CN111105989B - 对基片进行钝化的方法及钝化设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种对基片进行钝化的方法，该方法包括：在外燃腔内点燃氢气和氧气的混合气，以生成水蒸气；通过设于所述外燃腔内点火处的温度检测元件实时监测所述外燃腔内的温度，并与预设温度进行比较，以利用所述外燃腔外周设置的第一加热模块实时调整所述外燃腔内的温度；将所述水蒸气通入设置有基片的钝化工艺腔。本发明还提供一种钝化设备。本发明所提供的方法对基片进行钝化时，形成的颗粒较少甚至没有，钝化膜的平整度较高。

Description

对基片进行钝化的方法及钝化设备
技术领域
本发明涉及微电子加工领域，具体地，涉及一种对基片进行钝化的方法和一种执行该方法的钝化设备。
背景技术
硅片是微电子加工领域中常用到的原材料。为了对硅片或者硅片形成的器件进行保护，通常在硅片或者硅的表面形成二氧化硅钝化膜。
常用的形成二氧化硅钝化膜的方法包括三种：干氧法、湿氧法和二氯乙烯氧化法。由于成本低、膜层生长速度快且无污染等优点，湿氧法得到的广泛的应用。
具体地，湿氧法形成钝化膜的步骤如下：
向外燃腔内通入氢气和氧气，获得混合气；
点燃混合气，获得水蒸气，并将水蒸气通入钝化工艺腔，以对钝化工艺腔内的硅片进行氧化、在硅片的表面形成二氧化硅钝化膜。
但是，利用湿氧法形成二氧化硅钝化膜时，容易产生二氧化硅颗粒，降低成膜质量。
因此，如何避免湿氧法生长二氧化硅钝化膜时产生颗粒成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对基片进行钝化的方法和一种执行该方法的钝化设备。所述方法为湿氧法，并且形成二氧化硅钝化膜时颗粒量少成膜率高。
为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种对基片进行钝化的方法，其中，所述方法包括：
在外燃腔内点燃氢气和氧气的混合气，以生成水蒸气；
通过设于所述外燃腔内点火处的温度检测元件实时监测所述外燃腔内的温度，并与预设温度进行比较，以利用所述外燃腔外周设置的第一加热模块实时调整所述外燃腔内的温度；
将所述水蒸气通入设置有基片的钝化工艺腔。
优选地，所述外燃腔内的温度随着所述钝化工艺腔内的温度的升高而降低。
优选地，所述钝化工艺腔内的温度在700℃至800℃之间，所述外燃腔内的温度在850℃至900℃之间；或，
所述钝化工艺腔内的温度在800℃至900℃之间，所述外燃腔内的温度在800℃至850℃之间；或，
所述钝化工艺腔内的温度大于900℃时，所述外燃腔内的温度在700℃至750℃之间。
优选地，利用供气管向所述外燃腔内通入氢气和氧气。
优选地，利用所述供气管向所述外燃腔中供气的气体流速不超过预定流速。
优选地，所述方法还包括对所述外燃腔和所述钝化工艺腔之间设置的用于将二者连通的过渡管路进行加热。
作为本发明的另一个方面，提供一种钝化设备，所述钝化设备包括外燃腔和与该外燃腔连通的钝化工艺腔，其中，所述钝化设备还包括：
温度检测元件，设于所述外燃腔内点火处，用于实时监测所述外燃腔内的温度；
第一加热模块，设于所述外燃腔外周，用于对所述外燃腔进行加热，以实时调整所述外燃腔内的温度。
优选地，所述钝化设备还包括：
控制模块，用于根据所述温度检测元件检测的温度控制所述第一加热模块的功率。
优选地，所述钝化设备还包括：
供气管，所述供气管的一端与所述外燃腔相通。
优选地，所述钝化设备还包括将所述外燃腔和所述钝化工艺腔连通的过渡管路以及对所述过渡管路进行加热的第二加热模块。
在本发明中，通过实时检测外燃腔内的温度、并对外燃腔内的温度进行实时调整可以避免外燃腔内存在冷凝点，并确保通入所述钝化工艺腔内的气体为水蒸气。
由于进入钝化工艺腔内的水蒸气不含液滴，水分子可以与钝化工艺腔内的基片发生反应，并在基片的表面生成没有颗粒的钝化膜，提高钝化膜的平整度。容易理解的是，基片由硅制成，钝化膜为二氧化硅钝化膜。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是利用现有技术中所提供的湿氧法形成二氧化硅钝化膜的原理图；
图2是二氧化硅钝化膜上形成颗粒的示意图；
图3是本发明所提供的方法的流程图；
图4是外燃腔温度和颗粒数量的关系示意图；
图5是本发明所提供的钝化设备的一种实施方式的示意图；
图6是本发明所提供的钝化设备的另一种实施方式的外燃腔的示意图。
附图标记说明
110：硅主体 120：钝化膜
130：凸起 200：外燃腔
300：钝化工艺腔 410：第一加热模块
500：供气管 600：温度检测元件
700：火焰探测器
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
经本发明的发明人研究发现，在利用湿氧法形成二氧化硅钝化膜的原因如下：
外燃腔内氢气和氧气反应生成水时，由于存在冷凝点，水蒸汽中仍然有未完全气化为水分子的小液滴，换言之，通入钝化工艺腔中的水蒸气并没有完全气化为水分子B，而是包含微观的小水滴A(如图1所示)。经过水分子与硅片的反应，可以获得钝化膜120和硅主体110。当小水滴落A在硅片100的表面上时，水分子无法与硅片结合，因此无法发生反应，在硅主体110上形成凸起130，由于凸起130并没有与硅紧密结合，因此容易脱落，形成颗粒，破坏钝化膜120的平整度。
有鉴于此，作为本发明的一个方面，提供一种对基片进行钝化的方法，其中，如图3所示，所述方法包括：
在步骤S110中，在外燃腔内点燃氢气和氧气的混合气，以生成水蒸气；
在步骤S120中，通过设于所述外燃腔内点火处的温度检测元件实时监测所述外燃腔内的温度，并与预设温度进行比较，以利用所述外燃腔外周设置的第一加热模块实时调整所述外燃腔内的温度；
在步骤S130中，将所述水蒸气通入设置有基片的钝化工艺腔。
需要指出的是，此处的“水蒸气”是指气化为水分子的气态水，不包括无法气化为水分子的水汽。
通过步骤S120可以确保所述外燃腔内的温度与预设温度一致，从而可以避免外燃腔内存在冷凝点，并确保通入所述钝化工艺腔内的气体为水蒸气。
由于进入钝化工艺腔内的水蒸气不含液滴，水分子可以与钝化工艺腔内的基片发生反应，并在基片的表面生成没有颗粒的钝化膜，提高钝化膜的平整度。容易理解的是，基片由硅制成，钝化膜为二氧化硅钝化膜。基片的表面可以有图形，也可以没有图形。
在本发明中，可以根据执行步骤S130中所需要的温度来确定外燃腔内的温度。本发明所提供的方法可以适用于不同的温度下的钝化工艺。优选地，所述外燃腔内的温度随着所述钝化工艺腔内的温度的升高而降低。
例如，所述钝化工艺腔内的温度在700℃至800℃之间，所述外燃腔内的温度在850℃至900℃之间。
或者，所述钝化工艺腔内的温度在800℃至900℃之间，所述外燃腔内的温度在800℃至850℃之间。
再或者，所述钝化工艺腔内的温度大于900℃时，所述外燃腔内的温度在700℃至750℃之间。
图4中所示的是当步骤S130中的工艺温度为800℃时，外燃腔温度与钝化工艺腔中的颗粒数量之间的关系图。如图4所示，TOP(＞0.09μ)表示钝化工艺腔顶部粒径大于0.09μm的颗粒数量，CTR(＞0.09μ)表示钝化工艺腔中部粒径大于0.09μm的颗粒数量，BTM(＞0.09μ)表示钝化工艺腔底部粒径大于0.09μm的颗粒数量。TOP(＞1μ)表示钝化工艺腔顶部粒径大于1m的颗粒数量，CTR(＞1μ)表示钝化工艺腔中部粒径大于1μm的颗粒数量，BTM(＞1μ)表示钝化工艺腔底部粒径大于1μm的颗粒数量。
在图4中，横坐标表示的是外燃腔温度，左侧的纵坐标表示的是粒径大于1μm的颗粒的数量，右侧的纵坐标表示的是粒径大于0.09μm的颗粒的数量。
通过图4可以看出，随着外燃腔温度从700℃升温至750℃以及更高后，钝化工艺腔内的粒径大于1μm的颗粒数量以及粒径大于0.09μm的颗粒数量都是减少的。
在本发明中，对如何确保外燃腔内的温度没有特殊的限制。例如，可以在外燃腔的外部设置加热器，以确保外燃腔的温度处于上述的预定范围内。
还可以通过调节外燃腔内的加热丝功率的方式确保外燃腔内的温度处于预定的范围内。
通常通过过渡管路将外燃腔和钝化工艺腔连通。作为本发明的一种实施方式，可以通过对所述过渡管路进行加热的方式防止外燃腔和钝化工艺腔之间存在冷凝点，进一步确保通入钝化工艺腔内的水蒸汽中不存在液态水。
除了调节加热器的功率的方式来调节外燃腔内的温度之外，为了更好地调节外燃腔的温度，优选地，还可以在设置加热器的同时降低通入外燃腔的气流(即，氧气和氢气的混合气)的流量，进一步防止外燃腔内温度降低。即，利用所述供气管向所述外燃腔中供气的气体流速不超过预定流速。作为一种优选实施方式，所述预定流速不超过2000mL/min。
在本发明中，对步骤S130没有特殊的要求。例如，在一种实施方式中，步骤S130可以包括：
升温，在该升温步骤中，将钝化工艺腔内的温度上升到工艺温度(例如，850℃)；
主工艺步骤，在该主工艺步骤中，通入由外燃腔产生的水蒸气，钝化工艺腔内的温度维持在所述工艺温度；
吹扫步骤，在该吹扫步骤中，钝化工艺腔内的温度仍然保持所述工艺温度；
降温。
在吹扫步骤中，通常通入氮气，以将未发生反应的水蒸气排出，防止水蒸气在钝化工艺腔内液化。
当然，本发明并不限于此，可以根据实际的工艺需求设定钝化工艺腔内的温度。
作为本发明的第二个方面，提供一种钝化设备，如图5和图6所示，所述钝化设备包括外燃腔200和与该外燃腔200连通的钝化工艺腔300，其中，所述钝化设备还包括温度检测元件600和第一加热模块410，该温度检测元件600设于外燃腔200内点火处，用于实时监测外燃腔200内的温度。
第一加热模块410设于外燃腔200的外周，用于对外燃腔200进行加热，以实时调整外燃腔200内的温度。
可以利用所述钝化设备执行本发明所提供的上述对基片进行钝化的方法。
通过对预设温度、以及实时监测到的外燃腔200内的温度进行比较，然后利用第一加热模块410调整外燃腔200内的温度，从而可以确保外燃腔200内不存在冷凝点，进而确保从外燃腔200通入钝化工艺腔300的气体为气化为分子状态的水蒸气。由于进入钝化工艺腔内的水蒸气不含液滴，水分子可以与钝化工艺腔内的基片发生反应，并在基片的表面生成没有颗粒的钝化膜，提高钝化膜的平整度。
在本发明中，对如何根据温度检测元件600监测到的外燃腔200内的温度、利用第一加热模块410调整外燃腔内的温度不做特殊限定。
例如，可以直接根据温度检测元件600检测到的温度，人为地调节第一加热模块410的输出功率，从而实现对外燃腔200内温度的调整。
为了实现自动化控制，作为一种优选实施方式，所述钝化设备还可以包括控制模块，该控制模块用于根据温度检测元件600检测的温度控制第一加热模块410的功率。
当外燃腔200内的温度低于所述预定范围的下限温度时，所述控制模块可以控制第一加热模块410的功率升高；当外燃腔内的温度高于所述预定范围的上限温度时，所述控制模块可以控制第一加热模块410的功率降低。通过控制模块的控制有利于提高本发明所提供的方法的工艺稳定性，在基片的表面形成厚度均匀一致的钝化膜。
在本发明中，对温度检测元件600的具体结构不做特殊限定，例如，温度检测元件600可以包括热电偶。
作为一种实施方式，所述钝化设备包括供气管500，该供气管500的一端与外燃腔200相通，以将氢气(H2)和氧气(O2)通入外燃腔200内部。
容易理解的是，供气管500的另一端可以连接三通结构，分别与氧气源和氢气源相连。
如上文中所述，在本发明中，可以通过降低气体流量的方式确保外燃腔内的温度在预定范围内，相应地，所述温度控制装置包括用于控制供气管500内气体流量的流量控制模块。
为了进一步防止进入钝化工艺腔300内的气体发生液化，优选地，所述钝化设备还包括将外燃腔200和钝化工艺腔300连通的过渡管路以及对所述过渡管路进行加热的第二加热模块。
在本发明中，在外燃腔内部对氢气和氧气的混合气进行点燃。如图6中所示，在外燃腔200上设置有火焰探测器700。火焰探测器700的作用在于探测外燃腔200内是否有火焰产生，当外燃腔200内有火焰产生时，说明通入外燃腔200的氢气和氧气燃烧，通入钝化工艺腔300的气体为水蒸气。当火焰探测器700未能探测到外燃腔200内的火焰时，说明进入外燃腔200内的氢气和氧气未能燃烧反应，进入钝化工艺腔300的气体是氢气和氧气，这种情况下应当尽快停止工艺的继续进行。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种对基片进行钝化的方法，其特征在于，所述方法包括：
在外燃腔内点燃氢气和氧气的混合气，以生成水蒸气；
通过设于所述外燃腔内点火处的温度检测元件实时监测所述外燃腔内的温度，并与预设温度进行比较，以利用所述外燃腔外周设置的第一加热模块实时调整所述外燃腔内的温度，以避免所述外燃腔内存在冷凝点，并确保所述外燃腔内的气体为不含液滴的水蒸气；所述外燃腔内的温度随着钝化工艺腔内的温度的升高而降低；
将所述水蒸气通入设置有基片的钝化工艺腔，以在所述基片的表面生成没有颗粒的钝化膜；
所述方法还包括对所述外燃腔和所述钝化工艺腔之间设置的用于将二者连通的过渡管路进行加热。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钝化工艺腔内的温度在700℃至800℃之间，所述外燃腔内的温度在850℃至900℃之间；或，
所述钝化工艺腔内的温度在800℃至900℃之间，所述外燃腔内的温度在800℃至850℃之间；或，
所述钝化工艺腔内的温度大于900℃时，所述外燃腔内的温度在700℃至750℃之间。
3.根据权利要求1至2中任意一项所述的方法，其特征在于，利用供气管向所述外燃腔内通入氢气和氧气。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，利用所述供气管向所述外燃腔中供气的气体流速不超过预定流速。
5.一种钝化设备，所述钝化设备包括外燃腔和与该外燃腔连通的钝化工艺腔，其特征在于，所述钝化设备采用权利要求1-4任意一项所述的对基片进行钝化的方法，还包括：
温度检测元件，设于所述外燃腔内点火处，用于实时监测所述外燃腔内的温度；
第一加热模块，设于所述外燃腔外周，用于对所述外燃腔进行加热，以实时调整所述外燃腔内的温度。
6.根据权利要求5所述的钝化设备，其特征在于，所述钝化设备还包括：
控制模块，用于根据所述温度检测元件检测的温度控制所述第一加热模块的功率。
7.根据权利要求5或6所述的钝化设备，其特征在于，所述钝化设备还包括：
供气管，所述供气管的一端与所述外燃腔相通。
8.根据权利要求5或6所述的钝化设备，其特征在于，所述钝化设备还包括将所述外燃腔和所述钝化工艺腔连通的过渡管路以及对所述过渡管路进行加热的第二加热模块。
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