炉管的清洗方法和系统的制作方法

专利名称：炉管的清洗方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种热氧化炉管(Oxidation Furnace )设备的炉管清洗方法和系统。
技术背景半导体制造工艺主要是进行多次光刻工艺、刻蚀工艺和成膜工艺等， 在半导体晶片表面堆叠出有特殊结构的半导体元件。其中，成膜工艺普遍采用热氧化法、化学气相淀积(CVD)工艺，用于形成各种薄膜。其 中，热氧化法主要是炉管热氧化法，将反应气体通入高温炉管内后，使 反应气体和炉内的半导体晶片发生化学反应，在晶片表面沉积一层薄膜。该工艺用于生长Si02、 Si3N4、 SiON或多晶硅等，近年来也出现了利用该 工艺生长金属层、铁电材料、阻挡层、高介电常数材料和低介电常数材 料等。炉管热氧化工艺所使用的炉管(fUmace)设备， 一般有水平式、垂 直式和桶式等多种形式。以垂直式的沉积炉管为例，通常在炉管中放置 多片晶片，通入反应气体例如氧气、氮气等，于高温环境下在晶片表面 生长介质膜。在这个过程中，炉管内壁会产生一些金属离子(ion)和高 分子的聚合物(polymer)残留。随着半导体工艺进入深亚微米时代，半 导体器件的集成度越来越高，半导体晶片的直径由原来的6英寸、8英寸 到现在的12英寸。晶片直径的增加使得炉管设备趋向于大型化，炉管的 直径也相应增加，在进行多次的成膜反应之后，炉管内壁积聚的金属离 子和高分子聚合物会越积越多，形成大量的残留物。这些残留物若不加 以去除，则于后续工艺中很可能由于受热而成为微粒(particle)的来源， 进而影响后续工艺的良率和产品的稳定性。申请号为03153391.4的中国专利申请文件中公开了 一种清洗垂直式 炉管的方法，该方法利用喷洒装置将清洗液喷洒至炉管底部和顶部，清洗液沿内壁流下完成整个炉管的清洗。^f旦是由于该方法对炉管顶部和底 部的清洗不均勻，容易对炉管其他部位造成过度侵蚀。图l是说明另一种现有炉管清洗方法的示意图。如图l所示，该方法是将氮气206通入装有清洗液二氯乙烯(CL2C2H2) 204的清洗液槽202 中，氮气206携带清洗液204通过管道208进入炉管内，对炉管进行清洗。 这种方法对金属，尤其是碱金属离子，例如钾、钠等离子具有较好的去 除效果，但是对于其它金属离子和有机聚合物微粒等的去除能力相对较 弱，特别是对于大直径、结构复杂的炉管，不能达到良好的清洗效果。 发明内容本发明的目的在于提供一种炉管清洗方法和系统，能够有效地去除 炉管热氧化设备中炉管内部的金属和非金属杂质沉积物。一方面，本发明才是供了一种炉管的清洗方法，包括下列步骤将氮气通入清洗剂槽，利用氮气携带所述清洗剂经一管路通入所述 炉管，对所述炉管进行清洗；将氢气和氧气混合生成水蒸汽后通入炉管对所述炉管进行清洗。优选地，所述清洗剂为二氯乙烯CL2C2H2。优选地，所述氮气携带清洗剂对所述炉管进行清洗时炉管内的温度 为800~1200°C。优选地，所述氬气和氧气的混合比例在氢氧爆炸临界比例之内。优选地，氢气和氧气混合生成水蒸汽清洗炉管的步骤在氮气携带清 洗剂清洗炉管的步骤之前或同时进行。另一方面提供了一种炉管清洗系统，包括清洗剂供应装置，所述清 洗剂供应装置包括氮气输入管路、清洗剂槽和清洗剂输出管路，所述氮 气通入清洗剂槽并携带清洗剂经输出管路进入炉管对所述炉管进行清 洗，其特征在于所述清洗系统更包括水蒸汽生成装置，所述水蒸汽生 成装置包括燃烧室和水蒸汽输出管路，氢气和氧气在燃烧室内混合生成5水蒸汽后经水蒸汽输出管路进入炉管对所述炉管进行清洗。 优选地，所述清洗剂为二氯乙烯CL2C2H2。优选地，所述氮气携带清洗剂对所述炉管进行清洗时炉管内的温度为800 1200°C。优选地，所述氢气和氧气的混合比例在氢氧爆炸临界比例之内。优选地，氢气和氧气混合生成水蒸汽清洗炉管的步骤在氮气携带清 洗剂清洗炉管的步骤之前或之后或同时进行。与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点本发明技术方案的炉管清洗方法在利用氮气携带二氯乙烯对炉管进 行清洗之前或之后，利用高纯度的去离子水蒸气对炉管内部的沉积物进 行清洗，也可以与氮气携带二氯乙烯对炉管同时进行清洗，不但能够去 除碱金属离子，而且能够有效地去除有机聚合残留物和其它类型的金属 离子，达到很好的炉管清洗效果。此外，本发明技术方案的炉管清洗系 统采用了氢气、氧气混合点火装置，通入氢气和氧气并点燃生成水蒸汽， 以这种方式产生的水蒸汽纯度更高，高纯度水蒸汽对有机聚合残留物的 清洗功效更佳。


通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上 述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记 指示相同的部分。图1为说明现有炉管清洗方法和装置的示意图；图2为才艮据本发明实施例的炉管清洗方法和装置的示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合 附图对本发明的较佳实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是 本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员 可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公 开的具体实施的限制。图2为根据本发明实施例的炉管清洗方法和装置的示意图。炉管热氧 化工艺所使用的炉管设备一般有水平式、垂直式和桶式等多种形式。本 发明优选实施例以垂直式的沉积炉管为例，但不限于垂直式炉管。在高 温环境下，炉管内晶片表面生长介质膜的过程中，炉管内壁会产生一些 金属离子和非金属的高分子聚合物沉积。随着晶片直径的增加，炉管的 直径也相应增加，炉管内部结构趋向于大型化复杂化。在进行多次的成 膜反应之后，炉管内壁会积聚的大量的沉积物，若不加以去除，会影响 后续工艺的良率和产品的稳定性。在以往清洗炉管的方法中有一种是将 氮气通入装有清洗液二氯乙烯的清洗液槽中，氮气携带二氯乙烯并通入 炉管内对炉管进行清洗。但这种方法只能去除例如钾、钠等碱金属离子， 对于非金属聚合物的去除效果并不理想。本发明实施例的炉管的清洗方 法，在利用氮气携带清洗剂，本实施例为二氯乙烯，对炉管内部进行清 洗之外，还利用水蒸气进一步对炉管内部进行清洗。这样不但能够去除 碱金属离子，而且能够有效地去除有机聚合残留物和其它类型的金属离 子，从而达到很好的炉管清洗效果。在本发明的一个实施例中，结合图2所示，首先将氮气306通入清洗 剂槽302,清洗剂槽302内装有清洗剂304,清洗剂304优选为二氯乙烯。 氮气306通入后，携带清洗剂304,通过管路308通入炉管300,对所述炉 管进行清洗，清洗时间视具体情况而定，约为30分钟至90分钟，优选为l 个小时。然后，向炉管内通入水蒸汽，利用水蒸汽继续对炉管内部进行 清洗。本发明的水蒸气生成方法采用独特的方式，水蒸气的生成采用一 个混合燃烧装置400,将氢气412和氧气410通入混合燃烧装置400,经点 火使氢气412和氧气410混合燃烧，生成纯度极高的水蒸汽，通过管路414后进入炉管300,对所述炉管300内部进行清洗。清洗时间亦视具体情况 而定，约为30分钟至60分钟。这种高纯度水蒸汽对有机聚合沉积物有更 佳的去除功效。在本发明的另一个实施例中，可以先将氢气412和氧气410通入混合 燃烧装置，经点火使氢气412和氧气410混合燃烧，生成纯度极高的水蒸 汽后通过管路414后进入炉管300，对所述炉管300内部进行清洗，然后再 将氮气306通入清洗剂槽302，携带清洗剂304通过管路308通入炉管300， 对所述炉管300进行清洗，在本发明的其它实施例中，氢气412和氧气410混合生成水蒸汽清洗 炉管300的步骤可以和氮气306携带清洗剂304清洗炉管300的步骤同时进行。在上述实施例中，氮气306携带清洗剂304对炉管300进行清洗的 温度为800~1200°C ，氮气306的流量为5 10毫升每秒。氢气412和氧 气410在混合燃烧装置400中的混合比例在氢氧爆炸临界比例之内，例 如为2.8: 3.26。按照本发明，本发明还提供了一种炉管清洗系统，如图2所示，包 括清洗剂供应装置和水蒸气生成装置。清洗剂供应装置包括氮气306输 入管路、清洗剂槽302和清洗剂输出管路308。所述水蒸汽生成装置包 括混合燃烧室400和水蒸汽输出管路414。清洗剂槽302内装有清洗剂 304,氮气306通入清洗剂槽302,携带清洗剂304经输出管路308进入 炉管300对所述炉管300内部进行清洗。氢气412和氧气410在混合燃 烧室400内混合，经点火后生成水蒸汽，经水蒸汽输出管路414进入炉 管300对所述炉管300内部进行清洗。其中，所述清洗剂304为二氯乙 烯CL2C2H2,氮气306携带清洗剂304对炉管300进行清洗的温度为 800 1200°C ,氮气306的流量为5 10毫升每秒。在混合燃烧室400中， 所述氢气412和氧气410的混合比例为2.8: 3.26。本发明的炉管清洗方法在利用氮气携带二氯乙烯对炉管进行清洗 之前或之后，利用高纯度的去离子水蒸气对炉管内部的沉积物进行清 洗，也可以与氮气携带二氯乙烯对炉管同时进行清洗，不但能够去除碱 金属离子，而且能够有效地去除有机聚合残留物和其它类型的金属离 子。此外，本发明的炉管清洗系统采用氢气、氧气混合燃烧装置，通入 氢气和氧气并点燃生成水蒸汽，以这种方式产生的水蒸汽纯度更高，高 纯度水蒸汽对有机聚合残留物的清洗功效更好。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形 式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定 本发明。任何熟悉本领域的技术人员，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方法和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。
权利要求
1、一种炉管的清洗方法，包括下列步骤将氮气通入清洗剂槽，利用氮气携带所述清洗剂经一管路通入所述炉管，对所述炉管进行清洗；将氢气和氧气混合生成水蒸汽后通入炉管对所述炉管进行清洗。
2、 如权利要求1所述的方法，其特征在于所述清洗剂为二氯乙婦CL2C2H20
3、 如权利要求1所述的方法，其特征在于所述氮气携带清洗剂 对所述炉管进行清洗时炉管内的温度为800 1200°C 。
4、 如权利要求1所述的方法，其特征在于所述氢气和氧气的混 合比例在氢氧爆炸临界比例之内。
5、 如权利要求1所述的方法，其特征在于氢气和氧气混合生成 水蒸汽清洗炉管的步骤在氮气携带清洗剂清洗炉管的步骤之前或同时 进行。
6、 一种炉管清洗系统，包括清洗剂供应装置，所述清洗剂供应装 置包括氮气输入管路、清洗剂槽和清洗剂输出管路，所述氮气通入清洗 剂槽并携带清洗剂经输出管路进入炉管对所述炉管进行清洗，其特征在 于所述清洗系统更包括水蒸汽生成装置，所述水蒸汽生成装置包括燃 烧室和水蒸汽输出管路，氢气和氧气在燃烧室内混合生成水蒸汽后经水 蒸汽输出管路进入炉管对所述炉管进行清洗。
7、 如权利要求6所述的炉管清洗系统，其特征在于所述清洗剂为二氯乙烯CL2C2H2。
8、 如权利要求6所述的炉管清洗系统，其特征在于所述氮气携 带清洗剂对所述炉管进行清洗时炉管内的温度为800 1200°C 。
9、 如权利要求6所述的炉管清洗系统，其特征在于所述氢气和 氧气的混合比例在氬氧爆炸临界比例之内。
10、 如权利要求6所述的炉管清洗系统，其特征在于氢气和氧气混合生成水蒸汽清洗炉管的步骤在氮气携带清洗剂清洗炉管的步骤之 前或之后或同时进行。
全文摘要
公开了一种炉管的清洗方法和系统，将氮气通入清洗剂槽，利用氮气携带所述清洗剂经一管路通入所述炉管，对所述炉管进行清洗；将氢气和氧气混合生成水蒸汽后通入炉管对所述炉管进行清洗。本发明的炉管清洗方法能够有效地去除半导体氧化炉管设备中炉管内部的金属和非金属杂质沉积物。
文档编号B08B9/02GK101327487SQ200710042340
公开日2008年12月24日 申请日期2007年6月21日 优先权日2007年6月21日
发明者海 宋, 李春龙, 星 赵, 陈晓丽 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司