專利名稱：化學(xué)氣相沉積設(shè)備的清潔方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體元件的制造領(lǐng)域，尤其涉及一種可以有效率且均勻地清潔化學(xué)氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)設(shè)備的反應(yīng)器內(nèi)部的方法。
背景技術(shù)：
化學(xué)氣相沉積工藝在半導(dǎo)體工藝中扮演十分關(guān)鍵且吃重的角色，其主要是用來(lái)在半導(dǎo)體晶片的表面上沉積各種的材料薄膜，例如二氧化硅(silicon dioxide)、氮化硅(silicon nitride)等等。這些材料薄膜有可能用來(lái)作為集成電路的絕緣介電層或者保護(hù)層等。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，在沉積薄膜的過(guò)程中，化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器的內(nèi)壁上亦同時(shí)會(huì)逐漸累積或附著一些污染物質(zhì)，這主要是由于沉積反應(yīng)氣體除了在晶片表面上沉積以外，亦同時(shí)會(huì)在反應(yīng)器的內(nèi)壁上沉積與沉積在晶片表面上相同的薄膜所致。
舉例來(lái)說(shuō)，高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(high-density plasma chemicalvapor deposition，HDPCVD)設(shè)備已被普遍應(yīng)用在0.25微米以下的半導(dǎo)體先進(jìn)工藝，用來(lái)在晶片上沉積二氧化硅薄膜。而薄膜工藝中產(chǎn)生的二氧化硅會(huì)逐漸累積附著在化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器的內(nèi)壁，若不去定期的清潔反應(yīng)器的內(nèi)部，則累積附著在反應(yīng)器的內(nèi)壁上的薄膜可能會(huì)剝落，若掉落在生產(chǎn)中的晶片表面，會(huì)造成半導(dǎo)體元件工藝中的缺陷，因此這類附著在反應(yīng)器的內(nèi)壁上的薄膜通常被視為潛在的污染顆粒來(lái)源，影響產(chǎn)品的良率。
而隨著機(jī)臺(tái)使用時(shí)間以及沉積次數(shù)的增加，在同一化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器中生產(chǎn)的晶片良率可能會(huì)隨之下降，最終的結(jié)果可能是必須停止該半導(dǎo)體生產(chǎn)線工藝，以進(jìn)行化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器的圓頂罩(dome)的汰舊換新，如此一來(lái)，更造成半導(dǎo)體制造成本的增加。
因此，為求后續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的潔凈度，每臺(tái)高密度等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備機(jī)臺(tái)在生產(chǎn)或處理過(guò)一定數(shù)量的晶片后，都需要再利用含氟氣體，例如氟氣(fluorine)、三氟化氮(nitrogen tri-fluoride，NF3)氣體或者六氟乙烷氣體(hexafluoroethane，C2F6)，來(lái)定期進(jìn)行線上同步的反應(yīng)器內(nèi)部清洗，藉以去除附著在化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器的內(nèi)壁上的沉積物質(zhì)或殘存的硅化物質(zhì)。然而，由于清潔氣體的使用量通常不低，故如何有效率的清潔反應(yīng)器內(nèi)部并且延長(zhǎng)每一次清潔的周期，同時(shí)又能夠使氣體的使用量降低或最小化，兼顧生產(chǎn)效率與成本之間的平衡，亦必須做進(jìn)一步的整體考量。
在相關(guān)的先前技術(shù)中，其中美國(guó)專利第6584987號(hào)披露了一種可改善高密度等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備清潔的方法，宣稱可以同時(shí)減少三氟化氮清潔氣體的使用量(METHOD FOR IMPROVED CLEANING IN HDPCVDPROCESS WITH REDUCED NF3USAGE)。上述專利中所揭露的方法是在進(jìn)行通?；驑?biāo)準(zhǔn)的三氟化氮清潔步驟之前，需先經(jīng)過(guò)使反應(yīng)器內(nèi)部升溫的“烘烤(baking)”階段，包括在待清潔的反應(yīng)器中通入氬氣(argon)以及全氟烴(perfluorinated hydrocarbon)氣體，然后，提供RF功率以產(chǎn)生等離子體，接著需再通入氧氣(oxygen)；并維持此等離子體，等待反應(yīng)器內(nèi)部的溫度提高；在使反應(yīng)器內(nèi)部于此等離子體條件下烘烤一預(yù)定時(shí)間后，才將RF功率關(guān)掉，停止等離子體的產(chǎn)生；最后，還要先將反應(yīng)器內(nèi)部的氣體以真空泵浦抽出，始可在待清潔的反應(yīng)器中通入三氟化氮清潔氣體，進(jìn)行后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)的三氟化氮清潔步驟。
上述技術(shù)的主要缺點(diǎn)在于其清潔過(guò)程中需使用到額外的氣體，例如氬氣(argon)、全氟烴(perfluorinated hydrocarbon)氣體以及氧氣等，造成系統(tǒng)的復(fù)雜化，因此需要額外的處理時(shí)間。此外，在完成其所謂的“烘烤”步驟后，以及在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的三氟化氮清潔步驟之前，還需要先將反應(yīng)器內(nèi)部的氣體以真空泵浦抽出，始可在待清潔的反應(yīng)器中通入三氟化氮清潔氣體，如此一來(lái)，導(dǎo)致整體清潔步驟的效率降低，而可能影響到晶片產(chǎn)能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種改良的化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器清潔系統(tǒng)，同時(shí)提供一種反應(yīng)器內(nèi)部的清潔方法，可以解決上述先前技術(shù)的問(wèn)題以及缺點(diǎn)。
為達(dá)前述目的，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供一種沉積設(shè)備的清潔方法，首先將一含氟的清潔氣體導(dǎo)入該沉積設(shè)備中，使該含氟的清潔氣體在該沉積設(shè)備中維持在一第一壓力狀態(tài)下，提供一RF功率，以點(diǎn)燃該沉積設(shè)備中的該含氟的清潔氣體，產(chǎn)生一等離子體氣體，形成該等離子體氣體后，使該等離子體氣體在該沉積設(shè)備中維持一預(yù)定時(shí)間，并達(dá)到一第一溫度狀態(tài)，進(jìn)行該沉積設(shè)備的第一階段的內(nèi)部清潔，關(guān)掉該RF功率，以停止產(chǎn)生該等離子體氣體，最后，將一含有氟自由基的遠(yuǎn)端等離子體氣體，自一遠(yuǎn)端等離子體供應(yīng)設(shè)備，導(dǎo)入處于該第一溫度下的該沉積設(shè)備中，進(jìn)行第二階段的內(nèi)部清潔。
本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例提供一種清潔化學(xué)氣相沉積機(jī)臺(tái)的方法，該化學(xué)氣相沉積機(jī)臺(tái)包括有機(jī)臺(tái)底座，其又至少包括有晶片承座以及保護(hù)環(huán)、圓頂罩安裝在該機(jī)臺(tái)底座上，以形成沉積室，該沉積室周圍設(shè)置有多支第一進(jìn)氣導(dǎo)管，將氣體由側(cè)邊方向通入該沉積室，以及多支第二進(jìn)氣導(dǎo)管，指向該圓頂罩頂部。該方法首先將含氟的清潔氣體經(jīng)由該第一進(jìn)氣導(dǎo)管以及該第二進(jìn)氣導(dǎo)管導(dǎo)入該沉積室中，使該含氟的清潔氣體在該沉積室中維持在第一壓力狀態(tài)下，提供RF功率，以點(diǎn)燃該沉積室中的該含氟的清潔氣體，產(chǎn)生等離子體氣體，形成該等離子體氣體后，使該等離子體氣體在該沉積室中維持預(yù)定時(shí)間，并達(dá)到第一溫度，進(jìn)行該沉積設(shè)備的第一階段的內(nèi)部清潔，接著，關(guān)掉該RF功率，以停止產(chǎn)生該等離子體氣體，最后，在未將沉積室抽真空的情況下，直接將含有氟自由基的遠(yuǎn)端等離子體氣體，自遠(yuǎn)端等離子體供應(yīng)設(shè)備，經(jīng)由該第一進(jìn)氣導(dǎo)管導(dǎo)入處于該第一溫度下的該沉積室中，進(jìn)行第二階段的內(nèi)部清潔。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于其可以有效率地、均勻地清潔沉積反應(yīng)器的內(nèi)部，而且清潔過(guò)程中都是使用相同的清潔氣體，且反應(yīng)器的內(nèi)部，特別是反應(yīng)器的圓頂罩的內(nèi)壁，不會(huì)與清潔氣體過(guò)度劇烈的反應(yīng)，可避免產(chǎn)生明顯的黑化圖紋(dark rings)。
為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員能更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，請(qǐng)參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明與附圖。然而附圖僅供參考與說(shuō)明用，并非用來(lái)對(duì)本發(fā)明加以限制。


圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例所繪示的高密度等離子體化學(xué)氣相沉積機(jī)臺(tái)的沉積室的側(cè)視示意圖；圖2繪示的是圖1沉積室內(nèi)的氣體管線組態(tài)的上視示意圖；
圖3繪示的是本發(fā)明配置在沉積室內(nèi)部的進(jìn)氣導(dǎo)管的上視示意圖，顯示的是當(dāng)進(jìn)行反應(yīng)器內(nèi)部的清潔時(shí)的進(jìn)氣路徑；圖4繪示的是本發(fā)明第一階段的“亮模式”完成后，但在進(jìn)行第二階段“暗模式”之前，殘存在圓頂罩內(nèi)壁上的沉積殘留物的輪廓剖面示意圖。
主要元件符號(hào)說(shuō)明10 高密度等離子體化學(xué)氣相沉積機(jī)臺(tái) 12 機(jī)臺(tái)底座14 晶片承座 16 保護(hù)環(huán)18 O型橡圈20 圓頂罩 22 感應(yīng)線圈30 氣體供應(yīng)系統(tǒng) 32 歧管及控制單元34 氣體供應(yīng)端 35 氣體供應(yīng)端36 氣體供應(yīng)端 40 遠(yuǎn)端等離子體供應(yīng)設(shè)備50 真空泵浦 60 二氧化硅膜62 二氧化硅膜 64 二氧化硅膜110 進(jìn)氣導(dǎo)管112 進(jìn)氣導(dǎo)管 114 進(jìn)氣導(dǎo)管116 進(jìn)氣導(dǎo)管具體實(shí)施方式
如前所述，在化學(xué)氣相沉積工藝中，沉積氣體分子除了會(huì)在晶片的表面沉積以外，部分的沉積氣體分子亦會(huì)擴(kuò)散至反應(yīng)器的內(nèi)壁(通常為鋁質(zhì)內(nèi)壁)，并與其接觸或反應(yīng)后，沉積附著在反應(yīng)器的內(nèi)壁上，形成厚度逐漸累積的沉積殘留物。而當(dāng)此沉積殘留物的厚度累積至某個(gè)程度時(shí)，即很有可能自反應(yīng)器的內(nèi)壁剝落或者掉落在處理中的晶片表面，造成顆粒缺陷或者影響到薄膜沉積品質(zhì)與均勻度。
此外，這種反應(yīng)器內(nèi)壁上的沉積殘留物也有可能會(huì)影響到其它重要的工藝控制因子，例如，薄膜沉積速率或者薄膜強(qiáng)度等等，而必須加以重視。
為了清除這些反應(yīng)器內(nèi)壁上的沉積殘留物，通常是采用氟氣(fluorine)或者三氟化氮(nitrogen tri-fluoride，NF3)氣體等含氟的蝕刻性氣體，并在等離子體條件下進(jìn)行反應(yīng)器內(nèi)壁的清潔。蝕刻性清潔氣體通常是周期性的在反應(yīng)器處理過(guò)一定數(shù)量的晶片后(或者在生產(chǎn)完每一片晶片后)才會(huì)使用。清潔過(guò)程中，這類在等離子體加強(qiáng)及輔助下的蝕刻性清潔氣體會(huì)與反應(yīng)器內(nèi)壁上的沉積殘留物發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生氣態(tài)的反應(yīng)產(chǎn)物，再由真空泵浦抽出，達(dá)到潔凈的效果。
然而，申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技藝的清潔方法往往無(wú)法均勻的去除所有附著在反應(yīng)器內(nèi)部的沉積殘留物。申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，如二氧化硅等沉積殘留物通常會(huì)殘留在化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器的圓頂罩(dome)的較低位置的內(nèi)壁上，而無(wú)法清潔干凈，而為了完全將這些殘留在圓頂罩較低位置內(nèi)壁上的沉積殘留物清潔干凈或完全去除，就需拉長(zhǎng)清潔反應(yīng)時(shí)間，結(jié)果卻造成圓頂罩較頂部位置的內(nèi)壁被過(guò)度蝕刻或者過(guò)度清潔，導(dǎo)致圓頂罩內(nèi)壁的黑化圖紋(darkrings)。
這些黑化圖紋是由三氟化鋁(AlF3)所構(gòu)成的，其主要是清潔等離子體氣體(NF3)與裸露出來(lái)的圓頂罩內(nèi)壁(Al2O3)反應(yīng)產(chǎn)生。這些形成在圓頂罩內(nèi)壁的黑化圖紋在后續(xù)的化學(xué)氣相沉積工藝中亦可能是潛在的顆粒污染來(lái)源。
鑒于此，本發(fā)明提供一種經(jīng)改良的化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器清潔系統(tǒng)，同時(shí)提供一種反應(yīng)器內(nèi)部的清潔方法，可以一并解決上述先前技術(shù)的問(wèn)題以及缺點(diǎn)。
本發(fā)明特別是針對(duì)可能產(chǎn)生在圓頂罩內(nèi)壁的黑化圖紋提出具體解決的方案，可以達(dá)到完全且均勻清潔圓頂罩內(nèi)壁的目的，將二氧化硅等沉積殘留物從圓頂罩內(nèi)壁完全去除，而不致于引起上述的黑化圖紋現(xiàn)象。
請(qǐng)參閱圖1以及圖2，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例所繪示的高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(high-density plasma chemical vapor deposition，HDPCVD)機(jī)臺(tái)的沉積室(deposition chamber)的側(cè)視示意圖；圖2繪示的是圖1沉積室內(nèi)的氣體管線組態(tài)的上視示意圖。
如圖1所示，高密度等離子體化學(xué)氣相沉積機(jī)臺(tái)10大致上包括有一機(jī)臺(tái)底座12以及一半球型的圓頂罩20，其中圓頂罩20可以是由石英或者陶瓷材料所構(gòu)成，例如，三氧化二鋁(Al2O3)等材料。在圓頂罩20的外圍則纏繞有感應(yīng)線圈(induction coils)22，用來(lái)提供足夠點(diǎn)燃等離子體并在沉積室內(nèi)維持該等離子體所需的RF功率。此外，感應(yīng)線圈內(nèi)亦可以導(dǎo)入冷卻水，而能夠使沉積室迅速冷卻。
如前所述，當(dāng)圓頂罩20的內(nèi)壁被過(guò)度蝕刻或者過(guò)度清潔時(shí)，如NF3等清潔氣體所產(chǎn)生的等離子體就會(huì)與暴露出來(lái)的圓頂罩20內(nèi)壁發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生AlF3等污染物質(zhì)，并引起前述的黑化圖紋現(xiàn)象。
機(jī)臺(tái)底座12包括有一晶片承座14，用來(lái)放置一待處理晶片，以及一保護(hù)環(huán)16，靠近并圍繞在晶片承座14的周圍。晶片承座14通常是由陶瓷材料或者經(jīng)過(guò)陽(yáng)極處理的鋁金屬(anodized aluminum)所構(gòu)成，但不限于此。此外，在機(jī)臺(tái)底座12設(shè)有一O型橡圈(O-ring)18，可以使當(dāng)圓頂罩20蓋在機(jī)臺(tái)底座12上時(shí)，形成一氣密狀態(tài)的反應(yīng)室，以方便進(jìn)行化學(xué)氣相沉積工藝。
機(jī)臺(tái)底座12另外連接至一氣體供應(yīng)系統(tǒng)30，用來(lái)從其氣體供應(yīng)端34、35及36提供化學(xué)氣相沉積工藝所需使用到的反應(yīng)氣體，例如硅甲烷(silane，SiH4)及氧氣，或者清潔氣體，例如NF3，使這些氣體分別經(jīng)由進(jìn)氣導(dǎo)管110、112、114及116輸送至沉積室中。如圖1所示，各氣體供應(yīng)端34、35及36可與一歧管及控制單元(manifold and control unit)32相連接，藉此控制輸入沉積室中的氣體種類以及選擇氣體注入沉積室所經(jīng)過(guò)的進(jìn)氣導(dǎo)管路徑。為簡(jiǎn)化說(shuō)明，圖中并未特別繪示出實(shí)際的控制管件及其位置，例如控制閥或者流量控制器等等。
歧管及控制單元32另外連接至一遠(yuǎn)端等離子體供應(yīng)設(shè)備(remoteplasma source，RPS)40，用來(lái)在進(jìn)行反應(yīng)器內(nèi)部清潔時(shí)提供活性氟自由基給沉積室使用，并同樣可藉由歧管及控制單元32選擇遠(yuǎn)端等離子體注入沉積室所經(jīng)過(guò)的進(jìn)氣導(dǎo)管路徑。根據(jù)本發(fā)明，遠(yuǎn)端等離子體供應(yīng)設(shè)備40是將NF3氣體供應(yīng)端36提供的NF3氣體在一外部反應(yīng)器內(nèi)游離成活性氟自由基等活性物種。
其中，遠(yuǎn)端等離子體供應(yīng)設(shè)備40可以是任何能夠產(chǎn)生等離子體的已知設(shè)備，例如，但不限于微波放電等離子體源(microwave discharge plasmasource)、感應(yīng)耦合等離子體源(inductively coupled plasma source)、靜能障放電等離子體源(silent barrier discharge plasma source)或者電容耦合等離子體源(capacitively coupled plasma source)等。
另外，為了能夠在沉積過(guò)程中控制并維持反應(yīng)器內(nèi)的壓力，并且將反應(yīng)器內(nèi)的氣體抽出，機(jī)臺(tái)底座12可連接至一真空泵浦50。
在晶片進(jìn)行沉積處理過(guò)程中，舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)晶片進(jìn)行HDPCVD二氧化硅薄膜的沉積時(shí)，半導(dǎo)體晶片(圖未示)是先被放置在晶片承座14上，然后，經(jīng)控制流量的硅甲烷氣體經(jīng)由氣體供應(yīng)端34被輸送至沉積室中，其路徑是同時(shí)經(jīng)由進(jìn)氣導(dǎo)管110及進(jìn)氣導(dǎo)管112注入沉積室中。另一種反應(yīng)氣體，氧氣，則是由氣體供應(yīng)端35經(jīng)過(guò)進(jìn)氣導(dǎo)管114注入沉積室中。
如圖1以及圖2中所示，在每?jī)芍чL(zhǎng)度較長(zhǎng)的進(jìn)氣導(dǎo)管110之間，安排有多支長(zhǎng)度較短的進(jìn)氣導(dǎo)管112及進(jìn)氣導(dǎo)管114，例如，五支進(jìn)氣導(dǎo)管112及進(jìn)氣導(dǎo)管114在兩支長(zhǎng)度較長(zhǎng)的進(jìn)氣導(dǎo)管110之間。
其中，長(zhǎng)度較短的進(jìn)氣導(dǎo)管112及進(jìn)氣導(dǎo)管114(以下亦簡(jiǎn)稱為“側(cè)管”)是朝一預(yù)定方向及角度傾斜且平均地配置在沉積室的周圍，藉此將反應(yīng)氣體從側(cè)邊方向朝沉積室的中央位置噴出。長(zhǎng)度較長(zhǎng)的進(jìn)氣導(dǎo)管110(以下亦簡(jiǎn)稱為“頂管”)，則主要是將氣體傳送至沉積室的較高處，例如較靠近圓頂罩20頂部的地方。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，薄膜的沉積過(guò)程中，另需提供足夠的RF功率至靠近晶片承座14的位置，并且控制晶片表面上的等離子體中的離子能量。在沉積開始后，HDPCVD二氧化硅同時(shí)會(huì)沉積在晶片表面上以及沉積在反應(yīng)器的內(nèi)部，包括圓頂罩20的內(nèi)壁。此外，HDPCVD二氧化硅亦會(huì)沉積在其它位置，特別是進(jìn)氣導(dǎo)管112及114的噴嘴處，而此處的沉積殘留物更是難以利用傳統(tǒng)的清潔程序清除干凈。
當(dāng)HDPCVD二氧化硅薄膜沉積處理程序完成后，接著，半導(dǎo)體晶片會(huì)從晶片承座14上移開，然后，即可進(jìn)行沉積室的清潔程序，其周期可以是在處理過(guò)一定數(shù)量的晶片后，或者在生產(chǎn)完每一片晶片后，在線上現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。
本發(fā)明所提供的清潔程序乃是兩階段清潔程序，其中，第一階段是以反應(yīng)速率較快的NF3氣體等離子體清洗為主，此階段清洗過(guò)程中，NF3氣體等離子體是直接產(chǎn)生在反應(yīng)器內(nèi)，又可將此階段稱為“亮模式(brightmode)”。第二階段則是關(guān)掉提供給該反應(yīng)器的RF功率，而是另導(dǎo)入反應(yīng)較溫和的遠(yuǎn)端等離子體進(jìn)行剩下的沉積殘留物的最后清除步驟，由于反應(yīng)器內(nèi)并無(wú)等離子體放電發(fā)光，通常以自由基型態(tài)的物種為主，又可將此階段稱為“暗模式(dark mode)”。由此可知，本發(fā)明的特征乃是以“亮模式”為主，輔以第二階段的“暗模式”的兩階段清潔程序。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在半導(dǎo)體晶片完成薄膜沉積并且移出反應(yīng)器之后，隨即將沉積室的殘留反應(yīng)氣體(fluorine-containing gas)利用真空泵浦50抽除。接著，從氣體供應(yīng)端36將含氟清潔氣體，例如NF3氣體，導(dǎo)入反應(yīng)室中，并藉由歧管及控制單元32的控制，使該含氟清潔氣體僅僅是經(jīng)由頂管110以及進(jìn)氣導(dǎo)管116(以下亦稱為“清潔管”)，注入反應(yīng)室中，如圖3所示。然后，利用真空泵浦50，使系統(tǒng)維持在適當(dāng)?shù)膲毫ο隆?br> 根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，在半導(dǎo)體晶片完成薄膜沉積并且移出反應(yīng)器之后，隨即將沉積室的殘留反應(yīng)氣體利用真空泵浦50抽除。接著，從氣體供應(yīng)端36將含氟清潔氣體，例如NF3氣體，導(dǎo)入反應(yīng)室中，并藉由歧管及控制單元32的控制，使含氟清潔氣體同時(shí)經(jīng)由頂管110、清潔管116以及經(jīng)由側(cè)管112或114，注入反應(yīng)室中，然后，利用真空泵浦50，使系統(tǒng)維持在適當(dāng)?shù)膲毫ο?。由于清潔氣體同時(shí)經(jīng)由側(cè)管112或114注入，因此，可以提供更均勻的氣體分布狀態(tài)，進(jìn)而改善清潔的均勻度，也可以避免圓頂罩20頂部的過(guò)度蝕刻以及圓頂罩20下部側(cè)壁的蝕刻不足現(xiàn)象。
接著，提供足夠的RF功率使通入反應(yīng)室內(nèi)的清潔氣體產(chǎn)生等離子體，并且使NF3氣體分子在高密度等離子體環(huán)境中解離成具有活性的氟自由基以及氟化氮自由基等。這些在氣體等離子體中存在的具有高度活性的游離物質(zhì)會(huì)轟擊形成在圓頂罩20的內(nèi)壁上的沉積殘留物，并且與其反應(yīng)，藉此方式高效率地去除這些沉積殘留物，并快速清潔反應(yīng)器的內(nèi)部。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在第一階段時(shí)，沉積室內(nèi)的溫度需控制在100℃以上，或者在200℃以上更佳。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明第一階段的“亮模式”是在相對(duì)較高的壓力下進(jìn)行，例如，3-15托，優(yōu)選為5-10托。在前述的較高壓力的清潔條件下，清潔速度可以較快，特別適合針對(duì)圓頂罩20的頂部、晶片承座14以及保護(hù)環(huán)16作高效率的清潔。然而，本發(fā)明第一階段的“亮模式”亦可以在相對(duì)較低的壓力下進(jìn)行，例如，0.1-3托，優(yōu)選為小于2托。在前述的較低壓力的清潔條件下，清潔速度雖然相對(duì)較慢，但是卻較均勻，特別適合針對(duì)圓頂罩20的下部側(cè)壁以及側(cè)管112及114作完整且有效的清潔。
此外，根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明第一階段的“亮模式”亦可以在高/低壓兩種不同壓力范圍下切換進(jìn)行。也就是說(shuō)，本發(fā)明第一階段的“亮模式”，其現(xiàn)場(chǎng)NF3等離子體清洗一開始可以是在相對(duì)較高的壓力下進(jìn)行一預(yù)定時(shí)間，然后，才轉(zhuǎn)換至較低的壓力下完成，反之亦然。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，第一階段的“亮模式”，其現(xiàn)場(chǎng)NF3等離子體清洗的時(shí)間共持續(xù)約10-300秒左右，但不限于此，其實(shí)際清潔時(shí)間需視沉積殘留物的厚度而定。
請(qǐng)參閱圖4，其繪示的是本發(fā)明第一階段的“亮模式”完成后，但在進(jìn)行第二階段“暗模式”之前，殘存在圓頂罩20內(nèi)壁上的沉積殘留物的輪廓剖面示意圖。在圖4中，在進(jìn)行清潔程序前，原來(lái)的二氧化硅膜的厚度以虛線及標(biāo)號(hào)60表示其位置及輪廓。在完成本發(fā)明第一階段的“亮模式”后，殘存在靠近圓頂罩20頂部的二氧化硅膜62的厚度通常會(huì)比在圓頂罩20下部的二氧化硅膜64的厚度要薄一些。根據(jù)本發(fā)明，第一階段的“亮模式”需在圓頂罩20頂部的表面被暴露出來(lái)之前即停止，也就是在圓頂罩20頂部的表面剩下一些二氧化硅厚度時(shí)，形成類似圖4中的剖面輪廓時(shí)，將RF功率關(guān)掉，并同時(shí)停止供應(yīng)NF3清潔氣體。
接下來(lái)，開始進(jìn)行本發(fā)明第二階段的“暗模式”，其特征在不需要另外將沉積室內(nèi)的殘余氣體抽出或者破真空的狀態(tài)下，直接將遠(yuǎn)端等離子體供應(yīng)設(shè)備40所產(chǎn)生的含有活性氟自由基的遠(yuǎn)端等離子體氣體經(jīng)由歧管及控制單元32的快速切換而導(dǎo)入沉積室中。其中，遠(yuǎn)端等離子體氣體可以經(jīng)由側(cè)管112或114注入沉積室中，或者經(jīng)由頂管110及清潔管116注入。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，為求最佳的清潔效率以及均勻度，并且避免黑化圖紋的產(chǎn)生，建議經(jīng)由側(cè)管112或114將遠(yuǎn)端等離子體氣體注入沉積室中。
在第二階段中，遠(yuǎn)端等離子體供應(yīng)設(shè)備40所產(chǎn)生的含有活性氟自由基的遠(yuǎn)端等離子體氣體可將在第一階段中尚未去除的剩余二氧化硅薄膜自反應(yīng)器的內(nèi)部做徹底的清除。由于并未提供RF功率，因此，第二階段的清潔速率較為和緩(反應(yīng)器內(nèi)不會(huì)有離子轟擊產(chǎn)生)，但是，也因此可以較均勻的清潔反應(yīng)器的內(nèi)部。
此外，由于在第一階段清潔過(guò)程中，圓頂罩20的溫度已經(jīng)被提高至100-200℃左右，因此，在第二階段中，遠(yuǎn)端等離子體供應(yīng)設(shè)備40所產(chǎn)生的含有活性氟自由基的遠(yuǎn)端等離子體氣體的清潔也可以很有效率，可以很快的將第一階段中尚未去除的剩余二氧化硅薄膜自反應(yīng)器的內(nèi)部徹底的清除，而不會(huì)與暴露出來(lái)的圓頂罩20內(nèi)壁發(fā)生劇烈的反應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明第二階段的“暗模式”同樣可在相對(duì)較高的壓力下進(jìn)行，例如，3-15托，優(yōu)選為5-10托。在前述的較高壓力的清潔條件下，清潔速度可以較快，特別適合針對(duì)圓頂罩20的頂部、晶片承座14以及保護(hù)環(huán)16作高效率的清潔。
本發(fā)明的“暗模式”亦可以在相對(duì)較低的壓力下進(jìn)行，例如，0.1-3托，優(yōu)選為小于2托。在前述的較低壓力的清潔條件下，清潔速度雖然相對(duì)較慢，但是卻較均勻，特別適合針對(duì)圓頂罩20的下部側(cè)壁以及側(cè)管112及114作完整且有效的清潔。
本發(fā)明的“暗模式”亦可以在高/低壓兩種不同壓力范圍下切換進(jìn)行。也就是說(shuō)，一開始可以是在相對(duì)較高的壓力下進(jìn)行一預(yù)定時(shí)間，然后，才轉(zhuǎn)換至較低的壓力下完成，反之亦然。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種沉積設(shè)備的清潔方法，包括將含氟的清潔氣體導(dǎo)入該沉積設(shè)備中；使該含氟的清潔氣體在該沉積設(shè)備中維持在第一壓力狀態(tài)下；提供RF功率，以點(diǎn)燃該沉積設(shè)備中的該含氟的清潔氣體，產(chǎn)生等離子體氣體；形成該等離子體氣體后，使該等離子體氣體在該沉積設(shè)備中維持預(yù)定時(shí)間，并達(dá)到第一溫度，進(jìn)行該沉積設(shè)備的第一階段的內(nèi)部清潔；關(guān)掉該RF功率，以停止產(chǎn)生該等離子體氣體；以及將含有氟自由基的遠(yuǎn)端等離子體氣體，自遠(yuǎn)端等離子體供應(yīng)設(shè)備，導(dǎo)入處于該第一溫度下的該沉積設(shè)備中，進(jìn)行第二階段的內(nèi)部清潔。
2.如權(quán)利要求1所述的沉積設(shè)備的清潔方法，其中該含氟的清潔氣體包括三氟化氮。
3.如權(quán)利要求1所述的沉積設(shè)備的清潔方法，其中該第一壓力狀態(tài)介于3-15托之間。
4.如權(quán)利要求1所述的沉積設(shè)備的清潔方法，其中該第一壓力狀態(tài)介于0.1-15托之間。
5.如權(quán)利要求1所述的沉積設(shè)備的清潔方法，其中在使該含氟的清潔氣體在該沉積設(shè)備中維持在該第一壓力狀態(tài)之后，該清潔方法還包括以下步驟將該沉積設(shè)備中的壓力改變至第二壓力狀態(tài)，且該第二壓力狀態(tài)不等于該第一壓力狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求1所述的沉積設(shè)備的清潔方法，其中該第一溫度大于100℃。
7.一種清潔化學(xué)氣相沉積機(jī)臺(tái)的方法，該化學(xué)氣相沉積機(jī)臺(tái)包括機(jī)臺(tái)底座，其又至少包括晶片承座以及保護(hù)環(huán)、圓頂罩安裝在該機(jī)臺(tái)底座上，以形成沉積室，該沉積室周圍設(shè)置有多支第一進(jìn)氣導(dǎo)管，將氣體由側(cè)邊方向通入該沉積室，以及多支第二進(jìn)氣導(dǎo)管，指向該圓頂罩頂部，該方法包括將含氟的清潔氣體經(jīng)由該第一進(jìn)氣導(dǎo)管以及該第二進(jìn)氣導(dǎo)管導(dǎo)入該沉積室中；使該含氟的清潔氣體在該沉積室中維持在第一壓力狀態(tài)下；提供RF功率，以點(diǎn)燃該沉積室中的該含氟的清潔氣體，產(chǎn)生等離子體氣體；形成該等離子體氣體后，使該等離子體氣體在該沉積室中維持預(yù)定時(shí)間，并達(dá)到第一溫度，進(jìn)行該沉積設(shè)備的第一階段的內(nèi)部清潔；關(guān)掉該RF功率，以停止產(chǎn)生該等離子體氣體；以及在未將沉積室抽真空的情況下，直接將含有氟自由基的遠(yuǎn)端等離子體氣體，自遠(yuǎn)端等離子體供應(yīng)設(shè)備，經(jīng)由該第一進(jìn)氣導(dǎo)管導(dǎo)入處于該第一溫度下的該沉積室中，進(jìn)行第二階段的內(nèi)部清潔。
8.如權(quán)利要求7所述的清潔化學(xué)氣相沉積機(jī)臺(tái)的方法，其中該含氟的清潔氣體包括三氟化氮。
9.如權(quán)利要求7所述的清潔化學(xué)氣相沉積機(jī)臺(tái)的方法，其中該第一壓力狀態(tài)介于3-15托之間。
10.如權(quán)利要求7所述的清潔化學(xué)氣相沉積機(jī)臺(tái)的方法，其中該第一壓力狀態(tài)介于0.1-15托之間。
11.如權(quán)利要求7所述的清潔化學(xué)氣相沉積機(jī)臺(tái)的方法，其中在使該含氟的清潔氣體在該沉積室中維持在該第一壓力狀態(tài)之后，該方法還包括以下步驟將該沉積室中的壓力改變至第二壓力狀態(tài)，且該第二壓力狀態(tài)不等于該第一壓力狀態(tài)。
12.如權(quán)利要求7所述的清潔化學(xué)氣相沉積機(jī)臺(tái)的方法，其中該第一溫度大于100℃。
13.如權(quán)利要求7所述的清潔化學(xué)氣相沉積機(jī)臺(tái)的方法，其中該RF功率在該圓頂罩的內(nèi)壁被暴露出來(lái)之前即被關(guān)掉。
14.如權(quán)利要求7所述的清潔化學(xué)氣相沉積機(jī)臺(tái)的方法，其中該圓頂罩是由石英或者陶瓷材料所構(gòu)成。
全文摘要
一種沉積設(shè)備的清潔方法，首先將一含氟的清潔氣體導(dǎo)入該沉積設(shè)備中，使該含氟的清潔氣體在該沉積設(shè)備中維持在一第一壓力狀態(tài)下。提供一RF功率，點(diǎn)燃該沉積設(shè)備中的該含氟的清潔氣體，產(chǎn)生一等離子體氣體。形成該等離子體氣體后，使該等離子體氣體在該沉積設(shè)備中維持一預(yù)定時(shí)間，并達(dá)到一第一溫度狀態(tài)，進(jìn)行該沉積設(shè)備的第一階段的內(nèi)部清潔。關(guān)掉該RF功率，以停止產(chǎn)生該等離子體氣體，然后，將一含有氟自由基的遠(yuǎn)端等離子體氣體，自一遠(yuǎn)端等離子體供應(yīng)設(shè)備，導(dǎo)入處于該第一溫度下的該沉積設(shè)備中，進(jìn)行第二階段的內(nèi)部清潔。
文檔編號(hào)C23F1/24GK101063197SQ20061007734
公開日2007年10月31日 申請(qǐng)日期2006年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月29日
發(fā)明者賴建興, 王俊宜 申請(qǐng)人:聯(lián)華電子股份有限公司