衬底支撑板和包含其的薄膜沉积设备的制作方法

相关申请的交叉参考

本申请主张2016年3月17日于韩国知识产权局申请的韩国专利申请案第10-2016-0032079号的权益，其全部内容以参考方式并入本文。

一或多个实施例涉及一种衬底支撑板，且更确切来说涉及一种衬底支撑板、一种包含所述衬底支撑板的薄膜沉积设备。

背景技术：

当沉积半导体薄膜时，用于确定薄膜质量的各种因素当中的一个重要因素为工艺中的残余粒子的污染。

举例来说，在源气体与反应气体之间的快速切换循环的工艺(例如，原子层沉积(atomiclayerdeposition；ald)工艺)中，未从反应器移除的气体(例如，源气体)仍可与另一气体(例如，反应气体)反应且可充当反应器中的污染物。污染物会渗透到衬底上的装置结构中，进而导致半导体装置的故障。

更详细地说，在工艺期间，源气体或反应气体会渗透到衬底与上面安装有衬底的晶座之间。因此，气体可保留，且所述气体会沉积在衬底的后表面上。在此情况下，形成于衬底上的装置可能被污染，且当衬底与晶座分离时，反应空间中的污染粒子会扩散且反应器也可能被污染。

技术实现要素：

一或多个实施例包含一种可防止源气体或反应气体沉积在衬底的后表面上的衬底支撑板、一种包含所述衬底支撑板的薄膜沉积设备和一种使用所述衬底支撑板的薄膜沉积方法。

额外方面将在以下描述中得以部分地阐述，并且部分地，将从描述中显而易见，或者可通过对所呈现的实施例的实践而习得。

根据一或多个实施例，一种衬底支撑板包含：衬底安装部分；以及外围部分，其围绕所述衬底安装部分，其中所述衬底安装部分的顶部表面的边缘部分经阳极氧化，且所述衬底安装部分的所述顶部表面的中心部分不经阳极氧化。

所述衬底支撑板可进一步包含衬底支撑销孔。所述衬底支撑销孔可形成于所述中心部分中。

所述衬底安装部分可具有相对于所述外围部分的凹形。

所述经阳极氧化边缘部分可具有在约10μm到约100μm范围内的厚度。

所述中心部分的面积可小于待处理的目标衬底的面积。

绝缘层归因于阳极氧化而可形成于所述边缘部分的顶部表面上。所述绝缘层可包含氧化铝。

与所述顶部表面相对的底部表面的至少一部分可经阳极氧化。

根据一或多个实施例，一种薄膜沉积设备包含：反应器壁；气体注射装置；气体通道；气体流动控制装置；以及衬底支撑板，其中所述气体注射装置、所述气体通道和所述气体流动控制装置依序堆叠且提供在所述反应器壁中，其中所述衬底支撑板包括顶部表面、底部表面和侧表面，且绝缘层形成于所述衬底支撑板的所述顶部表面的至少一部分和所述底部表面的至少一部分上。

所述绝缘层可进一步形成于所述衬底支撑板的所述侧表面上。

所述绝缘层可从所述衬底支撑板的所述顶部表面突出。

由所述气体通道和所述气体注射装置供应的气体可被注射到所述衬底支撑板上的衬底上，其中所述所注射气体的至少一部分经由所述气体流动控制装置排出。所述衬底可被安置成与所述绝缘层重叠。

所述所注射气体可渗透到所述衬底与所述衬底支撑板之间的空间中以在所述衬底的后表面上形成薄膜。

所述衬底支撑板可包含衬底安装部分和围绕所述衬底安装部分的外围部分，其中所述外围部分经由所述外围部分与所述反应器壁之间的面密封(facesealing)接触所述反应器壁以形成反应空间。

根据一或多个实施例，一种薄膜沉积方法包含：将待处理的目标衬底安装在所述衬底支撑板上；通过使用在所述目标衬底上累积的电荷将所述目标衬底紧密附接到所述衬底支撑板，同时将第一薄膜沉积在所述目标衬底上；以及卸载所述目标衬底。

所述第一薄膜的沉积可包含：供应第一气体；通过供应吹扫气体而移除保留的所述第一气体；供应第二气体和等离子体；以及通过供应所述吹扫气体而移除保留的第二气体。

在沉积所述第一薄膜时，第二薄膜可形成于所述目标衬底的后表面上。所述第二薄膜的宽度可小于边缘排除部分(edgeexcludingportion)的宽度。举例来说，当膜沉积在300mm晶片上时，边缘排除部分的宽度可确定为3mm。

附图说明

这些和/或其它方面将从结合附图对实施例进行的以下描述而变得显而易见并且更加容易了解。

图1为根据实施例的半导体制造设备的横截面图。

图2为说明根据实施例的半导体制造设备中的反应气体(和残余气体)的流动的横截面图。

图3为根据另一实施例的半导体制造设备的横截面图。

图4为根据现有技术的衬底支撑板的横截面图。

图5为说明根据现有技术的在于反应空间中对衬底支撑板执行沉积时工艺气体渗透到待处理的目标衬底的后表面中的情况的横截面图。

图6和图7分别为根据实施例的衬底支撑板的横截面图和平面图。

图8为根据其它实施例的衬底支撑板的横截面图。

图9和图10为说明在衬底支撑板未经阳极氧化时和在衬底支撑板的边缘经阳极氧化时沉积在衬底的后表面上的薄膜的厚度的图表。

图11到图15为根据其它实施例的衬底支撑板的横截面图。

具体实施方式

现在将参考附图更加完整地描述本发明，在所述附图中示出了本发明的实施例。

现在将参考附图在下文中更加完整地描述本发明。然而，本发明可以用许多不同形式体现，并且不应被解释为限于本文中所阐述的实施例。而是，提供这些实施例是为了使得本发明将是透彻并且完整的，并且将本发明的范围完整地传达给所属领域的技术人员。

本文中所使用的术语仅仅是出于描述实施例的目的，且并不意图限制本发明的实施例。如本文中所使用，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式“一”和“所述”既定还包含复数形式。将进一步理解，术语“包括”和/或“包含”在于本文中使用时指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或群组的存在，但并不排除一或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。如本文中所使用，术语“和/或”包含相关联的所列项目中的一或多者的任何和所有组合。

将理解，虽然本文中可使用术语“第一”、“第二”等来描述各种部件、区、层和/或部分，但这些部件、区、层和/或部分不应受这些术语限制。所述术语并不指特定次序、垂直关系或偏好，且仅用于区分一个部件、区或部分与另一部件、区或部分。因此，在不脱离本发明的教示的情况下，下文将描述的第一部件、区或部分可指代第二部件、区或部分。

现在将参考附图更加完整地描述本发明，在所述附图中示出了本发明的实施例。在附图中，应预期说明的形状作为(例如)制造技术和/或公差的结果而有所变化。因此，实施例不应当解释为限于本文中所说明的区的特定形状，但可包含(例如)由制造引起的形状偏差。

例如“中的至少一者”等表述当在元件列表之前时修饰元件的整个列表且不是修饰列表的个别元件。

现在将参考图1解释根据实施例的沉积设备。图1为根据实施例的半导体制造设备100的横截面图。在图1的半导体制造设备100中，反应器壁101可接触衬底支撑板103。更详细地说，反应器壁101的底部表面可接触充当下部电极的衬底支撑板103以在反应器壁101与衬底支撑板103之间形成反应空间125。

换句话说，衬底支撑板103可经配置以经由面密封接触反应器壁101，且归因于面密封而可在反应器壁101与衬底支撑板103之间形成反应空间125。并且，归因于面密封而可在反应器壁101与气体流动控制装置105之间且在反应器壁101与气体供应装置109之间形成气体排出路径117。

气体流动控制装置105和气体供应装置109可安置在反应器壁101与衬底支撑板103之间。气体流动控制装置105和气体供应装置109可彼此一体地形成，或可独立形成具有气体注射孔133的部分。在后一种情况下，气体流动控制装置105可堆叠在气体供应装置109上。任选地，气体供应装置109可为单独的，且在此情况下，气体供应装置109可包含具有多个通孔的气体注射装置和堆叠在气体注射装置上的气体通道(参见图3)。

气体流动控制装置105可包含板和从板突出的侧壁123。穿过侧壁123的多个通孔111可形成于侧壁123中。

用于容纳例如o形环等密封部件的凹槽127、129和131可在反应器壁101与气体流动控制装置105之间且在气体流动控制装置105与气体供应装置109之间形成。归因于密封部件，可防止外部气体被引入到反应空间125中。并且，归因于密封部件，反应空间125中的反应气体可沿正常路径(即，气体排出路径117和出气口115(参见图2))流动。因此，可防止反应气体泄漏到除正常路径以外的部分。

气体供应装置109可在等离子体工艺(例如，电容耦合等离子体(capacitivelycoupledplasma；ccp)方法)中用作电极。在此情况下，气体供应装置109可包含例如铝(a1)的金属材料。在ccp方法中，衬底支撑板103可被用作电极，且因此可由充当第一电极的气体供应装置109和充当第二电极的衬底支撑板103实现电容耦合。

更详细地说，由外部等离子体产生器(未示出)产生的rf功率可经由射频(radiofrequency；rf)杆313(参见图3)传递到气体供应装置109。rf杆313可经由穿过气体流动控制装置105和反应器壁101的上部部分的rf杆孔303(参见图3)机械连接到气体供应装置109。

任选地，气体供应装置109可由导体制成，而气体流动控制装置105可由例如陶瓷的绝缘材料制成，且因此被用作等离子体电极的气体供应装置109可与反应器壁101绝缘。

如图1中所示出，穿过反应器壁101和气体流动控制装置105的中心部分的进气口113形成于反应器壁101的上部部分中。并且，气体流动路径119可另外形成于气体供应装置109中，使得由外部气体供应单元(未示出)经由进气口113供应的反应气体可均匀地供应到气体供应装置109的气体注射孔133。

并且，如图1中所示出，在反应器壁101的上端处相对于进气口113不对称地提供出气口115。尽管图1中未示出，但出气口115可与进气口113对称。并且，在工艺之后排出反应气体的残余气体所经由的气体排出路径117可在反应器壁101与气体流动控制装置105的侧壁(和气体供应装置109的侧壁)彼此间隔开时形成于其间的空间中。

图2为说明根据实施例的半导体制造设备100中的反应气体(和残余气体)的流动的横截面图。箭头标记气体流动的方向，且由外部气体供应单元(未示出)经由进气口113供应的反应气体可经由气体流动路径119均匀地供应到形成于簇射头中的气体注射孔133中。

可在存在反应气体的反应空间125中或衬底110上执行化学反应，以在衬底110上形成薄膜。在形成薄膜之后的残余气体可穿过在反应器壁101与气体供应装置109的侧壁之间形成的气体排出路径117，可穿过形成于气体流动控制装置105的侧壁123中的通孔111，可引入到气体流动控制装置105的内部空间中，且随后可经由出气口115排出到外部。

图3为根据另一实施例的半导体制造设备100的横截面图。参考图3，气体流动控制装置105包含侧壁123、进气口113、由侧壁123围绕的板301、rf杆孔303、螺钉孔305、通孔111和用于接纳例如o形环的密封部件的凹槽127。

板301可由突出的侧壁123围绕，使得板301具有凹形。引入外部反应气体所经由的进气口113被安置在气体流动控制装置105的一部分中。至少两个螺钉孔305环绕进气口113形成，且为用于连接气体流动控制装置105和气体供应装置109的机械连接部件的螺钉穿过螺钉孔305。rf杆孔303形成于气体流动控制装置105的另一部分中，使得连接到外部等离子体供应单元(未示出)的rf杆313连接到位于气体流动控制装置105下的气体供应装置109。

连接到rf杆313的气体供应装置109可在使用ccp方法的等离子体工艺中充当电极。在此情况下，由气体供应装置109的气体通道和气体注射装置供应的气体可由充当电极的气体供应装置109活化，且可被注射到衬底支撑板103上的衬底110上。

图4为根据现有技术的衬底支撑板p的横截面图。

参考图4，衬底支撑板p可包含外围部分a和衬底安装部分m，且衬底支撑销孔h可形成于衬底支撑板p中。衬底安装部分m可从外围部分a成凹形。衬底安装部分m的内部侧壁可具有倾斜形状(即，凹形)，使得衬底准确位于凹形空间中。

衬底支撑销进入所经由的衬底支撑销孔h可形成于衬底支撑板p(例如，晶座)中以便装载/卸载衬底。外围部分a可经由面密封接触反应器壁101(参见图1)以提供用于形成反应空间的面，如图1到图3中所示出。

图5为说明根据现有技术的在于反应空间中对衬底支撑板p执行沉积时工艺气体渗透到目标衬底的后表面中的情况的横截面图。

参考图5，甚至在目标衬底s安装于衬底支撑板p(例如，晶座)上且紧密附接到衬底支撑板p时，工艺气体可渗透到目标衬底s的后表面的边缘部分中。更详细地说，源气体和/或反应气体可穿过目标衬底s的边缘部分渗透到10mm的深度以保留在目标衬底s的后表面上。保留在后表面上的残余气体除了在后续工艺中污染目标衬底s上的装置结构以外，还会做为反应器中的污染物，进而使半导体装置的质量降级。

在根据实施例的半导体制造设备中，通过阳极氧化衬底支撑板(例如，晶座)，换句话说，通过在金属的表面上形成薄氧化物膜来解决以上问题。

更详细地说，根据一些实施例，衬底支撑板的接触衬底的一部分经阳极氧化，使得衬底支撑板紧密附接到衬底，且衬底支撑板的仅一部分经阳极氧化，使得衬底在工艺结束之后易于分离。优选的是，仅衬底支撑板的接触衬底的边缘部分可经阳极氧化。

由此，由于衬底支撑板的顶部表面经阳极氧化，因此在等离子体工艺期间衬底支撑板与衬底之间的粘着力可增大，且因此可防止工艺气体在工艺期间渗透到衬底的后表面中。并且，由于仅衬底支撑板的一部分经阳极氧化，因此衬底在工艺之后可易于分离。

更详细地说，在等离子体工艺(例如，等离子体增强型原子层沉积(plasma-enhancedatomiclayerdeposition；pe-ald)工艺)中，当衬底支撑板的整个顶部表面经阳极氧化时，衬底归因于在衬底上累积的rf电荷而附接到衬底支撑板。在此情况下，甚至在等离子体工艺结束之后，附接到衬底支撑板的衬底持续被附接，进而使得难以卸载衬底。然而，根据实施例，由于衬底支撑板的顶部表面的一部分(例如，衬底支撑板的接触衬底的边缘)经阳极氧化，因此可防止工艺气体渗透到衬底的后表面中，且归因于静电力而紧密附接到衬底支撑板的衬底可更易于卸载。

在任选的实施例中，由于衬底支撑板的接触衬底的边缘经阳极氧化，因此具有环形状(例如，四边形环形状或圆环形状)的绝缘层(例如，由氧化铝制成的绝缘层)可形成于衬底支撑板上。可经由实验来确定形成于衬底支撑板上的绝缘层的宽度。

图6和图7分别为根据实施例的衬底支撑板p的横截面图和平面图。

参考图6和图7，衬底支撑板p可包含衬底安装部分m和围绕衬底安装部分m的外围部分a，且衬底安装部分m可具有相对于外围部分a的凹形，如上文所描述。

衬底安装部分m的顶部表面的边缘部分e的一部分(例如，不包含或包含边缘部分e的倾斜侧壁的部分)可经阳极氧化，且顶部表面的中心部分c可不经阳极氧化。为了定位目标衬底s以使得目标衬底s与经阳极氧化部分重叠，中心部分c的面积可小于目标衬底s的面积。外围部分a可不经阳极氧化，如图6中所示出，或外围部分a的至少一部分可经阳极氧化(参见图8、图12、图14和图15)。

当边缘部分e经阳极氧化时，绝缘层d可形成于边缘部分e的顶部表面上。当目标衬底s具有圆形形状(如晶片)时，绝缘层d可形成为具有圆环形状。相比之下，当目标衬底s具有四边形形状(如显示面板)时，绝缘层d可形成为具有四边形环形状。也就是说，归因于阳极氧化而形成的绝缘层d可形成为具有符合目标衬底s的形状的环形状。

在实施例中，衬底支撑板p可包含金属，且可通过阳极氧化金属来形成绝缘层(例如，金属氧化物层)。举例来说，衬底支撑板p可包含铝，且可归因于阳极氧化而形成氧化铝层。氧化铝层的厚度可在约10μm到约100μm的范围内，且优选地，可在约15μm到约45μm的范围内。

根据实施例，衬底支撑板p(例如，晶座)的接触目标衬底s的部分(例如，边缘)经阳极氧化，且目标衬底s被安置成与归因于阳极氧化而形成的绝缘层d重叠。因此，目标衬底s与衬底支撑板p可彼此紧密附接，且因此可防止工艺气体在等离子体工艺期间渗透到其间，且可避免例如反应器的污染、装置良品率下降和归因于目标衬底s的后表面上的沉积的后续工艺中的污染等问题。并且，由于衬底支撑板p经部分阳极氧化且目标衬底s与归因于阳极氧化而形成的绝缘层d重叠，因此在工艺之后可易于卸载目标衬底s。

图8为根据其它实施例的衬底支撑板p的横截面图。

参考图8，衬底支撑板p可包含顶部表面、底部表面和侧表面，且绝缘层d可形成于衬底支撑板p的顶部表面的至少一部分、底部表面和侧表面上。绝缘层d可通过阳极氧化形成。

为了形成图8的衬底支撑板p，绝缘层d可形成于衬底支撑板p上且随后可移除绝缘层d的一部分。举例来说，从形成于衬底支撑板p的衬底安装部分m的顶部表面上的绝缘层d的部分当中，可对形成于中心部分c上的部分(未示出)执行机械移除工艺，以暴露衬底支撑板p的金属表面。因此，绝缘层d可具有从衬底支撑板p的经暴露顶部表面突出的阶梯形状。归因于阶梯形状，目标衬底s与衬底支撑板p可彼此更紧密附接。

通过使用图6到图8的衬底支撑板p来沉积薄膜的方法可包含以下步骤。

第一步骤：将目标衬底s安装于衬底支撑板p上。如上文所描述，归因于阳极氧化而形成的绝缘层d形成于衬底支撑板p上以部分地与目标衬底s重叠，且因此目标衬底s与绝缘层d重叠。

第二步骤：通过使用在目标衬底s上累积的电荷将目标衬底s紧密附接到衬底支撑板p。归因于目标衬底s与包含绝缘层d的衬底支撑板p之间的静电力(具体来说，在目标衬底s与绝缘层d彼此重叠的位置处产生的静电力)，目标衬底s可紧密附接到衬底支撑板p。在此步骤中，可在目标衬底s的沉积工艺期间累积电荷。

第三步骤：将第一薄膜沉积在目标衬底s上。可通过使用pe-ald工艺来沉积第一薄膜。举例来说，可通过供应第一气体、通过供应吹扫气体而移除保留的第一气体、供应第二气体和等离子体和通过供应吹扫气体而移除保留的第二气体来沉积第一薄膜。在任选的实施例中，第一气体或第二气体可为反应吹扫气体。任选地，可在第三步骤期间进行第二步骤。

在此实施例中，可同时执行第二步骤和第三步骤，使得目标衬底s可紧密附接到衬底支撑板p。在等离子体沉积工艺期间，可对目标衬底s充电(即，可在目标衬底s中累积电荷)。这导致衬底支撑板p的经阳极氧化绝缘层d(以及图11中的绝缘层d′)的极化。由于极化，可产生目标衬底s与衬底支撑板p之间的静电力。静电力导致目标衬底s与衬底支撑板p之间的紧密附接。

第四步骤：重复执行第二步骤和/或第三步骤，直到形成具有预定厚度的薄膜。

第五步骤：卸载上面完整沉积有薄膜的目标衬底s。

可通过执行第一步骤到第五步骤将薄膜沉积在目标衬底s上。在沉积第一薄膜的第三步骤期间，第二薄膜可形成于目标衬底s的后表面上。由于第二薄膜污染形成于目标衬底s上的装置，在卸载目标衬底s时在反应空间中扩散污染粒子且因此污染反应器(和后续工艺中的设备)，因此第二薄膜必须形成为尽可能小的。为了使第二薄膜尽可能小，必须考虑到为可允许渗透范围的边缘排除部分而形成第二薄膜。换句话说，第二薄膜的宽度可小于边缘排除部分的宽度。

图9和图10为示出说明在衬底支撑板未经阳极氧化时(图9)和在衬底支撑板的边缘经阳极氧化时(图10)沉积在衬底的后表面上的薄膜的厚度的实验数据的图表。在图9和图10中，垂直轴表示沉积在衬底的后表面上的薄膜的厚度，且水平轴表示从衬底的后表面的中心到边缘的距离(mm)。在图9和图10中，使用具有300mm直径的衬底，且水平轴示出距离衬底的后表面的中心150mm。也就是说，从目标衬底的中心的最左端为-150mm，且从目标衬底的中心的最右端为+150mm。并且，所述实验在包含四个反应器的多弧形(multi-chamber)中执行，且每个线示出四个反应器中的每一者中的测量结果。

参考说明在衬底支撑板未经阳极氧化的情况下沉积在衬底的后表面上的薄膜的厚度的图9，已渗透15mm的横向深度，且薄膜形成于衬底的后表面上。相比之下，参考说明在衬底支撑板的接触衬底的边缘经阳极氧化到40mm的宽度时沉积在衬底的后表面上的薄膜的厚度的图10，已渗透衬底的后表面的3mm的横向深度。3mm的横向深度属于为可允许渗透范围的边缘排除部分的3mm范围，且因此不存在问题。并且，由于仅衬底支撑板的边缘经阳极氧化，因此在工艺之后衬底支撑销从衬底支撑板抬起目标衬底s的力可大于目标衬底s与衬底支撑板之间的粘着力，进而使得易于卸载目标衬底s。

图11到图15为根据其它实施例的衬底支撑板p的横截面图。

参考图11，衬底支撑板p可包含通过阳极氧化与顶部表面相对的底部表面的至少一部分而获得的绝缘层d′。由于绝缘层d′形成于底部表面上，因此包含绝缘层d′的衬底支撑板p与目标衬底s之间的粘着力可增大。尽管在图11中衬底支撑板p的整个底部表面经阳极氧化，但可仅底部表面的一部分经阳极氧化。尽管在图11中衬底支撑板p的侧表面未经阳极氧化，但在任选的实施例中，衬底支撑板p的侧表面也可经阳极氧化。

参考图12，归因于阳极氧化而形成的绝缘层d可形成于外围部分a上以及衬底支撑板p的衬底安装部分m上。并且，如图13中所示出，衬底支撑板p的衬底安装部分m可类似于外围部分a而为平坦的，且衬底支撑销孔h可形成于衬底安装部分m的中心部分c中。在任选的实施例中，衬底支撑销孔h可形成于衬底安装部分m的边缘部分e中或可形成于外围部分a中。

参考图14，衬底支撑板的绝缘层d的突出侧壁可具有圆形轮廓r。当在形成绝缘层d之后机械移除绝缘层d的一部分的机械移除方法变成化学移除方法(例如，使用湿式蚀刻的方法)时，可形成圆形轮廓r。由于经由湿式蚀刻突出的绝缘层d具有圆形轮廓，因此包含绝缘层d的衬底支撑板p与目标衬底s之间的粘着力可增大。

参考图15，可在与衬底支撑板p的经暴露金属层的顶部表面的高度实质上相同的高度处形成衬底支撑板p的绝缘层d的顶部表面。可透过通过执行以下步骤形成衬底支撑板p而形成此类结构，而非通过在形成绝缘层d之后机械移除绝缘层d的一部分的上述工艺。

第一步骤：在衬底支撑板p的衬底安装部分m的中心部分c上形成掩模。

第二步骤：使上面形成有掩模的衬底支撑板p经受表面处理以形成绝缘层d(也就是说，绝缘层d扩散到衬底支撑板p的未形成有掩模的一部分中的预定深度)。

第三步骤：移除掩模。

也就是说，可透过通过使用掩模任选地执行表面处理而形成衬底支撑板p，而非通过机械移除绝缘层d的一部分的上述工艺。在任选的实施例中，归因于表面处理，衬底支撑板p的金属可变成具有增大的体积的绝缘材料，且在此情况下，绝缘层d的顶部表面可高于衬底支撑板p的经暴露金属层的顶部表面。

实施例不应当解释为限于为了较好理解本发明的本文中所说明的部分的特定形状，而是可包含形状的偏差。

虽然已经参考附图描述一或多个实施例，但所属领域的技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求书定义的本发明的精神和范围的情况下可以在其中做出形式和细节的各种改变。