CN113823546A - 一种反应腔体及其处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种反应腔体及其处理方法，反应腔体用于在衬底上形成含碳的无定型陶瓷膜，包括：衬底支撑座，衬底支撑座用于作为一端电极且用于对衬底进行加热，衬底支撑座的表面和反应腔体内壁依次形成有第一保护膜和第二保护膜，第一保护膜为氧化物陶瓷薄膜，第二保护膜为含碳的无定型陶瓷膜。这样，通过在反应腔体内壁上和衬底支撑座表面形成结构致密的氧化物陶瓷薄膜，衬底支撑座的表面上的氧化物陶瓷薄膜将衬底与衬底支撑座隔离开，避免衬底支撑座上的离子扩散至衬底表面，同时反应腔体内壁上的氧化物陶瓷薄膜避免反应离子或杂质离子粘附在反应腔体内壁上对反应腔体造成污染。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种反应腔体及其处理方法。
背景技术
非晶碳膜是一种具有非晶态和微晶态结构的含氢碳膜(Hydrogenated AmorphousCarbon Film)，具有高硬度、抗耐磨、光学透光性、低摩擦系数及化学惰性等优异性能，广泛用于集成电路中。
目前在晶圆上沉积非晶碳膜，主要是通过将晶圆置于反应腔体内的加热盘上，而后向反应腔体内通入气体，以在晶圆上生成薄膜。
但是目前的加热盘采用铝制加热盘，加热盘中的离子容易扩散至晶圆背面，从而影响后续制程。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种反应腔体及其，避免加热盘中的离子进入晶圆背面。
为实现上述目的，本发明有如下技术方案：
一种反应腔体，所述反应腔体用于在衬底上形成含碳的无定型陶瓷膜，包括：
衬底支撑座，所述衬底支撑座用于作为一端电极且用于对衬底进行加热；
所述衬底支撑座的表面和所述反应腔体内壁依次形成有第一保护膜和第二保护膜；
所述第一保护膜为氧化物陶瓷薄膜，所述第二保护膜为含碳的无定型陶瓷膜。
可选的，所述在衬底上形成的含碳的无定型陶瓷膜与所述第二保护膜相同。
一种反应腔体的处理方法，所述反应腔体用于在衬底上形成含碳的无定型陶瓷膜，所述反应腔体包括：衬底支撑座，所述衬底支撑座用于作为一端电极且用于对衬底进行加热，所述方法包括：
在所述反应腔体的内壁和所述衬底支撑座表面形成氧化物陶瓷薄膜；
在所述氧化物陶瓷薄膜表面形成含碳的无定型陶瓷膜。
可选的，还包括：
将衬底置于上述所述的反应腔体内的衬底支撑座上，在所述衬底表面形成含碳的无定型陶瓷膜。
可选的，所述在所述反应腔体中形成氧化物陶瓷薄膜包括：
向所述反应腔体通入硅烷和含氮的氧化物，对所述硅烷和所述含氮的氧化物进行第一射频处理，以在所述反应腔体中形成氧化物陶瓷薄膜。
可选的，所述在所述氧化物陶瓷薄膜表面形成含碳的无定型陶瓷膜包括：
向所述反应腔体内通入不饱和烃和惰性气体，对所述不饱和烃和所述惰性气体进行第二射频处理，以在所述氧化物陶瓷薄膜的表面形成含碳的无定型陶瓷膜。
可选的，所述进行第一射频处理时的功率不大于所述进行第二射频处理时的功率。
可选的，所述在所述衬底表面形成含碳的无定型陶瓷包括：
向所述反应腔体内通入不饱和烃和惰性气体，对所述不饱和烃和所述惰性气体进行第三射频处理，以在所述衬底表面形成含碳的无定型陶瓷膜。
可选的，还包括：
从所述反应腔体内取出所述衬底；
去除所述反应腔体中的所述含碳的无定型陶瓷膜以及所述氧化物陶瓷薄膜。
可选的，所述进行第一射频处理时的射频频率为27MHz～28MHz。
本发明实施例提供的一种反应腔体，反应腔体用于在衬底上形成含碳的无定型陶瓷膜，包括：衬底支撑座，衬底支撑座用于作为一端电极且用于对衬底进行加热，，衬底支撑座的表面和反应腔体内壁依次形成有第一保护膜和第二保护膜，第一保护膜为氧化物陶瓷薄膜，第二保护膜为含碳的无定型陶瓷膜。这样，通过在反应腔体内壁上和衬底支撑座表面形成结构致密的氧化物陶瓷薄膜，衬底支撑座的表面上的氧化物陶瓷薄膜将衬底与衬底支撑座隔离开，避免衬底支撑座上的离子扩散至衬底表面，同时反应腔体内壁上的氧化物陶瓷薄膜避免反应离子或杂质离子粘附在反应腔体内壁上对反应腔体造成污染。而后在氧化物陶瓷薄膜表面形成的含碳的无定型陶瓷膜使得反应腔体的环境与在衬底上形成含碳的无定型陶瓷膜的环境一致，提高衬底上含碳的无定型陶瓷膜的形成效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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它的附图。
图1示出了根据本发明实施例一种反应腔体的处理方法的流程示意图；
图2示出了根据本发明实施例一种晶圆表面的离子含量柱状图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
正如背景技术的描述，目前在晶圆上沉积非晶碳膜，主要是通过将晶圆置于反应腔体内的加热盘上，而后向反应腔体内通入气体，以在晶圆上生成薄膜。但是目前的加热盘采用铝制晶圆加热盘，加热盘中的离子容易扩散至晶圆背面，从而对晶圆背面以及工艺腔体内环境造成污染。现有的避免加热盘中的离子扩散至晶圆背面的方法，是通过在加热盘和晶圆之间设置陶瓷基座，利用陶瓷基座将加热盘和晶圆隔离开，但是陶瓷基座的造价较高，并且陶瓷基座被污染后难以清洁导致无法重复使用，进而导致工艺成本增加，降低晶圆上的非晶碳膜的形成效率。
为此，本申请实施例提供一种反应腔体，反应腔体用于在衬底上形成含碳的无定型陶瓷膜，包括：衬底支撑座，衬底支撑座用于作为一端电极且用于对衬底进行加热，，衬底支撑座的表面和反应腔体内壁依次形成有第一保护膜和第二保护膜，第一保护膜为氧化物陶瓷薄膜，第二保护膜为含碳的无定型陶瓷膜。这样，通过在反应腔体内壁上和衬底支撑座表面形成结构致密的氧化物陶瓷薄膜，衬底支撑座的表面上的氧化物陶瓷薄膜将衬底与衬底支撑座隔离开，避免衬底支撑座上的离子扩散至衬底表面，同时反应腔体内壁上的氧化物陶瓷薄膜避免反应离子或杂质离子粘附在反应腔体内壁上对反应腔体造成污染。而后在氧化物陶瓷薄膜表面形成的含碳的无定型陶瓷膜使得反应腔体的环境与在衬底上形成含碳的无定型陶瓷膜的环境一致，提高衬底上含碳的无定型陶瓷膜的形成效率。
为了便于理解本申请的技术方案和技术效果，以下将结合附图对具体的实施例进行详细的说明。
本申请实施例提供一种反应腔体，反应腔体用于在衬底上形成含碳的无定型陶瓷膜，包括：衬底支撑座，衬底支撑座用于作为一端电极且用于对衬底进行加热；
衬底支撑座的表面和反应腔体内壁依次形成有第一保护膜和第二保护膜；
第一保护膜为氧化物陶瓷薄膜，第二保护膜为含碳的无定型陶瓷膜。
本申请实施例中，反应腔体用于在衬底上形成含碳的无定型陶瓷膜，衬底可以为Si衬底、Ge衬底、SiGe衬底、SOI(绝缘体上硅，Silicon On Insulator)或GOI(绝缘体上锗，Germanium On Insulator)等。衬底上可以已经形成有器件结构以及电连接器件结构的互连线，器件结构可以包括MOS器件、存储器件和/或其他无源器件，互连线可以包括多层，不同层的互连线可以通过接触孔、过孔等实现互连，互连线可以为金属材料，例如可以为钨、铝、铜等。本实施例中，含碳的无定型陶瓷膜可以为非晶碳膜(amorphous carbon film，α-C)。
本申请实施例中，衬底支撑座用于作为一端电极且用于对衬底进行加热。本实施例中，衬底支撑座可以作为下电极，下电极用于承载衬底，同时与上电极相对，产生电场，这样上电极激发反应气体形成的等离子体在电场的作用下可以向衬底支撑座上固定的衬底表面移动，从而对衬底表面进行处理，例如在衬底表面形成非晶碳膜。衬底支撑座还可以用于对衬底进行加热，以将衬底加热至工艺所需的温度，例如将衬底加热至在衬底上沉积非晶碳膜所需的温度。在具体的实施例中，衬底支撑座可以为金属盘，例如为铝制金属盘。本申请实施例中，衬底支撑座的表面和反应腔体内壁依次形成有第一保护膜和第二保护膜，第一保护膜为氧化物陶瓷薄膜，第二保护膜为含碳的无定型陶瓷膜。在衬底支撑座的表面依次形成有氧化物陶瓷薄膜和含碳的无定型陶瓷薄膜，氧化物陶瓷薄膜可以为氧化硅膜，含碳的无定型陶瓷薄膜可以为非晶碳膜。这样利用氧化硅膜的结构致密性，将衬底支撑座与衬底隔离开，避免衬底支撑座中的离子扩散至晶圆表面，同时反应腔体内壁的氧化硅膜将反应气体等与反应腔体内壁隔离开，避免气体离子粘附在反应腔体内壁上，对反应腔体造成污染。而且氧化硅表面的非晶碳膜使得反应腔体内的环境与在衬底上形成非晶碳膜所需的环境一致，提高在衬底上形成非晶碳膜的效率。
本实施例中，反应腔体中还包括喷淋板，喷淋板可以作为上电极，喷淋板与衬底支撑座之间的电场作用，使得等离子体在衬底上形成非晶碳膜。喷淋板上形成有喷气孔，反应腔体内的反应气体与惰性气体经过射频处理之后生成的等离子体在电场作用下，经过喷淋板上的喷气孔，均匀地到达衬底表面，以在衬底表面形成薄膜。
反应腔体中还包括抽气环，在对反应腔体进行清洗时，通过高频电源将反应气体电离产生等离子体，将等离子体通入反应腔内，等离子体与反应腔体内的保护膜反应生成气体，利用抽气环将反应生成的气体抽走，实现对反应腔体的清洗。
本实施例中，在衬底上形成的含碳的无定型陶瓷膜与第二保护膜相同，例如，在衬底上形成的非晶碳膜与在衬底支撑柱表面以及反应腔体内壁形成的非晶碳膜为相同的非晶碳膜。通过在反应腔体内壁和衬底支撑座表面形成非晶碳膜，使得反应腔体内的环境与在衬底上生成非晶碳膜的环境一致，从而使得在衬底上形成的非晶碳膜与在反应腔体内壁和衬底支撑座表面形成的非晶碳膜为相同的非晶碳膜。以上对本申请实施例提供的一种反应腔体进行了详细的描述，本申请实施例还提供一种反应腔体的处理方法。
在晶圆上形成非晶碳膜之前，需要对反应腔体进行清洗，以去除反应腔体内积累的沉积膜及悬浮在腔体中的微粒等污染，在清洗的过程中，通常在腔体中通入清洗气体三氟化氮(NF3)，NF3气体在等离子体中电离出氟离子，氟离子与反应腔体内壁以及加热盘上的沉积膜反应生产含氟气体，然后被泵抽走，以达到清洁腔体的目的。但是在使用铝制加热盘作为等离子体电极的机台沉积非晶碳膜时，晶圆背面金属铝含量严重超出了业界的标准。
本申请实施例中，反应腔体用于在衬底上形成含碳的无定型陶瓷膜，反应腔体包括：衬底支撑柱，衬底支撑柱用于作为一端电极且用于对衬底进行加热，反应腔体的处理方法包括：在步骤S01中，在反应腔体的内壁和衬底支撑座表面形成氧化物陶瓷薄膜，参考图1所示。
本实施例中，在反应腔体内壁和衬底支撑座表面形成氧化硅膜，氧化硅膜具有较高的致密性，能够更好的与反应腔体内壁粘接在一起，同时能够将衬底支撑座与衬底更好的隔离开，避免衬底支撑座中的离子扩散至衬底中，改善了非晶碳膜形成过程中的金属污染。而且通过沉积在反应腔体内的氧化硅薄膜可以改变腔体阻抗，从而调整沉积非晶碳膜过程中的射频回路，提高非晶碳膜的沉积速率，进而提高产能。
本实施例中，形成氧化物陶瓷薄膜的方法，可以为，向反应腔体内通入硅烷(SiH4)和含氮的氧化物，而后对硅烷和含氮的氧化物进行第一射频处理，以在反应腔体内壁和衬底支撑座表面形成氧化物陶瓷薄膜。含氮的氧化物可以为一氧化二氮(N2O)，从而在反应腔体内壁和衬底支撑座表面形成氧化硅膜，例如可以通过等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)形成氧化硅，具体的，运用硅烷和一氧化二氮在等离子体状态下反应，制得二氧化硅薄膜，反应方程式如下：
SiH4+2N2O＝SiO2+2N2+2H2
在具体的应用中，可以通过调节硅烷和一氧化二氮的气体流量配比来控制淀积薄膜中的化学成分比值。硅烷的流量可以为20sccm～100sccm，一氧化二氮的流量可以为7000sccm～1000sccm。
本实施例中，进行第一射频处理时的射频频率可以为27MHz～28MHz。进行第一射频处理时的射频频率还可以为13.56MHz，功率可以为100～300W，例如可以为200W，从而在反应腔体的内壁以及加热盘上制备致密性较高的氧化硅膜，氧化硅膜的应力范围为-600Pa～0Pa，以避免加热盘中的离子扩散至衬底中，同时避免形成非晶碳膜的过程中，在反应腔体内壁上粘附其他离子，对反应腔体造成污染。
在步骤S02中，在氧化物陶瓷薄膜表面形成含碳的无定型陶瓷膜。
本申请实施例中，在氧化物陶瓷薄膜表面形成含碳的无定型陶瓷薄膜，即在反应腔体内壁以及衬底支撑座表面形成含碳的无定型陶瓷膜，使得反应腔体内的氛围接近沉积含碳的无定型陶瓷膜时的环境，提高无定型陶瓷膜的形成速率，提高无定型陶瓷膜的形成质量。
本实施例中，在氧化物陶瓷薄膜表面形成含碳的无定型陶瓷膜的方法，可以为，向反应腔体内通入不饱和烃和惰性气体，而后对不饱和烃和惰性气体进行第二射频处理，以在氧化物陶瓷薄膜表面形成含碳的无定型陶瓷膜。反应腔体内壁以及衬底支撑座表面均形成有含碳的无定型陶瓷膜，从而在反应腔体中形成的环境与形成含碳的无定型陶瓷的环境一致。具体的，可以为，向反应腔体内通入丙烯(C3H6)和氦气(He)，而后对丙烯和氦气进行射频处理，以在氧化硅膜表面生成非晶碳膜。在具体的应用中，丙烯的流量可以为1500～2500sccm，氦气的流量可以为500～1500sccm。
本实施例中，进行第二射频处理时的射频频率可以为27MHz～28MHz。进行第二射频处理时的射频频率还可以为13.56MHz，进行第一射频处理时的功率可以不大于进行第二射频处理时的功率，第二射频处理时的功率可以为1000W～1700W，例如可以为1450W，由于第一射频处理是在反应腔体内壁上直接形成氧化硅膜，第二射频处理是在氧化硅膜表面形成非晶碳膜，反应腔体与氧化硅膜之间的粘附力大于氧化硅膜和非晶碳膜之间的粘附力，在形成非晶碳膜时增大射频功率，以在氧化硅膜表面形成非晶碳膜，避免形成的非晶碳膜从氧化硅膜表面脱落。
本实施例中，参见图2所示，图2中示出了未在衬底支撑座表面形成氧化物陶瓷薄膜和含碳的无定型陶瓷膜时，晶圆表面的离子含量柱状图形211，以及在衬底支撑座表面形成氧化物陶瓷薄膜和含碳的无定型陶瓷膜之后，晶圆表面的离子含量柱状图221。未在衬底支撑座表面形成氧化物陶瓷薄膜与在衬底支撑座表面氧化物陶瓷薄膜相比，在衬底支撑座表面形成氧化物陶瓷薄膜之后，衬底中的离子种类数量明显减少，且在衬底支撑座表面形成氧化物陶瓷薄膜之后，衬底中的各离子的含量明显降低本申请实施例提供的反应腔体处理方法有效阻挡衬底支撑座中的离子进入衬底中。
本实施例中，高频可以为13.65MHz或者28MHz，低频可以为400KHz，高频下的非晶碳膜与低频下的非晶碳膜的阻抗不同，高频下的非晶碳膜和氧化硅膜的阻抗与低频下的非晶碳膜和氧化硅膜的阻抗也不相同。高频下，非晶碳膜的阻抗小于非晶碳膜和氧化硅膜的阻抗，低频下，非晶碳膜的阻抗也小于非晶碳膜和氧化硅膜的阻抗。衬底和衬底支撑座之间的空气缝隙组成一个电容，第一保护膜和第二保护膜带来额外电容，因此，总阻抗为等离子体(plasma)的阻抗和空气缝隙(gap)的阻挡以及保护膜(procoat)的阻抗之和，即Z＝Zplasma+Zgap+Zprocoat。非晶碳膜和氧化硅膜作为保护膜时，与非晶碳膜作为保护膜时相比，非晶碳膜和氧化硅膜的阻抗大于非晶碳膜作为保护膜时的阻抗。因此，无论在高频下还是低频下，非晶碳膜和氧化硅膜作为保护膜时的阻抗大于非晶碳膜作为保护膜时的阻抗。
本实施例中，在对反应腔体进行预处理之后，可以将衬底置于反应腔体的衬底支撑座上，而后在衬底表面形成含碳的无定型陶瓷膜，含碳的无定型陶瓷膜可以为非晶碳膜。具体的，可以为，向反应腔体内通入丙烯和氦气，而后对丙烯和氦气进行第三射频处理，以在衬底表面形成非晶碳膜。进行第三射频处理时的功率可以与第二射频处理时的功率相同，也可以不同。在衬底表面形成非晶碳膜时，向反应腔体内通入的丙烯的流量可以与在氧化硅表面形成非晶碳膜时，向反应腔体内通入的丙烯的流量相同。在晶圆表面形成非晶碳膜时，向反应腔体内通入的氦气的流量可以与在氧化硅表面形成非晶碳膜时，向反应腔体内通入的氦气的流量相同。
本实施例中，可以在衬底表面形成非晶碳膜之后，从反应腔体内取出该衬底，而后去除反应腔体内壁以及衬底支撑座表面的非晶碳膜和氧化硅膜，以便在反应腔体进行其他工艺。去除反应腔体内的非晶碳膜和氧化硅膜可以为，使用远程等离子体清洗反应腔体内壁以及加热盘上的非晶碳膜和氧化硅膜，可以向反应腔体内通入氧气(O2)、氩气(Ar)以及NF3，NF3气体在等离子体中电离出氟离子，氟离子与反应腔体内壁以及加热盘上的沉积膜反应生产含氟气体，然后被泵抽走，以达到清洁腔体的目的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种反应腔体，其特征在于，所述反应腔体用于在衬底上形成含碳的无定型陶瓷膜，包括：
衬底支撑座，所述衬底支撑座用于作为一端电极且用于对衬底进行加热；
所述衬底支撑座的表面和所述反应腔体内壁依次形成有第一保护膜和第二保护膜；
所述第一保护膜为氧化物陶瓷薄膜，所述第二保护膜为含碳的无定型陶瓷膜。
2.根据权利要求1所述的反应腔体，其特征在于，所述在衬底上形成的含碳的无定型陶瓷膜与所述第二保护膜相同。
3.一种反应腔体的处理方法，其特征在于，所述反应腔体用于在衬底上形成含碳的无定型陶瓷膜，所述反应腔体包括：衬底支撑座，所述衬底支撑座用于作为一端电极且用于对衬底进行加热，所述方法包括：
在所述反应腔体的内壁和所述衬底支撑座表面形成氧化物陶瓷薄膜；
在所述氧化物陶瓷薄膜表面形成含碳的无定型陶瓷膜。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：
将衬底置于权利要求1或2所述的反应腔体内的衬底支撑座上，在所述衬底表面形成含碳的无定型陶瓷膜。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述在所述反应腔体中形成氧化物陶瓷薄膜包括：
向所述反应腔体通入硅烷和含氮的氧化物，对所述硅烷和所述含氮的氧化物进行第一射频处理，以在所述反应腔体中形成氧化物陶瓷薄膜。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述在所述氧化物陶瓷薄膜形成含碳的无定型陶瓷膜包括：
向所述反应腔体内通入不饱和烃和惰性气体，对所述不饱和烃和所述惰性气体进行第二射频处理，以在所述氧化物陶瓷薄膜的表面形成含碳的无定型陶瓷膜。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述进行第一射频处理时的功率不大于所述进行第二射频处理时的功率。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在所述衬底表面形成含碳的无定型陶瓷包括：
向所述反应腔体内通入不饱和烃和惰性气体，对所述不饱和烃和所述惰性气体进行第三射频处理，以在所述衬底表面形成含碳的无定型陶瓷膜。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
从所述反应腔体内取出所述衬底；
去除所述反应腔体中的所述含碳的无定型陶瓷膜以及所述氧化物陶瓷薄膜。
10.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述进行第一射频处理时的射频频率为27MHz～28MHz。
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