CN115662924B - 半导体基板的洁净控制***及方法、洁净设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体基板的洁净控制***及方法、洁净设备，该洁净控制***用于实现对放置于洁净反应腔内需要清洁的半导体基板的洁净控制，且该洁净控制***包括：气体输送控制单元，用于向洁净反应腔输送第一类气体，第一类气体至少包括参与形成中间体的第一类反应气体；温度控制单元，用于将第一类反应气体加热至第一类反应气体参与反应形成中间体所需的第一温度，以使第一类反应气体反应生成中间体；第一洁净控制单元，用于通过中间体去除半导体基板表面的含氧污染物。可见，实施本发明能够通过加热形成中间体的方式去除半导体基板表面的含氧污染物，提高了去除含氧污染物时的可控性，有利于提高含氧污染物的去除效果。
Description
技术领域
本发明涉及智能化控制技术领域，尤其涉及一种半导体基板的洁净控制***及方法、洁净设备。
背景技术
芯片的制造过程是通过在半导体基板上叠加多个材料层以形成最终的半导体结构。在向半导体基板叠加材料之前，由于之前的加工步骤会导致半导体基板上存在加工残留物和/或半导体基板受到环境污染物的影响，半导体基板表面很容易出现污染物，其中，最为常见的污染物之一为含氧污染物（也可以称为氧类污染物）。为了提高芯片的质量，需要对半导体基板上存在的含氧污染物进行去除。
当前，对半导体基板表面含氧污染物的去除主要是通过远端等离子体的方式来实现。然而实践发现，等离子体为高活性物质，较为活跃且不易受控，等离子体中的多种自由基容易重新组合，导致其活性自由基减少，这会导致含氧污染物的去除效果降低。
可见，提供一种新的污染物去除方法去除含氧污染物，以提高对半导体基板表面含氧污染物的去除效果显得尤为重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种半导体基板的洁净控制***及方法、洁净设备，能够通过加热形成中间体的方式去除半导体基板表面的含氧污染物，提高了去除含氧污染物时的可控性，有利于提高含氧污染物的去除效果。
为了解决上述技术问题，本发明第一方面公开了一种半导体基板的洁净控制***，当所述半导体基板需要清洁时，所述半导体基板被放置于洁净反应腔内；所述洁净控制***用于实现对放置于所述洁净反应腔内需要清洁的所述半导体基板的洁净控制；
其中，所述洁净控制***包括：
气体输送控制单元，用于向所述洁净反应腔输送第一类气体，所述第一类气体至少包括参与形成中间体的第一类反应气体，所述中间体用于去除所述半导体基板表面的含氧污染物；
温度控制单元，用于将所述第一类反应气体加热至所述第一类反应气体参与反应形成所述中间体所需的第一温度，以使所述第一类反应气体反应生成所述中间体；
第一洁净控制单元，用于通过所述中间体去除所述半导体基板表面的含氧污染物。
其中，在去除半导体基板表面的含氧污染物时，现有技术通过等离子体结合NF3/NH3的方式产生中间体，由于等离子体为高活性物质，较为活跃和跳动，产生中间体的反应过程不容易受控进而导致工艺再现性降低，此外，等离子体中的多种自由基（如NF·、NF2·等）容易重新结合，导致其活性自由基减少，不利于提高含氧污染物的去除效果。在本发明第一方面中，在去除半导体基板表面的含氧污染物时能够通过加热方式形成中间体，相较于现有技术中通过等离子体形成中间体的方式而言，加热形成中间体的方式避免了现有技术的等离子体方式中残留的含氟自由基吸附在洁净反应腔的腔壁上，也避免了现有技术的等离子体方式中含氟自由基容易与含碳污染物去除过程中所使用的含氢等离子体发生结合的情况，提高了反应的可控制性，加热过程更加稳定，有利于有序的形成中间体，进而有利于提高半导体基板表面的含氧污染物的去除效果。此外，现有通过等离子体去除含氧污染物的方式中，由于等离子体分布不均匀（比如，由壁面区域所形成鞘电压所导致等离子体分布不均匀），最终所制备的半导体基板的共形度较差；相反，本发明的污染物去除过程对半导体基板具有高共形度，且在含氧污染物的去除过程中，不引入等离子体，减少对半导体基板底层的蚀刻，进而减少与洁净反应腔内壁碰撞而引入其他颗粒污染物的情况发生。此外，相较于现有技术的等离子体方式而言，还能够在SiＯ2/SiＮ方面具有较高的去除选择比，例如：加热去除含氧污染物这一方式的去除选择比大于20:1，相较于现有技术的等离子体方式的去除选择比（如大于3.5:1），提高了5倍以上。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述第一洁净控制单元包括：
第一洁净控制子单元，用于控制所述中间体与所述半导体基板表面的含氧污染物在第二温度下反应生成固体副产物；
第二洁净控制子单元，用于对所述固体副产物进行加热，以使所述固体副产物在第三温度下升华；
第三洁净控制子单元，用于去除所述固体副产物升华后所形成的第一副产物气体。
本发明第一方面中，在通过加热方式形成中间体之后还能够进一步控制中间体与半导体基板表面的含氧污染物在所需的反应温度下发生反应形成固体副产物，并通过升华固体副产物的方式实现固体副产物的去除进而实现含氧污染物的有效去除。进一步的，由于中间体与含氧污染物反应之后生成的固体副产物为固态，其覆盖在半导体基板的表面，会阻挡含氧污染物的进一步去除，因此，中间体与含氧污染物生成固体副产物的过程与去除固体副产物的过程可以循环操作，如重复执行1~4次，以提高含氧污染物的去除效果。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述洁净反应腔内还设置有流体分配单元和/或用于承载放置在所述洁净反应腔内的所述半导体基板的基板载座单元；
其中，所述第一洁净控制子单元控制所述中间体与所述半导体基板表面的含氧污染物在第二温度下反应生成固体副产物的具体方式包括：
控制所述基板载座单元承载所述半导体基板位于第一水平位置并通过所述基板载座单元对应的温度调控模块提供所述中间体与所述半导体基板表面的含氧污染物反应生成固体副产物所需的第二温度，其中，当所述半导体基板位于所述第一水平位置且所述基板载座单元对应的温度调控模块提供了所述第二温度时，所述中间体与所述半导体基板表面的含氧污染物反应生成固体副产物，这样在通过中间体去除含氧污染物时，由基板载座单元对应的温度调控模块提供反应所需的第二温度，提高了温控灵活性及温控效率；
和/或，
所述第二洁净控制子单元对所述固体副产物进行加热，以使所述固体副产物在第三温度下升华的具体方式包括：
控制所述基板载座单元承载所述半导体基板位于第二水平位置处，并基于所述洁净反应腔内的所述流体分配单元所对应的温度调控模块提供所述固体副产物发生升华所需的第三温度，其中，所述固体副产物在所述第三温度下发生升华反应；
和/或，
所述温度控制单元将所述第一类反应气体加热至所述第一类反应气体参与反应形成所述中间体所需的第一温度的具体方式包括：
控制所述流体分配单元对应的温度调控模块提供将所述第一类反应气体加热至所述第一类反应气体参与反应形成所述中间体所需的第一温度。
其中，上述第二水平位置的高度高于上述第一水平位置的高度。
本发明第一方面中，通过基板载座单元承载半导体基板有利于实现对半导体基板所在位置（如高度）的控制灵活性，有利于提高反应效率，进而有利于提高含氧污染物的去除效率。此外，洁净反应腔内的流体分配单元设有多个内孔，能够实现气体的均匀分配，进而实现气体的充分结合，有利于提高加热形成中间体的效率，进一步的，洁净反应腔内的流体分配单元还可以存在对应的温度调控模块，具有加热功能，用于调节流体分配单元附近区域的温度，进而能够提供反应形成中间体所需的反应温度和/或提供固体副产物升华所需的反应温度，有利于提高所需温度的提供效率，进而有利于提高反应效率。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述第一洁净控制子单元控制所述中间体与所述半导体基板表面的含氧污染物在第二温度下反应生成固体副产物的具体方式包括：
所述第一洁净控制子单元确定副产物生成影响因子；其中，所述副产物生成影响因子包括生长温度因子、生长压力因子、气体组成因子、气体流动特性因子中的一种或多种的组合；
所述第一洁净控制子单元根据预先确定出的目标分布需求和/或目标粒径需求，生成所述副产物生成影响因子对应的生成控制参数；
所述第一洁净控制子单元在所述生成控制参数的控制下控制所述中间体与所述半导体基板表面的含氧污染物在第二温度下反应生成固体副产物。
本发明第一方面中，在中间体与含氧污染物反应生成固体副产物的过程中，可以进一步通过确定出的副产物生成影响因子所对应的生成控制参数实现对固体副产物粒径与分布的智能化控制，以生成颗粒尺寸较小且粒径分布均匀的固体副产物，解决了因固体副产物颗粒分布不均匀、呈现大片状进而出现遮蔽效应的问题。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述洁净控制***还包括：
等离子体输送控制单元，用于将等离子体流出物输送至所述洁净反应腔内；所述等离子体流出物是通过向等离子体反应单元通入第二类气体产生的，所述第二类气体至少包括用于供所述等离子体反应单元产生所述等离子体流出物的第二类反应气体；
第二洁净控制单元，用于控制所述等离子体流出物与所述半导体基板表面的含碳污染物在第四温度下发生反应；并去除所述洁净反应腔内由所述等离子体流出物与所述含碳污染物在所述第四温度下反应生成的第二副产物气体。
本发明第一方面中，在基于洁净反应腔去除含氧污染物的同时，还能够基于同一洁净反应腔去除含碳污染物，也即：基于同一个洁净反应腔实现了含氧污染物及含碳污染物的去除，无需再通过2个洁净反应腔分别去除含氧污染物及含碳污染物，避免了在去除含氧污染物之后将半导体基板从一个洁净反应腔转移至第二个洁净反应腔以去除含碳污染物的操作，也无需过多改造洁净设备，不仅能够简化污染物去除工艺、降低污染物去除成本，还能够减少因先去除含氧污染物导致裸露的含硅基板重新裸露在周围环境中进而导致原位重新生成含氧污染物的情况发生。此外，去除半导体基板表面的含氧污染物与含碳污染物能够降低后续形成的半导体器件的接触电阻。
此外，大多数情况下，半导体基板表面的污染物中，含氧污染物主要来自底层材料的原位生成，含碳污染物来自半导体基板制程中的化学物残留，且去除含氧污染物的过程中也可能会出现新的含碳污染物，也即：含碳污染物往往处于半导体基板底层和含氧污染物的界面处。基于此，在去除含氧污染物及含碳污染物时，优先考虑先去除含氧污染物再去除含碳污染物，有利于提高污染物去除效果。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述等离子体输送控制单元具体用于：在所述固体副产物初始升华时，将等离子体流出物输送至所述洁净反应腔内；或者，在所述固体副产物升华过程中，将等离子体流出物输送至所述洁净反应腔内。
本发明第一方面中，在固体副产物初始升华时或者在固体副产物升华过程中将等离子体流出物输送至洁净反应腔内以去除含碳污染物，实现了在固体副产物升华的同时去除含碳污染物，缩短了基于一个洁净反应腔去除含氧污染物及含碳污染物所需的总时长，能够在一定程度上提高污染物去除效率。此外，提前导入等离子体流出物（也即提前导入含氢等离子体流出物）还能够节约反应所需的能源。在实际应用中，出于尽可能去除污染物的考虑，还可以在固体副产物除尽之后再导入等离子体流出物。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述第一类反应气体包括含氟气体及含氢气体；
其中，所述含氟气体与所述含氢气体的比例为1:20~1:3，比例过高容易造成硅蚀刻进而造成硅损失，比例过低会造成含氧污染物去除过慢甚至出现无法去除的情况；和/或，
所述含氟气体包括NF3、HF中至少一种且所述含氢气体包括NH3、H2、水蒸气中至少一种，和/或，所述中间体为NH4F。
进一步的，当所述含氟气体为NF3且所述含氢气体为NH3时，形成中间体的反应式可以为：NH3（g）+NF3（g）→NH4F（g），且反应条件为加热。
进一步的，所述含氟气体也可以包括CF4、F2、SF6、氟取代的碳氢化合物气体中的至少一种，和/或，所述含氢气体也可以包括HF、HCL、碳氢化合物气体中的至少一种。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述第一类气体还包括第一载流气体；
以及，所述第一载流气体包括氢气、氮气、氩气、氙气、氦气中的至少一种。
本发明第一方面中，在向洁净反应腔内通入含氟气体及含氢气体时，还可以一并通入载流气体（也即上述第一载流气体），且通入的载流气体优选为氢气、氦气或氮气。载流气体的通入能够在不影响生成中间体的情况下，一方面有利于增加洁净反应腔内的气体密度，提高气体的碰撞概率，进而实现反应气体的快速混合，一方面也可以加快热量的传递（也即接收流体分配单元的热量并传递至反应气体），以便于为反应气体的反应提供所需的反应温度，有利于提高反应温度调控速率，此外，载流气体的通入还能够控制反应气体的浓度，进一步提高反应气体的反应可控性。
需要说明的是，载流气体的通入占比不能过高，也不能过低，载流气体通入占比过高，相当于降低反应气体浓度，影响反应效率，载流气体通入占比过低，无法加快反应气体的混合，也无法加快热量传递。其中，在含氟气体及含氢气体通入时一并通入的载流气体的通入占比优选为5~20%。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述气体输送控制单元，还用于在通过所述中间体去除所述半导体基板表面的含氧污染物的过程中，持续将所述第一载流气体通入所述洁净反应腔。
本发明第一方面中，在中间体与含氧污染物反应过程中，持续通入上述第一载流气体，有利于中间体与含氧污染物的充分接触以及加快热量传递进而提供中间体与含氧污染物反应所需的反应温度，有利于提高中间体与含氧污染物的反应效率，进而有利于提高含氧污染物的去除效率。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述气体输送控制单元向所述洁净反应腔输送第一类气体的具体方式包括：
对于每种所述第一类反应气体，分别混合该第一类反应气体与所述第一载流气体并输送至所述洁净反应腔，通过不同气体输送管道通入第一载流气体与不同类型反应气体的混合气体，以降低反应气体的浓度进而增加工艺稳定性与再现性，有利于中间体的生成且还能够达到较好的SiO2或SiN选择比，例如：含氟气体与第一载流气体的混合气体可以从洁净反应腔的上方通入，含氢气体与第一载流气体的混合气体可以从洁净反应腔的侧壁且高于流体分配单元的上方通入，有利于反应气体的充分混合；或者，
混合所述第一载流气体与所有所述第一类反应气体并输送至所述洁净反应腔。
本发明第一方面中，既能够将上述第一载流气体分别与每种反应气体混合之后再分别通过不同的气体输送管道通入洁净反应腔，也可以将上述第一载流气体与所有反应气体混合后通入洁净反应腔，这样提供了多样化的载流气体通入方式，提高了反应气体与载流气体的通入灵活性。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述第一温度为140℃~180℃，若反应温度过低，中间体生成速率过慢甚至无法生成，可能导致反应气体未发生反应便直接被抽走的情况；若反应温度过高，中间体生成速率过快，不利于后续反应的控制，这样能够为中间体的生成提供了合适的反应温度，有利于中间体的生成；和/或，
所述第二温度为10℃~65℃，如可以具体为15℃、20℃或30℃，若基板载座单元温度太高，难以形成副产物，也可能会出现中间体分子运动剧烈进而降低中间体在半导体基板表面的吸附概率，若基板载座单元温度过低，副产物的生成速率慢甚至难以生成副产物，这样能够在中间体生成之后为中间体与含氧污染物的反应提供合适的反应温度，有利于副产物的生成，进而有利于提高含氧污染物的去除效果；和/或，
所述第一温度与所述第二温度的温差绝对值为80℃~150℃，这样实现了流体分配单元与基板载座单元的温差控制，若温差绝对值太高，则很容易造成生成的中间体形成一股热流体直接附着在半导体基板表面，导致半导体基板表面温度的快速升高，增加半导体基板表面温度的控制难度，不利于固体副产物的生成；若温差绝对值太高，则可能存在半导体基板温度太高或者流体分配单元温度太低的现象，不利于含氧污染物的整体去除过程。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述第一温度、所述第三温度以及所述第四温度中任意两个温度的差值绝对值小于等于5℃，这样将相应温度设置为大致相同，温差不超过5℃，有利于简化温控操作，缩短温度调控时间，提高温度调控速率；和/或，所述第三温度为140℃~200℃，比如180℃，有利于实现固体副产物的升华。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述第二类气体还包括第二载流气体；和/或，所述第四温度为70℃~150℃。
本发明第一方面中，基于同一个洁净反应腔实现含氧污染物与含碳污染物的去除，且在去除含碳污染物时，除了通入产生等离子体流出物的反应气体之外，还可以通入第二载流气体，一方面可以加快反应气体的混合、向反应气体传递其反应所需的温度，另一方面还可以控制反应气体的浓度，提高反应可控性。
本发明第二方面公开了一种半导体基板的洁净控制方法，所述洁净控制方法包括通过本发明第一方面中任一所述的洁净控制***实施的洁净控制方法。
本发明第三方面公开了一种洁净设备，所述洁净设备包括洁净反应腔，当半导体基板需要清洁时，所述半导体基板被放置于所述洁净反应腔内；
其中，所述洁净设备还包括本发明第一方面中任一所述的的洁净控制***。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：
实施本发明能够通过加热形成中间体的方式去除半导体基板表面的含氧污染物，提高了去除含氧污染物时的可控性，有利于提高含氧污染物的去除效果，污染物去除过程对半导体基板具有高共形度，且在含氧污染物的去除过程中，不引入等离子体，减少对半导体基板底层的蚀刻，进而减少与洁净反应腔内壁碰撞而引入其他颗粒污染物的情况发生。此外，相较于现有技术的等离子体方式而言，还能够在SiＯ2/SiＮ方面具有较高的去除选择比。再者，还能够进一步控制中间体与半导体基板表面的含氧污染物在所需的反应温度下发生反应形成固体副产物，并通过升华固体副产物的方式实现固体副产物的去除进而实现含氧污染物的有效去除。而且，在通入反应气体时还可以一并通入载流气体，一方面可以加快反应气体的混合、向反应气体传递其反应所需的温度，另一方面还可以控制反应气体的浓度，提高反应可控性。进一步地，在中间体与含氧污染物反应生成固体副产物的过程中，可以进一步通过确定出的副产物生成影响因子所对应的生成控制参数实现对固体副产物粒径与分布的智能化控制，以生成颗粒尺寸较小且粒径分布均匀的固体副产物，解决了因固体副产物颗粒分布不均匀、呈现大片状进而出现遮蔽效应的问题。再进一步地，通过基板载座单元承载半导体基板有利于实现对半导体基板所在位置（如高度）的控制灵活性，有利于提高反应效率，进而有利于提高含氧污染物的去除效率，且还能够通过洁净反应腔内的流体分配单元实现气体的均匀分配，进而实现气体的充分结合，有利于提高加热形成中间体的效率；通过洁净反应腔内的流体分配单元提供反应形成中间体所需的反应温度和/或提供固体副产物升华所需的反应温度，有利于提高所需温度的提供效率，进而有利于提高反应效率。又进一步地，还能够基于同一个洁净反应腔实现了含氧污染物及含碳污染物的去除，不仅能够简化污染物去除工艺、降低污染物去除成本，还能够减少因先去除含氧污染物导致裸露的含硅基板重新裸露在周围环境中进而导致原位重新生成含氧污染物的情况发生。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例公开的一种半导体基板的洁净控制***的结构示意图；
图2是本发明实施例公开的另一种半导体基板的洁净控制***的结构示意图；
图3是本发明实施例公开的又一种半导体基板的洁净控制***的结构示意图；
图4是本发明实施例公开的一种半导体基板的洁净控制方法的流程示意图；
图5是本发明实施例公开的另一种半导体基板的洁净控制方法的流程示意图；
图6是本发明实施例公开的一种洁净设备的结构示意图；
图7是本发明实施例公开的另一种洁净设备的结构示意图。
其中， 500、洁净设备；501、洁净反应腔；502、输送控制单元；5021、第一气体输送控制单元；5022、第二气体输送控制单元；503、等离子体反应单元（也即RPS）；504、基板载座单元；5041、载台；5042、位移调控单元；505、流体分配单元；600、半导体基板。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或端没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或端固有的其他步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本发明公开了一种半导体基板的洁净控制***及方法、洁净设备，能够通过加热形成中间体的方式去除半导体基板表面的含氧污染物，提高了去除含氧污染物时的可控性，有利于提高含氧污染物的去除效果。
在对具体的实施例进行描述之前，首先对下述实施例涉及的需要清洁的半导体基板（又称清洁对象或者蚀刻对象）进行说明。半导体基板包括底层和表面层，底层主要涉及硅、锗、氮化物（如氮化硅），表面层主要包含各类污染物，且表面层的污染物主要涉及两类：含氧污染物和含碳污染物。其中，含氧污染物可以为氧化硅、氧化锗、氮氧化硅、氮氧化锗、碳氧化硅、碳氧化锗、金属氧化物等，含碳污染物可以为碳氢化合物、碳化硅等。
以下对清洁半导体基板所涉及的洁净控制***、洁净控制方法及洁净设备的相关实施例分别进行详细说明。
实施例一
请参阅图1，图1是本发明实施例公开的一种半导体基板的洁净控制***的结构示意图。其中，图1所示的洁净控制***用于实现对放置于洁净反应腔内需要清洁的半导体基板的清洁控制，也即：当半导体基板需要清洁时，半导体基板被放置于洁净反应腔内，由洁净控制***对放置于洁净反应腔内的半导体基板进行清洁控制，其中，洁净反应腔可以是洁净设备，也可以是洁净设备的一部分，进一步的，洁净控制***可以作为洁净设备的一部分集成在洁净设备中，如集成在洁净设备的控制中心，也可以不集成在洁净设备中，独立于洁净设备而存在，本发明实施例不做限定。如图1所示，该洁净控制***100可以包括：
气体输送控制单元101，用于向洁净反应腔输送第一类气体，第一类气体至少包括参与形成中间体的第一类反应气体，中间体用于去除半导体基板表面的含氧污染物；
温度控制单元102，用于将第一类反应气体加热至第一类反应气体参与反应形成中间体所需的第一温度，以使第一类反应气体反应生成中间体；
第一洁净控制单元103，用于通过中间体去除半导体基板表面的含氧污染物。
在一个可选的实施例中，上述第一类反应气体可以包括含氟气体及含氢气体。可选的，含氟气体与含氢气体的比例为1:20~1:3，和/或，含氟气体包括NF3、HF、CF4、F2、SF6、氟取代的碳氢化合物气体中至少一种且含氢气体包括NH3、H2、水蒸气、HF、HCL、碳氢化合物气体中至少一种，和/或，中间体为NH4F。进一步地，含氟气体可以为NF3或HF；含氢气体可以为NH3、H2或水蒸气。
比如，当上述含氟气体为NF3且上述含氢气体为NH3时，形成中间体的反应式可以为：NH3（g）+NF3（g）→NH4F（g），且反应条件为加热，且加热温度为上述第一温度。
在该可选的实施例中，可选的，上述第一类气体除了包括上述第一类反应气体之外，还可以进一步包括第一载流气体，且第一载流气体可以包括氢气、氮气、氩气、氙气、氦气中的至少一种，在保证载流气体稳定性的同时还不会额外产生其他物质。其中，载流气体的作用为通过扩散向反应气体传递热源的热量和增加反应腔内流体的运动或碰撞。因此，若基于气体热传导系数进而提高温控效率考虑，第一载流气体优选为氢气，其次可以考虑氦气；由于气体扩散过程存在自扩散和互扩散两种方式，自扩散指的是同一种气体由于本身密度不同而引起自扩散差异，互扩散是指不同气体间的扩散，且氢气和氦气的分子质量较低，更容易扩散，若基于扩散角度考虑，第一载流气体优选为氢气、氦气。因此，综合考虑，第一载流气体优选为氢气、氦气、氮气，最佳方式为氢气。此外，由于后续在去除含碳污染物过程中同样可以采用氢气作为反应气体，第一载流气体优选为氢气还可以进一步减少污染物去除过程中洁净反应腔周围布置的气体源管路。
在该可选的实施例中，可选的，上述气体输送控制单元101还可以用于在通过中间体去除半导体基板表面的含氧污染物的过程中，持续将第一载流气体通入洁净反应腔。可见，在中间体与含氧污染物反应过程中，持续通入上述第一载流气体，将上述第一载流气体作为承载中间体的载体，促使中间体被吸附在半导体基板的表面层，有利于中间体与含氧污染物的充分接触以及加快热量传递进而提供中间体与含氧污染物反应所需的反应温度，有利于提高中间体与含氧污染物的反应效率，进而有利于提高含氧污染物的去除效率。
在该可选的实施例中，可选的，气体输送控制单元101用于向洁净反应腔输送第一类气体的具体方式可以包括：
对于每种第一类反应气体，分别混合该第一类反应气体与第一载流气体并输送至洁净反应腔；或者，
混合第一载流气体与所有第一类反应气体并输送至洁净反应腔。
可见，该可选的实施方式中，既能够将上述第一载流气体分别与每种反应气体混合之后再分别通过不同的气体输送管道通入洁净反应腔，也可以将上述第一载流气体与所有反应气体混合后通入洁净反应腔，这样提供了多样化的载流气体通入方式，提高了反应气体与载流气体的通入灵活性。此外，通过不同气体输送管道通入第一载流气体与不同类型反应气体的混合气体，以降低反应气体的浓度进而增加工艺稳定性与再现性，有利于中间体的生成且还能够达到较好的SiO2/SiN选择比。
在一个可选的实施例中，如图2所示，第一洁净控制单元103可以进一步包括：
第一洁净控制子单元1031，用于控制中间体与半导体基板表面的含氧污染物在第二温度下反应生成固体副产物；
第二洁净控制子单元1032，用于对固体副产物进行加热，以使固体副产物在第三温度下升华；
第三洁净控制子单元1033，用于去除固体副产物升华后所形成的第一副产物气体。
在该可选的实施例中，可选的，洁净反应腔内还设置有流体分配单元（如流体分配板）和/或用于承载放置在洁净反应腔内的半导体基板的基板载座单元。
在该可选的实施例中，可选的，温度控制单元102将第一类反应气体加热至第一类反应气体参与反应形成中间体所需的第一温度的具体方式包括：
控制流体分配单元对应的温度调控模块提供将第一类反应气体加热至第一类反应气体参与反应形成中间体所需的第一温度。
进一步可选的，第一温度为140℃~180℃，若反应温度过低，中间体生成速率过慢甚至无法生成，可能导致反应气体未发生反应便直接被抽走的情况；若反应温度过高，中间体生成速率过快，不利于后续反应的控制，这样能够为中间体的生成提供了合适的反应温度，有利于中间体的生成。
可见，该可选的实施例能够通过流体分配单元对应的温度调控模块提供生成中间体所需的第一温度，有利于提高温控效率，还能够提高温控灵活性，进而有利于提高中间体的生成效率及生成效果。
进一步可选的，在上述洁净反应腔内还设置有流体分配单元且流体分配单元存在对应的温度调控模块（比如流体分配单元中流体分配板内嵌温度调控模块中的热源体）的情况下，将形成中间体的反应区域限制在洁净反应腔内流体分配单元的上部分区域。具体地，第一类反应气体反应生成中间体时，生成大部分中间体的区域（如80%以上中间体的形成区域）为反应区域；以流体分配单元为界限，将洁净反应腔划分为上部分区域和下部分区域，且流体分配单元的上方为洁净反应腔的上部分区域，在形成中间体时，将反应区域限制在洁净反应腔的上部分区域。由于反应区域是为了通过加热方式将含氟气体裂解之后与含氢气体反应形成中间体，因此，对反应区域的限定能够提高生成中间体的转化率，且对反应区域的限定可以通过控制第一类反应气体在流体分配单元上方的停留时间来实现。需要说明的是，流体分配单元可以根据制程需要，将其设置为位置可调节的流体分配单元。
在该可选的实施例中，可选的，第一洁净控制子单元1031控制中间体与半导体基板表面的含氧污染物在第二温度下反应生成固体副产物的具体方式包括：
第一洁净控制子单元1031控制基板载座单元承载半导体基板位于第一水平位置（如控制基板载座单元承载半导体基板移动至第一水平位置，第一水平位置可参考设置在靠近洁净反应腔的底部区域）并通过基板载座单元对应的温度调控模块提供中间体与半导体基板表面的含氧污染物反应生成固体副产物所需的第二温度，其中，当半导体基板位于第一水平位置且基板载座单元对应的温度调控模块提供了第二温度时，中间体与半导体基板表面的含氧污染物反应生成固体副产物，比如，中间体NH4F和二氧化硅污染物反应形成固体副产物六氟硅酸盐。
进一步可选的，第二温度为10℃~65℃，如可以具体为15℃、20℃或30℃，若基板载座单元提供的第二温度太高，难以形成副产物，也可能会出现中间体分子运动剧烈进而降低中间体在半导体基板表面的吸附概率，若第二温度过低，副产物的生成速率慢甚至难以生成副产物；能够在中间体生成之后为中间体与含氧污染物的反应提供合适的反应温度，有利于副产物的生成，进而有利于提高含氧污染物的去除效果。
进一步可选的，第一温度与第二温度的温差绝对值为80℃~150℃，这样实现了流体分配单元与基板载座单元的温差控制，若温差绝对值太高，则很容易造成生成的中间体形成一股热流体直接附着在半导体基板表面，导致半导体基板表面温度的快速升高，增加半导体基板表面温度的控制难度，不利于固体副产物的生成；若温差绝对值太低，则可能存在半导体基板温度太高或者流体分配单元温度太低的现象，不利于含氧污染物的整体去除过程。
进一步可选的，当基板载座单元承载半导体基板位于第一水平位置时，控制基板载座单元承载半导体基板在第一水平位置保持一定的时间，以使得中间体与半导体基板表面的含氧污染物充分反应。其中，中间体与半导体基板表面的含氧污染物反应时，除了提供二者反应所需的上述第二温度之外，还需考虑以下参数：
①中间体与半导体基板表面的含氧污染物的反应时间，且基板载座单元承载半导体基板在第一水平位置保持的时间大于或者等于该反应时间，该反应时间取决于要蚀刻或去除的含氧污染物厚度，含氧污染物的厚度具体可以根据半导体基板的加工工艺确定。例如，要蚀刻或者去除的含氧污染物为氧化硅，其厚度为50-100nm，对应的反应时间控制在10-30秒；
②中间体与半导体基板表面的含氧污染物的反应压力，该反应压力可以保持在10-100torr。
此外，在中间体与半导体基板表面的含氧污染物反应结束时，可以停止向洁净反应腔内通入上述第一类反应气体，并基于原本的流速继续通入上述第一载流气体，有助于后续排出固体副产物升华之后产生的副产物气体。
在该可选的实施例中，可选的，第二洁净控制子单元1032对固体副产物进行加热，以使固体副产物在第三温度下升华的具体方式包括：
控制基板载座单元承载半导体基板位于第二水平位置处（比如，第二水平位置可参考设置在靠近流体分配单元的下方区域），并基于洁净反应腔内的流体分配单元所对应的温度调控模块提供固体副产物发生升华所需的第三温度，其中，固体副产物在第三温度下发生升华反应。
进一步可选的，第三温度为140℃~200℃，比如180℃，有利于实现固体副产物的升华。
进一步可选的，基板载座单元承载半导体基板位于第二水平位置需保持至少一分钟时间，以充分升华固体副产物。此时，第二水平位置的高度高于上述第一水平位置的高度。
进一步可选的，第三洁净控制子单元1033可以通过调节洁净反应腔内部压力的方式排出固体副产物升华之后产生的副产物气体。
需要说明的是，第一洁净控制子单元1031实现了含氧污染物的去除，第二洁净控制子单元1032实现了去除含氧污染物时所形成的固体副产物的去除，第三洁净控制子单元1033实现了去除固体副产物时所形成的副产物气体的去除，在实际的污染物去除控制中，形成的固体副产物会覆盖在半导体基板表面，阻挡含氧污染物的进一步去除，因此，含氧污染物的去除、固体副产物的去除以及副产物气体的去除可以循环多次执行，以尽可能的去除含氧污染物及其副产物。
在一个可选的实施例中，第一洁净控制子单元1031控制中间体与半导体基板表面的含氧污染物在第二温度下反应生成固体副产物的具体方式可以包括：
第一洁净控制子单元1031确定副产物生成影响因子；其中，确定出的副产物生成影响因子包括生长温度因子、生长压力因子、气体组成因子、气体流动特性因子中的一种或多种的组合；
第一洁净控制子单元1031根据预先确定出的目标分布需求和/或目标粒径需求，生成每个副产物生成影响因子对应的生成控制参数；
第一洁净控制子单元1031在生成控制参数的控制下控制中间体与半导体基板表面的含氧污染物在第二温度下反应生成固体副产物。
在该可选的实施方式中，通过调节固体副产物晶粒的生长温度、生长压力、洁净反应腔内有效气体组成、气体的流动特性等因素，以尽可能控制固体副产物形成预期的晶粒形态。例如，通过确定适宜的固体副产物生长温度减少因晶粒快速生长而造成表面反应不均匀的情况；又比如，通过压力梯度的调节，尽可能促使中间体碰撞半导体基板表面后被吸附，减少碰撞后反弹或吸附后脱附的情况发生。
具体的，其对应的控制过程或者控制原理为：在固体副产物生成过程中，中间体吸附在半导体基板的表面，与表面层的含氧污染物发生化学反应，并不断在半导体基板表面连续生长进而沉积成固体状的硅酸盐。当生长的驱动力偏高时，如沉积速率快时，所形成的硅酸盐更容易堆积，趋向于片状或者大颗粒装，当生长的驱动力适宜时，所形成的硅酸盐在均衡环境的介质中更趋于平衡形状，形成的固体副产物颗粒尺寸较小且粒径分布均匀。
在该可选的实施方式中，通过对应的生成控制参数可实现将固体副产物颗粒的粒径尺寸D90与D10的差值控制为小于100um，这样通过以D90与D10的差值参数为目标需求，以限定上述固体副产物颗粒的粒径更小，以及使得固体副产物颗粒分布更为均匀。在中间体与含氧污染物发生反应时，若形成的固体副产物颗粒分布不均匀，容易呈现大片状，进而可能会出现遮蔽效应，也即：大面积固体副产物颗粒覆盖在半导体基板表面，增加半导体基板表面的含氧污染物去除难度，尤其是半导体基板表面层内部的含氧污染物；此外，若形成的固体副产物颗粒分布不均匀，在升华固体副产物时，固体副产物颗粒越大或者颗粒分布不均匀，其越难与半导体基板的表面层脱离，且残留的固体副产物还可能会进一步影响后续含碳污染物的去除，而本发明实施例通过以限制D90与D10的差值参数为目标需求，以限定上述固体副产物颗粒的粒径更小且更均匀的方式能够解决前述问题。
在一个可选的实施例中，如图2所示，洁净控制***100还可以进一步包括：
等离子体输送控制单元104，用于将等离子体流出物输送至洁净反应腔内；等离子体流出物是通过向等离子体反应单元（比如，远端等离子体***，Remote Plasma System，RPS）通入第二类气体产生的，第二类气体至少包括用于供等离子体反应单元产生等离子体流出物的第二类反应气体，如氢气；具体的，可以将基板载座单元承载半导体基板保持在第二水平位置处，并通过流体分配单元对应的温度调控模块调节待反应区域的温度；打开等离子体反应单元，并将第二类气体通入等离子体反应单元中，以形成含有氢自由基的等离子体流出物。
第二洁净控制单元105，用于控制等离子体流出物与半导体基板表面的含碳污染物在第四温度下发生反应；并去除洁净反应腔内由等离子体流出物与含碳污染物在第四温度下反应生成的第二副产物气体，第四温度具体由流体分配单元的的温度调控模块提供；具体地，等离子体流出物在高温状态下与半导体基板表面的含碳污染物发生反应，形成气体状的碳氢化合物，第二洁净控制单元105通过调节洁净反应腔内部的压力，以排出洁净反应腔内部的副产物气体。
在该可选的实施例中，可选的，第四温度为70℃~150℃，比如75℃、85℃、100℃或120℃等。如若第四温度太高，会导致去除污染物过程中容易出现底层材料被蚀刻的情况，造成硅材料损失；如若温度太低，则无法实现去除效果；因此，通过控制适宜的第四温度，能够在实现去除效果的同时还有利于减少污染物去除过程中底层材料被蚀刻的情况。
进一步可选的，上述第一温度、上述第三温度以及上述第四温度中任意两个温度的差值绝对值小于等于5℃，这样可以实现多温度统一设置，以减少反复大幅度升温过程，简化温控流程，提高温控效率。
在该可选的实施例中，可选的，上述第二类气体还可以进一步包括第二载流气体，如氩气，一方面可以加快反应气体的混合、向反应气体传递其反应所需的温度，另一方面还可以控制反应气体的浓度，提高反应可控性。
在该可选的实施例中，可选的，基于等离子体流出物去除含碳污染物的过程，除了上述第四温度之外，还具体涉及以下反应参数：
①反应压力，比如控制洁净反应腔的压力保持在10 torr；
②反应时间，30s-1min。
在该可选的实施例中，可选的，去除含碳污染物及其副产物之后，可以关闭所有气体源及等离子反应单元，将基板载座单元承载半导体基板移动至低水平位置冷却，冷却结束后将半导体基板移出洁净反应腔。
可见，该可选的实施例在基于洁净反应腔去除含氧污染物的同时，还能够基于同一洁净反应腔去除含碳污染物，也即：基于同一个洁净反应腔实现了含氧污染物及含碳污染物的去除，无需再通过2个洁净反应腔分别去除含氧污染物及含碳污染物，避免了在去除含氧污染物之后将半导体基板从一个洁净反应腔转移至第二个洁净反应腔以去除含碳污染物的操作，也无需过多改造洁净设备，不仅能够简化污染物去除工艺、降低污染物去除成本，还能够减少因先去除含氧污染物导致裸露的含硅基板重新裸露在周围环境中进而导致原位重新生成含氧污染物的情况发生。此外，去除半导体基板表面的含氧污染物与含碳污染物能够降低后续形成的半导体器件的接触电阻。
在一个可选的实施例中，在同一个洁净反应腔内，先通过第一洁净控制单元及其他单元执行去除含氧污染物的操作，再通过第二洁净控制单元及其他单元执行去除含碳污染物的操作。
大多数情况下，半导体基板表面的污染物中，含氧污染物主要来自底层材料的原位生成，含碳污染物来自半导体基板制程中的化学物残留，且去除含氧污染物的过程中也可能会出现新的含碳污染物，也即：含碳污染物往往处于半导体基板底层和含氧污染物的界面处。基于此，在去除含氧污染物及含碳污染物时，优先考虑先去除含氧污染物再去除含碳污染物，有利于提高污染物去除效果。
在该可选的实施例中，可选的，等离子体输送控制单元104具体用于：在固体副产物初始升华时，将等离子体流出物输送至洁净反应腔内；或者，在固体副产物升华过程中，将等离子体流出物输送至洁净反应腔内。可见，在固体副产物初始升华时或者在固体副产物升华过程中将等离子体流出物输送至洁净反应腔内以去除含碳污染物，实现了在固体副产物升华的同时去除含碳污染物，缩短了基于一个洁净反应腔去除含氧污染物及含碳污染物所需的总时长，能够在一定程度上提高污染物去除效率。此外，提前导入等离子体流出物（也即提前导入含氢等离子体流出物）还能够节约反应所需的能源。
实施例二
请参阅图3，图3是本发明实施例公开的又一种半导体基板的洁净控制***的结构示意图。其中，图3所示的洁净控制***用于实现对放置于洁净反应腔内需要清洁的半导体基板的清洁控制，也即：当半导体基板需要清洁时，半导体基板被放置于洁净反应腔内，由洁净控制***对放置于洁净反应腔内的半导体基板进行清洁控制，其中，洁净反应腔可以是洁净设备，也可以是洁净设备的一部分，进一步的，洁净控制***可以作为洁净设备的一部分集成在洁净设备中，如集成在洁净设备的控制中心，也可以不集成在洁净设备中，独立于洁净设备而存在，本发明实施例不做限定。如图3所示，该洁净控制***可以包括：
存储有可执行程序代码的存储器201；
与存储器201耦合的处理器202；
处理器202调用存储器201中存储的可执行程序代码，用于实现实施例一中所描述的任一洁净控制***100的洁净控制功能。
实施例三
请参阅图4，图4是本发明实施例公开的一种半导体基板的洁净控制方法的流程示意图。其中，图4所示的方法可以应用于洁净控制***中，洁净控制***用于实现对放置于洁净反应腔内需要清洁的半导体基板的清洁控制，也即：当半导体基板需要清洁时，半导体基板被放置于洁净反应腔内，由洁净控制***对放置于洁净反应腔内的半导体基板进行清洁控制，其中，洁净反应腔可以是洁净设备，也可以是洁净设备的一部分，进一步的，洁净控制***可以作为洁净设备的一部分集成在洁净设备中，如集成在洁净设备的控制中心，也可以不集成在洁净设备中，独立于洁净设备而存在，本发明实施例不做限定。如图4所示，该洁净控制方法可以包括如下步骤：
301、向洁净反应腔输送第一类气体，第一类气体至少包括参与形成中间体的第一类反应气体，中间体用于去除半导体基板表面的含氧污染物。
作为一种可选的实施方式，向洁净反应腔输送第一类气体，可以包括：
对于每种第一类反应气体，分别混合该第一类反应气体与第一载流气体并输送至洁净反应腔；或者，
混合第一载流气体与所有第一类反应气体并输送至所述洁净反应腔。
302、将第一类反应气体加热至第一类反应气体参与反应形成中间体所需的第一温度，以使第一类反应气体反应生成中间体。
作为一种可选的实施方式，通过洁净反应腔内设的流体分配单元对应的温度调控模块提供反应所需的第一温度，第一温度为140℃~180℃。
作为一种可选的实施方式，上述第一类反应气体可以包括含氟气体及含氢气体。其中，含氟气体包括NF3、HF、CF4、F2、SF6、氟取代的碳氢化合物气体中至少一种且含氢气体包括NH3、H2、水蒸气、HF、HCL、碳氢化合物气体中至少一种。进一步地，含氟气体选自NF3、HF中至少一种，含氢气体选自NH3、H2、水蒸气中至少一种。
作为一种可选的实施方式，含氟气体与含氢气体的比例为1:20~1:3；和/或，所形成的中间体为NH4F。
比如，当上述含氟气体为NF3且上述含氢气体为NH3时，形成中间体的反应式可以为：NH3（g）+NF3（g）→NH4F（g），且反应条件为加热，且加热温度为上述第一温度。
作为一种可选的实施方式，上述第一类气体除了包括上述第一类反应气体之外，还可以进一步包括第一载流气体，且第一载流气体可以包括氢气、氮气、氩气、氙气、氦气中的至少一种，在保证载流气体稳定性的同时还不会额外产生其他物质。
303、通过中间体去除半导体基板表面的含氧污染物。
在一个可选的实施例中，上述的通过中间体去除半导体基板表面的含氧污染物可以包括如下子步骤：
子步骤一、由中间体与半导体基板表面的含氧污染物在第二温度下反应生成固体副产物，可选的，第二温度为10℃~65℃，和/或，上述第一温度与第二温度的温差绝对值为80℃~150℃；
其中，通过基板载座单元承载半导体基板以使半导体基板位于第一水平位置，其中，第一水平位置可以参考设置在靠近洁净反应腔的底部区域；并通过基板载座单元对应的温度调控模块提供中间体与半导体基板表面的含氧污染物反应生成固体副产物所需的第二温度。
子步骤二、对固体副产物进行加热，以使固体副产物在第三温度下升华，可选的，第三温度与上述第一温度的差值绝对值小于等于5℃；
其中，通过基板载座单元承载半导体基板以使半导体基板位于第二水平位置处，其中，第二水平位置可以参考设置在靠近流体分配单元的下方区域；并基于流体分配单元对应的温度调控模块提供固体副产物进行升华反应所需的第三温度。此外，第二水平位置的高度高于第一水平位置的高度。
子步骤三、去除固体副产物升华后所形成的第一副产物气体。
需要说明的是，子步骤一至子步骤三可以循环多次执行，以提高含氧污染物的去除效果。
可见，该可选的实施例还能够进一步控制中间体与半导体基板表面的含氧污染物在所需的反应温度下发生反应形成固体副产物，并通过升华固体副产物的方式实现固体副产物的去除进而实现含氧污染物的有效去除。
在另一个可选的实施例中，该方法还可以包括如下步骤：
在通过中间体去除半导体基板表面的含氧污染物的过程中，持续将上述第一载流气体通入洁净反应腔。
可见，该可选的实施例还能够在中间体与含氧污染物反应过程中，持续通入上述第一载流气体，将上述第一载流气体作为承载中间体的载体，促使中间体被吸附在半导体基板的表面层，有利于中间体与含氧污染物的充分接触以及加快热量传递进而提供中间体与含氧污染物反应所需的反应温度，有利于提高中间体与含氧污染物的反应效率，进而有利于提高含氧污染物的去除效率。
在又一个可选的实施例中，上述的子步骤一可以具体包括：
确定副产物生成影响因子；其中，确定出的所有副产物生成影响因子包括生长温度因子、生长压力因子、气体组成因子、气体流动特性因子中的一种或多种的组合；
根据预先确定出的目标分布需求和/或目标粒径需求，生成每个副产物生成影响因子对应的生成控制参数；
在生成控制参数的控制下控制中间体与半导体基板表面的含氧污染物在第二温度下反应生成固体副产物。
可见，该可选的实施例还能够通过调节固体副产物晶粒的生长温度、生长压力、洁净反应腔内有效气体组成、气体的流动特性等因素，以尽可能控制固体副产物形成预期的晶粒形态，以限定上述固体副产物颗粒的粒径更小，进而使得固体副产物颗粒分布更为均匀。
综上，实施本发明实施例所描述的方法能够通过加热形成中间体的方式去除半导体基板表面的含氧污染物，提高了去除含氧污染物时的可控性，有利于提高含氧污染物的去除效果，污染物去除过程对半导体基板具有高共形度，且在含氧污染物的去除过程中，不引入等离子体，减少对半导体基板底层的蚀刻，进而减少与洁净反应腔内壁碰撞而引入其他颗粒污染物的情况发生。此外，相较于现有技术的等离子体方式而言，还能够在SiＯ2/SiＮ方面具有较高的去除选择比。
需要特别说明的是，本发明实施例所涉及的其它相关技术内容请参照实施例一中相关技术内容的详细描述，本发明实施例不再赘述。
实施例四
请参阅图5，图5是本发明实施例公开的另一种半导体基板的洁净控制方法的流程示意图。其中，图5所示的方法可以应用于洁净控制***中，该洁净控制方法可以包括如下步骤：
401、向洁净反应腔输送第一类气体，第一类气体至少包括参与形成中间体的第一类反应气体，中间体用于去除半导体基板表面的含氧污染物。
402、将第一类反应气体加热至第一类反应气体参与反应形成中间体所需的第一温度，以使第一类反应气体反应生成中间体。
可选的，第一温度为140℃~180℃。
403、通过中间体去除半导体基板表面的含氧污染物。
404、将等离子体流出物输送至洁净反应腔内。
其中，等离子体流出物是通过向等离子体反应单元通入第二类气体产生的，第二类气体至少包括用于供等离子体反应单元产生等离子体流出物的第二类反应气体。可选的，第二类气体还可以包括第二载流气体。
作为一种可选的实施方式，上述的将等离子体流出物输送至洁净反应腔内可以包括：
在固体副产物初始升华时，将等离子体流出物输送至洁净反应腔内；或者，
在固体副产物升华过程中，将等离子体流出物输送至洁净反应腔内。
可见，该可选的实施方式在固体副产物初始升华时或者在固体副产物升华过程中将等离子体流出物输送至洁净反应腔内以去除含碳污染物，实现了在固体副产物升华的同时去除含碳污染物，缩短了基于一个洁净反应腔去除含氧污染物及含碳污染物所需的总时长，能够在一定程度上提高污染物去除效率。此外，提前导入等离子体流出物（也即提前导入含氢等离子体流出物）还能够节约反应所需的能源。在实际应用中，出于尽可能去除污染物的考虑，还可以在固体副产物除尽之后再导入等离子体流出物。
405、由等离子体流出物与半导体基板表面的含碳污染物在第四温度下发生反应。
具体地，通过基板载座单元承载半导体基板以使半导体基板位于第二水平位置处，其中，第二水平位置可以参考设置在靠近流体分配单元的下方区域，并基于流体分配单元对应的温度调控模块提供反应所需的第四温度。
可选的，第一温度、第三温度以及第四温度中任意两个温度的差值绝对值小于等于5℃，和/或，第四温度为70℃~150℃。
406、去除洁净反应腔内由等离子体流出物与含碳污染物在第四温度下反应生成的第二副产物气体。
本发明实施例中，需要说明的是，针对步骤401~403的其它详细描述请参照实施例三中针对步骤301~303及实施例一的相关详细描述，本发明实施例不再重复赘述。
可见，实施本发明实施例所描述的方法能够通过加热形成中间体的方式去除半导体基板表面的含氧污染物，提高了去除含氧污染物时的可控性，有利于提高含氧污染物的去除效果，污染物去除过程对半导体基板具有高共形度，且在含氧污染物的去除过程中，不引入等离子体，减少对半导体基板底层的蚀刻，进而减少与洁净反应腔内壁碰撞而引入其他颗粒污染物的情况发生。此外，相较于现有技术的等离子体方式而言，还能够在SiＯ2/SiＮ方面具有较高的去除选择比。
而且，在基于洁净反应腔去除含氧污染物的同时，还能够基于同一洁净反应腔去除含碳污染物，也即：基于同一个洁净反应腔实现了含氧污染物及含碳污染物的去除，无需再通过2个洁净反应腔分别去除含氧污染物及含碳污染物，避免了在去除含氧污染物之后将半导体基板从一个洁净反应腔转移至第二个洁净反应腔以去除含碳污染物的操作，也无需过多改造洁净设备，不仅能够简化污染物去除工艺、降低污染物去除成本，还能够减少因先去除含氧污染物导致裸露的含硅基板重新裸露在周围环境中进而导致原位重新生成含氧污染物的情况发生。
实施例五
请参阅图6，图6是本发明实施例公开的一种洁净设备的结构示意图。其中，该洁净设备500能够为需要清洁的半导体基板提供洁净反应腔501，以去除半导体基板600表面的污染物进而实现对半导体基板600的清洁。如图6所示，该该洁净设备500可以包括：
洁净反应腔501，用于容置需要清洁的半导体基板600；
用于耦接输送控制单元502的接口。
在一个可选的实施例中，该洁净设备500还可以包括上述输送控制单元502，也即输送控制单元502可以是洁净设备500的一部分。其中，输送控制单元502可以包括第一气体输送控制单元5021。
在该可选的实施例中，第一气体输送控制单元5021，用于向洁净反应腔501内输送第一类气体，第一类气体至少包括参与形成中间体的第一类反应气体。其中，输送至洁净反应腔501内的第一类反应气体在第一温度的作用下发生反应形成中间体，形成的中间体在第二温度的作用下与半导体基板600表面的含氧污染物发生反应形成固体副产物，固体副产物在第三温度的作用下发生升华，形成能够被排出洁净反应腔501之外的第一副产物气体。
在该可选的实施例中，进一步可选的，第一气体输送控制单元5021可以包括耦接上述接口的输送管道和第一类气体的气体源。
在该可选的实施例中，进一步可选的，若上述第一类气体包括的多种类型的反应气体需要分别输送至洁净反应腔501内，则第一气体输送控制单元5021可以具体包括用于输送每种类型的反应气体的气体输送控制子单元，也即：第一气体输送控制单元5021可以包括每种类型的反应气体的气体源以及耦接至上述接口的用于输送不同类型的反应气体的输送管道。
在另一个可选的实施例中，如图6所示，上述输送控制单元502还可以进一步包括第二气体输送控制单元5022，其中，第二气体输送控制单元5022，用于向等离子体反应单元503（如图6中的RPS）输送第二类气体，第二类气体至少包括用于供等离子体反应单元503产生等离子体流出物的第二类反应气体。
在该可选的实施例中，进一步可选的，该洁净设备500还可以包括上述等离子体反应单元503，且等离子体反应单元503用于产生等离子体流出物并将等离子体流出物输送至洁净反应腔501内，输送至洁净反应腔501内的等离子体流出物与半导体基板600表面的含碳污染物在第四温度下发生反应，产生能够被排出洁净反应腔501之外的第二副产物气体。
也即：借助第一气体输送控制单元5021和第二气体输送控制单元5022，洁净设备500能够在同一个洁净反应腔501内实现半导体基板600表面含氧污染物和含碳污染物的去除。
在该可选的实施例中，进一步可选的，若上述第二类气体包括的多种类型的反应气体需要分别输送至洁净反应腔501内，则第二气体输送控制单元5022可以具体包括用于输送每种类型的反应气体的气体输送控制子单元。
在又一个可选的实施例中，如图6所示，该洁净设备500还可以包括设置在洁净反应腔501内的基板载座单元504。其中，基板载座单元504用于承载放置在洁净反应腔501内的需要进行清洁的半导体基板600。
在该可选的实施例中，进一步可选的，基板载座单元504可以包括用于承载半导体基板600的载台5041、位移调控单元5042和温度调控模块（图6中未示出）。其中，位移调控单元5042用于控制承载有半导体基板600的载台5041移动至所需的位置或者所需的高度；基板载座单元504包括的温度调控模块，用于向半导体基板600和半导体基板600附近区域的流体提供热量，比如：提供中间体和半导体基板600表面的含氧污染物反应所需的温度。
具体的，基板载座单元504可以为静电吸盘（ESC，Electro-static clamp），基板载座单元504所包括的温度调控模块可以为内嵌在载台5041中的加热器。
在又一个可选的实施例中，如图6所示，该洁净设备500还可以包括设置在洁净反应腔501内的流体分配单元505。其中，流体分配单元505可以包括设有多个内孔的流体分配板（showerhead），其用于实现流经流体分配单元505的流体（如反应气体、等离子体流出物等）的均匀分配。进一步的，流体分配单元505上还设置有温度调控模块（图6中未示出），且流体分配单元505上的温度调控模块用于调节流体分配单元505附近区域的温度，进而调节流经流体分配单元505的流体的温度，以使流经流体分配单元505的流体的温度达到参与反应所需的温度。
在上述任一实施例中，又进一步可选的，在向洁净反应腔501内输送反应气体的同时，还可以同步输送相应的载流气体，且相应的载流气体在与相应的所有反应气体混合后输送至洁净反应腔501，或者，相应的载流气体在分别与参与反应的所有反应气体中相对应的反应气体混合后分别输送至相应洁净反应腔501中。
需要说明的是，含氧污染物与含碳污染物具体的去除过程、洁净设备500所包括部件（如单元、模块等）的作用与功能以及洁净设备500与洁净控制***之间的相互配合，请参照实施例一的相关详细描述，本发明实施例中不再重复赘述。
可见，在图6所描述的洁净设备500的洁净反应腔501内，能够通过加热形成中间体的方式去除半导体基板表面的含氧污染物，提高了去除含氧污染物时的可控性，有利于提高含氧污染物的去除效果，污染物去除过程对半导体基板具有高共形度，且在含氧污染物的去除过程中，不引入等离子体，减少对半导体基板底层的蚀刻，进而减少与洁净反应腔内壁碰撞而引入其他颗粒污染物的情况发生。此外，相较于现有技术的等离子体方式而言，还能够在SiＯ2/SiＮ方面具有较高的去除选择比。再者，还能够进一步控制中间体与半导体基板表面的含氧污染物在所需的反应温度下发生反应形成固体副产物，并通过升华固体副产物的方式实现固体副产物的去除进而实现含氧污染物的有效去除。而且，在通入反应气体时还可以一并通入载流气体，一方面可以加快反应气体的混合、向反应气体传递其反应所需的温度，另一方面还可以控制反应气体的浓度，提高反应可控性。进一步地，在中间体与含氧污染物反应生成固体副产物的过程中，可以进一步通过确定出的副产物生成影响因子所对应的生成控制参数实现对固体副产物粒径与分布的智能化控制，以生成颗粒尺寸较小且粒径分布均匀的固体副产物，解决了因固体副产物颗粒分布不均匀、呈现大片状进而出现遮蔽效应的问题。再进一步地，通过基板载座单元承载半导体基板有利于实现对半导体基板所在位置（如高度）的控制灵活性，有利于提高反应效率，进而有利于提高含氧污染物的去除效率，且还能够通过洁净反应腔内的流体分配单元实现气体的均匀分配，进而实现气体的充分结合，有利于提高加热形成中间体的效率；通过洁净反应腔内的流体分配单元提供反应形成中间体所需的反应温度和/或提供固体副产物升华所需的反应温度，有利于提高所需温度的提供效率，进而有利于提高反应效率。又进一步地，还能够基于同一个洁净反应腔实现了含氧污染物及含碳污染物的去除，不仅能够简化污染物去除工艺、降低污染物去除成本，还能够减少因先去除含氧污染物导致裸露的含硅基板重新裸露在周围环境中进而导致原位重新生成含氧污染物的情况发生。
实施例六
请参阅图7，图7是本发明实施例公开的另一种洁净设备的结构示意图。其中，该洁净设备能够为需要清洁的半导体基板提供洁净反应腔，以去除半导体基板表面的污染物进而实现对半导体基板的清洁。如图7所示，该洁净设备可以包括：
洁净反应腔（图7中未示出），当半导体基板需要清洁时，半导体基板被放置于洁净反应腔内；其中，该洁净设备还包括实施例一~实施例二中所描述的任一半导体基板的洁净控制***。
需要特别说明的是：
为了验证通过本发明所提及的洁净控制***、洁净控制方法、洁净设备在去除半导体基板表面的含氧污染物及含碳污染物方面的有益效果，通过以下测试方式分别对本发明及现有技术在半导体基板表面的含氧污染物及含碳污染物去除方面进行了测试并对测试结果进行了比对，具体如下。
实验组1
测试样品：以底层为硅材料的半导体基板为对象，通过沉积方式在底层上方的第一区域和第二区域分别形成氧化硅层和碳基掩膜材料层。其中，测试样品中硅底层材料厚度为200nm，氧化硅层厚度为60nm以及碳基掩膜材料层厚度为60nm。
洁净方法：本实验组1涉及在同一个洁净反应腔内基于加热方式去除含氧污染物以及基于等离子体方式去除含碳污染物。所采用的洁净设备可以参照实施例五，具体操作方式可以参考实施例四。其中，洁净过程的关键步骤部分罗列如下：
步骤S1、中间体形成过程，具体为：通过对含氟气体NF3和含氢气体NH3进行加热形成NH4F；
步骤S2、去除氧化硅层，具体为：通过NH4F与氧化硅反应形成固体副产物；
步骤S3、去除碳基掩膜材料层，具体为：通过含氢等离子体与碳基掩膜材料反应形成气体副产物。
实验组2
测试样品：以底层为氮化硅材料的半导体基板为对象，通过沉积方式在底层上方的第一区域和第二区域分别形成氧化硅层和碳基掩膜材料层。其中，测试样品中硅底层材料厚度为200nm，氧化硅层厚度为60nm以及碳基掩膜材料层厚度为60nm。
洁净方法：参照实验组1的洁净方法。
对比组1
测试样品：采用与实验组1相同的半导体基板。
洁净方法：本对比组1涉及现有技术中在一个洁净反应腔内基于等离子体方式去除含氧污染物，然后转移到另一个洁净反应腔内基于等离子体方式去除含碳污染物。所采用的洁净设备可以分别采用现有技术中去除氧类污染物的洁净设备（比如，应用材料公司的SiConi蚀刻设备）和去除碳类污染物的洁净设备。其中，洁净过程的相关参数可参照实验组1且关键步骤部分罗列如下：
步骤S1’、中间体形成过程，具体为：在除氧类污染物的洁净设备中利用辅助的远端等离子模块，先将含氟气体NF3和含氢气体NH3导入远端等离子模块以形成等离子流出物；等离子体流出物导入洁净反应腔后形成NH4F；
步骤S2’、去除氧化硅层，具体为：通过NH4F与氧化硅反应形成固体副产物；
步骤S3’、转移半导体基板，具体为：将步骤S2’中处理后的半导体基板转移至除碳类污染物的洁净设备；
步骤S4’、去除碳基掩膜材料层，参照实验组1的方式，具体为：通过含氢等离子体与碳基掩膜材料反应形成气体副产物。
对比组2
测试样品：采用与实验组2相同的半导体基板。
洁净方法：参照对比组1的洁净方法。
测试方法：对实验组1、实验组2、对比组1和对比组2中处理后的半导体基板进行去除效果测试，在半导体基板的第一区域和第二区域分别选取15~20个取样点，通过测试设备检测剩余污染物和剩余底层材料的厚度后取平均值，以此计算每个测试对象中底层材料和污染物所去除的平均厚度并衡量其选择比。其中，测试设备可以为扫描式电子显微镜（SEM）、透射式电子显微镜（TEM）、轮廓测量器等多种手段中一种。具体测试结果见下表1。
表1
通过上述表格中的实验组和对比组数据可以明显看出，采取加热方式去除氧化硅层，能够有效减少对底层的蚀刻量，特别是在底层材料为氮化硅时，本发明涉及的去除方式所对应的去除物和底层材料的选择比明显提高。其中，实验组2中氧化硅与氮化硅选择比为（60-32.8）/（200-198.7）≈20.9:1，而对比组2的选择比为（60-36.1）/（200-191.1）≈2.7:1。
以上所描述的实施例仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块、单元、子单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个位置上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块、单元、子单元来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施例的具体描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,存储介质包括只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、随机存储器（Random Access Memory，RAM）、可编程只读存储器（Programmable Read-only Memory，PROM）、可擦除可编程只读存储器（ErasableProgrammable Read Only Memory，EPROM）、一次可编程只读存储器（One-timeProgrammable Read-Only Memory，OTPROM）、电子抹除式可复写只读存储器（Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM）、只读光盘（CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM）或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。
最后应说明的是：本发明实施例公开的一种半导体基板的洁净控制***及方法、洁净设备所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各项实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各项实施例技术方案的精神和范围。
Claims (15)
1.一种半导体基板的洁净控制***，其特征在于，当所述半导体基板需要清洁时，所述半导体基板被放置于洁净反应腔内；所述洁净控制***用于实现对放置于所述洁净反应腔内需要清洁的所述半导体基板的洁净控制；
其中，所述洁净控制***包括：
气体输送控制单元，用于向所述洁净反应腔输送第一类气体，所述第一类气体至少包括参与形成中间体的第一类反应气体，所述中间体用于去除所述半导体基板表面的含氧污染物；
温度控制单元，用于将所述第一类反应气体加热至所述第一类反应气体参与反应形成所述中间体所需的第一温度，以使所述第一类反应气体反应生成所述中间体；
第一洁净控制单元，用于通过所述中间体去除所述半导体基板表面的含氧污染物；
以及，所述第一洁净控制单元包括：
第一洁净控制子单元，用于控制所述中间体与所述半导体基板表面的含氧污染物在第二温度下反应生成固体副产物；其中，所述第一温度与所述第二温度的温差绝对值为80℃~150℃；
第二洁净控制子单元，用于对所述固体副产物进行加热，以使所述固体副产物在第三温度下升华；
第三洁净控制子单元，用于去除所述固体副产物升华后所形成的第一副产物气体。
2.根据权利要求1所述的半导体基板的洁净控制***，其特征在于，所述洁净反应腔内还设置有流体分配单元和/或用于承载放置在所述洁净反应腔内的所述半导体基板的基板载座单元；
其中，所述第一洁净控制子单元控制所述中间体与所述半导体基板表面的含氧污染物在第二温度下反应生成固体副产物的具体方式包括：
控制所述基板载座单元承载所述半导体基板位于第一水平位置并通过所述基板载座单元对应的温度调控模块提供所述中间体与所述半导体基板表面的含氧污染物反应生成固体副产物所需的第二温度，其中，当所述半导体基板位于所述第一水平位置且所述基板载座单元对应的温度调控模块提供了所述第二温度时，所述中间体与所述半导体基板表面的含氧污染物反应生成固体副产物；
和，
所述第二洁净控制子单元对所述固体副产物进行加热，以使所述固体副产物在第三温度下升华的具体方式包括：
控制所述基板载座单元承载所述半导体基板位于第二水平位置处，并基于所述洁净反应腔内的所述流体分配单元所对应的温度调控模块提供所述固体副产物发生升华所需的第三温度，其中，所述固体副产物在所述第三温度下发生升华反应；
和，
所述温度控制单元将所述第一类反应气体加热至所述第一类反应气体参与反应形成所述中间体所需的第一温度的具体方式包括：
控制所述流体分配单元对应的温度调控模块提供将所述第一类反应气体加热至所述第一类反应气体参与反应形成所述中间体所需的第一温度。
3.根据权利要求1或2所述的半导体基板的洁净控制***，其特征在于，所述第一洁净控制子单元控制所述中间体与所述半导体基板表面的含氧污染物在第二温度下反应生成固体副产物的具体方式包括：
所述第一洁净控制子单元确定副产物生成影响因子；其中，所述副产物生成影响因子包括生长温度因子、生长压力因子、气体组成因子、气体流动特性因子中的一种或多种的组合；
所述第一洁净控制子单元根据预先确定出的目标分布需求和/或目标粒径需求，生成所述副产物生成影响因子对应的生成控制参数；
所述第一洁净控制子单元在所述生成控制参数的控制下控制所述中间体与所述半导体基板表面的含氧污染物在第二温度下反应生成固体副产物。
4.根据权利要求3所述的半导体基板的洁净控制***，其特征在于，所述目标分布需求和/或所述目标粒径需求用于将所需生成的所述固体副产物颗粒的粒径尺寸D90与D10的差值控制在小于100um的范围内。
5.根据权利要求2所述的半导体基板的洁净控制***，其特征在于，所述洁净控制***还包括：
等离子体输送控制单元，用于将等离子体流出物输送至所述洁净反应腔内；所述等离子体流出物是通过向等离子体反应单元通入第二类气体产生的，所述第二类气体至少包括用于供所述等离子体反应单元产生所述等离子体流出物的第二类反应气体；
第二洁净控制单元，用于控制所述等离子体流出物与所述半导体基板表面的含碳污染物在第四温度下发生反应；并去除所述洁净反应腔内由所述等离子体流出物与所述含碳污染物在所述第四温度下反应生成的第二副产物气体。
6.根据权利要求5所述的半导体基板的洁净控制***，其特征在于，所述等离子体输送控制单元具体用于：在所述固体副产物初始升华时，将等离子体流出物输送至所述洁净反应腔内；或者，在所述固体副产物升华过程中，将等离子体流出物输送至所述洁净反应腔内。
7.根据权利要求1或2所述的半导体基板的洁净控制***，其特征在于，所述第一类反应气体包括含氟气体及含氢气体；
其中，所述含氟气体与所述含氢气体的比例为1:20~1:3，和/或，所述含氟气体包括NF3、HF中至少一种且所述含氢气体包括NH3、H2、水蒸气中至少一种，和/或，所述中间体为NH4F。
8.根据权利要求7所述的半导体基板的洁净控制***，其特征在于，所述第一类气体还包括第一载流气体；
以及，所述第一载流气体包括氢气、氮气、氩气、氙气、氦气中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的半导体基板的洁净控制***，其特征在于，所述气体输送控制单元，还用于在通过所述中间体去除所述半导体基板表面的含氧污染物的过程中，持续将所述第一载流气体通入所述洁净反应腔。
10.根据权利要求8或9所述的半导体基板的洁净控制***，其特征在于，所述气体输送控制单元向所述洁净反应腔输送第一类气体的具体方式包括：
对于每种所述第一类反应气体，分别混合该第一类反应气体与所述第一载流气体并输送至所述洁净反应腔；或者，
混合所述第一载流气体与所有所述第一类反应气体并输送至所述洁净反应腔。
11.根据权利要求1、2、5、6中任一项所述的半导体基板的洁净控制***，其特征在于，所述第一温度为140℃~180℃；和/或，
所述第二温度为10℃~65℃。
12.根据权利要求5所述的半导体基板的洁净控制***，其特征在于，所述第一温度、所述第三温度以及所述第四温度中任意两个温度的差值绝对值小于等于5℃。
13.根据权利要求5所述的半导体基板的洁净控制***，其特征在于，所述第二类气体还包括第二载流气体；和/或，所述第四温度为70℃~150℃。
14.一种半导体基板的洁净控制方法，其特征在于，所述洁净控制方法包括通过如权利要求1-13中任一项所述的半导体基板的洁净控制***实施的洁净控制方法。
15.一种洁净设备，其特征在于，所述洁净设备包括洁净反应腔，当半导体基板需要清洁时，所述半导体基板被放置于所述洁净反应腔内；
其中，所述洁净设备还包括如权利要求1-13任一项所述的半导体基板的洁净控制***。
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