專利名稱：減少反應腔內雜質顆粒的方法和化學氣相沉積設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種減少反應腔內雜質顆粒的方法和一種化學氣相沉積設備。
背景技術：
化學氣相沉積(CVD)是半導體工業中應用最為廣泛的用來沉積多種材料的技術，包括大部分的絕緣材料，大多數金屬材料和金屬合金材料。該工藝一般包含以下過程氣體反應物通過對流和擴散到達襯底表面；襯底表面吸附氣體分子，并發生反應，生成薄膜和氣態副產物；氣態副產物解吸并離開襯底表面，通過排氣裝置離開反應腔。其中金屬有機化合物化學氣相沉積(MOCVD )技術作為化合物半導體材料研究和生產的手段， 它的高質量、穩定性、重復性及規模化為業界所看重。在超大規模集成電路的制造中，它主要用來沉積氮化鈦，用作鎢填充栓的阻擋層。由于在CVD薄膜的形成過程中，存在熱分解等過程會形成副產物，而這一過程需要在反應腔內進行，使得所述副產物會在腔體內形成雜質顆粒，通常雜質會存在于形成的薄膜中，尤其對于金屬膜，如氮化鈦，其中的雜質含量會明顯對其特性產生不良影響，從而影響整個集成電路中器件的性能。更多關于氣相沉積的方法，請參考美國專利US20110086496A1的公開文件。

發明內容
本發明解決的問題是提供一種減少反應腔內雜質顆粒的方法和一種化學氣相沉積設備，所述減少反應腔雜質顆粒的方法能夠有效降低反應腔內的雜質顆粒含量，所述化學氣相沉積設備利用所述減少反應腔體雜質顆粒的方法，能夠形成雜質少，質量高的化學氣相沉積薄膜。為解決上述問題，本發明提供了一種減少反應腔內雜質顆粒的方法，包括提供反應腔；提供替換基片于所述反應腔內；在所述替換基片上及反應腔內壁形成覆蓋層，所述覆蓋層能吸附反應腔內的雜質顆粒。優選的，所述反應腔為化學氣相沉積工藝的反應腔。優選的，形成所述覆蓋層的工藝為化學氣相沉積。優選的，所述化學氣相沉積工藝中的反應物為四二甲基胺鈦、三甲基鎵、三乙酰丙酮銥或二乙酰丙酮鉬。優選的，采用化學氣相沉積工藝形成覆蓋層之前，放置替換基片于反應腔內的加熱平臺上。優選的，形成所述覆蓋層的溫度范圍為350°c 40(rc，壓力范圍為I托飛托，反應時間為(Γ300秒。優選的，所述覆蓋層含有有機成分，所述有機成分具有極性共價鍵，能吸附反應腔內的雜質顆粒。
優選的，所述覆蓋層含有C、H元素，形成C-H極性共價鍵。優選的，形成的所述覆蓋層的厚度為O 2800人。本發明的技術方案還提供一種化學氣相沉積設備，包括反應腔，所述反應腔內壁具有覆蓋層，所述覆蓋層能吸附反應腔內的雜質顆粒。優選的，所述反應腔為化學氣相沉積工藝的反應腔。優選的，所述覆蓋層采用化學氣相沉積工藝形成。優選的，所述化學氣相沉積工藝中的反應物包括四二甲基胺鈦、三甲基鎵、三乙酰丙酮銥或二乙酰丙酮鉬。優選的，所述化學氣相沉積工藝的溫度范圍為350°C 400°C，壓力范圍為I托飛 托，反應時間為(Γ300秒。優選的，所述覆蓋層含有有機成分，所述有機成分具有極性共價鍵，能吸附反應腔內的雜質顆粒。優選的，所述覆蓋層含有C、H元素，形成C-H極性共價鍵。優選的，所述覆蓋層的厚度為(K2800A。與現有技術相比，本發明具有以下優點用化學氣相沉積工藝在襯底形成薄膜之前，在反應腔的內壁形成覆蓋層，所述覆蓋層富含有機成分，而所述有機成份中的C、H等元素，容易和腔內雜質形成共價鍵將雜質吸附，從而能有效吸收后續在腔體內進行化學氣相沉積過程中形成的副產物雜質，所述雜質來自反應物在熱反應過程中分解產生的副產物或者其他處理過程中產生的副產物，從而有效降低反應過程中反應腔內的雜質顆粒的含量，減少化學氣相沉積工藝形成的薄膜表面的顆粒雜質等缺陷，提高形成的薄膜的質量。進一步的，由于現有的化學氣相沉積(CVD)設備進行CVD反應過程中不對反應腔作清潔處理，腔體內的組件在反應過程中會對產生的副產物等雜質具有一定的吸附能力，但是這種吸附能力隨著沉積次數的增加而顯著下降，而形成的薄膜中雜質含量則會逐漸提高，影響薄膜的質量。直到對CVD設備進行保養，更換設備組件才能使這種吸附能力得到恢復。為了獲得高質量的沉積薄膜，就需要頻繁的對設備進行保養，更換設備組件，這對于沉積效率影響很大。而形成有這種覆蓋層的CVD設備，對于腔內雜質吸附能力明顯增強，從而可以降低設備保養的頻率，提高設備的生產效率。


圖I是薄I吳表面具有雜質顆粒的不意圖；圖2是本發明實施例的減少反應腔內雜質顆粒的方法的流程示意圖；圖3是本發明的實施例采用的化學氣相沉積設備示意圖；圖4是本發明的實施例在化學氣相沉積設備的反應腔內壁形成覆蓋層的示意圖；圖5至圖7是本發明在襯底表面形成TiN薄膜的剖面示意圖；圖8是在反應腔內壁形成覆蓋層前后，反應腔內的顆粒雜質的含量。圖9是在反應腔內壁形成覆蓋層前后，在反應腔內形成的TiN薄膜內顆粒雜質的含量。圖10是隨著時間變化反應腔內雜質含量的變化圖。
具體實施例方式如背景技術中所述，化學氣相沉積(CVD)方法形成的薄膜會吸附一些雜質顆粒，表面會存在缺陷(請參考圖I )，雜質顆粒的形成會對薄膜的質量產生不良的影響。譬如作為用作鎢填充栓阻擋層的TiN薄膜中存在雜質顆粒會影響到整個集成電路中器件的性能。研究發現，化學氣相沉積技術在一定溫度下將反應物熱分解形成所需要的化合物和一些副產物，而整個反應在一個反應腔室內形成，所述副產物很容易在后續的反應過程中被薄膜吸附或者沉積在薄膜表面，形成雜質顆粒，進而影響薄膜的質量。為解決上述問題，本發明的技術方案提出了一種減少反應腔內雜質顆粒的方法以及采用該方法的化學氣相沉積設備，利用化學氣相沉積的方法，在反應腔內壁形成覆蓋層，可以有效吸收后續對襯底進行化學沉積過程中腔體內的雜質，減少雜質被薄膜吸附的可能性，從而提高在襯底上形成的薄膜的質量。下面結合附圖，通過具體實施例，對本發明的技術方案進行清楚、完整的描述，顯 然，所描述的實施例僅僅是本發明的可實施方式的一部分，而不是其全部。根據這些實施例，本領域的普通技術人員在無需創造性勞動的前提下可獲得的所有其它實施方式，都屬于本發明的保護范圍。請參考圖2，本發明實施例的實施步驟，包括SlOl :提供化學氣相沉積設備；S102 :提供替換基片于加熱平臺，通入反應氣體，在反應腔內壁形成覆蓋層。請參考圖3，提供化學氣相沉積設備，對該反應設備的反應腔進行清潔和預設步驟。具體的，本實施例采用CVD設備，所述CVD設備包括進氣口 101、噴頭102、反應腔103、出氣口 104、加熱平臺105和升降桿106。具體的，所述進氣口 101外接反應氣體源，反應氣體通過進氣口 101進入反應腔內。噴頭102為蓮蓬狀，其上具有多個孔洞排列，以使反應氣體能均勻進入反應腔103。反應腔103內的加熱平臺105為電阻加熱裝置，用來對沉積過程中放置于其表面的襯底進行加熱。在本發明的其他實施例中，所述加熱平臺也可以是其他類型的加熱裝置，例如射頻加熱裝置。升降桿106連接加熱平臺105，用于調節加熱平臺105的高度，以此來調整噴頭到加熱平臺105表面的距離。反應腔103還具有排氣口 104，所述排氣口 104連接外界排氣裝置，將反應腔103內的雜質氣體排出，保持反應腔103內的潔凈。請參考圖4，提供替換基片200于加熱平臺105，通入反應氣體，在反應腔內壁形成
覆蓋層300。在反應腔內壁形成覆蓋層300前，提供所述替換基片200于加熱平臺，在反應腔內壁形成覆蓋層300過程中所述覆蓋層只會形成于反應腔內壁和替換基片上，從而保持加熱平臺105的潔凈。后續在襯底上形成CVD薄膜時，移除所述替換基片，放置襯底于加熱平臺，保證了后續在襯底上形成CVD薄膜的成膜質量。在腔體103內放入替換基片之后，通過排氣口抽氣，排出反應腔103內可能存在的雜質，并調節腔體內氣壓至I托飛托。之后通過加熱平臺對基片進行加熱，調整至溫度范圍為350°C 400°C。
本實施例中，采用Ti[N(CH3)2]4作為反應氣體，由He作為載氣，通過進氣口 101和噴頭102進入反應腔103內。在其他實施例中，載氣可以是包括N2、Ar、He或Ne中的一種或一種以上的氣體。所述載氣對反應氣體進行稀釋，保證其均勻性。由于噴頭102具有多個出氣口，能夠使反應氣體均勻進入反應腔103內。Ti [N(CH3)2]4進入反應腔內后，受熱分解，生成含C、H雜質的TiN以及其他副產物，反應式如下Ti [N (CH3) 2] 4 — TiN (C，H) +HN (CH3) 2+ 其他碳氫化物其中，TiN(C, H)會沉積在替換基片200表面以及反應腔103內壁形成覆蓋層300，而其他物質則被排氣裝置排出反應腔103。所述形成覆蓋層的反應溫度范圍為3500C 40(TC，壓力范圍為I飛托，反應時間為0 300秒。在所述反應條件之下，形成的所述覆蓋層300為無定形的TiN薄膜，其中還包含大量的碳元素和氫元素組成的有機成分，所述覆蓋層300厚度為0-.-2800人。所述c和H之間形成極性的C-H鍵，容易吸附反應腔內的·雜質，包括CVD反應過程中熱分解產生的HN(CH3)2和其他碳氫化物，能有效減少形成的CVD薄膜中的雜質顆粒的含量。在本發明的其他實施例中，形成所述覆蓋層300的反應物也可以是其他有機化合物，包括四二甲基胺鈦、三甲基鎵、三乙酰丙酮銥或二乙酰丙酮鉬等，所述化合物在化學沉積過程中熱分解，在反應腔內壁形成覆蓋層，所述覆蓋層含有C、H、N等有機元素，所述有機元素之間形成極性共價鍵，能吸CVD過程中反應腔內的雜質，減少CVD薄膜中的雜質含量。在形成覆蓋層之后，移除替換基片，在加熱平臺上放置襯底，在所述襯底上形成TiN薄膜。請參考圖5，提供襯底400。所述襯底材料可以是硅、砷化鎵或鍺化硅等半導體材料，也可以是部分處理的基片(包括集成電路及其他元件的一部分)或者其它需要在表面沉積薄膜的基底。將所述襯底放入反應腔103 (如圖4所示)內的加熱平臺105 (如圖4所示)上，在腔體中建立穩定的溫度、氣流和氣壓等反應氛圍，其中溫度范圍為350°C 400°C，腔體內氣壓至I托飛托。本實施例中采用Ti[N(CH3)2]4作為反應氣體，由He作為載氣，通過進氣口101和噴頭102進入反應腔103內，均勻的噴灑在襯底400表面。反應物受熱分解后在襯底表面沉積形成含碳和氫雜質的氮化鈦第一薄膜401，請參考圖6。沉積過程中，反應物分解產生的部分碳氫有機物會被覆蓋層300 (如圖4所示)吸收，降低反應腔103內雜質的含量。請參考圖7，對所述第一薄膜進行等離子體處理，形成第二薄膜402。形成的所述TiN第一薄膜401 (如圖6所示)仍為無定形結構，并且內部具有C、H元素。通過等離子體處理去除所述第一薄膜內部的C、H元素所形成的有機成分，形成純凈的TiN第二薄膜402。現有技術中，進行CVD反應過程中不對反應腔作清潔處理，腔體組件對反應過程中產生的副產物等雜質具有一定的物理吸附能力，但是這種吸附能力隨著沉積次數的增加而顯著下降，而形成的薄膜中雜質含量則會逐漸提高，影響薄膜的質量。直到對CVD設備進行保養，更換腔體組件才能使這種吸附能力得到恢復。為了獲得高質量的沉積薄膜，就需要頻繁的對設備進行保養，更換腔體組件，這對于沉積效率影響很大。本發明的實施例中，在襯底表面形成TiN薄膜之前，首先在反應腔內壁形成無定形結構的含有C、H等有機成分的覆蓋層，其中的有機成分具有極性共價鍵，容易吸附反應腔內的雜質。所述含有有機成分的覆蓋層對于雜質顆粒有較高的吸附能力，所述覆蓋層覆蓋在反應腔內腔體組件表面，能有效提高反應腔內壁腔體組件對反應過程中產生的雜質副產物的吸附能力，降低了反應腔內的雜質含量，從而在襯底上形成TiN薄膜的過程中，不容易在薄膜表面形成顆粒狀污染，有效提高了 TiN薄膜的質量，降低TiN薄膜的電阻 ，提高后續形成的集成電路器件的性能。對于腔內雜質吸附能力的增強，可以降低設備保養的頻率，提高設備的生產效率。請參考圖8,圖8為在反應腔內壁形成覆蓋層前后,反應腔內的顆粒雜質的含量。具體的，在反應結束后，將He氣通入反應腔后，測量排出的He氣中顆粒雜質的含量。可以明顯看出，與未形成覆蓋層相比，在反應腔內壁形成覆蓋層之后，反應腔內顆粒雜質的含量明顯下降，接近為O。這表明覆蓋層對于雜質有很強的吸附能力。在本發明的其它實施例中，通入的氣體可以是N2、He、Ar或Ne中的一種或一種以上氣體。請參考圖9,圖9為在反應腔內壁形成覆蓋層前后,在所述反應腔內形成的TiN薄膜內顆粒雜質的含量。具體的，將反應物通入反應腔內，沉積形成TiN薄膜過程中，測量沉積薄膜的顆粒雜質含量。與未形成覆蓋層相比，在反應腔內壁形成覆蓋層之后，所述TiN薄膜內顆粒雜質的含量明顯下降。請參考圖10，前十天內在反應腔內壁未形成覆蓋層，在襯底上沉積TiN薄膜并對腔體雜質顆粒進行惡化處理。隨著天數增加，形成的TiN薄膜中雜質顆粒的含量逐漸增加，表明反應腔內組件對雜質的吸附能力隨著沉積次數的增加而逐漸下降。在第i^一天，在反應腔內壁形成覆蓋層，再進行TiN薄膜的沉積，發現此時形成的TiN薄膜中雜質顆粒的含量顯著下降，表明本發明的技術方案中在反應腔內壁形成的覆蓋層能夠很大程度的提高對腔體內雜質的吸附能力，降低沉積薄膜內雜質的含量。本發明的實施例在反應腔內壁形成覆蓋層，利用覆蓋層中的有機成分提高對反應腔中雜質的吸附能力。一方面，提高了所形成的薄膜的質量；另一方面，提高了所述CVD設備在一個保養周期內可沉積的晶圓片數量及良品率，有效提高了機臺的生產效率。并且本實施例還在形成所述覆蓋層的反應腔內利用CVD方法形成TiN薄膜，測試該過程中反應腔內的雜質顆粒含量，結果表明，該方法可以有效降低反應腔內的雜質顆粒。在本發明的其他實施例中，所述反應腔內進行的化學氣相沉積還可以包括其他以熱分解反應為基礎的化學沉積工藝或其他化學氣相沉積工藝等。可以在所述工藝進行的反應腔內壁形成含有有機成分的覆蓋層，所述有機成分內具有極性共價鍵，對腔內雜質具有吸附能力，提高反應腔內部組件對反應過程中產生的雜質的吸附能力，提高最終形成的CVD薄膜的質量。本發明的實施例還提供了一種化學氣相沉積設備，包括反應腔，所述反應腔內壁具有覆蓋層，所述覆蓋層能吸附反應腔內的雜質。具體的所述覆蓋層采用上述減少反應腔內雜質顆粒的方法形成。所述覆蓋層均勻覆蓋在反應腔的內表面，厚度為(K2800 A。所述覆蓋層富含有機成分，所述有機成分包含c、H或N元素，并且所述有機成分內具有極性共價鍵能夠有效吸附反應腔內的雜質顆粒，提高該化學氣相沉積設備的成膜質量。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的 范圍內。
權利要求
1.一種減少反應腔內雜質顆粒的方法，其特征在于，包括 提供反應腔； 提供替換基片于所述反應腔內； 在所述替換基片上及反應腔內壁形成覆蓋層，所述覆蓋層能吸附反應腔內的雜質顆粒。
2.根據權利要求I所述的減少反應腔內雜質顆粒的方法，其特征在于，所述反應腔為化學氣相沉積工藝的反應腔。
3.根據權利要求I所述的減少反應腔內雜質顆粒的方法，其特征在于，形成所述覆蓋層的工藝為化學氣相沉積。
4.根據權利要求3所述的減少反應腔內雜質顆粒的方法，其特征在于，所述化學氣相沉積工藝中的反應物為四二甲基胺鈦、三甲基鎵、三乙酰丙酮銥或二乙酰丙酮鉬。
5.根據權利要求3所述的減少反應腔內雜質顆粒的方法，其特征在于，采用化學氣相沉積工藝形成覆蓋層之前，放置替換基片于反應腔內的加熱平臺上。
6.根據權利要求3所述的減少反應腔內雜質顆粒的方法，其特征在于，形成所述覆蓋層的溫度范圍為350°C 400°C，壓力范圍為I托飛托，反應時間為0 300秒。
7.根據權利要求I所述的減少反應腔內雜質顆粒的方法，其特征在于，所述覆蓋層含有有機成分，所述有機成分具有極性共價鍵，能吸附反應腔內的雜質顆粒。
8.根據權利要求I所述的減少反應腔內雜質顆粒的方法，其特征在于，所述覆蓋層含有C、H元素，形成C-H極性共價鍵。
9.根據權利要求I所述的減少反應腔內雜質顆粒的方法，其特征在于，形成的所述覆蓋層的厚度為CK2800人。
10. 一種化學氣相沉積設備，包括反應腔，其特征在于，所述反應腔內壁具有覆蓋層，所述覆蓋層能吸附反應腔內的雜質顆粒。
11.根據權利要求10所述的化學氣相沉積設備，其特征在于，所述反應腔為化學氣相沉積工藝的反應腔。
12.根據權利要求10所述的化學氣相沉積設備，其特征在于，所述覆蓋層采用化學氣相沉積工藝形成。
13.根據權利要求12所述的化學氣相沉積設備，其特征在于，所述化學氣相沉積工藝中的反應物包括四二甲基胺鈦、三甲基鎵、三乙酰丙酮銥或二乙酰丙酮鉬。
14.根據權利要求12所述的化學氣相沉積設備，其特征在于，所述化學氣相沉積工藝的溫度范圍為350°C 400°C，壓力范圍為I托飛托，反應時間為(Γ300秒。
15.根據權利要求10所述的化學氣相沉積設備，其特征在于，所述覆蓋層含有有機成分，所述有機成分具有極性共價鍵，能吸附反應腔內的雜質顆粒。
16.根據權利要求10所述的化學氣相沉積設備，其特征在于，所述覆蓋層含有C、H元素，形成C-H極性共價鍵。
17.根據權利要求10所述的化學氣相沉積設備，其特征在于，所述覆蓋層的厚度為O 2800A。
全文摘要
一種減少反應腔內雜質顆粒的方法和一種化學氣相沉積設備。所述減少反應腔內雜質顆粒的方法，包括提供反應腔；提供替換基片于所述反應腔內；在所述替換基片上及反應腔內壁形成覆蓋層，所述覆蓋層能吸附反應腔內的雜質顆粒。所述化學氣相沉積設備，包括反應腔和覆蓋反應腔內壁的覆蓋層，所述覆蓋層對雜質顆粒有吸附作用。本發明能有效減少反應腔內的雜質顆粒的含量，提高生產效率。
文檔編號C23C16/44GK102912318SQ20121040205
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月19日 優先權日2012年10月19日
發明者杜杰, 姜國偉, 牟善勇, 趙高輝, 高峰, 任逸 申請人:上海宏力半導體制造有限公司