CN109957785B - 氮化硅沉积炉管及其自动去膜工艺流程优化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于半导体存储器组件领域，具体为氮化硅沉积炉管及其自动去膜工艺流程优化的方法。一种氮化硅沉积炉管，包括外石英管和内石英管，所述内石英管设置于所述外石英管内部，所述内石英管内部还设置有晶舟，所述晶舟下方设有晶舟载台，所述晶舟载台的下方设有载盘遮护垫，所述载盘遮护垫边缘设置有环形遮护部，所述环形遮护部的外径与所述载盘遮护垫的直径为对应匹配所述晶舟底端设有底座套环，所述底座套环套于所述晶舟载台上。本发明通过改进现有氮化硅沉积炉管硬件设施，避免了晶舟载台金属物质与腐蚀气体产生化学反应产生黑色微尘颗粒，进而避免了因微尘颗粒导致晶圆产品缺陷的产生，提高了产品良率。

Description

氮化硅沉积炉管及其自动去膜工艺流程优化的方法
技术领域
本发明属于半导体存储器组件领域，特别涉及内存组件装置构造流程，利用晶体管控制数位信号储存，应用于动态随机存取内存，具体为氮化硅沉积炉管及其自动去膜工艺流程优化的方法。
背景技术
由于LPCVD(Low-pressure CVD)低压化学气相沉积法氮化硅沉积炉管在日常沉积薄膜时会沉积一部分氮化硅在晶舟和内外石英管等零件上。随着处理货的批次数越来越多，残留在零件上的薄膜会越来越多，会很容易脱落到晶圆上从而产生微尘(particle)。所以机台微尘的量会随着处理货批次数的增加而增加，并且发现在定量批次后，微尘量再也不会有低点。一般情况下，LPCVD氮化硅沉积炉管在处理到定量批次后会进行周期自动去膜维护(AUTO CLN)。自动去膜维护是通过通入氟气等腐蚀性气体对残留在零件上的薄膜进行腐蚀，从而使残留的薄膜从零件上大量脱落并通过震荡等步骤送入厂务端。机台经过自动去膜维护后微尘量会降低，但随着周期自动去膜维护后机台处理货的批次数逐渐增加，微尘量会再次增加(如图1)，所以机台周期自动去膜维护会伴随着机台处理货而一直实施。
现阶段LPCVD氮化硅沉积炉管在做日常自动去膜(Auto CLN)维护时会用到大量的氟气，而氟气会腐蚀机台零部件的金属部分，产生大量黑色微尘(如图2、4、5)，气体会将微尘带到晶圆上，对这种附着微尘的晶圆进行下一步工艺处理时，由于微尘的存在，使光罩在布线时，导致抗蚀剂层(Resist)倒下而产生块蚀刻使元件失效(如图3)，进而影响产品良率。
中国发明专利一种降低双大马士革氮化硅工艺颗粒的处理方法(授权公告号CN102446833B)公开了用NF3气体清洁反应腔室，随后再在反应腔室中通入N2O气体，用等离子条件下的N2O气体除去反应腔室中所残余的氢(H)和氟(F)，达到降低DDN工艺颗粒的效果。而对于怎么优化氮化硅沉积炉管自动去膜工艺中产生的微尘颗粒，目前现有技术没有很好的方法。
发明内容
为了解决现有技术的不足，减少微尘对晶圆的影响，本发明提供一种氮化硅沉积炉管及其自动去膜工艺流程优化的方法。
为实现上述技术目的，本发明采取的具体的技术方案为，一种氮化硅沉积炉管，包括外石英管和内石英管，所述内石英管设置于所述外石英管内部，所述内石英管内部还设置有晶舟，所述晶舟下方设有晶舟载台，所述晶舟载台的下方设有载盘遮护垫，所述载盘遮护垫的直径大于所述晶舟载台的直径且大于所述内石英管的内径，所述载盘遮护垫边缘设置有环形遮护部，所述环形遮护部的外径与所述载盘遮护垫的直径为对应匹配，所述环形遮护部的外径小于所述外石英管的内径，所述环形遮护部顶部为空的，所述晶舟底端设有底座套环，所述底座套环套于所述晶舟载台上，所述外石英管设有底部进气口及排气口。
作为本发明改进的技术方案，所述进气口设于所述外石英管的一面，并且所述进气口距离氮化硅沉积炉管底部的距离小于所述环形遮护部顶部距离氮化硅沉积炉管底部的距离，所述排气口设于所述外石英管在相对应于所述进气口的另一面，所述排气口距离氮化硅沉积炉管底部的距离大于所述进气口距离氮化硅沉积炉管底部的距离。
作为本发明改进的技术方案，所述载盘遮护垫的直径介于470～490mm，所述环形遮护部的高度介于90～110mm。
作为本发明改进的技术方案，所述晶舟载台的直径介于290～310mm，所述晶舟载台的高度介于25～35mm，所述底座套环的内径介于310～330mm，所述底座套环的高度与所述晶舟载台的高度对应匹配。
本发明还提供一种氮化硅沉积炉管自动去膜工艺流程优化的方法，包括提供如权利要求1所述的一种氮化硅沉积炉管，所述方法还包括如下步骤：
步骤1：利用晶舟升降机将所述晶舟送入氮化硅沉积炉管内；
步骤2：通过所述进气口向氮化硅沉积炉管内通入氮气，随后再用泵通过所述排气口将氮气抽走，带走氮化硅沉积炉管内的微尘颗粒，然后将氮化硅沉积炉管内的压力抽到真空状态；
步骤3：经过步骤2后，将氮化硅沉积炉管内压力慢抽到5torr左右，再将压力快抽到底压，使得所述晶舟内承载的晶圆震动，并在此过程中进行降温处理；
步骤4：经过步骤3后，再从所述进气口通入腐蚀性气体A对残留在零件上的薄膜进行刻蚀；
步骤5：向氮化硅沉积炉管内再次通过所述进气口通入氮气，并通过泵从排气口将氮气抽走，带走从零件上脱落的薄膜并送入厂务端；并在此步骤中进行升温处理；
步骤6：再通过所述进气口向氮化硅沉积炉管内通入氨气，并通过泵从排气口将氨气抽走，利用氨气取代氮化硅沉积炉管内的氮气，为氮化硅覆盖做准备；
步骤7：经过步骤5和6的准备工作后，向氮化硅沉积炉管内通入混合气体B进行反应，在炉管内沉积一层四氮化三硅，并保证氮化硅沉积炉管管壁内覆盖满四氮化三硅薄膜；
步骤8：经过步骤7后，再向氮化硅沉积炉管内从所述进气口通入氮气，并用泵将氮气从所述排气口抽走，带走氮化硅沉积炉管内的微尘颗粒；
步骤9：随后持续通入氮气，将氮化硅沉积炉管内的压力通过多个回压步骤回压至大气状态，并进行降温处理；
步骤10：最后利用晶舟升降机将所述晶舟从反应氮化硅沉积炉管内卸出，完成整个自动去膜工艺流程。
作为本发明改进的技术方案，所述步骤3中所述降温是从550℃降低到400℃，以达到蚀刻对温度的要求。
作为本发明改进的技术方案，所述步骤4中所述腐蚀性气体A包含氟气和一氧化氮。
作为本发明改进的技术方案，所述氟气含量介于0.5～1.5L。
作为本发明改进的技术方案，所述一氧化氮含量介于0.5～1.5L。
作为本发明改进的技术方案，所述步骤4中所述刻蚀时间介于15～25min。
作为本发明改进的技术方案，所述步骤5中所述升温是从400℃上升到780℃，以达到氮化硅覆盖的要求。
作为本发明改进的技术方案，所述步骤7中所述混合气体B包含氨气和二氯二氢硅。
作为本发明改进的技术方案，所述步骤9中所述回压步骤次数介于3～5次。
作为本发明改进的技术方案，所述步骤9中所述降温是从780℃降低到550℃。
有益效果
首先，本发明通过改进现有氮化硅沉积炉管硬件设施，使得腐蚀气体不能直接接触晶舟载台，避免了晶舟载台金属物质与腐蚀气体产生化学反应产生黑色微尘颗粒，进而避免了因微尘颗粒导致晶圆产品缺陷的产生，提高了产品良率。
其次，由于氟气对石英材料也有腐蚀性，长时间通入大量的氟气会对改善后的载盘遮护垫和晶舟也具有一定的腐蚀，进而产生微粒颗粒，影响产品良率，本发明利用降低自动去膜维护过程中氟气流量和蚀刻时间，可以减少氟气对载盘遮护垫和晶舟的腐蚀，避免产生微尘颗粒，进一步保证产品良率。
附图说明
图1、改进前随着批处理次数增加微尘颗粒量的趋势图。
图2、改进前微尘颗粒分布图。
图3、改进前微尘颗粒导致晶圆缺陷形成示意图。
图4、改进前氮化硅沉积炉管示意图。
图5、改进前微尘颗粒形成示意图。
图6、改进后氮化硅沉积炉管示意图。
图7、改进前后载盘遮护垫示意图。
图8、改进前晶舟与载盘遮护垫结合示意图。
图9、改进前晶舟与载盘遮护垫结合示意图。
图10、改进后黑色微尘分布图。
图11、改进后刻蚀过程示意图。
图中，1、外石英管；1a、进气口；1b、排气口；2、内石英管；3、晶舟；4、晶舟载台；5、载盘遮护垫；6、晶圆；7、氟气；A：衬底；B、氮化硅层；B1、膜内缺陷；C、抗刻蚀层；8、微尘颗粒。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
从图6-9可以看出一种氮化硅沉积炉管，包括外石英管1和内石英管2，内石英管2设置于所述外石英管1内部，内石英管2内部还设置有晶舟3，晶舟3下方设有晶舟载台4，晶舟载台4的下方设有载盘遮护垫5，载盘遮护垫5的直径大于晶舟载台4的直径且大于内石英管2的内径，载盘遮护垫5边缘设置有环形遮护部5a，载盘遮护垫5的直径介于470～490mm，环形遮护部5a的高度介于90～110mm，环形遮护部5a的外径与载盘遮护垫5的直径为对应匹配，环形遮护部5a的外径小于所述外石英管1的内径，环形遮护部5a顶部为空的，晶舟3底端设有底座套环3a，晶舟载台4的直径介于290～310mm，晶舟载台4的高度介于25～35mm，底座套环3a的内径介于310～330mm，底座套环3a的高度与晶舟载台4的高度对应匹配，底座套环3a套于所述晶舟载台4上，外石英管1设有底部进气口1a及排气口1b，进气口1a设于外石英管1的一面，并且进气口1a距离氮化硅沉积炉管底部的距离小于环形遮护部5a顶部距离氮化硅沉积炉管底部的距离，排气口1b设于外石英管1在相对应于进气口1a的另一面，排气口1b距离氮化硅沉积炉管底部的距离大于进气口1a距离氮化硅沉积炉管底部的距离，这样气体从进气口1a进入，沿着载盘遮护垫5上方设置的环形遮护部5a边缘向上流动，流经外石英管1和内石英管2中间，再通过排气口1b排除，由于环形遮护部5a的存在，改变了气体流向，使得气体不能直接吹向晶舟载台4，另外由于晶舟3底端底座套环3a的存在，刚好把晶舟载台4套在底座套环3a的内部，使得气体很难直接与晶舟载台4金属物质接触，因此，避免了腐蚀气体与晶舟载台4金属物质接触发生化学反应而产生微尘颗粒。
图10是改进后氮化硅沉积炉管自动去膜工艺流程中随着批处理次数增加，微尘颗粒的分布图，从图中可以看出微尘颗粒量没有随着自动去膜工艺逐步增加，一直处于很稳定的状态，因此，避免了因微尘颗粒8增加，导致晶圆6产品附着大量微尘颗粒，从而在后续工艺中导致缺陷的产生，大大提高了产品良率，进一步降低了生产企业成本。
本发明的另一目的在于提供一种氮化硅沉积炉管自动去膜工艺流程优化的方法，包括如下步骤：
步骤1：利用晶舟升降机将晶舟3送入氮化硅沉积炉管内；
步骤2：通过进气口1a向氮化硅沉积炉管内通入氮气，随后再用泵通过排气口1b将氮气抽走，带走氮化硅沉积炉管内的微尘颗粒8，然后将氮化硅沉积炉管内的压力抽到真空状态；
步骤3：经过步骤2后，将氮化硅沉积炉管内压力慢抽到5torr左右，再将压力快抽到底压，使得晶舟3内承载的晶圆6震动，并将温度从550℃降低到400℃，以达到蚀刻对温度的要求；
步骤4：经过步骤3后，再从进气口1a通入腐蚀性气体氟气0.5～1.5L和一氧化氮0.5～1.5L对残留在零件上的薄膜进行刻蚀15～25min；
步骤5：向氮化硅沉积炉管内再次通过进气口1a通入氮气，并通过泵从排气口1b将氮气抽走，带走从零件上脱落的薄膜并送入厂务端；并将温度从400℃上升到780℃，以达到氮化硅覆盖的要求；
步骤6：再通过进气口1a向氮化硅沉积炉管内通入氨气，并通过泵从排气口1b将氨气抽走，利用氨气取代氮化硅沉积炉管内的氮气，为氮化硅覆盖做准备；
步骤7：经过步骤5和6的准备工作后，向氮化硅沉积炉管内通入混合气体氨气和二氯二氢硅进行反应，在炉管内沉积一层四氮化三硅，并保证氮化硅沉积炉管管壁内覆盖满四氮化三硅薄膜；
步骤8：经过步骤7后，再向氮化硅沉积炉管内从进气口1a通入氮气，并用泵将氮气从排气口1b抽走，带走氮化硅沉积炉管内的微尘颗粒8；
步骤9：随后持续通入氮气，将氮化硅沉积炉管内的压力通过3～5个回压步骤回压至大气状态，并将温度从780℃降低到550℃；
步骤10：最后利用晶舟升降机将晶舟3从反应氮化硅沉积炉管内卸出，完成整个自动去膜工艺流程。
由于氟气对石英材料也有腐蚀性，长时间通入大量的氟气会对改善后的载盘遮护垫5和晶舟3也具有一定的腐蚀，进而产生微粒粉尘，影响产品良率，本发明利用降低自动去膜维护工艺流程中氟气流量，从原来1.5～2.5L降低到0.5～1.5L，同时加入0.5～1.5L的一氧化氮，由于一氧化氮气体具有强氧化性，可以和残留在零件上的氮化硅薄膜反应，而对载盘遮护垫5和晶舟3基本没有腐蚀性，因此，配方中添加一氧化氮气体，既可以降低氟气流量的使用，同时保证自动去膜(Auto CLN)维护的效果，且刻蚀时间也大大缩短，从原来的40～50min降低到15～25min，可以减少氟气对载盘遮护垫5和晶舟3的腐蚀，避免产生微尘，保证产品良率，同时，节约了能源，也为企业降低了成本。
以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种氮化硅沉积炉管，包括外石英管和内石英管，所述内石英管设置于所述外石英管内部，所述内石英管内部还设置有晶舟，所述晶舟下方设有晶舟载台，其特征在于，所述晶舟载台的下方设有载盘遮护垫，所述载盘遮护垫的直径大于所述晶舟载台的直径且大于所述内石英管的内径，所述载盘遮护垫边缘设置有环形遮护部，所述环形遮护部的外径与所述载盘遮护垫的直径为对应匹配，所述环形遮护部的外径小于所述外石英管的内径，所述环形遮护部顶部为空的，所述晶舟底端设有底座套环，所述底座套环套于所述晶舟载台上，所述外石英管设有底部进气口及排气口；
所述进气口设于所述外石英管的一面，并且所述进气口距离氮化硅沉积炉管底部的距离小于所述环形遮护部顶部距离氮化硅沉积炉管底部的距离，所述排气口设于所述外石英管在相对应于所述进气口的另一面，所述排气口距离氮化硅沉积炉管底部的距离大于所述进气口距离氮化硅沉积炉管底部的距离。
2.根据权利要求1所述的氮化硅沉积炉管，其特征在于，所述载盘遮护垫的直径介于470～490mm，所述环形遮护部的高度介于90～110mm。
3.根据权利要求1所述的氮化硅沉积炉管，其特征在于，所述晶舟载台的直径介于290～310mm，所述晶舟载台的高度介于25～35mm，所述底座套环的内径介于310～330mm，所述底座套环的高度与所述晶舟载台的高度对应匹配。
4.一种氮化硅沉积炉管自动去膜工艺流程优化的方法，其特征在于，包括提供如权利要求1所述的一种氮化硅沉积炉管，所述方法还包括如下步骤：
步骤1：利用晶舟升降机将所述晶舟送入氮化硅沉积炉管内；
步骤2：通过所述进气口向氮化硅沉积炉管内通入氮气，随后再用泵通过所述排气口将氮气抽走，带走氮化硅沉积炉管内的微尘颗粒，然后将氮化硅沉积炉管内的压力抽到真空状态；
步骤3：经过步骤2后，将氮化硅沉积炉管内压力慢抽到5torr，再将压力快抽到底压，使得所述晶舟内承载的晶圆震动，并在此过程中进行降温处理；
步骤4：经过步骤3后，再从所述进气口通入腐蚀性气体A对残留在零件上的薄膜进行刻蚀；
步骤5：向氮化硅沉积炉管内再次通过所述进气口通入氮气，并通过泵从排气口将氮气抽走，带走从零件上脱落的薄膜并送入厂务端；并在此步骤中进行升温处理；
步骤6：再通过所述进气口向氮化硅沉积炉管内通入氨气，并通过泵从排气口将氨气抽走，利用氨气取代氮化硅沉积炉管内的氮气，为氮化硅覆盖做准备；
步骤7：经过步骤5和6的准备工作后，向氮化硅沉积炉管内通入混合气体B进行反应，在炉管内沉积一层四氮化三硅，并保证氮化硅沉积炉管管壁内覆盖满四氮化三硅薄膜；
步骤8：经过步骤7后，再向氮化硅沉积炉管内从所述进气口通入氮气，并用泵将氮气从所述排气口抽走，带走氮化硅沉积炉管内的微尘颗粒；
步骤9：随后持续通入氮气，将氮化硅沉积炉管内的压力通过多个回压步骤回压至大气状态，并进行降温处理；
步骤10：最后利用晶舟升降机将所述晶舟从反应氮化硅沉积炉管内卸出，完成整个自动去膜工艺流程。
5.根据权利要求4所述的氮化硅沉积炉管自动去膜工艺流程优化的方法，其特征在于，所述步骤3中所述降温是从550℃降低到400℃，以达到蚀刻对温度的要求。
6.根据权利要求4所述的氮化硅沉积炉管自动去膜工艺流程优化的方法，其特征在于，所述步骤4中所述腐蚀性气体A包含氟气和一氧化氮。
7.根据权利要求6所述的氮化硅沉积炉管自动去膜工艺流程优化的方法，其特征在于，所述氟气含量介于0.5～1.5L。
8.根据权利要求6所述的氮化硅沉积炉管自动去膜工艺流程优化的方法，其特征在于，所述一氧化氮含量介于0.5～1.5L。
9.根据权利要求4所述的氮化硅沉积炉管自动去膜工艺流程优化的方法，其特征在于，所述步骤4中所述刻蚀时间介于15～25min。
10.根据权利要求4所述的氮化硅沉积炉管自动去膜工艺流程优化的方法，其特征在于，所述步骤5中所述升温是从400℃上升到780℃，以达到氮化硅覆盖的要求。
11.根据权利要求4所述的氮化硅沉积炉管自动去膜工艺流程优化的方法，其特征在于，所述步骤7中所述混合气体B包含氨气和二氯二氢硅。
12.根据权利要求4所述的氮化硅沉积炉管自动去膜工艺流程优化的方法，其特征在于，所述步骤9中所述回压步骤次数介于3～5次。
13.根据权利要求4所述的氮化硅沉积炉管自动去膜工艺流程优化的方法，其特征在于，所述步骤9中所述降温是从780℃降低到550℃。
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