沉积设备的清洁方法与流程

本发明涉及技术半导体制造领域，尤其涉及一种沉积设备的清洁方法。

背景技术：

随着器件关键尺寸的缩小，对晶片表面玷污的控制变得越来越关键。如果在生产过程中引入了颗粒等污染源，就可能引起电路的开路或断路，因而在半导体工艺制造中，如何避免在工艺制造中的污染是必须要重点关注的问题。随着生产中设备自动化程度的提高，人员与产品的交互变少，防止生产中带来颗粒的重点已更多地放到了生产设备所产生的颗粒上面。如设备腔室内壁上积累的副产物的脱落就是一个很常见的污染源，为此，在生产过程中，常需要对设备的腔壁进行清洁，去除积累物，以防止因其脱落而导致玷污晶片。

在各种生产设备中，化学气相沉积(cvd，chemicalvapordeposition)设备的颗粒污染问题是关注的重点之一，这是由其的工作原理决定的。化学气相沉积设备通常会用于形成常用的氧化硅、氮化硅、碳化硅和氮氧化硅等薄膜，其通常可分为常压cvd(apcvd)、亚常压cvd(sacvd)、低压cvd(lpcvd)、等离子体增强cvd(pecvd)和高密度等离子体cvd(hdpcvd)等几大类，各类cvd设备的基本工作原理都基本类似。

进行化学气相沉积工艺时，将晶片装入反应腔内，利用能量系统对反应腔引入反应所需的能量，如利用加热系统对反应腔进行加热，再由供气系统通入气态的含有形成薄膜所需的原子或分子的化学物质，该化学物质在反应腔室内混合并发生反应，最终在晶片表面聚集形成希望形成的固态薄膜，并通过系统的排气系统将气态产物排出，最后取出晶片，完成固态薄膜的制作。在这一固态薄膜形成过程中，除了在晶片表面形成固态薄膜外，必然也会在反应腔的内壁积累副产物。因此，在多次沉积后，当反应腔内壁上的副产物较厚时，易发生脱落，玷污反应腔和晶片，导致晶片产生缺陷，降低产品良率。

去除cvd设备的气体管路和反应腔内壁上的副产物尤为必要。为此，一般在每个生产批次之后都需要清洁反应腔，去除其反应腔内壁上的副产物。

现有常用的清洁作业方式有以下两种：

1)用湿法化学腐蚀的方式去除反应腔内壁上的副产物。对于生长氧化硅、氮化硅或氮氧化硅的反应腔，通常是利用49％的氢酸腐蚀液对其进行浸泡，腐蚀以去除反应腔内壁上的副产物。去除后，再用大量去离子水对该反应腔进行冲洗，并烘干待用。这种湿法化学腐蚀的清洁的方法存在清洁过程较长，对提高生产效率不利的问题，且氢酸腐蚀液也会减少反应腔的使用寿命。

2)用干法化学腐蚀的方式除反应腔内壁上的副产物，主要根据副产物的类型向反应腔内通入相应的工艺气体，通过工艺气体对气体管路和反应腔内壁上的副产物进行反应以去除副产物，此外，为保证反应腔内环境的一致性，在清洁完成后，需沉积一层与所述反应腔将要沉积的固态薄膜相同的薄膜层。这种干法化学腐蚀的清洁作业方式的清洁时间较长，需要占用反应腔的生产时间，清洁工艺较为繁琐，导致清洁成本高昂。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种沉积设备的清洁方法，该方法能够解决如何占用更少的生产时间，以提升生产效率。该方法对反应腔的损伤小且清洁成本更低。

为了达到上述目的，本发明提供了一种沉积设备的清洁方法，用于清洁沉积设备，所述沉积设备包括反应腔及晶圆承载单元，所述晶圆承载单元通过移动进入或退出所述反应腔，所述沉积设备的清洁方法包括以下步骤：

在完成沉积工艺之后，所述晶圆承载单元退出所述反应腔；

在所述晶圆承载单元上冷却及卸载已完成沉积工艺的晶圆并装载待作业的晶圆的同时，对所述反应腔单独进行清洁作业。

可选的，在对所述反应腔单独进行清洁作业一设定次数之后，还包括：

在所述晶圆承载单元上冷却及卸载已完成沉积工艺的晶圆之后，所述晶圆承载单元空载进入所述反应腔内；

同步对所述反应腔及所述晶圆承载单元进行清洁作业。

可选的，所述清洁作业的步骤包括：

在第一设定时间段内，将所述反应腔的温度上升至第一目标温度；

在第二设定时间段内，所述反应腔维持所述第一目标温度；

在第三设定时间段内，将所述反应腔的温度降低至第二目标温度；

在所述第一设定时间段、第二设定时间段及第三设定时间段内均向所述反应腔内通入清洁气体。

可选的，所述第一设定时间段为10min至30min。

可选的，所述第二设定时间段为0min至30min。

可选的，所述第三设定时间段为10min至120min。

可选的，所述第一目标温度为700摄氏度至750摄氏度。

可选的，所述第二目标温度为400摄氏度至450摄氏度。

可选的，向所述反应腔内通入所述清洁气体时，实时改变所述清洁气体的流量以使所述反应腔内的压力脉动。

可选的，所述反应腔的压力脉动的次数大于或等于5次。

可选的，所述清洁气体的流量为3slm至50slm。

可选的，所述反应腔内的压力脉动时，所述反应腔的最低压力小于或等于10torr。

可选的，向所述反应腔通入所述清洁气体时，所述反应腔内的压力保持恒定。

可选的，所述反应腔内的压力小于或等于10torr。

可选的，向所述反应腔内通入所述清洁气体时，所述清洁气体的流量为10slm至30slm。

可选的，所述清洁气体包括氮气。

本发明提供了沉积设备的清洁方法，用于清洁沉积设备，所述沉积设备包括反应腔及晶圆承载单元，所述晶圆承载单元通过移动进入或退出所述反应腔，包括以下步骤：在完成沉积工艺之后，所述晶圆承载单元退出所述反应腔；在所述晶圆承载单元上冷却及卸载已完成沉积工艺的晶圆并装载待作业的晶圆，同时对所述反应腔单独进行清洁作业。本发明的沉积设备的清洁方法去除副产物的方式，具有较短的清洁时间，可灵活利用反应腔的空闲间隙，对生产时间占用更少，能够提升生产效率的优点。

在所述沉积设备的清洁方法中，所述清洁作业的步骤包括：在第一设定时间段内，将所述反应腔的温度上升至第一目标温度；在第二设定时间段内，所述反应腔维持所述第一目标温度；在第三设定时间段内，将所述反应腔的温度降低至第二目标温度；在所述第一设定时间段、第二设定时间段及第三设定时间段内均向所述反应腔内通入清洁气体。如此，本发明的沉积设备的清洁方法中清洁作业是通过物理的方式去除所述副产物。相对于采用化学腐蚀的方式对反应腔内壁上的副产物腐蚀去除，物理去除副产物的清洁作业方式对反应腔的损伤更小，能够延长反应腔的使用寿命。

本发明的沉积设备的清洁方法去除副产物无需采用化学腐蚀副产物时所需要的工艺气体，具有清洁成本低的优点。

附图说明

图1为本发明实施例一中的沉积设备的示意图；

图2为本发明实施例一中的沉积设备的清洁方法的流程图；

图3为本发明实施例二中的沉积设备的示意图；

图4为本发明实施例三中的清洁工艺周期内的温度-时间曲线及压力-时间曲线；

其中，附图标记如下：

100-反应腔；110-进气口；120-出气口；

200-气源；

300-流量控制器；

400-晶圆承载单元；

500-升降单元。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

图1为本实施例中沉积设备的示意图，如图1所示，本发明的具体实施例是对沉积设备的反应腔100和晶圆承载单元400进行在位清洁。生产中常用的反应腔100属于热壁炉体。沉积设备包括气源200、流量控制器300、反应腔100、加热器(未标出)、晶圆承载单元400和升降单元500。

气源200为沉积设备提供气体，反应腔100两侧设置有进气口110和出气口120，气源200通过流量控制器300连接到反应腔100的进气口110，用于向反应腔100输送气体。出气口120与真空泵相连，用于对反应腔100进行抽真空和排出反应腔100内气体的操作。反应腔100内气体流动的方向如图中虚线所示，气体由反应腔100一侧的进气口110流入反应腔100，气体可以沿着反应腔100内壁流动至反应腔100另一侧的出气口120排出，在这一流动过程中，气体吹扫反应腔100的内壁表面。

流量控制器300用于调节进气流量的大小，通过调节进气口110与出气口120之间的气体流量，以调节反应腔100内的压力。当反应腔100的温度一定，反应腔100的出气流量一定，通过流量控制器300调整进气流量即可调节反应腔100内的压力。应知道，进气流量越大，吹扫反应腔100内壁表面的力度也越大。

晶圆承载单元400例如是晶舟，用于承载晶圆，晶圆承载单元400通过升降单元500移动进入或退出反应腔100。加热器(未标出)设置于反应腔100外周，用于对反应腔100进行加热，以使反应腔100升温至所需的温度。通过控制加热器(未标出)的工作状态，便可调节反应腔100进行升温与降温的操作。

图2为本实施例中沉积设备的清洁方法的流程图。如图1和图2所示，所述沉积设备的清洁方法，用于清洁沉积设备，所述沉积设备包括反应腔100及晶圆承载单元400，所述晶圆承载单元400通过移动进入或退出所述反应腔，其特征在于，包括以下步骤：

s1:在完成沉积工艺之后，所述晶圆承载单元400退出所述反应腔100；

s2:在所述晶圆承载单元400上冷却及卸载已完成沉积工艺的晶圆并装载待作业的晶圆的同时，对所述反应腔100单独进行清洁作业。

本发明中的沉积设备的清洁方法，在晶圆承载单元400上冷却及卸载已完成沉积工艺的晶圆并装载待作业的晶圆这一段时间内，反应腔100处于空闲状态，利用反应腔100空闲的时间，对清洁反应腔100的内壁进行清洁作业。不会占用反应腔100生产时间，可以提高生产效率。

应知道，在连续多批次生产中，相邻的前后批次的间隙时间内，晶圆承载单元400会冷却及卸载已完成沉积工艺的晶圆并装载待作业的晶圆。此段时间，视为反应腔100等待生产作业的空闲时间。应知道，反应腔100还存在其他的空闲时间，例如前后工序的设备宕机时，反应腔100处于等待生产作业的状态。也可以对反应腔100的内壁进行清洁作业。

可选的，所述清洁作业的步骤包括：

在第一设定时间段内，将所述反应腔100的温度上升至第一目标温度；

在第二设定时间段内，所述反应腔100维持所述第一目标温度；

在第三设定时间段内，将所述反应腔100的温度降低至第二目标温度；

在所述第一设定时间段、第二设定时间段及第三设定时间段内均向所述反应腔100内通入清洁气体。

详细的，请继续参照图1，在清洁反应腔100内壁的清洁作业时。晶圆承载单元400置于反应腔100外。沉积设备的清洁作业，通过对反应腔100进行快速的升温与降温，促使反应腔100内壁表面上呈薄膜状的副产物热胀冷缩，以快速增加和快速释放薄膜内积聚的应力，促使薄膜破碎成颗粒。

清洁气体由反应腔100一侧的进气口110流入反应腔100，沿着反应腔100内壁流动至反应腔100另一侧的出气口120排出，实现了对反应腔100内壁表面的吹扫。通过清洁气体吹扫反应腔100的内壁表面，使得反应腔100内壁表面上的颗粒状副产物被吹离，同时清洁气体会裹挟掉落的颗粒状副产物，由出气口120排出反应腔100。由此可见，本实施例中的清洁作业的方式是通过物理的方式来去除所述副产物。

由于反应腔100通常是由石英制成，湿法化学腐蚀中的腐蚀性溶液，会对反应腔100的表面(包括内壁表面及外壁表面)造成损伤。相对于采用湿法化学腐蚀的方式对反应腔100进行清洁作业，采用物理的清洁作业方式去除副产物，反应腔100不会接触腐蚀性溶液。如此，对反应腔100的损伤更小，能够延长反应腔100使用寿命。

相对于采用干法化学腐蚀的方式对反应腔100内壁上的副产物进行腐蚀去除，采用物理的清洁作业方式去除副产物，无需采用腐蚀副产物时所需要的工艺气体，因此，物理的清洁作业方式具有更低的清洁成本。

此外，采用物理的清洁作业方式去除副产物还具有较短的清洁时间，可灵活利用反应腔100的空闲时间进行清洁作业。

可选的，清洁作业步骤中的第一设定时间段为10min至30min，在此时间段内，对反应腔100进行升温。例如，第一设定时间段包括但不限于10min、20min和30min。

可选的，清洁作业步骤中的第二设定时间段为0min至30min，在此时间段内，反应腔100维持恒温。例如，第二设定时间段包括但不限于0min、15min和30min。

可选的，清洁作业步骤中的第三设定时间段为10min至120min，在此时间段内，对反应腔100进行升温。例如，第三设定时间段包括但不限于10min、60min和120min。

应理解，第一设定时间段和第三设定时间段的值越小，则反应腔100的升温和降温的速度越快，越有利于促使薄膜破碎成颗粒。本实施例中的第一设定时间段、第二设定时间段及第三设定时间段可以依据本领域技术人员的经验在所述的范围内进行调整。

可选的，清洁作业步骤中的第一目标温度为700摄氏度至750摄氏度。例如，第一目标温度包括但不限于700摄氏度、725摄氏度和750摄氏度。

可选的，清洁作业步骤中的第二目标温度为400摄氏度至450摄氏度。例如，第二目标温度包括但不限于400摄氏度、425摄氏度和450摄氏度。

应理解，本实施例中的第一目标温度和第二目标温度可以依据本领域技术人员的经验在所述的范围内调整。

作为举例说明，例如，第一设定时间段为30min、第二设定时间段为10min、第三设定时间段为30min、第一目标温度为700摄氏度和第二目标温度为400摄氏度。

在30min内对反应腔100升温至700摄氏度，实现了对反应腔100快速升温，在这段时间内，反应腔100内壁上的薄膜状副产物的升温膨胀，薄膜状副产物内部的应力增大。反应腔100内部温度达到700摄氏度后维持10min，在这段时间内，薄膜状副产物内部温度上升，薄膜状副产物内部积聚的应力继续增大。薄膜状副产物由于内部应力的作用下破裂。在30min内将反应腔100内的温度从700摄氏度降至400摄氏度，薄膜状副产物内部温度下降，薄膜状副产物内部积聚的应力快速下降，引起破裂的薄膜状副产物破碎成颗粒状，并从反应腔100的内壁上掉落。

可选的，清洁作业步骤中向反应腔100持续通入清洁气体时，并保持反应腔内的压力保持恒定。

进一步的，反应腔100内的压力小于或等于10torr。

更进一步的，向反应腔100内通入清洁气体的作业时，清洁气体的流量控制在10slm至30slm。

应理解，清洁气体的流量越大，清洁气体对反应腔100内壁表面的吹扫力度越大。同时，清洁气体的流量也会影响反应腔100内的压力及温度。因此，清洁气体的流量大小的调节需要依据反应腔100内所需的压力、吹扫强度的需求和反应腔100所需的温度而定，对本领域技术人员而言，是显而易见的，在此不做过多的赘述。

在本申请的实施例中，清洁气体包括氮气。氮气为惰性气体，不会对反应腔100造成腐蚀伤害，而且氮气还具有较低的使用成本，可以降低清洁的成本。

进一步的，可以根据沉积设备前批次生长的副产物类型(例如本实施例中为氧化硅)，在清洁气体中通入能够腐蚀所述副产物的工艺气体(例如本实施例中为氟化氢)和工艺气体的载气体(例如本实施例中为氩气)。

实施例二

与实施例一区别在于，在本实施例的沉积设备的清洁方法中，在对所述反应腔100单独进行清洁作业一设定次数之后，在所述晶圆承载单元400卸载已完成沉积工艺的晶圆之后，所述晶圆承载单元400空载进入所述反应腔100内，此时同步对所述反应腔100及所述晶圆承载单元400进行清洁作业。

图3为本实施例中沉积设备的示意图，如图3所示，晶圆承载单元400置于反应腔100内，如此，可以同步清洁反应腔100内壁和晶圆承载单元400的表面。清洁气体被送进反应腔100内，气体由反应腔100一侧的进气口110流入反应腔100，沿着晶圆承载单元400上的空隙及反应腔100内壁与晶圆承载单元400的间隙流动至反应腔100另一侧的出气口120排出，在这一流动过程中，气体吹扫晶圆承载单元400的表面和反应腔100的内壁表面，使得晶圆承载单元400表面和反应腔100内壁表面上的颗粒状副产物被吹离，并从出气口120排除反应腔100。如此，本实施例中沉积设备的清洁方法实现了同时对反应腔100和晶圆承载单元400进行清洁作业。

在连续多批次生产中，相邻的前后两个批次换批作业时，晶圆承载单元400会携带晶圆传递至反应腔100外，在所述晶圆承载单元400上冷却及卸载已完成沉积工艺的晶圆并装载待作业的晶圆。此段时间，即为反应腔100空闲的时间，在此段时间内，对反应腔100内壁进行清洁。不会因为清洁作业而专门占用生产时间。

连续生产多个批次后，停产一段时间，对反应腔100和晶圆承载单元400进行清洁作业。由于对清洁反应腔100的同时，对晶圆承载单元400也进行了清洁，避免晶圆承载单元400表面上的副产物影响产品质量。如此，可保证反应腔100生产作业工况的前提下，延长反应腔100停产清洁的间隔时间。如此，既可以保证清洁效果，又可以减少清洁作业对生产时间的占用，有效提高了生产效率。

实施例三

与实施例一或实施二的区别在于，本实施例的清洁作业中，通入所述清洁气体吹扫所述反应腔100和所述晶圆承载单元400或者所述反应腔100时，实时改变所述清洁气体的流量，以使所述清洁气体的流量发生周期性的波动，继而引起所述反应腔100内的压力脉动。反应腔内的瞬时压力虽随时间不断变化，但却是围绕某一平均值不断跳动，这种跳动称为压力脉动。

进一步的，所述反应腔100的压力脉动的次数大于或等于5次。

可选的，通入所述清洁气体时，所述清洁气体的流量波动范围为30slm至50slm。

可选的，所述反应腔内的压力脉动时，所述反应腔100内的最压力小于或等于10torr。

图4为清洁工艺周期内的温度-时间曲线及压力-时间曲线。如图4所示，在一个清洁工艺周期内，对反应腔100进行快速的升温、保持恒温和降温作业。在升温、保持恒温与降温的过程中，通入所述清洁气体时，实时改变所述清洁气体的流量，让所述清洁气体的流量发生周期性的波动，使得反应腔100内的压力发生脉动，促使反应腔100内壁或晶圆承载单元400表面上呈薄膜状的副产物多次缩胀，使得在反应腔100内壁或晶圆承载单元400表面上呈薄膜状的副产物，其内部的应力急剧增加及释放，促使副产物破碎成颗粒，继而脱离反应腔100内壁或晶圆承载单元400表面。通入的清洁气体吹扫所述反应腔100内壁或所述晶圆承载单元400的表面，清洁气体裹挟掉落的副产物颗粒由出气口120排出，完成反应腔100和晶圆承载单元400或者反应腔100的清洁。

综上所述，本发明提供了一种沉积设备的清洁方法，用于清洁沉积设备，所述沉积设备包括反应腔及晶圆承载单元，所述晶圆承载单元通过移动进入或退出所述反应腔，包括以下步骤：在完成沉积工艺之后，所述晶圆承载单元退出所述反应腔；在所述晶圆承载单元上冷却及卸载已完成沉积工艺的晶圆并装载待作业的晶圆，同时对所述反应腔单独进行清洁作业。本发明的沉积设备的清洁方法去除副产物的方式，具有较短的清洁时间，可灵活利用反应腔的空闲间隙，对生产时间占用更少，能够提升生产效率的优点。在所述沉积设备的清洁方法中，所述清洁作业的步骤包括：在第一设定时间段内，将所述反应腔的温度上升至第一目标温度；在第二设定时间段内，所述反应腔维持所述第一目标温度；在第三设定时间段内，将所述反应腔的温度降低至第二目标温度；在所述第一设定时间段、第二设定时间段及第三设定时间段内均向所述反应腔内通入清洁气体。如此，本发明的沉积设备的清洁方法中清洁作业是通过物理的方式去除所述副产物。相对于采用化学腐蚀的方式对反应腔内壁上的副产物腐蚀去除，物理去除副产物的清洁作业方式对反应腔的损伤更小，能够延长反应腔的使用寿命。本发明的沉积设备的清洁方法去除副产物无需采用化学腐蚀副产物时所需要的工艺气体，具有清洁成本低的优点。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。