專利名稱：金屬碳化物襯底表面的處理方法及這種金屬碳化物襯底的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬碳化物襯底的表面的處理方法，所述的金屬碳化物襯底使用在半導體制造過程中。
本發明也涉及經根據本發明的方法處理的用于半導體制造過程中的金屬碳化物襯底。
背景技術：
眾所周知金屬碳化物襯底，例如碳化硅SiC用在半導體制造過程中。尤其是金屬碳化物可用作起始材料，從該起始材料構造例如晶片舟或支承環。這類構造用作多晶片的支架和定位工具，在半導體制造中該多晶片須經幾個處理步驟。該處理工藝步驟是在關于溫度、壓力和真空的具體的、良好的控制條件執行的，并可在所述晶片上，例如使用化學汽相淀積技術(CVD)或其它工藝步驟例如溫度退火淀積多層半導體材料。
應當注意在本專利申請中，術語“金屬碳化物襯底”不僅指的是晶片舟支承架，而且意味著用在半導體制造過程中使用的例如反應容器中的由金屬碳化物制造的其它構件或元件。
由于半導體制造過程(例如半導體層淀積)的隨后的處理工藝步驟是在考慮溫度、壓力和真空的精確地控制環境下進行，并且也需要要求實現關于純度和無污染的高標準的所謂的超凈室環境，所以金屬碳化物襯底也需要實現關于尺寸和熱特性的高標準。
為此目標，為了處理襯底表面，形成例如晶片舟支持架的多個金屬碳化物襯底元件須經機械加工操作。然而，用機械加工操作的表面處理導致金屬碳化物襯底的表面中的小的幾乎看不見的微小裂紋或孔洞。由于各種污染物可聚集在上述的微小裂紋中，在半導體工藝的過程中，污染物可由微小裂紋釋放出來，由此污染沉積在晶片上的半導體層，所以這些微小裂紋或亞表面損傷對隨后不同的半導體制造過程(例如半導體層淀積或高溫退火)有不利的影響。污染將導致質量大大降低或產品不合格。
金屬碳化物襯底上的亞表面損傷進一步的缺點是半導體制造過程中產生和釋放出微粒的危險。由于在多個半導體層淀積過程中熱狀態變化，小的金屬碳化物顆粒從金屬碳化物襯底釋放出來，并因此污染半導體制造過程。
發明內容
本發明的目的是提供如上所述消除上述缺點的一種方法和一種金屬碳化物襯底。
根據本發明，所述方法包括使用反應性氣體混合物選擇蝕刻所述金屬碳化物襯底表面的步驟，由此在所述的金屬碳化物襯底上產生碳表面層，并除去在所述金屬碳化物襯底上生成的所述碳表面層。
因而，用根據本發明的方法步驟，能夠獲得具有表面結構的金屬碳化物襯底，該表面結構滿足關于如半導體制造過程中所需的尺寸和純度的高標準。尤其是，根據本發明步驟處理的金屬碳化物襯底非常適合用作用于搬運及容納半導體晶片的晶片舟，在該半導體晶片上，在精確、優良控制工作條件(溫度、壓力和真空)下，進行半導體制造過程后續處理工藝(例如半導體層淀積或溫度退火)。
隨著碳表面層的除去，除去以微裂紋形式存在的所有亞表面損傷，同時獲得具有極其高純度的光滑及清潔的SiC表面時，并除去了所有雜質。而且，由于亞表面損傷表面的除去，由此避免了來自金屬碳化物表面的顆粒的產生及釋放，該顆粒對半導體制造過程有不利的影響。
因此，用根據本發明的方法處理的金屬碳化物襯底，在半導體制造過程中獲得更高純度級，具有高精確等級和低產品廢棄率。
在根據本發明的方法的一個具體實施例中，通過氧化處理技術進行除去所述碳表面層的步驟。
在根據發明的方法的另一實施例中，通過氫化處理技術進行除去所述碳表面層的步驟。在另一實施例中，通過水熱處理技術進行除去所述碳表面層的步驟。
此外，在本發明的一個有利實施例的功能蝕刻技術中，在蝕刻所述金屬碳化物襯底表面的步驟中使用的反應性氣體混合物是含有鹵素的氣體混合物，其中所述的反應性氣體混合物的含有鹵素的氣體的濃度是100％。
在根據本發明的另一實施例中，含有鹵素的氣體是氯氣(Cl2)，例如在氬環境中。
此外，在具有極好蝕刻特性的另一有利實施例中，反應性氣體混合物也包含氫氣(H2)。
在一個例子中，所述的反應性氣體混合物的流量為每分鐘0.5-5升，而所述反應性氣體混合物的工作壓力可處于100毫巴與環境壓力之間，其中所述反應性氣體混合物的工作溫度可處于1000℃與1200℃之間。
依據本發明，用在半導體制造過程中的金屬碳化物襯底的特征在于所述金屬碳化物襯底包括表面，其中在所述的表面上，通過使用反應性氣體混合物的蝕刻技術形成碳表面層，并隨后從所述金屬碳化物襯底除去碳表面層。
同樣地，在根據本發明的金屬碳化物襯底的一個具體實施例中，通過氧化處理技術除去所述的碳表面層。或者通過氫化處理技術可除去所述的碳表面層。同樣地可以通過水熱處理技術除去所述的碳表面層。
在根據本發明的金屬碳化物襯底的一個具體實施例中，所述的金屬碳化物襯底表面處在由包括含有鹵素氣體混合物的反應性氣體混合物組成的反應性氣體混合物的條件下。
此外，在一個更加具體的實施例中，所述反應性氣體混合物的所述含有鹵素氣體濃度是100％，并且更具體地，所述的含有鹵素氣體是在Ar環境中的氯氣(Cl2)。另外，反應性氣體混合物液還可以包含氫氣(H2)。
同樣地，所述的反應性氣體混合物的流速處于每分鐘0.5-5升，而所述的金屬碳化物襯底表面處于所述反應性氣體混合物的工作壓力可介于100毫巴與環境壓力之間的條件下，或者所述的金屬碳化物襯底表面處于所述反應性氣體混合物的工作溫度界于1000℃與1200℃之間的條件下。
現在將通過
本發明，附圖顯示為圖1a-1d當處于或用根據本發明的方法處理時，根據本發明的金屬碳化物襯底的實施例。
優選實施例的詳細說明在圖1a中，公開了具有厚度D的金屬碳化物襯底10，如碳化硅SiC，該襯底10常常用在半導體制造過程中。金屬碳化物用作構成例如晶片舟或支撐環的起始材料。這種結構用作多晶片支架和定位裝置，在半導體制造過程中，該些晶片經過多個處理步驟。在關于溫度、壓力和真空的具體、良好的控制條件下執行這些處理工藝步驟，并例如利用化學汽相淀積技術(CVD)或像溫度退火一樣的其它工藝步驟，在所述晶片上淀積多個半導體材料層。
與在本專利申請的前言部分中已說明的一樣，上述金屬碳化物襯底通常經受表面處理，其中，為了獲得滿足某種關于尺寸、光滑度和純度的需要的光滑表面11，將表面11經受機械加工操作。
機械表面處理例如機械加工的缺點是在表面11中產生多個、幾乎看不見的、小的微裂紋12，也稱亞表面損傷。
該亞表面損傷對半導體制造過程有不利的影響，因為微裂紋12中存在的各種污染物可能擴散到微裂紋外，并進入后續半導體層淀積步驟中晶片所處的超凈室環境中。因此，微裂紋12中存在的污染物對處理中的晶片的質量和成品率有不利的影響。
根據本發明，對金屬碳化物襯底10的表面的處理方法包括使用反應性氣體混合物蝕刻所述金屬碳化物襯底10的表面11的步驟，由此在所述金屬碳化物襯底10上生成碳表面層13。
該反應性氣體混合物由具有例如100％濃度的含有鹵素的氣體成分組成。只要該鹵素濃度足夠的高，以與金屬碳化物襯底10的表面11反應，則該反應性氣體混合物也可以包括較低的含鹵素的氣體濃度。含有鹵素的氣體成分可以是選自鹵素的任何化學物質，例如Ar環境中的氯氣(Cl2)，其中，Ar(氬氣)用作運載氣體，氫氣(H2)也可用作運載氣體。
由于用反應性含鹵素的氣體混合物暴露金屬碳化物10的亞表面損傷表面11，所以該含鹵素的氣體(純鹵素或鹵素混合物)按照下面的反應式(1)與金屬碳化物反應(1)在該例子中，氯氣(Cl2)作為用于處理碳化硅(SiC)襯底10的反應性氣體混合物的反應含鹵素成分，但也可以使用其它的鹵素或含鹵素的氣體或其混合物(例如F2，Br2和I2)。
在另一實施例中，反應性氣體混合物可以包含HCl，其按照如下反應式(2)與金屬碳化物(這里為SiC)反應(2)
根據在反應性含鹵素的氣體混合物與金屬碳化物表面11的反應，形成碳層13，其深度d’取決于執行蝕刻步驟的時間間隔。為了覆蓋出現在金屬碳化物襯底10的表面11中的所有微裂紋12(亞表面損傷)，深度d’(或碳層13與金屬碳化物襯底10之間的過渡層14)必需非常的大(深)。
過渡層14的深度(碳層13的厚度d’)取決于蝕刻時間和/或蝕刻條件(溫度、壓力及鹵素濃度)。
優選地蝕刻步驟的工作溫度處于1000℃至1200℃之間，其中氯氣Cl2反應性氣體混合物的流速為每分鐘0.5-5升。工作壓力可介于100毫巴至環境壓力之間。
當在鹵素環境中執行蝕刻步驟時，除去出現在金屬碳化物襯底10的表面11或微裂紋12中的所有種類的污染物。
在根據本發明的后續方法步驟中，例如使用氧化處理技術，除去產生在所述金屬碳化物襯底10上的碳表面層13。根據所述后者的方法步驟的另一個實施例，通過氫化或水熱處理技術除去碳表面層。
為了避免碰到在執行根據本發明的蝕刻步驟之前一樣的問題，只要新的金屬碳化物層14不受損傷，也可以執行機械除去步驟，例如噴丸(砂)或拋光。
可以在工作溫度介于100℃至4000℃，壓力條件可為不超過4000巴的真空下，進行碳表面層13的除去步驟。
作為碳表面層13的后者的除去步驟的結果，獲得具有較小厚度d并具有滿足關于光滑度的最高需求的金屬碳化物襯底10’，并且所述襯底10’也展現出高純度。由于不存在任何亞表面損傷，所以沒有污染物能粘附或存在表面14上，由于不存在這些顆粒可存在其中的微裂紋，所以在半導體制造過程中，也沒有顆粒的產生和傳播。
權利要求
1.一種處理金屬碳化物襯底表面的方法，所述的金屬碳化物襯底用在半導體制造過程中，所述的方法包括使用反應性氣體混合物選擇性蝕刻所述金屬碳化物襯底表面，由此在所述的金屬碳化物襯底上形成碳表面層，以及除去生成在所述金屬碳化物襯底上的所述碳表面層。
2.根據權利要求1的方法，其中通過氧化處理技術執行除去所述碳表面層的步驟。
3.根據權利要求1的方法，其中通過氫化處理技術執行除去所述的碳表面層的步驟。
4.根據權利要求1的方法，其中通過水熱處理技術執行除去所述的碳表面層的步驟。
5.根據上述任一權利要求，其中在蝕刻所述金屬碳化物襯底表面的步驟中使用的反應性氣體混合物是含有鹵素氣體混合物。
6.根據權利要求5的方法，其中所述的反應性氣體混合物的含有鹵素氣體的濃度是100％。
7.根據權利要求5的方法，其中含有鹵素氣體是氬環境中的氯氣Cl2。
8.根據權利要求5的方法，其中反應性氣體混合物也包含氫氣(H2)。
9.根據上述任一權利要求，其中所述的反應性氣體混合物的流速為每分鐘0.5-5升。
10.根據上述任一權利要求，其中所述反應性氣體混合物的工作壓力處于100毫巴與環境壓力之間。
11.根據上述任一權利要求，其中所述反應性氣體混合物的工作溫度處于1000℃與1200℃之間。
12.一種在半導體制造過程中使用的金屬碳化物襯底，所述的金屬碳化物襯底包括表面，其中在所述的表面上使用反應性氣體混合物通過蝕刻技術形成碳表面層，并以后從所述的金屬碳化物襯底除去碳表面。
13.根據權利要求12的金屬碳化物襯底，其中通過氧化處理技術除去所述的碳表面層。
14.根據權利要求12的金屬碳化物襯底，其中通過氫化處理技術除去所述的碳表面層。
15.根據權利要求12的金屬碳化物襯底，其中通過水熱處理技術除去所述的碳表面層。
16.根據權利要求12-15中任一的金屬碳化物襯底，其中在所述的蝕刻技術中，所述的金屬碳化物襯底表面處于包括含有鹵素氣體混合物的反應性氣體混合物的條件下。
17.根據權利要求16的金屬碳化物襯底，其中所述的反應性氣體混合物的含有鹵素氣體的濃度是100％。
18.根據權利要求16或17的金屬碳化物襯底，其中含有鹵素氣體是氬環境中的氯氣Cl2。
19.根據權利要求16、17或18的金屬碳化物襯底，其中反應性氣體混合物也包含氫氣(H2)。
20.根據權利要求12-19中任一的金屬碳化物襯底，其中所述的反應性氣體混合物的流速為每分鐘0.5-5升。
21.根據權利要求12-19中任一的金屬碳化物襯底，其中所述金屬碳化物襯底表面處在所述反應性氣體混合物的工作壓力處于100毫巴與環境壓力之間的條件下。
22.根據權利要求12-19中任一的金屬碳化物襯底，其中所述金屬碳化物襯底表面處在所述反應性氣體混合物的工作溫度處于1000℃與1200℃之間的條件下。
全文摘要
金屬碳化物襯底的表面的處理方法，所述的金屬碳化物襯底用于半導體制造工藝。本發明也涉及用根據本發明的方法處理的用于半導體制造工藝的金屬碳化物襯底。根據本發明，所述的方法包括使用反應性氣體混合物選擇性蝕刻所述金屬碳化物襯底表面的步驟，由此在所述的金屬碳化物襯底上形成碳表面層，并除去在所述金屬碳化物襯底上生成的所述碳表面層。因而，用根據本發明的方法步驟，能夠獲得具有表面結構的金屬碳化物襯底，該表面結構遵從關于如半導體制造工藝中所需的尺寸和純度的高標準。尤其是，根據本發明步驟處理的金屬碳化物襯底非常適合作為用于搬運及容納半導體晶片的晶片舟，在該半導體晶片上，在精確、優良控制工作條件(溫度、壓力和真空)下，完成半導體制造過程的后續處理工藝(例如半導體層淀積或溫度退火)。
文檔編號H01L21/00GK1716522SQ20041008327
公開日2006年1月4日 申請日期2004年7月8日 優先權日2004年6月30日
發明者M·G·范穆斯特爾 申請人:齊卡博制陶業有限公司