專利名稱：氟對(duì)于半導(dǎo)體工作室的低于一個(gè)大氣壓供給的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及用來供給半導(dǎo)體工作室氣體的工藝和系統(tǒng)。本發(fā)明尤其涉及用來供給氣體以清洗半導(dǎo)體工作室的工藝和系統(tǒng)，其中該氣體貯存在低于一個(gè)大氣壓的條件下。
2.先前技術(shù)人說明半導(dǎo)體器件制造的一個(gè)主要步驟是通過氣相母體的化學(xué)反應(yīng)在半導(dǎo)體襯底上形成薄膜。典型的沉積工藝包括化學(xué)氣相沉積(CVD)。常規(guī)的熱CVD工藝供給反應(yīng)氣體至襯底表面，在該襯底表面發(fā)生熱活化化學(xué)反應(yīng)以在正被加工的襯底的表面上形成薄膜層。
然而，沉積在整個(gè)工作室腔體中發(fā)生，并不僅僅在襯底上發(fā)生。最厚的沉積發(fā)生在腔體最熱的區(qū)域，該最熱區(qū)域通常為襯底區(qū)域，但是一些沉積在其他的區(qū)域發(fā)生，甚至是非常冷的區(qū)域或者沒有直接暴露于氣相母體的區(qū)域。
這些沉積可能導(dǎo)致許多問題，例如堵塞氣體噴嘴的細(xì)小孔洞，破壞氣體的均勻流動(dòng)并影響處理均勻性，以及玷污工作室的窗口，影響檢查工作室的能力。另外，它們可能形成微粒，該微?？赡軙?huì)落到襯底上并在沉積層中形成缺陷或者妨礙沉積系統(tǒng)的機(jī)械運(yùn)作。
為了避免這樣的問題，工作室的內(nèi)表面被進(jìn)行常規(guī)的清洗以將不需要的沉積材料從工作室的腔體壁和類似區(qū)域去除。這樣的清洗程序通常在每一個(gè)晶片或者每n個(gè)晶片的沉積步驟之間進(jìn)行。一種類型的程序包括拆卸腔體并用溶液或溶劑清洗每個(gè)部件，然后進(jìn)行烘干并重新裝配系統(tǒng)。該程序耗費(fèi)大量勞力并且費(fèi)時(shí)，降低了晶片加工作業(yè)生產(chǎn)線的效率并且增加了費(fèi)用。
在另一個(gè)清洗程序中，分子氟(F2)和三氟化氯(ClF3)是在清洗作業(yè)中作為腐蝕氣體使用的氣體實(shí)例。分子氟是需要特殊操作措施的高度腐蝕并且危險(xiǎn)的氣體。大部分系統(tǒng)需要相對(duì)恒定的供給壓力以使作業(yè)有效進(jìn)行。因此，氟被貯存在正壓條件下以適應(yīng)這個(gè)要求。這種類型加壓系統(tǒng)的一個(gè)主要缺點(diǎn)是如果裝有氟氣的容器發(fā)生泄漏，氟氣會(huì)漏出該容器進(jìn)入周圍大氣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了用來將殘余物從半導(dǎo)體工作室表面除去的工藝。該工藝包括以下步驟(a)將清洗氣體以低于一個(gè)大氣壓條件貯存在貯存容器中；(b)在真空條件下將清洗氣體從貯存容器移出；以及(c)將清洗氣體通過待清洗的工作室。
清洗氣體可以用或不用遠(yuǎn)距離等離子源來活化下通過工作室。在本發(fā)明工藝的一個(gè)實(shí)施例中，提供了過濾床。清洗氣體被通過過濾床以將不需要的雜質(zhì)除去并凈化該清洗氣體。該凈化清洗氣體然后被流入待清洗的工作室。
本發(fā)明同樣提供了用來將殘余物從半導(dǎo)體工作室表面除去的再循環(huán)工藝。該再循環(huán)工藝包括以下步驟(a)將清洗氣體以低于一個(gè)大氣壓條件貯存在貯存容器中；(b)在真空條件下將清洗氣體從貯存容器移出；(c)將清洗氣體通過至少一個(gè)過濾床，由此凈化該清洗氣體；(d)將清洗氣體通到待清洗的工作室，由此清洗該工作室；以及(e)將清洗氣體再循環(huán)至步驟(c)用來在清洗作業(yè)中重新使用。
清洗氣體可以用或不用遠(yuǎn)距離等離子源來活化下通過工作室。來自貯存容器的清洗氣體氣流在作業(yè)開始階段被調(diào)整到高濃度，在清洗作業(yè)的后面階段再循環(huán)的清洗氣體形成了該氣流的較大部分體積。結(jié)果，在清洗工藝的后面階段需要較少的來自貯存容器的清洗氣體。
本發(fā)明同樣提供了用來將殘余物從半導(dǎo)體工作室表面除去的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括至少一個(gè)容器，用來貯存清洗氣體；以及至少一個(gè)真空泵，用來將清洗氣體從上述至少一個(gè)容器中抽出。
清洗氣體以大約1乇到大約750乇范圍的壓力貯存在該至少一個(gè)容器中。
本發(fā)明同樣提供了用來將殘余物從半導(dǎo)體工作室表面除去的再循環(huán)系統(tǒng)，該再循環(huán)系統(tǒng)包括至少一個(gè)容器，用來貯存清洗氣體；至少一個(gè)真空泵，用來將清洗氣體從上述至少一個(gè)容器中抽出；以及至少一個(gè)過濾/吸收床，用來過濾清洗氣體。
清洗氣體以大約1乇到大約750乇的壓力貯存在該至少一個(gè)容器中。


圖1闡明了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的低于一個(gè)大氣壓供給系統(tǒng)。
圖2闡明了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有過濾/吸收床的低于一個(gè)大氣壓供給系統(tǒng)。
圖3闡明了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有再循環(huán)結(jié)構(gòu)的低于一個(gè)大氣壓供給系統(tǒng)。
圖4闡明了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有再循環(huán)結(jié)構(gòu)的另一個(gè)低于一個(gè)大氣壓供給系統(tǒng)。
發(fā)明說明本發(fā)明考慮工藝設(shè)備，尤其是半導(dǎo)體工作室清洗設(shè)備，從真空到大約750乇范圍的任何壓力水平的通用作業(yè)。本發(fā)明的系統(tǒng)通過提供能夠在低于一個(gè)大氣壓條件下貯存氣體的貯存容器和真空泵完成這個(gè)目的。通過使用真空泵，該系統(tǒng)考慮一種容器用以在沒有加壓至大氣壓之上的情況下貯存適量的氣體。因此，由于真空泵將容器中的內(nèi)容物抽出直至大約1乇，該容器的大部分容量能夠供給工藝過程。
另外，當(dāng)提供一個(gè)安全的氣體貯存容器時(shí)，由于供給氣體決不貯存在超過一個(gè)絕對(duì)大氣壓的壓力條件下，氣體能夠以恒定的壓力供給。結(jié)果，容器中的任何漏氣會(huì)使容器的內(nèi)容物保持在容器中，周圍大氣中的空氣實(shí)際會(huì)進(jìn)入容器中。因此，高度活性并危險(xiǎn)的氣體能夠貯存在容器中，而不必?fù)?dān)心氣體泄漏進(jìn)入周圍環(huán)境。
本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是清洗氣體能夠用或不用遠(yuǎn)距離等離子源來活化下通過工作室。
參考圖1，本發(fā)明用來清洗工作室的系統(tǒng)主要通過引用號(hào)10進(jìn)行描述。系統(tǒng)10具有設(shè)計(jì)用來存儲(chǔ)清洗氣體的存儲(chǔ)罐或容器14。用于本發(fā)明的合適清洗氣體包括，例如氟氣、氯氣、ClFx和BrFx，其中x＝1，3，5，O2、O3、NF3，或者它們的任意組合。清洗氣體為氟氣更為適宜。
清洗氣體以滿足單個(gè)清洗作業(yè)需求的足夠體積供給。舉例來說，該體積可以是大約4到大約8升。然而，該體積會(huì)依賴于待進(jìn)行的清洗工藝而變化。本發(fā)明的清洗工藝可以用來與許多半導(dǎo)體工藝聯(lián)合在沉積作業(yè)間隙清洗工作室，該沉積作業(yè)包括例如SiO2、SiNx、W、WSi、Tin、TaN、低K絕緣涂層、高K絕緣涂層、Si基光致蝕刻劑、碳基光致蝕刻劑，或者任何其他與氟反應(yīng)生成揮發(fā)性反應(yīng)產(chǎn)物的淀積物的CVD作業(yè)。
當(dāng)需要清洗氣體時(shí)，泵20將貯存在容器14中的氣體以質(zhì)量控制器32所指示的流量抽出。泵20可以是用來使清洗氣體流出的任何合適的真空泵。利用Howleck再生技術(shù)具有合適的表面鈍化以抵抗氟腐蝕的泵是合適的。舉例來說，BOCEdwards IPX和EPX型泵是合適的。
為了確保泵20的馬達(dá)外殼(未顯示)上為正壓，惰性氣體被流入泵20中的軸承以防止清洗氣體回流入馬達(dá)外殼。這是本操作關(guān)鍵的安全性和耐用性所在。為了確保安全性和耐用性，惰性氣體以至少1標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘的流量流至泵殼。合適的惰性氣體包括，例如，氬氣、氦氣、N2、O2、干燥空氣，或者它們的任意組合。如果腐蝕過程不受N2或O2影響，可以用N2和O2。在本發(fā)明中使用氬氣更為適宜。
為了防止使泵過壓，旁通閥28和旁通管路30在適當(dāng)?shù)奈恢靡员闱逑礆怏w能夠流回容器14，避免泵20上過大的背壓。清洗氣體會(huì)發(fā)生一些稀釋。由于清洗氣體例如NF3在多數(shù)工藝中通過惰性氣體進(jìn)行稀釋，這種稀釋不會(huì)損害清洗作業(yè)。
進(jìn)入容器14的清洗氣體源可以來自各種各樣的源，例如，加壓鋼瓶氣體或發(fā)生器。流入容器14的氣體被設(shè)置為保持在大約550乇到大約750乇之間的壓力，在大約550乇到大約700乇之間更為適宜。在需要時(shí)，泵20將清洗氣體從容器14抽出。在工藝剛剛開始之前，泵20被啟動(dòng)，或者另一方面，泵20被維持在恒定的操作模式。當(dāng)需要質(zhì)量控制器32的指令時(shí)，閥28被關(guān)閉并且清洗氣體的流動(dòng)被設(shè)定路線通過質(zhì)量控制器32流到遠(yuǎn)距離等離子室36，直至不再需要清洗氣體。在這些條件下，容器14中氣體的壓力開始會(huì)在大約550乇到大約750乇，然后下降直到需求超過供氣，這樣會(huì)使得壓力低至1乇。因此，如果在容器14或供給總管12中出現(xiàn)漏隙，由于容器處于低于一個(gè)大氣壓的壓力下，清洗氣體不會(huì)泄漏至大氣。這樣形成了安全、防漏的系統(tǒng)。如果更多的氣體聚集超過工藝所需，過量的清洗氣體可以通過管路26排出。
參考圖2，具有過濾床的清洗系統(tǒng)主要通過引用號(hào)40進(jìn)行描述。系統(tǒng)40除了上面圖1中所述的部件之外，具有過濾/吸收床42。過濾床42可以是CFx丸粒的組合，其中x＝0.9～1.2，NaF，KF，CaF2，NaHF2，NaF(HF)y，KF(HF)y，CaF2(HF)y，其中y＝1～4，或者它們的任意組合，以吸收HF、CF4、SiF4，以及可能在流至容器14的原料氣中存在的任何其他雜質(zhì)。在該結(jié)構(gòu)中，過濾床不僅增加了流至等離子體腔36的清洗氣體，而且允許供給容器14的清洗氣體的質(zhì)量低于最佳狀態(tài)，因此降低了費(fèi)用。
參考圖3，具有再循環(huán)結(jié)構(gòu)的低于一個(gè)大氣壓系統(tǒng)主要通過引用號(hào)50進(jìn)行描述。系統(tǒng)50具有從工作室38離開的管路，該管路將氣體返回至系統(tǒng)用于再循環(huán)。在氟的情況下，在清洗過程中進(jìn)入腔體的氟的60％～80％沒有被使用，并且被轉(zhuǎn)化回F2。工作室中可能引起微粒問題的氣體(也就是SiF4、CF4、HF)通過過濾床42從離開工作室38的用過的清洗氣體中分離出去。惰性氣體，例如，氮?dú)夂蜌鍤饽軌蚺c富F2氣流一起進(jìn)行再循環(huán)，這樣然后能夠?qū)⒏邼舛鹊姆鷼夤┙o遙控等離子體室36。這樣可以將氟氣的實(shí)際使用最大化。
在清洗再循環(huán)過程中，閥52、56、62和68關(guān)閉著。閥58和66開著。新鮮的清洗氣體從容器14通過泵20抽出，經(jīng)過質(zhì)量流量控制器32。該氣體被輸入過濾床42，在該過濾床中，雜質(zhì)從清洗氣體中去除。凈化的清洗氣體然后輸入等離子體室36并且最終流入工作室38，在該工作室中發(fā)生清洗作用。清洗氣體然后從工作室38中抽出，在該工作室中，清洗氣體在返回泵20之前與原料清洗氣體進(jìn)行混合，用于再循環(huán)。該再循環(huán)過程持續(xù)進(jìn)行直至清洗作業(yè)完成。
清洗氣體氣流在作業(yè)開始階段被調(diào)整到高濃度，在作業(yè)過程的后面階段再循環(huán)的清洗氣體占去了該氣流的較大的量。結(jié)果，在清洗作業(yè)的后面階段需要較少的原料清洗氣體，使得成本降低。
參考圖4，當(dāng)圖3中的工作室進(jìn)入操作模式，如圖4中所描繪，系統(tǒng)進(jìn)行重新調(diào)整形成了再生模式。在再生模式中，閥58、66和70關(guān)閉著。閥52、56、62和68開著。泵64通過將處理氣體從腔38抽出至排氣管路74重新開始工作室操作。在該工藝過程中，過濾床42進(jìn)行了再生。惰性氣體，例如氮?dú)馔ㄟ^泵20流回該過濾床42，這樣同樣將負(fù)壓帶到該過濾床42上。結(jié)果，吸收在該過濾床里的雜質(zhì)被解除吸附，因此再生了該過濾床。該解吸下來的雜質(zhì)通過泵20從該過濾床經(jīng)過排氣管路26排出。在該過程中，F(xiàn)2氣體供給會(huì)充滿壓力容器14，為下一次的清洗作業(yè)循環(huán)做好準(zhǔn)備。
應(yīng)該理解的是，前面的描述僅僅是本發(fā)明的說明。各種替代形式或更改可能通過那些本領(lǐng)域熟悉人員進(jìn)行設(shè)計(jì)而不偏離本發(fā)明。相應(yīng)地，本發(fā)明意在包含所有這樣的替代形式、更改以及變化。
權(quán)利要求
1.用來將殘余物從半導(dǎo)體工作室表面除去的工藝。該工藝包括以下步驟(a)將上述清洗氣體以低于一個(gè)大氣壓條件貯存在貯存容器中；(b)在真空條件下將上述清洗氣體從上述貯存容器移出；以及(c)將上述清洗氣體通過待清洗的工作室。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中，上述清洗氣體不用遠(yuǎn)距離等離子源來活化下通過工作室。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中，上述清洗氣體用遠(yuǎn)距離等離子源來活化下通過工作室。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中，上述清洗氣體選自以下氣體氟氣、氯氣、ClFx、BrFx、O2、O3、NF3，以及它們的任意組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中，上述清洗氣體為氟氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中，上述貯存容器具有大約4升-8升的容量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中，上述清洗氣體以大約1乇--750乇壓力貯存在上述貯存容器中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中，上述工作室為CVD工作室。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的工藝，其中，上述CVD工作室用于沉積選自下列材料SiO2、SiNx、W、WSi、Tin、TaN、低K絕緣涂層、高K絕緣涂色、Si基光致蝕刻劑、碳基光致蝕刻劑，以及它們的任意組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，還包括在步驟(b)之前使惰性氣體通過用來從上述貯存容器抽出清洗氣體的真空泵的馬達(dá)外殼的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工藝，其中，上述惰性氣體選自以下氣體氬氣、氦氣、氮?dú)?、氧氣、干燥空氣，以及它們的任意組合。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工藝，其中，上述惰性氣體為氬氣。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工藝，其中，上述惰性氣體以至少1標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘的流量流入上述馬達(dá)外殼中。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，還包括在步驟(b)之后將上述清洗氣體通過過濾床的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的工藝，其特征在于，上述過濾床包括至少一種選自下列的過濾介質(zhì)CFx丸粒，NaF，KF，CaF2，NaHF2，NaF(HF)y，KF(HF)y，CaF2(HF)y，以及它們的任意組合。
16.用來將殘余物從半導(dǎo)體工作室表面除去的再循環(huán)工藝，該再循環(huán)工藝包括以下步驟(a)將清洗氣體以低于一個(gè)大氣壓條件貯存在貯存容器中；(b)在真空條件下將上述清洗氣體從貯存容器移出；(c)將上述清洗氣體通過至少一個(gè)過濾床，由此凈化該清洗氣體；(d)將上述清洗氣體通到待清洗的工作室，由此清洗工作室；以及(e)將上述清洗氣體再循環(huán)返至步驟(c)，用來在清洗作業(yè)中重新使用。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的工藝，其中，步驟(d)中的上述清洗氣體不用遠(yuǎn)距離等離子體來活化下通過工作室。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的工藝，其中，上述清洗氣體用遠(yuǎn)距離等離子體來活化下通過工作室。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的工藝，其中，上述貯存容器中的清洗氣體開始時(shí)被調(diào)整到高濃度，在再循環(huán)過程中再循環(huán)的清洗氣體占通過上述過濾床的清洗氣體的較大部分體積。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的工藝，其中，上述清洗氣體選自以下氣體氟氣、氯氣、ClFx、BrFx、O2、O3、NF3，以及它們的任意組合。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的工藝，其中，上述清洗氣體為氟氣。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的工藝，其中，上述貯存容器具有大約4升-8升的容量。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的工藝，其中，上述工作室為CVD工作室。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的工藝，其中，上述CVD工作室用于沉積選自下列的材料SiO2、SiNx、W、WSi、Tin、TaN、低K絕緣涂層、高K絕緣涂層、Si基光致蝕刻劑、碳基光致蝕刻劑，以及它們的任意組合。
25.根據(jù)權(quán)利要求16所述的工藝，還包括在步驟(c)之前使惰性氣體通過用來將清洗氣體從上述貯存容器抽出的真空泵的馬達(dá)外殼的步驟。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的工藝，其中，上述惰性氣體選自以下氣體氬氣、氦氣、氮?dú)狻⒀鯕?、干燥空氣，以及它們的任意組合。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的工藝，其中，上述惰性氣體為氬氣。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的工藝，其中，上述惰性氣體以至少1標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘的流量流入上述馬達(dá)外殼。
29.根據(jù)權(quán)利要求16所述的工藝，其中，上述過濾床包括選自下列的至少一種過濾介質(zhì)CFx丸球，NaF，KF，CaF2，NaHF2，NaF(HF)y，KF(HF)y，CaF2(HF)y，以及它們的任意組合。
全文摘要
本發(fā)明針對(duì)用于工藝設(shè)備，尤其是半導(dǎo)體工作室清洗設(shè)備，從真空到正好小于一個(gè)絕對(duì)大氣壓范圍的任何壓力水平的多方面操作的工藝和系統(tǒng)。本發(fā)明的系統(tǒng)提供了能夠在低于一個(gè)大氣壓的壓力下貯存氣體的貯存容器以及真空泵。通過使用真空泵，該容器在沒有加壓至大氣壓之上的情況下貯存適量的氣體。因此，由于真空泵將容器中的內(nèi)容物抽出低至大約1乇，該容器的整個(gè)容量能夠供給工藝過程。另外，當(dāng)提供一個(gè)安全的氣體貯存容器時(shí)，由于供給氣體決不貯存在超過一個(gè)絕對(duì)大氣壓的壓力條件下，氣體能夠以恒定的壓力供給。結(jié)果，容器中的任何漏氣會(huì)使容器的內(nèi)容物保持在容器中，周圍大氣中的空氣會(huì)進(jìn)入容器中。
文檔編號(hào)H01L21/00GK1497668SQ20031010290
公開日2004年5月19日 申請(qǐng)日期2003年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月20日
發(fā)明者R·A·霍格, G·A·邁克法拉尼, G·霍格森, P·H·巴克利, R A 霍格, 巴克利, 襠, 邁克法拉尼 申請(qǐng)人:波克股份有限公司