CN115527838A - 一种等离子体处理工艺 - Google Patents
一种等离子体处理工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115527838A CN115527838A CN202211295546.5A CN202211295546A CN115527838A CN 115527838 A CN115527838 A CN 115527838A CN 202211295546 A CN202211295546 A CN 202211295546A CN 115527838 A CN115527838 A CN 115527838A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- processing process
- plasma processing
- substrate
- plasma
- reaction cavity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 70
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 title description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 97
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 67
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 50
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 28
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims abstract description 24
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 claims abstract description 19
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 29
- 206010037544 Purging Diseases 0.000 claims description 28
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 10
- XPDWGBQVDMORPB-UHFFFAOYSA-N Fluoroform Chemical compound FC(F)F XPDWGBQVDMORPB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910018503 SF6 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- RWRIWBAIICGTTQ-UHFFFAOYSA-N difluoromethane Chemical compound FCF RWRIWBAIICGTTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 6
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 6
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 claims description 6
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- QKCGXXHCELUCKW-UHFFFAOYSA-N n-[4-[4-(dinaphthalen-2-ylamino)phenyl]phenyl]-n-naphthalen-2-ylnaphthalen-2-amine Chemical compound C1=CC=CC2=CC(N(C=3C=CC(=CC=3)C=3C=CC(=CC=3)N(C=3C=C4C=CC=CC4=CC=3)C=3C=C4C=CC=CC4=CC=3)C3=CC4=CC=CC=C4C=C3)=CC=C21 QKCGXXHCELUCKW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- SFZCNBIFKDRMGX-UHFFFAOYSA-N sulfur hexafluoride Chemical compound FS(F)(F)(F)(F)F SFZCNBIFKDRMGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229960000909 sulfur hexafluoride Drugs 0.000 claims description 6
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 abstract description 9
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 abstract description 9
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 47
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 18
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 7
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 6
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 6
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 5
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- YUCFVHQCAFKDQG-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound F[CH] YUCFVHQCAFKDQG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010668 complexation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000005092 sublimation method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
- H01L21/02318—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
- H01L21/02337—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a gas or vapour
- H01L21/0234—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a gas or vapour treatment by exposure to a plasma
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
- C30B23/02—Epitaxial-layer growth
- C30B23/025—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
- C30B25/186—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate being specially pre-treated by, e.g. chemical or physical means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3105—After-treatment
- H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
- H01L21/31105—Etching inorganic layers
- H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
- H01L21/31116—Etching inorganic layers by chemical means by dry-etching
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
本发明公开了一种等离子体处理工艺，包括步骤：a)将基片放置于基座上；b)向反应腔通入预处理气体，基座的温度为100℃‑140℃，反应腔的压力为0.01Torr‑10Torr，去除基片的氧化层；c)去除基片的氧化层结束，停止通入预处理气体；其中，所述预处理气体包括含氢等离子体和含氟等离子体。本发明提供了合适的工艺窗口，使工艺气体与氧化层结合形成氨基络合物和氨基络合物的升华能够同步在同一个腔室内进行，提高了工艺效率，缩短了工艺时间。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体领域，具体涉及一种等离子体处理工艺。
背景技术
外延工艺已广泛应用于半导体器件中，其应用的场景很多，例如：随着各种半导体器件性能需求的不断增加，传统的单晶硅晶圆片已难以满足。目前常用的解决方案是在单晶硅晶圆基片上外延生长各类新单晶层，提高器件的性能。但由于基片表面易形成一层自然氧化层(SiO2)，需要将该氧化层去除，以便于后续外延生长高质量新单晶层。
现有技术中，去除基片的氧化层的方法一般包含两个步骤：先在基片表面形成副产物，再对基片进行热退火，使副产物升华，以去除副产物。由于两个步骤对温度的要求不同，故两个步骤只能在同一个腔室内分步进行，或在不同腔室内交替进行，工艺时间长、处理效率低，且温度调节缓慢，时间成本高。
发明内容
本发明的目的是解决去除基片氧化层效率低、步骤多、耗时长的问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种等离子体处理工艺，包括步骤：
a)将基片放置于基座上；
b)向反应腔通入预处理气体，基座的温度为100℃-140℃，反应腔的压力为0.01Torr-10Torr，去除基片的氧化层；
c)去除基片的氧化层结束，停止通入预处理气体；
其中，所述预处理气体包括含氢等离子体和含氟等离子体。
可选地，所述步骤b)中，基座的温度为110℃-120℃，反应腔的压力为1Torr-5Torr。
可选地，在所述步骤b)中，预处理气体与基片表面作用形成氨基络合物的同时，所述氨基络合物升华。
可选地，所述含氢等离子体由第一管路通入所述反应腔；
所述含氟等离子体由第二管路通入所述反应腔；
所述含氢等离子体和含氟等离子体在所述反应腔内混合。
可选地，所述含氢等离子体为氨气(NH3)、二氨(N2H4)中的任意一种或几种。
可选地，所述含氟等离子体为三氟化氮(NF3)、氟化氢(HF)、氟化碳(CF4)、三氟甲烷(CHF3)、二氟甲烷(CH2F2)、氟甲烷(CH3F)、六氟化硫(SF6)中的任意一种或几种。
可选地，所述含氢等离子体为氨气(NH3)，含氟等离子体为氟化氢(HF)。
可选地，氧化层去除效率为100s去除
可选地，在步骤a)前，还包括吹扫步骤，所述吹扫步骤包括吹扫所述基座、所述反应腔体和/或反应腔壁的步骤。
可选地，所述吹扫步骤为通入氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)、氪气(Kr)、氙气(Xe)、氢气(H2)或氮气(N2)中的任意一种或几种吹扫所述基座、所述反应腔体和/或反应腔壁，吹扫时间5s-50s，反应腔压力为1Torr-10Torr。
可选地，停止通入预处理气体，将反应腔的压力抽至0.01Torr-10Torr。
可选地，在所述步骤c)后，还包括二次吹扫步骤，所述二次吹扫步骤包括二次吹扫所述基座、所述反应腔体和/或反应腔壁的步骤。
可选地，所述二次吹扫步骤为通入氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)、氪气(Kr)、氙气(Xe)、氢气(H2)或氮气(N2)中的任意一种或几种吹扫所述反应腔体和/或反应腔壁，吹扫时间5s-50s，反应腔压力为1Torr-10Torr。
可选地，所述基座包括：基座本体及设于所述基座本体上的支架；
所述支架用于支撑基片，所述支架能够向远离或靠近所述基座本体的方向移动；
所述基座本体内设有加热器，用于加热基片。
可选地，所述支架包括依次排列的第一支脚、第二支脚和第三支脚，所述支架为山形结构。
可选地，所述第二支脚的长度大于第一支脚、第三支脚的长度，第一支脚和第三支脚的长度相等。
可选地，所述第二支脚覆盖所述基座本体的中心。
可选地，所述基座还包括顶针，所述顶针连接所述支架，用于抬升所述支架，使所述支架向远离所述基座本体的方向运动，或
下降所述支架，使所述支架向靠近所述基座本体的方向运动。
可选地，所述顶针个数为至少三个。
可选地，所述基座还包括升降机构，所述升降机构连接所述顶针，能够抬升或下降所述顶针。
可选地，所述基座本体部分凹陷，所述支架位于所述基座本体的凹陷区域内。
可选地，在所述步骤b)和/或步骤c)中，通过使支架远离或靠近所述基座本体来控制支架与基座本体的距离，调节所述距离来控制基片的温度。
本发明的有益效果为：
(1)针对现有技术中通过等离子体去除基片上氧化层的方法，本发明提供了合适的工艺窗口和工艺气体，使工艺气体与氧化层结合形成氨基络合物和氨基络合物的升华能够在温度、压力的工艺窗口下，同步在同一个腔室内进行，提高了工艺效率，缩短了工艺时间。
(2)在本发明的压力范围内，工艺温度较低，因此有利于降低工艺过程的能耗，同时防止半导体器件的损坏。
(3)本发明还提供了可升降的支架，在反应腔温度保持不变的前提下，通过升降支架，使基片靠近或远离包含加热器的基座本体，以灵活控制基片的温度。
附图说明
图1为本发明去除基片表面氧化层的过程示意图。
图2为本发明提供的等离子体处理工艺流程图。
图3为本发明提供的基座结构示意图。
图4为本发明提供的基座本体和支架的俯视图。
图5本发明提供的等离子体装置结构示意图。
图中，1-基片，2-基座本体，20-加热器，3-支架，31-第一支脚，32-第二支脚，33-第三支脚，4-顶针，5-反应腔，6-基座，7-等离子体反应源，8-第一管路，9-第二管路。
具体实施方式
下面将结合附图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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”“下”“左”“右”“垂直”“水平”“内”“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”“第二”“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
现有技术中，去除基片表面形成的自然氧化层(SiO2)的方法步骤复杂，该方法先在低温条件下通入气体，气体吸附在氧化层上，与氧化层形成副产物，再对基片进行热退火，使副产物升华，以去除副产物。低温吸附形成副产物和高温退火升华副产物对温度的要求不同，故基片只能在同一个腔室内经历先低温、后高温的处理过程，腔室的温度需要反复调节；或者提供温度不同的腔室，使基片先在低温腔室内形成副产物，再转移至高温腔室中退火升华，两个步骤之间额外增加了转移基片的过程。因此，现有的去除氧化层工艺的两个步骤，无论是在同一个腔室中调节温度、分步进行，还是在两个腔室内转移基片、交替进行，都存在工艺时间长、处理效率低的问题。
本发明通过在特定的温度和压力条件下，形成了特定的副产物，该副产物在所述特定的温度和压力条件下形成时同时升华，本发明的方法形成副产物的步骤和升华副产物的步骤能够同步在同一个腔室内进行。温度过高，气体刚通入反应腔就会立刻挥发，难以和氧化层作用；对于温度和压力的选择，温度过低，生成的副产物难以升华，氧化层的去除量小。在工艺温度窗口内，调节压力的范围，有利于降低工艺温度，因此可以降低能耗，同时减小半导体器件损坏的风险。本发明的工艺过程中，控制处理时间，可调控去除的氧化层的厚度，使氧化层能够持续被去除。
如图1-2所示，本发明提供了一种等离子体处理工艺，包括步骤：
a)将基片放置于基座上；
b)向反应腔通入预处理气体；所述预处理气体包括含氢等离子体和含氟等离子体；基座的温度为100℃-140℃，反应腔的压力为0.01Torr-10Torr，去除基片的氧化层；
c)去除基片的氧化层结束，停止通入预处理气体。
在所述步骤b)中，基片表面的氧化层吸附预处理气体，并与预处理气体作用形成氨基络合物，同时，所述氨基络合物在基座温度的作用下升华，使氧化层不断被去除，如图1所示。在步骤b)中，基座的温度为100℃-140℃、反应腔的压力0.01Torr-10Torr，基片表面未被去除的氧化层仍能够继续与持续通入反应腔中的预处理气体作用，且生成氨基络合物并同步升华，。
在一些实施例中，在所述步骤a)之前，还包括基座升温步骤，所述步骤将基座的温度升温至工艺温度，例如100℃-140℃。基座升温后，使基座保持在工艺温度不变(例如100℃-140℃)，去除基片的氧化层。优选地，进一步调整反应腔压力，所述反应腔的压力为1Torr-5Torr，在该压力范围内，可以保证工艺温度为110℃-120℃，在该工艺温度窗口下，氨基络合物的形成速率和刻蚀速率达到了平衡，且该工艺温度较低，降低了能耗，同时减小了半导体器件损坏的风险。在本发明提供的温度和压力条件下，氧化层去除效率为100s去除
因此，本领域技术人员能够据此控制反应时间，使氧化层完全去除。另外，步骤a)之前进行基座升温步骤有利于节省升温的工艺时间，从而节省总体的时间。
在一些实施例中，所述含氢等离子体由第一管路通入所述反应腔；所述含氟等离子体由第二管路通入所述反应腔；所述含氢等离子体和含氟等离子体在所述反应腔内混合。含氢等离子体和含氟等离子混合反应的时间很短，从不同管路分别将两种等离子体通入反应腔、等离子体在反应腔内混合，即可无需考虑等离子体混合反应的速率或等离子体通入时间，使两种等离子体能够持续通入反应腔内。
在一些实施例中，所述含氢等离子体为氨气(NH3)、二氨(N2H4)中的任意一种或几种。所述含氟等离子体为三氟化氮(NF3)、氟化氢(HF)、氟化碳(CF4)、三氟甲烷(CHF3)、二氟甲烷(CH2F2)、氟甲烷(CH3F)、六氟化硫(SF6)氟中的任意一种或几种。进一步优选地，所述含氢等离子体为氨气(NH3)，含氟等离子体为氟化氢(HF)。
在一些实施例中，在步骤a)前，还包括吹扫步骤，所述吹扫步骤包括吹扫所述基座、所述反应腔体和/或反应腔壁的步骤。所述吹扫步骤为通入氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)、氪气(Kr)、氙气(Xe)、氢气(H2)或氮气(N2)中的任意一种或几种吹扫所述基座、所述反应腔体和/或反应腔壁，吹扫时间5s-50s，反应腔压力为1Torr-10Torr。优选地，吹扫时间10s-20s，反应腔压力为2Torr-6Torr。
在一些实施例中，停止通入预处理气体后，将反应腔抽至0.01Torr-10Torr，该压力应当低于步骤b)中的反应腔压力，以将残余气体和氨基络合物升华气体完全抽走，保持腔体的清洁，优选地，将反应腔的压力抽至1Torr-2Torr。
在一些实施例中，在所述步骤c)后，还包括二次吹扫步骤，所述二次吹扫步骤包括二次吹扫所述基座、所述反应腔体和/或反应腔壁的步骤。所述二次吹扫步骤为通入氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)、氪气(Kr)、氙气(Xe)、氢气(H2)或氮气(N2)中的任意一种或几种吹扫所述反应腔体和/或反应腔壁，吹扫时间5s-50s，反应腔压力为1Torr-10Torr。优选地，吹扫时间10s-20s，反应腔压力为2Torr-6Torr。
如图3和图4所示，本发明还提供了一种基座6，包括基座本体2及设于所述基座本体2上的支架3。所述支架3用于支撑基片1，所述支架3能够向远离或靠近所述基座本体2的方向移动；所述基座本体2内设有加热器20，用于加热基片1。
在一些实施例中，所述支架3包括依次排列的第一支脚31、第二支脚32和第三支脚33，所述支架3为山形结构，既能够升降基片1，也便于通过机械臂的机械手借助相邻支脚间的空隙抓取基片1。所述第二支脚32的长度大于第一支脚31、第三支脚33的长度，第一支脚31和第三支脚33的长度相等，第一支脚31和第三支脚33的长度L1等于基座本体2的半径的长度，所述第二支脚32的长度至少覆盖所述基座本体2的中心，可选的，第二支脚32的长度等于基座本体2的直径的长度，因此支架3在移动过程中，基片1不容易从支架3上掉落，维持了基片1的稳定性，同时防止了基片1的热形变或重力引起的形变，且不易划伤基片1。
在一些实施例中，所述基座还包括顶针4，所述顶针4的一端连接所述支架3，用于抬升所述支架3，使所述支架3向远离所述基座本体2的方向运动(如图3的(b)所示)，或下降所述支架3，使所述支架3向靠近所述基座本体2的方向运动。所述顶针4个数为至少三个，使第一支脚31、第二支脚32和第三支脚33上至少分别连接一个顶针4，保证支架3升降过程中的稳定性。
在一些实施例中，所述基座还包括升降机构，所述升降机构连接所述顶针4，能够抬升或下降所述顶针4。
在一些实施例中，所述基座本体2部分凹陷，所述支架3位于所述基座本体2的凹陷区域内。如图3的(a)所示，使用前，支架3下降至最低处，此时支架3的上表面和基座本体2的上表面处于同一平面上，基座的上表面整体为一平滑表面，基片1放置在支架3上时，不会与基座的上表面摩擦而产生颗粒物，污染反应腔。
在一些实施例中，在所述步骤b)和/或步骤c)中，通过使支架3远离或靠近所述基座本体2来控制支架与基座本体的距离，调节所述距离来控制基片1的温度。例如，在步骤b)中，控制支架与基座本体的距离可以快速控制基片1的温度，由于基片1的加热是通过设置在基座本体2内的加热器20实现的，且加热器20在升温或降温时会导致过升或过降，比如工艺温度是110℃，但是加热器20在加热升温时，温度很难在到达110℃就立刻停止，这时只要将支架3升起一段距离，距离越大，支架3上基片1的温度受基座本体的影响就越小，因此可以根据距离的大小精确控制基片1的温度，实现了温度的精确调整，且节省了时间。另外，步骤b)中，将工艺温度和压力调整至合适的工艺窗口后一般保持不变，但也不排除可能出现的温度过高不利于吸附或温度过低不利于升华的情况，通过本发明提供的可升降支架3，温度过高时支架3远离所述基座本体2，温度过低时支架3靠近所述基座本体2，无需反复调整温度和压力就能够实现吸附和升华过程的动态调控。在步骤c)中，停止通入预处理气体后，可以立刻将支架3从基座本体2上升起，达到距离最大位置处，从而快速实现基片1的降温，节省时间，同时最大距离处，也是基片1的取片位置。
实施例
如图5所示，本实施例的等离子体装置包括反应腔5，反应腔5内的底部设有承载基片1的基座6，反应腔5的顶部设有等离子体反应源7。第一管路8的出口端与等离子体反应源7连通，第二管路9的出口端与反应腔5的侧壁连通。其中，基座6采用图3-5所示的基座。第一管路8和第二管路9的出口端错开，有利于防止含氢等离子体和含氟等离子体提前反应。
具体工作步骤：
吹扫步骤：反应腔5压力为5Torr，通入氩气(Ar)先吹扫基座10s，再吹扫反应腔体和反应腔壁10s，使反应腔5内保持清洁。
步骤a)：将基片1放置于基座6上。
步骤b)：向反应腔5通入预处理气体；所述预处理气体包括含氢等离子体和含氟等离子体，基座6的温度为110℃，反应腔5的压力为3Torr，去除基片1的氧化层；
本实施例在步骤b)中，通入预处理气体前，先将保护性气体通入等离子体反应源7中，施加射频放电功率，使保护性气体起辉，进入等离子状态，待保护性气体稳定后，降低射频放电功率，使之达到正常值。再将等离子状态的保护性气体通过反应腔5内的喷淋头吹入反应腔5内基座6的上方，关闭等离子体反应源7。其中，保护性气体为氩气(Ar)。
将含氢气体从第一管路8经等离子体反应源7，由喷淋头通入反应腔5内基座6的上方，含氢气体为氨气(NH3)；同时，将含氟气体从第二管路9直接从反应腔5侧壁通入反应腔5内，含氟气体为氟化氢(HF)。此时，反应腔5中包含等离子状态的保护性气体氩气(Ar)、氨气(NH3)和氟化氢(HF)。随后，部分氨气(NH3)被带电等离子体氩气(Ar)撞击，形成等离子状态的氨气(NH3)，与剩余氨气(NH3)构成混合氢源；部分氟化氢(HF)被带电等离子体氩气(Ar)撞击，形成等离子状态的氟化氢(HF)，与剩余氟化氢(HF)构成混合氟源。氢源和氟源组成的混合气体与基片1表面的氧化层发生作用，形成易挥发的固态副产物氨基络合物，氨基络合物为(NH4)2SiF6，(NH4)2SiF6很容易升华，在一定的工艺温度窗口内，该氨基络合物(NH4)2SiF6形成时便升华，因此无需像现有技术一样，先低温形成副产物，然后升温退火将副产物升华的步骤。
本例中，基座6的温度为110℃，并保持该温度不变，反应腔5压力为3Torr，达到稳定的氧化层去除效率，根据氧化层去除速率可控制氧化层的厚度，直至氧化层被完全去除。
在本实施例步骤b)的温度和压力下，持续通入氨气(NH3)和氟化氢(HF)，已形成的氨基络合物的升华和新氨基络合物的形成能够同步进行。若温度过高，预处理气体与氧化层结合形成的氨基络合物较少，可通过升降机构抬升顶针，顶针抬升支架，使支架向远离基座本体的方向运动，以降低基片1的温度；若温度过低，形成的氨基络合物难以升华，可通过升降机构降低顶针，顶针降低支架，使支架向靠近基座本体的方向移动，以升高基片1的温度。
步骤c)：去除基片1的氧化层结束，停止通入预处理气体。
停止通入预处理气体后，将反应腔5压力抽至1Torr，以将残余气体和氨基络合物升华气体完全抽走，保持腔体的清洁。
二次吹扫步骤：反应腔5压力为5Torr，通入氩气(Ar)先吹扫反应腔体和反应腔壁10s，再吹扫基座10s，使反应腔内保持清洁。可选的，在停止通入预处理气体后，可将支架3从基座本体2上升起，达到距离最大位置处，从而快速实现基片1的降温。
综上所述，本发明提供了一种等离子体处理工艺，在特定的温度和压力条件下，使形成副产物的步骤和升华副产物的步骤能够同步在同一个腔室内同步进行。另外，在本发明的压力范围内，有利于降低工艺过程的能耗，同时防止半导体器件的损坏。工艺过程中，仅需控制处理时间，即可调控去除的氧化层的厚度，使氧化层能够持续被去除。不仅如此，可升降的支架可以快速调节基片的温度。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (22)
1.一种等离子体处理工艺，其特征在于，包括步骤：
a)将基片放置于基座上；
b)向反应腔通入预处理气体，基座的温度为100℃-140℃，反应腔的压力为0.01Torr-10Torr，去除基片的氧化层；
c)去除基片的氧化层结束，停止通入预处理气体；
其中，所述预处理气体包括含氢等离子体和含氟等离子体。
2.如权利要求1所述的等离子体处理工艺，其特征在于，
所述步骤b)中，基座的温度为110℃-120℃，反应腔的压力为1Torr-5Torr。
3.如权利要求1所述的等离子体处理工艺，其特征在于，
在所述步骤b)中，预处理气体与基片表面作用形成氨基络合物的同时，所述氨基络合物升华。
4.如权利要求1所述的等离子体处理工艺，其特征在于，
所述含氢等离子体由第一管路通入所述反应腔；
所述含氟等离子体由第二管路通入所述反应腔；
所述含氢等离子体和含氟等离子体在所述反应腔内混合。
5.如权利要求1所述的等离子体处理工艺，其特征在于，
所述含氢等离子体为氨气(NH3)、二氨(N2H4)中的任意一种或几种。
6.如权利要求1所述的等离子体处理工艺，其特征在于，
所述含氟等离子体为三氟化氮(NF3)、氟化氢(HF)、氟化碳(CF4)、三氟甲烷(CHF3)、二氟甲烷(CH2F2)、氟甲烷(CH3F)、六氟化硫(SF6)中的任意一种或几种。
7.如权利要求1所述的等离子体处理工艺，其特征在于，
所述含氢等离子体为氨气(NH3)，含氟等离子体为氟化氢(HF)。
8.如权利要求1所述的等离子体处理工艺，其特征在于，
氧化层去除效率为100s去除
9.如权利要求1所述的等离子体处理工艺，其特征在于，
在步骤a)前，还包括吹扫步骤，所述吹扫步骤包括吹扫所述基座、所述反应腔体和/或反应腔壁的步骤。
10.如权利要求9所述的等离子体处理工艺，其特征在于，
所述吹扫步骤为通入氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)、氪气(Kr)、氙气(Xe)、氢气(H2)或氮气(N2)中的任意一种或几种吹扫所述基座、所述反应腔体和/或反应腔壁，吹扫时间5s-50s，反应腔压力为1Torr-10Torr。
11.如权利要求1所述的等离子体处理工艺，其特征在于，
停止通入预处理气体，将反应腔的压力抽至0.01Torr-10Torr。
12.如权利要求1所述的等离子体处理工艺，其特征在于，
在所述步骤c)后，还包括二次吹扫步骤，所述二次吹扫步骤包括二次吹扫所述基座、所述反应腔体和/或反应腔壁的步骤。
13.如权利要求12所述的等离子体处理工艺，其特征在于，
所述二次吹扫步骤为通入氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)、氪气(Kr)、氙气(Xe)、氢气(H2)或氮气(N2)中的任意一种或几种吹扫所述反应腔体和/或反应腔壁，吹扫时间5s-50s，反应腔压力为1Torr-10Torr。
14.如权利要求1所述的等离子体处理工艺，其特征在于，所述基座包括：基座本体及设于所述基座本体上的支架；
所述支架用于支撑基片，所述支架能够向远离或靠近所述基座本体的方向移动；
所述基座本体内设有加热器，用于加热基片。
15.如权利要求14所述的等离子体处理工艺，其特征在于，所述支架包括依次排列的第一支脚、第二支脚和第三支脚，所述支架为山形结构。
16.如权利要求15所述的等离子体处理工艺，其特征在于，所述第二支脚的长度大于第一支脚、第三支脚的长度，第一支脚和第三支脚的长度相等。
17.如权利要求16所述的等离子体处理工艺，其特征在于，
所述第二支脚覆盖所述基座本体的中心。
18.如权利要求14所述的等离子体处理工艺，其特征在于，
所述基座还包括顶针，所述顶针连接所述支架，用于抬升所述支架，使所述支架向远离所述基座本体的方向运动，或
下降所述支架，使所述支架向靠近所述基座本体的方向运动。
19.如权利要求18所述的等离子体处理工艺，其特征在于，
所述顶针个数为至少三个。
20.如权利要求18所述的等离子体处理工艺，其特征在于，
所述基座还包括升降机构，所述升降机构连接所述顶针，能够抬升或下降所述顶针。
21.如权利要求14所述的等离子体处理工艺，其特征在于，所述基座本体部分凹陷，所述支架位于所述基座本体的凹陷区域内。
22.如权利要求14所述的等离子体处理工艺，其特征在于，在所述步骤b)和/或步骤c)中，通过使支架远离或靠近所述基座本体来控制支架与基座本体的距离，调节所述距离来控制基片的温度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211295546.5A CN115527838A (zh) | 2022-10-21 | 2022-10-21 | 一种等离子体处理工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211295546.5A CN115527838A (zh) | 2022-10-21 | 2022-10-21 | 一种等离子体处理工艺 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115527838A true CN115527838A (zh) | 2022-12-27 |
Family
ID=84702791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211295546.5A Pending CN115527838A (zh) | 2022-10-21 | 2022-10-21 | 一种等离子体处理工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115527838A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116759297A (zh) * | 2023-08-23 | 2023-09-15 | 上海陛通半导体能源科技股份有限公司 | 一种连续制备低温氮化硅薄膜中降低晶圆表面温度的方法 |
-
2022
- 2022-10-21 CN CN202211295546.5A patent/CN115527838A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116759297A (zh) * | 2023-08-23 | 2023-09-15 | 上海陛通半导体能源科技股份有限公司 | 一种连续制备低温氮化硅薄膜中降低晶圆表面温度的方法 |
| CN116759297B (zh) * | 2023-08-23 | 2023-11-03 | 上海陛通半导体能源科技股份有限公司 | 一种连续制备低温氮化硅薄膜中降低晶圆表面温度的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5217501A (en) | Vertical wafer heat treatment apparatus having dual load lock chambers | |
| JP7195060B2 (ja) | 基板処理方法及び基板処理装置 | |
| US9362149B2 (en) | Etching method, etching apparatus, and storage medium | |
| JP4263410B2 (ja) | オートドーピングおよび後面ハローがないエピタキシャルシリコンウエハ | |
| JP3954833B2 (ja) | バッチ式真空処理装置 | |
| WO2015115002A1 (ja) | 微細パターンの形成方法、半導体装置の製造方法、基板処理装置及び記録媒体 | |
| JP6418794B2 (ja) | 改質処理方法及び半導体装置の製造方法 | |
| JP2009239056A (ja) | 熱処理装置および処理システム | |
| JP2007142442A (ja) | シリコン基板の高速昇降温処理（ｒｔｐ）方法 | |
| US20170186634A1 (en) | Substrate processing apparatus | |
| JP2011176095A (ja) | 半導体装置の製造方法及び基板処理方法及び基板処理装置 | |
| JPH01301589A (ja) | 半導体材料のエピタキシャル成長方法 | |
| JP2008235309A (ja) | 基板処理装置、基板処理方法および記録媒体 | |
| CN115527838A (zh) | 一种等离子体处理工艺 | |
| JPWO2014192870A1 (ja) | 基板処理装置、半導体装置の製造方法および基板処理方法 | |
| WO2019019939A1 (zh) | 蚀刻方法和蚀刻系统 | |
| TW202201512A (zh) | 蝕刻方法及蝕刻裝置 | |
| JP2010109335A (ja) | シリコン酸化膜の除去方法及び処理装置 | |
| KR20080063751A (ko) | 반도체의 표면 처리법 | |
| CN105185700B (zh) | 超薄栅氧的制备方法 | |
| JP2007134379A (ja) | 基板処理装置，基板処理方法及び記録媒体 | |
| JP5547425B2 (ja) | ウェーハを処理するプロセスおよび装置 | |
| WO2008042590A2 (en) | Batch reaction chamber employing separate zones for radiant heating and resistive heating | |
| CN115394642A (zh) | 一种硅晶圆表面氧化层的清洁处理工艺 | |
| JP3287308B2 (ja) | 酸化膜の作製方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |