在等离子体增强化学气相沉积系统中于高温下使用压缩应力或拉伸应力处理晶片的方法和装置制造方法及图纸

本公开的实施例提供了一种用于在高温下维持在等离子体反应器中处理的基板的平坦度的静电卡盘。在一个实施例中，所述静电卡盘包括：耦接到支撑杆的卡盘主体，所述卡盘主体具有基板支撑表面，并且所述卡盘主体在约250℃至约700℃的温度下具有约1×107ohm‑cm至约1×1015ohm‑cm的体电阻率值；以及电极，所述电极嵌在所述主体中，所述电极耦接到电源。在一个示例中，所述卡盘主体由氮化铝材料组成，已经观察到氮化铝材料在沉积或蚀刻工艺、或者使用高操作温度和基板夹持特征两者的任何其他工艺期间，能够在约600℃或更高温度下优化卡持性能。

Method and apparatus for processing wafers in a plasma enhanced chemical vapor deposition system using compressive stress or tensile stress at elevated temperatures

The disclosed embodiments provide an electrostatic chuck for maintaining the flatness of a substrate disposed in a plasma reactor at high temperatures. In one embodiment, the electrostatic chuck comprises a chuck body coupled to the support rod, wherein the chuck body having a substrate support surface, and the chuck body temperature at about 250 DEG C to about 700 DEG C is about 1 * 107ohm cm to about 1 x 1015ohm cm resistivity value the electrode; and an electrode embedded in the main body, the electrode coupled to the power supply. In one example, the chuck body is composed of aluminum nitride materials, have been observed in any other process during the aluminum nitride material to feature both in the deposition or etching process, or the use of high operating temperature and substrate, capable of clamping performance optimization at about 600 DEG C or higher.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】背景
本公开的实施例总体上涉及用于处理半导体基板的装置和方法。更具体地，本公开的实施例涉及用于等离子体腔室中的静电卡盘。
技术介绍
等离子体增强工艺，诸如等离子体增强化学气相沉积(plasmaenhancedchemicalvapordeposition,PECVD)工艺、高密度等离子体化学气相沉积(highdensityplasmachemicalvapordeposition,HDPCVD)工艺、等离子体浸没离子注入工艺(plasmaimmersionionimplantation,P3I)和等离子体蚀刻工艺，已经在半导体处理中变得必不可少。等离子体在制造半导体器件中提供了许多优势。举例而言,由于降低的处理温度，使用等离子体能够实现大范围的应用，等离子体增强沉积对于高深宽比间隙和高沉积速率具有极佳的间隙填充。在等离子体处理期间发生的一个问题是正在高温下处理的基板(尤其是器件基板，即图案化基板)的变形。半导体器件是通过在半导体基板上以特定图案堆叠材料层形成的。由于不同材料层之间的热膨胀差异，图案化基板在处理期间尤其是当正在加热所述基板时可能“弯曲”。基板的弯曲可导致处理表面的不均匀性。可能要处理弯曲基板的侧面和背面，这不仅因为用于等离子体处理的前体通常非常昂贵而浪费处理材料，而且还对后续处理步骤造成污染和其他问题。外部机构如静电卡盘(electrostaticchuck,ESC)用于在半导体处理期间抵靠ESC表面固持基板，使得晶片不会移动，并且将与ESC保持一致的热接触和电接触。最重要地，ESC在半导体处理期间保持基板平坦。对于PECVD应用来说关键的是，在处理期间并且在基板之间，基板温度和电压都是一致的。特别令人关注的是，进入的基板在被夹持到所述ESC之前何时展现出一定程度的压缩弯曲或拉伸弯曲，以及高操作温度将进一步使所述弯曲变化，即由于基板表面应力在高温下变化而可能比进入弯曲更差。在这种情况下，由于高操作温度，被卡持的基板可能在等离子体处理期间仍然发生变形。因此，需要一种用于在夹持基板同时在高操作温度期间保持所述基板的平坦度的装置和方法。
技术实现思路
本公开的实施例总体上提供了用于抵靠电介质ESC表面夹持基板，并且随后从所述电介质ESC表面释放该相同基板的静电卡盘(ESC)和方法，其中所述基板变得基本上平坦并且被维持为与所述ESC表面基本上平行，而不管所述基板是平坦的还是可能在被所述ESC夹持之前已经展现出不同程度的压缩弯曲或者拉伸弯曲。在一个实施例中，所述静电卡盘包括：卡盘主体，所述卡盘主体耦接到支撑杆，所述卡盘主体具有用于支撑基板的顶表面，并且所述卡盘主体在约250℃至约700℃的温度中具有约1×107ohm-cm(欧姆-厘米)至约1×1015ohm-cm的体电阻率值，以及电极，所述电极嵌在所述主体中，并且所述电极耦接到电源。在另一实施例中，所述静电卡盘包括：卡盘主体，所述卡盘主体耦接到支撑杆，所述卡盘主体具有用于支撑基板的顶表面，其中所述卡盘主体在约250℃至约700℃的温度中具有约1×107ohm-cm至约1×1015ohm-cm的体电阻率值，并且所述卡盘主体具有约60W/m-K(瓦/米-K)和190W/m-K的导热系数值，并且其中所述卡盘主体由包含列于本公开的表1中的杂质元素的氮化铝组成。在另一实施例中，所述静电卡盘包含具有基板支撑表面的氮化铝主体，其中所述氮化铝主体在约450℃至约650℃的温度下具有约1×109ohm-cm至约1×1012ohm-cm的体电阻率值，其中至少所述基板支撑表面涂覆有绝缘层。在大多数实施例中，本公开的ESC是Johnsen-Rahbek静电卡盘(Johnsen-RahbekElectroStaticChuck)，对于薄膜沉积应用而言，所述Johnsen-Rahbek静电卡盘在约100℃至约700℃的温度范围内操作。操作温度可以基于在任何给定时间或者在其中所述操作温度基本上一致的时段内进行的实时温度测量来闭环控制，或者所述操作温度按照预定进程而变化。跨所述ESC表面的温度变化基本很小，例如小于相对于平均操作温度的10％。在一些实施例中，所述ESC可以包括形成闭环电路的一个或多个嵌入式电极，以在所述基板的背面和所述ESC的顶表面之间提供相反的电荷极性，并且所述闭环可以包括保持在所述基板和包含所述ESC本身及其他支撑部件的导电壁之间的等离子体。在一些实施例中，所述ESC由具有适宜的热性质、力学性质和电性质的块状电介质材料组成以提供优良的卡持性能。所述块状电介质材料可以主要包含在大于1000℃下烧结的氮化铝，从而形成具有预定几何形状的ESC的主体。所述ESC主体可经机械加工和研磨以符合预定几何形状和表面状况。具体地，关于电性质，根据操作温度将电介质材料的体电阻率控制为落入约1×107ohm-cm至约1×1016ohm-cm的范围内。较低水平的体电阻率使得电荷能够从嵌入式卡持电极向ESC的顶表面迁移，从而使得这种表面电荷可在所述基板的背面上感应相同量的相反极性电荷。所述相反极性电荷可被抗放电地保持，以便产生将基板抵靠ESC夹持的连续库仑引力。在一些实施例中，ESC可包括形成特定图案或者占据所述ESC主体内的不同区域的若干特定图案的嵌入式加热器元件。所述加热器元件可以使用一个或多个DC电源供电或者直接使用AC线路供电。在一些实施例中，ESC可以包括电气保护电路网，所述电气保护电路网抗由于可能存在于ESC附近或从别处耦合到ESC的射频以及较低频率电压和电流造成的潜在危害。所述保护电路可以由熔断器、开关、对地放电路径、限流器件、限压器件和滤波器件组成，以实现任何潜在有害电压和电流的充分衰减，这些潜在有害电压和电流可仅分布在一个频率内，或者跨从DC、AC线路频率，RF频率，直到VHF频率的宽频谱散布。在一些实施例中，ESC的顶表面可以包括在夹持时形成均匀或不均匀图案的表面接触特征。所述图案可作为基板背面的整个区域的完全覆盖物或部分覆盖物而呈现到所述基板的背面。所述图案的接触表面可由于机械加工和研磨而具有微粗糙度，并且可以含有与所述ESC主体基本上相同材料或不同材料的适宜厚度的涂层。所述表面接触特征可为具有被配置成与所述基板背面接触的顶表面的不同岛或台面(Mesa)结构的形式，具有相同或不同的形状的岛，并且跨ESC表面以均匀密度或者不均匀密度分布。所述顶表面还可含有阻挡(blocking)特征，所述阻挡特征的顶表面在处理期间不与基板接触，并且可以被提升到与所述基板水平相当或更高以在晶片处理期间或者在基板被卡持之前防止不希望的基板移动。所述阻挡特征可以围绕所述ESC主体的圆周等距分隔，或者可以延伸成可以与所述ESC分离的连续的环形结构。附图说明因此，为了能够详细理解本公开的上述特征所用方式，上文所简要概述的本公开的更具体的描述可以参考实施例进行，所述实施例中的一些示出于附图中。然而，应注意的是，附图仅示出本公开的典型实施例并因此不应视为对本公开范围的限制，因为本公开可承认其他同等有效的实施方式。图1根据本公开示出了PECVD系统100的横截面视图。图2是根据本公开的各种实施例的静电卡盘的示意性横截面视图。图3是示出在特定制造工艺下由材料1至材料5组成的主体的温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静电卡盘，所述静电卡盘包括：卡盘主体，所述卡盘主体耦接到支撑杆，所述卡盘主体具有基板支撑表面，并且所述卡盘主体在约250℃至约700℃温度下具有约1×107ohm‑cm至约1×1015ohm‑cm的体电阻率值；和电极，所述电极嵌在所述主体中，并且所述电极耦接到电源。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.15 US 62/038,0851.一种静电卡盘，所述静电卡盘包括：卡盘主体，所述卡盘主体耦接到支撑杆，所述卡盘主体具有基板支撑表面，并且所述卡盘主体在约250℃至约700℃温度下具有约1×107ohm-cm至约1×1015ohm-cm的体电阻率值；和电极，所述电极嵌在所述主体中，并且所述电极耦接到电源。2.如权利要求1所述的静电卡盘，其中所述卡盘主体具有约60W/m-K和190W/m-K的导热系数值。3.如权利要求1所述的静电卡盘，其中所述卡盘主体的所述基板支撑表面进一步包括：多个正方形凸起，每个正方形凸起具有约0.05mm至约5mm的长度和约0.05mm至约5mm的宽度。4.如权利要求1所述的静电卡盘，其中所述卡盘主体包含相对介电常数为8至10的氮化铝(AlN)。5.如权利要求1所述的静电卡盘，其中所述卡盘主体由包含列于本公开的表1中的元素的氮化铝组成。6.如权利要求1所述的静电卡盘，其中所述卡盘主体由包含至少Si、Fe、Ca和Y的氮化铝组成，并且Si的含量在约3ppm和约48ppm之间，Fe的含量在约2ppm和约16ppm之间，Ca的含量在约5和约225之间，以及Y的含量在约0.01ppm和约805ppm之间。7.如权利要求6所述的静电卡盘，其中所述卡盘主体进一步包含Na和Cr，并且Na的含量在约0.01ppm和约5.4ppm之间，以及Cr的含量在约0.01ppm和...

【专利技术属性】
技术研发人员：Z·J·叶，J·D·平森二世，塙广二，周建华，林兴，段仁官，K·D·李，金柏涵，S·P·贝海拉，S·哈，G·巴拉苏布拉马尼恩，J·C·罗查阿尔瓦雷斯，P·K·库尔施拉希萨，J·K·福斯特，M·斯利尼瓦萨恩，U·P·哈勒，H·K·博尼坎帝，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US