TW201005810A - Cleaning method of apparatus for depositing carbon containing film - Google Patents

Description

201005810 Z66^〇pif.d〇C 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種製造半導體之裝置的请潔方法， 且特別是有關於一種沈積含碳膜之裝置的反應器的乾式清 潔方法。 【先前技術】 通常，藉由使用多個單元製程來製造半導體元件，諸 如離子植入製程（ion implantation process )、成膜製程（fdjn formation process)、擴散製程（diffusion process)、微影製 程（photolithography process )以及蝕刻製程（etehing process)。在上述單元製程中，為了增加半導體元件製造 的再現性及可靠性，改良成膜製程是必要的。 藉由使用以下方法將半導體元件的膜形成於晶圓上， 諸如滅鍍、蒸發、化學氣相沈積（chemical vapor deposition ’ CVD )以及原子層沈積（atomic layer deposition，ALD)等。用以執行上述方法的膜沈積裝置通 常包括反應器、供應各種氣體至反應器的氣體管線以及放 置晶圓的晶圓塊(wafer block)。 然而，當藉由使用膜沈積裝置進行成膜製程時，在成 膜製程期間産生的反應產物沈積於（附著於）半導體膜的 表面及反應11的_上。用以進行半導體大規模生産（廳8 production)的膜沈積裝置處理大量晶圓。因此，當在反應 産物附著至反應器的狀態下持續地進行半導體製程時，半 導體製程中的膜特性將改變。其最具代表性的㈣是膜電 201005810. xoojopif.doc 阻或厚度的改變以及由於反應產物的脫落而最終産生的粒 子。這些粒子在沈積製程中會導致缺陷並且附著於晶圓 上’這將導致半導體元件產量的退化。 因此’在習知的半導體製造方法中，在膜發生變化之 前’也就是在晶圓沈積製程進行預定時間後或者沈積預定 數量的晶圓後停止膜沈積裝置，並且將反應器暴露於空 氣，使得反應器和反應器的各元件彼此分開。在藉由使二 ⑩ 揮發性材質（諸如酒精）清潔沈積於反應器以及各元件上 的異物後，將分開的反應器重組。通常，這種清潔方法被 稱為非原位（ex_situ)清潔。在非原位清潔方法中，當製 造半導體時生產力顯著地降低，並且産生設備的改變點 (change-point) 〇 膜沈積裝置的另一種清潔方法是所謂原位（in_situ) 清潔的乾式清潔方法，藉由此方法可在不停止膜沈積裝置 運轉的情况下透過使用腐蝕性氣體來移除反應器内部的沈 積産物。例如，將 CF4、C2F6、C3F8、d、〇iF3、^ β 或nf3等全氟化合物氣體（perfluorized ec)mp()und 爲π潔氣體注入到反應器内，以清潔沈積石夕（ϋ)、氧化石夕 (SiOx)或氮化矽（SiNx)等膜之装置，而移除上述膜。 特別是，隨著半導體it件的積集度不斷上升，為了降 低漏電流，已嘗試將碳加入膜内，例如沈積諸如Si〇CH的 低介電常數（l〇w-k)膜。金屬氮化物膜（例如通）可包 含10-20%的碳。因此，在沈積含碳爲5%或更多的膜之襞 置中，當藉由使用習知的腐姓氣體進行乾式清潔時，會産 201005810 Z-OOJOpif.doc 生基於氟化碳（CF*)之白色粉末的副產物。因此，需要 一種沈積含碳膜之裝置的改良乾式清潔方法。 【發明内容】 本發明提供了一種沈積含碳膜之裝置的乾式清潔方 法。 根據本發明的一方面，提供了一種沈積含碳膜之裝置 的乾式清潔方法，此方法包括清潔此裝置的反應器的内 部，其中清潔此裝置的反應器的内部包括供應清潔氣體至 反應器，清潔氣體包括藉由使用遠程電漿産生器激活之鹵 素’並同時供應未激活之碳移除氣體至反應器。 在本發明中’清潔氣體可以是從由nf3、C2F6、cf4、 CHF3、FS及其組合所組成的群組中選擇的一種氣體。碳移 除氣體可以是包括氧(0)或氫(H)的氣體。碳移除氣體可以 是從由〇2、ΚΟ、Ο;、NH3、H2及其組合所組成的群組中 選擇的一種氣體。 在供應清潔氣體及碳移除氣體之前，此方法更包括進 行〇2處理，以預先移除存在於反應器内部之副産物表面上 的碳。在清潔反應器的内部之後，此方法更包括藉由使用 含氫氣體處理沈積含碳膜之裝置，以移除清潔氣體的殘 留。在此情况下，含氫氣體可以是從由H2、NH3、SiH4、 H2〇及其組合所組成的群組中選擇的一種氣體。 在清潔反應器的内部之後，此方法更包括藉由使用含 碳膜來陳化反應器的内部。 【實施方式】 201005810 ^

‘oojopii.ClOC 現在將參照附圖更全面地描述本發明，本發明的範例 性實細例顯7F於義巾。然而，本發明可具體化爲不同形 式’並不應解釋爲侷限於本案所_的實施例。更確切地， 提供這些實施例是爲了使本發明透徹且完整，並向本領域 熟知此項技藝者全面地傳達本發明的概念。 首先’根據本發明的清潔方法可用i清潔圖1所示的 膜沈積裝置。

圖1的膜沈積裝置i包括具有内部空間的反應器1〇、 安裝在反應器10的㈣空間内可升降且放置晶圓w的晶 圓塊12、噴射氣體的_ u，噴頭u使得膜形成於放置 在晶圓塊12上之晶圓w上。 ^置1用以在半導體晶圓w(例如’矽 3 基板)上沈積含碳膜。裝置1更包括氣 體供應裝置20’其可㈣氣歸線供應某—製程的源氣體 及惰性氣體到反應器1G。在根據本發明的清潔方法^，产 潔氣體包括鹵素，並且藉由使用遠程電漿産 ^ 潔氣體並其供應至反應器10。 激活/月 包括A素的清潔氣體可以是從由NF3、C2F6、e&、 CHF3、F2及其組合所組成的群組中選擇的_種;6二。 碳移除氣體可以是包括。1 μ '’、、 mm。μ。 例如，碳移除氣體 了 j疋從由02、Ν2〇、〇3、丽3、η2及其組合所組成的群 組中選擇的一種氣體。 接下來，將描述根據本發明實施例的圖】 反應器10的清潔方法。 衣Ϊ n 8 201005810. x〇〇j〇pif.doc 第一實施例 圖2是根據本發明第一實施例的清潔方法的流程圖。 參照圖1和圖2，在圖2的操作S1中，裝置1的反應 器10的内部壓力被調節成適合進行清潔。反應器内部 的壓力爲0.3-10托爾（torr)。隨著反應器1〇的内部壓力 降低，清潔效率增加。反應器1〇的内部壓力維持在〇.5_4 torr。 ❹ 接下來，在操作S2中，藉由供應清潔氣體至反應器 10’此清潔氣體包括藉由使用遠程電漿產生器22激活之_ 素，並且同時供應未被激活之碳移除氣體至反應器，在 不停止運轉裝置1的情况下清潔反應器1〇的内部。清潔操 作S2的時間根據反應器1〇的污染程度而變化，並且可根 據處理了 1〇〇〇個還是500個晶圓而變化。儘管根據條件而 有所變化，但含碳膜是以大約1000人/min的速度來移除。 因此，當處理1000個具有膜厚為2〇〇A的晶圓時，清潔要 β 進行200分鐘。 ' 當使用裝置1沈積諸如TaCN的膜時，包括鹵素的清 潔氣體可以是NF3 ’而碳移除氣體可以是〇2。藉由操作遠 ，電漿産生器22、電漿化清潔氣體並供應清潔氣體至反應 盗10可進一步最大化清潔效率。氬（Ar)可作爲用以産 生電裝的基本製程氣體（base process gas)。 當僅使用一般乾式清潔氣體的腐蝕氣體來進行清潔 盼，存在於反應器内的碳及氟化物會彼此反應而形成氟化 唆（fluoride carbon)並且産生固體形式的副產物。因此， 9 201005810 厶〇 〇 jopif.doc 反應器10無法完全地清潔。在本發明中，藉由使用包括鹵 素的清潔氣體且將碳移除氣體添加至包括鹵素的清潔氣體 來移除反應器10中的金屬副產物，可在不產生固體形式之 副產物的情况下清潔反應器10。因此，在處理預定數量之 晶圓後，在不停止運轉膜沈積裝置的情况下進行原位清 潔，使付膜沈積裝置的生産力得以最大化。特别是，藉由 部份激活的氣體來實現本發明。清潔氣體在激活狀態下使 用’而碳移除氣體在未被激活的情況下使用。 當清潔氣體及碳移除氣體同時激活並供應至反應器 匕們會彼此反應並産生有機副產物，例如聚四氣乙婦 (Teflon)。根據本發明人所進行的實驗結果，清潔氣體及 碳移除氣體的各自流量（flux)必須調節到非常窄的範圍 内以免産生有機副產物。因此，本發明提供了一種方法， 此方法透過僅激活清潔氣體來最大化清洗效率，並且在未 被激活碳移除氣體的情况下移除碳，同時 物。在此方法中，不需藉由精細調整清潔== 體的各自流量來避免有機副產物的産生。因此，反應器的 再現性極好，並且可獲得更寬的清潔製程容限（pro· margin)。 當清潔操作S2的反應完成時’進行移除殘留於反應 器1〇内之氣體的清洗_ S3。反應器1〇、氣體管線及遠 程電漿産生益22被清洗。這是因為清潔氣體等可能合殘留 於反應器10及氣體管線内。當此類問題不會笋生時曰’可省 略清洗操作S3。在此考量上，清洗氣體可以^隋性氣體， 201005810 ^««Depif.doc 例如Ar或N2。 第二實施例 根據:發清潔方法的流程圖。 潔方法’但與圖2之清潔方;^法類似於圖2中的清 操作。 +同之處在於還包括其他 參照圖1和圖3,在圖3 m 的内部壓力調節成適合進行清潔:乍S11中，將反應器10 接下來，在操作S12中， (操作SU)來氧化反應器了么處理。進行〇2處理 並預先移除碳。 。卩之副産物表面上的碳， 隨後，在操作S13中，藉由供庵生 此清潔氣體包㈣由使用_#^=廷應器1〇, 素，並且同時供雇去姑勢、革 ，生生器22激活之鹵 潔反應器ίο的内t 石炭移除氣體至反應器10來清 内之S13元成時，進行移除殘留在反應器10 内之呆作S14。圖2中的操作S3可作_作814。 f來’在操作S15中，藉由使用含氫氣體進一步進 1的操作’以移除清潔氣體的殘留。在此情况 二、3虱氣體可以是從ώ JJ2、殖3、卿、氏〇及其組合 =成的群组巾選擇的—種氣體。含氫氣體可簡單地進行清 或藉由在含氫氣體内産生電漿來進行處理。 _接下來’藉由使用含碳膜來進行陳化(seasoning)反 器10内。p的操作，並且使反應器最適於進行膜沈積 201005810 ^£88D 5pif.doc 在清潔完成後，爲了藉由裝載晶圓來進行膜沈積，恭 組合反應益10内的大氣。這是因爲會發生在清潔完成後第 一次沈積的膜與後續製程沈積的膜具有不同屬性（例如膜 厚度降低）的問題。因此，作爲清潔方法的最後操作，在 加載第一個晶圓之前，預先進行陳化操作S16，也就是在 反應器10的内部表面上覆蓋即將沈積於晶圓上之膜。& 儘管參照其範例性實施例具體顯示且描述了本發明， 但本領域熟知此項技術者應理解在不脫離如後續申請專利 範圍所定義之本發明的精神和範圍的情況下還可以進行各 種形式及細節上的修改。 根據本發明，可有效地清潔沈積含碳膜之裝置。藉由 供應清潔氣體至反應器，此清潔氣體包括藉由使用遠程電 漿産生器激活之鹵素，並且同時供應未被激活之碳移除氣 體至反應器來清潔反應器内部的金屬副產物，使得可以在 不産生固體形式之副產物的情况下清潔反應器。因此，在 處理預疋數篁的晶圓後，在不停止運轉沈積含碳膜之裝置 ® 的情况下進行原位清潔，使得沈積含碳膜之裝置的生產力 得以最大化。 特別是’在使用部份激活氣體的反應器清潔方法中， 清潔氣體是在激活狀態下使用，而碳移除氣體是在未被激 活的情況下使用。故在此方法中，反應器的再現性極好， 並且可獲得更寬的清潔製程容限。 如上所述，本發明提供了一種沈積含碳膜之裝置的原 位清潔方法。一般來說，藉由僅使用腐蝕氣體進行清潔時， 12 201005810 bpif.doc 會在反應器内產生固體形式的副產物，並且因此無法完全 地清潔反應器。在本發明中’藉由使用包括鹵素的清潔氣 體且添加碳移除氣體至包括_素的清潔氣體來移除反應器 中的金屬副產物，可在不產生固體形式之副產物的情况下 清潔反應器。 特別是’本發明介紹一種使用部份激活氣體的反應器 清潔方法。清潔氣體在激活狀態下使用，而礙移除氣體在 Φ 未被激活的情況下使用。在此方法中，反應器的再現性極 好，並且可獲得更寬的清潔製程容限。 【圖式簡早說明】 圖1繪示了用以進行根據本發明一實施例之清潔方法 的沈積含碳膜之裝置。 h 圖2是根據本發明第一實施例的清潔方法的流程圖。 圖3是根據本發明第二實施例的清潔方法的流程圖。 【主要元件符號說明】 I :膜沈積裝置 ® 10:反應器 II :喷頭 12 :晶圓塊 20:氣體供應裝置 22 :遠程電漿産生器 "W .晶圓 SI、S2、S3 :步驟

Sll、S12、S13、S14、S15、S16 :步驟 13

Claims (1)

1. 201005810 2i5i08pif.doc 十、申請專利範圍： 1. -種沈積含碳膜之I置的乾式清⑽法，所述方法 包括清潔賴裝置的反絲的㈣，料清㈣述裝置的 所述反應㈣所述内部包括供應清潔氣體至所述反應器並 同時供應未被激活之碳移除氣體至所述反應器，所述清潔 氣體包括藉由使用遠程電漿産生器激活的_素。 2. 如申請專利範圍第1項所述之沈積含碳膜之裝置的 乾式清潔方法，其中所述清潔氣體是從由、C2F6、CF4、 CHF3、F2及其組合組成的群組中選擇的一種氣體。 3. 如申请專利範圍第1項所述之沈積含碳膜之裝置的 乾式清潔方法’其中所述碳移除氣體是包括氧或氫的氣體。 4. 如申請專利範圍第1項所述之沈積含碳膜之裝置的 乾式清潔方法，其中所述碳移除氣體是從由〇2、叫〇、〇3、 ΝΗ3、Ha及其組合組成的群組中選擇的一種氣體。 5. 如申請專利範圍第1項所述之沈積含碳膜之裝置的 乾式清潔方法，更包括在供應所述清潔氣體及所述碳移除 氣體之前，進行〇2處理，以預先移除存在於所述反應器内 部之副產物表面上的碳。 6. 如申請專利範圍第1項所述之沈積含碳膜之裝置的 乾式清潔方法，更包括在清潔所述反應器的所述内部之 後，藉由使用含氫氣體處理所述沈積含碳膜之裝置來移除 所述清潔氣體的殘留。 7. 如申請專利範圍第6項所述之沈積含碳膜之裝置的 乾式清潔方法，其中所述含氫氣體是從由H2、NH3、SiH4、 14 201005810 288^8pif.doc h2〇及其組合組成的群組中，種氣體。 8.如申請專利範圍第1項所述之沈積含碳膜之裝置的 乾式清潔方法，更包括在清潔所述反應器的所述内部之 後，藉由使用所述含碳膜來陳化所述反應器的所述内部。 15