CN111826632A - 一种非晶硅薄膜的沉积方法及沉积设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非晶硅薄膜的沉积方法及沉积设备，其中沉积方法包括：在半导体晶圆片沉积前利用流体喷洗半导体晶圆片，所述流体的喷射压力大于预设压力值；检验喷洗处理后的半导体晶圆片的表面的颗粒，直到所述半导体晶圆片的表面的颗粒数量小于预设数量时，停止所述利用流体喷洗半导体晶圆片的操作；清洗CVD机台沉积腔体，并在所述沉积腔体中沉积预设厚度的非晶硅薄膜，进行覆盖保护；将半导体晶圆片通过CVD机台的传送机构，传入所述沉积腔体进行非晶硅薄膜沉积。本发明能解决薄膜脱膜的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造化学气相沉积领域，特别涉及一种非晶硅薄膜的沉积方法及沉积设备。
背景技术
晶圆级化学气相沉积(CVD)非晶硅(amorphous siliconα-Si)长膜工艺是采用Plasma(电浆-等离子电子云)解离气体并在衬底(通常是晶圆)上沉积薄膜的技术。外界电场的激励下使反应气体电离形成等离子体，在等离子体内部及衬底表面，发生一系列复杂的物理化学反应，在用辉光放电分解SiH4制备非晶硅薄膜。沉积的非晶硅薄膜具有高电阻温度系数、低的热导性、良好的机械性能和可采用与硅集成工艺完全兼容的方法制备的优点。
微机电系统(MEMS)是集微传感器、微执行器和控制电路、接口、通信等于一体的微型器件。MEMS是一项革命性的新技术，广泛应用于高新技术产业，是一项关系到国家的科技发展、经济繁荣和国防安全的关键技术。MEMS侧重于超精密机械加工，涉及微电子、材料、力学、化学、机械学诸多学科领域。它的学科面涵盖微尺度下的力、电、光、磁、声、表面等物理、化学、机械学的各分支。常见的产品包括MEMS加速度计、MEMS麦克风、微马达、微泵、MEMS光学传感器、MEMS压力传感器、MEMS陀螺仪、MEMS湿度传感器、MEMS气体传感器等,以及它们的集成产品。
在MEMS工艺中，非晶硅薄膜应用在各种器件当中，为电子器件提供独特的性能。非晶硅薄膜可以在硅晶圆基底上进行沉积，常会遇到非晶硅薄膜Peeling(脱膜)的现象，通过实验发现，与晶圆Particle(颗粒)强相关。颗粒位置易导致薄膜鼓起和脱落，而通常的晶圆表面喷洗后直接沉积的工艺，不能满足非晶硅沉积对颗粒的严苛要求，所以需要开发新的新的非晶硅薄膜沉积工艺，来解决非晶硅薄膜脱膜的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提供一种非晶硅薄膜的沉积方法，以解决薄膜脱膜的问题。
具体而言，本发明提供一种非晶硅薄膜的沉积方法，包括：在半导体晶圆片沉积前利用流体喷洗半导体晶圆片，所述流体的喷射压力大于预设压力值；
检验喷洗处理后的半导体晶圆片的表面的颗粒，直到所述半导体晶圆片的表面的颗粒数量小于预设数量时，停止所述利用流体喷洗半导体晶圆片的操作；
清洗CVD机台沉积腔体，并在所述沉积腔体中沉积预设厚度的非晶硅薄膜，进行覆盖保护；
将半导体晶圆片通过CVD机台的传送机构，传入所述沉积腔体进行非晶硅薄膜沉积。
进一步地，在所述将半导体晶圆片通过CVD机台的传送机构，传入所述沉积腔体进行非晶硅薄膜沉积的步骤之后还包括：
清洗CVD机台沉积腔体，并在所述沉积腔体中沉积预设厚度的非晶硅薄膜，进行覆盖保护。
进一步地，所述在半导体晶圆片沉积前利用流体喷洗半导体晶圆片的步骤包括：
在半导体晶圆片沉积前，利用位于半导体晶圆片的片表面上方的喷头将清洗液喷洒到该半导体晶圆片的片表面，对半导体晶圆片的片表面进行清洗。
进一步地，所述喷头的喷嘴离半导体晶圆片距离在10～20mm，所述半导体晶圆片在喷洗时的旋转速度为2000～4000rmp，以对半导体晶圆片的片表面进行清洗。
进一步地，所述预设压力值为15Mpa，所述流体的喷射压力还小于25Mpa。
进一步地，所述颗粒的尺径小于0.2um，所述预设数量为50颗。
进一步地，所述清洗CVD机台沉积腔体的步骤包括：
使用气体C2F6和O2比例范围在1:2～2:1之间，在1000～2500W的高功率和5～10mTorr压力下，清洗CVD机台沉积腔体10～30s。
进一步地，所述在所述沉积腔体中沉积预设厚度的非晶硅薄膜，进行覆盖保护的步骤包括：
在所述沉积腔体中沉积500～2000A厚度的非晶硅薄膜，覆盖在腔体表面。
根据另一方面，本发明提供一种非晶硅薄膜的沉积设备，包括：
喷洗装置，在半导体晶圆片沉积前利用流体喷洗半导体晶圆片，所述流体的喷射压力大于预设压力值；
检验装置，检验喷洗处理后的半导体晶圆片的表面的颗粒，直到所述半导体晶圆片的表面的颗粒数量小于预设数量时，促使所述喷洗装置停止所述利用流体喷洗半导体晶圆片的操作；
沉积装置，清洗CVD机台沉积腔体，并在所述沉积腔体中沉积预设厚度的非晶硅薄膜，进行覆盖保护；
传送装置，将半导体晶圆片通过CVD机台传入所述沉积腔体进行非晶硅薄膜沉积。
在半导体晶圆片沉积前，喷洗装置利用位于半导体晶圆片的片表面上方的喷头将清洗液喷洒到该半导体晶圆片的片表面，对半导体晶圆片的片表面进行清洗。
进一步地，所述喷头的喷嘴离半导体晶圆片距离在10～20mm，所述半导体晶圆片在喷洗时的旋转速度为2000～4000rmp，以对半导体晶圆片的片表面进行清洗。
进一步地，所述预设压力值为15Mpa，所述流体的喷射压力还小于25Mpa。
进一步地，所述颗粒的尺径小于0.2um，所述预设数量为50颗。
进一步地，清洗CVD机台沉积腔体包括：使用气体C2F6和O2比例范围在1:2～2:1之间，在1000～2500W的高功率和5～10mTorr压力下，清洗CVD机台沉积腔体10～30s。
进一步地，所述沉积腔体中沉积预设厚度的非晶硅薄膜，进行覆盖保护包括：在所述沉积腔体中沉积500～2000A厚度的非晶硅薄膜，覆盖在腔体表面。
本发明的非晶硅薄膜的沉积方法采用首先在半导体晶圆片沉积前利用流体喷洗半导体晶圆片，所述流体的喷射压力大于预设压力值；其次，检验喷洗处理后的半导体晶圆片的表面的颗粒，直到所述半导体晶圆片的表面的颗粒数量小于预设数量时，停止所述利用流体喷洗半导体晶圆片的操作；再次清洗CVD机台沉积腔体，并在所述沉积腔体中沉积预设厚度的非晶硅薄膜，进行覆盖保护；将半导体晶圆片通过CVD机台的传送机构，传入所述沉积腔体进行非晶硅薄膜沉积，沉积后的非晶硅薄膜表面均匀平坦，避免出现脱膜现象。
附图说明
并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。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，可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的非晶硅薄膜的沉积方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的非晶硅薄膜的沉积方法中的高压喷洗的示意图；以及
图3为本发明实施例提供的非晶硅薄膜的沉积设备的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为本发明实施例提供的非晶硅薄膜的沉积方法的流程图。如图1所示，一种非晶硅薄膜的沉积方法，其特征在于，包括：
步骤101：在半导体晶圆片沉积前利用流体喷洗半导体晶圆片，所述流体的喷射压力大于预设压力值；采用改进后的高压喷洗处理的晶圆，其可以清除晶圆片表面0.2um水准的小粒径颗粒残留；
步骤102：检验喷洗处理后的半导体晶圆片的表面的颗粒，直到所述半导体晶圆片的表面的颗粒数量小于预设数量时，停止所述利用流体喷洗半导体晶圆片的操作；
步骤103：清洗CVD机台沉积腔体，并在所述沉积腔体中沉积预设厚度的非晶硅薄膜，进行覆盖保护；采用沉积前机台腔体需要做清洗+预覆盖处理，可以防止腔体沉积时，腔体壁上有颗粒掉落在晶圆片上的问题；
步骤104：将半导体晶圆片通过CVD机台的传送机构，传入所述沉积腔体进行非晶硅薄膜沉积。
优选地，在步骤104之后还包括：
清洗CVD机台沉积腔体，并在所述沉积腔体中沉积预设厚度的非晶硅薄膜，进行覆盖保护。沉积后机台腔体需要再次做腔体清洗和预沉积覆盖保护的处理，为下一片晶圆沉积做准备
优选地，步骤101可以包括：
在半导体晶圆片沉积前，利用位于半导体晶圆片的片表面上方的喷头将清洗液喷洒到该半导体晶圆片的片表面，对半导体晶圆片的片表面进行清洗。
进一步优选地，所述喷头的喷嘴离半导体晶圆片距离在10～20mm，所述半导体晶圆片在喷洗时的旋转速度为2000～4000rmp，以对半导体晶圆片的片表面进行清洗。所述预设压力值为15Mpa，所述流体的喷射压力还小于25Mpa。所述颗粒的尺径小于0.2um，所述预设数量为50颗。
优选地，步骤103可以包括：
首先，使用气体C2F6和O2比例范围在1:2～2:1之间，在1000～2500W的高功率和5～10mTorr压力下，清洗CVD机台沉积腔体10～30s；
其次，在所述沉积腔体中沉积500～2000A厚度的非晶硅薄膜，覆盖在腔体表面。
本实施例是在晶圆沉积前对晶圆清洗处理和机台腔体清洁保护处理来控制颗粒水准，达到改善非晶硅粒，解决薄膜脱膜的问题。
首先，沉积前对晶圆清洗采用一种改良后的高压喷洗。高压清洗指通过位于半导体晶圆片表面上方的喷头将清洗液喷洒到该晶圆片表面，对晶圆片表面进行清洗。晶圆清洗使用去离子水进行清洗，本实施例将正常的晶圆旋转喷洗时的旋转速度从1000rmp(转/分钟)提高2000～4000rmp范围，喷嘴的压力从10Mpa提高到15～25Mpa范围，喷嘴离晶圆距离需控制在10～20mm范围。可有效改善颗粒(Particle)清洗的效果，控制清洗后0.2um粒径的颗粒(Particle)数目<50颗。
其次，沉积前对CVD机台沉积腔体进行电浆清洗和膜层覆盖保护的处理。首先使用洁净气体C2F6和O2比例范围在1:2～2:1之间，在1000～2500W的高功率和5～10mTorr压力下进行10～30s的腔体清洗，去除腔体之前使用时覆盖的残留物；清洗后需要再次再沉积500～2000A厚度的非晶硅薄膜，覆盖在腔体表面，这样可以使腔体内有缺陷的地方被均匀膜层覆盖保护，防止腔体沉积时，腔体壁上产生颗粒掉落在晶圆片上。
图2为本发明实施例提供的非晶硅薄膜的沉积方法中的高压喷洗的示意图。如图2所示，本实施例提出一种非晶硅薄膜的沉积方法，其首先将需要沉积非晶硅薄膜的晶圆放入清洗机中，使用改进后的高压喷洗进行清洗；其次将清洗完的晶圆放入检测机台，确认清洗后0.2um颗粒数目是否小于50颗，否则重新清洗；再次在晶圆沉积前，CVD机台使用电浆进行10～30s的腔体清洗，然后在腔体内再沉积500～2000A厚度的非晶硅薄膜，进行覆盖保护，最后将晶圆通过机台传送机构，传入腔体进行非晶硅薄膜沉积，沉积后的非晶硅薄膜表面均匀平坦，进行OM(光学显微镜)检验，没有发现脱膜现象；再进行表面颗粒检测，0.2um颗粒数目也能做到小于50颗，满足工艺的需求。
图3为本发明实施例提供的非晶硅薄膜的沉积设备300的结构示意图。沉积设备300包括：喷洗装置301、检验装置302、沉积装置303以及传送装置304。其中喷洗装置301，在半导体晶圆片沉积前利用流体喷洗半导体晶圆片，所述流体的喷射压力大于预设压力值。检验装置302，检验喷洗处理后的半导体晶圆片的表面的颗粒，直到所述半导体晶圆片的表面的颗粒数量小于预设数量时，促使所述喷洗装置停止所述利用流体喷洗半导体晶圆片的操作。沉积装置303，清洗CVD机台沉积腔体，并在所述沉积腔体中沉积预设厚度的非晶硅薄膜，进行覆盖保护。传送装置304，将半导体晶圆片通过CVD机台传入所述沉积腔体进行非晶硅薄膜沉积。
在半导体晶圆片沉积前，喷洗装置301利用位于半导体晶圆片的片表面上方的喷头将清洗液喷洒到该半导体晶圆片的片表面，对半导体晶圆片的片表面进行清洗。喷头的喷嘴离半导体晶圆片距离在10～20mm，所述半导体晶圆片在喷洗时的旋转速度为2000～4000rmp，以对半导体晶圆片的片表面进行清洗。预设压力值为15Mpa，所述流体的喷射压力还小于25Mpa。所述颗粒的尺径小于0.2um，所述预设数量为50颗。
其中，清洗CVD机台沉积腔体包括：使用气体C2F6和O2比例范围在1:2～2:1之间，在1000～2500W的高功率和5～10mTorr压力下，清洗CVD机台沉积腔体10～30s。沉积腔体中沉积预设厚度的非晶硅薄膜，进行覆盖保护包括：在所述沉积腔体中沉积500～2000A厚度的非晶硅薄膜，覆盖在腔体表面。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
Claims (10)
1.一种非晶硅薄膜的沉积方法，其特征在于，包括：
在半导体晶圆片沉积前利用流体喷洗半导体晶圆片，所述流体的喷射压力大于预设压力值；
检验喷洗处理后的半导体晶圆片的表面的颗粒，直到所述半导体晶圆片的表面的颗粒数量小于预设数量时，停止所述利用流体喷洗半导体晶圆片的操作；
清洗化学气相沉积CVD机台沉积腔体，并在所述沉积腔体中沉积预设厚度的非晶硅薄膜，进行覆盖保护；
将半导体晶圆片通过CVD机台的传送机构，传入所述沉积腔体进行非晶硅薄膜沉积。
2.如权利要求1所述的非晶硅薄膜的沉积方法，其特征在于，在所述将半导体晶圆片通过CVD机台的传送机构，传入所述沉积腔体进行非晶硅薄膜沉积的步骤之后还包括：
清洗CVD机台沉积腔体，并在所述沉积腔体中沉积预设厚度的非晶硅薄膜，进行覆盖保护。
3.如权利要求1或2所述的非晶硅薄膜的沉积方法，其特征在于，所述在半导体晶圆片沉积前利用流体喷洗半导体晶圆片的步骤包括：
在半导体晶圆片沉积前，利用位于半导体晶圆片的片表面上方的喷头将清洗液喷洒到该半导体晶圆片的片表面，对半导体晶圆片的片表面进行清洗。
4.如权利要求3所述的非晶硅薄膜的沉积方法，其特征在于，所述喷头的喷嘴离半导体晶圆片距离在10～20mm，所述半导体晶圆片在喷洗时的旋转速度为2000～4000rmp，以对半导体晶圆片的片表面进行清洗。
5.如权利要求4所述的非晶硅薄膜的沉积方法，其特征在于，所述预设压力值为15Mpa，所述流体的喷射压力还小于25Mpa。
6.如权利要求5所述的非晶硅薄膜的沉积方法，其特征在于，所述颗粒的尺径小于0.2um，所述预设数量为50颗。
7.如权利要求6所述的非晶硅薄膜的沉积方法，其特征在于，所述清洗CVD机台沉积腔体的步骤包括：
使用气体C2F6和O2比例范围在1:2～2:1之间，在1000～2500W的高功率和5～10mTorr压力下，清洗CVD机台沉积腔体10～30s。
8.如权利要求7所述的非晶硅薄膜的沉积方法，其特征在于，所述在所述沉积腔体中沉积预设厚度的非晶硅薄膜，进行覆盖保护的步骤包括：
在所述沉积腔体中沉积500～2000A厚度的非晶硅薄膜，覆盖在腔体表面。
9.一种非晶硅薄膜的沉积设备，包括：
喷洗装置，在半导体晶圆片沉积前利用流体喷洗半导体晶圆片，所述流体的喷射压力大于预设压力值；
检验装置，检验喷洗处理后的半导体晶圆片的表面的颗粒，直到所述半导体晶圆片的表面的颗粒数量小于预设数量时，促使所述喷洗装置停止所述利用流体喷洗半导体晶圆片的操作；
沉积装置，清洗CVD机台沉积腔体，并在所述沉积腔体中沉积预设厚度的非晶硅薄膜，进行覆盖保护；
传送装置，将半导体晶圆片通过CVD机台传入所述沉积腔体进行非晶硅薄膜沉积。
10.根据权利要求9所述的沉积设备，还包括，在半导体晶圆片沉积前，喷洗装置利用位于半导体晶圆片的片表面上方的喷头将清洗液喷洒到该半导体晶圆片的片表面，对半导体晶圆片的片表面进行清洗。
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