一种用于外延预清洁腔室的预处理方法与流程
本发明属于半导体，涉及一种用于外延预清洁腔室的预处理方法。
背景技术：
1、在半导体器件制造的各种工序中，基片需要在不同处理设备之间传输，传输过程需要进入大气环境，这会导致基片表面存在大量被自然氧化的材料(sio2)，这些氧化硅覆盖在单晶硅基片表面会导致无法在基片上沉积均一的单晶硅晶体材料层。为此在进行硅或者其它半导体材料外延生长前，需要利用专用的预清洁腔室将这种自然氧化物或者其它污染物清除。
2、例如，外延（epitaxy，epi）生长是一种生长单晶薄膜的技术，该技术在衬底上沉积一层与衬底相同或不同材料的单晶薄膜。所述衬底在进行外延生长前需要在一外延预清洁腔室中进行严格预先清洗刻蚀工艺（pre-clean etching process），以去除基片表面的颗粒污染或氧化层，如氧化硅。
3、现有的预先清洗工艺需要经过两个步骤进行：
4、1）低温成盐步骤(40℃-60℃)，首先，向外延预清洁腔室中通入经过远程等离子激活后的清洁反应气体组，反应气体组包括氟、氮、氢等成分的自由基，与基片表面的氧化硅反应产生固体盐（nh4）2sif6。反应方程式如下：
5、f*+nh3→nh4f 式1
6、sio2+6nh4f→（nh4）2sif6+h2o+4nh3 式2
7、2）然后，进行高温升华步骤，升高基片温度，使得基片温度上升到使所述固体盐升华气化的温度(大于120℃)，升华后的气体被排气系统抽走，完成一个成盐升华循环，刻蚀掉表面的氧化硅。
8、然而，清洗后的基片始终存在由于首片基片效应（first wafer effect, fwe）或批次间漂移（run-to-run drift）现象导致基片加工良率下降问题。首片基片效应是指在半导体制造过程中，当一个新的加工批次开始时，第一片或前几片基片（wafer）可能会展现出与后续加工基片不同的特性和性能。这种现象通常是由于加工设备或环境在初始阶段的不稳定状态导致的。批次间漂移是指在半导体制造过程中，不同批次（run）之间的工艺参数或产品性能出现的逐渐变化。这种漂移可能由多种因素引起，但同首片基片效应的原因类似，都可能是清洗后的结果不一致造成的，并且两种情况都可能会导致后续外延产品质量的不一致性和可靠性问题。
9、随着半导体技术的飞速发展，产品质量对于不同基片批次间的差异尤其敏感。因此，需要提高清洁腔室设备的稳定性。为了避免生产成本上升，提高清洁腔室设备的稳定性的工艺时间也需要严格控制。
技术实现思路
1、本发明的目的是通过对用于外延预清洁腔室进行预处理，快速提高所述腔室的稳定性，以避免腔室设备不稳定导致的首片基片效应和批次间漂移。
2、为了达到上述目的，本发明提供了一种用于外延预清洁腔室的预处理方法，包含：
3、提供一外延预清洁腔室；
4、均一化处理：分别向所述腔室通入第一预处理气体及第二预处理气体，使得所述第一预处理气体与所述第二预处理气体反应形成的复合物吸附在所述腔室内壁表面，以提供稳定的化学环境；
5、其中，所述第一预处理气体包含nh3，所述第二预处理气体包含：含f活性粒子；所述含f活性粒子在通入所述腔室前经等离子体源解离处理。
6、可选地，所述均一化处理时间为25s~250s，第一预处理气体的流量为10sccm -20sccm，所述第二预处理气体的流量为5sccm -10sccm。
7、可选地，在所述均一化处理步骤前，还包含预吸附步骤：通入前驱气体，持续第一时间，使得所述前驱气体吸附在所述腔室内壁表面，所述前驱气体包含nh3和/或含f活性粒子。
8、可选地，所述第一时间为30s~120s，所述均一化处理时间为50s~80s。
9、可选地，所述预吸附步骤包含：通入nh3，持续第二时间，使得所述nh3吸附在所述腔室内壁表面，然后通入含f活性粒子，持续第三时间，所述第二时间≥第三时间。
10、可选地，所述第二时间≥40s，所述均一化处理时间为50s~80s。
11、可选地，所述第二时间为60s~120s。
12、可选地，所述第三时间与刻蚀工艺时间相同。
13、可选地，所述第三时间为20s~50s。
14、可选地，所述预吸附步骤包含：通入含f活性粒子，持续第四时间，使得所述含f活性粒子吸附在所述腔室内壁表面，然后通入nh3，持续第五时间，所述第四时间≤第五时间。
15、可选地，所述第四时间≥30s，所述均一化处理时间为50s~80s。
16、可选地，所述第五时间为60s~120s。
17、可选地，在所述均一化处理步骤中，还通入h2。
18、可选地，所述h2的流量范围为2000sccm-6000sccm。
19、可选地，所述腔室内的温度为20℃~60℃，所述腔室的压力为2torr~10torr。
20、与现有技术相比，本发明的技术方案至少具有以下有益效果：
21、本发明在外延预清洁腔室进行基片刻蚀清洗前，对所述腔室进行均一化处理，分别向所述腔室通入第一预处理气体及第二预处理气体，使得所述第一预处理气体与所述第二预处理气体反应形成的复合物吸附在所述腔室内壁表面，以提供稳定的化学环境。通过均一化处理后的腔室在接下来的连续基片清洗过程中，可以保持动态化学平衡，获得一致性较好的基片，且无需增加批次前处理步骤，不仅可以缩短工艺时间，还能防止在批次前处理过程中可能对化学环境的破坏。
22、进一步地，本发明还在所述均一化处理前，设置预吸附步骤：通入前驱气体，持续第一时间。这样不仅能更快速地使得所述腔室达到化学稳定状态，还可以使得腔室内壁的吸附量更大，可以在更长的刻蚀清洗工艺时间下处于化学平衡状态，清洗处理更多批次的基片。
技术特征：
1.一种用于外延预清洁腔室的预处理方法，其特征在于，包含：
2.如权利要求1所述的用于外延预清洁腔室的预处理方法，其特征在于，所述均一化处理时间为25s~250s，第一预处理气体的流量为10sccm -20sccm，所述第二预处理气体的流量为5sccm -10sccm。
3.如权利要求1所述的用于外延预清洁腔室的预处理方法，其特征在于，在所述均一化处理步骤前，还包含预吸附步骤：通入前驱气体，持续第一时间，使得所述前驱气体吸附在所述腔室内壁表面，所述前驱气体包含nh3和/或含f活性粒子。
4.如权利要求3所述的用于外延预清洁腔室的预处理方法，其特征在于，所述第一时间为30s~120s，所述均一化处理时间为50s~80s。
5.如权利要求3所述的用于外延预清洁腔室的预处理方法，其特征在于，所述预吸附步骤包含：通入nh3，持续第二时间，使得所述nh3吸附在所述腔室内壁表面，然后通入含f活性粒子，持续第三时间，所述第二时间≥第三时间。
6.如权利要求5所述的用于外延预清洁腔室的预处理方法，其特征在于，所述第二时间≥40s，所述均一化处理时间为50s~80s。
7.如权利要求6所述的用于外延预清洁腔室的预处理方法，其特征在于，所述第二时间为60s~120s。
8.如权利要求5所述的用于外延预清洁腔室的预处理方法，其特征在于，所述第三时间与刻蚀工艺时间相同。
9.如权利要求8所述的用于外延预清洁腔室的预处理方法，其特征在于，所述第三时间为20s~50s。
10.如权利要求3所述的用于外延预清洁腔室的预处理方法，其特征在于，所述预吸附步骤包含：通入含f活性粒子，持续第四时间，使得所述含f活性粒子吸附在所述腔室内壁表面，然后通入nh3，持续第五时间，所述第四时间≤第五时间。
11.如权利要求10所述的用于外延预清洁腔室的预处理方法，其特征在于，所述第四时间≥30s，所述均一化处理时间为50s~80s。
12.如权利要求11所述的用于外延预清洁腔室的预处理方法，其特征在于，所述第五时间为60s~120s。
13.如权利要求1-12中任意一项所述的用于外延预清洁腔室的预处理方法，其特征在于，在所述均一化处理步骤中，还通入h2。
14.如权利要求13所述的用于外延预清洁腔室的预处理方法，其特征在于，所述h2的流量范围为2000sccm-6000sccm。
15.如权利要求13所述的用于外延预清洁腔室的预处理方法，其特征在于，所述腔室内的温度为20℃~60℃，所述腔室的压力为2torr~10torr。
技术总结
本发明公开了一种用于外延预清洁腔室的预处理方法，该方法包含：提供一外延预清洁腔室；均一化处理：分别向所述腔室通入第一预处理气体及第二预处理气体，使得所述第一预处理气体与所述第二预处理气体反应形成的复合物吸附在所述腔室内壁表面，以提供稳定的化学环境；其中，所述第一预处理气体包含NH<subgt;3</subgt;，所述第二预处理气体包含：含F活性粒子。本发明在基片清洗前，对所述腔室进行均一化处理，使得所述腔室对工艺气体的吸附处于动态平衡状态，在刻蚀清洗工艺中，所述腔室能长期保持化学稳定性，不会对工艺气体的浓度或分布产生影响，可以实现多批量基片连续清洗，且一致性良好。
技术研发人员：王宝赋,刘柱晗,张凯
受保护的技术使用者：中微半导体（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5