專利名稱：減少反應室顆粒的工藝方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造技術領域，特別涉及一種減少反應室顆粒的工藝 方法。
技術背景隨著器件關鍵尺寸的縮小，對晶片表面玷污的控制變得越來越關鍵。如 果在生產(chǎn)過程中引入了顆粒等污染源，就可能引起電路的開路或斷路，因而 在半導體工藝制造中，如何避免在工藝制造中的污染是必須要關注的問題。隨著生產(chǎn)中設備自動化程度的提高，人員與產(chǎn)品的交互變少，防止生產(chǎn)中帶 來顆粒的重點已更多地放到了生產(chǎn)設備所產(chǎn)生的顆粒上面。如設備長期工作 后，其內部各組件上會積累一些附著物，該附著物，尤其是靠近反應氣體入口的反應室(chamber)內表面及位于反應室頂部的氣體分流器等處所積累的附 著物很可能會脫落、轉移到晶片上，從而導致對晶片的顆粒玷污，使得生產(chǎn) 的成品率降低。在各種生產(chǎn)設備中，化學氣相沉積(CVD, Chemical Vapor Deposition ) 設備的顆粒污染問題是關注的重點之一，這是由其工作原理所決定的?；瘜W 氣相沉積設備通常會用于形成氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅等薄膜， 沉積時，向反應室內通入氣態(tài)的含有形成薄膜所需的原子或分子的化學物質， 該化學物質在反應室內混合并發(fā)生反應，最終在晶片表面聚集形成希望形成 的固態(tài)薄膜和氣態(tài)產(chǎn)物。在這一薄膜形成過程中，除了在晶片表面形成薄膜 外，必然也會在反應室的內壁表面積累附著物。因此，在多次沉積后，當內 壁上的附著物較厚時，易因附著物發(fā)生脫落，對沉積室和晶片造成玷污，形 成晶片上的缺陷，降低產(chǎn)品的成品率。圖l為說明現(xiàn)有技術中因顆粒玷污造成 刻蝕結果不正常的器件剖面圖，如圖1所示，對襯底101上的薄膜102進行刻蝕 時，若晶片表面平整沒有缺陷，刻蝕開孔103的邊緣整齊，圖形完整；但若晶 片表面存在顆粒104，則會導致刻蝕開孔105的邊緣變形嚴重，而這一刻蝕圖 形的變形，會造成器件性能下降，成品率降低。為此，在生產(chǎn)中，通常都會在反應室運作一段預定時間或反應室內污染 到一定的預定程度后，對反應室進行在位清洗，通入可與附著物發(fā)生反應的
氣體去除部分附著物，以減輕污染程序。另外，因在位清洗方法不能徹底去 除反應室內的附著物，在運作較長一段時間后，仍需對反應室進行濕法清洗 以較為徹底地消除附著物。而在濕法清洗后， 一般需對反應室進行一暖機程序(seasonprocess),以使反應室內部環(huán)境恢復穩(wěn)定，然后才能進入正常的生產(chǎn) 使用。兩種清洗方法中，在位清洗的效果有限，但對生產(chǎn)的影響較??；濕法 清洗清洗效果較好，但所需時間較長，會導致設備利用率和生產(chǎn)效率降低， 希望有保證產(chǎn)品質量的情況下，能盡量減少濕法清洗的次數(shù)。而實踐中發(fā)現(xiàn)， 機臺在運作過程中，還未達到預計的濕法清洗時機，但因維修或生產(chǎn)安排暫 停生產(chǎn)一段時間后，即使僅有一個小時，再次投入生產(chǎn)時，在晶片的表面也 會落有大量的顆粒。并且在利用試片進行多次在位清洗和暖機后，該顆粒污 染現(xiàn)象仍不會消失，只有在對反應室進行徹底的清洗、暖機后，才能再次正 式投入生產(chǎn)，導致設備利用率和生產(chǎn)效率的降低。申請?zhí)枮?2143321.6的中國專利申請公開了一種減少反應室雜質含量的 方法，該方法在對反應室進行定期的清洗后，利用不同于制造程序的材料在 反應室的內表面形成一層保護層，該保護層在生產(chǎn)制造程序與反應室內表面 之間起到隔離作用，可以減少因生產(chǎn)制造程序與反應室內表面發(fā)生反應而產(chǎn) 生的顆粒雜質數(shù)；然后，執(zhí)行一次制造程序，完成暖機操作，再進入正式的 生產(chǎn)運行。但是，該申請所公開的方法只是應用于反應室清洗后，阻止的是 制造程序與反應室內表面間的相互作用，其應用范圍較窄。且該方法對于前 面所述的設備運作一段時間后，還不應進行濕法清洗時所出現(xiàn)的顆粒問題， 也沒有提出對應的解決方案。 發(fā)明內容本發(fā)明提供了 一種減少反應室顆粒的工藝方法，通過在反應室內部形成 一層粘附阻擋層，減少了反應室內脫落的顆粒數(shù)量，改善了現(xiàn)有的反應室在 生產(chǎn)運作過程中出現(xiàn)的顆粒污染問題。本發(fā)明提供的 一 種減少反應室顆粒的工藝方法，包括步驟將至少一片表面含有粘附阻擋材料的晶片傳入所述反應室中；對所述反應室進行加熱和抽真空處理；對所述晶片進行等離子體處理；取出所述晶片。其中，所述粘附阻擋材料為銅、鋁、鈦、銀、金材料中的任一種。其中，所述反應室加熱的溫度在250至500°C之間；所述抽真空處理實 現(xiàn)反應室的壓力維持在2至5Torr之間。其中，所述等離子體處理時通入的氣體為氨氣、氦氣氬氣中的任一種或 兩種的組合。其中，所述等離子體處理時通入流量在500至1000sccm之間的氨氣，及 流量在1000至2000sccm之間的氦氣。此外，還可以在將所述晶片傳入所述反應室之前，增加一步對反應室進 行在位清潔或濕法清洗的處理。其中，所述在位清潔處理的溫度在250至500°C之間；反應室壓力在2 至5Torr之間。并在所述在位清潔處理過程中通入了氟化氮和氬氣，且所述氟 化氮的流量在2000至5000sccm之間；所述氬氣的流量在3000至8000sccm 之間。其中，所述反應室可以為等離子體化學氣相沉積反應室。 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明的減少反應室顆粒的工藝方法，利用離子化的氣體對表面含有粘 附阻擋材料的晶片進行處理，使得該晶片上的該種材料飛揚至反應室內表面 上形成一層粘附阻擋層。 一方面利用該層較強的粘附性，可以將反應室內的 顆粒雜質粘附在反應室內壁上，另一方面，還可以利用該層將生產(chǎn)過程中產(chǎn) 生的顆粒雜質隔離阻擋在該層之下，從兩個方面阻止反應室內顆粒的脫落， 有效降低了顆粒污染的數(shù)量。經(jīng)本發(fā)明方法處理后的反應室，對生產(chǎn)運作過 程中，因設備暫停生產(chǎn)而出現(xiàn)的反應室顆粒污染較為嚴重的問題，有明顯改 善。本發(fā)明的工藝方法易于實現(xiàn)，無需進行額外的濕法清洗工作，經(jīng)本發(fā)明 工藝方法處理后的設備，可以直接投入生產(chǎn)使用，在確保生產(chǎn)成品率的前提 下，提高了設備的利用率和生產(chǎn)效率。


圖2為等離子體化學氣相沉積設備的結構示意圖；圖3為本發(fā)明的減少反應室顆粒的工藝方法的流程圖； 圖4為利用本發(fā)明工藝方法處理前后的晶片上顆并立纟汰測試結果。
具體實施方式
為4吏本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖 對本發(fā)明的具體實施方式
估文詳細的i兌明。本發(fā)明的處理方法可被廣泛地應用到許多應用中，而不應理解為僅僅適 用于對化學氣相沉積反應室的處理，對其它設備減少顆粒污染方面的問題， 本發(fā)明的方法也同樣可以適用。下面是通過較佳的實施例對本發(fā)明的處理方 法加以具體說明，當然本發(fā)明并不局限于該具體實施例，本領域內的普通技 術人員所熟知的一般的替換無疑地涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內。本發(fā)明的第一實施例，是對用于生長碳化硅(SiC)薄膜的等離子體化學 氣相沉積反應室進行減少顆粒污染的處理。圖2為等離子體化學氣相沉積設 備的結構示意圖，如圖2所示，該設備主要包括反應室201,射頻電源202, 氣體供給裝置207，真空系統(tǒng)208，與射頻電源202相連的上、下電極203和 204，支撐臺205,以及氣體電離化腔室206和氣體分流器210。在該設備生 長薄膜過程中，先將晶片放置在支撐臺205上，利用加熱系統(tǒng)(圖中未示出) 和真空系統(tǒng)208對系統(tǒng)進行加熱和抽真空的處理，然后，再通過氣體供給裝 置207將反應氣體通入氣體電離化腔室206進行離子化處理，再將離子化后 的氣體經(jīng)氣體分流器210充入反應室201中，在與射頻電源202相連的上、 下電極203和204的作用下，實現(xiàn)在晶片表面上沉積形成碳化硅薄膜。在這 一薄膜沉積過程中，在反應室的內壁表面必然也會積累一定的附著物，在多 次沉積后，當反應室內的附著物較厚時，易脫落轉移到晶片上，對反應室和 晶片造成顆粒玷污，形成晶片上的缺陷，降低產(chǎn)品的成品率。除因反應室內附著物較厚引起的顆粒污染外，在生產(chǎn)過程中，每次該設 備因進行維護或生產(chǎn)安排，暫停生產(chǎn)一段時間，即使只有一小時，當其再次 投入生產(chǎn)時，在晶片的表面都會落有大量的顆粒。通過對晶片表面上脫落的 顆粒進行觀察分析，發(fā)現(xiàn)所脫落的顆粒較大，且多呈片狀，組成物質包含有 硅、碳及某些金屬物質。分析認為，該金屬物質與反應室內表面有關，當設 備暫停使用時，反應室溫度降低，再次投入使用時，經(jīng)加熱后，其溫度再次 回升，這一反復加熱和冷卻的過程，使得位于等離子體下的反應室內表面， 如氣體分流器表面的附著物與氣體分流器間的粘附性變差。設備再次投入工 作時，雖然反應室內的附著物厚度還未達到需進行濕法清洗的標準，在等離 子體中的轟擊下該附著物也易發(fā)生脫落，在晶片上形成顆粒污染。并且這一 因附著物粘附性變差引起的顆粒污染現(xiàn)象，即使在進行多次在位清洗和試片暖機后仍不會消失，只有在對反應室進行徹底的清洗、暖機后，該設備才能 重新恢復生產(chǎn)使用。這一額外的濕法清洗步驟，導致了設備的利用率和生產(chǎn) 效率降低。為改善這一問題，本實施例中，為減少反應室顆粒污染，在設備 暫停生產(chǎn)后，增加了 一步形成粘附阻擋層的工藝操作。圖3為本發(fā)明的減少反應室顆粒的工藝方法的流程圖，下面結合圖3對 本發(fā)明的第 一 實施例進行詳細說明。當設備暫停生產(chǎn)后，出現(xiàn)了顆粒污染嚴重的現(xiàn)象時，需對設備的反應室 進行減少反應室顆粒的處理。首先，可以對反應室進行在位清潔處理(S30)。 本實施例中，反應室是用于沉積SiC薄膜的，其內的附著物主要是SiC,為此， 其在位清潔時，采用的工藝條件可以為將反應室加熱到250至500。C之間， 如為300。C、 350('C或400。C等；并對反應室進行抽真空處理，使其工作壓力 維持在2至5Torr之間，如為3Torr、 4Torr等；向氣體電離化腔室通入氟化氮 (NF3)氣體和氬氣(Ar)，利用其離子化后產(chǎn)生的F離子去除反應室內積累 的SiC附著物，達到清潔反應室的目的。其中，通入的氟化氮的流量可以在 2000至5000sccm之間,如為3000sccm、 4000sccm等;所述氬氣的流量可以 在3000至8000sccm之間，如為5000sccm、 6000sccm或7000sccm等。本步 的在位清潔處理，可以將反應室內附著物的浮渣去除，但對于已粘附于反應 室內的附著物，即使其與反應室內表面的粘附性已經(jīng)變差，仍無法將其去除。 即，僅經(jīng)過在位清潔步驟，并不能消除前面所述的片狀脫落的顆粒物。為不經(jīng)過濕法清洗而消除該片狀顆粒物，本實施例中，在位清潔反應室 后，向反應室內傳入了至少一片，如兩片或四片等，表面含有粘附阻擋材料是SiC )起到良好的粘附作用，又可以對反應室內已有的附著物的脫落起到阻 擋作用，其材料可以為銅、鋁、鈦、銀、金等，本實施例中采用了銅材料。該種帶銅晶片的制作很簡單，將晶片放入用于生長銅材料的設備中生長一層 銅金屬即可，并且該表面為銅材料的晶片可以多次重復使用。該表面為銅材料的晶片傳入反應室中后，對反應室進行加熱和抽真空的
準備工作(S303 )。本實施例中，可將反應室加熱到250至500°C之間，如為 300°C、 350°C或400"C等；并經(jīng)抽真空處理，使反應室工作壓力維持在2至 5Torr之間，如為3Torr、 4Torr等。接著，將氣體通入氣體電離化腔室，再將離子化后的氣體通入反應室中， 對晶片進行等離子體處理(S304)。本步通入的氣體可以為氬氣、氦氣、氨氣 等中的一種或多種，具體選用何種氣體可根據(jù)該設備生長薄膜工藝確定，如 本實施例中，通入的氣體是正常生產(chǎn)工藝前進行預處理時所用的氨氣(NH3) 和氦氣(He )。其中，通入的NH3的流量可以在500至lOOOsccm之間，如為 600sccm、 700sccm或800sccm等；所述He氣的流量在1000至2000sccm之 間，如為1200sccm、 1500sccm或1800sccm等。經(jīng)過本步等離子體處理步驟，晶片表面的銅金屬會被濺起，飛揚至反應 室的內壁上，尤其是與晶片位置所對應的位置上，如氣體分流器，并在其上 形成一薄層粘附阻擋層。該粘附阻擋層可以從多方面減少反應室內的顆粒數(shù) 一則，其與顆粒間的粘附性較強，可以將后面生產(chǎn)中所產(chǎn)生的SiC顆粒較好 地粘附在該層上，不易脫落，減少在反應內懸浮的顆粒數(shù)；二則，其與反應 室內壁的粘連性也較強，可以較好地粘附于反應室的內壁上，不會脫落；三 則，因其自身的粘連性，可將位于其下層的原來的粘附性變差的附著物阻擋 在其下，有效防止原附著物的片狀脫落。本步等離子體處理后，將晶片取出(S305 )。對經(jīng)過等離子體處理后的晶 片進行觀察，可以發(fā)現(xiàn)其表面狀態(tài)有所不同，測試得到處理后的晶片表面反 射率要高于處理前的晶片表面反射率，證明在等離子體處理過程中，該晶片表面的銅自然氧化層已被去除，也就證實了在等離子體處理過程中晶片表面 銅金屬確實減少，并飛揚到了反應室內。至此，減少反應室顆粒的工藝步驟已完成，可將設備投入正式生產(chǎn)中使 用。圖4為利用本發(fā)明工藝方法處理前后的晶片上顆粒數(shù)測試結果，如圖4 所示，圖中縱坐標是測得的晶片上顆粒數(shù)，橫坐標是晶片號，圖中所示的401 區(qū)域是利用本發(fā)明方法進行處理前生產(chǎn)的晶片上顆粒數(shù)測試結果，可以看到， 顆粒污染較為嚴重的晶片比例約在50%以上，明顯不符合工藝要求。圖中所 示的402區(qū)域是利用本發(fā)明方法進行處理后再進行生產(chǎn)時，晶片上顆粒數(shù)測 試結果，可以看到，顆粒污染嚴重的晶片數(shù)明顯減少，晶片的顆粒污染現(xiàn)象
有了明顯改善。另外，為了驗證本發(fā)明的工藝方法對減少反應室的顆粒污染具有較長的 維持時間，將經(jīng)本發(fā)明處理后的反應室再閑置一小時(如果對于未經(jīng)本發(fā)明 方法處理的反應室，此時會出現(xiàn)較嚴重的顆粒污染)，然后再測試其投入生產(chǎn) 時的晶片上顆粒數(shù)，結果發(fā)現(xiàn)此時晶片上顆粒數(shù)仍較少，保持了反應室顆粒 污染較輕的特性。本實施例中，開始所進行的在位清潔步驟并不是必須的，若不經(jīng)過該步 而直接進入本實施例后面的工藝步驟，也可以達到減少反應室顆粒的目的， 尤其是在設備的反應室剛經(jīng)過濕法清洗處理的時間不長時。本實施例中，所用清潔氣體和等離子體處理氣體均由該設備生長的薄膜 類型而定，如果所生長的薄膜為氧化硅、氮化硅等其他材料，所用清潔氣體 和等離子體處理氣體也可隨之而變化，該種替換應為本領域普通技術人員所 熟知，在此不再贅述。本實施例中，本發(fā)明的減少反應室顆粒的工藝處理是在設備暫停工作后 進行的，在本發(fā)明的其他實施例中，還可以在每次進行濕法清洗后進行本發(fā)附性減少反應室內懸浮的顆粒數(shù)，也可以減少晶片上的顆粒污染程度。本實施例中，以等離子體化學氣相沉積反應室為例，以等離子轟擊的方法在反應室內形成一層粘附阻擋層；在本發(fā)明的其他實施例中，還可以利用 本發(fā)明的方法對其他反應室進行對應處理，如高密度等離子體CVD反應室， 脈沖等離子化學氣相沉積(PACVD)或物理氣相沉積反應室等，只需采用類似 方法能夠在反應室內表面上形成一層粘附阻擋層即可。本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何 本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，都可以做出可能的變動和 修改，因此本發(fā)明的保護范圍應當以本發(fā)明權利要求所界定的范圍為準。
權利要求
1、一種減少反應室顆粒的工藝方法，其特征在于，包括步驟將至少一片表面含有粘附阻擋材料的晶片傳入所述反應室中；對所述反應室進行加熱和抽真空處理；對所述晶片進行等離子體處理；取出所述晶片。
2、 如權利要求1所述的工藝方法，其特征在于所述粘附阻擋材料為銅、 鋁、鈦、銀、金材料中的任一種。
3、 如權利要求1所述的工藝方法，其特征在于所述反應室加熱的溫度 在250至500°C之間。
4、 如權利要求1所述的工藝方法，其特征在于所述抽真空處理實現(xiàn)反 應室的壓力維持在2至5Torr之間。
5、 如權利要求1所述的工藝方法，其特征在于所述等離子體處理時通 入的氣體為氨氣、氦氣氬氣中的任一種或兩種的組合。
6、 如權利要求1所述的工藝方法，其特征在于所述等離子體處理時通 入流量在500至1000sccm之間的氨氣，及流量在1000至2000sccm之間的氦
7、 如權利要求1所述的工藝方法，其特征在于將所述晶片傳入所述反 應室之前，對反應室進行在位清潔或濕法清洗的處理。
8、 如權利要求7所述的工藝方法，其特征在于所述在位清潔處理的溫 度在250至500。C之間。
9、 如權利要求7所述的工藝方法，其特征在于所述在位清潔處理時的 反應室壓力在2至5Torr之間。
10、 如權利要求7所述的工藝方法，其特征在于所述在位清潔處理過 程中通入了氟化氮和氬氣。
11、 如權利要求IO所述的工藝方法，其特征在于所述氟化氮的流量在 2000至5000sccm之間；所述氬氣的流量在3000至8000sccm之間。
12、 如權利要求1所述的工藝方法，其特征在于所述反應室為等離子 體化學氣相沉積反應室。
全文摘要
公開了一種減少反應室顆粒的工藝方法，包括步驟將至少一片表面含有粘附阻擋材料的晶片傳入所述反應室中；對所述反應室進行加熱和抽真空處理；對所述晶片進行等離子體處理；取出所述晶片。本發(fā)明通過上述方法可在反應室內部形成一層粘附阻擋層，減少反應室內脫落的顆粒數(shù)量，改善了現(xiàn)有的反應室在生產(chǎn)運作過程中出現(xiàn)的顆粒污染問題。
文檔編號H01L21/00GK101154559SQ200610116908
公開日2008年4月2日 申請日期2006年9月30日 優(yōu)先權日2006年9月30日
發(fā)明者林忠明, 汪釘崇, 藍受龍 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司