CN103352205A - 化学气相沉积室的清洁方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种化学气相沉积室的清洁方法，包括通入NF3对腔体进行清洗；通入N2对腔体进行清洗；通入O2对腔体进行清洗；通入C2H2和惰性气体的混合气体，在腔体内加热垫表面沉积一层非晶碳膜。本发明提供的化学气相沉积室的清洁方法通过将加热垫表面的AlxFyOz上沉积一层非晶碳膜，从而将该金属污染物包裹起来，解决晶圆进入机台后，加热垫上的金属颗粒粘附在晶圆背面，造成晶圆背面金属污染物超标的问题，同时，也解决晶圆进入机台后沉淀薄膜时，晶圆表面微小颗粒数量较多的问题。

Description

化学气相沉积室的清洁方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种化学气相沉积室的清洁方法。
背景技术
集成电路尤其是超大规模集成电路中的主要器件是金属-氧化物-半导体场效应晶体管（metal oxide semiconductor field effect transistor，简称MOS晶体管）。其几何尺寸一直在不断缩小，随着器件尺寸的不断缩小，铝互连早已被铜互连所取代，栅极使用的硅化物从钨化物、钛化物、钴化物一路发展到镍化物，甚至金属栅（Al2O3,Ta2O5等）。而在新一代的技术中，钌作为电镀种子层和锰作为铜阻挡层的出现更是使晶体管制造中使用的金属数量更加丰富，从而也使器件制造有了更多的选择。
但是与此同时，如果在工艺过程中这些金属沾污在硅片的背面，就会造成后续工艺设备的沾污，进入后续设备的硅片也会被设备沾污，从而造成硅片和设备的交叉沾污。而在晶体管制造的过程中部分工艺需要在相当高的温度（甚至高于1000℃）下进行，这些金属就会扩散进入硅片内部，从而造成整个器件的失效。因此，硅片背面的金属沾污控制是非常关键、非常必要的。
化学气相沉积设备在硅片上沉积薄膜前都需要对腔体进行清洗，去除腔体中积累的沉积膜及悬浮在腔体中的微粒。在清洗过程中，常需要在腔体中通入清洗气体NF3，NF3在等离子体中电离出氟离子并与腔体壁和加热盘（Heater）上的沉积膜反应生成含氟气体，然后被泵抽走，达到清洁腔体的目的。而为了使腔体的氛围接近真实沉积薄膜时的环境，通常需要在腔体中沉积一层薄膜（Season环境膜）。申请人在使用应用材料公司非晶碳膜（APF）机台沉积APF薄膜时，全X射线反射荧光测试（TXRF）发现了硅片背面金属铝含量严重超出了业界的标准（铝<1e11atom/cm2，其他金属<5e10atom/cm2）。通过研究实验发现应用材料公司提供的清洗腔体最优方案中，清洗气体NF3在等离子场中产生的氟离子与加热盘所用材料AlN发生反应，在加热盘表面生成了一层很薄的AlxFyOz薄膜。在腔体清洗后，通入N2和C2H2气体进行薄膜沉积，在AlxFyOz之上沉积一层非晶碳。但是N2会与AlxFyOz反应，析出AlN，从而导致环境膜的表面含有铝。当硅片进入机台进行非晶碳薄膜沉积时，硅片背面与环境膜接触，导致硅片背面产生超过1e11atom/cm2的铝沾污。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种化学气相沉积室的清洁方法。
本发明化学气相沉积室的清洁方法包括以下步骤：
步骤S01，通入含有NF3的清洗气体对化学气相沉积室的腔体进行清洗；
步骤S02，通入含有N2的清洗气体对化学气相沉积室的腔体进行清洗；
步骤S03，通入含有O2的清洗气体对化学气相沉积室的腔体进行清洗；
步骤S04，通入含有C2H2和惰性气体的混合气体，在高频电源作用下电离，在腔体内加热垫表面沉积一层非晶碳膜。
进一步地，步骤S01中的清洗气体包括NF3、O2和惰性气体，该清洗气体通过远程等离子体源（RPS）对化学气相沉积室的腔体进行清洗。
进一步地，步骤S01中远程等离子体源的功率是4000-7000W，加热盘（Heater）与面板（Faceplate）的距离为1-1000mm，NF3的流量是200-700sccm，O2的流量是6000-9000sccm，惰性气体的流量是2000-8000sccm。
进一步地，步骤S02中的清洗气体包括N2和惰性气体，该清洗气体通过高频等离子体源对化学气相沉积室的腔体进行清洗。
进一步地，步骤S02中高频离子体源的功率是500-1600W，N2和惰性气体的流量均是1000-5000sccm，清洗气体的作用时间是0-100s。
进一步地，步骤S03中的清洗气体包括O2和惰性气体，该清洗气体通过高频等离子体源对化学气相沉积室的腔体进行清洗。
进一步地，步骤S03中高频离子体源的功率是800-1200W，O2和惰性气体的流量均是3000-5000sccm，清洗气体的作用时间是10-100s。
进一步地，步骤S04中的混合气体通过高频等离子体源对化学气相沉积室的腔体进行清洗。
进一步地，步骤S04中高频离子体源的功率是800-1200W，C2H2和惰性气体的流量均是300-10000sccm。
进一步地，该惰性气体是He、Ne、Ar、Kr、Xe或Rn中的一种或多种的混合。
进一步地，步骤S01的惰性气体为Ar，步骤S02和步骤S03的惰性气体为He，步骤S04惰性气体为He和Ar的混合。
本发明提供的化学气相沉积室的清洁方法通过将加热垫表面的AlxFyOz上沉积一层非晶碳膜，从而将该金属污染物包裹起来，解决晶圆进入机台后，加热垫上的金属颗粒粘附在晶圆背面，造成晶圆背面金属污染物超标的问题，同时，也解决晶圆进入机台后沉淀薄膜时，晶圆表面微小颗粒数量较多的问题。
附图说明
为能更清楚理解本发明的目的、特点和优点，以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细描述，其中：
图1是本发明与现有技术工艺完成后的硅片背面Al含量的对比示意图；
图2是本发明与现有技术工艺完成后的尺寸大于0.12μm颗粒数量对比示意图。
具体实施方式
第一实施例
本实施例中，化学气相沉积室的清洁方法包括以下步骤：
步骤S01，通入含有NF3、O2和Ar的清洗气体，通过远程等离子体源（RPS）对化学气相沉积室的加热垫上表面、加热垫下表面以及腔壁进行清洗，清洗气体与腔体中的沉积物发生反应，抽走残余气体。
其中，远程等离子体源的功率是5000W，加热盘与面板的距离为50mm，NF3的流量是300sccm，O2的流量是7000sccm，惰性气体的流量是5000sccm。
步骤S02，通入含有N2和He的清洗气体，通过高频等离子体源对化学气相沉积室的腔体进行清洗，将残留的颗粒带走。
其中，高频离子体源的功率是800W，N2和He的流量均是3000sccm，清洗气体的作用时间是50s。
步骤S03，通入含有O2和He的清洗气体，通过高频等离子体源对化学气相沉积室的腔体进行清洗。
其中，高频离子体源的功率是1000W，O2和惰性气体的流量均是4000sccm，清洗气体的作用时间是70s。
步骤S04，通入含有C2H2、He和Ar的混合气体，在高频电源作用下电离，在腔体内加热垫表面沉积一层非晶碳膜，以将金属污染物AlxFyOz覆盖住。
其中，高频离子体源的功率是1000W，C2H2、He和Ar的流量均是2000sccm。
效果实施例1
本效果实施例将上述第一实施例的工艺对比现有工艺的技术效果，该现有工艺包括在使用NF3清洗腔体后，使用N2和C2H2进行环境膜的沉积。
请参阅图1，现有工艺a完成后，进入化学气相沉积室腔体内的硅片背面的Al含量为2400e10atom/cm2，而本发明第一实施例工艺b完成后，进入化学气相沉积室腔体内的硅片背面的Al含量小于5e10atom/cm2，符合要求，能够用于实际生产制造。
效果实施例2
本效果实施例将上述第一实施例的工艺对比现有工艺的技术效果，该现有工艺包括在使用NF3清洗腔体后，使用N2和C2H2进行环境膜的沉积。
请参阅图2，现有工艺c完成后，进入化学气相沉积室腔体内的硅片表面的颗粒要高于本发明第一实施例工艺d完成后的颗粒数量，本发明工艺符合要求，能够用于实际生产制造。

Claims (11)

1.一种化学气相沉积室的清洁方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S01，通入含有NF3的清洗气体对化学气相沉积室的腔体进行清洗；
步骤S02，通入含有N2的清洗气体对化学气相沉积室的腔体进行清洗；
步骤S03，通入含有O2的清洗气体对化学气相沉积室的腔体进行清洗；
步骤S04，通入含有C2H2和惰性气体的混合气体，在高频电源作用下电离，在腔体内加热垫表面沉积一层非晶碳膜。
2.根据权利要求1所述的化学气相沉积室的清洁方法，其特征在于：步骤S01中的清洗气体包括NF3、O2和惰性气体，该清洗气体通过远程等离子体源对化学气相沉积室的腔体进行清洗。
3.根据权利要求2所述的化学气相沉积室的清洁方法，其特征在于：步骤S01中远程等离子体源的功率是4000-7000W，加热盘与面板的距离为1-1000mm，NF3的流量是200-700sccm，O2的流量是6000-9000sccm，惰性气体的流量是2000-8000sccm。
4.根据权利要求1所述的化学气相沉积室的清洁方法，其特征在于：步骤S02中的清洗气体包括N2和惰性气体，该清洗气体通过高频等离子体源对化学气相沉积室的腔体进行清洗。
5.根据权利要求4所述的化学气相沉积室的清洁方法，其特征在于：步骤S02中高频离子体源的功率是500-1600W，N2和惰性气体的流量均是1000-5000sccm，清洗气体的作用时间是0-100s。
6.根据权利要求1所述的化学气相沉积室的清洁方法，其特征在于：步骤S03中的清洗气体包括O2和惰性气体，该清洗气体通过高频等离子体源对化学气相沉积室的腔体进行清洗。
7.根据权利要求6所述的化学气相沉积室的清洁方法，其特征在于：步骤S03中高频离子体源的功率是800-1200W，O2和惰性气体的流量均是3000-5000sccm，清洗气体的作用时间是10-100s。
8.根据权利要求1所述的化学气相沉积室的清洁方法，其特征在于：步骤S04中的混合气体通过高频等离子体源对化学气相沉积室的腔体进行清洗。
9.根据权利要求8所述的化学气相沉积室的清洁方法，其特征在于：步骤S04中高频离子体源的功率是800-1200W，C2H2和惰性气体的流量均是300-10000sccm。
10.根据权利要求1至9任一项所述的化学气相沉积室的清洁方法，其特征在于：该惰性气体是He、Ne、Ar、Kr、Xe或Rn中的一种或多种的混合。
11.根据权利要求10所述的化学气相沉积室的清洁方法，其特征在于：步骤S01的惰性气体为Ar，步骤S02和步骤S03的惰性气体为He，步骤S04惰性气体为He和Ar的混合。
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