CN104099582B

CN104099582B - 一种减少炉管中颗粒的方法

Info

Publication number: CN104099582B
Application number: CN201310129649.9A
Authority: CN
Inventors: 沈建飞
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2013-04-15
Publication date: 2016-10-19
Anticipated expiration: 2033-04-15
Also published as: CN104099582A

Abstract

本发明公开了一种减少炉管中颗粒的方法，用于减少炉管内与炉管内腔连通的部件表面上的薄膜脱落形成的颗粒物质，通过N2带走炉管内残留的颗粒物质，并且可以通过向炉管内通入Si2H6气体使得炉管内与炉管内腔连通的部件表面淀积一层止封膜，使得炉管内尚未脱落完全的薄膜及未被N2带走的颗粒物质封住，进而可以显著降低炉管内颗粒物质的含量，使得炉管内薄膜需要进行停机维护的膜厚从50μm增长到了100μm，从而显著降低了炉管进行停机维护PM的频率，减少了炉管内部件的更换频率，极大的降低PM的成本，因为，减少了内外管等更换的频率，提高了生产效率，提高产品质量。

Description

一种减少炉管中颗粒的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种减少炉管中颗粒的方法。

背景技术

在半导体制造工艺中，为了设置分立器件和集成电路，需要在晶圆的衬底上淀积不同种类的薄膜。而在各种淀积薄膜的方法中，低压化学气相淀积（LPCVD，Low Pressure Chemical Vapor Deposition）是一种常用的方法，已经被广泛应用到各种薄膜的淀积工艺中。

以利用炉管淀积工艺形成MEMS（Micro-electromechanical Systems，微电子机械系统）的薄膜为例，请参阅图1和图2，炉管淀积工艺中使用的炉管包括外管1、内管2、晶舟3、保温基座4、外管基座5、加热器6，所述外管1外面设有用于加热的加热器6。图2中的炉管内与炉管内腔连通的部件7包括外管1、内管2、晶舟3、保温基座4和外管基座5，所述炉管内与炉管内腔连通的部件7表面是指能够与通入炉管内的气体相接触的部件的表面。在该炉管淀积工艺中常会遇到颗粒物质超标（particle high）的情况，尤其当炉管内的薄膜8厚度累计超过50μm的情况时尤为严重。所述炉管内的薄膜8厚度是指炉管中与炉管内腔连通的部件7即炉管内所有和炉管本身淀积工艺的气体相接触的部件的表面上的累积形成的薄膜8的膜厚。经实验发现，颗粒物质（particle）常会超过1000颗（每颗的最大外径0.20μm以上），particle的缺陷类型（defect type）以薄膜脱落物10（peeling defect）占主要部分，薄膜脱落物10如图2所示。

造成上述情况的发生是由于MEMS工艺的特性所决定。普通淀积0.18μm膜厚以上薄膜的淀积工艺中，炉管每个淀积工艺步骤（recipe）淀积的薄膜的膜厚不会超过0.5μm，而MEMS的炉管淀积工艺中在一个淀积工艺步骤淀积的薄膜的膜厚通常超过2μm，其膜厚是普通工艺的4倍以上。如此很容易造成薄膜的脱落，尤其当炉管膜厚累计到50μm时情况更为恶劣。

因此，如何减少炉管中的particle，提高炉管淀积工艺的质量成为一个重要的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减少炉管中颗粒的方法，通过N2带走炉管内残留的颗粒物质，并且可以通过向炉管内通入Si2H6气体使得炉管内与炉管内腔连通的部件表面淀积一层止封膜，使得炉管内尚未脱落完全的薄膜及未被N2带走的颗粒物质固定在炉管内与炉管内腔连通的部件表面，以显著降低炉管内颗粒物质的含量，提高产品质量。

为了达到上述的目的，本发明采用如下技术方案：

一种减少炉管中颗粒的方法，包括：

步骤一：向炉管中通入N2，利用N2带走炉管内部分或全部的颗粒物质；

步骤二：向炉管中通入Si2H6气体，在所述炉管中与炉管内腔连通的部件表面淀积一层止封膜。

优选的，在上述的减少炉管中颗粒的方法中，所述步骤一和所述步骤二中炉管的温度与炉管淀积工艺时的温度差小于100摄氏度。

优选的，在上述的减少炉管中颗粒的方法中，所述步骤一和所述步骤二中，炉管的温度控制在350～450摄氏度之间。

优选的，在上述的减少炉管中颗粒的方法中，所述步骤一包括：

步骤1-1：将炉管内的气压抽真空至2mTorr～10mTorr范围；

步骤1-2：向炉管中通入N2，所述N2的流速是1slm/min～5slm/min。

优选的，在上述的减少炉管中颗粒的方法中，在步骤一中，反复进行步骤1-1和步骤1-2，重复的次数为5-20次，每次的时间为15-25分钟。

优选的，在上述的减少炉管中颗粒的方法中，所述步骤二包括：

步骤2-1：将炉管内的气压抽真空至100mTorr～1torr范围内，并进行控压，使得炉管内的气压保持在至100mTorr～1torr范围之内；

步骤2-2：向炉管中通入Si2H6气体，以在所述炉管中与炉管内腔连通的部件表面淀积一层止封膜。

优选的，在上述的减少炉管中颗粒的方法中，所述步骤2-2中，向炉管中通入Si2H6气体的时间根据预淀积的止封膜的厚度来确定。

优选的，在上述的减少炉管中颗粒的方法中，所述止封膜的厚度范围是0.2μm至0.5μm。

优选的，在上述的减少炉管中颗粒的方法中，所述止封膜的厚度范围是0.3μm至0.4μm。

优选的，在上述的减少炉管中颗粒的方法中，所述止封膜的厚度是0.35μm。

优选的，在上述的减少炉管中颗粒的方法中，所述炉管用于淀积MEMS器件的薄膜。

优选的，在上述的减少炉管中颗粒的方法中，所述止封膜是非晶硅薄膜。

综上所述，本发明提供的一种减少炉管中颗粒的方法，先通过N2带走炉管内残留的颗粒物质，这些残留的颗粒物质主要是炉管内原有累积形成的薄膜脱落形成的，再向炉管内通入Si2H6气体使得炉管内与炉管内腔连通的部件表面淀积一层止封膜，使得炉管内与炉管内腔连通的部件表面上尚未完全薄膜脱落物以及一些未被N2气体带走的颗粒物质固定在炉管内与炉管内腔连通的部件表面上，从而显著降低炉管内颗粒物质的含量，可以使得炉管需要进行停机保养的薄膜厚度从50μm延长到100μm以上，从而降低炉管进行停机维护（PM）的频率，减少了炉管内部件的更换频率，极大的降低PM的成本，并且，减少了内管和外管等部件更换的频率，提高了生产效率，提高产品质量。

附图说明

本发明的一种减少炉管中颗粒的方法由以下的实施例及附图给出。

图1是MEMS器件的炉管的结构示意图；

图2是炉管内薄膜脱落的示意图；

图3是本发明一实施例的减少炉管中颗粒的方法在实施步骤一时的炉管示意图;

图4是本发明一实施例的减少炉管中颗粒的方法在实施步骤二时炉管内与炉管内腔连通的部件的剖视示意图；

图中，1-外管、2-内管、3-晶舟、4-保温基座、5-外管基座、6-加热器，7-炉管内与炉管内腔连通的部件、8-薄膜、9-止封膜、10-薄膜脱落物。

具体实施方式

以下将对本发明的减少炉管中颗粒的方法作进一步的详细描述。

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，应该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益效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，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，必须作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，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。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。

本实施例提供了一种减少炉管中颗粒的方法，用于减少炉管内与炉管内腔连通的部件7表面上的薄膜脱落形成的颗粒物质即薄膜脱落物10，包括如下步骤：

步骤一：请参阅图3，向炉管中通入N2，利用N2带走炉管内部分或者全部的颗粒物质，这些残留的颗粒物质主要是炉管内因炉管本身淀积工艺逐渐形成的薄膜8（此处称为原始的薄膜8）脱落后形成的，即薄膜脱落物10，薄膜8的成分主要有非晶硅、锗硅（SiGe)以及锗（Ge）等。如图3所示，炉管包括外管1、内管2、晶舟3、保温基座4、外管基座5，所述外管1外面设有用于加热的加热器6。图2中的炉管内与炉管内腔连通的部件7包括外管1、内管2、晶舟3、保温基座4和外管基座5。其中，所述炉管内与炉管内腔连通的部件7表面是指能够与通入炉管内的气体相接触的部件的表面。

其中，优选的，所述步骤一具体包括：

步骤1-1，将炉管内的气压抽真空至在2mTorr～10mTorr范围之内，可以采用抽气泵（pump）对炉管进行抽真空，抽到底压（base press，简称BP）。对于LPCVD的炉管底压一般在2mTorr～10mTorr范围之内。

步骤1-2，利用N2进行清洗，N2的流速是1slm/min～5slm/min，采用N2可以将炉管内残留的全部或者部分的颗粒物质带走；

其中，优选的，所述步骤一中，炉管的温度和炉管自身淀积工艺的温度差小于100摄氏度，这样可以有效避免炉管内与炉管内腔连通的部件7（主要是炉管内的内、外管）因升降温应力的作用产生大块的薄膜脱落物10，这些大块的薄膜脱落物10相对来说不容易被N2带走。

优选的，重复进行步骤1-1和步骤1-2，重复的次数为5-20次，每次的时间控制在15-25分钟。

步骤二：请参阅图4，向炉管中通入Si2H6（乙硅烷）气体，在所述炉管内与炉管内腔连通的部件的表面淀积一层止封膜9，本实施例中所述止封膜9是非晶硅薄膜，即在所述炉管内与通入炉管内的所述的Si2H6气体相接触的部件的表面淀积一层止封膜9。在步骤二中，选用Si2H6而不是硅烷（通式为SinH2n+2），是因为，硅烷更加适合在500摄氏度以上的温度。在350～450摄氏度的温度范围内，Si2H6相比硅烷活性更强、反应更加充分且淀积形成的止封膜的质量更高。

其中，优选的，所述步骤二具体包括：

步骤2-1，将炉管内的气压抽真空至100mTorr～1torr范围之内，并进行控压，使得炉管内的气压保持在至100mTorr～1torr范围之内；

步骤2-2，向炉管内通入Si2H6气体，以在所述炉管中与炉管内腔连通的部件表面淀积一层止封膜9。通过淀积形成的止封膜9可以有效把原始的薄膜8中没有脱离的部分和N2没带走的颗粒物质固定在炉管内与炉管内腔连通的部件7即炉管内与Si2H6气体相接触的部件表面上。

优选的，淀积形成的所述止封膜9的厚度范围是0.2μm至0.5μm，该0.2μm至0.5μm厚度范围的止封膜9，可以有效避免过厚的止封膜9本身容易产生脱落现象，同时可以避免过薄的止封膜9造成无法固定原始的薄膜和残留的颗粒物质在炉管内与炉管内腔连通的部件7表面上。

其中，优选的，所述步骤二中，炉管的温度和炉管自身淀积工艺的温度差小于100摄氏度。这样可以有效避免炉管内与炉管内腔连通的部件7（主要是炉管内的内管、外管）因升降温应力的作用产生大块的薄膜脱落物10。

较佳的，在上述的减少炉管中颗粒的方法中，所述步骤2-2中，向炉管中通入Si₂H₆气体的时间（淀积时间）根据预淀积的止封膜的厚度来确定，即淀积时间按照淀积的止封膜9的膜厚来确定，所述止封膜9的厚度在0.2μm至0.5μm范围内选取，具体的淀积时间根据具体厚度选值确定。

较佳的，在上述的减少炉管中颗粒的方法中，所述淀积形成的止封膜9的厚度范围是0.3μm至0.4μm。本实施例中，所述淀积形成的止封膜9的厚度范围是0.35μm。

较佳的，在上述的减少炉管中颗粒的方法中，所述步骤一和所述步骤二中，炉管的温度控制在350～450摄氏度之间。因为，炉管本身的淀积工艺的温度大约在350～450摄氏度之间。所以所述步骤一和所述步骤二中，炉管的温度控制在350～450摄氏度之间。在实际操作中，所述步骤一和所述步骤二中，炉管的温度控制在和炉管本身淀积工艺的温度一致，即如果炉管本身淀积工艺的温度是400摄氏度，那么所述步骤一和所述步骤二中，炉管的温度控制也控制在400摄氏度。

较佳的，在上述的减少炉管中颗粒的方法中，在炉管内与炉管内腔连通的部件7表面上的薄膜8的膜厚接近40μm时或者在炉管内颗粒物质不稳定时采用。

较佳的，当炉管内腔连通的部件表面上的薄膜的膜厚增长10μm时，进行所述减少炉管中颗粒的方法，效果最好。

本实例中，所述炉管用于淀积MEMS器件的薄膜。

综上所述，本发明提供的一种减少炉管中颗粒的方法，先通过N2带走炉管内残留的颗粒物质，这些残留的颗粒物质主要是炉管内原有累积形成的薄膜脱落形成的，再可以通过向炉管内通入Si2H6气体使得炉管内与炉管内腔连通的部件表面淀积一层止封膜，使得炉管内与炉管内腔连通的部件表面上尚未完全薄膜脱落物以及一些未被N2气体带走的颗粒物质封住，从而可以显著降低炉管内颗粒物质的含量，进而显著改善了颗粒物质的情况，可以使得炉管需要进行停机保养的薄膜厚度从50μm延长到了100μm以上，从而显著降低了炉管进行停机维护PM的频率，减少了炉管内部件的更换频率，极大的降低PM的成本，因为，减少了内外管等更换的频率，提高了生产效率，提高产品质量。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种减少炉管中颗粒的方法，其特征在于，包括：

步骤二：向炉管中通入Si₂H₆气体，在所述炉管中与炉管内腔连通的部件表面淀积一层止封膜。

2.根据权利要求1所述的减少炉管中颗粒的方法，其特征在于，所述步骤一和所述步骤二中炉管的温度与炉管淀积工艺时的温度差小于100摄氏度。

3.根据权利要求2所述的减少炉管中颗粒的方法，其特征在于，所述步骤一和所述步骤二中，炉管的温度控制在350～450摄氏度之间。

4.根据权利要求1所述的减少炉管中颗粒的方法，其特征在于，所述步骤一包括：

步骤1-1：将炉管内的气压抽真空至2mTorr～10mTorr范围；

步骤1-2：向炉管中通入N2，所述N2的流速是1slm～5slm。

5.根据权利要求4所述的减少炉管中颗粒的方法，其特征在于，在步骤一中，反复进行步骤1-1和步骤1-2，重复的次数为5-20次，每次的时间为15-25分钟。

6.根据权利要求1所述的减少炉管中颗粒的方法，其特征在于，所述步骤二包括：

步骤2-2：向炉管中通入Si₂H₆气体，以在所述炉管中与炉管内腔连通的部件表面淀积一层止封膜。

7.根据权利要求6所述的减少炉管中颗粒的方法，其特征在于，所述步骤2-2中，向炉管中通入Si₂H₆气体的时间根据预淀积的止封膜的厚度来确定。

8.根据权利要求7所述的减少炉管中颗粒的方法，其特征在于，所述止封膜的厚度范围是0.2μm至0.5μm。

9.根据权利要求8所述的减少炉管中颗粒的方法，其特征在于，所述止封膜的厚度范围是0.3μm至0.4μm。

10.根据权利要求9所述的减少炉管中颗粒的方法，其特征在于，所述止封膜的厚度是0.35μm。

11.根据权利要求1～10中任意一项所述的减少炉管中颗粒的方法，其特征在于，所述炉管用于淀积MEMS器件的薄膜。

12.根据权利要求1～10中任意一项所述的减少炉管中颗粒的方法，其特征在于，所述止封膜是非晶硅薄膜。