CN101391258A - 反应系统预清洗方法 - Google Patents

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Abstract

一种反应系统预清洗方法，包括：确定以第一温度和第二温度为边界值的降温区间，所述第一温度高于第二温度；执行预处理操作，以使所述反应系统内的温度为第一温度；执行由所述第一温度至所述第二温度的降温操作；在降温过程中，开始执行抽真空操作；在降温至所述第二温度后，执行抽气及升温操作，以使所述反应系统内的温度至少为反应温度。既能减少预清洗时间以提高生产效率，又能增强微粒去除效果。

Description

反应系统预清洗方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种反应系统预清洗方法。
背景技术
半导体工艺中涉及的硅片热处理过程需广泛地应用各种反应系统，如淀积反应系统、刻蚀反应系统以及氧化系统等。实践中，在热处理操作完成后，上述反应系统壁上通常会残留具有一定厚度及分布的膜层及位于其上的微粒。经历热处理过程后，所述微粒易发生剥落。剥落的微粒将随空气运动并停留在硅片上，导致缺陷和成品率降低。由此，实际生产中，为减少微粒，通常采用氮气(N2)对反应系统进行定期预清洗。
如图1所示，预清洗反应系统的步骤包括：确定以第一温度和第二温度为边界值的降温区间，所述第一温度高于第二温度；执行预处理操作，使所述反应系统内具有第一温度；执行由所述第一温度至所述第二温度的降温操作；在降温至第二温度后，执行抽真空及升温操作，以使所述反应系统内具有反应温度。
t1代表第一温度；t2代表第二温度；t0代表反应温度；时间段a代表执行预处理操作持续的时间；时间段b代表执行降温操作持续的时间；时间段c代表执行抽真空操作持续的时间；时间段d代表升温至反应温度后持续的时间。
然而，实际生产发现，应用上述工艺预清洗反应系统后，耗时过长，影响生产效率，且微粒去除效果有限，如何既能减少预清洗时间以提高生产效率，又能增强微粒去除效果成为本领域技术人员亟待解决的问题。
2005年6月29日公开的公开号为“CN1632164”的中国专利申请中提供了一种低压化学气相沉积设备中减少微粒的方法，包括：首先执行装料程序，用以设定低压化学气相沉积设备之状态，其中装料程序中包含第一次预清洗程序；其次，即执行处理程序，用以进行化学气相沉积；之后，执行排料程序，用以回复低压化学气相沉积设备之状态，其中排料程序包含第二次预清洗程序。
显然，上述方法中，将预清洗安排在装料与排料阶段，减少了预清洗耗用的生产时间；通过增加预清洗的次数可增强微粒去除效果。然而，由于上述装料阶段用以进行环境参数的设定与读取以及机台的自我校正与确认，所述排料阶段用以进行所述环境状态的恢复，如排气、降温等；即上述方法是在机台调整阶段进行反应系统的预清洗，既难以保证预清洗效果，又易于导致操作的复杂化。
发明内容
本发明提供了一种反应系统预清洗方法，既能减少预清洗时间以提高生产效率，又能增强微粒去除效果。
本发明提供的一种反应系统预清洗方法，包括：
确定以第一温度和第二温度为边界值的降温区间，所述第一温度高于第二温度；
执行预处理操作，以使所述反应系统内的温度为第一温度；
执行由所述第一温度至所述第二温度的降温操作；
在降温过程中，开始执行抽真空操作；
在降温至所述第二温度后，执行抽气及升温操作，以使所述反应系统内的温度至少为反应温度。
可选地，所述反应系统包括LPCVD；可选地，所述反应系统包括热氧化炉；可选地，所述第一温度为450～550摄氏度；可选地，所述降温区间为150～450摄氏度；可选地，所述第一温度为550～650摄氏度；可选地，所述降温区间为250～550摄氏度；可选地，所述反应温度为600～800摄氏度；可选地，在所述降温过程中，还包括增加所述降温过程中的降温速率的操作；可选地，在反应系统预清洗过程中执行循环式操作。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的反应系统预清洗方法，通过在降温过程中开始执行抽真空操作，以减少所述降温操作和抽真空操作占用的时间和，可减少预清洗耗用的时间；通过在降温过程中开始执行抽真空操作，可使经历所述降温过程而剥落的微粒及时地由所述抽真空操作抽离，进而使增强微粒去除效果成为可能；
本发明提供的反应系统预清洗方法的可选方式，通过增加降温过程中的降温速率，可增强微粒剥落的效果，继而利用后续抽真空操作抽离剥落的微粒，可使增强微粒去除效果成为可能；并且，在相同的温度变化范围内，可进一步节约降温操作持续的时间；
本发明提供的反应系统预清洗方法的可选方式，通过增大降温过程经历的温差，如，增加预处理过程中第一温度的数值，可在相同的降温过程持续时间内，增加降温过程中的降温速率，以增强微粒剥落的效果，进而，利用后续的抽真空操作抽离剥落的微粒，可使增强微粒去除效果成为可能；
本发明提供的反应系统预清洗方法的可选方式，通过采用循环式抽真空操作，即打开预清洗气体开关，以通入预清洗气体后，关闭预清洗气体开关，以执行抽真空操作；随后再打开预清洗气体开关，以通入预清洗气体，后又关闭预清洗气体开关，以执行抽真空操作；如此循环；可使增强微粒去除效果成为可能。
附图说明
图1为说明现有技术中反应系统预清洗操作的时序示意图；
图2为说明本发明第一实施例中反应系统预清洗操作的时序示意图；
图3为说明本发明第二实施例中反应系统预清洗操作的时序示意图；
图4为说明本发明第三实施例中反应系统预清洗操作的时序示意图。
具体实施方式
尽管下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应当理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列的描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛教导，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于具有本发明优势的本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下列说明和权利要求书本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实际生产发现，应用传统工艺预清洗反应系统时，耗时过长，影响生产效率，且微粒去除效果有限，如何既能减少预清洗时间以提高生产效率，又能增强微粒去除效果成为本发明解决的主要问题。
本发明的发明人经历分析与实践后，提供了一种反应系统预清洗方法，既能减少预清洗时间以提高生产效率，又能增强微粒去除效果。
如图2所示，应用本发明提供的方法，预清洗反应系统的步骤包括：确定以第一温度和第二温度为边界值的降温区间，所述第一温度高于第二温度；执行预处理操作，以使所述反应系统内的温度为第一温度；执行由所述第一温度至所述第二温度的降温操作；在降温过程中，开始执行抽真空操作；在降温至所述第二温度后，执行抽气及升温操作，以使所述反应系统内的温度至少为反应温度。
t1代表第一温度；t2代表第二温度；t0代表反应温度；时间段a代表执行预处理操作持续的时间；时间段bc代表执行抽真空操作持续的时间；时间段d代表升温至反应温度后持续的时间。
所述反应系统包括LPCVD和热氧化炉。
应用本发明提供的方法，预清洗反应系统的具体步骤包括：
步骤201：确定以第一温度和第二温度为边界值的降温区间，所述第一温度高于第二温度。
本发明提供的方法利用降温操作使附着在粘附于反应系统壁的膜层上的微粒剥落，继而利用后续的抽真空操作去除剥落的微粒。所述降温操作在降温区间内进行，所述降温区间以第一温度和第二温度为边界值，且所述第一温度高于第二温度。
通常，所述第一温度为反应系统的空载(或待机)温度；所述降温区间根据产品要求及工艺条件确定。作为示例，对于90纳米及其以上工艺，所述第一温度可选为650～700摄氏度，所述降温区间可为350～600摄氏度；对于65纳米及其以下工艺，所述第一温度可选为450～550摄氏度，所述降温区间可为150～450摄氏度。
步骤202：执行预处理操作，以使所述反应系统内的温度为第一温度。
所述预处理操作可使反应处理室内的环境参数达到稳定，所述预处理操作还用以完成机台的自我校正与确认。
步骤203：执行由所述第一温度至所述第二温度的降温操作。
所述降温操作持续时间如图2中b’所示，所述降温操作为使附着在粘附于反应系统壁的膜层上的微粒剥落，以利用后续的抽真空操作去除剥落的微粒。
作为示例，所述第二温度可选为100～300摄氏度；选用的降温速率可为：10～200摄氏度/分钟。
步骤204：在所述降温过程中，开始执行抽真空操作。
所述抽真空操作用以抽离反应系统中的微粒。
经历各所述抽真空操作后获得的反应处理室中的真空度及各所述抽真空操作的持续时间根据生产条件及产品要求确定。
步骤205：在降温至所述第二温度后，执行抽真空及升温操作，以使所述反应系统内的温度至少为反应温度。
所述升温操作持续时间如图2中c’所示，执行所述升温操作的过程伴随着抽真空过程，可利用所述抽真空过程抽离反应系统中在反应温度下可能剥落的微粒。
选用的升温速率可为：10～200摄氏度/分钟。
所述反应温度可为600～800摄氏度。执行所述升温操作后获得高于反应温度的温度值，如800～850摄氏度，可增强在反应温度下可能剥落的微粒在升温过程中剥落的效果，进而增强微粒的去除效果。
在预清洗过程中，氮气流量范围为：5～20s lm；所述预清洗过程持续时间可为1～10min；执行所述升温操作后，反应处理室中内压力范围为：10～250mT。
结合图1及图2，应用本发明提供的方法，在所述降温操作及升温操作持续时间b’+c’中，还执行了所述抽真空操作，即所述降温操作、抽真空操作及升温操作的持续时间为b’+c’；而利用传统方法，所述降温操作持续时间为b，所述抽真空操作及升温操作的持续时间为c，即所述降温操作、抽真空操作及升温操作的持续时间为b+c；显然，b＝b’，而c>c’，由此，持续时间b’+c’小于b+c，即在降温过程中开始执行抽真空操作，以减少所述降温操作和抽真空操作占用的时间和，可减少预清洗耗用的时间；通过在降温过程中开始执行抽真空操作，可使经历所述降温过程而剥落的微粒及时地由所述抽真空操作抽离，进而使增强微粒去除效果成为可能。
此外，通过增加降温过程中的降温速率，可增强微粒剥落的效果，继而利用后续的抽气操作抽离剥落的微粒，可使增强微粒去除效果成为可能；并且，在相同的温度变化范围内，可进一步节约降温操作持续的时间。如图3所示，时间段b”代表执行降温操作持续的时间；增加降温过程中的降温速率后，b”<b’。
特别地，如图4所示，t1’代表第一温度，t1’>t1；通过增大降温过程经历的温差，如，增加预处理过程中第一温度的数值，可在相同的时间内，增加降温过程过程中的降温速率，以增强微粒剥落的效果，进而，利用后续的抽气操作抽离剥落的微粒，可使增强微粒去除效果成为可能。
作为示例，对于65纳米及其以下工艺，所述第一温度可选为550～650摄氏度，所述降温区间可为250～550摄氏度。
需说明的是，通过采用循环式操作，即打开预清洗气体开关，以通入预清洗气体后，关闭预清洗气体开关，以执行抽真空操作；随后再打开预清洗气体开关，以通入预清洗气体，后又关闭预清洗气体开关，以执行抽真空操作；如此循环；可使增强微粒去除效果成为可能。作为示例，循环次数可为2～20次。
需强调的是，上述实施例间的结合仍可作为本发明的实施例，例如，在降温过程中，开始执行抽真空操作，同时增大降温过程中的降温速率；又如，同时增加第一温度的数值；再如，同时增大降温过程中的降温速率和第一温度的数值；以及，上述实施例与循环式操作的结合。
此外，在降温过程中，增大降温过程中的降温速率；或者，增加第一温度的数值；或者，同时增大降温过程中的降温速率及第一温度的数值，仍可作为本发明的实施例。
需强调的是，未加说明的步骤均可采用传统的方法获得，且具体的工艺参数根据产品要求及工艺条件确定。
尽管通过在此的实施例描述说明了本发明，和尽管已经足够详细地描述了实施例，申请人不希望以任何方式将权利要求书的范围限制在这种细节上。对于本领域技术人员来说另外的优势和改进是显而易见的。因此，在较宽范围的本发明不限于表示和描述的特定细节、表达的设备和方法和说明性例子。因此，可以偏离这些细节而不脱离申请人总的发明概念的精神和范围。

Claims (10)

1.一种反应系统预清洗方法，其特征在于，包括：
确定以第一温度和第二温度为边界值的降温区间，所述第一温度高于第二温度；
执行预处理操作，以使所述反应系统内的温度为第一温度；
执行由所述第一温度至所述第二温度的降温操作；
在降温过程中，开始执行抽真空操作；
在降温至所述第二温度后，执行抽气及升温操作，以使所述反应系统内的温度至少为反应温度。
2.根据权利要求1所述的反应系统预清洗方法，其特征在于：所述反应系统包括LPCVD。
3.根据权利要求1所述的反应系统预清洗方法，其特征在于：所述反应系统包括热氧化炉。
4.根据权利要求1所述的反应系统预清洗方法，其特征在于：所述第一温度为450～550摄氏度。
5.根据权利要求1所述的反应系统预清洗方法，其特征在于：所述降温区间为150～450摄氏度。
6.根据权利要求1所述的反应系统预清洗方法，其特征在于：所述第一温度为550～650摄氏度。
7.根据权利要求1所述的反应系统预清洗方法，其特征在于：所述降温区间为250～550摄氏度。
8.根据权利要求1所述的反应系统预清洗方法，其特征在于：所述反应温度为600～800摄氏度。
9.根据权利要求1、4、5、6或7所述的反应系统预清洗方法，其特征在于：在所述降温过程中，还包括增加所述降温过程中的降温速率的操作。
10.根据权利要求1所述的反应系统预清洗方法，其特征在于：在反应系统预清洗过程中执行循环式操作。
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