包括室主體；布置在所述室主體中的襯底支撐，其中該襯底支撐由使用非金屬燒結劑的燒結碳化硅制成；以及預熱環、提升銷和襯底支撐銷中的一個或多個，其中預熱環、提升銷和襯底支撐銷中的至少之一由使用非金屬燒結劑燒結的固體碳化硅(SiC)材料制成。
通過結合附圖來考慮下面的詳細描述，本發明的教導將變得清楚，在附圖中圖1描繪了根據本發明的一個實施例的半導體襯底處理室的示意性剖視圖；圖2描繪了可以用于圖1的處理室的一類襯底支撐的示意性剖視圖；圖3描繪了可以用于圖1的處理室的一類提升銷的示意性剖視圖；圖4描繪了可以用于圖1的處理室的一類預熱環的示意性剖視圖；以及圖5描繪了可以用于圖1的處理室的一類襯底支撐銷的示意性剖視圖。
如果可以的話，在本文中所使用的相同的標號指代附圖中共用的相同元件。附圖中的圖像為了說明的目的而被簡化，沒有按比例繪制。
附示了本發明的示例性實施例，因此，不因被認為是對本發明的范圍的限制，本發明可以允許其它等效實施例。
具體實施例方式
本發明提供了適用于在諸如半導體晶片、玻璃或藍寶石襯底等之類的襯底(共同地和一般地稱為“襯底”)上制備和/或處理薄膜的處理室。處理室包含至少一個由不含金屬的燒結碳化硅制成的部件。在一個實施例中，本發明可以被用于制造集成半導體器件和電路。
圖1是根據本發明的一個實施例的半導體襯底處理室100的示意性剖視圖。在所描繪的實施例中，處理室100適用于執行外延硅沉積工藝。一個這樣的合適的反應器是可從加利福尼亞Santa Clara的應用材料公司得到的RP Epi反應器。
在可作為一種選擇的實施例中，處理室100可以適用于執行沉積工藝、刻蝕工藝、等離子體增強沉積和/或刻蝕工藝和熱處理以及其它在制造集成半導體器件和電路中執行的工藝中的至少之一。具體地，這樣的工藝可以包括但不限于，快速熱處理(RTP)、化學氣相沉積(CVD)工藝、退火工藝等。
處理室100示例性地包括室主體110、輔助系統130和控制器140。室主體110一般包括上部102、下部104和外殼120。
上部102布置在下部104上，并且包括蓋106、夾緊環108、襯墊116、基板112、一個或者多個上部燈136和一個或多個下部燈138、以及上部高溫計156。在一個實施例中，蓋106具有圓頂形形狀因子，但是也可以想到具有其它形狀因子的蓋(例如平的或者反向彎曲的蓋)。下部104被耦合到處理氣體進氣端口114和排出端口118，并且包括基板組件121、下部圓頂132、襯底支撐124、預熱環122、襯底提升組件160、襯底支撐組件164、一個或多個上部燈152和一個或多個下部燈154、以及下部高溫計158。雖然術語“環”用于描述處理室的特定部件，諸如預熱環122，但是可以想到這些部件的形狀不必是圓環形的，并且可以包括任何形狀，包括但不限于矩形、多邊形、橢圓形等。
在處理過程中，襯底125被置于襯底支撐124上。燈136、138、152和154是紅外(IR)輻射(即加熱)源，并且在操作中在襯底125上產生預定的溫度分布。在一個實施例中，蓋106、夾緊環116和下部圓頂132由石英形成；但是也可以使用其它的IR透明和工藝相容材料來形成這些部件。
襯底支撐組件164一般包括支撐架134，支撐架134具有多個耦合到襯底支撐124的支撐銷166。襯底提升組件160包括襯底提升軸126和多個提升銷模塊161，所述多個提升銷模塊161選擇性安置在襯底提升軸126的相應的墊127上。在一個實施例中，提升銷模塊161包括任選的基部129和耦合到基部129的提升銷128。或者，提升銷128的底部可以被直接安置在墊127上。此外，可以使用用于升高和降低提升銷128的其它機構。提升銷128的上部布置為可移動地穿過襯底支撐124的第一開口162。在操作中，襯底提升軸126被移動以配合提升銷128。當配合時，提升銷128可以將襯底125抬升到襯底支撐124上方或者將襯底125降低到襯底支撐124上。
輔助系統130包括用于執行和監控處理室100中的預定工藝(例如，生長外延硅膜)的部件。這樣的部件一般包括處理室100的各種子系統(例如，氣體面板、氣體分配導管、真空和排氣子系統等)和裝置(例如，功率供應裝置、工藝控制儀器等)。這些部件對于本領域的技術人員是公知的并且為了清楚的目的而被從圖中省略。
控制器140一般包括中央處理單元(CPU)142、存儲器144、和輔助電路146，并且被直接(如圖1所示)或者經由與處理室和/或輔助系統相關聯的計算機(或者控制器)耦合到并控制處理室100和輔助系統130。
類似于上述的處理室中的某些部件通常被定期更換，以便使這些部件的磨損效果最小化。這樣的可更換部件一般被稱為工藝配件。在一個實施例中，處理室100的工藝配件可以包括襯底支撐124、預熱環122、提升銷128或者襯底支撐銷166中的一個或者多個。
在一個實施例中，工藝配件部件中的一個或多個(例如，襯底支撐124、預熱環122、提升銷128或者支撐銷166中的一個或多個)可以部分地或者全部地由不含金屬的燒結碳化硅制成。通常，至少該部件的暴露于處理室或者處理室內部的工藝環境的部分由不含金屬的燒結碳化硅制成。不含金屬的燒結碳化硅可以使用諸如具有基于硅的添加劑的酚樹脂之類的不含金屬的燒結劑來形成。在一個實施例中，不含金屬的燒結碳化硅可以是PUREBETA碳化硅，其可從位于日本東京的Bridgestone Corporation，Advanced Materials Division得到。
任選地，其它的處理室部件也可以由此材料制成。具體地，布置在處理室的處理空間中、處理空間之外和/或處理室之外的部件，包括靜電卡盤、護罩(例如，襯底、濺射靶、和/或室壁護罩等)、噴淋頭、襯底機械手的接收器和其它可能接觸處理環境和/或正在處理的襯底的類似部件的至少一部分，可以由不含金屬的燒結碳化硅材料制成。
不含金屬的燒結碳化硅的優點包括高的導熱性、優異的可機械加工性和硬度、化學純度和在大多數處理環境中的惰性、以及與低污染膜處理的相容性。在圖1所描繪的示例性處理室100中，由不含金屬的燒結碳化硅制成的部件有利于在襯底125上提供高均一性的溫度分布和外延硅膜的低污染沉積。下面參考圖2-5討論使用具有由不含金屬的燒結SiC制成的部件的工藝配件的這些和其它優點。
圖2描繪了由不含金屬的燒結碳化硅制成的參考圖1所描述的襯底支撐124的一個實施例的示意性剖視圖。不含金屬的燒結碳化硅具有比CVD碳化硅涂層的石墨更大的導熱性，由此有利于改善從襯底支撐124到襯底125的傳熱。與CVD SiC涂層襯底支撐相比，不含金屬的燒結碳化硅的襯底支撐124的高導熱性有利于制造和使用更薄的襯底支撐124，同時保持或者改善了襯底上的溫度均一性。更薄的襯底支撐124有利地允許更快的加熱和冷卻時間，這提高了工藝產量，還有利于溫度均一性和控制。例如，襯底支撐124的厚度可以被控制，使得襯底的某些區域以較大或者較小的速率被選擇性地加熱，以更好地調節工藝。在一個實施例中，襯底支撐124的厚度范圍為約0.04-0.25英寸。在另一個實施例中，襯底支撐124的厚度范圍為約0.07-0.12英寸。
在所描繪的實施例中，襯底支撐124具有盤狀的形狀因子，并且包括凹入上表面202、襯底安放表面204、第一組多個開口162(在圖2中示出了一個第一開口162)、以及背表面216。凹入上表面202具有一個中心區域210和一個外圍區域212。任選地，一個或者多個開口230(在圖2中示出了3個開口230)可以在凹入上表面202和背表面216之間穿過襯底支撐124形成。開口230可以具有任何尺寸和形狀(例如，圓孔、狹長的孔或狹縫、矩形或者其它多邊形開口等)，并且可以隨機或者以任何幾何圖形布置。在一個實施例中，約2-700個之間的開口230被穿過襯底支撐124形成。在另一個實施例中，約50-500個之間的開口230被穿過襯底支撐124形成。開口230的尺寸和數量一般在襯底支撐124中提供約5-15％的百分比開口面積。在一個實施例中，開口230包括直徑在約0.02-0.375英寸之間的圓孔。在一個實施例中，開口230被徑向地布置在襯底支撐124上。開口230有利于減小襯底125上的自動摻雜、背面霧化、和/或暈圈缺陷。此外，開口230完全地形成在不含金屬的燒結碳化硅中，由此避免了在形成在石墨襯底中的孔的側壁上沉積碳化硅的困難，通常在該側壁上難以獲得令人滿意的CVD涂層。
任選地，可以選擇性地變化襯底支撐124的厚度分布，以控制沉積在襯底125上的膜的均一性。襯底支撐124較厚的區域將導致襯底125更熱，襯底支撐124較薄的區域將導致襯底125更冷。襯底125的不同區域的相對溫度的選擇性控制有利于對襯底125上形成膜的控制。作為另一種選擇或者相結合地，可以選擇性地形成襯底125和襯底支撐124之間的間隙222的尺寸，以控制沉積在襯底125上的膜的均一性。例如，在希望4襯底125較冷的區域，間隙222可以較寬(以減小傳熱)。在一個實施例中，間隙222的外形可以發生達約0.012英寸的變化。襯底支撐124和/或間隙222的厚度分布可以由襯底支撐124的凹入上表面202的形狀和/或由背表面216的選擇性輪廓來控制。
與CVD涂層部件相比，由不含金屬的燒結碳化硅制備襯底支撐124(或者工藝配件的其它部件)還有利地允許對拋光部件的更大程度的控制，以進一步控制通過特定部件的傳熱率。難以拋光薄的CVD碳化硅涂層，薄的CVD碳化硅涂層往往被拋光工藝非有意地部分或者完全去除，由此令人不滿意地暴露下方的石墨或者其它基底材料。此外，拋光工藝可能在碳化硅涂層中導致極薄的區域，其可能在短的時間段內被蝕穿或者磨損。
在一個實施例中，凹入上表面202的一些區域可以被選擇性加工以控制襯底支撐124的不同區域的傳熱率。例如，外圍區域212可以被加工到具有便于減小到布置在外圍區域212上的襯底125的外圍部分的傳熱的粗糙度。選擇性減小傳熱便于控制襯底125上的溫度分布。作為另一種選擇或者相結合地，中心區域210可以被加工到比外圍區域212的粗糙度小的粗糙度，以增大到布置在中心區域210上的襯底125的中心部分的傳熱或者相對傳熱。對于到襯底125的傳熱的選擇性控制以及由此對襯底溫度分布的控制有利于控制沉積在襯底125上的膜的厚度分布。
例如，襯底支撐124可以被選擇性地加工，以在中心區域210中提供預定小于外圍區域212中的粗糙度的凹入上表面202粗糙度。在一個實施例中，中心區域210中凹入上表面202的粗糙度為約0.2-8μm，并且外圍區域212中凹入上表面202的粗糙度為約8-20μm。在一個實施例中，中心區域210中凹入上表面202的粗糙度為約40μm，并且外圍區域212中凹入上表面202的粗糙度為約16μm。
襯底安放表面204提供如下的區域，在該區域中，襯底125的背表面220接觸并且安置在襯底支撐124上。襯底安放表面204可以被拋光或者被光滑加工。光滑的襯底安放表面204有利于在處理過程中形成與襯底125的背表面220的緊密密封，由此防止了沉積氣體接觸襯底125的背表面220。
例如，襯底支撐124的襯底安放表面204可以被選擇性地加工到預定的粗糙度。在一個實施例中，襯底安放表面204的粗糙度為約0.2-10μm。在一個實施例中，襯底安放表面204的粗糙度為約6μm。
此外，不含金屬的燒結碳化硅的純度有利地提供了與襯底125的背表面220的化學惰性接觸，由此減小了襯底125的自動摻雜缺陷。
第一組多個開口162容納提升銷128(一個提升銷128以虛線示出)，并且構造成與提升銷128的外形匹配，例如來防止提升銷128穿過第一開口162掉落并且防止和/或減小到或從襯底125和襯底支撐124的凹入表面202之間的區域氣體泄漏。在一個實施例中，第一開口162包括圓柱形表面206和圓錐形表面208，其中提升銷128可以通過圓柱形表面206移動，而圓錐形表面208與提升銷128的安放表面214的外形相匹配，由此有利于形成與提升銷128的安放表面214的緊密密封。
例如，襯底支撐124的圓錐表面208可以被加工或者拋光到預定的粗糙度，以提高在圓錐表面208和提升銷128的安放表面214之間形成的密封。在一個實施例中，圓錐表面208的粗糙度為約0.2-5μm。在一個實施例中，圓錐表面208的粗糙度為約0.2μm。
背表面216包括區域218，區域218適用于將襯底支撐124設置在襯底支撐銷166上(在圖2中示出了一個區域219和一個銷166)。背表面216也可以被拋光。在一個實施例中，至少背表面216的區域218被拋光到約0.2-10μm的粗糙度。在一個實施例中，背表面216的區域218被拋光到約6μm的粗糙度。
圖3描繪了由不含金屬的燒結碳化硅制成的圖1中所描繪的提升銷128的一個實施例的示意性剖視圖。在一個實施例中，提升銷128包括耦合到基部129(以虛線示出)的桿部分310和上部312。可以想到也可以使用其它的提升銷設計，例如沒有單獨的基部129。桿部分310穿過襯底支撐124中的開口206(圖2中所描繪的)。上部312包括安放表面214和平坦頂表面302。
如上面參考圖2所討論的，當縮回時，提升銷128的安放表面214安置在襯底支撐124的凹入上表面202上(見圖2)。為了進一步有利于在其之間形成緊密密封，提升銷128的安放表面214可以被加工或拋光到預定的粗糙度。在一個實施例中，安放表面214被拋光到約0.2-5μm的粗糙度。在一個實施例中，安放表面214被拋光到約0.2μm的粗糙度。
當伸出提升銷128時，例如當升高或者降低襯底125時，平坦頂表面302與襯底125的背表面220配合(以虛線示出)。提升銷128的平坦頂表面302可以被加工或者拋光到預定的粗糙度，以有利于與襯底125的平滑接觸。在一個實施例中，平坦頂表面302被拋光到約0.2-10μm的粗糙度。在一個實施例中，平坦頂表面302被拋光到約8μm的粗糙度。
此外，如上面所討論的，不含金屬的燒結碳化硅的純度有利地提供了與襯底125的背表面220的化學惰性接觸，由此減小了由具有金屬粘結劑的燒結碳化硅中存在的雜質導致的襯底125的污染。
圖4描繪了上面參考圖1所述的預熱環122的一個實施例的示意性剖視圖。預熱環122可以由如上所討論的不含金屬的燒結碳化硅材料制成。預熱環122的寬度402和厚度404可以被選擇以提供預定質量，用于從燈136、138、152和154(圖1所示)吸收熱，以在處理過程中預熱引入到處理室主體110中的氣體。如上面所討論的，不含金屬的燒結碳化硅具有比CVD碳化硅涂層石墨更大的導熱性，由此便于提高從燈到處理氣體的傳熱。
圖5描繪了上面參考圖1所描述的支撐銷166的一個實施例的示意性剖視圖。支撐銷166可以由不含金屬的燒結碳化硅制成。支撐銷166具有頂表面502，頂表面502沿著背表面216的區域218接觸和支撐襯底支撐124。支撐銷166的頂表面502形成與背表面216的區域218的無粒子接觸。在一個實施例中，頂表面502被加工或拋光到約1-16μm的粗糙度。在一個實施例中，頂表面502被加工或拋光到約5μm的粗糙度。任選地，支撐銷166可以僅僅部分地由不含金屬的燒結碳化硅制成，例如，僅僅支撐銷166的靠近背表面216的上部由不含金屬的燒結碳化硅制成。
雖然上面的描述描述了特定的部件由不含金屬的燒結碳化硅制成，但是可以想到，接觸或者靠近襯底布置的處理室的其它部件也可以由不含金屬的燒結碳化硅的制成。此外，本發明可以由本領域技術人員通過使用在此所公開的教導，在不偏離本發明的精神的情況下，在其它的處理反應器中實施。雖然前面的討論針對的是半導體器件的制造，但是用于集成電路的其它器件和結構的制造也可受益于本發明。
雖然前述內容涉及本發明的多個實施例，但是可以在不偏離本發明的基本范圍的情況下設計本發明的其它和進一步的實施例，并且本發明的范圍由所附權利要求確定。
權利要求
1.一種處理半導體襯底的裝置，包括工藝配件，其包括一個或者多個由不含金屬的燒結碳化硅材料制成的部件。
2.如權利要求1所述的裝置，其中，所述工藝配件的所述部件包括襯底支撐、預熱環、提升銷和襯底支撐銷中的至少之一。
3.如權利要求1所述的裝置，其中，所述工藝配件的所述部件包括預熱環。
4.如權利要求1所述的裝置，還包括室主體；并且其中，所述工藝配件至少包括布置在所述室主體中的襯底支撐，其中所述襯底支撐由不含金屬的燒結碳化硅制成。
5.如權利要求4所述的裝置，其中，所述反應器適用于執行沉積工藝、刻蝕工藝、等離子體增強沉積和/或刻蝕工藝、以及熱處理中的至少之一。
6.如權利要求4所述的裝置，其中，所述所述反應器適用于執行化學氣相沉積工藝、快速熱處理、或外延硅沉積工藝中的至少之一。
7.如權利要求4所述的裝置，其中，所述襯底支撐還包括凹入上表面，其被加工以在布置在其上的襯底的表面上實現預定的溫度分布。
8.如權利要求7所述的裝置，其中，所述凹入上表面在所述凹入上表面的中心區域具有第一粗糙度，在所述凹入上表面的外圍區域具有第二粗糙度。
9.如權利要求8所述的裝置，其中，所述第一粗糙度為約0.2-8μm，所述第二粗糙度為約8-20μm。
10.如權利要求4所述的裝置，其中，所述襯底支撐還包括襯底安放表面，其適用于接觸布置在其上的襯底的外周緣。
11.如權利要求4所述的裝置，其中，所述襯底支撐還包括多個開口，其適用于容納多個襯底提升銷，其中所述多個開口的提升銷配合表面被拋光到約0.2-5μm的粗糙度。
12.如權利要求4所述的裝置，還包括多個由不含金屬的燒結碳化硅制成的提升銷。
13.如權利要求12所述的裝置，其中，所述提升銷的襯底配合表面被拋光到約0.2-5μm的粗糙度。
14.如權利要求4所述的裝置，其中，所述襯底支撐由多個襯底支撐銷支撐，其中所述多個襯底支撐銷中的至少之一由不含金屬的燒結碳化硅制成。
15.如權利要求4所述的裝置，還包括布置在所述室主體中并且圍繞所述襯底支撐的氣體預熱環，其中，所述氣體預熱環由不含金屬的燒結碳化硅制成。
16.如權利要求4所述的裝置，其中，所述襯底支撐還包括一個或者多個開口，其穿過所述襯底支撐形成并布置在襯底支撐區域中。
17.如權利要求16所述的裝置，其中，所述開口被徑向地布置在襯底支撐上。
18.如權利要求16所述的裝置，其中，所述開口在所述襯底支撐的表面上提供約5-15％之間的百分比開口面積。
19.如權利要求4所述的裝置，其中，所述襯底支撐具有預定的變化厚度分布。
20.如權利要求4所述的裝置，還包括間隙，所述間隙被限定在所述襯底支撐的上表面和對應于襯底背面的在被布置在所述襯底支撐上時的位置之間。
21.如權利要求20所述的裝置，其中，所述間隙具有預定的變化外形。
22.如權利要求20所述的裝置，其中，所述間隙的所述外形發生約0.012英寸的變化。
全文摘要
本發明提供一種用于半導體處理室的工藝配件。在一個實施例中，用于半導體處理室的工藝配件包括一個或者多個由不含金屬的燒結碳化硅材料制成的部件。該工藝配件包括襯底支撐、預熱環、提升銷和襯底支撐銷中的至少之一。在另一個實施例中，提供了一種半導體處理室，其具有室主體和布置在所述室主體中的襯底支撐。襯底支撐由不含金屬的燒結碳化硅制成。任選地，處理室可以包括具有至少一個由不含金屬的燒結碳化硅制成的部件的工藝配件。
文檔編號H01L21/687GK1956145SQ20061015071
公開日2007年5月2日 申請日期2006年10月24日 優先權日2005年10月24日
發明者克雷格·邁特則爾, 佩－奧夫·漢松 申請人:應用材料公司