CN113231407B - 一种石英反应腔的清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种石英反应腔的清洗方法，包括以下步骤：以预设数量的保温石英封堵所述石英反应腔的炉口，所述保温石英的数量少于20片；以及以分段式时间管控方式对所述石英反应腔进行清洗。本发明通过减少保温石英的数量来减低清洗时石英反应腔的温度，使得该温度控制在目标温度范围内，避免了蚀刻气体与石英发生反应，从而避免了石英反应腔内的石英破损，提高了石英反应腔的寿命，降低设备成本，也降低了石英反应腔内的石英破损造成的颗粒残留物污染。

Description

一种石英反应腔的清洗方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种高温扩散炉的石英反应腔的清洗方法。
背景技术
炉体设备在晶圆制造业中有多种用途，热生长氧化物，包括栅氧形成，是使用炉体的一个主要原因。其他的应用有：离子注入后晶圆表面的热退火；各种淀积膜，如掺杂或不掺杂的多晶硅、氮化硅和二氧化硅等。
在掺杂多晶硅膜层时，在高温扩散炉的石英反应腔内形成多晶硅残留，这种残留在清洗石英反应腔时，由于蚀刻气体的过度蚀刻导致石英破损(例如石英反应腔内表面具有石英部件破损)，造成石英反应腔的寿命降低，增加了设备成本。如图1所示，石英反应腔内的石英破损引起在清洗后的正常作业(掺杂多晶硅膜层工艺)时，破损处向晶圆表面掉落颗粒状的残留物a，该残留物a造成了晶圆表面的颗粒残留物的污染增多。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种石英反应腔的清洗方法，可以避免清洗时出现石英反应腔内的石英破损，提高了石英反应腔的寿命，降低设备成本，也降低了石英反应腔内的石英破损造成的颗粒残留物污染。
为了解决上述问题，本发明提供一种高温扩散炉的石英反应腔的清洗方法，包括以下步骤：
以预设数量的保温石英封堵所述石英反应腔的炉口，所述保温石英的数量少于20片；以及
以分段式时间管控方式对所述石英反应腔进行清洗。
可选的，所述保温石英的数量为9片～15片。
进一步的，以分段式时间管控方式对所述石英反应腔进行清洗包括：
根据第一预设时间对所述石英反应腔的炉口处的气管的管壁进行清洗；
根据第二预设时间对所述石英反应腔的内管的部分长度的内壁进行清洗；
根据第三预设时间对所述石英反应腔的内管的部分外壁以及剩余部分的内壁进行清洗，还对外管正对炉口的部分内壁进行清洗；以及
根据第四预设时间对所述石英反应腔的外管的剩余部分进行清洗，以完成对石英反应腔的清洗。
进一步的，清洗时的蚀刻气体包括ClF3和N2的混合气体。
进一步的，在所述第一预设时间、第二预设时间和第四预设时间的清洗时，ClF3和N2的体积比为1/1，且ClF3的通入流量小于1标准升每分钟，所述反应压力小于1torr。
进一步的，在所述第三预设时间的清洗时，ClF3和N2的体积比为1/1，且ClF3的通入流量大于1标准升每分钟，所述反应压力为1torr。
进一步的，所述第一预设时间为15min～29min。
进一步的，所述第二预设时间为35min～45min。
进一步的，所述第三预设时间为大于100min。
进一步的，所述第四预设时间为50min～70min。
与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：
本发明提供一种石英反应腔的清洗方法，包括以下步骤：以预设数量的保温石英封堵所述石英反应腔的炉口，所述保温石英的数量少于20片；以及以分段式时间管控方式对所述石英反应腔进行清洗。本发明通过减少保温石英的数量来减低清洗时石英反应腔的温度，使得该温度控制在目标温度范围内，避免了蚀刻气体与石英发生反应，从而避免了石英反应腔内的石英破损，提高了石英反应腔的寿命，降低设备成本，也降低了石英反应腔内的石英破损造成的颗粒残留物污染。
进一步的，根据第一预设时间对所述石英反应腔的炉口处的气管的管壁进行清洗；根据第二预设时间对所述石英反应腔的内管的部分长度的内壁进行清洗；根据第三预设时间对所述石英反应腔的内管的部分外壁以及剩余部分的内壁进行清洗，还对外管正对炉口的部分内壁进行清洗；以及根据第四预设时间对所述石英反应腔的外管的剩余部分进行清洗，以完成对石英反应腔的清洗。(权3)本发明通过上述4次时间(4个阶段)管控来完成石英反应腔的清洗，相较于现有技术中部分采用时间管控部分采用温度管控且通过3个阶段的清洗来说，可以彻底清洗掉560℃时磷掺杂多晶硅薄膜工艺所形成的多晶硅残留。
附图说明
图1为石英反应腔内石英破损在晶圆表面出现残留物的示意图；
图2为560℃时产生的多晶硅残留在清洗时各侧热电偶的温度变化曲线；
图3a-3d为本发明一实施例的分段式时间管控对石英反应腔内壁进行清洗时的结构示意图。
附图标记说明：
a-残留物；b-多晶硅残留；
10-气管；21-内管；22-外管。
具体实施方式
以下将对本发明的一种石英反应腔的清洗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利效果。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，必须做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。
所述石英反应腔例如是石英管，所述石英反应腔在其延伸方向具有一开口，该开口为高温扩散炉的炉口，所述石英反应腔包括外管和内管，所述内管套设在所述外管内部，且内管的侧壁与外管的侧壁之间具有间隙。所述外管在所述炉口处具有开口，所述内管包括相对设置的两个开口，其中一个开口连接在所述外管的开口处，另一个开口连通所述内管外侧以及外管内侧之间的空隙与所述内管内部空间，也就是说，所述内管的另一个开口与所述石英反应腔的炉口正对的内壁之间存在间隙。所述外管和内管的材料例如均是石英材料。所述石英反应腔还包括气管，所述气管用于通入反应气体，其表面具有石英涂层。
如图3a所示，所述高温扩散炉例如是在560℃下对晶圆表面进行了磷掺杂多晶硅薄膜工艺，在该温度下掺杂时，石英反应腔内的内管21的管壁、外管22的内壁、气管10的管壁上形成多晶硅残留。而该温度下的多晶硅残留的致密性较520℃时磷掺杂多晶硅薄膜工艺所得到的多晶硅残留的致密性高，行业内还没有对560℃下的多晶硅残留的清洗经验，因此，通常采用已经具有清洗经验的520℃下的多晶硅残留的清洗工艺，而在该清洗工艺之后，多晶硅残留通常没有办法完全去除，甚至还会引起过度刻蚀导致的石英反应腔的石英破损。
为了解决这个问题，本实施例提供一种石英反应腔的清洗方法，用于高温扩散工艺，所述石英反应腔室例如是高温扩散炉的石英反应腔，其针对560℃下的石英反应腔内的多晶硅残留的去除。所述清洗方法包括以下步骤：
步骤S1：以预设数量的保温石英封堵所述石英反应腔的炉口，所述保温石英的数量少于20片；以及
步骤S2：以分段式时间管控方式对所述石英反应腔进行清洗。
以下结合图2-图3d对上述步骤进行详细的说明。
首先执行步骤S1，以预设数量的保温石英封堵所述石英反应腔的炉口，所述保温石英的数量少于20片，优选的，所述保温石英的数量为9片～15片。图2为560℃时产生的多晶硅残留在清洗时各侧热电偶的温度变化曲线。如图2所示，该图中采用的保温石英的数量为20片，由于清洗石英反应腔的过程是一个放热的过程，因此，在石英反应腔内的温度是先升温再降温的过程，在温度区域T的温度高于目标温度400℃，在该温度区域中蚀刻气体不仅与多晶硅残留物发生反应还会与石英(二氧化硅)发生反应。为了缩小温度区域T的范围，即将石英反应腔内的清洗温度降低至400℃附近，本实施例减少了保温层的厚度(即减少了保温石英的片数)，可以降低保温效果，这样就不会出现蚀刻气体与石英发生反应的问题，就不会出现石英破损的问题，从而提高了石英反应腔的寿命，降低设备成本，也降低了破损引起的颗粒残留物污染。
在本实施例中，所述石英反应腔的炉口处通过保温石英来封堵，由于所述内管、外管和气管的至少表面均为石英材料，这些石英材料上均形成了多晶硅残留物。因此，在清洗工艺中，需要清洗的部件为内管的管壁、外管的内壁、气管的管壁。
另外，需要说的是，附图3a-3d中仅示出了需要清洗的部件，其他部件因与本方案无关，因此并未画出，但并不表示该部件不存在。
接着执行步骤S2，以分段式时间管控方式对石英反应腔进行清洗。
本步骤具体包括以下步骤：
如图3a所示，步骤S21，根据第一预设时间对所述石英反应腔的炉口处的气管10的管壁进行清洗。在本实施例中，通入的蚀刻气体例如是混合气体，其可以包括ClF3和N2的混合气体，其中ClF3和N2的体积比为1/1，且ClF3的通入流量小于1标准升每分钟，例如为0.5标准升每分钟，所述反应压力小于1torr，例如为0.9torr，所述第一预设时间例如是15min～29min，具体例如为19min、20min、21min等。在本步骤中，气管壁上的多晶硅残留被清洗掉，而该过程由于反应刚刚开始，反应产生的热量较少，其温度较低，并为达到400℃。其相较于现有技术中的反应时间为30min来说，缩短了反应时间，有利于后续进行内管的管壁和外管的内壁清洗时出现过度蚀刻。
如图3b所示，步骤S22，根据第二预设时间对所述石英反应腔的内管21的部分长度的内壁进行清洗。在本实施例中，通入的蚀刻气体例如是混合气体，其可以包括ClF3和N2的混合气体，其中ClF3和N2的体积比为1/1，且ClF3的通入流量小于1标准升每分钟，例如为0.5标准升每分钟，所述反应压力小于1.5torr，例如为1torr，所述第二预设时间例如是35min～45min，具体例如为36min、38min、40min、42min等。其相较于现有技术中的反应时间为30min来说，使得在较低的蚀刻气体的通入流量的情况下，增加了清洗时间，低通入流量的反应气体在化学反应时产生较少的热量，降低了炉内温度，还有利于降低后续清洗时产生的温度，进一步有利于后续进行内管的管壁和外管的内壁清洗时出现过度蚀刻。
560℃的多晶硅残留的致密度较520℃的多晶硅残留的致密度高，使得560℃的多晶硅残留在采用温度管控的方式清洗时，ClF3与多晶硅残留的反应本身蚀刻率就会变慢，且在该步骤的清洗过程中产生大量的热量，由于温度分布不均匀，造成温度管控时致密度更高多晶硅残留在更少的时候内化学反应，从而造成反应不充分，存在多晶硅残留清洗不充分。
如图3c所示，步骤S23，根据第三预设时间对所述石英反应腔的内管21的部分外壁以及剩余部分的内壁进行清洗，还对所述外管22正对炉口的部分内壁进行清洗。
在本实施例中，通入的蚀刻气体例如是混合气体，其可以包括ClF3和N2的混合气体，其中ClF3和N2的体积比为1/1，且ClF3的通入流量大于1标准升每分钟，例如为1.8标准升每分钟，所述反应压力小于1.5torr，例如为1torr，所述第三预设时间例如是大于100min，例如为120min。其相较于现有技术中的温度管控清洗来说，本实施例的清洗通过时间管控来进行清洗，使得多晶硅残留清洗可以清洗充分，不会在清洗之后在石英反应腔上存在残留。在步骤中，由于保温石英数量的减少，减低了本步骤石英反应腔内化学反应所释放的热量，而前两步骤的清洗积累的热量少，从而降低了本步骤的石英反应腔内温度，使得温度接近目标温度400℃，没有出现反应气体与石英发生反应的现象，避免了石英破损的发生。
如图3d所示，相较于520℃的多晶硅残留的石英反应腔的清洗，本实施例新增了步骤S24，用以去除石英反应腔的外管22的剩余部分上的黑色残留物膜层。
步骤S24为根据第四预设时间对所述石英反应腔的外管22的剩余部分进行清洗，以完成对石英反应腔的清洗。
在本实施例中，通入的蚀刻气体例如是混合气体，其可以包括ClF3和N2的混合气体，其中ClF3和N2的体积比为1/1，且ClF3的通入流量小于1标准升每分钟，例如为0.5标准升每分钟，所述反应压力小于1.5torr，例如为1torr，所述第四预设时间例如是50min～70min，具体例如为50min、55min、60min、65min、70min等。本步骤采用流量的蚀刻气体可以避免蚀刻气体对适应的过度蚀刻，避免了石英破损问题的产生。
进一步的，根据第一预设时间对所述石英反应腔的炉口处的气管的管壁进行清洗；根据第二预设时间对所述石英反应腔的内管的部分长度的内壁进行清洗；根据第三预设时间对所述石英反应腔的内管的部分外壁以及剩余部分的内壁进行清洗，还对外管正对炉口的部分内壁进行清洗；以及根据第四预设时间对所述石英反应腔的外管的剩余部分进行清洗，以完成对石英反应腔的清洗。(权3)本发明通过上述4次时间(4个阶段)管控来完成石英反应腔的清洗，相较于现有技术中部分采用时间管控部分采用温度管控且通过3个阶段的清洗来说，可以彻底清洗掉560℃时磷掺杂多晶硅薄膜工艺所形成的多晶硅残留。
综上所述，本发明提供一种石英反应腔的清洗方法，包括以下步骤：以预设数量的保温石英封堵所述石英反应腔的炉口，所述保温石英的数量少于20片；以及以分段式时间管控方式对所述石英反应腔进行清洗。本发明通过减少保温石英的数量来减低清洗时石英反应腔的温度，使得该温度控制在目标温度范围内，避免了蚀刻气体与石英发生反应，从而避免了石英反应腔内的石英破损，提高了石英反应腔的寿命，降低设备成本，也降低了石英反应腔内的石英破损造成的颗粒残留物污染。
此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”的描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。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例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种石英反应腔的清洗方法，用于清洗560℃下对晶圆表面进行了磷掺杂多晶硅薄膜工艺的高温扩散炉，其特征在于，包括以下步骤：
以预设数量的保温石英封堵所述石英反应腔的炉口，所述保温石英的数量少于20片，用以将所述石英反应腔内的温度控制目标温度，所述目标温度为400℃附近；以及
以4个预设时间段的管控方式通过蚀刻气体对所述石英反应腔内的多晶硅残留进行清洗。
2.如权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，所述保温石英的数量为9片～15片。
3.如权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，以分段式时间管控方式对所述石英反应腔进行清洗包括：
根据第一预设时间对所述石英反应腔的炉口处的气管的管壁进行清洗；
根据第二预设时间对所述石英反应腔的内管的部分长度的内壁进行清洗；
根据第三预设时间对所述石英反应腔的内管的部分外壁以及剩余部分的内壁进行清洗，还对外管正对炉口的部分内壁进行清洗；以及
根据第四预设时间对所述石英反应腔的外管的剩余部分进行清洗，以完成对石英反应腔的清洗。
4.如权利要求3所述的清洗方法，其特征在于，清洗时的蚀刻气体包括ClF3和N2的混合气体。
5.如权利要求4所述的清洗方法，其特征在于，在所述第一预设时间、第二预设时间和第四预设时间的清洗时，ClF3和N2的体积比为1/1，且ClF3的通入流量小于1标准升每分钟，反应压力小于1torr。
6.如权利要求4所述的清洗方法，其特征在于，在所述第三预设时间的清洗时，ClF3和N2的体积比为1/1，且ClF3的通入流量大于1标准升每分钟，反应压力为1torr。
7.如权利要求3所述的清洗方法，其特征在于，所述第一预设时间为15min～29min。
8.如权利要求3所述的清洗方法，其特征在于，所述第二预设时间为35min～45min。
9.如权利要求3所述的清洗方法，其特征在于，所述第三预设时间为大于100min。
10.如权利要求3所述的清洗方法，其特征在于，所述第四预设时间为50min～70min。
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