一种半导体沉积腔室的加热盘预处理方法

技术领域

本发明涉及半导体沉积工艺领域，尤其涉及一种半导体沉积腔室的加热盘预处理方法。

背景技术

在一些半导体产品制备的沉积工艺中，例如沉积非晶碳薄膜，常采用射频等离子体增强化学气相沉积的工艺方法。其中，对于沉积设备中包含的新的陶瓷加热器，在工艺开始之前一般会其采取一定的预处理操作。

例如，现有技术中有方案采用远程等离子体刻蚀的方式对该全新的加热器进行清洁预处理。具体步骤包括：首先将NF3、O2、Ar或He等气体输入等离子体激发腔室，在外加电场或者微波的作用下在该等离子激发腔室内电离该些气体，从而以远程方式产生等离子体，然后再通过管道将所产生的等离子体气体传输进入待加工晶圆所在的反应腔室。

然而，采用该远程等离子方案对陶瓷加热器进行预处理后，检测硅片表面颗粒的结果较差，并且体现出随着处理次数的增加颗粒污染物递增的趋势，尤其是在400℃的高温下，可以在硅片表面检测到成分为C/O/Al/F等元素且颗粒大于尺寸为0.06微米的污染物颗粒超过30颗，无法满足工艺需求。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本领域亟需一种半导体沉积腔室的加热盘预处理方法，用于在薄膜沉积的工艺开启前预处理反应腔室内的加热盘，以改善加热盘产生颗粒物污染待加工晶圆的问题。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种半导体沉积腔室的加热盘预处理方法，该加热盘预处理方法包括：在通入前驱气体进行薄膜沉积工艺之前，采用原位等离子体方式预处理该沉积腔室中的加热盘，从而在该加热盘的表面形成氧化涂层以阻隔颗粒物的产生。

在一实施例中，可选地，该薄膜沉积工艺包括以乙炔为前驱气体的非晶碳薄膜沉积工艺。

在一实施例中，优选地，本发明提供的半导体沉积腔室的加热盘预处理方法中，该采用原位等离子体方式预处理所述沉积腔室中的加热盘，可以包括：选取预设工艺参数，以使相较于同等条件下采用远程等离子体方式预处理该加热盘，预处理花费时长减少超过50％，薄膜沉积后的晶圆污染颗粒物减少超过80％。

在一实施例中，优选地，本发明提供的半导体沉积腔室的加热盘预处理方法中，该在沉积腔室内采用原位等离子体方式预处理该加热盘，可以包括：该控制采用原位等离子体方式预处理所述加热盘的时长不超过1.2h。

在一实施例中，优选地，本发明提供的半导体沉积腔室的加热盘预处理方法中，该采用原位等离子体方式预处理所述沉积腔室中的加热盘，还可以包括：向该沉积腔室内通入氧气和载气气体，以500～1500w的激发电源功率在该沉积腔室内直接形成等离子体。

在一实施例中，优选地，本发明提供的半导体沉积腔室的加热盘预处理方法中，该选取预设工艺参数，可以包括：控制通入氧气的流量范围在10000～30000sccm之间。

在一实施例中，优选地，本发明提供的半导体沉积腔室的加热盘预处理方法中，该选取预设工艺参数，还可以包括：控制通入氩气的流量范围在1000～8000sccm之间。

在一实施例中，优选地，本发明提供的半导体沉积腔室的加热盘预处理方法中，该选取预设工艺参数，还可以包括：在预处理该加热盘的过程中，控制该沉积腔室内的压力范围在5～7.5torr之间。

在一实施例中，优选地，本发明提供的半导体沉积腔室的加热盘预处理方法中，还可以包括：预处理该加热盘的步骤完成后，通入前驱气体以进行薄膜沉积工艺；以及沉积薄膜的步骤完成后，检测晶圆的颗粒物污染情况以验证预处理效果。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1是根据现有技术中的一实例绘示的沉积腔室加热盘预处理方法的方法流程示意图；

图2是根据本发明的一实施例绘示的在图1方案基础上进行的加热盘预处理方法的改进；

图3是根据现有技术中的另一实例绘示的沉积腔室加热盘预处理方法的方法流程示意图；

图4是根据本发明的一实施例绘示的在图3方案基础上进行的加热盘预处理方法的改进；

图5A是根据图3所示方法检测晶圆颗粒物污染的结果示意图；

图5B是根据本发明的一实施例绘示的检测晶圆颗粒物污染的结果示意图；以及

图6是根据本发明的一实施例绘示的经预处理后加热器的颗粒表现稳定性对比图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。

能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。

图1是根据现有技术中的一实例绘示的沉积腔室加热盘预处理方法的方法流程示意图。

请参照图1，在薄膜沉积的半导体工艺过程中，若恰巧沉积设备内更换新的陶瓷加热器，又或者新的沉积设备启用时，新的加热盘会产生颗粒物污染待加工的晶圆表面，使得工艺颗粒较差。因而需要对该些新的加热盘进行预处理工作。

现有技术中，如图1所示，常采用远程等离子体的方式对加热盘进行预处理。远程等离子体通常在RPS设备中产生，再通过管道将等离子体气体传输至反应腔室中。

RPS，远程等离子体源(Remote Plasma Source)是一种用于产生等离子体的装置，它通常被用于在真空环境中进行晶圆表面处理、材料改性、薄膜沉积等工艺。RPS通过将气体输送到装置中，利用电场或者磁场产生等离子体，然后再将等离子体传输到需要处理的晶圆表面区域。

与传统等离子体源不同的是，RPS通常不直接接触要处理的表面，而是在一定距离之外产生等离子体，并将等离子体输送到目标表面，因此被称为“远程等离子体源”。远程等离子体源RPS的主要优点在于它可以实现对表面的均匀处理，而且对于一些敏感的表面或者材料，由于远离等离子体，因此减少了对表面的热和化学损伤。此外，远程等离子体源RPS可以被集成到真空处理系统中，使得表面处理和材料改性的工艺更加灵活和高效。

然而，请继续参考图1，在最后一个工艺步骤中，需要测试晶圆表面的工艺颗粒数值。此时发现，采用远程等离子体方式预处理加热盘的方法，未能有效改善加热盘产生颗粒物污染晶圆表面的问题，特别是在例如400℃的高温下，可以在硅片表面检测到成分为C/O/Al/F等元素且颗粒大于尺寸为0.06微米的污染物颗粒超过30颗，无法满足工艺需求。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种半导体沉积腔室的加热盘预处理方法，用于在薄膜沉积的工艺过程开启前预处理反应腔室内的加热盘，以改善加热盘产生颗粒物污染待加工晶圆的问题。

图2是根据本发明的一实施例绘示的在图1方案基础上进行的加热盘预处理方法的改进。

可以结合参考图2，在现有技术预处理加热盘方案的基础上，本发明提供加热盘预处理方法可以包括：在通入前驱气体以薄膜沉积工艺之前，在沉积腔室内采用原位等离子体方式预处理该加热盘，从而在该加热盘的表面形成氧化涂层以阻隔颗粒物的产生。

换言之，相较于图1所示的加热盘预处理方法，本发明提供的半导体沉积腔室的加热盘预处理方法将现有技术中的采用远程等离子体方式预处理加热盘改为采用原位等离子体方式对加热盘进行预处理。

与远程等离子体处理方法相似的，原位等离子体同样利用等离子体对材料进行表面处理和清洁。等离子体是由气体中的电离粒子和自由电子组成的高度激活的气体状态，它具有高能量和化学反应性。

原位等离子体处理方法在半导体工艺中具有广泛的应用，能够改善器件性能、提高工艺可靠性，并降低制造成本。它在半导体工艺中的角色越来越重要，特别是在微纳电子器件的制造过程中。

在半导体工艺中，原位等离子体处理通常用于表面清洁、氧化、脱氢和去除有机污染物等操作。这种处理方法能够去除表面的污染物和氧化层，并改善材料的表面特性。

原位等离子体处理可以通过射频、微波和直流电源等方式产生等离子体。这些等离子体会与半导体表面相互作用，引发化学反应或物理过程，从而改变材料的表面性质。例如，原位等离子体处理可以用于去除表面的有机污染物，使其表面更加干净和纯净；还可以通过氧化等离子体处理提高氧化层的质量，增强氧化层的绝缘性能。

而相较于远程等离子体方式，原位等离子处理方法在以下几个方面存在着差异。

首先是等离子处理位置的差异，原位等离子体处理是指将等离子体直接应用于待处理材料的表面，即处理过程在材料所处的位置进行。在本发明提供的加热盘预处理方法中，采用原位等离子体方式，即在反应腔室本身内直接产生等离子体从而对加热盘进行预处理，无需再通过远程等离子体设备将远程方式产生的等离子体气体再通过管道传输入反应腔室。

而远程等离子体处理则是将等离子体生成在离表面一定距离的空间中，再通过等离子体与材料表面的相互作用来实现处理。

再者，在等离子体密度方面也有所差异。原位等离子体处理方式中，由于等离子体直接接触材料表面，因此可以达到较高的等离子体密度。而远程等离子体处理中，由于等离子体需要通过传输到达材料表面，因此等离子体密度通常较低。

而在半导体处理的几何限制方面，原位等离子体处理受到材料自身几何结构的限制，只能局限于表面处理。而远程等离子体处理则可以克服几何限制，可以对大尺寸或复杂结构的材料进行处理。

进一步地，相较于远程等离子体处理方式，原位等离子体处理方法具备的优势包括：可以实现高等离子体密度，更有效地与材料表面相互作用；处理过程对材料位置影响小，适用于对局部区域进行处理；以及处理速度较快，适合于高通量生产。

在一可选的实施例中，本发明提供的加热盘预处理方法中，适用的薄膜沉积工艺包括以乙炔为前驱气体的非晶碳薄膜沉积工艺。

需要说明书的是，此处仅对薄膜沉积工艺的类型做示例性的说明，旨在可以以采用乙炔前驱气体的非晶碳薄膜沉积工艺为例，清楚详尽地说明所选取的工艺参数以及能够达到的改善颗粒物污染的效果，而非用于限制本发明的保护范围，实际上，对于其他薄膜沉积工艺，例如一些等离子体气相沉积或次常压化学沉积的工艺过程中，也存在加热盘颗粒物剥落进而影响污染晶圆的问题，亦可以应用本发明提供的加热盘预处理方法。

图3是根据现有技术中的另一实例绘示的沉积腔室加热盘预处理方法的方法流程示意图；以及图4是根据本发明的一实施例绘示的在图3方案基础上进行的加热盘预处理方法的改进。

可以结合参考图3、图4，在其他条件相同的情形下，相较于现有技术中采用远程等离子体方式预处理加热盘的方案，本发明提供的加热盘预处理方法采用原位等离子体方式直接在沉积腔室内预处理加热盘。

形成鲜明对比地，在图3所示的现有技术实例中，远程等离子体方式预处理加热盘的工艺时长超过2.5h。而在图4所示的本发明的实施例中，控制采用原位等离子体预处理加热盘的加工时长不超过1.2h。

在本发明一优选的实施例中，该在沉积腔室内采用原位等离子体方式预处理该加热盘，采用预设工艺参数，以使相较于同等条件下采用远程等离子体方式预处理该加热盘，预处理花费时长减少超过50％，同时沉积非晶碳薄膜工艺的污染颗粒物减少超过80％。

这是由于在真空反应腔室内直接形成等离子体，会使加热器的表面形成一种氧化层，从而形成阻隔颗粒的涂层，将加热盘产生的污染颗粒物包裹起来，避免其污染晶圆表面。

换言之，本发明提供的加热盘预处理方法，由于将现有技术中的远程等离子体方式更换为原位等离子体方式预处理加热盘，在更少的加工时间下，显著减少了加热盘颗粒物的产生，取得了更优的工艺效果。

在一优选的实施例中，本发明提供的加热盘预处理方法还可以包括：预处理该加热盘的步骤完成后，通入前驱气体以进行薄膜沉积工艺；以及沉积该薄膜的步骤完成后，检测晶圆的颗粒物污染情况以验证预处理效果。

例如，以采用乙炔为前驱气体的非晶碳薄膜沉积工艺为例，在分别采用上文描述的远程等离子体和原位等离子体两种方式处理加热盘并进行薄膜沉积工艺后，检测晶圆表面颗粒物污染的情况可以参考图5A、5B。

图5A是根据图3所示方法检测晶圆颗粒物污染的结果示意图；以及图5B是根据本发明的一实施例绘示的检测晶圆颗粒物污染的结果示意图。

可以参考图5A、5B，在最后的颗粒物检测环节发现，在上文描述的预处理时长下，本发明提供的采用原位等离子体方法预处理加热盘后，晶圆表面的颗粒物污染显著减少，污染颗粒物由图5A所示的超过30颗优化为图5B所示的小于10颗，并且该加热器可以满足后续的可持续使用需求，始终有效地阻挡颗粒产生，满足工艺标准要求。

进一步地，经试验研究发现，可以控制一些优选的参数范围，进而取得更优的预处理效果。

例如，在一优选的实施例中，本发明提供的加热盘预处理方法中，该在沉积腔室内采用原位等离子体方式预处理该加热盘，还可以包括：向该沉积腔室内通入氧气和载气气体，以500～1500w的激发电源功率在该沉积腔室内直接形成等离子体。

这里的载气气体可以包括氮气、氩气或者氦气等，可以根据实际的工艺需要针对性的选取。

在一优选的实施例中，该采用预设工艺参数，可以包括：控制通入氧气的流量范围在10000～30000sccm之间。

在一优选的实施例中，该采用预设工艺参数，还可以包括：控制通入载气气体的流量范围在1000～8000sccm之间。

在一优选的实施例中，该采用预设工艺参数，还可以包括：在预处理该加热盘的过程中，控制该沉积腔室内的压力范围在5～7.5torr之间。

图6是根据本发明的一实施例绘示的经预处理后加热器的颗粒表现稳定性对比图。

如图6所示，其中横坐标表示wafer数量，纵坐标表示表面颗粒数，在一定量的wafer数量测试中，颗粒度满足工艺需求，表明本发明提供的用于非晶碳薄膜的沉积工艺的半导体沉积腔室的加热盘预处理方法有效地改善了晶圆表面的颗粒物污染问题。

综上，本发明提供的用于非晶碳薄膜的沉积工艺的半导体沉积腔室的加热盘预处理方法，有效提升了陶瓷加热器的预处理时间及表面颗粒情况，显著缩短了陶瓷加热器的预处理时间，同时还改善了晶圆表面的颗粒物污染情况，取得了较优的工艺生产效果。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。