CN105239056B - 一种原子层沉积设备以及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体集成电路制造工艺技术领域，公开了一种原子层沉积设备，其包括基座、加热座、气体供应管道、等离子体管道以及真空泵；同时，还公开了一种原子层沉积方法，首先向硅片与基座之间的腔室中输送NF3和NH3，再通入等离子体使其转变成氟化氨和二氟化氨，氟化物与二氧化硅薄膜发生反应形成六氟硅酸铵，接着对六氟硅酸铵进行加热，使其分解为气态物并最终抽离淀积腔；本发明解决了现有背清洗工艺存在的清洗时间长、清洗不干净的问题，方法简便，可与现有的工艺相兼容，具有成本低、易于实施等优点。
Description
技术领域
本发明属于半导体集成电路制造工艺技术领域，涉及一种原子层沉积设备以及方法。
背景技术
在半导体集成电路工业中，随着半导体器件集成度的持续增加以及与这些器件相关的临界尺寸的持续减小，很多新的材料和工艺被运用到器件制造工艺中。比如，在浅沟槽隔离(STI)的填充过程中，传统的HDP技术已经无法运用，填充过程中容易出现大的空洞，从而影响到器件的性能。目前的填充工艺技术中，普遍采用原子层沉积设备(Atomic LayerDeposition；ALD)先淀积一层薄的二氧化硅，然后采用HARP工艺进行后续填充，从而防止STI的填充不产生空洞现象，提高器件的性能。采用原子层沉积技术淀积二氧化硅层可以通过控制反应周期数简单精确地控制薄膜的厚度，形成达到原子层厚度精度的薄膜；其生长的薄膜没有针孔、均匀、且对薄膜图形的保形性极好。
然而，采用原子层沉积技术淀积薄膜时，由于原子层沉积设备本身的缺陷，反应气体会从硅片的上表面流动至硅片的背面，从而导致在硅片背面也会淀积一层二氧化硅薄膜，而且硅片背面的二氧化硅薄膜均匀性较差，硅片背面存在的不均匀二氧化硅薄膜会导致后续的光刻工艺无法对准，从而影响光刻工艺的进行。
当前，为了解决该问题，通常做法是在硅片背面形成不均匀二氧化硅薄膜后，增加一道背清洗工艺，把硅片背面的多余二氧化硅薄膜去除。但由于硅片背面生长的二氧化硅薄膜的厚度无法控制，从而导致背清洗的工艺时间也无法控制，背清洗工艺时间过长，会把硅片表面的介质膜也清洗掉；背清洗时间过短，又不能把硅片背面多余的二氧化硅薄膜去除干净，无法达到理想的清洗效果。
因此，本领域技术人员亟需提供一种原子层沉积设备以及方法，以去除硅片背面不均匀二氧化硅薄膜，提高器件性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种原子层沉积设备以及方法，以去除硅片背面不均匀二氧化硅薄膜，提高器件性能。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种原子层沉积设备，用于将硅片固定于淀积腔中进行沉积工艺，包括：基座，设于硅片下方，所述基座上具有多个用于承载硅片的支撑件，所述硅片的下表面与基座的上表面具有预设间距；加热座，设于所述基座的上表面，用于对所述基座与硅片之间的气体进行加热；气体供应管道，自底部贯通所述基座向硅片背面输送气体，所述气体供应管道上具有用于控制所述气体供应管道启闭的控制阀；等离子体管道，自底部贯通所述基座向硅片背面输送等离子体，所述等离子体管道上具有用于控制所述等离子体管道启闭的控制阀；以及，真空泵，与所述淀积腔连通，用于将所述淀积腔内的气体抽离所述淀积腔。
优选的，所述气体供应管道为多个，均匀分布于所述基座的圆周方向。
优选的，所述气体供应管道上具有气体流量调节器，用于调节所述气体供应管道输送的气体流量大小。
优选的，所述等离子体管道为多个，均匀分布于所述基座的圆周方向。
优选的，所述等离子体管道上具有等离子体流量调节器，用于调节所述等离子体管道输送的等离子体流量大小。
本发明还提供一种采用上述原子层沉积设备进行的原子层沉积方法，包括以下步骤：
步骤S01，提供一硅片，所述硅片的背面在淀积过程中形成有二氧化硅薄膜；
步骤S02，通过所述气体供应管道向硅片与基座之间的腔室中输送NF3和NH3；
步骤S03，通过所述等离子体管道向硅片与基座之间的腔室中输送等离子体，以使所述NF3和NH3转变成氟化氨和二氟化氨；
步骤S04，所述氟化氨和二氟化氨与硅片背面的二氧化硅薄膜发生反应，形成六氟硅酸铵；
步骤S05，对所述六氟硅酸铵进行加热，以使其分解为气态的SiF4、NH3和HF；
步骤S06，采用所述真空泵将气态的SiF4、NH3和HF抽离所述淀积腔。
优选的，所述步骤S01中，所述二氧化硅薄膜的厚度为50～200埃。
优选的，所述步骤S02中，通入NF3的流量为5sccm～25sccm，通入NH3的流量为5sccm～25sccm。
优选的，所述步骤S03中，所述等离子体的产生功率为5～80瓦。
优选的，所述步骤S05中，对所述六氟硅酸铵进行加热的温度为20～100度。
与现有的方案相比，本发明提供了一种原子层沉积设备以及方法，首先对现有的原子层沉积设备进行改进，通过向硅片与基座之间的腔室中输送NF3和NH3，再通入等离子体使其转变成氟化氨和二氟化氨，氟化物与二氧化硅薄膜发生反应形成六氟硅酸铵，接着对六氟硅酸铵进行加热，使其分解为气态物并最终抽离淀积腔；本发明解决了现有背清洗工艺存在的清洗时间长、清洗不干净的问题，方法简便，可与现有的工艺相兼容，具有成本低、易于实施等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明中原子层沉积方法的流程示意图；
图2是本发明中原子层沉积设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
上述及其它技术特征和有益效果，将结合实施例及附图对本发明的原子层沉积设备以及方法进行详细说明。图1是本发明中原子层沉积方法的流程示意图；图2是本发明中原子层沉积设备的结构示意图。
如图2所示,本发明提供了一种原子层沉积设备，用于将硅片40固定于淀积腔中进行沉积工艺，包括基座10、加热座(图中未示出)、气体供应管道20、等离子体管道30以及真空泵(图中未示出)。
具体的，本实施例中，基座10设于硅片40下方，基座10上具有多个用于承载硅片40的支撑件11，硅片40的下表面与基座10的上表面具有预设间距；加热座设于基座10的上表面，用于对基座10与硅片40之间的气体进行加热；真空泵与淀积腔连通，用于将淀积腔内的气体抽离淀积腔。
同时，气体供应管道20自底部贯通基座10向硅片40背面输送气体，气体供应管道上20具有用于控制气体供应管道启闭的控制阀；具体的，气体供应管道20为多个，本实施例中优选为四个，均匀分布于基座10的圆周方向，此外，气体供应管道20上还可具有气体流量调节器50，用于调节气体供应管道20输送的气体流量大小。本实施例中，气体供应管道20供应的气体为NF3和NH3，NF3的流量优选为5sccm～25sccm，NH3的流量优选为5sccm～25sccm。
本实施例中的等离子体管道30自底部贯通基座10向硅片40背面输送等离子体，等离子体管道30上具有用于控制等离子体管道30启闭的控制阀；具体的，等离子体管道30为多个，均匀分布于基座10的圆周方向。此外，等离子体管道30上具有等离子体流量调节器60，用于调节等离子体管道30输送的等离子体流量大小。
如图1所示，本发明还提供一种采用上述原子层沉积设备进行的原子层沉积方法，包括以下步骤：
步骤S01，提供一硅片，硅片的背面在淀积过程中形成有二氧化硅薄膜；其中，本步骤中，二氧化硅薄膜的厚度优选为50～200埃。
步骤S02，通过所述气体供应管道向硅片与基座之间的腔室中输送NF3和NH3；其中，本步骤中，通入NF3的流量优选为5sccm～25sccm，通入NH3的流量优选为5sccm～25sccm。
步骤S03，通过所述等离子体管道向硅片与基座之间的腔室中输送等离子体，以使所述NF3和NH3转变成氟化氨和二氟化氨；其中，本步骤中，等离子体的产生功率优选为5～80瓦。
步骤S04，所述氟化氨和二氟化氨与硅片背面的二氧化硅薄膜发生反应，形成六氟硅酸铵。
步骤S05，对六氟硅酸铵进行加热，以使其分解为气态的SiF4、NH3和HF；其中，本步骤中，采用加热座对六氟硅酸铵进行加热的温度优选为20～100度。
步骤S06，采用所述真空泵将气态的SiF4、NH3和HF抽离所述淀积腔。
综上所述，本发明提供了一种原子层沉积设备以及方法，首先对现有的原子层沉积设备进行改进，通过向硅片与基座之间的腔室中输送NF3和NH3，再通入等离子体使其转变成氟化氨和二氟化氨，氟化物与二氧化硅薄膜发生反应形成六氟硅酸铵，接着对六氟硅酸铵进行加热，使其分解为气态物并最终抽离淀积腔；本发明解决了现有背清洗工艺存在的清洗时间长、清洗不干净的问题，方法简便，可与现有的工艺相兼容，具有成本低、易于实施等优点。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种原子层沉积设备，用于将硅片固定于淀积腔中在硅片的上表面进行二氧化硅层沉积工艺，其特征在于，包括：
基座，设于硅片下方，所述基座上具有多个用于承载硅片的支撑件，所述硅片的下表面与基座的上表面具有预设间距；其中，在沉积过程中，所述硅片的下表面形成一层不均匀的二氧化硅薄膜；
加热座，设于所述基座的上表面，用于对所述基座与硅片之间的气体进行加热；
气体供应管道，自底部贯通所述基座向硅片背面输送NF3和NH3气体，所述气体供应管道上具有用于控制所述气体供应管道启闭的控制阀；
等离子体管道，自底部贯通所述基座向硅片背面输送等离子体，以使所述NF3和NH3转变成氟化氨和二氟化氨；所述等离子体管道上具有用于控制所述等离子体管道启闭的控制阀；其中，所述氟化氨和二氟化氨与硅片背面的二氧化硅薄膜发生反应，形成六氟硅酸铵；所述加热座对所述六氟硅酸铵进行加热，以使其分解为气态的SiF4、NH3和HF；以及，
真空泵，与所述淀积腔连通，用于将所述淀积腔内的气体抽离所述淀积腔。
2.根据权利要求1所述的原子层沉积设备，其特征在于，所述气体供应管道为多个，均匀分布于所述基座的圆周方向。
3.根据权利要求2所述的原子层沉积设备，其特征在于，所述气体供应管道上具有气体流量调节器，用于调节所述气体供应管道输送的气体流量大小。
4.根据权利要求1所述的原子层沉积设备，其特征在于，所述等离子体管道为多个，均匀分布于所述基座的圆周方向。
5.根据权利要求4所述的原子层沉积设备，其特征在于，所述等离子体管道上具有等离子体流量调节器，用于调节所述等离子体管道输送的等离子体流量大小。
6.一种采用权利要求1-5任一所述的原子层沉积设备进行的原子层沉积方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S01，提供一硅片，在所述硅片上表面进行二氧化硅层沉积工艺，此时，所述硅片的背面在淀积过程中形成有一层不均匀的二氧化硅薄膜；
步骤S02，通过所述气体供应管道向硅片与基座之间的腔室中输送NF3和NH3；
步骤S03，通过所述等离子体管道向硅片与基座之间的腔室中输送等离子体，以使所述NF3和NH3转变成氟化氨和二氟化氨；
步骤S04，所述氟化氨和二氟化氨与硅片背面的二氧化硅薄膜发生反应，形成六氟硅酸铵；
步骤S05，对所述六氟硅酸铵进行加热，以使其分解为气态的SiF4、NH3和HF；
步骤S06，采用所述真空泵将气态的SiF4、NH3和HF抽离所述淀积腔。
7.根据权利要求6所述的原子层沉积方法，其特征在于，所述步骤S01中，所述二氧化硅薄膜的厚度为50～200埃。
8.根据权利要求6所述的原子层沉积方法，其特征在于，所述步骤S02中，通入NF3的流量为5sccm～25sccm，通入NH3的流量为5sccm～25sccm。
9.根据权利要求6所述的原子层沉积方法，其特征在于，所述步骤S03中，所述等离子体的产生功率为5～80瓦。
10.根据权利要求6所述的原子层沉积方法，其特征在于，所述步骤S05中，对所述六氟硅酸铵进行加热的温度为20～100℃。
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