一種改善立式LPCVD設備鍍膜效果的方法與流程
一種改善立式lpcvd設備鍍膜效果的方法
技術領域
1.本發明屬于半導體器件制造領域，涉及一種改善立式lpcvd設備鍍膜效果的方法。
背景技術：
2.晶硅薄膜在電學、力學、光學等方面有著多種優良的特性，被廣泛應用于半導體器件和mems器件制造領域。在cmos器件中，用摻雜多晶硅代替金屬，可用作mos器件的柵極材料，可實現源極、漏極、柵極自行排布，大幅度減小密勒電容的影響，利于提高器件性能和集成度。此外，晶硅薄膜還可作為單層或多層的引線，用作不同器件電路中的器件絕緣隔離層、歐姆接觸引線、負載電阻、結構層材料等，其薄膜質量直接影響器件電路性能的可靠性和穩定性。不僅如此，多晶硅薄膜憑借獨有的吸雜特性，已廣泛用于集成電路襯底硅片的表面吸雜。
3.晶硅薄膜的制備方法包括：低壓化學氣相沉積法(lpcvd)、常壓化學氣相沉積法(apcvd)、固相晶化、金屬誘導晶化、電子束蒸發等，其中lpcvd法在成膜致密性、臺階覆蓋性、薄膜缺陷密度等方面具有較好的表現，成為該領域的首選方式。然而，目前國產立式lpcvd設備在沉積晶硅薄膜時，仍然在厚度均勻性、穩定重復性及工藝顆粒度三個方面存在較大差距，并不能滿足用戶的要求，這加劇了國產設備產業化的推廣阻力。因此，基于目前國產立式lpcvd設備本身存在的缺陷，針對性的開發出一種與之相匹配的薄膜沉積工藝，以最大限度的彌補國產立式lpcvd設備自身硬件條件的不足，并使得沉積的晶硅薄膜厚度均勻性、重復穩定性和工藝顆粒度滿足用戶要求，對于推廣國產設備產業化應用具有重要意義。
技術實現要素：
4.本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種改善立式lpcvd設備鍍膜效果的方法，該方法最大限度的彌補國產立式lpcvd設備自身硬件條件的不足，并使得沉積的晶硅薄膜厚度均勻性、重復穩定性和工藝顆粒度滿足用戶要求。
5.為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：
6.一種改善立式lpcvd設備鍍膜效果的方法，所述方法是在利用立式lpcvd設備沉積晶硅薄膜的過程中依次對立式lpcvd設備進行以下處理：
7.(1)真空撿漏：檢查工藝管是否漏氣；
8.(2)工藝壓強控制：漏率檢測合格后，通入氮氣吹掃氣路管道，使工藝管的壓強和氣體流量穩定在薄膜沉淀時設定的壓強和氣體流量條件下；
9.(3)工藝氣流場調控：以薄膜沉淀時設定的壓強值和氣體流量值為基準，上下浮動調節工藝管的壓強和氮氣流量，重復上下浮動調節的操作至少3次；
10.(4)薄膜沉積：在設定的壓強條件下，通入反應氣源，在半導體襯底表面沉積薄膜；
11.(5)工藝管道升壓吹掃：完成薄膜淀積后，通入氮氣吹掃工藝管及排氣管道，使工藝管的壓強和氣體流量穩定在薄膜沉淀時設定的壓強和氣體流量條件下，以薄膜沉淀時設
定的壓強值和氣體流量值為基準，上下浮動調節工藝管的壓強和氮氣流量，重復上下浮動調節的操作至少3次，調節壓強為常壓，出舟。
12.上述的改善立式lpcvd設備鍍膜效果的方法，進一步改進的，所述(1)中，包括以下處理：關閉立式lpcvd設備所有進氣氣路閥門，抽真空，若工藝管的壓強能降低至≤10pa，則關閉抽氣蝶閥，若關閉5分鐘以后，工藝管的真空漏率≤2pa/min，則表示漏率檢測合格。
13.上述的改善立式lpcvd設備鍍膜效果的方法，進一步改進的，所述(3)中，上下浮動調節工藝管的壓強和氮氣流量時，壓強上下浮動的調節范圍為10pa～80pa，氣體流量上下浮動的調節范圍為100sccm～2000sccm。
14.上述的改善立式lpcvd設備鍍膜效果的方法，進一步改進的，所述(3)中，每次上下浮動調節工藝管的壓強和氮氣流量時，當上浮動調節工藝管的壓強和氮氣流量達到預設目標后停留時間為10min，當下浮動調節工藝管的壓強和氮氣流量達到預設目標后停留時間為5min。
15.上述的改善立式lpcvd設備鍍膜效果的方法，進一步改進的，所述(4)中，在半導體襯底表面沉積薄膜時，設定工藝管的壓強為20pa～40pa，氣體流量為300sccm～600sccm。
16.上述的改善立式lpcvd設備鍍膜效果的方法，進一步改進的，所述(4)中，在半導體襯底表面沉積薄膜時，所述半導體襯底為8吋硅基晶圓、碳化硅晶圓或氮化鎵晶圓；所述反應氣源為硅烷。
17.上述的改善立式lpcvd設備鍍膜效果的方法，進一步改進的，所述(5)中，上下浮動調節工藝管的壓強和氮氣流量時，壓強上下浮動的調節范圍為10pa～80pa，氣體流量上下浮動的調節范圍為100sccm～2000sccm。
18.上述的改善立式lpcvd設備鍍膜效果的方法，進一步改進的，所述(5)中，每次上下浮動調節工藝管的壓強和氮氣流量時，當上浮動調節工藝管的壓強和氮氣流量達到預設目標后停留時間為10min，當下浮動調節工藝管的壓強和氮氣流量達到預設目標后停留時間為5min。
19.上述的改善立式lpcvd設備鍍膜效果的方法，進一步改進的，所述(5)中，所述調節壓強為常壓的過程中通入氮氣，所述氮氣的流量≤5slm。
20.與現有技術相比，本發明的優點在于：
21.針對現有立式lpcvd設備存在的硬件條件難以改善的缺陷，以及由此導致的氣流場波動問題以及沉積的晶硅薄膜厚度均勻性、重復穩定性和工藝顆粒度不能滿足用戶要求等缺陷，本發明中創造性地提供了一種改善立式lpcvd設備鍍膜效果的方法，在利用立式lpcvd設備沉積晶硅薄膜的過程中依次對立式lpcvd設備進行真空撿漏、工藝壓強控制、工藝氣流場調控、薄膜沉積、工藝管道升壓吹掃，通過增加工藝氣流場調控環節，改善立式lpcvd設備的薄膜沉積的工藝效果，具體為：在沉積薄膜前后以工藝壓強為基準點，通過上下浮動的方法調控工藝管的壓強大小和氣流量，反復觸動蝶閥開度自調節功能，達到改善真空控制系統靈敏性的目的，由此提高工藝管的控壓效果，即提高氣流場的穩定一致性，進而改善立式lpcvd設備的沉積薄膜厚度的均勻性及重復穩定性，同時，在反復調控壓強和氣流量的情況下，氣體流速會出現循環性驟變，沉積在工藝筒、晶舟或晶圓表面的絕大多數薄膜顆粒會隨氣流場排出工藝管道，由此進一步改善了薄膜沉積工藝的顆粒度。因此，本發明方法，能夠最大限度的彌補國產立式lpcvd設備自身硬件條件的不足，并使得沉積的晶硅薄
膜厚度均勻性、重復穩定性和工藝顆粒度滿足用戶要求，對于推廣國產設備產業化應用具有重要意義。
附圖說明
22.為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述。
23.圖1為本發明中改善立式lpcvd設備鍍膜效果的流程示意圖。
具體實施方式
24.以下結合說明書附圖和具體優選的實施例對本發明作進一步描述，但并不因此而限制本發明的保護范圍。
25.實施例
26.對于立式lpcvd設備，工藝筒對稱性套在均熱管內部，二者豎直放置，進氣口在工藝筒底部，排氣管接口在均熱管底部，排氣管終端連接定頻干泵，排氣管中間連接可自行調節的蝶閥。高溫低壓狀態下，工藝管中形成從工藝筒底部至頂部的氣流場，壓強恒定狀態下，蝶閥開度大小根據氣體流量實時自行調節。
27.在晶硅薄膜沉積過程中，氣體sih4通過進氣口進入低壓工藝管，氣體一方面形成從工藝筒底部至頂部的氣流場，另一方面因高溫低壓而向四周擴散，氣體分子吸附到晶圓或管壁表面并受熱分解而沉積成膜。在真空管道系統中，只要sih4氣體受熱并擴散到可觸及的地方，均可分解并沉積成膜。所以，排氣管道中的蝶閥及轉軸表面、真空壓力表、氣動閥門等氣體分子可擴散接觸到的地方均可有sih4氣體分解產物的沉積，這就一定程度上影響了真空控制系統的控壓效果，特別是蝶閥開度大小的自我調節能力。
28.對于立式lpcvd設備而言，真空控制系統直接決定氣流場的穩定性，進而決定沉積薄膜厚度的均勻性及重復穩定性。為提高薄膜沉積的工藝效果，就需要改善真空控制系統的靈敏性。然而，在利用立式lpcvd設備沉積晶硅薄膜時，在常規晶硅薄膜沉積工藝條件下沉積晶硅薄膜仍然存在薄膜片內、片間均勻性差，且工藝顆粒度大等缺陷，如表1所示，常規晶硅薄膜沉積工藝條件下沉積的晶硅薄膜的膜厚片內不均勻性達到1％-7％，膜厚片間不均勻性達到2％-5％，膜厚批間不均勻性達到2％-4％，且粒度≥0.16μm的顆粒的數量在15個以上，甚至某些位置上的數量達到50個。
29.表1常規晶硅薄膜沉積工藝條件下沉積的晶硅薄膜的膜厚均勻性和工藝顆粒度測試結果
30.31.針對上述立式lpcvd設備中存在的缺陷，本發明中的提出了一種改善立式lpcvd設備鍍膜效果的方法，在利用立式lpcvd設備沉積晶硅薄膜的過程中依次對立式lpcvd設備進行真空撿漏、工藝壓強控制、工藝氣流場調控、薄膜沉積、工藝管道升壓吹掃，通過增加工藝氣流場調控環節，改善立式lpcvd設備的薄膜沉積的工藝效果，具體為：通過真空撿漏，檢查真空管道是否漏氣；通過工藝壓強控制，使工藝管壓強穩定在設定的壓強條件下，保持壓強穩定；通過工藝氣流場調控，提高工藝管的壓強自我調節能力；在薄膜沉積過程中，通入氣態源(反應氣源)，使之在高溫下分解并沉積在晶圓表面，達到薄膜淀積的中心目的；通過工藝管道升壓吹掃，使工藝管恢復常壓狀態，同時吹掃管道中的顆粒。特別的，上述各個處理環節，缺一不可，且需按照先后順序進行的，即前一個環節達標后才能進行下一個環節，一定程度存在協同促進關系，例如，如果第一個環節至第三個不合格，那么，第四個環節的薄膜淀積后的膜厚均勻性可能就比較差。因此，在沉積薄膜前后以工藝壓強為基準點，通過上下浮動的方法調控工藝管的壓強大小和氣流量，反復觸動蝶閥開度自調節功能，達到改善真空控制系統靈敏性的目的，由此提高工藝管的控壓效果，即提高氣流場的穩定一致性，進而改善立式lpcvd設備的沉積薄膜厚度的均勻性及重復穩定性，同時，在反復調控壓強和氣流量的情況下，氣體流速會出現循環性驟變，沉積在工藝筒、晶舟或晶圓表面的絕大多數薄膜顆粒會隨氣流場排出工藝管道，由此進一步改善了薄膜沉積工藝的顆粒度。經測試，本發明方法能夠改善膜厚均勻性、重復穩定性和工藝顆粒度的效果，如表2所示，在利用立式lpcvd設備沉積晶硅薄膜的過程中，采用本發明方法處理后所制備的晶硅薄膜的膜厚片內不均勻性低至1％-2％，甚至小于1％，膜厚片間不均勻性低至1％-2％，膜厚批間不均勻性低至1％-2％，且粒度≥0.16μm的顆粒的數量小于15個。
32.表1常規晶硅薄膜沉積工藝條件下沉積的晶硅薄膜的膜厚均勻性和工藝顆粒度測試結果
[0033][0034]
為了更好的理解本發明技術方案的創新所在，作為本發明技術方案中的其中一個案例，所涉及的改善立式lpcvd設備鍍膜效果的方法，具體是選用中國電子科技集團公司第48研究所制造的8吋立式lpcvd設備在8吋硅基晶圓表面沉積薄膜，如圖1所示，在利用立式lpcvd設備沉積晶硅薄膜的過程中依次對立式lpcvd設備進行真空撿漏、工藝壓強控制、工藝氣流場調控、薄膜沉積、工藝管道升壓吹掃，具體來說：
[0035]
(1)真空撿漏：檢查工藝管是否漏氣，如表3所示，具體為：按照流量為15slm，往立式lpcvd設備進氣管中通入氮氣，持續10min以后，關閉所有進氣氣路閥門，極限抽真空，若工藝管的壓強能降低至≤10pa，則合格并進入下一步，即極限抽真空合格后，等待2min以后，關閉抽氣蝶閥，若關閉5分鐘以后，工藝管的真空漏率≤2pa/min，則表示漏率檢測合格，
具體的，該實施例中工藝管的真空漏率≤1pa/min，即工藝管的漏率檢測合格。
[0036]
(2)工藝壓強控制：漏率檢測合格后，通入氮氣吹掃氣路管道，使工藝管的壓強和氣體流量穩定在薄膜沉淀時設定的壓強和氣體流量條件下，具體的工藝步驟和工藝參數，如表3所示，經通入氮氣吹掃后，工藝管的壓強為30pa、氮氣流量為0.6slm。
[0037]
表3真空檢漏和壓強控制環節的工藝參數
[0038][0039][0040]
(3)工藝氣流場調控：以薄膜沉淀時設定的壓強值和氣體流量值為基準，上下浮動調節工藝管的壓強和氮氣流量，重復上下浮動調節的操作3次，具體工藝過程和工藝參數，如表4所示。該步驟中，每次上下浮動調節工藝管的壓強和氮氣流量時，當上浮動調節工藝管的壓強和氮氣流量達到預設目標后停留時間為10min，當下浮動調節工藝管的壓強和氮氣流量達到預設目標后停留時間為5min。
[0041]
表4工藝氣流場調控環節的工藝參數
[0042][0043]
(4)薄膜沉積：在設定的壓強條件下，通入反應氣源，在半導體襯底表面沉積薄膜，具體為：工藝壓強保持30pa不變，硅烷流量為0.6slm，根據膜厚要求調整工藝時間和溫度。該步驟中，薄膜的沉積工藝為常規工藝。
[0044]
(5)工藝管道升壓吹掃：完成薄膜淀積后，通入氮氣吹掃工藝管及排氣管道，使工藝管的壓強和氣體流量穩定在薄膜沉淀時設定的壓強和氣體流量條件下，以薄膜沉淀時設定的壓強值和氣體流量值為基準，上下浮動調節工藝管的壓強和氮氣流量，重復上下浮動調節的操作3次，具體的工藝步驟和工藝參數如表5所示。上下浮動調節的操作完成后，按照氮氣的流量為5slm，調節工藝管道的壓強為常壓，出舟。
[0045]
表5工藝管道升壓吹掃環節的工藝參數
[0046][0047][0048]
經上述處理后制得的晶硅薄膜的膜厚均勻性和工藝顆粒度測試結果，如表6所示。由表6可知，在利用立式lpcvd設備沉積晶硅薄膜的過程中，采用本發明方法處理后所制備的晶硅薄膜的膜厚片內不均勻性低至1.2％以下，膜厚片間不均勻性低至1.2％，膜厚批間不均勻性低至1.5％，且粒度≥0.16μm的顆粒的數量小于15個，甚至低于9個。
[0049]
表6本發明制得的晶硅薄膜膜厚均勻性和工藝顆粒度測試結果
[0050][0051]
綜合上述結果可知，本發明改善立式lpcvd設備鍍膜效果的方法，在利用立式lpcvd設備沉積晶硅薄膜的過程中依次對立式lpcvd設備進行真空撿漏、工藝壓強控制、工藝氣流場調控、薄膜沉積、工藝管道升壓吹掃，通過增加工藝氣流場調控環節，改善立式lpcvd設備的薄膜沉積的工藝效果，不僅可以改善立式lpcvd設備的沉積薄膜厚度的均勻性及重復穩定性，也可以改善薄膜沉積工藝的顆粒度。因此，本發明方法，能夠最大限度的彌補國產立式lpcvd設備自身硬件條件的不足，為提高所生產器件的性能穩定性和產品合格率，最大限度的改善了所沉積的晶硅薄膜的厚度均勻性、重復穩定性和工藝顆粒度，并使得沉積的晶硅薄膜厚度均勻性、重復穩定性和工藝顆粒度滿足用戶要求，對于推廣國產設備產業化應用具有重要意義。
[0052]
以上實施例僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護范圍并不僅局限于上述實施例。凡屬于本發明思路下的技術方案均屬于本發明的保護范圍。應該指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下的改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
技術特征：
1.一種改善立式lpcvd設備鍍膜效果的方法，其特征在于，所述方法是在利用立式lpcvd設備沉積晶硅薄膜的過程中依次對立式lpcvd設備進行以下處理：(1)真空撿漏：檢查工藝管是否漏氣；(2)工藝壓強控制：漏率檢測合格后，通入氮氣吹掃氣路管道，使工藝管的壓強和氣體流量穩定在薄膜沉淀時設定的壓強和氣體流量條件下；(3)工藝氣流場調控：以薄膜沉淀時設定的壓強值和氣體流量值為基準，上下浮動調節工藝管的壓強和氮氣流量，重復上下浮動調節的操作至少3次；(4)薄膜沉積：在設定的壓強條件下，通入反應氣源，在半導體襯底表面沉積薄膜；(5)工藝管道升壓吹掃：完成薄膜淀積后，通入氮氣吹掃工藝管及排氣管道，使工藝管的壓強和氣體流量穩定在薄膜沉淀時設定的壓強和氣體流量條件下，以薄膜沉淀時設定的壓強值和氣體流量值為基準，上下浮動調節工藝管的壓強和氮氣流量，重復上下浮動調節的操作至少3次，調節壓強為常壓，出舟。2.根據權利要求1所述的改善立式lpcvd設備鍍膜效果的方法，其特征在于，所述(1)中，包括以下處理：關閉立式lpcvd設備所有進氣氣路閥門，抽真空，若工藝管的壓強能降低至≤10pa，則關閉抽氣蝶閥，若關閉5分鐘以后，工藝管的真空漏率≤2pa/min，則表示漏率檢測合格。3.根據權利要求2所述的改善立式lpcvd設備鍍膜效果的方法，其特征在于，所述(3)中，上下浮動調節工藝管的壓強和氮氣流量時，壓強上下浮動的調節范圍為10pa～80pa，氣體流量上下浮動的調節范圍為100sccm～2000sccm。4.根據權利要求3所述的改善立式lpcvd設備鍍膜效果的方法，其特征在于，所述(3)中，每次上下浮動調節工藝管的壓強和氮氣流量時，當上浮動調節工藝管的壓強和氮氣流量達到預設目標后停留時間為10min，當下浮動調節工藝管的壓強和氮氣流量達到預設目標后停留時間為5min。5.根據權利要求4所述的改善立式lpcvd設備鍍膜效果的方法，其特征在于，所述(4)中，在半導體襯底表面沉積薄膜時，設定工藝管的壓強為20pa～40pa，氣體流量為300sccm～600sccm。6.根據權利要求5所述的改善立式lpcvd設備鍍膜效果的方法，其特征在于，所述(4)中，在半導體襯底表面沉積薄膜時，所述半導體襯底為8吋硅基晶圓、碳化硅晶圓或氮化鎵晶圓；所述反應氣源為硅烷。7.根據權利要求1～6中任一項所述的改善立式lpcvd設備鍍膜效果的方法，其特征在于，所述(5)中，上下浮動調節工藝管的壓強和氮氣流量時，壓強上下浮動的調節范圍為10pa～80pa，氣體流量上下浮動的調節范圍為100sccm～2000sccm。8.根據權利要求7所述的改善立式lpcvd設備鍍膜效果的方法，其特征在于，所述(5)中，每次上下浮動調節工藝管的壓強和氮氣流量時，當上浮動調節工藝管的壓強和氮氣流量達到預設目標后停留時間為10min，當下浮動調節工藝管的壓強和氮氣流量達到預設目標后停留時間為5min。9.根據權利要求7所述的改善立式lpcvd設備鍍膜效果的方法，其特征在于，所述(5)中，所述調節壓強為常壓的過程中通入氮氣，所述氮氣的流量≤5slm。
技術總結
本發明公開了一種改善立式LPCVD設備鍍膜效果的方法，該方法是在利用立式LPCVD設備沉積晶硅薄膜的過程中依次對立式LPCVD設備進行真空撿漏、工藝壓強控制、工藝氣流場調控、薄膜沉積、工藝管道升壓吹掃，通過增加工藝氣流場調控環節，改善立式LPCVD設備的薄膜沉積的工藝效果，不僅可以改善立式LPCVD設備的沉積薄膜厚度的均勻性及重復穩定性，也可以改善薄膜沉積工藝的顆粒度。因此，本發明方法，能夠最大限度的彌補國產立式LPCVD設備自身硬件條件的不足，并使得沉積的晶硅薄膜厚度均勻性、重復穩定性和工藝顆粒度滿足用戶要求，對于推廣國產設備產業化應用具有重要意義。產設備產業化應用具有重要意義。產設備產業化應用具有重要意義。
