專利名稱：使用氟化硫從cvd/pecvd腔的內(nèi)部除去表面沉積物的遠(yuǎn)程腔方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用經(jīng)遠(yuǎn)程活化含有氧源、氟化硫和氮源的氣體混合物 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(yuǎn)程活化含有氧源、氟化硫和氮源的氣體混合物而 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)表面上沉積物的方法。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(duì)化學(xué)氣相沉積(CVD)腔和等離子 體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)腔進(jìn)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(yuǎn)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(duì)沉積物進(jìn)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。第二，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(huì)腐蝕腔部件，因此需要進(jìn)行昂貴的和耗時(shí) 的部件更換。認(rèn)識(shí)到原位等離子體清洗的這些缺點(diǎn)后，遠(yuǎn)程腔等離子體清洗方 法越來越受到歡迎。在遠(yuǎn)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(dá)CVD/PECVD加工腔的內(nèi)部。傳輸 通道例如可以是由短連接管和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(yuǎn)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。對(duì)于進(jìn)行等離子體清洗來說，清洗氣體的選擇是至關(guān)重要的。由 于具有相對(duì)較弱的氮-氟鍵，NF3很快發(fā)生離解，這使其一直是流行的 高效清洗氣體。然而，NF3具有毒性、性質(zhì)活潑并且昂貴。在進(jìn)行運(yùn)輸 時(shí)也需小心防止降解的發(fā)生。因此，需要一種替代的清洗氣體，其在不犧牲清洗性能如腐蝕速 率之下較為便宜和更加安全。發(fā)明綜述本發(fā)明涉及除去表面沉積物的方法，所述方法包括(a)在遠(yuǎn)程 腔內(nèi)對(duì)含有氧源、氟化硫和氮源的氣體混合物進(jìn)行活化以及，然后(b) 使所述活化的氣體混合物接觸表面沉積物而除去至少一些所述表面沉積物。


圖1是用于進(jìn)行本方法的一種裝置的示意圖。 圖2是向SF6 + 02 + Ar供給氣體混合物中加入N2和NF3對(duì)氮化硅 的腐蝕速率的影響圖示。圖3中比較了 NF3/CVAr體系和SF6/02/N2/Ar體系對(duì)氮化硅的腐蝕速率。圖4是向SF6 + 02 +Ar供給氣體混合物中加入N2對(duì)二氧化石圭的腐 蝕速率的影響圖示。圖5是對(duì)暴露于SF6+ 02+Ar+N2等離子體后的藍(lán)寶石晶片的X-射 線光電子分光光譜(XPS)檢驗(yàn)。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(qiáng)化學(xué)氣相沉積或類似過程沉積下來的材料。這些材料包括硅、 摻雜的硅、氮化硅、鵠、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，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 沉積物是氮化硅。本發(fā)明的一種實(shí)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(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD )腔。本發(fā)明的其他實(shí)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(yuǎn) 程腔中被活化?；罨赏ㄟ^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(dá)到，這些方式如射電頻率(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(shí)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)形構(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(qiáng)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(huì)產(chǎn)生過多的限制遠(yuǎn)程等離子體源腔內(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(shí)施方式是遠(yuǎn)程微波、電容或感應(yīng)耦合的等離 子體源。本發(fā)明的一種實(shí)施方式包括一活化步驟，其使用足以在足夠長(zhǎng)時(shí) 間內(nèi)形成具有至少約3 000 K的中性溫度的活化的氣體混合物的功率。 所得等離子體的中性溫度取決于功率和氣體混合物在遠(yuǎn)程腔中的停留 時(shí)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(shí)間的 延長(zhǎng)而增高。這里，優(yōu)選的中性溫度高于約3000 K。在適當(dāng)?shù)臈l件下 (考慮到功率、氣體組成、氣壓和氣體停留時(shí)間)，可獲得至少約為6000 K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(yuǎn)程腔中形 成。本發(fā)明中，遠(yuǎn)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(yuǎn)程腔和加工腔之間通過允許從遠(yuǎn)程腔到 加工腔傳輸活化的氣體的任何裝置連接。例如，傳輸通道可以由短連 接管和CVD/PECVD加工腔的噴頭構(gòu)成。遠(yuǎn)程腔以及用于將遠(yuǎn)程腔連 接到加工腔上的裝置由本領(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(yáng)極氧化鋁作為腔組件。有時(shí)， 在內(nèi)表面進(jìn)行AI203涂覆以降低表面復(fù)合。經(jīng)活化而形成活化的氣體的氣體混合物包括氧源、氟化硫和氮源。 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 氧化物在這里是指含有氮和氧的分子。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。在清洗氣體混合物中的不需要的氧氣將限制腐蝕速率。氧氣與氟化硫的優(yōu)選的摩爾比率小于5:1。本 發(fā)明中的氟化硫是SF6、 SF5或SF4。優(yōu)選的氟化硫是SF6。本發(fā)明中"氮源"在這里是指能夠在本發(fā)明的活化步驟中產(chǎn)生原子氮的氣體。 這里，氮源的例子包括但不限于N2， NF3和氮氧化物。優(yōu)選的氮源為氮?dú)?。?jīng)活化而形成活化的氣體的氣體混合物可進(jìn)一步包括載氣，如氬和氦?；罨襟E中，遠(yuǎn)程腔的總壓力可以在約0.1托到約20托。發(fā)現(xiàn)本發(fā)明中氮源可顯著地增加氟化硫?qū)Φ璧母g速率。在 本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，如以下實(shí)施例1所示，加入少量的氮?dú)饪?使SF6/02/Ar清洗氣體混合物對(duì)氮化硅的腐蝕速率增加十三倍。事實(shí)上， 本發(fā)明的SF6/02/Ar/N2體系在相似條件下的腐蝕速率甚至優(yōu)于 NF3/02/Ar體系。另見對(duì)比例2。發(fā)現(xiàn)在本發(fā)明條件下，加工腔內(nèi)表面在用活化的氣體處理后無含 硫沉積物。另見實(shí)施例4和圖5。下面的實(shí)施例將用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行舉例說明，但并無限制之意。實(shí)施例圖1示出了用于本發(fā)明的遠(yuǎn)程等離子體源、傳輸管、加工腔和廢 氣排放裝置的示意圖。遠(yuǎn)程等離子體源是由MKS Instruments, Andover, MA, USA制造的商用環(huán)形MKS ASTRON ex活化氣體生成器單元。 供給氣(例如氧、氟化硫、NF3、氮源、氬)從左側(cè)引入遠(yuǎn)程等離子體 源，并穿過環(huán)形放電，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%。 SFe是 由Airgas制造的，純度為99,8%, NF3氣是由DuPont制造的，純度為 99.999%。氮?dú)馐怯葾irgas制造的級(jí)別為4.8的產(chǎn)品，氬是由Airgas制 造的級(jí)別為5.0的產(chǎn)品。活化的氣體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(fù)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)射光傳(OES)測(cè)定，理 論上將測(cè)定中像。2和N2那樣的雙原子的旋振轉(zhuǎn)換帶被采用來產(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(duì)表面沉積物的腐蝕速率由加工腔中的干涉測(cè)量裝置測(cè)量。在排出泵入口處加入N2氣，用以將產(chǎn)物稀釋到適合進(jìn)行FTIR測(cè)量的濃 度以及減少產(chǎn)物在泵中的殘留。FTIR用于測(cè)量泵排氣中物質(zhì)的濃度。實(shí)施例1該實(shí)施例展現(xiàn)了加入氮源對(duì)SF6/02/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(shí)驗(yàn)中，供給氣體由02、 SF6、 Ar組成， 也任選含有N2或NF3，其中的02流速為667 sccm， Ar流速為2000 sccm, SF6流速為667 sccm。腔壓為2托。供給氣體由400 KHz 4.8 Kw RF功率活化至超過3000K的中性溫度?；罨臍怏w然后進(jìn)入加工腔， 對(duì)控制在5(TC的溫度下的底座上的氮化硅表面沉積物進(jìn)行腐蝕。當(dāng)供 給氣體混合物中不含氮源時(shí)，即供給氣體混合物由667 sccm的O2、2000 sccm的Ar和667 sccm的SFs構(gòu)成時(shí)，腐蝕速率僅為189A/min。如圖 2中間的方柱所示，當(dāng)向供給氣體混合物中加入了 100 sccm的N2后， 即供給氣體混合物由100 sccm的N2、 667 sccm的02、 2000 sccm的 Ar和667 sccm的SF6組成時(shí)，氮化硅的腐蝕速率從189增加到 2465A/min。如果供給氣體混合物中改為加入了 300 sccm的NF3,即供 給氣體混合物由300 sccm的NF3、 667 sccm的02、 2000 sccm的Ar和 667 sccm的SF6組成時(shí),腐蝕速率增加到2975 A/min。實(shí)施例2 (對(duì)比) 該例示出了在與實(shí)施例1類似條件下NF3/02/Ar體系的氮化硅腐蝕 速率。將NF3流動(dòng)速率控制在1333 sccm,這樣總氟原子數(shù)量與實(shí)施例 1中的相同。在該實(shí)驗(yàn)中，供給氣體由02、 NF3和Ar組成，其中， 02流速為200 sccm， Ar流速為2667 sccm， NF3流速為為1333 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?；罨臍怏w然后進(jìn)入加工腔，對(duì)控制在5(TC的溫度下的 底座上的氮化硅表面沉積物進(jìn)行腐蝕。腐蝕速率測(cè)得為2000 A/min, 約低于SF6/02/Ar/N2混合物的20%。(另見圖3 )實(shí)施例3該實(shí)施例展現(xiàn)了加入氮源對(duì)SF6/02/Ar體系的Si02腐蝕速率的影響。結(jié)果也示于圖4中。該實(shí)馬全中，供給氣體由02、 SF6、 Ar組成， 也任選含有N2，其中的02流速為667 sccm， Ar流速為2000 sccm， SF6 流速為667 sccm。腔壓為2托。供給氣體由400 KHz 4.8 Kw RF功率活 化至超過3000K的中性溫度?；罨臍怏w然后進(jìn)入加工腔，對(duì)控制在 100。C的溫度下的底座上的Si02表面沉積物進(jìn)行腐蝕。當(dāng)供給氣體中不 含氮源時(shí)，即供給氣體混合物由667 sccm O2、2000 sccm Ar和667 sccm SF6組成時(shí)，腐蝕速率僅為736 A/min。而當(dāng)向供給氣體中加入100 sccm 1\12后，即供給氣體混合物由100 sccm N2、 667 sccm 02、 2000 sccm Ar 和667 sccm SF6組成時(shí)，Si02的腐蝕速率從736增加到854 A /min。實(shí)施例4在該實(shí)^r中，供給氣體由02、 N2、 SF6和Ar組成，其中，02流 速為667 sccm、 N2流速為100 sccm、 Ar流速為2000 sccm、 SF6流速為 667 sccm。腔壓為2托。供給氣體由400 KHz 4.8 Kw RF功率活化至超 過3000K的中性溫度。活化的氣體然后進(jìn)入加工腔，對(duì)控制在25匸的 溫度下的底座上的藍(lán)寶石晶片表面處理IO分鐘。圖5顯示出處理后的 表面干凈無石危。
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(yuǎn)程腔內(nèi)對(duì)含有氧源、氟化硫和氮源的氣體混合物進(jìn)行活化并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接觸表面沉積物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，所迷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4的方法，其中，所迷氧氣和所述氟化硫的摩爾比率
6. 權(quán)利要求1的方法，其中，所迷氮源是氮?dú)?、NF3或氮氧化物。
7. 權(quán)利要求6的方法，其中，所述氮源是氮?dú)狻?br> 8. 權(quán)利要求1的方法，其中，所述表面沉積物選自由硅、摻雜的 硅、氮化硅、鎢、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。
9. 權(quán)利要求8的方法，其中，所迷表面沉積物是氮化硅。
10. 權(quán)利要求1的方法，其中，所迷氣體混合物通過使用足夠強(qiáng)度性溫度。
11. 權(quán)利要求10的方法，其中，所述功率由RF源、DC源或微波源產(chǎn)生。
12. 權(quán)利要求ll的方法，其中，所述功率由RF源產(chǎn)生。
13. 權(quán)利要求12的方法，其中，所述RF源為頻率低于1000 KHz 的變壓器耦合的感應(yīng)耦合的RF源。
14. 權(quán)利要求10的方法，其中，遠(yuǎn)程腔中的壓力在0.1托到20托之間。
15.權(quán)利要求l的方法，其中，所述氣體混合物進(jìn)一步含有栽氣。
16. 權(quán)利要求15的方法，其中，所述栽氣是至少一種選自由氬和 氦組成組中的氣體。
17, 權(quán)利要求l的方法，其中，所迷氟化硫是SF6。全文摘要
本發(fā)明涉及改進(jìn)的遠(yuǎn)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(jìn)包括向含有氧源和氟化硫的供給氣體混合物中加入氮源。
文檔編號(hào)C23C16/44GK101238238SQ200680028543
公開日2008年8月6日 申請(qǐng)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(qǐng)人:麻省理工學(xué)院