CN116364805A - 半导体工艺方法和半导体工艺设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种半导体工艺方法，包括预沉积步骤和其后至少进行一次的工艺沉积步骤，预沉积步骤包括：以第一流量向工艺腔室中通入预设工艺气体，并使预设工艺气体热分解，以在工艺腔室内部结构的表面沉积形成预沉积层；工艺沉积步骤包括：以第二流量向工艺腔室中通入预设工艺气体，并使预设工艺气体热分解，以在晶圆的表面沉积形成工艺膜层；第一流量大于第二流量。在本发明中，预沉积步骤中通入预设工艺气体的第一流量大于工艺沉积步骤中通入预设工艺气体的第二流量，从而使致密的附着膜层与石英结构的表面之间间隔一层与石英件贴合不紧密且疏松的预沉积层，延长了石英件的使用寿命，本发明还提供一种半导体工艺设备。
Description
技术领域
本发明涉及半导体工艺领域，具体地，涉及一种半导体工艺方法和一种用于实现该半导体工艺方法的半导体工艺设备。
背景技术
在光伏领域，通常采用低压力化学气相沉积(Low PressureChemical VaporDeposition，LPCVD)工艺在晶圆表面形成硅沉积层(Poly-Si)来制备钝化接触结构，以保证晶圆表面电路结构的稳定性。然而，在低压力化学气相沉积工艺，硅沉积层也会同时形成在石英管、石英舟等腔室结构的表面。而硅沉积层与石英管、石英舟等石英件的热应力不同，因而在正常工艺中腔室发生升温及降温时，硅沉积层极容易导致其所附着的石英件产生隐裂、碎裂等缺陷，大大降低了石英件的使用寿命，增加了半导体工艺的工艺成本。
在现有技术中，为避免石英件的表面在气相沉积工艺中附着的硅沉积层直接与石英件接触，常在石英件的表面制作硅的氮化物(SiNx)涂层，以通过碳化硅涂层代替石英材质结构的表面。然而，碳化硅的制作成本高，且难以制备成型，无法满足目前的大产能设备需求，并且采用硅的氮化物涂层的保护方式很难实现对石英件的表面(例如石英管的内表面)进行均匀涂覆，且涂层制作成本较高，对于硅沉积层的应力释放并无明显帮助。
因此，如何提供一种能够延长石英件的使用寿命并降低半导体工艺设备的生产及维护成本的半导体工艺方法，成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在提供一种半导体工艺方法和一种用于实现该半导体工艺方法的半导体工艺设备，该半导体工艺方法能够延长石英件的使用寿命，并降低半导体工艺设备的生产成本及维护成本。
为实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种半导体工艺方法，所述半导体工艺方法包括预沉积步骤和在所述预沉积步骤后至少进行一次的工艺沉积步骤，所述预沉积步骤包括：
以第一流量向工艺腔室中通入预设工艺气体，并使所述预设工艺气体热分解，以在所述工艺腔室内部结构的表面沉积形成预沉积层；
所述工艺沉积步骤包括：
以第二流量向工艺腔室中通入所述预设工艺气体，并使所述预设工艺气体热分解，以在晶圆的表面沉积形成工艺膜层；
其中，所述第一流量大于所述第二流量。
可选地，所述预设工艺气体包括硅烷，所述预沉积层以及所述工艺膜层含有硅元素。
可选地，所述预设工艺气体包括甲硅烷，所述第一流量大于500sccm。
可选地，所述预沉积层的厚度大于100nm。
可选地，所述预沉积层的沉积速率大于5nm/min。
可选地，所述半导体工艺方法还包括在所述预沉积层的表面在所述工艺沉积步骤中积累的附着膜层的厚度超出预设厚度时，对所述工艺腔室进行除膜工艺，以去除所述工艺腔室内部结构的表面上的所述预沉积层以及所述附着膜层。
可选地，所述除膜工艺包括：
对所述工艺腔室进行升温工艺及降温工艺，以使所述预沉积层以及所述附着膜层由所述工艺腔室内部结构的表面脱落。
可选地，所述升温工艺中所述工艺腔室的升温速率大于10℃/min，所述降温工艺中所述工艺腔室的降温速率大于2℃/min。
可选地，所述预设厚度为1μm。
可选地，在所述预沉积步骤中，所述工艺的腔室温度高于550℃。
可选地，在所述预沉积步骤中，所述工艺的腔室压力大于200mtorr。
作为本发明的第二个方面，提供一种半导体工艺设备，所述半导体工艺设备包括工艺腔室和控制装置，所述控制装置用于控制所述工艺腔室实现前面所述的半导体工艺方法。
可选地，所述工艺腔室为石英管。
本发明提供的半导体工艺方法包括预沉积步骤和在预沉积步骤后至少进行一次的工艺沉积步骤，预沉积步骤中形成预沉积层所需的工艺气体与工艺沉积步骤中形成工艺膜层所需的工艺气体为同一预设工艺气体，且预沉积步骤中通入预设工艺气体的第一流量大于工艺沉积步骤中通入预设工艺气体的第二流量，从而使工艺腔室的内壁及其他结构表面在工艺沉积步骤前(即加工晶圆前)先沉积一层更疏松的预沉积层，后续每进行一次工艺沉积步骤(即每加工一片晶圆)时，均在预沉积层的表面形成附着膜层(即与工艺膜层同时形成且质地一致的膜层)，使致密的附着膜层与石英管的内壁或其他石英结构的表面之间间隔一层与石英件贴合不紧密且疏松的预沉积层，进而通过疏松的预沉积层分散并减小附着膜层向石英管等石英结构施加的作用力，有效提高工艺腔室结构的稳定性，延长了石英件的使用寿命，降低了半导体工艺设备的维护成本。
并且，本发明提供的半导体工艺方法通过与正常钝化工艺一致的工艺气体经过相似的工艺形成预沉积层，无需增加额外的涂覆工艺，在基本不增加成本的基础上实现通过预沉积层延长石英件寿命，大大降低了生产成本。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明实施例提供的半导体工艺方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的半导体工艺方法保护工艺腔室中的石英材质器件的原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供一种半导体工艺方法，如图1所示，所述半导体工艺方法包括预沉积步骤S1和在所述预沉积步骤S1后至少进行一次的工艺沉积步骤S2，所述预沉积步骤S1包括：
以第一流量向工艺腔室中通入预设工艺气体，并使所述预设工艺气体热分解，以在所述工艺腔室内部结构的表面沉积形成预沉积层；
所述工艺沉积步骤S2包括：
以第二流量向工艺腔室中通入所述预设工艺气体，并使所述预设工艺气体热分解，以在晶圆的表面沉积形成工艺膜层；
其中，所述第一流量大于所述第二流量。
作为本发明的一种可选实施方式，所述工艺腔室为石英管。
本发明的发明人在研究中发现，当采用同一工艺气体通过沉积工艺使其某一元素(例如硅元素)的原子形成沉积膜层(例如硅沉积层)时，工艺气体的流量越大、膜层的沉积速率越快，则该膜层的质地越疏松，相应地，工艺气体的流量越小、膜层的沉积速率越慢，则该膜层的质地越致密。
本发明提供的半导体工艺方法包括预沉积步骤和在预沉积步骤后至少进行一次的工艺沉积步骤，预沉积步骤中形成预沉积层所需的工艺气体与工艺沉积步骤中形成工艺膜层所需的工艺气体为同一预设工艺气体，且预沉积步骤中通入预设工艺气体的第一流量大于工艺沉积步骤中通入预设工艺气体的第二流量，从而使工艺腔室的内壁及其他结构表面在工艺沉积步骤前(即加工晶圆前)先沉积一层更疏松的预沉积层，后续每进行一次工艺沉积步骤(即每加工一片晶圆)时，均在预沉积层的表面形成附着膜层(即与工艺膜层同时形成且质地一致的膜层)，使致密的附着膜层与石英管的内壁或其他石英结构的表面之间间隔一层与石英件贴合不紧密且疏松的预沉积层，进而通过疏松的预沉积层分散并减小附着膜层向石英管等石英结构施加的作用力，有效提高工艺腔室结构的稳定性，延长了石英件的使用寿命，降低了半导体工艺设备的维护成本。
并且，本发明提供的半导体工艺方法通过与正常钝化工艺一致的工艺气体经过相似的工艺形成预沉积层，无需增加额外的涂覆工艺，在基本不增加成本的基础上实现通过预沉积层延长石英件寿命，大大降低了生产成本。
具体地，如图2所示为通过本发明实施例提供的半导体工艺方法保护工艺腔室中的石英材质器件的原理示意图，在工艺沉积步骤前，先通过预沉积步骤在石英器件100的表面形成一层疏松的预沉积层200，而后每次执行工艺沉积步骤以在晶圆表面形成致密的工艺膜层(钝化层)时，致密的附着膜层300均会积累在疏松的预沉积层200上，从而当工艺腔室进行升温或降温时，附着膜层300与石英器件100之间即便因为热应力不同而产生相对膨胀、收缩，其二者之间的预沉积层200也能够作为缓冲层对二者之间的作用力进行分散，避免应力集中导致石英器件100产生隐裂、碎裂，进而实现保护石英器件100。
作为本发明的一种可选实施方式，上述使所述预设工艺气体热分解、以及使所述预设工艺气体热分解的步骤，具体可以为加热工艺腔室，以使通入工艺腔室的气体发生热分解，即，进行低压力化学气相沉积(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，LPCVD)工艺。
作为本发明的一种可选实施方式，所述预设工艺气体包括硅烷，所述预沉积层、所述附着膜层以及所述工艺膜层含有硅元素。即，所述预沉积层、所述附着膜层以及所述工艺膜层均为硅沉积层(Poly-Si)。
在预沉积步骤以及工艺沉积步骤中，硅烷发生热分解，硅烷中的至少部分硅-氢键断开，硅原子之间结合形成硅-硅键，从而形成硅沉积层。
其中，工艺沉积步骤中通入预设工艺气体的第二流量较小，工艺膜层(及附着膜层)的沉积速率较慢，从而使大部分硅-氢键断开，进而形成硅原子密度较大的致密的硅沉积层，保证对晶圆表面电路结构的钝化效果。而在预沉积步骤中，通入预设工艺气体的第一流量较大，预沉积层的沉积速率较快，从而保留了大量的硅-氢键，使预沉积层中的氢含量提高，进而形成硅原子密度较小的疏松的硅沉积层。
在本发明的其他实施方式中，预设工艺气体也可以包括一种或多种其他含有硅元素的气体，只要该气体能够分解形成含有硅元素的粒子或粒子团，且能够使硅原子相互连接形成硅沉积层即可。
为保证反应效率，预沉积步骤中腔室温度不宜过低，例如，作为本发明的一种优选实施方式，在所述预沉积步骤中，所述工艺的腔室温度高于550℃。
为提高通过预设工艺气体热分解形成预沉积层的反应效率，作为本发明的一种优选实施方式，在所述预沉积步骤中，所述工艺的腔室压力大于200mtorr，以加快工艺气体热分解形成的粒子的运动速率。
作为本发明的一种可选实施方式，所述预设工艺气体包括甲硅烷(SiH4)，所述第一流量大于500sccm。
在本发明的其他实施方式中，预设工艺气体还可以包括乙硅烷或其他分子结构的硅烷，只要该类硅烷在温度550℃、压力200mtorr的情况下为气态即可。
为保证预沉积层的应力缓冲效果，预沉积层的厚度不宜过薄，例如，作为本发明的一种优选实施方式，所述预沉积层的厚度大于100nm(纳米)。
为保证预沉积层的疏松性，作为本发明的一种优选实施方式，所述预沉积层的沉积速率大于5nm/min(每分钟5纳米)。
为保证晶圆表面的洁净度，提高晶圆产品良率，作为本发明的一种优选实施方式，所述半导体工艺方法还包括当所述预沉积层的表面在所述工艺沉积步骤中积累的附着膜层的厚度超出预设厚度时，对所述工艺腔室进行除膜工艺，以去除所述工艺腔室内部结构的表面上的所述预沉积层以及所述附着膜层(即，执行步骤S3)。
在本发明实施例中，半导体工艺方法还包括在预沉积层的表面积累的附着膜层的厚度超出预设厚度时进行除膜工艺，从而能够有效避免附着膜层的厚度过高导致附着膜层破裂并形成粉尘、碎渣等污染物，并掉落在晶圆表面影响产品良率。
在本发明的一些实施方式中，除膜工艺可以通过酸蚀等化学方法或者刻蚀、射流等物理方法实现。
为进一步降低工艺成本，作为本发明的一种优选实施方式，所述除膜工艺包括：
对所述工艺腔室进行升温工艺及降温工艺，以使所述预沉积层以及所述附着膜层由所述工艺腔室内部结构的表面脱落。
在本发明实施例中，疏松的预沉积层与石英件之间贴合不够紧密，因而可以在升温、降温的过程中与石英件的表面脱离，从而带动预沉积层外侧在工艺沉积步骤中沉积的附着膜层一起成片脱落，实现将积累的附着膜层由石英件的表面剥离。本发明实施例通过升温工艺及降温工艺剥离附着膜层，无需向工艺腔室中引入额外的气体或液体，在降低半导体工艺设备维护成本的同时，避免了向工艺腔室中引入额外杂质，进一步保证了晶圆的表面洁净度，提高了产品良率。
如图1所示，在除膜工艺完成后，可重复执行预沉积步骤以及后续加工每片晶圆的工艺沉积步骤，直至附着膜层的厚度再次超出预设厚度。如此循环，直至石英器件无法重复使用。
为保证升温工艺及降温工艺对预沉积层及附着膜层的去除效果，作为本发明的一种优选实施方式，所述升温工艺中所述工艺腔室的升温速率大于10℃/min，所述降温工艺中所述工艺腔室的降温速率大于2℃/min。
作为本发明的一种优选实施方式，所述预设厚度为1μm(微米)，即，每沉积1微米的附着膜层，即对工艺腔室进行除膜工艺，并重新沉积预沉积层。
经实验验证，采用本发明实施例提供的半导体工艺方法保护石英件，能够使石英件的寿命由原先的3个月延长至12个月以上，有效降低石英件的使用成本及工艺成本。
作为本发明的第二个方面，提供一种半导体工艺设备，所述半导体工艺设备包括工艺腔室和控制装置，所述控制装置用于控制所述工艺腔室实现本发明实施例提供的半导体工艺方法。
在本发明提供的半导体工艺设备中，控制装置能够控制工艺腔室进行预沉积步骤和工艺沉积步骤，预沉积步骤中形成预沉积层所需的工艺气体与工艺沉积步骤中形成工艺膜层所需的工艺气体为同一预设工艺气体，且预沉积步骤中通入预设工艺气体的第一流量大于工艺沉积步骤中通入预设工艺气体的第二流量，从而使工艺腔室的内壁及其他结构表面在工艺沉积步骤前(即加工晶圆前)先沉积一层更疏松的预沉积层，后续每进行一次工艺沉积步骤(即每加工一片晶圆)时，均在预沉积层的表面形成附着膜层(即与工艺膜层同时形成且质地一致的膜层)，使致密的附着膜层与石英管的内壁或其他石英结构的表面之间间隔一层与石英件贴合不紧密且疏松的预沉积层，进而通过疏松的预沉积层分散并减小附着膜层向石英管等石英结构施加的作用力，有效提高工艺腔室结构的稳定性，延长了石英件的使用寿命，降低了半导体工艺设备的维护成本。
并且，本发明提供的半导体工艺方法通过与正常钝化工艺一致的工艺气体经过相似的工艺形成预沉积层，无需增加额外的涂覆工艺，在基本不增加成本的基础上实现通过预沉积层延长石英件寿命，大大降低了生产成本。
作为本发明的一种可选实施方式，所述工艺腔室为石英管。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种半导体工艺方法，其特征在于，所述半导体工艺方法包括预沉积步骤和在所述预沉积步骤后至少进行一次的工艺沉积步骤，所述预沉积步骤包括：
以第一流量向工艺腔室中通入预设工艺气体，并使所述预设工艺气体热分解，以在所述工艺腔室内部结构的表面沉积形成预沉积层；
所述工艺沉积步骤包括：
以第二流量向工艺腔室中通入所述预设工艺气体，并使所述预设工艺气体热分解，以在晶圆的表面沉积形成工艺膜层；
其中，所述第一流量大于所述第二流量。
2.根据权利要求1所述的半导体工艺方法，其特征在于，所述预设工艺气体包括硅烷，所述预沉积层以及所述工艺膜层含有硅元素。
3.根据权利要求2所述的半导体工艺方法，其特征在于，所述预设工艺气体包括甲硅烷，所述第一流量大于500sccm。
4.根据权利要求2所述的半导体工艺方法，其特征在于，所述预沉积层的厚度大于100nm。
5.根据权利要求2所述的半导体工艺方法，其特征在于，所述预沉积层的沉积速率大于5nm/min。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的半导体工艺方法，其特征在于，所述半导体工艺方法还包括在所述预沉积层的表面在所述工艺沉积步骤中积累的附着膜层的厚度超出预设厚度时，对所述工艺腔室进行除膜工艺，以去除所述工艺腔室内部结构的表面上的所述预沉积层以及所述附着膜层。
7.根据权利要求6所述的半导体工艺方法，其特征在于，所述除膜工艺包括：
对所述工艺腔室进行升温工艺及降温工艺，以使所述预沉积层以及所述附着膜层由所述工艺腔室内部结构的表面脱落。
8.根据权利要求7所述的半导体工艺方法，其特征在于，所述升温工艺中所述工艺腔室的升温速率大于10℃/min，所述降温工艺中所述工艺腔室的降温速率大于2℃/min。
9.根据权利要求6所述的半导体工艺方法，其特征在于，所述预设厚度为1μm。
10.一种半导体工艺设备，其特征在于，所述半导体工艺设备包括工艺腔室和控制装置，所述控制装置用于控制所述工艺腔室实现权利要求1至9中任意一项所述的半导体工艺方法。
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