CN108048819B - 一种化学气相沉积工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明技术方案公开了一种化学气相沉积工艺，包括：确定进行CVD反应时反应腔的设定压力；将气体排放管路上设置的排气阀打开至第一角度，所述第一角度为进行CVD工艺时排气阀打开的第二角度的10％～90％；在CVD反应腔内通入反应气体，至反应腔的压力达到设定压力；调整所述排气阀打开的角度至第二角度，所述角度可使反应腔内气体压力保持在设定压力；进行CVD工艺。所述工艺有效解决了气体排放管口处反应的副产物回灌问题。

Description

一种化学气相沉积工艺
技术领域
本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种化学气相沉积工艺，用于降低CVD工艺产品边缘缺陷。
背景技术
半导体制造工艺中的化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)工艺作为一种主要的成膜技术，在半导体技术中是很重要的一个模块，而且其在先进工艺中的应用也越来越广泛。
化学气相沉积是把一种或几种含有构成薄膜元素的化合物、单质气体通入放置有基体的反应室，使反应物质在气态条件下发生化学反应，借助空间气相化学反应在基体表面上沉积固态薄膜的工艺技术。
参考附图1所示，为一种CVD反应腔以及其气体排放管路的结构示意图，反应腔10中示意性包含至少一个基体材料承载装置11，用于在进行CVD反应时放置基体材料。进行CVD反应的特定反应气体可以依据CVD反应设备的不同，从反应腔的上部或者侧边通入反应腔室。反应腔中产生的反应副产物或者其他的反应气体可以通过排气管路12排出，在排气管路12上还连接有排气阀13，通过调整排气阀13开合的程度来控制气体的排出。
如图2所示，现有的CVD沉积工艺通常包括如下步骤：S1：设定反应腔进行CVD反应时的压力值；S2：在CVD反应腔内通入一定量的反应气体，同时保持与反应腔连通的气体排放管路上设置的排气阀完全关闭；S3：待反应腔内的气体压力达到设定值后，将所述的排气阀打开一定的角度，一方面用来保持反应腔的压力恒定，另一方面可以将反应腔内产生的副产物及时排出。
然而，上述的CVD工艺容易导致气体排放管路的反应生成物(参考图1中虚线所示部分)回灌至反应腔中，从而导致产品缺陷，降低产品的良率，甚至使产品有报废的风险。
发明内容
本发明技术方案要解决的技术问题是现有的CVD工艺容易导致气体排放管路的反应生成物回灌至反应腔中，从而产生产品缺陷，降低产品的良率，甚至使产品报废的问题。
为解决上述技术问题，本发明技术方案提供一种化学气相沉积工艺，包括：确定进行CVD反应时反应腔的设定压力；将气体排放管路上设置的排气阀打开至第一角度，所述第一角度为进行CVD工艺时排气阀打开的第二角度的10％～90％；在CVD反应腔内通入反应气体，至反应腔的压力达到设定压力；调整所述排气阀打开的角度至第二角度，所述第二角度可使反应腔内气体压力保持在设定压力；进行CVD工艺。
可选的，所述第一角度为进行CVD工艺时排气阀打开的第二角度的20％～60％；
更进一步，所述第一角度为进行CVD工艺时排气阀打开的第二角度的30％～40％；
可选的，所述第二角度为排气阀最大打开角度的13％～60％；
可选的，所述排气阀的最大打开角度为89°。
可选的，所述第二角度在进行CVD工艺时根据反应腔内反应气体流量，反应产物的变化即时调整。
可选的，所述排气阀为蝶阀。
与现有技术相比，本发明技术方案具有以下有益效果：通过预先将气体排放管路上设置的排气阀打开至第一角度，保证反应腔压力达到设定值之后调整第一角度值到第二角度值的瞬间，气体排出管道内的反应副产物或者未反应完全的气体以及其它杂质不会倒灌到晶圆的表面，从而避免在晶圆的边缘产生缺陷。
附图说明
图1为现有的一种CVD反应腔以及其气体排放管路的结构示意图；
图2为现有的CVD工艺；
图3为本发明一种CVD反应腔以及其气体排放管路的结构示意图；
图4为本发明一种CVD工艺。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明技术方案进行详细说明。本申请主要提供一种化学气相沉积工艺，以解决现有的CVD工艺容易导致气体排放管路的反应生成物回灌至反应腔中，从而产生产品缺陷，降低产品的良率，甚至使产品报废的问题。本申请的发明人通过理论和实践研究表明，由于CVD成膜工艺总是在特定的压力下进行的,因此，若采用现有技术的CVD工艺，在反应腔压力从0升至设定压力的过程中关闭排气阀，则后续工艺中打开排气阀时，气体排放管路内产生的反应副产物或者其他杂质总是会在控制阀打开瞬间产生的瞬时压力差下回灌向反应腔内，从而直接沉积在晶圆边缘导致产品缺陷产生，除此之外，晶圆边缘压力的变化也会导致晶圆边缘反应气体的浓度或者压力等因素产生变化，从而在晶圆边缘产生缺陷。
本申请所述的化学气相沉积工艺包括常压化学气相沉积(APCVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或者高密度等离子体化学气相沉积(HDPCVD)等。
根据化学气相沉积工艺的不同，所采用的CVD设备也各不相同。因此，参考图3，本申请中所描述的CVD反应腔以及其尾气排放管路的结构示意图，其仅仅用来示意性的表示反应腔腔体20，基体材料承载装置21以及尾气排放管路22的大致结构以及相对位置，并不用于限定本申请所涉及到的CVD反应腔的具体类型和结构。如图3所示，反应腔20中示意性的包含至少一个基体材料承载装置21，用于在进行CVD反应时放置基体材料，如空白晶圆或者已经包含有特定膜层或者器件结构的晶圆。进行CVD反应的特定反应气体可以依据CVD反应设备的不同，从反应腔的上部或者侧边通入反应腔室，并且其反应气体的通入位置并不会对本申请的工艺产生本质影响。
本申请所述CVD工艺沉积的膜层材料可以是各种半导体工艺中常用的淀积膜，比如二氧化硅、氮化硅、多晶硅等半导体材料，或者掺杂有导电粒子的半导体材料或者铝、金等金属膜。
所述的气体排放管路上还设置有排气阀23以及流量计24等。
参考图4所示，本申请所述的一种化学气相沉积工艺，主要包括：步骤S11，确定进行CVD反应时反应腔的设定压力；如本具体实施方式所述，反应腔的设定压力依据具体的CVD工艺，膜层材料，反应物气体，CVD设备等的不同而有所不同。然而，此设定压力与通入反应腔的反应物气体的流量会直接影响控制阀打开的第一角度和第二角度。CVD反应开始前，对不同的CVD设备，通过校正程序，获取所述CVD工艺中反应物气体流量和设定压力与最终反应时控制阀打开的第二角度之间的关系表。这种方式预先确定CVD工艺中第二角度的设定值范围，简化了后续工艺。
步骤S12，将气体排放管路上设置的排气阀打开至第一角度，所述第一角度为进行CVD工艺时排气阀打开的第二角度的10％～90％。一方面，所述的第一角度的设置需要保证反应腔在合理的时间内能够达到设定压力，因此其打开角度不适宜太大，否则会使反应腔难以达到设定压力或者花费过长时间才达到设定压力，从而影响生产效率；另一方面，所述的第一角度需要使气体排出管道各处的压力保持相对平衡，在反应腔压力达到设定值之后调整第一角度值到第二角度值的瞬间，气体排出管道内的反应副产物或者未反应完全的气体以及其它杂质不会倒灌到晶圆的表面，从而避免在晶圆的边缘产生缺陷。当所述第一角度设置为第二角度的10％～90％范围内时，反应腔内的压力与气体排出管道处的压力差可保证气体一直向下流动，从而大大降低了反应生成物反灌的机率。
因此，优选所述第一角度为进行CVD工艺时排气阀打开的第二角度的20％～60％；更进一步，所述第一角度为进行CVD工艺时排气阀打开的第二角度的30％～40％。优选的角度使反应腔内的压力更快的达到设定压力并更好的避免调整第一角度值到第二角度值的瞬间，气体排出管道内的反应副产物或者未反应完全的气体以及其它杂质的倒灌。
步骤S13，在CVD反应腔内通入反应气体，至反应腔的压力达到设定压力；本步骤中通入的反应气体可以是正式进行CVD工艺时所需的反应气体，也可以是为了在反应腔内进行预沉积通入的反应气体。较常见的，此处的反应气体即为正式进行CVD工艺时通入的反应气体，仅仅用于调整反应腔内的压力到达设定值。
步骤S14，调整所述排气阀打开的角度至第二角度，所述角度可使反应腔内气体压力保持在设定压力；
所述的排气阀优选为蝶阀，当正常进行CVD工艺时，所述的蝶阀通常被设置为不完全打开状态，一方面用于保持反应腔的压力恒定，另一方面可以将反应腔内产生的副产物及时排出。一般来说，所述排气阀的最大打开角度为89°。在正常进行CVD工艺时，根据CVD工艺、形成的膜层材料，反应气体材料以及反应腔体压力设定值等参数的不同来调整所述排气阀打开的较大。为了描述方便，设定正常进行CVD工艺时排气阀打开的角度为第二角度，则所述第二角度为排气阀最大打开角度的13％～60％，优选的数值例如为20％，25％，35％，40％，50％等。
在一个具体的实施例中，所述CVD工艺为PECVD，进行沉积的膜层材料为氮化硅，通入的反应气体包括SiH4，NH3以及Ar等，设定反应腔进行沉积反应时的压力范围为4torr到8torr，所述排气阀的最大打开角度为89°，则正常进行CVD反应时所述的第二角度范围为15°～45°，优选为25°～40°。
在另一个具体的实施例中，所述CVD工艺为APCVD，进行沉积的膜层材料为氮化硅，通入的反应气体包括SiH4，NF3以及Ar等，设定反应腔进行沉积反应时的压力范围为400torr至600torr，所述排气阀的最大打开角度为89°，则正常进行CVD反应时所述的第二角度范围为12°～50°。优选为25°～45°。
可选的，所述第二角度在进行CVD工艺时是根据反应腔内反应气体流量，反应产物的变化即时调整的。具体的，所述的反应腔室内设置有压力感应装置，例如腔体压力计，当其感应到反应腔内压力偏离设定的压力时，会将此压力值反馈给压力控制系统，压力控制系统随后会发出指令直接对控制阀的打开角度进行调整。反应腔内压力大于设定的压力时，则增大第二角度值，反应腔内压力小于设定的压力时，则减小第二压力值。
此外，CVD设备排气管道上设置的气体流量计通过监控气体流量，反馈到设备的控制系统，从而根据流量的变化，及时调整蝶阀开关的角度。
步骤S15，进行CVD工艺。
综上所述，本发明技术方案提供一种CVD工艺，通过调整正式的CVD工艺开始之前控制阀的打开角度，避免了气体排出管道内的反应副产物或者其他杂质污染晶圆边缘，从而避免在晶圆边缘产生缺陷，进而降低产品良率。
本发明虽然已以较佳实施方式公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种化学气相沉积工艺，其特征在于，包括：
确定进行CVD反应时反应腔的设定压力；
将气体排放管路上设置的排气阀打开至第一角度，所述第一角度为进行CVD工艺时排气阀打开的第二角度的10％～90％；
在CVD反应腔内通入反应气体，至反应腔的压力达到设定压力；
调整所述排气阀打开的角度至第二角度，所述第二角度可使反应腔内气体压力保持在设定压力；
进行CVD工艺。
2.如权利要求1所述的化学气相沉积工艺，其特征在于，所述第一角度为进行CVD工艺时排气阀打开的第二角度的20％～60％。
3.如权利要求2所述的化学气相沉积工艺，其特征在于，所述第一角度为进行CVD工艺时排气阀打开的第二角度的30％～40％。
4.如权利要求1所述的化学气相沉积工艺，其特征在于，所述第二角度为排气阀最大打开角度的13％～60％。
5.如权利要求4所述的化学气相沉积工艺，其特征在于，所述排气阀的最大打开角度为89°。
6.如权利要求1所述的化学气相沉积工艺，其特征在于，所述第二角度在进行CVD工艺时根据反应腔内反应气体流量，反应产物的变化即时调整。
7.如权利要求1所述的化学气相沉积工艺，其特征在于，所述排气阀为蝶阀。
8.如权利要求1所述的化学气相沉积工艺，其特征在于，所述的CVD工艺为常压化学气相沉积、低压化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积或者高密度等离子体化学气相沉积。
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