用于检测在半导体加工系统中的氟或卤素物质的涂镍自立式碳化硅结构及其制造和应用方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于ＭＥＭＳ的气体传感器组件，用于检测在含有含氟物质的气体中的含氟物质，例如，经过用ＨＦ、ＮＦ↓［３］等浸蚀清洗的半导体加工工具的流出物。在优选的具体实施方式中，这样的气体传感器组件包括自立式碳化硅支撑结构，该结构上涂布有气敏材料层，优选为镍或镍合金层。这样的气体传感器组件优选由微成型技术制造，其采用后续可以除掉以用于形成结构层的牺牲模。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及用于检测氟或卤素物质的装置和方法，其具有用于监控在半导体加工操作中的含氟化合物和离子物质的效用。
技术介绍
在半导体装置的制造中，硅(Si)和二氧化硅(SiO2)的沉积以及后续的蚀刻是关键操作步骤，其在目前包括8-10个步骤或大约全部制造工艺的25％。每个沉积工具和蚀刻工具必须经受周期性的清洗过程，有时频繁到每次运转，以便确保均匀和一致的膜性能。目前，在蚀刻操作中，当经过规定的时间量就到达蚀刻终点。在整个蚀刻中，其中在清洗蚀刻完成后，蚀刻气体连续流入反应器室是普遍的，并且导致更长的加工周期、减少的工具寿命、以及不必要的全球变暖气体排放到大气中(Anderson，B.；Behnke，J.；Berman，M.；Kobeissi，H.；Huling，B.；Langan，J.；Lynn，S-Y.，Semiconductor International，October(1993))。类似的问题也存在于氮化硅、氧化钽(Ta2O5)、或者基于硅的低介电常数材料(例如，掺杂C和/或F的SiO2)。各种分析技术(如FTIR、光发射光谱、以及离子化质谱)能够用于监控蚀刻过程。然而，这些技术比较昂贵，由于其复杂性经常需要专业的操作员。因此，通过减少并优化清洗和蚀刻时间，从而减少化学品的使用、延长设备使用寿命、以及降低设备故障时间，来提供可靠、低成本的气体检测(gas sensing)能力，这在本领域是一个显著的进步，其用来改善用于沉积和蚀刻包括硅、氮化硅以及二氧化硅的含硅材料的设备的生产能力和化学效力。在2002年10月17日提交的标题为“用于在半导体加工系统中检测氟物质的设备和方法”的美国专利申请第10/273,036号披露了用于检测固态氟或卤素物质的设备和方法，其利用交织在金属封装柱(metal packaging post)或KF法兰上的Vespel聚酰亚胺块周围的氟或卤素反应性金属丝。使用基于这种金属丝的传感器检测氟物质依赖于监控由它们与含氟化合物的反应所产生的金属丝电阻变化。为了确保基于这种金属丝的传感器的可接受的灵敏度和信噪比，通过使用金属封装柱或Vespel聚酰亚胺块对金属丝的尺寸和位置加以控制和优化，从而使这种金属丝的绝对电阻适于终点检测。但是，当与金属丝传感器联用时，Vespel结构和/或金属封装柱会形成减少传感器元件信号强度的热沉(heat sink)。另外，制造包括金属丝、金属柱和/或KF法兰上的Vespel块的三维传感器组件劳动强度相对较大。因此，提供包括特征为相对高电阻、高信号强度、以及低热损失的自立式电阻传感器元件的微机械加工的检测装置(micromachined sensing device)，则在本领域将是显著的进步。本专利技术的另一个目的是提供适于自动化和规模化生产的微机械加工的检测装置。根据下文的披露内容和所附的权利要求书，其它目的和优点将更充分地明显。
技术实现思路
本专利技术总体上涉及一种用于检测(sensing)在易受含氟物质存在的影响的环境(如周围环境)中、来自半导体制造过程中的废气流等中的含氟物质的装置和方法。在一个方面，本专利技术涉及气体传感器组件，其包括在基板(substrate)上制造的自立式气敏元件，这样的气敏元件包括传感器材料(sensor material)，其在与目标气体物质接触或者暴露在目标气体物质的浓度起伏时显示出可检测的变化；用于检测在气敏元件中这种变化的部件(means)；以及用于响应性地产生输出信号的部件。本专利技术的另一个方面涉及气体传感器组件，配置成监控来自半导体制造厂的流出物或者由该流出物衍生的流体，其中，该流出物或从其衍生的流体易于包括目标气体物质，并且该气体传感器组件包括自立式气敏元件，其包括传感器材料，该传感器材料在与在流出物或从其衍生的流体中的目标气体接触时显示出它的至少一种性质的变化，这样的自立式气敏元件连接至用于监控性质变化并响应性地产生输出信号的部件。传感器材料可以包括任何对目标气体物质产生可测定的响应的合适材料。优选地，这样的传感器材料包括合适的金属或金属合金，其表明与含氟化合物接触时其至少一种性质的可检测变化，其中含氟化合物包括但不限于NF3、SiF4、C2F6、HF、以及其活化的物质，其通常用于半导体室的清洗。与含氟气体组分接触易于形成各种非挥发性氟化化合物并显示出其电阻的可检测变化的许多过渡金属和贵金属(例如包括但不限于Ni、Cu、Ti、V、Cr、Mn、Nb、Mo、Ru、Pd、Ag、Ir、Al、以及Pt)可用于本专利技术的实施。镍或镍合金尤其优选作为氟或卤素传感器材料，这归因于其高电阻率、小热容、小密度、以及高的电阻率温度系数，这使得与氟或卤素物质接触时的信号强度/响应时间的比率最大化。本专利技术的传感器材料可以以自立式形式提供，即，其部分，优选至少其物理外延的大部分在结构上无支撑。可替换地，这种传感器材料由自立式支撑结构支撑，该支撑结构的特征为高电阻、低热质量(thermal mass)、以及对腐蚀性含氟化合物的高耐受性。这种支撑结构可以用碳化硅制成，其表现出优异的电、机械、以及化学性能，这些性能包括但不限于在苛刻环境中的高耐腐蚀性、以及通过微制造技术以适于形成微电子机械(MEM)结构的薄膜形式的可制造性。这样的支撑结构还可以使用耐蚀刻聚合物加以制造。在本专利技术优选的具体实施方式中，气体传感器组件包括在其上涂布有镍或镍合金层的自立式碳化硅支撑结构，其中镍或镍合金涂层与含氟化合物是易反应的，并且其在与该化合物接触时产生可检测的电阻变化，并且其中碳化硅支撑结构的特征为低热质量、高电阻率、以及高的耐氟性。本专利技术又一方面涉及一种监控在其中存在目标气体物质的流体场所的方法，所述方法包括将在所述流体场所的流体暴露给自立式气敏元件，该气敏元件包括传感器材料并且其在与目标气体物质接触时显示出至少一种性质的变化；监控气敏元件在上述步骤(a)过程中的所述至少一种性质；以及当气敏元件显示出气敏元件的所述至少一种性质的变化时，响应性地产生输出信号，表明在流体场所存在目标气体物质或者在流体场所的目标气体物质的浓度变化。在另一方面，本专利技术涉及气体传感器组件的制造方法，包括以下步骤提供基板件；将第一模塑材料层沉积在基板件上；将第二模塑材料层沉积在第一模塑材料层上； 将该第二模塑材料层图样化，以提供限定预定支撑结构的凹槽；将支撑材料层沉积在所述第一模塑材料层上的凹槽中；选择性地除去第二模塑材料层，以在第一模塑材料层的上面形成突出的支撑结构；将传感器材料沉积在突出的支撑结构上；以及选择性地除去第一模塑材料层，以便露出(release)突出的支撑结构，从而形成自立式气敏元件，该气敏元件包括在其上涂有传感器材料的露出的支撑结构。本专利技术有利地采用微成型(micro-molding)技术，以形成具有光滑垂直侧壁和无缝场区(featureless field area)的平面化结构层。将之后能够通过液相或气相蚀刻或者其它去除方法除去的牺牲模塑材料加以沉积并图样化，以便形成具有用于限定预定结构的凹槽的模，在凹槽中填充结构或支撑材料，接着通过除去牺牲模塑材料以便露出由结构材料形成的预定结构。用于实施本专利技术的合适牺牲模塑材料包括但不限于在O2存在下通过灰化可除本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体传感器组件，包括至少一个形成在自立式支撑结构上的金属传感器元件，其中所述金属传感器元件包括在与卤素物质接触时显示出可检测的变化的金属或金属合金，并且其中所述自立式支撑结构包括对所述卤素物质具有耐受性的支撑材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：小弗朗克迪梅奥，陈世辉，陈英欣，杰弗里W纽纳，詹姆斯韦尔奇，
申请(专利权)人：高级技术材料公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]