[发明专利]在衬底加工系统中减少衬底污染的方法与装置

说明书

本发明涉及半导体晶片制备系统的领域，更具体地，涉及一种减少粘结或扩散到在所述装置上加工的半导体衬底上的颗粒污染的装置和方法。

在集成电路制备和制造领域中，化学气相淀积(CVD)是一种在半导体衬底上(即硅晶片)上淀积薄膜的成熟技术。典型地，把晶片引入到加工室中，并把晶片加热到希望的温度，开始淀积过程。具体地，晶片放在基座加热器上。基座加热器包含一个或多个连接到电源上的电极。当电源开动时，电流通过电极，从而加热基座，随后加热晶片。

把惰性载气和反应物气体混合物引入到所述室中。升高的晶片温度引起反应性气体在晶片表面分解，从而在晶片表面淀积希望的薄膜。例如，使用称为Cupraselect(其分子式为Cu(hfac)L)的前驱体，获得铜的化学气相淀积，L表示含有三甲基乙烯基硅烷(TMVS)的液体碱化合物。(hfac)表示六氟乙酰基丙酮酸基(hexafluoroacetylacetonato)，Cu表示铜。在铜的CVD过程中，前驱体蒸发并与载气(如氩气)流入含有晶片的淀积室中。在淀积室中，前驱体在晶片表面被注入热能，发生下列反应：

      (方程1)

所得的铜(Cu)与Cu(hfac)₂副产物一起淀积在晶片的上表面上。气态路易斯碱副产品(2L)从所述室中排出。为了保持希望的化学反应，必须保持在所述室内和晶片表面上的理想温度。因此，晶片通常一直与基座加热器直接接触。

由于晶片一直与基座加热器接触，因此，晶片加工可能受到不利地影响。例如在高温下，基座加热器(通常是铝)相对于硅晶片的侧面具有高的摩擦系数。如果晶片在基座加热器上移动，例如，在送入和取出所述室的过程中，晶片背面将被刻划。在进行化学气相淀积的较高温度下，刻划会从基座加热器表面放出铝，然后扩散进入晶片的硅中。因此，向硅晶片中引入意外的污染颗粒。例如，导电颗粒可能使半导体器件短路，即在晶片表面产生栅结构。类似地，不导电颗粒可能增大导电层的电阻率，从而降低器件的性能。

其它条件也可能影响晶片加工。在制备过程中，惰性和反应性气体也可能泄漏进入加工室下部区域。如果产生这种条件，淀积颗粒可能不希望地在基座加热器上或者在晶片背面形成。这样，晶片以及室部件被进一步污染。一旦被污染，所述晶片可能把污染颗粒传递到其它室和/或进入CVD室的清洁晶片可能被未适当涂敷的室部件污染。另外，如果晶片没有在基座加热器上适当地对中，在晶片周边附近的边缘排除区域将会变化。边缘排除区域定义为没有经过半导体晶片制备过程的晶片边缘。边缘排除区域的变化最终将导致更低的晶片产率。

所以，在该领域中，需要一种通过CVD进行薄膜淀积的装置和方法，可以在淀积过程之前可重复地使晶片在基座加热器上对中(轴向排列)，以及防止晶片的背面刻划和所产生的污染物颗粒的扩散。

用本发明的减少衬底在衬底加工系统中的污染的方法和装置克服了现有技术的缺点。所述装置有一个衬底支架、包围所述衬底支架的气体引导护罩和垂直布置在衬底支架和气体引导护罩上的遮蔽环以挡住衬底。衬底支架有两套提供边缘清除和背面清除气体的风口。气体引导护罩和衬底支架确定了一种环形通道，与提供边缘清除气体的一套风口配合。边缘清除气体在放在衬底支架上的衬底边缘产生一个力，使衬底从衬底支架上对着遮蔽环升起。遮蔽环有一个具有径向向内延伸的内边缘和多个布置在该内边缘下面的对中的短柱的上表面。对中的短柱保持晶片轴向与衬底支架和遮蔽环对中。遮蔽环还有从其上表面到其侧壁的多个导管，为边缘清除气体排出提供路径，并阻止工艺气体在背面以下和衬底边缘周围流动。

根据本发明，还公开了一种用于减少衬底在衬底加工系统中污染的方法。所述方法包括下列步骤，即在衬底支架上提供衬底，向第一组风口提供第一种气流，使衬底在衬底支架上升起，使衬底在衬底支架上对中，对第二组风口提供第二种气流，建立并保持衬底的热控制。第一种气流通过由衬底支架包围的气体引导护罩确定的环形通道流动边缘清除气体，使衬底靠着布置在遮蔽环内边缘下的对中短柱。第二种气流向衬底支架内的第二组风口流动传热气体，用于在衬底支架和衬底背面之间传递热量。