专利名称：减少反应腔内杂质颗粒的方法和化学气相沉积设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种减少反应腔内杂质颗粒的方法和一种化学气相沉积设备。
背景技术：
化学气相沉积(CVD)是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，包括大部分的绝缘材料，大多数金属材料和金属合金材料。该工艺一般包含以下过程气体反应物通过对流和扩散到达衬底表面；衬底表面吸附气体分子，并发生反应，生成薄膜和气态副产物；气态副产物解吸并离开衬底表面，通过排气装置离开反应腔。其中金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD )技术作为化合物半导体材料研究和生产的手段， 它的高质量、稳定性、重复性及规模化为业界所看重。在超大规模集成电路的制造中，它主要用来沉积氮化钛，用作钨填充栓的阻挡层。由于在CVD薄膜的形成过程中，存在热分解等过程会形成副产物，而这一过程需要在反应腔内进行，使得所述副产物会在腔体内形成杂质颗粒，通常杂质会存在于形成的薄膜中，尤其对于金属膜，如氮化钛，其中的杂质含量会明显对其特性产生不良影响，从而影响整个集成电路中器件的性能。更多关于气相沉积的方法，请参考美国专利US20110086496A1的公开文件。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种减少反应腔内杂质颗粒的方法和一种化学气相沉积设备，所述减少反应腔杂质颗粒的方法能够有效降低反应腔内的杂质颗粒含量，所述化学气相沉积设备利用所述减少反应腔体杂质颗粒的方法，能够形成杂质少，质量高的化学气相沉积薄膜。为解决上述问题，本发明提供了一种减少反应腔内杂质颗粒的方法，包括提供反应腔；提供替换基片于所述反应腔内；在所述替换基片上及反应腔内壁形成覆盖层，所述覆盖层能吸附反应腔内的杂质颗粒。优选的，所述反应腔为化学气相沉积工艺的反应腔。优选的，形成所述覆盖层的工艺为化学气相沉积。优选的，所述化学气相沉积工艺中的反应物为四二甲基胺钛、三甲基镓、三乙酰丙酮铱或二乙酰丙酮钼。优选的，采用化学气相沉积工艺形成覆盖层之前，放置替换基片于反应腔内的加热平台上。优选的，形成所述覆盖层的温度范围为350°c 40(rc，压力范围为I托飞托，反应时间为(Γ300秒。优选的，所述覆盖层含有有机成分，所述有机成分具有极性共价键，能吸附反应腔内的杂质颗粒。
优选的，所述覆盖层含有C、H元素，形成C-H极性共价键。优选的，形成的所述覆盖层的厚度为O 2800人。本发明的技术方案还提供一种化学气相沉积设备，包括反应腔，所述反应腔内壁具有覆盖层，所述覆盖层能吸附反应腔内的杂质颗粒。优选的，所述反应腔为化学气相沉积工艺的反应腔。优选的，所述覆盖层采用化学气相沉积工艺形成。优选的，所述化学气相沉积工艺中的反应物包括四二甲基胺钛、三甲基镓、三乙酰丙酮铱或二乙酰丙酮钼。优选的，所述化学气相沉积工艺的温度范围为350°C 400°C，压力范围为I托飞 托，反应时间为(Γ300秒。优选的，所述覆盖层含有有机成分，所述有机成分具有极性共价键，能吸附反应腔内的杂质颗粒。优选的，所述覆盖层含有C、H元素，形成C-H极性共价键。优选的，所述覆盖层的厚度为(K2800A。与现有技术相比，本发明具有以下优点用化学气相沉积工艺在衬底形成薄膜之前，在反应腔的内壁形成覆盖层，所述覆盖层富含有机成分，而所述有机成份中的C、H等元素，容易和腔内杂质形成共价键将杂质吸附，从而能有效吸收后续在腔体内进行化学气相沉积过程中形成的副产物杂质，所述杂质来自反应物在热反应过程中分解产生的副产物或者其他处理过程中产生的副产物，从而有效降低反应过程中反应腔内的杂质颗粒的含量，减少化学气相沉积工艺形成的薄膜表面的颗粒杂质等缺陷，提高形成的薄膜的质量。进一步的，由于现有的化学气相沉积(CVD)设备进行CVD反应过程中不对反应腔作清洁处理，腔体内的组件在反应过程中会对产生的副产物等杂质具有一定的吸附能力，但是这种吸附能力随着沉积次数的增加而显著下降，而形成的薄膜中杂质含量则会逐渐提高，影响薄膜的质量。直到对CVD设备进行保养，更换设备组件才能使这种吸附能力得到恢复。为了获得高质量的沉积薄膜，就需要频繁的对设备进行保养，更换设备组件，这对于沉积效率影响很大。而形成有这种覆盖层的CVD设备，对于腔内杂质吸附能力明显增强，从而可以降低设备保养的频率，提高设备的生产效率。
图I是薄I吴表面具有杂质颗粒的不意图；图2是本发明实施例的减少反应腔内杂质颗粒的方法的流程示意图；图3是本发明的实施例采用的化学气相沉积设备示意图；图4是本发明的实施例在化学气相沉积设备的反应腔内壁形成覆盖层的示意图；图5至图7是本发明在衬底表面形成TiN薄膜的剖面示意图；图8是在反应腔内壁形成覆盖层前后，反应腔内的颗粒杂质的含量。图9是在反应腔内壁形成覆盖层前后，在反应腔内形成的TiN薄膜内颗粒杂质的含量。图10是随着时间变化反应腔内杂质含量的变化图。
具体实施例方式如背景技术中所述，化学气相沉积(CVD)方法形成的薄膜会吸附一些杂质颗粒，表面会存在缺陷(请参考图I )，杂质颗粒的形成会对薄膜的质量产生不良的影响。譬如作为用作钨填充栓阻挡层的TiN薄膜中存在杂质颗粒会影响到整个集成电路中器件的性能。研究发现，化学气相沉积技术在一定温度下将反应物热分解形成所需要的化合物和一些副产物，而整个反应在一个反应腔室内形成，所述副产物很容易在后续的反应过程中被薄膜吸附或者沉积在薄膜表面，形成杂质颗粒，进而影响薄膜的质量。为解决上述问题，本发明的技术方案提出了一种减少反应腔内杂质颗粒的方法以及采用该方法的化学气相沉积设备，利用化学气相沉积的方法，在反应腔内壁形成覆盖层，可以有效吸收后续对衬底进行化学沉积过程中腔体内的杂质，减少杂质被薄膜吸附的可能性，从而提高在衬底上形成的薄膜的质量。下面结合附图，通过具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显 然，所描述的实施例仅仅是本发明的可实施方式的一部分，而不是其全部。根据这些实施例，本领域的普通技术人员在无需创造性劳动的前提下可获得的所有其它实施方式，都属于本发明的保护范围。请参考图2，本发明实施例的实施步骤，包括SlOl :提供化学气相沉积设备；S102 :提供替换基片于加热平台，通入反应气体，在反应腔内壁形成覆盖层。请参考图3，提供化学气相沉积设备，对该反应设备的反应腔进行清洁和预设步骤。具体的，本实施例采用CVD设备，所述CVD设备包括进气口 101、喷头102、反应腔103、出气口 104、加热平台105和升降杆106。具体的，所述进气口 101外接反应气体源，反应气体通过进气口 101进入反应腔内。喷头102为莲蓬状，其上具有多个孔洞排列，以使反应气体能均匀进入反应腔103。反应腔103内的加热平台105为电阻加热装置，用来对沉积过程中放置于其表面的衬底进行加热。在本发明的其他实施例中，所述加热平台也可以是其他类型的加热装置，例如射频加热装置。升降杆106连接加热平台105，用于调节加热平台105的高度，以此来调整喷头到加热平台105表面的距离。反应腔103还具有排气口 104，所述排气口 104连接外界排气装置，将反应腔103内的杂质气体排出，保持反应腔103内的洁净。请参考图4，提供替换基片200于加热平台105，通入反应气体，在反应腔内壁形成
覆盖层300。在反应腔内壁形成覆盖层300前，提供所述替换基片200于加热平台，在反应腔内壁形成覆盖层300过程中所述覆盖层只会形成于反应腔内壁和替换基片上，从而保持加热平台105的洁净。后续在衬底上形成CVD薄膜时，移除所述替换基片，放置衬底于加热平台，保证了后续在衬底上形成CVD薄膜的成膜质量。在腔体103内放入替换基片之后，通过排气口抽气，排出反应腔103内可能存在的杂质，并调节腔体内气压至I托飞托。之后通过加热平台对基片进行加热，调整至温度范围为350°C 400°C。
本实施例中，采用Ti[N(CH3)2]4作为反应气体，由He作为载气，通过进气口 101和喷头102进入反应腔103内。在其他实施例中，载气可以是包括N2、Ar、He或Ne中的一种或一种以上的气体。所述载气对反应气体进行稀释，保证其均匀性。由于喷头102具有多个出气口，能够使反应气体均匀进入反应腔103内。Ti [N(CH3)2]4进入反应腔内后，受热分解，生成含C、H杂质的TiN以及其他副产物，反应式如下Ti [N (CH3) 2] 4 — TiN (C，H) +HN (CH3) 2+ 其他碳氢化物其中，TiN(C, H)会沉积在替换基片200表面以及反应腔103内壁形成覆盖层300，而其他物质则被排气装置排出反应腔103。所述形成覆盖层的反应温度范围为3500C 40(TC，压力范围为I飞托，反应时间为0 300秒。在所述反应条件之下，形成的所述覆盖层300为无定形的TiN薄膜，其中还包含大量的碳元素和氢元素组成的有机成分，所述覆盖层300厚度为0-.-2800人。所述c和H之间形成极性的C-H键，容易吸附反应腔内的·杂质，包括CVD反应过程中热分解产生的HN(CH3)2和其他碳氢化物，能有效减少形成的CVD薄膜中的杂质颗粒的含量。在本发明的其他实施例中，形成所述覆盖层300的反应物也可以是其他有机化合物，包括四二甲基胺钛、三甲基镓、三乙酰丙酮铱或二乙酰丙酮钼等，所述化合物在化学沉积过程中热分解，在反应腔内壁形成覆盖层，所述覆盖层含有C、H、N等有机元素，所述有机元素之间形成极性共价键，能吸CVD过程中反应腔内的杂质，减少CVD薄膜中的杂质含量。在形成覆盖层之后，移除替换基片，在加热平台上放置衬底，在所述衬底上形成TiN薄膜。请参考图5，提供衬底400。所述衬底材料可以是硅、砷化镓或锗化硅等半导体材料，也可以是部分处理的基片(包括集成电路及其他元件的一部分)或者其它需要在表面沉积薄膜的基底。将所述衬底放入反应腔103 (如图4所示)内的加热平台105 (如图4所示)上，在腔体中建立稳定的温度、气流和气压等反应氛围，其中温度范围为350°C 400°C，腔体内气压至I托飞托。本实施例中采用Ti[N(CH3)2]4作为反应气体，由He作为载气，通过进气口101和喷头102进入反应腔103内，均匀的喷洒在衬底400表面。反应物受热分解后在衬底表面沉积形成含碳和氢杂质的氮化钛第一薄膜401，请参考图6。沉积过程中，反应物分解产生的部分碳氢有机物会被覆盖层300 (如图4所示)吸收，降低反应腔103内杂质的含量。请参考图7，对所述第一薄膜进行等离子体处理，形成第二薄膜402。形成的所述TiN第一薄膜401 (如图6所示)仍为无定形结构，并且内部具有C、H元素。通过等离子体处理去除所述第一薄膜内部的C、H元素所形成的有机成分，形成纯净的TiN第二薄膜402。现有技术中，进行CVD反应过程中不对反应腔作清洁处理，腔体组件对反应过程中产生的副产物等杂质具有一定的物理吸附能力，但是这种吸附能力随着沉积次数的增加而显著下降，而形成的薄膜中杂质含量则会逐渐提高，影响薄膜的质量。直到对CVD设备进行保养，更换腔体组件才能使这种吸附能力得到恢复。为了获得高质量的沉积薄膜，就需要频繁的对设备进行保养，更换腔体组件，这对于沉积效率影响很大。本发明的实施例中，在衬底表面形成TiN薄膜之前，首先在反应腔内壁形成无定形结构的含有C、H等有机成分的覆盖层，其中的有机成分具有极性共价键，容易吸附反应腔内的杂质。所述含有有机成分的覆盖层对于杂质颗粒有较高的吸附能力，所述覆盖层覆盖在反应腔内腔体组件表面，能有效提高反应腔内壁腔体组件对反应过程中产生的杂质副产物的吸附能力，降低了反应腔内的杂质含量，从而在衬底上形成TiN薄膜的过程中，不容易在薄膜表面形成颗粒状污染，有效提高了 TiN薄膜的质量，降低TiN薄膜的电阻 ，提高后续形成的集成电路器件的性能。对于腔内杂质吸附能力的增强，可以降低设备保养的频率，提高设备的生产效率。请参考图8,图8为在反应腔内壁形成覆盖层前后,反应腔内的颗粒杂质的含量。具体的，在反应结束后，将He气通入反应腔后，测量排出的He气中颗粒杂质的含量。可以明显看出，与未形成覆盖层相比，在反应腔内壁形成覆盖层之后，反应腔内颗粒杂质的含量明显下降，接近为O。这表明覆盖层对于杂质有很强的吸附能力。在本发明的其它实施例中，通入的气体可以是N2、He、Ar或Ne中的一种或一种以上气体。请参考图9,图9为在反应腔内壁形成覆盖层前后,在所述反应腔内形成的TiN薄膜内颗粒杂质的含量。具体的，将反应物通入反应腔内，沉积形成TiN薄膜过程中，测量沉积薄膜的颗粒杂质含量。与未形成覆盖层相比，在反应腔内壁形成覆盖层之后，所述TiN薄膜内颗粒杂质的含量明显下降。请参考图10，前十天内在反应腔内壁未形成覆盖层，在衬底上沉积TiN薄膜并对腔体杂质颗粒进行恶化处理。随着天数增加，形成的TiN薄膜中杂质颗粒的含量逐渐增加，表明反应腔内组件对杂质的吸附能力随着沉积次数的增加而逐渐下降。在第i^一天，在反应腔内壁形成覆盖层，再进行TiN薄膜的沉积，发现此时形成的TiN薄膜中杂质颗粒的含量显著下降，表明本发明的技术方案中在反应腔内壁形成的覆盖层能够很大程度的提高对腔体内杂质的吸附能力，降低沉积薄膜内杂质的含量。本发明的实施例在反应腔内壁形成覆盖层，利用覆盖层中的有机成分提高对反应腔中杂质的吸附能力。一方面，提高了所形成的薄膜的质量；另一方面，提高了所述CVD设备在一个保养周期内可沉积的晶圆片数量及良品率，有效提高了机台的生产效率。并且本实施例还在形成所述覆盖层的反应腔内利用CVD方法形成TiN薄膜，测试该过程中反应腔内的杂质颗粒含量，结果表明，该方法可以有效降低反应腔内的杂质颗粒。在本发明的其他实施例中，所述反应腔内进行的化学气相沉积还可以包括其他以热分解反应为基础的化学沉积工艺或其他化学气相沉积工艺等。可以在所述工艺进行的反应腔内壁形成含有有机成分的覆盖层，所述有机成分内具有极性共价键，对腔内杂质具有吸附能力，提高反应腔内部组件对反应过程中产生的杂质的吸附能力，提高最终形成的CVD薄膜的质量。本发明的实施例还提供了一种化学气相沉积设备，包括反应腔，所述反应腔内壁具有覆盖层，所述覆盖层能吸附反应腔内的杂质。具体的所述覆盖层采用上述减少反应腔内杂质颗粒的方法形成。所述覆盖层均匀覆盖在反应腔的内表面，厚度为(K2800 A。所述覆盖层富含有机成分，所述有机成分包含c、H或N元素，并且所述有机成分内具有极性共价键能够有效吸附反应腔内的杂质颗粒，提高该化学气相沉积设备的成膜质量。
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。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
1.一种减少反应腔内杂质颗粒的方法，其特征在于，包括 提供反应腔； 提供替换基片于所述反应腔内； 在所述替换基片上及反应腔内壁形成覆盖层，所述覆盖层能吸附反应腔内的杂质颗粒。
2.根据权利要求I所述的减少反应腔内杂质颗粒的方法，其特征在于，所述反应腔为化学气相沉积工艺的反应腔。
3.根据权利要求I所述的减少反应腔内杂质颗粒的方法，其特征在于，形成所述覆盖层的工艺为化学气相沉积。
4.根据权利要求3所述的减少反应腔内杂质颗粒的方法，其特征在于，所述化学气相沉积工艺中的反应物为四二甲基胺钛、三甲基镓、三乙酰丙酮铱或二乙酰丙酮钼。
5.根据权利要求3所述的减少反应腔内杂质颗粒的方法，其特征在于，采用化学气相沉积工艺形成覆盖层之前，放置替换基片于反应腔内的加热平台上。
6.根据权利要求3所述的减少反应腔内杂质颗粒的方法，其特征在于，形成所述覆盖层的温度范围为350°C 400°C，压力范围为I托飞托，反应时间为0 300秒。
7.根据权利要求I所述的减少反应腔内杂质颗粒的方法，其特征在于，所述覆盖层含有有机成分，所述有机成分具有极性共价键，能吸附反应腔内的杂质颗粒。
8.根据权利要求I所述的减少反应腔内杂质颗粒的方法，其特征在于，所述覆盖层含有C、H元素，形成C-H极性共价键。
9.根据权利要求I所述的减少反应腔内杂质颗粒的方法，其特征在于，形成的所述覆盖层的厚度为CK2800人。
10. 一种化学气相沉积设备，包括反应腔，其特征在于，所述反应腔内壁具有覆盖层，所述覆盖层能吸附反应腔内的杂质颗粒。
11.根据权利要求10所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述反应腔为化学气相沉积工艺的反应腔。
12.根据权利要求10所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述覆盖层采用化学气相沉积工艺形成。
13.根据权利要求12所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述化学气相沉积工艺中的反应物包括四二甲基胺钛、三甲基镓、三乙酰丙酮铱或二乙酰丙酮钼。
14.根据权利要求12所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述化学气相沉积工艺的温度范围为350°C 400°C，压力范围为I托飞托，反应时间为(Γ300秒。
15.根据权利要求10所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述覆盖层含有有机成分，所述有机成分具有极性共价键，能吸附反应腔内的杂质颗粒。
16.根据权利要求10所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述覆盖层含有C、H元素，形成C-H极性共价键。
17.根据权利要求10所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述覆盖层的厚度为O 2800A。
全文摘要
一种减少反应腔内杂质颗粒的方法和一种化学气相沉积设备。所述减少反应腔内杂质颗粒的方法，包括提供反应腔；提供替换基片于所述反应腔内；在所述替换基片上及反应腔内壁形成覆盖层，所述覆盖层能吸附反应腔内的杂质颗粒。所述化学气相沉积设备，包括反应腔和覆盖反应腔内壁的覆盖层，所述覆盖层对杂质颗粒有吸附作用。本发明能有效减少反应腔内的杂质颗粒的含量，提高生产效率。
文档编号C23C16/44GK102912318SQ20121040205
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月19日 优先权日2012年10月19日
发明者杜杰, 姜国伟, 牟善勇, 赵高辉, 高峰, 任逸 申请人:上海宏力半导体制造有限公司