專利名稱：使用NF₃除去表面沉積物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用經(jīng)遠程活化含有氧源和NF3的氣體混合物而產(chǎn)生的活 化的氣體混合物來除去表面沉積物的方法。更具體地，本發(fā)明涉及使用 通過遠程活化含有氧源和NF3的氣體混合物而產(chǎn)生的活化的氣體混合物 來除去化學(xué)氣相沉積腔內(nèi)的表面沉積物的方法。
2. 相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的描述
在半導(dǎo)體加工工業(yè)中，需要對化學(xué)氣相沉積(CVD)腔和等離子體 增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)腔進行常規(guī)清洗。常見的清潔方法包括原 位等離子體清洗和遠程腔等離子體清洗。
在原位等離子體清洗過程中，清洗氣體混合物在CVD/PECVD加工 腔中被活化為等離子體，并對沉積物進行原位清洗。原位等離子體清洗 方法存在若干缺陷。第一，沒有直接暴露于等離子體的腔部分無法得到 清洗。笫二，清洗過程包括離子轟擊誘導(dǎo)的反應(yīng)和自發(fā)的化學(xué)反應(yīng)。由 于離子轟擊濺射會腐蝕腔部件，因此需要進行昂貴耗時的部件更換。
認識到原位等離子體清洗的缺點后，遠程腔等離子體清洗方法越來 越受到歡迎。在遠程腔等離子體清洗過程中，清洗氣體混合物在與 CVD/PECVD加工腔不同的分離的腔中被等離子體活化。然后，等離子 體中性產(chǎn)物經(jīng)過源腔而到達CVD/PECVD加工腔的內(nèi)部。傳輸通道例如 可以由短連接管和CVD/PECVD加工腔的噴頭構(gòu)成。與原位等離子體清 洗方法不同的是，遠程腔等離子體清洗過程僅包括自發(fā)的化學(xué)反應(yīng)，從 而避免了由加工腔中的離子轟擊導(dǎo)致的腐蝕問題。
盡管已開發(fā)出電容和電感耦合的射電頻率(RF)和微波遠程源作為 遠程腔等離子體清洗過程中的功率源，但該項產(chǎn)業(yè)正快速向變壓器耦合 的電感耦合的功率源發(fā)展，在這種功率源中，等離子體具有環(huán)型構(gòu)造， 并起到變壓器輸出方的作用。采用了低頻RF功率源后，就能夠使用那 些可增強與電容耦合相關(guān)的電感耦合的磁芯；這樣可更有效地將能量轉(zhuǎn) 化為等離子體而不會產(chǎn)生過多的限制遠程等離子體源腔內(nèi)部壽命的離 子轟擊。NF3、碳氟化合物、SF6等被用作等離子清洗過程中的清洗氣體。在 這些清洗氣體中，NF3由于具有相對較弱的氮-氟鍵而尤為引人注目。NF3 易于發(fā)生離解，且不會排放出溫室氣體。因此，需要有效利用NF3來作 為清洗氣體。
發(fā)明簡述
本發(fā)明涉及除去表面沉積物的方法，所述方法包括(a)在遠程腔 內(nèi)用足夠強的功率對含有氧源和NF3的氣體混合物活化足夠長的時間， 使得所述氣體混合物達到至少為約3,000 K的中性溫度，以形成活化的 氣體混合物，以及，然后(b)使所述活化的氣體混合物與表面沉積物接 觸而除去至少 一些所述表面沉積物。


圖1是用于進行本方法的一種裝置的示意圖。
圖2是向NF3 + Ar供給氣體混合物中加入02對氮化硅的腐蝕速率 的影響圖示。
圖3是向NF3 + Ar供給氣體混合物中加入02對二氧化硅的腐蝕速 率的影響圖示。
發(fā)明詳述
用本發(fā)明除去的表面沉積物包括那些通常由化學(xué)氣相沉積或等離 子體增強化學(xué)氣相沉積或類似方法沉積下來的材料。這些材料包括硅、 摻雜的硅、氮化硅、鎢、二氧化硅、氮氧化硅、碳化硅、SiBN和各種 被稱之為低K材料的硅氧化合物，例如FSG (氟硅玻璃)、碳化硅和 SiCxOxHx或PECVD OSG,包括Black Diamond (Applied Materials), Coral (Novellus Systems)和Aurora (ASM International)。本發(fā)明中優(yōu)選的表面 沉積物是氮化;圭。
本發(fā)明的一種實施方式是從用于制造電子設(shè)備的加工腔內(nèi)部除去 表面沉積物。這樣的加工腔可以是化學(xué)氣相沉積(CVD)腔或等離子體 增強化學(xué)氣相沉積(PECVD )腔。
本發(fā)明的其他實施方式包括但不限于從金屬除去表面沉積物、清 洗等離子體腐蝕的腔和剝?nèi)ス庵驴刮g劑。本發(fā)明的方法包括一活化步驟，其中，清潔氣體混合物將在一遠程 腔中被活化。活化可通過任何 一種能夠使大部分的供給氣體發(fā)生離解的
方式來達到，這些方式如射頻(RF)能量、直流電(DC)能量、激 光照射和微波能量。本發(fā)明的一種實施方式是使用變壓器耦合的感應(yīng)耦 合的低頻RF功率源，其中的等離子體具有環(huán)型構(gòu)造，并起到變壓器輸 出方的作用。采用了低頻RF功率源后，就能夠使用那些可增強與電容 耦合相關(guān)的電感耦合的磁芯；這樣可更有效地將能量轉(zhuǎn)化為等離子體而 不會產(chǎn)生過多的限制遠程等離子體源室內(nèi)部壽命的離子轟擊。用于本發(fā) 明的典型的RF功率源具有的頻率低于1000 KHz。本發(fā)明中功率源的另 一種實施方式是遠程微波、電容或感應(yīng)耦合的等離子體源。
本發(fā)明中的活化在足夠長時間內(nèi)使用足夠高的能量以形成具有至 少約3000 K的中性溫度的活化的氣體混合物。所得等離子體的中性溫 度取決于功率和氣體混合物在遠程腔中的停留時間。在 一 定的功率輸入 和一定條件下，中性溫度將隨著停留時間的延長而增高。本發(fā)明中，優(yōu) 選的活化氣體混合物的中性溫度大致高于3000 K。在適當?shù)臈l件下(考 慮到功率、氣體組成、氣壓和氣體停留時間)，可獲得至少約為6000K 的中性溫度。
活化的氣體是在加工腔之外但靠近加工腔的分離的遠程腔中形成。 本發(fā)明中，遠程腔是指在其內(nèi)生成等離子體的腔，加工腔是指在其內(nèi)具 有表面沉積物的腔。遠程腔和加工腔之間通過任何可進行從遠程腔到加 工腔傳輸活化的氣體的裝置連接。例如，傳輸通道可以是由短連接管和 CVD/PECVD加工腔的噴頭構(gòu)成。遠程腔以及用于將遠程腔連接到加工 腔上的裝置是由本領(lǐng)域中已知的能夠用于容納活化的氣體混合物的材 料制成。例如，通常使用鋁和陽極氧化鋁作為腔組件。有時，在內(nèi)表面 進行A1203涂覆以降低表面復(fù)合。
經(jīng)活化而形成活化氣體的氣體混合物包括氧源和NF3 。本發(fā)明中"氧 源，，在這里是指能夠在本發(fā)明的活化步驟中產(chǎn)生原子氧的氣體。這里， 氧源的例子包括但不限于〇2和氮氧化物。本發(fā)明的氮氧化物在這里是 指由氮和氧組成的分子。氮氧化物的例子包括但不限于NO、 N20、 N02。 優(yōu)選的氧源為氧氣。
經(jīng)活化而形成活化的氣體的氣體混合物可進一步包括載氣，如氬、 氮和氦。活化步驟中，遠程腔的總壓力可以在約0.1托到約20托。 發(fā)現(xiàn)本發(fā)明中氧源可顯著地增加NF3對氮化硅的腐蝕速率。在本發(fā)
明的 一種實施方式中，如以下實施例1所示，加入少量的氧氣可使NF3/Ar
清洗氣體混合物對氮化硅的腐蝕速率增加四倍。
下面的實施例將用于對本發(fā)明進行舉例說明，但并無限制之意。
實施例
圖1示出了用于本發(fā)明的遠程等離子體源、傳輸管、加工腔和廢氣 排放裝置的示意圖。遠程等離子體源是由MKS Instruments, Andover, MA: USA制造的商用環(huán)型MKS ASTRON⑧ex活化氣體生成器單元。供給氣 (例如氧、NF3、氬)從左側(cè)引入遠程等離子體源，并穿過環(huán)型放電， 在這里它們受到400 KHz射頻功率的放電而形成活化的氣體混合物。氧 是由Airgas制造的，純度為99.999%。 NF3氣是由DuPont制造的，純度 為99.999%。氬是由Airgas制造的級別為5.0的產(chǎn)品?；罨臍怏w混合 物然后穿過鋁制的水冷卻的熱交換器來降低鋁制加工腔的熱負荷。覆蓋 了表面沉積物的晶片被置于加工腔中溫度得到控制的底座上。中性溫度 由發(fā)射光譜(OES)測定，其中理論上將測定中像。2和N2那樣的雙原子 的旋振轉(zhuǎn)換帶用來產(chǎn)生中性溫度。另見B. Bai和H. Sawin, Journal of Vacuum Science & Technology A 22 (5), 2014 (2004),其在此通過引用而 并入本文。活化的氣體對表面沉積物的腐蝕速率由加工腔中的干涉測量 裝置測量。在排氣泵入口處加入N2氣，用以將產(chǎn)物稀釋到適合進行FTIR 測量的濃度以及減少產(chǎn)物在泵中的殘留。FTIR用于測量泵排氣中物質(zhì)的 濃度。
實施例1
該實施例展現(xiàn)了加入氧源對NF3/Ar體系的氮化硅腐蝕速率的影響。 結(jié)果也示于圖2中。該實驗中，供給氣體由NF3、 Ar組成，也任選含有 02,其中的NF3流速為1333 sccm, Ar流速為2667 sccm。腔壓為2托。 供給氣體由400 KHz 4.6 KW RF功率活化至超過3000K的中性溫度。活 化的氣體然后進入加工腔，對控制在5(TC的溫度下的底座上的氮化硅表 面沉積物進行腐蝕。當供給氣體混合物中不含氧源時，即供給氣體混合 物由1333 seem的NF3和2667 seem的Ar構(gòu)成時，腐蝕速率4又為500A/min。如圖2所示，當向供給氣體混合物中加入了 100 sccm的02 后，即供給氣體混合物由100 sccm的02、 1333 sccm的NF3和2667 sccm 的Ar組成時，氮化珪的腐蝕速率從500增加到1650A/min。如果供給氣 體混合物中加入了 200 sccm的02，即供給氣體混合物由200 sccm的02、 1333 sccm的NF3和2667 sccm的Ar組成時，腐蝕速率進一步增加到 2000人/min。實施例2該實施例示出了 NF3/02/Ar體系對二氧化硅的腐蝕速率。將NF3流 速控制在1333 sccm, Ar流速控制在2667 sccm, 02流速分別控制在0、 100、 300、 500、 700、 900 sccm。發(fā)現(xiàn)氧的加入并未對NF3/Ar體系對二 氧化硅的腐蝕速率產(chǎn)生顯著影響。在該實驗中，腔壓為2托。供給氣體 由400 KHz 4.6 Kw RF功率活化至超過3000K的中性溫度?；罨臍怏w 然后進入加工腔，對控制在100。C的溫度下的底座上的二氧化硅表面沉 積物進行腐蝕。腐蝕速率示于圖3中。
權(quán)利要求
1.一種除去表面沉積物的方法，所述方法包括(a)在遠程腔內(nèi)用足夠強的功率對含有氧源和NF3的氣體混合物活化足夠長的時間，使得所述氣體混合物達到至少為約3,000K的中性溫度，以形成活化的氣體混合物，以及，然后(b)使所述活化的氣體混合物與表面沉積物接觸而除去至少一些所述表面沉積物。
2. 權(quán)利要求1的方法，其中，所述表面沉積物從用于制造電子設(shè)備 的加工腔內(nèi)部除去。
3. 權(quán)利要求l的方法，其中，所述氧源是氧氣或氮氧化物。
4. 權(quán)利要求3的方法，其中，所述氧源是氧氣。
5. 權(quán)利要求l的方法，其中，表面沉積物選自由硅、摻雜的硅、氮 化硅、鴒、二氧化硅、氮氧化硅、碳化硅和各種被稱之為低K材料的硅 氧化合物組成的組。
6. 權(quán)利要求5的方法，其中，表面沉積物是氮化硅。
7. 權(quán)利要求1的方法，其中，所述功率是由RF源、DC源或微波 源產(chǎn)生。
8. 權(quán)利要求7的方法，其中，所述功率是由RF源產(chǎn)生。
9. 權(quán)利要求8的方法，其中，遠程腔中所述活化的氣體混合物形成 環(huán)型構(gòu)造，且所述RF功率為頻率低于1000 KHz的變壓器耦合的感應(yīng)耦 合的RF源。
10. 權(quán)利要求9的方法，其中，采用至少一個磁芯來增強所述感應(yīng)耦合。
11. 權(quán)利要求l的方法，其中，遠程腔中的壓力在0.1托到20托之間。
12. 權(quán)利要求l的方法，其中，所述氣體混合物進一步含有載氣。
13. 權(quán)利要求12的方法，其中，所述載氣是至少一種選自由氮、氬 和氦組成組中的氣體。
14. 權(quán)利要求13的方法，其中，所述載氣是氬、氦或它們的混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及改進的遠程等離子體清洗方法，用于從表面除去表面沉積物，例如除去用于制造電子設(shè)備的加工腔內(nèi)部的表面沉積物。所述改進包括使用具有至少為約3000K的高中性溫度的活化的氣體，并向NF₃清洗氣體混合物中加入氧源以改善腐蝕速率。
文檔編號C23C16/44GK101278072SQ200680028542
公開日2008年10月1日 申請日期2006年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月2日
發(fā)明者B·白, H·H·薩溫 申請人:麻省理工學(xué)院