CN1592798A

CN1592798A - 用于半导体制造设备的清洁气体以及使用该气体的清洁方法

Info

Publication number: CN1592798A
Application number: CN 02804007
Authority: CN
Inventors: 大野博基; 大井敏夫
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2002-12-12
Publication date: 2005-03-09
Also published as: TW571366B; TW200301932A; JP2003178986A

Abstract

本发明提供一种用于除去制造半导体或液晶的设备中淀积物的清洁气体，包括含1vol％或更少的氧和/或含氧化合物的氟气。本发明的清洁气体能实现高效的半导体器件的制造工艺，能确保高蚀刻速率、高清洁效率以及优良的性能价格比。

Description

用于半导体制造设备的清洁气体以及使用该气体的清洁方法

相关申请的交叉参考

本申请依照35U.S.C.章111(a)进行申请，依照35U.S.C.章119(e)(1)35U.S.C.章111(a)的规定要求2002年6月27日申请的U.S.临时申请序列号No.60/391,622的优先权。

技术领域

本发明涉及用于制造半导体或TFT(薄膜晶体管)液晶器件的设备的清洁气体以及使用该气体的清洁方法，其中形成膜时或蚀刻硅、氮化硅、氧化硅、钨等时积累在膜形成设备或蚀刻设备内不需要的淀积物要被除去，还涉及包括使用清洁气体的清洁步骤的制造半导体器件的方法。

背景技术

在制造半导体或TFT液晶器件的膜形成设备或蚀刻设备中，形成膜时或蚀刻硅、氮化硅、氧化硅、钨等时积累在膜形成设备或蚀刻设备内的淀积物导致产生颗粒并阻碍了制造良好的膜，因此，必要时必须除去这些淀积物。

因此通过由如NF₃、CF₄以及C₂F₆的氟型蚀刻气体激发(excitated)的等离子体蚀刻淀积物的方法除去半导体制造设备中的淀积物。然而，使用NF₃的方法具有NF₃很昂贵的问题，使用如CF₄和C₂F₆的全氟化碳的方法具有蚀刻速率低并且清洁效率低的问题。此外，使用如全氟化碳的蚀刻气体的蚀刻方法会释放出大量未反应的气体，需要消除污染性排放物的后工艺并由于释放出温室效应气体对环境产生沉重的负担。

另一方面，作为增加清洁效率的技术，采用了将O₂添加到如CF₄和C₂F₆的全氟化碳中的方法，然而，同样已知的是过量地添加O₂会负面地减小清洁效率。假设添加O₂具有通过(1)与受激期间分离的碳或硫反应产生CO_x或SO_x，以及(2)抑制了C-C键或S-S键的形成和再形成容易释放氟的效果。虽然与C和O或S和O之间的相互作用相比，F和O之间的相互作用很弱，但过量的氧(O)会加速F基的活性降低。

使用F₂气体作为清洁气体的优点是消除污染性排放物的工艺很容易。就需要的能量而言，使用如全氟化碳和NF₃的气体的常规清洁方法在消除大量未反应的排放气体的过程中消耗了大量的能量，然而使用F₂的清洁方法由于能够容易地消除通常使用的常规工艺产生的污染性排放物的高反应性，很合算。

由于除去淀积物的工艺基于氟和淀积物之间的反应，如果引入的气体为纯氟，理论上，清洁效率将为最高值。

然而，目前可商业得到的氟气纯度很低，如HF、O₂、N₂、CO₂、H₂O、CF₄以及SF₆等杂质含在其中。O₂、CO₂和H₂O会负面地影响使用F₂气体的清洁工艺，虽然通过吸收操作可以较容易地除去HF，但可用做稀释气体或蚀刻气体的N₂、CF₄以及SF₆对使用F₂气体的清洁工艺产生有很小负面影响。

发明内容

在这些情况下形成本发明。因此，本发明的一个目的是提供一种清洁气体及使用气体的清洁方法，能确保高蚀刻速率、高清洁效率以及优良的性能价格比。此外，本发明的另一目的是提供一种半导体器件的制造方法。

经过广泛的研究以解决以上介绍的问题，本发明人发现包括氟并且其中氧和/或含氧化合物的含量极低的清洁气体增加了蚀刻速率并提高了清洁效率，由此完成了本发明。

也就是，如下面(1)和(16)中介绍的，本发明涉及清洁气体和清洁方法，以及制造半导体器件的方法。

(1)用于除去制造半导体或液晶的设备中淀积物的清洁气体，包括含1vol％或更少的氧和/或含氧化合物的氟气。

(2)以上(1)中介绍的清洁气体，其中含在氟气中的氧和/或含氧化合物的含量为0.5vol％或更少。

(3)以上(2)中介绍的清洁气体，其中含在氟气中的氧和/或含氧化合物的含量为0.1vol％或更少。

(4)以上(1)到(3)任何一个中介绍的清洁气体，其中氟气的纯度为99vol％或更多。

(5)以上(4)中介绍的清洁气体，其中氟气的纯度为99.5vol％或更多。

(6)以上(1)到(3)任何一个中介绍的清洁气体，其中含氧化合物为选自NO、N₂O、NO₂、CO、CO₂、H₂O、OF₂、O₂F₂以及O₃F₂组成的组中的至少一种化合物。

(7)以上(6)中介绍的清洁气体，其中含氧化合物为选自CO、CO₂和H₂O组成的组中的至少一种化合物。

(8)以上(1)到(7)任何一个中介绍的清洁气体，包括选自He、Ar、N₂、Ne、Kr以及Xe组成的组中的至少一种稀释气体。

(9)以上(8)中介绍的清洁气体，包括选自He、Ar和N₂组成的组中的至少一种稀释气体。

(10)一种半导体或液晶器件的制造设备的清洁方法，使用以上(1)到(9)任何一个中介绍的清洁气体。

(11)以上(10)中介绍的清洁方法，其中激活以上(1)到(9)任何一个中介绍的清洁气体以产生等离子体，在等离子体中除去半导体制造设备中的淀积物。

(12)以上(11)中介绍的清洁方法，其中用于等离子体的激活源为微波。

(13)以上(10)中介绍的清洁方法，其中在50到500℃的温度范围内使用清洁气体。

(14)以上(10)中介绍的清洁方法，其中在无等离子体的系统中在200到500℃的温度范围内使用清洁气体。

(15)一种制造半导体器件的方法，包括使用以上(1)到(9)任何一个中介绍的清洁气体的清洁步骤和分解清洁步骤排放的含氟化合物气体的分解步骤。

(16)以上(15)中介绍的制造半导体器件的方法，其中氟化合物为至少选自SiF₄、HF、CF₄、NF₃和WF₆组成的组中的至少一种化合物。

附图说明

图1示意性示出了使用本发明的清洁气体的蚀刻设备。

具体实施方式

下面详细介绍本发明。

用于本发明的半导体或液晶器件的制造设备的清洁气体包括含1vol％或更少的氧和/或含氧化合物的氟气。

在用于半导体的制造设备的清洁气体中，含在氟气中的氧和/或含氧化合物的含量优选为0.5vol％或更少，更优选为0.1vol％或更少。如果氟气中的氧和/或含氧化合物的含量超过1vol％，那么清洁效率将不希望地降低。

含氧化合物例如为选自NO、N₂O、NO₂、CO、CO₂、H₂O、OF₂、O₂F₂以及O₃F₂组成的组中的至少一种化合物，本发明的清洁气体的特征在于包括含1vol％或更少的氧和/或含氧化合物的氟气。含氧化合物可以是选自CO、CO₂和H₂O组成的组中的一种或多种化合物。

通过消除含在其内的作为杂质的氧和/或含氧化合物确定的氟气纯度优选99vol％或更多，更优选99.5vol％或更多。此外，虽然本发明的清洁气体包括含有1vol％或更少的氧和/或含氧化合物的氟气，优选同时不稀释氟气，但是如果一些清洁条件需要，那么可以稀释氟气。用于稀释氟气的气体优选为选自He、Ar、N₂、Ne、Kr以及Xe组成的组中的至少一种稀释气体，更优选地为选自He、Ar和N₂组成的组中的至少一种稀释气体。

使用本发明的清洁气体清洁半导体制造设备时，可以在等离子体条件或无等离子体条件下使用气体。

当在等离子体条件下使用气体时，不特别地限定激发源，只要从本发明的清洁气体激发等离子体，但优选微波激发源，是由于可以获得良好的清洁效率。此外，当使用本发明的清洁气体时，不特别地限定温度和压力，只要能产生等离子体，但温度范围优选50到500℃，压力范围优选1到500Pa。

当在无等离子体条件时，清洁气体被引入室内，室的内部压力优选设置为1到500Pa，在200到500℃加热室的内部以及清洁气体的至少一部分或两者之一以激活清洁气体。然后，从室内和积累淀积物的其它区域蚀刻并除去淀积物，由此清洁了半导体制造设备。

在用于本发明的半导体制造设备的清洁气体中，

(1)能够以较低的能量级别解离并产生活性物种的F₂气体含在气体中，以及

(2)含在其内的氧和/或含氧化合物对氟自由基的产生和维持有负面影响，其含量减小到最小。通过这些特点，与常规使用NF₃气体相比，本发明显示出更多有利效果。与NF₃气体相比，在低能量级别和完成解离时F₂解离，仅产生F基。因此，由于当进行清洁时在系统中仅存在活性物种，因此与其内积累的淀积物的反应效率极高。

图1示出了使用本发明的清洁气体的蚀刻设备的一个例子。清洁气体由清洁气体进气口6引入到设置为恒温的室1内，此时由微波等离子体激发源激发气体并产生等离子体。在样品台3上蚀刻硅晶片2之后得到的气体由干燥泵5排出，并根据含在其内的气体种类使用分解剂变得无害。此外，通过随着蚀刻重复进行相同操作有效地除去了蚀刻之后积累的淀积物，由此可以有效地清洁室。

接下来，介绍用于本发明的半导体器件的制造工艺。

如上所述，根据本发明，可以有效地进行半导体制造设备的清洁。然而，除了用于清洁的F₂气体之外，使用本发明的清洁气体的清洁工艺期间排放的气体含有如HF、CF₄、SiF₄、NF₃以及WF₆的氟化合物。含F₂的这些化合物如果释放到大气中，由于它们是或者如果分解会产生酸性气体，极大地影响了全球变暖，因此需要将这些化合物变得完全无害。本发明提供了一种用于半导体器件的制造工艺，包括半导体制造设备的清洁步骤以及分解在半导体器件的制造工艺中由分解步骤排放的含氟化合物气体的分解步骤。

使用以上介绍的方法进行半导体制造设备的清洁步骤。此外，不特别地限定在分解由清洁步骤排放的含氟化合物的分解步骤中使用的方法，根据含在排放气体中的化合物种类选择分解剂。优选地，稳定之后释放的氟化氢作为金属氟化物，分解之后释放碳成为二氧化碳。

实施本发明的最佳方式

下面通过参考例子和比较例更详细地介绍本发明，然而本发明不限于这些例子。

例1到2

将图1中所示的测试装置调节到300Pa的装置内部压力。具有表1所示组成的清洁气体由2.45GHz和500W的微波等离子体激发源激发，然后引入到测试装置内以蚀刻放置在测试装置内的硅晶片。由蚀刻之后硅晶片的体积损失确定蚀刻速率，结果显示在表1中。

表1

例子	使用的气体和混合比例(体积％)		蚀刻速率(nm/min)
	使用的气体和混合比例(体积％)		蚀刻速率(nm/min)	F₂	O₂	2000
	1	100	0	F₂	O₂
2	1	100	0	99	1		1800

显示出含1vol％或更少氧的F₂气体显示出相当高的蚀刻速率。

比较例1

除了清洁气体改变为具有表2所示组成的气体之外，以与例1中相同的方式确定每种清洁气体的蚀刻速率。

表2

比较例	使用的气体和混合比例(体积比)		蚀刻速率(nm/min)
	使用的气体和混合比例(体积比)		蚀刻速率(nm/min)	F₂	O₂	1200
	1	95	5	F₂	O₂

显示出F₂气体含5vol％或更多的氧时蚀刻速率显著减少。

例3

代替硅晶片，对在其上积累有非晶硅、氮化硅等的淀积物的石英片进行清洁。通过2.45GHz和500W的微波等离子体激发源激发例1中使用的清洁气体并引入到调节到300Pa内部压力的测试装置内，清洁石英片并取出。由此，可以确定淀积物被完全除去。

工业实用性

用于本发明的半导体制造设备的清洁气体蚀刻速率很高，因此，可以确保有效的清洁和优良的性能价格比。根据本发明的半导体制造设备的清洁方法，可以有效地除去形成膜时或蚀刻硅、氮化硅、氧化硅、钨等时积累在膜形成设备或蚀刻设备内的不需要的淀积物。此外，通过使用本发明的清洁气体的清洁步骤以及分解清洁步骤排放的含氟化合物气体的分解步骤，可以使其无害并且有效地制造半导体器件。

Claims

1.一种用于除去制造半导体或液晶的设备中淀积物的清洁气体，包括含1vol％或更少的氧和/或含氧化合物的氟气。

2.根据权利要求1的清洁气体，其中含在氟气中的氧和/或含氧化合物的含量为0.5vol％或更少。

3.根据权利要求2的清洁气体，其中含在氟气中的氧和/或含氧化合物的含量为0.1vol％或更少。

4.根据权利要求1到3任何一个中的清洁气体，其中氟气的纯度为99vol％或更多。

5.根据权利要求4中的清洁气体，其中氟气的纯度为99.5vol％或更多。

6.根据权利要求1到3任何一个中的清洁气体，其中含氧化合物为选自NO、N₂O、NO₂、CO、CO₂、H₂O、OF₂、O₂F₂以及O₃F₂组成的组中的至少一种化合物。

7.根据权利要求6中的清洁气体，其中含氧化合物为选自CO、CO₂和H₂O组成的组中的至少一种化合物。

8.根据权利要求1到7任何一个中的清洁气体，包括选自He、Ar、N₂、Ne、Kr以及Xe组成的组中的至少一种稀释气体。

9.根据权利要求8中的清洁气体，包括选自He、Ar和N₂组成的组中的至少一种稀释气体。

10.一种半导体或液晶器件的制造设备的清洁方法，使用权利要求1到9任何一个中的清洁气体。

11.根据权利要求10中的清洁方法，其中激活以上权利要求1到9任何一个中介绍的清洁气体以产生等离子体，在等离子体中除去半导体制造设备中的淀积物。

12.根据权利要求11中的清洁方法，其中用于等离子体的激活源为微波。

13.根据权利要求10中的清洁方法，其中在50到500℃的温度范围内使用清洁气体。

14.根据权利要求10中的清洁方法，其中在无等离子体的系统中在200到500℃的温度范围内使用清洁气体。

15.一种制造半导体器件的方法，包括使用以上权利要求1到9任何一个中介绍的清洁气体的清洁步骤和分解清洁步骤排放的含氟化合物气体的分解步骤。

16.根据权利要求15的制造半导体器件的方法，其中氟化合物为选自SiF₄、HF、CF₄、NF₃和WF₆组成的组中的至少一种化合物。