[发明专利]炉管的清洗方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种热氧化炉管(Oxidation Furnace)设备的炉管清洗方法和系统。

背景技术

半导体制造工艺主要是进行多次光刻工艺、刻蚀工艺和成膜工艺等，在半导体晶片表面堆叠出有特殊结构的半导体元件。其中，成膜工艺普遍采用热氧化法、化学气相淀积(CVD)工艺，用于形成各种薄膜。其中，热氧化法主要是炉管热氧化法，将反应气体通入高温炉管内后，使反应气体和炉内的半导体晶片发生化学反应，在晶片表面沉积一层薄膜。该工艺用于生长SiO₂、Si₃N₄、SiON或多晶硅等，近年来也出现了利用该工艺生长金属层、铁电材料、阻挡层、高介电常数材料和低介电常数材料等。

炉管热氧化工艺所使用的炉管(furnace)设备，一般有水平式、垂直式和桶式等多种形式。以垂直式的沉积炉管为例，通常在炉管中放置多片晶片，通入反应气体例如氧气、氮气等，于高温环境下在晶片表面生长介质膜。在这个过程中，炉管内壁会产生一些金属离子(ion)和高分子的聚合物(polymer)残留。随着半导体工艺进入深亚微米时代，半导体器件的集成度越来越高，半导体晶片的直径由原来的6英寸、8英寸到现在的12英寸。晶片直径的增加使得炉管设备趋向于大型化，炉管的直径也相应增加，在进行多次的成膜反应之后，炉管内壁积聚的金属离子和高分子聚合物会越积越多，形成大量的残留物。这些残留物若不加以去除，则于后续工艺中很可能由于受热而成为微粒(particle)的来源，进而影响后续工艺的良率和产品的稳定性。

申请号为03153391.4的中国专利申请文件中公开了一种清洗垂直式炉管的方法，该方法利用喷洒装置将清洗液喷洒至炉管底部和顶部，清洗液沿内壁流下完成整个炉管的清洗。但是由于该方法对炉管顶部和底部的清洗不均匀，容易对炉管其他部位造成过度侵蚀。

图1是说明另一种现有炉管清洗方法的示意图。如图1所示，该方法是将氮气206通入装有清洗液二氯乙烯(CL2C2H2)204的清洗液槽202中，氮气206携带清洗液204通过管道208进入炉管内，对炉管进行清洗。这种方法对金属，尤其是碱金属离子，例如钾、钠等离子具有较好的去除效果，但是对于其它金属离子和有机聚合物微粒等的去除能力相对较弱，特别是对于大直径、结构复杂的炉管，不能达到良好的清洗效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种炉管清洗方法和系统，能够有效地去除炉管热氧化设备中炉管内部的金属和非金属杂质沉积物。

一方面，本发明提供了一种炉管的清洗方法，包括下列步骤：

将氮气通入清洗剂槽，利用氮气携带所述清洗剂经一管路通入所述炉管，对所述炉管进行清洗；

将氢气和氧气混合生成水蒸汽后通入炉管对所述炉管进行清洗。

优选地，所述清洗剂为二氯乙烯CL₂C₂H₂。

优选地，所述氮气携带清洗剂对所述炉管进行清洗时炉管内的温度为800～1200℃。

优选地，所述氢气和氧气的混合比例在氢氧爆炸临界比例之内。

优选地，氢气和氧气混合生成水蒸汽清洗炉管的步骤在氮气携带清洗剂清洗炉管的步骤之前或同时进行。

另一方面提供了一种炉管清洗系统，包括清洗剂供应装置，所述清洗剂供应装置包括氮气输入管路、清洗剂槽和清洗剂输出管路，所述氮气通入清洗剂槽并携带清洗剂经输出管路进入炉管对所述炉管进行清洗，其特征在于：所述清洗系统更包括水蒸汽生成装置，所述水蒸汽生成装置包括燃烧室和水蒸汽输出管路，氢气和氧气在燃烧室内混合生成水蒸汽后经水蒸汽输出管路进入炉管对所述炉管进行清洗。

优选地，所述清洗剂为二氯乙烯CL₂C₂H₂。

优选地，所述氮气携带清洗剂对所述炉管进行清洗时炉管内的温度为800～1200℃。

优选地，所述氢气和氧气的混合比例在氢氧爆炸临界比例之内。

优选地，氢气和氧气混合生成水蒸汽清洗炉管的步骤在氮气携带清洗剂清洗炉管的步骤之前或之后或同时进行。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：