CN114242553B - Hdpcvd工艺设备的处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种HDPCVD工艺设备的处理方法，包括：提供反应腔，所述反应腔内具有用于加载射频的陶瓷圆盘；对所述反应腔和陶瓷圆盘进行清洗处理；在所述清洗处理后，在所述反应腔的内壁面表面和所述陶瓷圆盘的表面形成第一介电膜；在所述第一介电膜表面形成第二介电膜，所述第二介电膜的密度大于所述第一介电膜的密度；在形成所述第二介电膜后，在所述反应腔内处理晶圆。从而，减少了HDPCVD工艺中的颗粒污染。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种HDPCVD工艺设备的处理方法。
背景技术
在超大规模集成电路制造领域，高密度等离子体化学气相沉积工艺(HDPCVD，HighDensity Plasma CVD)由于能够填充更小关键尺寸、更大深宽比(AR，aspect ratio)的沟槽，因此，被广泛应用于STI、PMD、IMD等的填充。
一般地，HDPCVD工艺设备有两个功率***，分别是产生等离子体的源功率和用于起溅射(sputtering，也可认为是刻蚀)轰击作用的偏置功率，这使得HDPCVD工艺设备能够对等离子体的密度与能量分别进行控制，因此，随着等离子体的产生，当施加偏置功率后，刻蚀和沉积能够同时发生，刻蚀过程有助于使沟槽的开口处在整个沉积过程中有效打开而不至于提前封死，使得HDPCVD工艺具有很强的孔洞填充能力。
随着器件尺寸的缩小，沟槽的深宽比越来越大，当沟槽的深宽比大于4：1时，一般的HDPCVD工艺很难一步完成填充，容易出现沟槽提前封口从而产生空洞的情况，于是业内衍生出在沉积后增加刻蚀步骤的方法，即先通过HDPCVD工艺沉积部分薄膜，再通过F+刻蚀打开沟槽的封口，经过多次沉积和刻蚀的循环后完成沟槽填充。然而，在反应腔(Chamber)内采用上述HDPCVD工艺对晶圆进行处理时，沉积过程中工艺介电膜的材料不仅在晶圆上沉积，还会在裸露的反应腔内壁表面、陶瓷圆盘(Dome)表面沉积，反应腔内壁表面、陶瓷圆盘表面沉积的工艺介电膜材料粘附性差，容易在HDPCVD工艺中产生颗粒污染。
现有技术中，为了减少颗粒污染，提出了将晶圆送入反应腔内进行HDPCVD处理前，在裸露的反应腔内壁表面、以及陶瓷圆盘表面沉积保护介电膜(Season Film)的方法。
然而，由于直接在反应腔内壁表面和陶瓷圆盘表面沉积材料形成保护介电膜，因此，形成的保护介电膜的致密性差，从而，很容易在HDPCVD工艺的刻蚀过程中被刻蚀损耗，导致反应腔内壁表面和陶瓷圆盘表面在对晶圆进行处理的过程中裸露，造成工艺介电膜的材料仍然在裸露的反应腔内壁表面、陶瓷圆盘表面沉积，使得HDPCVD工艺中的颗粒污染仍然较为严重，造成器件失效、良率较低。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种HDPCVD工艺设备的处理方法，以减少HDPCVD工艺中的颗粒污染。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案提供一种HDPCVD工艺设备的处理方法，包括：提供反应腔，所述反应腔内具有用于加载射频的陶瓷圆盘；对所述反应腔和陶瓷圆盘进行清洗处理；在所述清洗处理后，在所述反应腔的内壁面表面和所述陶瓷圆盘的表面形成第一介电膜；在所述第一介电膜表面形成第二介电膜，所述第二介电膜的密度大于所述第一介电膜的密度；在形成所述第二介电膜后，在所述反应腔内处理晶圆。
可选的，形成第一介电膜的方法包括：在所述反应腔中通入第一反应气体，并以化学气相沉积工艺形成第一介电膜；形成第二介电膜的方法包括：在形成第一介电膜后，在反应腔中通入第二反应气体，并以化学气相沉积工艺形成第二介电膜。
可选的，所述第一反应气体包括硅烷和氧气，所述第二反应气体包括硅烷和氧气，并且，所述第一反应气体中的氧气占比低于所述第二反应气体中的氧气占比。
可选的，形成第一介电膜的化学气相沉积工艺的参数包括第一时长，形成第二介电膜的化学气相沉积工艺的参数包括第二时长，并且，所述第二时长大于所述第一时长。
可选的，所述第一介电膜的膜厚小于所述第二介电膜的膜厚。
可选的，所述第一介电膜的材料包括氧化硅，所述第二介电膜的材料包括氧化硅。
可选的，所述第二介电膜的材料中的硅元素含量，高于所述第一介电膜的材料中的硅元素含量。
可选的，所述清洗处理的方法包括：在反应腔中通入清洗反应气体，并采用干法刻蚀工艺清洗整个反应腔。
可选的，还包括：在形成所述第二介电膜后，并且，在所述反应腔内处理晶圆之前，在所述反应腔内通入氧气，进行氧气处理。
可选的，采用HDPCVD工艺，在所述反应腔内处理晶圆。
可选的，还包括：在处理预设数量的晶圆后，对所述反应腔和陶瓷圆盘进行所述清洗处理；在所述清洗处理后，在所述反应腔的内壁面表面和所述陶瓷圆盘的表面形成所述第一介电膜；在所述第一介电膜表面形成所述第二介电膜。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
本发明的技术方案提供的HDPCVD工艺设备的处理方法中，由于对所述反应腔和陶瓷圆盘进行清洗处理，然后，在所述反应腔的内壁面表面和所述陶瓷圆盘的表面形成第一介电膜，接着，在所述第一介电膜表面形成第二介电膜，所述第二介电膜的密度大于所述第一介电膜的密度，以及在形成所述第二介电膜后，在所述反应腔内处理晶圆。因此，一方面，避免了前序其他工艺对形成第一介电膜的影响。另一方面，形成了相比于第一介电膜，致密性更好的第二介电膜。从而，在反应腔内对晶圆进行处理的刻蚀过程中，致密性好的第二介电膜不易被刻蚀，因此，能够减少对反应腔内的晶圆进行处理时，反应腔的内壁面表面和陶瓷圆盘的表面裸露的风险，从而，降低了对晶圆进行处理时，在裸露的反应腔内壁面表面、陶瓷圆盘表面沉积工艺介电膜材料的风险，由此，减少了HDPCVD工艺中的颗粒污染。
附图说明
图1是本发明一实施例的HDPCVD工艺设备的结构示意图；
图2至图6是本发明一实施例的HDPCVD工艺设备的处理方法的各步骤的示意图。
具体实施方式
如背景技术所述，由于直接在反应腔内壁表面和陶瓷圆盘表面沉积材料形成保护介电膜，因此，形成的保护介电膜的致密性差，从而，很容易在HDPCVD工艺的刻蚀过程中被刻蚀损耗，导致反应腔内壁表面和陶瓷圆盘表面在对晶圆进行处理的过程中裸露，造成工艺介电膜的材料仍然在裸露的反应腔内壁表面、陶瓷圆盘表面沉积，使得HDPCVD工艺中的颗粒污染仍然较为严重，造成器件失效、良率较低。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案提供一种HDPCVD工艺设备的处理方法，通过对所述反应腔和陶瓷圆盘进行清洗处理；在所述清洗处理后，在所述反应腔的内壁面表面和所述陶瓷圆盘的表面形成第一介电膜；在所述第一介电膜表面形成第二介电膜，所述第二介电膜的密度大于所述第一介电膜的密度；以及在形成所述第二介电膜后，在所述反应腔内处理晶圆，减少HDPCVD工艺中的颗粒污染。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图1是本发明一实施例的HDPCVD工艺设备的结构示意图。
请参考图1，所述HDPCVD工艺设备包括：反应腔(Chamber)100，所述反应腔100上具有晶圆传送阀110(Slit Valve，也称S/V)，所述反应腔100内具有陶瓷圆盘(Dome)120。
所述晶圆传送阀110用于将待处理的晶圆传送至反应腔100内，以进行处理，以及，用于将处理后的晶圆传送出所述反应腔100，以进行下一个工艺步骤。
具体的，所述处理包括采用HDPCVD工艺对晶圆进行工艺介电膜的沉积。
所述陶瓷圆盘120用于加载射频(RF)，以进行反应气体的解离。
请继续参考图1，所述反应腔100内还具有晶圆承载装置130。
所述晶圆承载装置130用于承载晶圆，以实现在反应腔100中对于晶圆的处理。
在本实施例中，所述晶圆承载装置130为晶圆静电卡盘(ESC)。
图2至图6是本发明一实施例的HDPCVD工艺设备的处理方法的各步骤的示意图，以下结合附图对HDPCVD工艺设备的处理方法的各步骤进行详细说明。
请参考图2，提供所述反应腔100，反应腔100内具有所述陶瓷圆盘120。
需要说明的是，为了便于理解，图2中示意性地表示出前一轮循环(recipe)残留的薄膜201。当提供的反应腔100为首轮循环的反应腔时，不残留薄膜201。
所述薄膜201包括：前一轮循环中的第一介电膜和残余的第二介电膜、以及前一轮循环中对晶圆进行处理时形成的工艺介电膜材料。
请参考图3，对所述反应腔100和陶瓷圆盘120进行清洗处理。
通过对所述反应腔100和陶瓷圆盘120进行清洗处理，反应腔100内保持洁净，因此，避免了前序其他工艺对形成第一介电膜210的影响，并且，当进行多轮循环(recipe)时，能够确保每轮循环中形成第一介电膜210的工艺条件接近或一致，从而，第一介电膜的稳定性好。
所述清洗处理后，反应腔100的内壁表面、以及陶瓷圆盘120表面裸露。
在本实施例中，所述清洗处理的方法包括：在反应腔100中通入清洗反应气体，并采用干法刻蚀工艺清洗整个反应腔100。
请参考图4，在所述清洗处理后，在所述反应腔100的内壁面表面和所述陶瓷圆盘120的表面形成第一介电膜210。
需要说明的是，为了便于解释，图4中仅示意性地在陶瓷圆盘120的表面表示出第一介电膜210。
在本实施例中，所述第一介电膜210的材料包括氧化硅。
在本实施例中，形成第一介电膜210的方法包括：在所述反应腔100中通入第一反应气体，并以化学气相沉积工艺形成第一介电膜210。
所述第一介电膜210由于直接在裸露的反应腔100的内壁面表面和陶瓷圆盘120的表面形成，因此，在沉积材料时的粘附性较差，从而，形成的第一介电膜210的致密性较差，容易被刻蚀。
在本实施例中，所述第一反应气体包括硅烷和氧气。
在本实施例中，形成第一介电膜的化学气相沉积工艺的参数包括第一时长。
优选的，第一时长为40秒。
在本实施例中，形成第一介电膜210的化学气相沉积工艺的参数还包括：采用的气体包括氧气和硅烷，所述氧气的流量为280sccm，所述硅烷的流量为385sccm，TOP射频功率为9000W，Side射频功率为10W。
请参考图5，在所述第一介电膜210表面形成第二介电膜220，所述第二介电膜220的密度大于所述第一介电膜210的密度。
由于在所述第一介电膜210表面形成第二介电膜220，因此，相比于第一介电膜210，第二介电膜220在沉积材料时的粘附性更好，从而，能够形成较第一介电膜210致密性更高的第二介电膜220，即：第二介电膜220的密度大于所述第一介电膜210的密度。
后续在反应腔100内对晶圆进行处理的刻蚀过程中，致密性好的第二介电膜220不易被刻蚀，因此，能够减少对反应腔100内的晶圆进行处理时，反应腔100的内壁面表面和陶瓷圆盘120的表面裸露的风险，从而，降低对晶圆进行处理时，在裸露的反应腔100内壁面表面、陶瓷圆盘120表面沉积工艺介电膜材料的风险，由此，减少了HDPCVD工艺中的颗粒污染。
在本实施例中，所述第二介电膜220的材料包括氧化硅。
在本实施例中，所述第二介电膜220的材料中的硅元素含量，高于所述第一介电膜210的材料中的硅元素含量，以实现第二介电膜220的致密性好于第一介电膜210的致密性。
在本实施例中，形成第二介电膜220的方法包括：在形成第一介电膜210后，在反应腔100中通入第二反应气体，并以化学气相沉积工艺形成第二介电膜220。
在本实施例中，所述第二反应气体包括硅烷和氧气，并且，所述第一反应气体中的氧气占比低于所述第二反应气体中的氧气占比。从而，实现形成硅元素含量不同的第一介电膜210和第二介电膜220。
在本实施例中，形成第二介电膜220的化学气相沉积工艺的参数包括第二时长，并且，所述第二时长大于所述第一时长。从而，有利于形成较薄的第一介电膜210，并形成较厚的第二介电膜220。进而，能够更好地提升效率，同时，更好地降低第二介电膜220被刻蚀至暴露第一介电膜210的风险。由此，进一步减少了HDPCVD工艺中的颗粒污染。
优选的，所述第二时长为100秒。
在本实施例中，形成第二介电膜220的化学气相沉积工艺的参数还包括：采用的气体包括氧气和硅烷，所述氧气的流量为200sccm，所述硅烷的流量为400sccm，TOP射频功率为9000W，Side射频功率为10W。
在本实施例中，所述第一介电膜的膜厚小于所述第二介电膜的膜厚。
在本实施例中，在形成所述第二介电膜220之后，在所述反应腔100内通入氧气，进行氧气处理。通过所述氧气处理，能够进一步固化所述第一介电膜210和第二介电膜220，从而更好地减少了HDPCVD工艺中的颗粒污染。
请参考图6，进行氧气处理后，在所述反应腔100内处理晶圆。
需要理解的是，前述步骤中的反应腔100内不放置晶圆。所述晶圆在氧气处理后通过晶圆传送阀传送至反应腔100内。
在本实施例中，采用HDPCVD工艺，在所述反应腔100内处理晶圆。
在本实施例中，在处理预设数量的晶圆后，完成本轮循环(recipe)。
通过对预设数量进行设定，进一步确保了第二介电膜220在本轮循环中不被刻蚀至暴露出第一介电膜210。
在本实施例中，在完成本轮循环后，继续下一轮循环。
具体而言，在处理预设数量的晶圆后，对所述反应腔100和陶瓷圆盘200进行所述清洗处理；在所述清洗处理后，在所述反应腔100的内壁面表面和所述陶瓷圆盘200的表面形成第一介电膜210；在第一介电膜210表面形成第二介电膜220；在形成所述第二介电膜220后，进行所述氧气处理；在所述氧气处理后，在反应腔100内处理预设数量的晶圆。
因此，每轮循环均在处理晶圆之前形成致密性好的第二介电膜220，从而，进一步减少了HDPCVD工艺中的颗粒污染。
具体的，所述下一轮循环中各步骤的相关解释请参考前述对本轮循环中各步骤的的相关说明，在此不再赘述。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (8)
1.一种HDPCVD工艺设备的处理方法，其特征在于，包括：
提供反应腔，所述反应腔内具有用于加载射频的陶瓷圆盘；
对所述反应腔和陶瓷圆盘进行清洗处理；
在所述清洗处理后，在所述反应腔的内壁面表面和所述陶瓷圆盘的表面形成第一介电膜，形成第一介电膜的方法包括：在所述反应腔中通入第一反应气体，并以化学气相沉积工艺形成第一介电膜，所述第一反应气体包括硅烷和氧气；
在所述第一介电膜表面形成第二介电膜，所述第二介电膜的密度大于所述第一介电膜的密度，所述第一介电膜的膜厚小于所述第二介电膜的膜厚，形成第二介电膜的方法包括：在形成第一介电膜后，在反应腔中通入第二反应气体，并以化学气相沉积工艺形成第二介电膜，所述第二反应气体包括硅烷和氧气，所述第一反应气体中的氧气占比低于所述第二反应气体中的氧气占比；
在形成所述第二介电膜后，在所述反应腔内处理晶圆。
2.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，形成第一介电膜的化学气相沉积工艺的参数包括第一时长，形成第二介电膜的化学气相沉积工艺的参数包括第二时长，并且，所述第二时长大于所述第一时长。
3.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述第一介电膜的材料包括氧化硅，所述第二介电膜的材料包括氧化硅。
4.如权利要求3所述的处理方法，其特征在于，所述第二介电膜的材料中的硅元素含量，高于所述第一介电膜的材料中的硅元素含量。
5.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述清洗处理的方法包括：在反应腔中通入清洗反应气体，并采用干法刻蚀工艺清洗整个反应腔。
6.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，还包括：在形成所述第二介电膜后，并且，在所述反应腔内处理晶圆之前，在所述反应腔内通入氧气，进行氧气处理。
7.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，采用HDPCVD工艺，在所述反应腔内处理晶圆。
8.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，还包括：在处理预设数量的晶圆后，对所述反应腔和陶瓷圆盘进行所述清洗处理；在所述清洗处理后，在所述反应腔的内壁面表面和所述陶瓷圆盘的表面形成所述第一介电膜；在所述第一介电膜表面形成所述第二介电膜。
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