一種氣相沉積成膜設(shè)備的清洗方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種氣相沉積成膜設(shè)備的清洗方法，通過改進(jìn)非晶碳沉積制程中的清洗工藝,在清洗工藝制程里的保護(hù)膜沉積步驟之后，增加一步氮等離子體處理，即先生長一層無氮非晶碳膜，避免非晶碳沉積制程中的硅片背面鋁沾污問題，然后對(duì)這層無氮非晶碳膜進(jìn)行氮等離子體處理，改善其表面特性，保證銷頂面與硅片背面有較高的摩擦系數(shù)，避免滑片問題。
【專利說明】一種氣相沉積成膜設(shè)備的清洗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種氣相沉積成膜設(shè)備的清洗方法。
【背景技術(shù)】
[0002]PECVD, plasma CVD, (plasma-enhanced chemical vapor deposition)是利用等離子的化學(xué)氣相成膜的一種。也是形成各種各樣薄膜用的蒸著法的一種。為了加快化學(xué)反應(yīng)的活性，通過在電極上印加直流(DC)、高頻(RF)、微波等方法，在真空腔室(Chamber)內(nèi)把原料氣體等離子化，把薄膜堆積在被加溫的晶硅片(Wafer)上。與熱CVD相比最大的特點(diǎn)是成膜溫度低，可在400度左右或更低，成的膜致密性好，同時(shí)可抑制熱CVD因?yàn)榧訜釒淼母鲗娱g的互相擴(kuò)散，熱分解難的材料在PECVD中也可得到較高的堆積速度，可用于AL、Cu配線后的半導(dǎo)體成膜過程中。
[0003]化學(xué)氣相沉積設(shè)備在硅片上PECVD沉積薄膜前需要對(duì)腔體進(jìn)行清洗，去除腔體中積累的沉積膜及懸浮在腔體中的微粒。在清洗過程中，通常需要在腔體中通入含氟的清洗氣體，如cf4、NF3，含氟的清洗氣體在等離子體場中電離出氟離子并與腔體壁和加熱器(heater)上的沉積膜反應(yīng)生成含氟氣體，然后被泵抽走，達(dá)到清潔腔體的目的。對(duì)于非晶碳薄膜(APF)沉積機(jī)臺(tái)，等離子體清洗的過程中還會(huì)通入O2，與腔壁上殘余的碳膜反應(yīng)生成CO2，起到清洗腔體的作用。清洗之后，為了使腔體的氛圍接近真實(shí)沉積薄膜時(shí)的環(huán)境，通常需要在腔體中通入Ar、N2和C2H2氣體沉積一層保護(hù)膜(Season),以減少顆粒物(particle)掉落在wafer上的機(jī)會(huì),N2的存在能夠增加season薄膜的黏附性?；瘜W(xué)氣相沉積設(shè)備清洗完成后，硅片進(jìn)入應(yīng)用材料非晶碳`膜(APF)機(jī)臺(tái)沉積非晶碳膜(APF)。在使用應(yīng)用材料非晶碳膜(APF)機(jī)臺(tái)沉積非晶碳膜(APF)時(shí)，全X射線反射熒光測試(TXRF)發(fā)現(xiàn)全X射線反射熒光測試(TXRF)發(fā)現(xiàn)了硅片背面金屬鋁含量嚴(yán)重超出了業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)(鋁〈ΙΕΙΙΑ/cm2，其他金屬<5E10A/cm2)。這主要是由于上述清洗腔體方案中，含氟的清洗氣體在等離子場中產(chǎn)生的氟離子與加熱器所用材料AlN發(fā)生反應(yīng)，在加熱器表面生成了一層很薄的AlxFyOz薄膜。在腔體清洗后，通入N2和C2H2氣體進(jìn)行season薄膜沉積過程中在AlxFyOz之上沉積一層非晶娃，N2會(huì)與AlxFyOz反應(yīng),析出AlN,從而導(dǎo)致season薄膜的表面含有招。當(dāng)娃片進(jìn)入機(jī)臺(tái)進(jìn)行非晶碳薄膜沉積時(shí)，硅片背面與season薄膜接觸，導(dǎo)致硅片背面產(chǎn)生超過5el0atom/cm2的鋁沾污(如圖1所示)。
[0004]因此，需要一種新的氣相沉積成膜設(shè)備的清洗方法，能夠避免氣相沉積設(shè)備清洗后進(jìn)行PECVD時(shí)硅片背面鋁污染問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種氣相沉積成膜設(shè)備的清洗方法，以解決氣相沉積設(shè)備清洗后進(jìn)行PECVD時(shí)硅片背面鋁污染問題。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明提出一種氣相沉積成膜設(shè)備的清洗方法，包括:
[0007]在等離子條件下采用含氟的清洗氣體對(duì)氣相沉積成膜設(shè)備的腔體進(jìn)行清洗；[0008]在所述腔體內(nèi)沉積一層無氮的保護(hù)膜；
[0009]對(duì)所述無氮的保護(hù)膜進(jìn)行氮等離子體處理。
[0010]進(jìn)一步的，所述含氟的清洗氣體為NF3 (三氟化氮)或者CF4 (四氟化碳)。
[0011]進(jìn)一步的，采用含碳?xì)怏w和惰性氣體在所述腔體內(nèi)沉積一層無氮的保護(hù)膜。
[0012]進(jìn)一步的，所述含碳?xì)怏w為C2H2 (乙炔)，所述惰性氣體包括Ar (気氣)和He (氦氣)，所述無氮的保護(hù)膜的沉積工藝參數(shù)包括射頻功率為1200W~1500W，反應(yīng)壓力為4torr~5torr, C2H2 的氣體流量為 1200sccm ~1800sccm,Ar 的氣體流量為 8000sccm ~lOOOOsccm,He的氣體流量為300sccm~500sccm。
[0013]進(jìn)一步的，所述無氮的保護(hù)膜為無氮的非晶碳膜，厚度為2000A、.8000入。
[0014]進(jìn)一步的，所述氮等離子體處理的反應(yīng)氣體包括n2。
[0015]進(jìn)一步的，所述氮等離子體處理的射頻功率為1000W~1500W。
[0016]進(jìn)一步的，在采用含氟的清洗氣體清洗腔體之后，在所述腔體內(nèi)沉積一層無氮的保護(hù)膜之前，還在等離子條件下采用氧氣對(duì)氣相沉積成膜設(shè)備的腔體進(jìn)行清洗。
[0017]進(jìn)一步的，采用含氟的清洗氣體清洗腔體的時(shí)間在200秒以上。
[0018]進(jìn)一步的，采用氧氣清洗腔體的時(shí)間為10秒~60秒。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的氣相沉積成膜設(shè)備的清洗方法，包括在等離子條件下采用含氟的清洗氣體對(duì)氣相沉積成膜設(shè)備的腔體進(jìn)行清洗；在所述腔體內(nèi)沉積一層無氮的保護(hù)膜；對(duì)所述無氮的保護(hù)膜進(jìn)行氮等離子體處理。本發(fā)明的清洗方法通過在含氟氣體清洗之后先沉積一層不含氮的保``護(hù)膜以避免保護(hù)膜沉積時(shí)將含氟氣體清洗后的金屬化合物殘留分解而從保護(hù)膜表面析出金屬，然后對(duì)該保護(hù)膜氮等離子體處理，能夠改善保護(hù)膜表面特性，保證保護(hù)膜有較高的摩擦系數(shù)，從而避免了后續(xù)硅片氣相沉積過程中的硅片背面金屬污染問題和硅片的滑片問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中氣相沉積設(shè)備清洗工藝產(chǎn)生背面鋁沾污的硅片情況圖；
[0021]圖2是本發(fā)明具體實(shí)施例的氣相沉積設(shè)備的清洗方法流程圖；
[0022]圖3是本發(fā)明具體實(shí)施例的無氮保護(hù)膜沉積時(shí)的硅片滑片示意圖；
[0023]圖4是本發(fā)明具體實(shí)施例的氣相沉積設(shè)備清洗工藝產(chǎn)生背面鋁沾污的硅片情況圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明的核心思想是公開一種氣相沉積成膜設(shè)備的清洗方法，通過改進(jìn)非晶碳沉積制程中的清洗工藝(clean process),在清洗工藝制程(clean recipe)里的保護(hù)膜沉積步驟(season step)之后，增加一步氮等離子體處理(N2plasma treatment)。season step先生長一層無氮(N-free)非晶碳膜，避免非晶碳沉積制程中的硅片(wafer)背面鋁沾污問題，然后對(duì)這層N-free非晶碳膜進(jìn)行N2plasma treatment,改善其表面特性,保證銷(liftpin)頂面與wafer背面有較高的摩擦系數(shù)，避免滑片問題。
[0025]為使本發(fā)明的目的、特征更明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說明，然而，本發(fā)明可以用不同的形式實(shí)現(xiàn)，不應(yīng)認(rèn)為只是局限在所述的實(shí)施例。[0026]請(qǐng)參考圖2，本發(fā)明提出一種氣相沉積成膜設(shè)備的清洗方法，包括:
[0027]SI，在等離子條件下采用含氟的清洗氣體對(duì)氣相沉積成膜設(shè)備的腔體進(jìn)行清洗；
[0028]S2，在所述腔體內(nèi)沉積一層無氮的保護(hù)膜；
[0029]S3，對(duì)所述無氮的保護(hù)膜進(jìn)行氮等離子體處理。
[0030]在步驟SI中，通常需要在腔體中通入含氟的清洗氣體，如CF4, NF3，含氟的清洗氣體在等離子體場中電離出氟離子并與腔體壁和加熱器(heater)上的沉積膜反應(yīng)生成含氟氣體，然后被泵抽走，達(dá)到清潔腔體的目的，清洗腔體的時(shí)間在200秒以上。對(duì)于非晶碳薄膜(APF)沉積機(jī)臺(tái)，等離子體清洗的過程中還會(huì)通入氧氣O2，與腔壁上殘余的碳膜反應(yīng)生成二氧化碳CO2，起到清洗腔體的作用，采用氧氣清洗腔體的時(shí)間為10秒~60秒。
[0031]在步驟S2中，含氟的清洗氣體清洗之后，為了使腔體的氛圍接近真實(shí)沉積薄膜時(shí)的環(huán)境，采用含碳?xì)怏w和惰性氣體在所述腔體內(nèi)沉積一層無氮的保護(hù)膜(Season)，以減少顆粒物(particle)掉落在wafer上的機(jī)會(huì)。所述無氮的保護(hù)膜為無氮的非晶碳膜，厚度為2000人~8000 A。所述含碳?xì)怏w為C2H2 (乙炔)，所述惰性氣體包括Ar和He，通常需要在腔體中通入Ar、N2 (氮?dú)?和C2H2氣體沉積一層保護(hù)膜，所述無氮的保護(hù)膜的沉積工藝參數(shù)包括射頻功率為1200W~1500W，反應(yīng)壓力為4torr~5torr，C2H2的氣體流量為1200sccm~1800sccm, Ar的氣體流量為8000sccm~lOOOOsccm, He的氣體流量為300sccm~500sccm。例如射頻功率RF=~1500W,工藝壓力pressure=~4.5torr,C2H2=1500sccm, Ar=10000sccm, He=400sccm,沉積總厚度為3000 人左右。
[0032]經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中硅片背面鋁沾污可以通過清洗解決，但是增加相應(yīng)的清洗設(shè)備需要很大的成本，并且存在風(fēng)險(xiǎn)。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)施例的步驟S2中去掉season工藝?yán)锩娴腘2，可以避免wafer背面的Al污染，同時(shí)通過優(yōu)化工藝參數(shù)，可以將非晶碳薄膜沉積過程中的顆粒(particle)控制在可接受范圍內(nèi)。這層保護(hù)膜稱之為N-freeseason。
[0033]由于實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，采用N-free season可以解決wafer背面的Al污染的問題，但是N-free season會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的滑片問題,也就是wafer在機(jī)臺(tái)里出現(xiàn)位置偏移。如圖3所示，我們將wafer在傳送過程中實(shí)際中心位置與計(jì)算中心位置(也就是標(biāo)準(zhǔn)中心位置)的距離成為R err,對(duì)比圖3中兩種season條件下12片wafer的R err數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)N-free season的R err (圖3中右邊曲線)明顯更大,而且極不穩(wěn)定,最終表現(xiàn)出來就是機(jī)臺(tái)經(jīng)常發(fā)生wafer位置偏移的報(bào)警。經(jīng)分析，wafer滑片的問題主要是N-free season沉積的非晶碳膜與wafer背面的摩擦系數(shù)太低而引起的。因此，在步驟S3中，在步驟S2的保護(hù)膜沉積(season step)之后,增加一步氮等離子體處理(N2plasma treatment)。即對(duì)這層N-free非晶碳膜進(jìn)行氮等離子體處理(N2plasma treatment),改善其表面特性，保證銷(lift pin)頂面與wafer背面有較高的摩擦系數(shù)，避免滑片問題。所述氮等離子體處理的反應(yīng)氣體包括N2，工藝射頻功率為1000W~1500W。N2Plasma treatment的主要參數(shù)包括:RF=~1500W, pressure=~7torr, N2=8000sccm,時(shí)間為 ls_3s。
[0034]例如將clean recipe里面的保護(hù)膜條件定為:N-free season的沉積厚度3000A,N2Plasma treatment的時(shí)間是Is,通過ICP-MS測的此條件下經(jīng)過機(jī)臺(tái)清洗工藝之后的wafer背面Al含量為1.48E10A/cm2，沒有超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。同時(shí)通過圖4中R err數(shù)據(jù)的對(duì)t:匕，可以看出本發(fā)明提出的清洗方法不存在N-free season容易出現(xiàn)的滑片問題。N-free非晶碳膜的氮等離子體處理可以改善N-free非晶碳膜的表面特性,保證銷(lift pin)頂面與wafer背面有較高的摩擦系數(shù)，避免滑片問題。
[0035]綜上所述，本發(fā)明提供的氣相沉積成膜設(shè)備的清洗方法，包括在等離子條件下采用含氟的清洗氣體對(duì)氣相沉積成膜設(shè)備的腔體進(jìn)行清洗；在所述腔體內(nèi)沉積一層無氮的保護(hù)膜；對(duì)所述無氮的保護(hù)膜進(jìn)行氮等離子體處理。本發(fā)明的清洗方法通過在含氟氣體清洗之后先沉積一層不含氮的保護(hù)膜以避免保護(hù)膜沉積時(shí)將含氟氣體清洗后的金屬化合物殘留分解而從保護(hù)膜表面析出金屬，然后對(duì)該保護(hù)膜氮等離子體處理，能夠改善保護(hù)膜表面特性，保證保護(hù)膜有較高的摩擦系數(shù)，從而避免了后續(xù)硅片氣相沉積過程中的硅片背面金屬污染問題和硅片的滑片問題，適用于PECVD設(shè)備的清洗。 [0036]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種氣相沉積成膜設(shè)備的清洗方法，其特征在于，包括: 在等離子條件下采用含氟的清洗氣體對(duì)氣相沉積成膜設(shè)備的腔體進(jìn)行清洗； 在所述腔體內(nèi)沉積一層無氮的保護(hù)膜； 對(duì)所述無氮的保護(hù)膜進(jìn)行氮等離子體處理。
2.如權(quán)利要求1所述的氣相沉積成膜設(shè)備的清洗方法，其特征在于，所述含氟的清洗氣體為NF3或者CF4。
3.如權(quán)利要求1所述的氣相沉積成膜設(shè)備的清洗方法，其特征在于，采用含碳?xì)怏w和惰性氣體在所述腔體內(nèi)沉積一層無氮的保護(hù)膜。
4.如權(quán)利要求3所述的氣相沉積成膜設(shè)備的清洗方法，其特征在于，所述含碳?xì)怏w為C2H2，所述惰性氣體包括Ar和He，所述無氮的保護(hù)膜的沉積工藝參數(shù)包括射頻功率為1200W ~1500W,反應(yīng)壓力為 4torr ~5torr, C2H2 的氣體流量為 1200sccm ~1800sccm, Ar的氣體流量為8000sccm~lOOOOsccm, He的氣體流量為300sccm~500sccm。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的氣相沉積成膜設(shè)備的清洗方法，其特征在于，所述無氮的保護(hù)膜為無氮的非晶碳膜，厚度為2000A~8000 A。
6.如權(quán)利要求1所述的氣相沉積成膜設(shè)備的清洗方法，其特征在于，所述氮等離子體處理的反應(yīng)氣體包括N2。
7.如權(quán)利要求1或6所述的氣相沉積成膜設(shè)備的清洗方法，其特征在于，所述氮等離子體處理的射頻功率為1000W ~1500W。
8.如權(quán)利要求1所述的氣相沉積成膜設(shè)備的清洗方法，其特征在于，采用含氟的清洗氣體清洗腔體的時(shí)間在200秒以上。
9.如權(quán)利要求1或8所述的氣相沉積成膜設(shè)備的清洗方法，其特征在于，在采用含氟的清洗氣體清洗腔體之后，在所述腔體內(nèi)沉積一層無氮的保護(hù)膜之前，還在等離子條件下采用氧氣對(duì)氣相沉積成膜設(shè)備的腔體進(jìn)行清洗。
10.如權(quán)利要求9所述的氣相沉積成膜設(shè)備的清洗方法，其特征在于，采用氧氣清洗腔體的時(shí)間為10秒~60秒。
【文檔編號(hào)】C23C16/44GK103556127SQ201310565735
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】雷通, 桑寧波, 賀忻 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司