專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體晶片處理，以提供減少顆粒污染的半導(dǎo)體晶片。更具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及使用減少顆粒生成的碳化硅進(jìn)行半導(dǎo)體晶片處理，以提供減少顆粒污染的半導(dǎo)體晶片，以及所述碳化硅的制備方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體晶片生產(chǎn)中包括許多制造步驟。一種處理步驟是在等離子蝕刻室內(nèi)使用NF3之類(lèi)的氟基化合物對(duì)硅晶片進(jìn)行處理。這些化合物具有極高的活性和腐蝕性。在等離子蝕刻室中使用碳化硅部件之類(lèi)的陶瓷材料，這是由于碳化硅理論上是致密、高純度的高溫材料，能夠與硅晶片熱相容，而且對(duì)于蝕刻用化學(xué)物質(zhì)具有高耐腐蝕性。
但是，在蝕刻室中使用氣體擴(kuò)散板之類(lèi)的碳化硅部件會(huì)產(chǎn)生大量不希望有的顆粒，這些顆粒會(huì)污染半導(dǎo)體晶片。用金剛石工具對(duì)碳化硅進(jìn)行機(jī)械加工，以制造具有特定形狀和尺寸的部件。這種機(jī)械加工在部件上造成裂縫和空穴之類(lèi)的亞表面(sub surface)破壞。松散的碳化硅顆粒被包藏在這些裂縫和空穴之內(nèi)。在蝕刻過(guò)程中，這些顆粒從部件中釋放出來(lái)，對(duì)晶片造成污染。隨著處理的晶片數(shù)增加，顆粒的密度減小。處理了200-250個(gè)晶片之后，由部件產(chǎn)生的顆粒顯著減少，該碳化硅部件可用于工業(yè)晶片處理。每當(dāng)對(duì)新的碳化硅部件進(jìn)行調(diào)試的時(shí)候，都要浪費(fèi)掉200-250片晶片，這對(duì)于強(qiáng)調(diào)速度、成本和性能的工業(yè)來(lái)說(shuō)不但昂貴，而且低效。
Numata等人在美國(guó)專(zhuān)利第5,179,049號(hào)中揭示了一種用于半導(dǎo)體熱處理設(shè)備的碳化硅部件。所述碳化硅主要是α-型碳化硅，晶體不大于44微米，而且鐵雜質(zhì)含量低。據(jù)稱(chēng)在熱處理過(guò)程中，所述α-型碳化硅部件能夠減少污染，提高半導(dǎo)體晶片的生產(chǎn)率。
盡管已經(jīng)有了一種能夠減少晶片污染的α-型碳化硅，但是人們?nèi)匀恍枰蓽p少晶片污染，而且可用于各種半導(dǎo)體處理室的碳化硅，以及制造這種碳化硅的方法。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面中，一種方法包括a)提供碳化硅制品；b)對(duì)所述碳化硅制品的一個(gè)或多個(gè)表面進(jìn)行改性，使得該制品在處理半導(dǎo)體晶片的過(guò)程中，在一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體晶片上產(chǎn)生的顆粒等于或少于160個(gè)/分米2。
在另一方面中，一種方法包括a)提供碳化硅制品；b)對(duì)所述碳化硅制品的一個(gè)或多個(gè)表面進(jìn)行氧化，使得該碳化硅制品在處理半導(dǎo)體晶片的過(guò)程中，在一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體晶片上產(chǎn)生的碳化硅顆粒等于或少于160個(gè)/分米2。
在另一方面中，一種方法包括a)提供碳化硅制品；b)對(duì)所述碳化硅制品的一個(gè)或多個(gè)表面進(jìn)行氧化；c)剝離掉所述碳化硅制品的一個(gè)或多個(gè)表面上的涂層，使得所述碳化硅制品在處理半導(dǎo)體晶片的過(guò)程中，在一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體晶片上產(chǎn)生的顆粒等于或少于160個(gè)/分米2。
通過(guò)該方法制備的碳化硅制品可用作半導(dǎo)體處理室的部件。相對(duì)于許多常規(guī)的碳化硅部件，所述碳化硅制品減少了處理過(guò)程中對(duì)半導(dǎo)體晶片的污染，提供了更有效的半導(dǎo)體晶片制造方法。
具體實(shí)施例方式
在本說(shuō)明書(shū)中，除非另外說(shuō)明，以下縮寫(xiě)的含義如下℃＝攝氏度；μm＝微米；m＝米；cm＝厘米；mm＝毫米；nm＝納米；dm2＝平方分米；A＝安培；mA＝毫安；CVD＝化學(xué)氣相沉積；PVD＝物理氣相沉積；ml＝毫升；min＝分鐘；sec＝秒；msec＝毫秒；hr＝小時(shí)；Hz＝赫茲；kHz＝千赫；W＝瓦特＝1焦耳/秒；爾格＝1達(dá)因厘米＝10-7焦耳；mV＝毫伏；1大氣壓＝760托；1大氣壓＝1.01325×106達(dá)因/厘米2；psi＝磅/平方英寸；1大氣壓＝14.7psi；slpm＝在大氣壓和20℃下測(cè)得的每分鐘的標(biāo)準(zhǔn)升數(shù)；rpm＝轉(zhuǎn)/分鐘；＝埃＝1×10-4微米；RMS＝均方根；SEM＝掃描電子顯微鏡。
除非另外說(shuō)明，所有的百分?jǐn)?shù)均以重量為基準(zhǔn)計(jì)。所有的數(shù)值范圍均包括端值且可以以任意順序組合，除非從邏輯上講這些數(shù)值范圍之和應(yīng)為100％。
方法包括對(duì)碳化硅的一個(gè)或多個(gè)表面進(jìn)行改性，使得在半導(dǎo)體晶片處理過(guò)程中，碳化硅制品在半導(dǎo)體晶片上產(chǎn)生的顆粒等于或小于160個(gè)/分米2。通常，在半導(dǎo)體晶片處理過(guò)程中，碳化硅制品在半導(dǎo)體晶片上產(chǎn)生的顆粒等于或少于65個(gè)/分米2，或例如，在半導(dǎo)體處理過(guò)程中，在半導(dǎo)體晶片上產(chǎn)生的顆粒等于或少于30個(gè)/分米2。
碳化硅可以由許多不同的方法制備，制得具有顯著不同的性質(zhì)的碳化硅，這些性質(zhì)包括例如熱導(dǎo)性、電阻率、密度和晶體結(jié)構(gòu)。碳化硅可以是單晶或多晶。碳化硅包括但不限于，化學(xué)氣相沉積碳化硅、物理氣相沉積碳化硅、反應(yīng)結(jié)合的碳化硅、燒結(jié)碳化硅、熱壓碳化硅和發(fā)泡碳化硅。通常碳化硅選自CVD碳化硅、PVD碳化硅、燒結(jié)碳化硅和熱壓碳化硅。更佳的是，碳化硅選自CVD碳化硅和PVD碳化硅。最佳的是，碳化硅是CVD碳化硅。所述CVD碳化硅通常是β-立方碳化硅。
通常首先對(duì)碳化硅制品進(jìn)行宏觀的機(jī)械加工。通常在通過(guò)例如CVD或PVD形成碳化硅制品之后，通過(guò)宏觀機(jī)械加工除去碳化硅制品中不希望有的表面結(jié)構(gòu)，并根據(jù)所需功能對(duì)制品進(jìn)行成形?？刹捎贸Ｒ?guī)的機(jī)械加工方法。這些方法包括但不限于，研磨、精研、珩磨、超聲波加工、噴水或磨料加工、激光加工、放電加工、離子束加工、電子束加工、化學(xué)加工和電化學(xué)加工。通常用金剛石工具對(duì)表面進(jìn)行加工。
在對(duì)碳化硅制品進(jìn)行宏觀機(jī)械加工之后，對(duì)它們的一個(gè)或多個(gè)表面進(jìn)行進(jìn)一步的改性，以提供在半導(dǎo)體處理過(guò)程中，在半導(dǎo)體晶片上產(chǎn)生的顆粒等于或少于160個(gè)/分米2的碳化硅制品。該方法減少了宏觀機(jī)械加工之后，碳化硅制品表面上剩余的裂縫和空穴。通過(guò)減少裂縫和空穴，減少了通常被包藏的松散顆粒的數(shù)量。該方法除去了宏觀機(jī)械加工之后制品上剩余的許多松散顆粒。宏觀機(jī)械加工之后的加工方法包括但不限于蝕刻、激光燒蝕、涂敷，以及在例如噴丸處理、精研、拋光和超聲波加工之類(lèi)的操作中使用研磨料或磨砂料。也可使用這些方法的組合制得所需的碳化硅。
通常這些方法改進(jìn)了碳化硅制品的一個(gè)或多個(gè)表面，使得一個(gè)或多個(gè)表面的Ra小于或等于0.5微米、Rz(din)小于或等于5微米。表面糙度由表面結(jié)構(gòu)細(xì)小的不規(guī)則性構(gòu)成，包括Ra和Rz(din)。“Ra”表示在一定評(píng)價(jià)長(zhǎng)度內(nèi)，偏離中線的輪廓(峰值)高度的絕對(duì)值的算術(shù)平均值(平均糙度)。Ra等于或小于0.5微米，或例如為0.1-0.001微米，或例如0.01-0.005微米。Rz(din)值是測(cè)量長(zhǎng)度內(nèi)任意五個(gè)連續(xù)取樣長(zhǎng)度的平均最大峰-谷高度。所述峰-谷距離是表面特征結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)與表面中凹槽或谷底之間的距離?！胺濉笔俏挥谥行木€以上的輪廓特定部分的最高點(diǎn)?！肮取笔俏挥谥行木€以下的輪廓特定部分的最低點(diǎn)。Rz(din)為等于或小于5微米，或例如1-0.005微米，或例如0.5-0.05微米。
可采用各種方法測(cè)量表面的糙度。一種合適的方法是自協(xié)方差函數(shù)。二維自協(xié)方差函數(shù)是方向和距離的函數(shù)，表示某一方向上被一定長(zhǎng)度分隔的所有兩點(diǎn)對(duì)的高度乘積的預(yù)期值。換而言之，自協(xié)方差函數(shù)描述了特征結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度，即具有特定高度的兩個(gè)峰之間的長(zhǎng)度。關(guān)于應(yīng)用自協(xié)方差函數(shù)確定表面外形的應(yīng)用可參見(jiàn)Kiely等人的Quantification of Topographic Structure by Scanning ProbeMicroscopy，Journal of Vacuum Sceince Technology B，第15卷，第4期，July/August 1997，第1483-1493頁(yè)。在Standard ASME B46.1-2002，Surfacetexture(Surface Roughness，Wavines and Lay)，American Society of MechanicalEngineers，2003中進(jìn)一步描述了糙度參數(shù)和測(cè)定這些糙度參數(shù)值的方法。通常使用原子力光譜儀(AFM)或光學(xué)輪廓曲線儀測(cè)定表面結(jié)構(gòu)的取向性表面外形。
可使用任何合適的表面蝕刻法，只要制得的碳化硅能夠依照需要產(chǎn)生顆粒即可。通常使用熔融堿或無(wú)機(jī)酸進(jìn)行蝕刻。用熔融堿進(jìn)行蝕刻可以在500-1200℃、或例如800-1000℃的溫度下進(jìn)行。用酸進(jìn)行蝕刻可以在30-150℃，或例如70-100℃的溫度下進(jìn)行。
合適的堿包括但不限于堿金屬堿，例如氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化銨或其混合物。當(dāng)使用氫氧化鉀和氫氧化鈉的混合物的時(shí)候，氫氧化鉀和氫氧化鈉的重量比為2∶1至1∶2。通常蝕刻用熔融氫氧化鉀進(jìn)行。熔融堿的pH值為8-14，或例如10-13。
碳化硅表面可暴露于熔融堿5-120分鐘，或例如15-60分鐘，或例如20-30分鐘。使碳化硅暴露于熔融堿120分鐘以上會(huì)造成堿腐蝕表面，從而造成更多的亞表面破壞，而不是減少顆粒濃度和亞表面破壞。
熔融堿處理在常壓下進(jìn)行。蝕刻可以在等離子室內(nèi)或任何合適的設(shè)備中進(jìn)行。熔融堿處理可以在惰性氣氛下進(jìn)行。合適的惰性氣體包括但不限于氬氣、氦氣、氪氣、氙氣、氮?dú)饣蛩鼈兊幕旌衔铩怏w流量為50-150slpm。在所述室內(nèi)會(huì)產(chǎn)生氫氣或者氫氣加上一種惰性氣體。氫氣的流量為20-150slpm。通常在用熔融堿進(jìn)行蝕刻時(shí)所用的惰性氣氛是流量為70-120slpm的氬氣和流量為30-75slpm的氫氣。
酸蝕刻可以在如上所述用于堿蝕刻的惰性氣氛下進(jìn)行，或者在非惰性環(huán)境下進(jìn)行。酸包括但不限于氫氟酸(HF)、硝酸(HNO3)、磷酸(H3PO4)、硫酸(H2SO4)或它們的混合物。酸的濃度可為20-90重量％，或例如50重量％至大約80重量％。這些濃酸可以通過(guò)供應(yīng)商由市場(chǎng)購(gòu)得，或者通過(guò)工人很容易地制備。當(dāng)兩種或更多種無(wú)機(jī)酸混合起來(lái)的時(shí)候，所用的每種酸的重量相等。通常使用重量比為2∶1∶1、或例如1∶2∶1、或例如1∶1∶2、或例如1∶1∶1的氫氟酸、硝酸和磷酸的混合物。
將無(wú)機(jī)酸施用于碳化硅的表面，處理15-100分鐘，或例如30分鐘至大約90分鐘，或例如50-70分鐘。
一種更典型的用無(wú)機(jī)酸進(jìn)行蝕刻的方法是在85-100℃下，將濃度為50-80重量％的硝酸和濃度為20-40重量％的氫氟酸施用于碳化硅的一個(gè)或多個(gè)表面，處理60-90分鐘。
高能燒蝕使用電磁波或粒子的輻射能或射束改性碳化硅的表面。輻射能燒蝕或熱處理通常是在常規(guī)的真空室內(nèi)進(jìn)行的。在制品周?chē)徛禺a(chǎn)生真空。壓力可為10-4至10-10托，或例如10-6至10-8托。在壓力保持恒定的條件下，使制品升溫至1000-2000℃，或例如1200-1500℃。該制品在恒定的溫度和壓力下保持2-10小時(shí)，或例如4-8小時(shí)。然后緩慢冷卻制品，壓力變成常壓，將制品從室內(nèi)取出。冷卻和減壓在5-60分鐘、或例如10-30分鐘內(nèi)進(jìn)行，陶瓷制品留在室內(nèi)，在6-48小時(shí)，或例如12-24小時(shí)內(nèi)冷卻至室溫。
電磁波或粒子包括但不限于質(zhì)子、中子、電子、X射線、激光(高強(qiáng)度光輻射)、放電加工(EDM)(也稱(chēng)為電弧放電)和微波。用來(lái)改性表面的設(shè)備通常包括對(duì)特定能束進(jìn)行控制，并將其會(huì)聚在陶瓷材料表面上的裝置。用來(lái)控制和會(huì)聚能束的具體裝置取決于所用電磁輻射的具體種類(lèi)。這些設(shè)備是本領(lǐng)域眾所周知的。
通常當(dāng)電子束、離子束或電弧產(chǎn)生電磁波束的時(shí)候，電流會(huì)流向制品。電流可為5-100毫安，或例如10-80毫安。電磁波束所傳輸?shù)哪芰靠梢杂霉β拭芏葋?lái)定義，功率密度是指陶瓷制品表面上的平均功率。制品表面上被電磁波束照射的一個(gè)點(diǎn)上的平均功率密度可為1000-5000瓦/厘米2，或例如2000-4000瓦/厘米2。照射在陶瓷制品表面一個(gè)點(diǎn)上的電磁波束的峰值功率密度可為5000-10,000瓦/厘米2，或例如5500-8000瓦/厘米2。峰值功率密度可定義為一種過(guò)程設(shè)置，在此設(shè)置下，電磁波束在指定功率設(shè)置下獲得最大聚焦(即斑點(diǎn)尺寸最小)。電磁波束的作用時(shí)間可為0.1-5毫秒，或例如0.5-2毫秒。
可使用任何合適的激光器改性碳化硅表面，使其具有所需的特征。例如可使用二氧化碳連續(xù)波激光器、脈沖波束二氧化碳激光器、釔石榴石(YAG)激光器、氯化氙(XeCl)準(zhǔn)分子激光器。激光的功率密度為800-2000瓦/厘米2，或例如1000-1500瓦/厘米2。通常，激光燒蝕從表面上除去0.01-5微米、或例如0.1-3微米、或例如1-2微米的碳化硅。
表面氧化包括將碳化硅制品置于溫度為800-2000℃、或例如1000-1500℃的常規(guī)開(kāi)放式空氣加熱爐中。持續(xù)加熱50-400小時(shí)，或例如100-250小時(shí)?？梢杂帽脤⒏郊拥难鯕獬槿爰訜釥t內(nèi)，以加快該過(guò)程。在氧化過(guò)程中，空氣中可任選包含水蒸氣，以加快氧化過(guò)程。當(dāng)空氣中包含水蒸氣的時(shí)候，通常是5-20體積％水蒸氣以及95-80體積％氧氣的混合物。
或者該方法可以在密閉的加熱爐內(nèi)實(shí)施，處理的時(shí)候用泵將氧氣抽入加熱爐內(nèi)。通常密閉的加熱爐內(nèi)的壓力為50托至1大氣壓。在密閉加熱爐內(nèi)氧化5-30小時(shí)，或例如10-20小時(shí)。
氧化層的厚度可為0.1微米至10微米，或例如0.2-5微米，或例如0.3-2微米。通常所述氧化物是氧化硅、二氧化硅、或氧化硅與二氧化硅組合，它們組成氧化物層。然后使用一種或多種無(wú)機(jī)酸剝?nèi)パ趸瘜印：线m的酸包括但不限于鹽酸、硫酸、硝酸、氫氟酸、磷酸及其混合物。通常使用氫氟酸。剝離在20-90℃的溫度下進(jìn)行。
當(dāng)除去氧化物的時(shí)候，涂敷有氧化物的粗糙的表面結(jié)構(gòu)以及尖銳的峰也被除去。包藏碳化硅顆粒的裂縫和空穴被減少。通過(guò)除去氧化層，提供了具有所需表面特征的光滑表面。
可以使用常規(guī)設(shè)備進(jìn)行精研和拋光，例如使用各種精研設(shè)備和拋光墊。當(dāng)使用精研板的時(shí)候，精研板以300-3000米/分鐘，或例如600-2500米/分鐘的表面速度旋轉(zhuǎn)。精研和拋光在1-15psi的壓力下，例如進(jìn)行1-10小時(shí)。
可以用漿液、糊劑和干燥顆粒進(jìn)行精研和拋光?？梢允褂酶鞣N種類(lèi)、各種粒度的顆粒?？梢砸愿鞣N粒度，分多步進(jìn)行精研和拋光，以獲得所需的表面糙度。
可以用化學(xué)式為AO·xZ2O3的顆粒進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，式中A是至少一種二價(jià)陽(yáng)離子，Z是至少一種三價(jià)陽(yáng)離子，0.01≤x≤100。陽(yáng)離子包括但不限于鎂、鐵(II)、鋅、錳、鎳、鈣或它們的混合物。Z陽(yáng)離子包括但不限于鋁、鐵(III)、鉻、鈦或它們的混合物。這些顆粒的比表面積為5-200米2/克，平均晶體直徑為5-500納米，平均聚集粒徑為10-5000納米。ζ電勢(shì)可為正值、零或負(fù)值。通常漿液的ζ電勢(shì)大于或等于+10毫伏，或小于或等于-10毫伏。水性漿液的顆粒含量為0.1-10重量％。除了顆粒以外，該漿液還可包含氧化劑和還原劑，例如羥胺化合物、過(guò)硫酸銨、過(guò)氧化氫、聚合電解質(zhì)和有機(jī)酸。還可包含螯合劑以及表面活性劑、穩(wěn)定劑、懸浮劑、緩沖劑和潤(rùn)滑劑。還可包含其它的陽(yáng)離子，這些陽(yáng)離子為例如但不限于鋯、銅、鈷、鋰和稀土陽(yáng)離子。
其它可以使用的磨料顆粒包括但不限于金剛石、碳化硼、氮化硼、氮化碳、碳化硅、氮化硅或它們的混合物。粒度可為0.005-30微米，或例如0.05-20微米，或例如0.5-10微米。當(dāng)使用金剛石糊劑的時(shí)候，粒度可等于或小于2微米，通常等于或小于1微米。糊劑中這些磨料顆粒的含量可為1-30重量％。所述糊劑中可包含常規(guī)含量的常規(guī)添加劑，如螯合劑、緩沖劑和表面活性劑。
其它形式的研磨處理包括但不限于固定磨料研磨和噴丸處理，例如噴砂。固定磨料研磨通常包括使用金剛石、碳化硅以及其它莫氏硬度等于和大于9的磨料。也可使用這些材料的組合。磨料可以是顆粒的形式，或者為砂輪的形式，例如為金剛石砂輪。砂輪的表面速度至少為1000米/分鐘，或例如2000-10,000米/分鐘。對(duì)顆粒施加10-100psi、或例如20-80psi的壓力。可使用常規(guī)的研磨設(shè)備。
當(dāng)使用噴丸處理的時(shí)候，可使用常規(guī)的噴砂設(shè)備、顆粒噴射設(shè)備和噴砂室。磨料包括但不限于金剛石、碳化硅、氮化硅、氮化硼、碳化硼或它們的組合。磨料以10-500psi、或例如25-150psi的壓力施用于制品的表面。施加這些壓力，直至獲得所需的表面。
可以將超聲波與磨粒一起使用。超聲波裝置具有適于固定工件的框架，以及裝置支架，其包括超聲波驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器以15-40千赫、或例如20-35千赫的頻率振動(dòng)該裝置。超聲波蝕刻進(jìn)行30-120分鐘，或例如60-90分鐘。
可以用材料涂層提供所需的表面。這些涂層包括但不限于碳化硅、硅、氮化硅、二氧化硅和碳。可通過(guò)CVD或PVD將這些涂層沉積在陶瓷制品表面上?？墒褂贸Ｒ?guī)的反應(yīng)物形成涂層。可根據(jù)涂層的種類(lèi)改變沉積溫度和壓力。通常加熱爐的溫度可為1000-1500℃，或例如1200-1400℃。加熱爐的壓力可為20-760托，或例如80-125托。涂層沉積速率可為0.01-5微米/分鐘，或例如0.5-3微米/分鐘。通常涂層厚度可為0.01-10微米，或例如0.1-5微米。
在改性碳化硅制品的表面之后，可任選地對(duì)碳化硅表面進(jìn)行進(jìn)一步處理，以除去表面上的任何殘余物。這種任選的處理包括但不限于用稀的無(wú)機(jī)酸或有機(jī)酸進(jìn)行處理，或者用超臨界二氧化碳進(jìn)行處理。
合適的酸包括但不限于以下酸的稀水溶液鹽酸、硫酸、硝酸、氫氟酸、磷酸、乙酸或它們的混合物。這些酸的濃度通常為0.5-10重量％。
可以在高壓反應(yīng)器中用超臨界二氧化碳處理碳化硅制品。超臨界二氧化碳可以很容易地滲入碳化硅制品的裂縫或空穴內(nèi)，除去可能累積在這些裂縫和空穴中的松散顆粒。可以將顆粒加壓至70-250個(gè)大氣壓，或例如100-200大氣壓。
使用Talystep機(jī)械接觸輪廓曲線儀測(cè)得，碳化硅表面的RMS通常為10-100，或例如為20-60?？梢允褂肧EM檢查碳化硅表面所需的顆粒濃度和亞表面精整情況。
通常半導(dǎo)體晶片由包括但不限于硅、藍(lán)寶石、砷化鎵或碳化硅的材料組成。更佳的是，半導(dǎo)體晶片由硅組成。可以同時(shí)處理一個(gè)或多個(gè)晶片。
碳化硅制品可用于各種晶片處理設(shè)備。合適的制品通常包括但不限于等離子屏幕、氣體擴(kuò)散板、聚焦環(huán)、感受器環(huán)和晶片固定設(shè)備。處理設(shè)備包括但不限于例如用來(lái)對(duì)晶片進(jìn)行高溫退火的批處理室、快速熱退火(RTA)加熱爐、高溫?cái)U(kuò)散室、氮化物沉積室、諸如用于外延硅生長(zhǎng)的單晶片處理室、化學(xué)氣相沉積膜生長(zhǎng)室、晶片退火室、高溫?cái)U(kuò)散室以及等離子蝕刻室。
以下實(shí)施例用來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但是并不對(duì)本發(fā)明的范圍構(gòu)成限制。
實(shí)施例實(shí)施例1使用常規(guī)研磨設(shè)備將CVD碳化硅感受器環(huán)機(jī)械加工至表面糙度Ra＝0.8微米。使用接觸輪廓曲線儀測(cè)量表面糙度。首先用150粒度的金剛石砂輪進(jìn)行機(jī)械加工，然后用320粒度的金剛石砂輪進(jìn)行機(jī)械加工。以1750rpm的轉(zhuǎn)度研磨9小時(shí)。
然后使用粒度4-8微米的金剛石糊劑，使用Pellon PadTM精研墊對(duì)感受器環(huán)進(jìn)行精研。以600米/分鐘的表面速度精研2小時(shí)。
使用接觸輪廓曲線儀測(cè)量表面糙度。測(cè)得Ra值為0.1微米，Rz(din)為1微米。
然后將感受器環(huán)置于晶片舟內(nèi)，將半導(dǎo)體晶片置于該感受器環(huán)內(nèi)。然后將晶片舟置于常規(guī)的CVD加熱爐內(nèi)。將加熱爐加熱至1100℃，產(chǎn)生惰性氬氣和氫氣氣氛以形成外延膜。裝有晶片的晶片舟在加熱爐內(nèi)加熱6小時(shí)。然后將加熱爐冷卻至室溫，將裝有感受器環(huán)和晶片的晶片舟從加熱爐內(nèi)取出。預(yù)期晶片上的碳化硅顆粒數(shù)少于160個(gè)/分米2。
實(shí)施例2使用實(shí)施例1所述的常規(guī)研磨設(shè)備和方法將CVD碳化硅感受器環(huán)機(jī)械加工至表面糙度Ra＝0.8微米。使用接觸輪廓曲線儀測(cè)量表面糙度。
然后使用粒度4-8微米的金剛石糊劑，使用Pellon PadTM拋光墊對(duì)感受器環(huán)進(jìn)行精研。以1200米/分鐘的表面速度精研2小時(shí)。然后使用粒度為2-4微米的金剛石糊劑對(duì)該感受器拋光3小時(shí)。預(yù)期以接觸輪廓曲線儀測(cè)得Ra小于0.05微米，Rz(din)小于0.5微米。
然后將感受器環(huán)置于晶片固定設(shè)備內(nèi)，將半導(dǎo)體晶片置于該感受器環(huán)內(nèi)。然后將該設(shè)備置于含惰性氬氣氣氛的CVD加熱爐內(nèi)。加熱爐從室溫升溫至1100℃。該設(shè)備在加熱爐內(nèi)加熱10小時(shí)。然后將加熱爐冷卻至室溫。當(dāng)晶片固定設(shè)備達(dá)到室溫時(shí)，將其從加熱爐內(nèi)取出。從該設(shè)備中取出硅晶片。預(yù)期晶片上的碳化硅顆粒數(shù)少于160個(gè)/分米2。
實(shí)施例3使用實(shí)施例1所述的常規(guī)研磨設(shè)備和方法將CVD碳化硅感受器環(huán)機(jī)械加工至表面糙度Ra＝0.8微米。使用接觸輪廓曲線儀測(cè)量表面糙度。
然后使用粒度0.25-1微米的金剛石糊劑，使用Pellon PadTM拋光墊對(duì)感受器環(huán)進(jìn)行精研。以1500米/分鐘的表面速度精研3小時(shí)。然后使用粒度為0.25-1微米的金剛石糊劑對(duì)該感受器拋光4小時(shí)。預(yù)期以接觸輪廓曲線儀測(cè)得Ra小于0.005微米，Rz(din)小于0.05微米。
然后將此感受器環(huán)置于標(biāo)準(zhǔn)熱開(kāi)放空氣加熱爐中，在1100℃加熱100小時(shí)，在感受器環(huán)的表面上形成0.4微米厚的二氧化硅層。然后將溫度冷卻至室溫。當(dāng)感受器環(huán)冷卻后，在30℃將其浸沒(méi)入1N的氫氟酸溶液處理30分鐘，從感受器上剝離掉二氧化硅層。
然后將感受器置于晶片舟內(nèi)。將半導(dǎo)體晶片置于該感受器內(nèi)。然后將此舟置于加熱爐內(nèi)。向加熱爐內(nèi)提供惰性氬氣和氫氣氣氛。然后將加熱爐加熱至1200℃，此舟在加熱爐內(nèi)加熱10小時(shí)。使加熱爐內(nèi)的溫度冷卻至室溫。預(yù)期晶片上的碳化硅顆粒數(shù)少于30個(gè)/分米2。
實(shí)施例4根據(jù)與實(shí)施例1相同的步驟將CVD碳化硅感受器環(huán)機(jī)械加工至Ra＝0.8。然后將感受器置于包含20％氧氣的標(biāo)準(zhǔn)熱開(kāi)放空氣加熱爐內(nèi)。加熱爐升溫至1000℃，壓力保持在1大氣壓。感受器在加熱爐內(nèi)加熱12小時(shí)，在感受器表面上形成0.1微米厚的二氧化硅層。
然后將感受器置于晶片舟內(nèi)。將半導(dǎo)體晶片置于該感受器內(nèi)，然后將此舟置于包含惰性氬氣和氫氣氣氛加熱爐內(nèi)。然后將加熱爐加熱至1200℃，此舟在加熱爐內(nèi)加熱10小時(shí)。使加熱爐內(nèi)的溫度冷卻至室溫。預(yù)期晶片上的碳化硅顆粒數(shù)少于65個(gè)/分米2。
實(shí)施例5根據(jù)實(shí)施例1所述的步驟將CVD碳化硅感受器環(huán)機(jī)械加工至Ra＝0.8。然后將感受器置于標(biāo)準(zhǔn)熱開(kāi)放空氣加熱爐內(nèi)，在感受器環(huán)的表面上形成0.8微米厚的二氧化硅層。
該開(kāi)放空氣加熱爐的溫度在1100℃保持200小時(shí)，在感受器環(huán)的表面上形成二氧化硅層。然后將加熱爐冷卻至室溫。當(dāng)感受器環(huán)冷卻后，在30℃將其浸沒(méi)入1N的氫氟酸溶液處理30分鐘，從感受器上剝離掉二氧化硅層。
使用接觸輪廓曲線儀測(cè)量感受器的表面糙度。測(cè)得Ra為0.1微米，Rz為1微米。
然后將感受器置于晶片舟內(nèi)，將半導(dǎo)體硅晶片置于該感受器環(huán)內(nèi)。然后將此舟置于加熱爐內(nèi)，加熱至1050℃。該晶片舟在此包含氬氣和氫氣氣氛的加熱爐內(nèi)放置5.5小時(shí)。5.5小時(shí)之后，將加熱爐冷卻至室溫。當(dāng)晶片舟達(dá)到室溫后，將其從加熱爐內(nèi)取出。預(yù)期晶片上的碳化硅顆粒數(shù)少于160個(gè)/分米2。
實(shí)施例6根據(jù)實(shí)施例1所述將化學(xué)氣相沉積碳化硅感受器環(huán)機(jī)械加工至Ra＝0.8。然后將感受器置于標(biāo)準(zhǔn)熱開(kāi)放空氣加熱爐內(nèi)，在感受器環(huán)的表面上形成1微米厚的二氧化硅層。
該開(kāi)放空氣加熱爐的溫度在1100℃保持300小時(shí)，在感受器環(huán)的表面上形成二氧化硅層。然后將加熱爐冷卻至室溫。然后在30℃將涂敷二氧化硅的環(huán)浸沒(méi)入1N的氫氟酸溶液處理30分鐘，從環(huán)上剝離掉二氧化硅層。
然后將感受器置于晶片舟內(nèi)。將半導(dǎo)體硅晶片置于該晶片舟內(nèi)，然后將此舟置于加熱爐內(nèi)。將加熱爐加熱至1200℃，此舟在加熱爐內(nèi)加熱10小時(shí)。加熱爐冷卻之后，將晶片舟和晶片一起從加熱爐內(nèi)取出。預(yù)期晶片上的碳化硅顆粒數(shù)少于65個(gè)/分米2。
實(shí)施例7使用粒度為0.25-1微米的金剛石顆粒將化學(xué)氣相沉積的碳化硅氣體擴(kuò)散板機(jī)械拋光至RMS＝20。在Talystep機(jī)械接觸輪廓曲線儀上測(cè)量表面。然后在900℃下使用熔融氫氧化鉀對(duì)拋光后的氣體擴(kuò)散板表面蝕刻10分鐘。蝕刻在惰性氬氣氣氛中進(jìn)行。
然后將此氣體擴(kuò)散板置于高壓反應(yīng)器中，用超臨界二氧化碳加壓至200大氣壓。該氣體擴(kuò)散板在此反應(yīng)器中處理5小時(shí)。當(dāng)使用SEM檢測(cè)該氣體擴(kuò)散板的時(shí)候，預(yù)期即使能夠在板上觀察到顆粒，顆粒的數(shù)量也是極少的。
實(shí)施例8用50重量％的硝酸和20重量％的氫氟酸在20℃對(duì)化學(xué)氣相沉積的碳化硅氣體擴(kuò)散板蝕刻60分鐘。用蒸餾水淋洗氣體擴(kuò)散板，除去任何過(guò)量的硝酸。然后將此氣體擴(kuò)散板置于如實(shí)施例7所述的高壓反應(yīng)器內(nèi)，用超臨界二氧化碳處理。當(dāng)使用SEM檢測(cè)該氣體擴(kuò)散板的時(shí)候，預(yù)期即使能夠在板上觀察到顆粒，顆粒的數(shù)量也是極少的。
實(shí)施例9使用氧化鋁磨粒對(duì)碳化硅氣體擴(kuò)散板進(jìn)行濕噴砂處理。該氧化鋁磨料的尺寸為10-20微米。以10毫升/分鐘的漿液流量，對(duì)氣體擴(kuò)散板的表面噴砂處理30分鐘。
噴砂結(jié)束之后，將氣體擴(kuò)散板從噴砂室中取出，置于如實(shí)施例7所述的高壓反應(yīng)器中，用超臨界二氧化碳處理。當(dāng)使用SEM檢測(cè)該氣體擴(kuò)散板的時(shí)候，預(yù)期即使能夠在板上觀察到顆粒，顆粒的數(shù)量也是極少的。
實(shí)施例10如實(shí)施例1所述將化學(xué)氣相沉積的碳化硅氣體擴(kuò)散板機(jī)械處理至Ra＝0.8。然后將此氣體擴(kuò)散板置于標(biāo)準(zhǔn)熱開(kāi)放空氣加熱爐內(nèi)，添加水蒸氣，在擴(kuò)散板表面上形成1微米厚的二氧化硅層。
該開(kāi)放空氣加熱爐的溫度在1100℃保持50小時(shí)。將水蒸氣與空氣混合，使得混合物中空氣含量為90體積％，水蒸氣含量為10體積％。然后將加熱爐冷卻至室溫。在30℃下將此涂敷了二氧化硅的板浸沒(méi)入1N的氫氟酸溶液中，處理30分鐘，以從板上剝離掉二氧化硅層。當(dāng)使用SEM檢測(cè)該氣體擴(kuò)散板的時(shí)候，預(yù)期即使能夠在板上觀察到顆粒，顆粒的數(shù)量也是極少的。
權(quán)利要求
1.一種方法，該方法包括a)提供碳化硅制品；b)對(duì)所述碳化硅制品的一個(gè)或多個(gè)表面進(jìn)行改性，使得在晶片處理過(guò)程中，該制品在半導(dǎo)體晶片上產(chǎn)生的顆粒數(shù)等于或少于160個(gè)/分米2。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)蝕刻、激光燒蝕、表面噴砂、涂敷、氧化、拋光、機(jī)械加工或它們的組合來(lái)改性所述碳化硅制品。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，蝕刻是使用熔融堿進(jìn)行的。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括用超臨界二氧化碳處理所述碳化硅制品的步驟。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳化硅選自CVD碳化硅、PVD碳化硅、反應(yīng)結(jié)合的碳化硅、燒結(jié)碳化硅、熱壓碳化硅或發(fā)泡碳化硅。
6.一種方法，該方法包括a)提供碳化硅制品；b)對(duì)所述碳化硅制品的一個(gè)或多個(gè)表面進(jìn)行氧化，使得在晶片處理過(guò)程中，該碳化硅制品在半導(dǎo)體晶片上產(chǎn)生的顆粒數(shù)等于或少于160個(gè)/分米2。
7.一種方法，該方法包括a)提供碳化硅制品；b)對(duì)所述碳化硅制品上的一個(gè)或多個(gè)表面進(jìn)行氧化；c)從所述碳化硅制品上剝離掉涂層，使得在半導(dǎo)體晶片處理過(guò)程中，該碳化硅制品在半導(dǎo)體晶片上產(chǎn)生的顆粒數(shù)等于或少于160個(gè)/分米2。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述氧化層用一種或多種無(wú)機(jī)酸剝離掉。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述無(wú)機(jī)酸是氫氟酸。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述氧化層的厚度為0.1-10微米。
全文摘要
揭示了一種用來(lái)提供能減少顆粒生成的碳化硅的方法。所述碳化硅制品可以用作處理半導(dǎo)體晶片的設(shè)備中的部件。通過(guò)減少半導(dǎo)體處理過(guò)程中生成的顆粒，減少了半導(dǎo)體晶片上的污染，從而提高了半導(dǎo)體晶片的生產(chǎn)率。
文檔編號(hào)H01L21/67GK1983517SQ20061016672
公開(kāi)日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2006年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月2日
發(fā)明者J·S·戈?duì)柪? N·E·布雷斯, M·A·皮克林 申請(qǐng)人:羅門(mén)哈斯電子材料有限公司