制造加热块的方法、加热块和具有其的半导体处理系统与流程

本公开总体涉及制造半导体器件。更具体地，本公开涉及加热块和制造加热块的方法，以在半导体器件的制造过程中支撑衬底。

背景技术：

1、诸如集成电路和功率电子半导体器件的半导体器件通常是通过在衬底上沉积材料层来制造的。材料层沉积通常通过以下来完成：将衬底装载到加热块上，使用加热块将衬底加热到期望的材料层沉积材料，并且使材料层前体流过衬底。当材料层前体流过衬底时，材料层沉积在衬底上，材料层通常形成对应于加热块对衬底加热的膜特性。一旦材料层达到期望的厚度，材料层前体的流动停止，衬底从加热块卸载，衬底被送去进一步处理。

2、在一些材料层沉积过程中，加热块由陶瓷材料形成，例如氮化铝(aln)。形成加热块的陶瓷材料通常具有适于容纳加热块的反应室的腐蚀环境的耐腐蚀性和机械性能，并且通常具有抵抗与某些材料层沉积过程潜在相关的变形和/或脆化的机械性能。陶瓷材料的使用允许附件嵌入加热块内，例如射频电极，这有利于使用射频能量加热衬底。陶瓷材料的使用还允许在适合于材料层沉积的温度下选择块体电阻率，这使得能够静电夹持衬底，这有利于从加热块装载和卸载衬底。

3、由陶瓷材料形成加热块的一个挑战是用于制造加热块的过程的产量。例如，如图1a所示，一些加热块可能在制造过程中膨胀，潜在地使得加热块不适合使用。如图1b所示，一些加热块在制造过程中可能会出现起泡，例如在嵌入的附件如rf线圈和/或加热元件周围，这也潜在地使加热块不适合使用。并且一些加热块可能在制造过程中或在服务过程中出现裂纹，这也使加热块不适合在半导体器件的制造过程中支撑衬底。不受特定理论或操作模式的束缚，申请人已经理解了这种可生产性困难的原因，这是由于需要更严密地控制制造过程的某些参数，该制造过程用于使用陶瓷材料比如氮化铝来制造加热块。

4、这种加热块和制造加热块的方法对于它们的预期目的来说通常是可接受的。然而，在本领域中仍需要制造用于半导体处理系统的加热块的改进方法、加热块以及包括这种加热块的半导体处理系统。本公开提供了对这种需求的解决方案。

技术实现思路

1、提供了一种制造加热块的方法。该方法包括向模具提供陶瓷材料的第一步骤，烧结陶瓷材料并形成板的第二步骤，以及加工板的第三步骤。在第四步骤将轴连接到板，并且在第五步骤将棒结合到板。

2、除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的另外示例可以包括烧结陶瓷材料并形成板的第二步骤还包括将陶瓷材料加热到第一温度的第一子步骤、将陶瓷材料进一步加热到第二温度的第二子步骤和保持第二温度的第三子步骤。在第四子步骤将板冷却到第一温度，在第五子步骤将板冷却到第二温度。在第一子步骤期间向陶瓷材料施加压力至设定压力，并在第二步骤至第四子步骤期间保持该压力。

3、除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的另外示例可以包括设定压力在约75兆帕(10900磅/平方英寸)和约125兆帕(约18000磅/平方英寸)之间。

4、除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的另外示例可以包括第四子步骤中的冷却速率在约1摄氏度(34华氏度)每秒和约5摄氏度(40华氏度)每秒之间。

5、除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的另外示例可以包括第一温度在约800摄氏度(1500华氏度)和约1000摄氏度(1800华氏度)之间。

6、除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的另外示例可以包括第二温度在约1500摄氏度(2700华氏度)和约2000摄氏度(3600华氏度)之间。

7、除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的另外示例可以包括在第三子步骤期间保持第二温度超过36小时。

8、除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的另外示例可以包括陶瓷材料是氮化铝(aln)、氮化硼(bn)、氮化硅(sin)和碳化硅(sic)中的至少一种。

9、除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的另外示例可以包括陶瓷材料包括一种或多种添加剂，并且一种或多种添加剂占陶瓷材料的小于约1质量％。

10、除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的另外示例可以包括一种或多种添加剂包括氧化镁(mgo)和铝镁氧化物(al2mgo4)中的至少一种。

11、除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的另外示例可以包括轴包括具有中空内部空间的圆柱体，并且轴支撑板。

12、除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的另外示例可以包括在陶瓷材料内嵌入加热元件和电极。

13、除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的另外示例可以包括加工板的第三步骤赋予板在约20微米(0.0008英寸)和约50微米(0.002英寸)之间的平整度。

14、除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的另外示例可以包括第五步骤，其包括将功率棒连接到加热元件并且将功率棒连接到电极。

15、除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的另外示例可以包括通过钎焊、焊接和锡焊中的至少一种进行连接。

16、除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的另外示例可以包括烧结是固相烧结和液相烧结中的至少一种，或者固相烧结和液相烧结两者。

17、提供一种加热块。使用如上所述的方法制造加热块。

18、除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，加热块的另外示例可以包括嵌入在形成板的陶瓷材料内的加热元件、嵌入在形成板的陶瓷材料内的电极以及电连接到加热元件和电极的功率棒。功率棒钎焊到加热元件和电极。陶瓷材料包括氮化铝(aln)和添加剂，添加剂包括氧化镁(mgo)和铝镁氧化物(al2mgo4)中的至少一种，添加剂占陶瓷材料的小于约1重量％。

19、提供了一种半导体处理系统。半导体处理系统包括使用上述方法制造的加热块。

20、提供本
技术实现要素：
是为了以简化的形式介绍一些概念。这些概念在以下公开内容的示例的详细描述中被进一步详细描述。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。

技术特征：

1.一种制造加热块的方法，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，烧结陶瓷材料并形成板的第二步骤还包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述设定压力在约75兆帕(10900磅/平方英寸)和约125兆帕(约18000磅/平方英寸)之间。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第四子步骤中的冷却速率在约1摄氏度每秒和约5摄氏度每秒之间。

5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一温度在约800摄氏度(1500华氏度)和约1000摄氏度(1800华氏度)之间。

6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二温度在约1500摄氏度(2700华氏度)和约2000摄氏度(3600华氏度)之间。

7.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二温度在所述第三子步骤期间保持超过36小时。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述陶瓷材料是氮化铝(aln)、氮化硼(bn)、氮化硅(sin)和碳化硅(sic)中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述陶瓷材料包含一种或多种添加剂，其中，所述一种或多种添加剂占陶瓷材料的小于约1质量％。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述一种或多种添加剂包括氧化镁(mgo)和铝镁氧化物(al2mgo4)中的至少一种。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述轴包括具有中空内部空间的圆柱体，并且所述轴支撑所述板。

12.根据权利要求1所述的方法，还包括将加热元件和电极嵌入所述陶瓷材料内。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，加工板的第三步骤赋予所述板约20微米(0.0008英寸)至约50微米(0.002英寸)的平整度。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第五步骤包括：

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述连接通过钎焊、焊接和锡焊中的至少一种来进行。

16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述烧结是固相烧结和液相烧结中的至少一种，或两者。

17.一种使用权利要求1的方法制造的加热块。

18.根据权利要求17所述的加热块，还包括：

19.一种半导体处理系统，包括使用权利要求1的方法制造的加热块。

技术总结
一种制造加热块的方法包括向模具提供陶瓷材料的第一步骤、烧结陶瓷材料并形成板的第二步骤以及加工板的第三步骤。在该方法的第四步骤，将轴连接到板，以及在第五步骤，将棒结合到板。还描述了加热块和具有加热块的半导体处理系统。

技术研发人员：李昌敏,J·A·桑蒂兰,田边伸章,H·高,S·库塔思
受保护的技术使用者：ASM IP私人控股有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16