CN103643220A - 一种减少低压炉管内杂质颗粒的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减少低压炉管内杂质颗粒的方法，其具体是采用对低压炉管进行升降温的处理，控制低压炉管的温度、升降温速率、气体类型，并根据一定间隔时间和清洗时间通入恒定压力的清洗气体的方法来达到改善低压炉管颗粒状况的目的，从而减少低压炉管工艺过程中产生的杂质颗粒，尤其是减少了炉管内壁的上的杂质颗粒。本发明所述的方法可有效改善低压炉管的杂质颗粒状况，与相同沉积工序相比，其产出的晶圆控片杂质颗粒明显减少，解决了由于多次沉积工序后残留的杂质颗粒引起的产品缺陷问题，延长低压炉管安全稳定作业的批次，提高相关扩散工艺的稳定性，减少对产品造成的缺陷影响，提高生产效率。

Description

一种减少低压炉管内杂质颗粒的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种减少低压炉管内杂质颗粒的方法。

背景技术

当今半导体制造工艺对精准度要求越来越高，因此要求芯片的集成度增加，器件尺寸缩小。在炉管扩散工艺中（如AA-SIN deposition、Spacer deposition、Poly deposition），颗粒残留在气体管路和炉管内壁上，长时间多批次作业时，会增加杂质颗粒在工艺过程中掉落到晶圆上的可能性，在晶圆的生产过程中引入了颗粒等污染源，就可能引起电路的开路或断路，造成产品缺陷，从而影响后续工序中器件的制造。因此去除杂质颗粒的影响成为半导体制造技术中较为重要的问题。

随着生产中设备自动化程度的提高，人员与产品的交互变少，防止生产中带来颗粒的重点已更多地放到了生产设备所产生的颗粒上面。如设备腔壁上积累的附着物的脱落就是一个很常见的污染源，为此，在生产过程中，常需要对设备的腔壁进行清洁，去除积累物，以防止因其脱落而导致对晶片的玷污。

LPCVD的反应是属于热壁式的，会有较多的颗粒沉积在炉管的内壁上，需要清洁的频率较其他反应类型更高。传统的管道清洁方法为湿法清洁方法，具体为每间隔一段时间就将脏的石英炉管由设备中取出，对其进行湿法腐蚀以去除炉管壁上的累积附着物。对于生长氧化硅、氮化硅或氮氧化硅的LPCVD炉管，通常是利用49％的HF酸腐蚀液对其进行浸泡，腐蚀去除内壁上的积累物；去除后，再用大量去离子水对该炉管进行冲洗，并烘干待用。这种清洗的方法容易对LPCVD的炉管造成损伤，且清洗时间烘干时间较长，降低了正常生产的效率。

现有技术低压炉管进行沉积工序装置如图1所示，首先将多片晶圆载入晶舟，放置在所要进行的沉积工序炉管内，严格控制炉管内压力与温度，然后对晶圆进行化学气相沉积，待工艺结束后，将晶舟移出炉管，将晶圆从晶舟上卸下。如此往复多批次作业后，会有很多副产物颗粒附着在气体管路和炉管内壁上，这对后续沉积工序的晶圆造成产品缺陷的安全隐患。

针对上述的问题，专利CN1632164A公开了一种减少微粒的方法，应用于一低压化学气相沉积设备中。首先执行一装料程序，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一第一次清洗程序。其次，即执行一处理程序，用以进行化学气相沉积。之后，执行一排料程序，用以回复低压化学气相沉积设备之状态，其中排料程序包含一第二次清洗程序。该专利所述的方法只能将炉管内悬浮的杂质附着物清除，对炉管的清洁作用有限，无法有效去除附着在气体管路和炉管内壁上副产物杂质颗粒。

另外，专利CN100537836C也公开了一种化学气相沉积室的清洁方法，该方法包括以下的步骤：对所述沉积反应腔进行抽真空处理；加热所述沉积室；通入清洁气体去除所述沉积室内的附着物；停止通入清洁气体，完成清洁。该发明所述的方法主要是去除沉积室内的杂质颗粒，无法有效去除气体管道以及炉管内的杂质颗粒，且步骤较复杂对工艺要求也较高，无法有效的解决低压炉管内的杂质颗粒残留问题。

专利CN102921680A公开了一种CVD反应腔体清洁方法，包括：A、按照正常清洁过程中所需的温度和压力范围，设置CVD反应腔体的温度参数和压力参数；B、向所述反应腔体内通入清洁气体，清洁气体的流量由正常清洁时所需流量逐渐增大至预设流量；C、通入预设时间的所述清洁气体后，抽去反应腔体内的清洁气体，以清除反应腔体内杂质颗粒；D、重复步骤B和C，直至将反应腔体中的杂质清洁干净。该专利主要是利用在一定压力下清洁气体对杂质颗粒的清洁力度较强而实现清洁的功能的，但是在该专利中，需要较多的清洁气体并施加较大的压力，才能达到有效的清洁效果，对设备和工艺的要求更高，不利于清洁方法的广泛使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种减少低压炉管内杂质颗粒的方法，其具体是采用对低压炉管进行升降温的处理，控制低压炉管的温度、升降温速率、气体类型，并根据一定间隔时间和清洗时间通入恒定压力的清洗气体的方法来达到改善低压炉管颗粒状况的目的，从而减少低压炉管工艺过程中产生的杂质颗粒，尤其是减少了炉管内壁的上的杂质颗粒，从而提高相关扩散工艺的稳定性，减少对产品造成的缺陷影响。

为了实现上述目的，本发明提供了一种减少低压炉管内杂质颗粒的方法，其具体为，提供一低压炉管，于该低压炉管中进行晶圆的沉积工艺；

在取出所述晶圆后，对所述低压炉管进行升温操作；

于该低压炉管中间隔地通入清洁气体，对低压炉管进行降温操作；

将所述的低压炉管升温至待机温度，去除所述低压炉管中残留的杂质颗粒。上述的方法中一次低压炉管晶圆沉积工艺具体还包括：将晶圆载入晶舟，放置在低压炉管内；控制调节炉管内压力与温度；进行相关的沉积工序；将晶舟移出炉管，将晶圆从晶舟卸下。

上述的待机温度为待机温度为具体沉积工序的正常温度。

上述的去除杂质颗粒的操作为每M次晶圆的沉积工艺后进行一次，M为大于或等于1的正整数。具体可根据沉积工艺所产生的杂质颗粒的量来决定。

上述的清洁气体包括氮气、氩气、氦气中的一种或多种的混合物。

上述的清洁气体通入流量范围优选为10-600sccm，更优选为20-550sccm，最优选为30-500sccm。

上述的方法步骤1中所述的升温为将机台温度升高至待机温度以上，其范围优选为0-400℃，更优选为0-300℃。

上述的步骤1中升温速率优选为5-20℃/min，更优选为8-15℃/min，如9℃/min、10℃/min、11℃/min、12℃/min。

上述的方法步骤2中，保持温度恒定的时间范围优选为5-60min，更优选为10-40min，最优选为15-30min。

上述的方法步骤2中，通入清洁气体的间隔时间范围优选为2-10min，更优选为2-8min，更优选为2-5min。

上述的方法步骤2中，通入一次清洁气体进行清洗的清洗时间范围优选为2-10min，更优选为2-8min，更优选为2-5min。

上述的方法步骤3中所述的降温为将温度降低至机台待机温度以下，其范围优选为0-400℃，更优选为0-300℃。

上述的步骤3中降温速率优选为2-10℃/min，更优选为3-8℃/min，如4℃/min、5℃/min、6℃/min、7℃/min。

上述的方法步骤3中，保持温度恒定并在低温状态的时间范围优选为5-60min，更优选为10-40min，最优选为15-30min。

上述的方法中，经过高温净化步骤后，再将温度缓慢降至较低温度，在此过程中附着在炉管内壁的颗粒会由于温度变化的幅度以及其速率，可以使杂质颗粒的性质发生改变，从而使在炉管内壁的附着力变弱，在清洁气体的间隔冲刷下，缓慢脱落，然后再由清洗气体带出。因此，能更有效去除残留在气体管路和炉管的颗粒残留，以解决控制集成电路制造工艺过程中由于残留颗粒引起的产品缺陷的问题，还可以进一步净化炉管内颗粒状况。

上述的方法可有效改善低压炉管的杂质颗粒状况，与相同沉积工序相比，其产出的晶圆控片杂质颗粒明显减少，解决了由于多次沉积工序后残留的杂质颗粒引起的产品缺陷问题，延长低压炉管安全稳定作业的批次，提高生产效率。

附图说明

图1为现有技术低压炉管进行沉积工序装置示意图；

图2A为现有技术工作流程示意图；

图2B为本发明改善低压炉管杂质颗粒状况工作流程示意图；

图3为减少低压炉管内杂质颗粒的工艺流程示意图。

具体实施例

本发明采用在完成至少一次低压炉管作业后对低压炉管进行升降温处理，并通过控制低压炉管的温度、升降温速率、气体类型，并根据一定间隔时间和清洗时间通入恒定压力的清洗气体的方法来达到改善低压炉管颗粒状况的目的，从而减少低压炉管工艺过程中产生的杂质颗粒，尤其是减少了炉管内壁的上的杂质颗粒，使其产出的晶圆控片的杂质颗粒减少至少10颗。

发明人经研究发现，现有技术中清洁气体对反应腔体内杂质颗粒去除的主要方法可根据去除杂质颗粒的方法分为两种：一种是在设定的温度和压力下，以恒定的较低流量向反应腔和炉管的内部通入清洁气体，但是由于通入的清洁气体流速较低，对炉管内壁的杂质颗粒的冲刷力度不够，无法有效去除颗粒；另一种是以较大的压力值及清洁气体流速提高清洁气体的冲击力度，对炉管内部的杂质颗粒进行冲刷，但是提高压力值需要耗费大量的物力资源且对设备的要求较高。

为了能解决上述的两种现有的处理方法的缺陷，发明人通过采用对低压炉管进行升降温，并间隔式的通入清洗气体的方法来达到改善低压炉管颗粒状况的目的，从而改善低压炉管工艺过程中杂质颗粒状况，提高相关扩散工艺的稳定性，减少对产品造成的缺陷影响。

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明，但不作为本发明的限定。

参见图2A，为现有技术工作流程示意图，在现有技术中，一次低压炉管作业包括以下的步骤：

步骤201：将晶圆载入晶舟，放置在低压炉管内；

步骤202：控制调节炉管内压力与温度；

步骤203：进行相关的沉积工序；

步骤204：将晶舟移出炉管，将晶圆从晶舟卸下。

完成上述的步骤后，再循环进行下一次的沉积工序，多次沉积工序后容易产生杂质颗粒，而残留的杂质颗粒会引起产品的缺陷问题，也会大大降低低压炉管安全稳定作业的批次，使生产效率降低。

参见图2B，为本发明改善低压炉管杂质颗粒状况工作流程示意图，在至少一次低压炉管沉积工序后，加入了步骤206，即在升降温的情况下，通过清洁气体用以循环净化气体管路和炉管。

加入的步骤206并不会对原有的低压炉管沉积工序造成影响。

图3为减少低压炉管内杂质颗粒的工艺流程示意图，如图3所示，步骤206的具体步骤如下：

步骤301：备用状态；

步骤302：在完成至少一次低压炉管沉积工序后，将机台温度升高至待机温度以上；

步骤303：保持温度恒定；

步骤304：将温度降低至机台待机温度以下；

步骤305：保持温度恒定；

步骤306：将温度升至机台的待机温度，完成一次清洁气体清洗；

步骤307：备用状态。

本发明所述的减少低压炉管内杂质颗粒的方法，还包括以下步骤：

步骤308：在步骤303-306间，保持清洁气体间隔一段时间通入并进行循环清洗。

其中步骤301、302及307无需保持清洁气体。

具体的操作如下：

一种减少低压炉管内杂质颗粒的方法，选用氦气为清洁气体，清洁气体通入流量为10-600sccm，例如可以是30sccm、100sccm、200sccm、300sccm、400sccm或500sccm等。

于低压炉管中进行晶圆的沉积工艺中，去除杂质颗粒的操作为每M次晶圆的沉积工艺后进行一次，M为大于或等于1的正整数，例如可以是1次、5次、7次、10次等，可根据沉积工艺所产生的杂质颗粒的量来决定。

在取出所述晶圆后，对所述低压炉管进行升温操作，升温操作具体为将机台温度升高至待机温度以上，其升温幅度范围为0-400℃，例如可以是50℃、100℃、250℃、300℃、350℃、400℃等，升温速率为5-20℃/min，例如可以是5℃/min、8℃/min、12℃/min、15℃/min、20℃/min等，升温完成后，保持温度恒定的时间范围为5-60min，例如可以是5min，13min，25min，45min，50min，60min等。

于该低压炉管中间隔地通入清洁气体，清洁气体为氮气、氩气、氦气中的一种或多种的混合物，例如可以是氮气，氩气，氦气，氮气与氩气体积比为7:3的混合气体，氮气、氩气与氦气体积比为7:2:1的混合气体等。

对低压炉管进行降温操作，降温操作具体为将温度降低至机台待机温度以下，其降温幅度范围为0-400℃，例如可以是0℃，40℃，100℃，180℃，270℃、360℃，400℃等，降温速率为2-10℃/min。例如可以是2℃/min，4℃/min，7℃/min，10℃/min；降温完成后，保持温度恒定并在低温状态的时间范围为5-60min，例如可以是5min，12min，21min，39min，53min，60min等。

将所述的低压炉管升温至待机温度，通过抽出气体的方式去除所述低压炉管中残留的杂质颗粒。

由上述实施例可知，本发明所述的方法可有效改善低压炉管的杂质颗粒状况，与相同沉积工序相比，其产出的晶圆控片杂质颗粒明显减少，解决了由于多次沉积工序后残留的杂质颗粒引起的产品缺陷问题，从而可以有效的延长低压炉管安全稳定作业的批次，提高生产效率。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种减少低压炉管内杂质颗粒的方法，其特征在于，提供一低压炉管，于该低压炉管中进行晶圆的沉积工艺；

在取出所述晶圆后，对所述低压炉管进行升温操作；

于该低压炉管中间隔地通入清洁气体，对低压炉管进行降温操作；

将所述的低压炉管升温至待机温度，去除所述低压炉管中残留的杂质颗粒。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的去除杂质颗粒的操作为每M次晶圆的沉积工艺后进行一次，M为大于或等于1的正整数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的清洁气体为氮气、氩气、氦气中的一种或多种的混合物。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的通入清洁气体的间隔时间范围为2-10min，通入一次清洁气体进行清洗的清洗时间范围为2-10min。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的清洁气体通入流量范围为10-600sccm。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的升温操作具体为将机台温度升高至待机温度以上，其升温幅度范围为0-400℃，升温速率为5-20℃/min。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的升温操作后，还包括保持温度恒定的时间范围为5-60min。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的降温操作具体为将温度降低至机台待机温度以下，其降温幅度范围为0-400℃，降温速率为2-10℃/min。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的降温操作后，还包括保持温度恒定并在低温状态的时间范围为5-60min。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的待机温度为具体沉积工序的正常温度。

Images