CN101285179A

CN101285179A - 监控化学气相沉积反应腔室洁净度与洗净工艺时间的方法

Info

Publication number: CN101285179A
Application number: CNA2007100394304A
Authority: CN
Inventors: 王雷; 张炳一
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2007-04-12
Filing date: 2007-04-12
Publication date: 2008-10-15

Abstract

本发明提供一种监控化学气相沉积反应腔室洁净度与洗净工艺时间的方法，其利用一种会因为反应腔室杂质污染物存在，而造成材料折射率产生改变的监控层，来对反应腔室洁净度进行监控，以达到避免因反应腔室洗净时间不足，所造成的后续沉积层成品率不佳的缺点，并进而提供所需洗净工艺时间长度的相关讯息。

Description

监控化学气相沉积反应腔室洁净度与洗净工艺时间的方法

技术领域

本发明涉及一种监控化学气相沉积反应腔室洁净度与洗净工艺时间的方法，特别涉及一种利用会因反应腔室洁净度而导致折射系数值产生变化的沉积薄膜层来监控化学气相沉积腔室洁净度与洗净工艺时间的方法。

背景技术

所谓化学气相沉积(Chemicai Vapor Deposition，CVD)的技术，顾名思义，乃是利用化学气相沉积法，在反应腔室内将反应物生成，并沉积于晶片表面上。因此不管化学气相沉积是依据操作压力区分为常压(Atmospheric)与低压(Low Pressure)或者依反应腔室结构分为水平式(Horizontal)、直立式(Vertical)、直桶式(Barrel)、管状式(Tubular)、烘盘式(Pancake)及连续式(Continuous)，还是依反应腔室壁温度也可将化学气相沉积工艺区分为热壁式(Hot Wall)与冷壁式(Cold Wall)两种，反应腔室可以说是位居整个化学气相沉积工艺的心脏位置，其是整个工艺成品形成的位置所在，因此反应腔室的洁净与否成为化学气相沉积法最根本且最直接影响反应生成膜成品优劣的关键。

然而，现有技术对反应腔室洁净度与否，是通过经验值判断，也就是采用反应生成膜成品优劣平均来决定反应腔室洗净工艺于某一特定运作次数后开始的时序，例如一般高密度等离子化学气相沉积工艺在沉积每5片晶片后，进行高密度等离子化学气相沉积反应器的清洗，以去除沉积于反应器壁上的氧化硅，但这样的方式并无法即刻获知反应腔室污染物，如悬浮微粒，含量已超过接受值，而导致工艺失效与无谓的工艺成本上的浪费。

此外，在洗净工艺所需时间长短上，也采经验值的方式进行设定，但这样的设定并无法设定精确、足够的洗净工艺时间，导致将产生清净不足或者过份洗净，而产生工艺上的产能的降低，且过份的洗净工艺对化学气相沉积机台也不疑是一种重大损伤。

因此本发明针对上述问题，提出一种监控化学气相沉积反应腔室洁净度与洗净工艺时间的方法，来有效解决化学气相沉积反应腔室内潜藏污染的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种监控化学气相沉积反应腔室洁净度与洗净工艺时间的方法，其能够有效的监控化学气相沉积反应腔室洁净度，以避免因化学气相沉积反应腔室污染所引起的后续沉积薄膜污染。

本发明的另一目的在于，提供一种监控化学气相沉积反应腔室洁净度与洗净工艺时间的方法，其能够快速的判断反应腔室是否已经到达足够的洁净度。

本发明的再一目的在于，提供一种监控化学气相沉积反应腔室洁净度与洗净工艺时间的方法，其能够有效的监控不同化学气相沉积工艺反应后，需进行的反应腔室洗净工艺时间。

为达上述目的，本发明提供一种监控化学气相沉积反应腔室洁净度的方法，其方法包括有下列步骤提供一已经过洗净工艺的化学气相沉积反应腔室；在反应腔室内置入一晶片；在晶片上沉积一监控层；以及对该监控层进行折射系数值测量，以通过该折射系数值是否偏高，来判断该反应腔室是否已达到高洁净度。

本发明还提供另一种判断洗净时间是否太过或不足，其方法包括有下列步骤首先选定两不同时间长度，对经过相同工艺程序的反应腔室进行洗净工艺；在已进行不同洁净工艺时间的反应腔室内分别置入一晶片，并在晶片上形成监控层；以及测量两监控层的折射系数值，通过两折射系数值是否偏高，来判断该洗净时间是否不及或太过。

本发明提供的监控化学气相沉积反应腔室洁净度与洗净工艺时间的方法，其能够有效的监控反应腔室洁净度，以确保后续工艺的成品率，并控制洗净工艺所需时间，以有效的提高生产效率，并减少洗净过程对反应腔室造成的损伤。

以下结合附图及实施例进一步说明本发明。

附图说明

图1为利用本发明来监控反应腔室洁净度的步骤示意图。

图2为利用氮氧化硅监控层的折射率与经不同清洗过程时间关系示意图。

图3为利用本发明来判断洗净时间是否太过或不足的步骤示意图。

具体实施方式

一种监控化学气相沉积反应腔室洁净度与洗净工艺时间的方法，可广泛使用于半导体工艺中各种材料的化学气相沉积工艺，于此将以高密度等离子化学气相沉积(High densityplasma chemical vapor deposition；HDP CVD)为范例进行说明，因此本领域的技术人员应当知道本发明方法中的许多的步骤是可以改变的，如反应腔室操作压力、热处理的的方式等，这些一般的替换无疑地均不脱离本发明的精神及范畴。

在此，先以本发明的方法来监控化学反应腔室是否到达洁净度来进行说明，在高密度等离子化学气相沉积拥有良好的填沟能力，可在填充过程不会有空隙产生，因此在半导体沉积工艺内使用相当广泛，例如在氧化硅填沟(gap fill)工艺时，高密度等离子化学气相沉积所形成的氧化硅能够具有热氧化方式所形成的氧化硅性质相近，且具有极佳的致密度。当高密度等离子化学气相沉积工艺在沉积每5片晶片，必须进行高密度等离子化学气相沉积反应腔室的洗净工艺，以去除沉积于反应器壁上的氧化硅。

首先，请参阅图1，如步骤S1所示，对一经过高密度等离子化学气相沉积工艺后的反应腔室进行一洗净工艺，其清洗过程一般为关闭阀门(close gate valve)，使反应器形成一封闭系统，接着，在反应腔室中增加压力(pressurize)，并进行等离子点火(strike)及加入预进行清洗反应(transition)的反应气体而进行清洗反应(clean)。

此外，亦可搭配使用微波(MV channel purge)使反应气体解离为自由基的形式，以促进清洗反应速率，在清洗反应过程中亦使用涡轮帮浦(Turbo pump)将清洗反应所产生的气体抽离反应器。

待清洗反应经过一段时间后，如步骤S2所示，将一晶片置入反应腔室内进行一监控层化学沉积工艺，其中该晶片可以为一控片，而该监控层的材料可选自任何对杂质污染物存在相当敏锐的材料，且污染物的存在会导致材料折射系数产生变化的材料，例如氮氧化硅。随后如步骤S3所示，对该监控层进行折射系数值测量，当该折数系数值为正常值则表示该反应腔室的洁净度已足够，如果偏高则表示，对该反应腔室所进行的洗净过程时间并不足以将沉积于反应腔室内的杂质沉积物去除。

以下将以沉积材料为氮氧化硅的监控层为范例来对经过不同清洗反应时间的反应腔室进行洁净度监控，请参阅图2所示，由图中可发现当清洗工艺时间不足时，残留的污染物将使得氮氧化硅监控层的折射系数值偏高，而随着清洗时间已使反应腔室污染物降到一可接受范围时，也是高洁净度时，所沉积的氮氧化硅监控层的折射系数将不会因为延长清洗时间而有任何变化。

因此，本发明除了可用来监控反应腔室是否达到高洁净度，更者也可以用来作为设定清洗时间的参考依据，其利用本发明来判断洗净时间是否不足或者过份冗长的实施例，其实施方法请参阅图3，首先如步骤S4所示，选定两不同洗净时间(t1，t2，其中t1＜t2)来对经过相同工艺程序的反应腔室来进行洗净，随后如步骤S5，在该经过不同洗净时间的反应腔室内进行监控层化学沉积工艺，以获得两个监控层(F1，F2)，其中该晶片可以为一控片，而该监控层的材料可选自任何对杂质污染物存在相当敏锐的材料，且污染物的存在会导致材料折射系数产生变化的材料，例如氮氧化硅。随后如步骤S6所示，对该两监控层进行折射系数值测量，所测得的折射系数值分别为r1、r2；随后如步骤S7所示，利用当该折数系数值r1、r2与正常无污染物情况下所形成的监控层折射系数值r3进行比对，其产生的状况如下：

当折数系数值r1、r2与r3相同，则表示该反应腔室的洁净度在t1时已足够，不必采用t2时间；如果两者皆偏高(r1＞r3，r2＞r3)则表示，对该反应腔室所进行的洗净过程时间(t1，t2)并不足以将沉积于反应腔室内的杂质沉积物去除，需再延长；如r2之折射系数值与r3相同，而r1＞r3，那就表示必须洁净时间必须长达t2。假若t2远大于t1，可选择另一略小于t2的洗净时间长度t3，再依循上述步骤进行判断是否能够缩短洗净工艺时间，以有效节省工艺成本。

举例来说，如图2所示，当洗净过程时间达到85秒时其洁净度与清洗过程长达120秒的洁净结果以相距甚微，因此本发明能有效的缩短清洗工艺时间，避免清洗过程时间冗长所造成的产能(throughout)降低，并降低微波强度对反应器造成的伤害。

综上所述，本发明提供的监控化学气相沉积反应腔室洁净度与洗净工艺时间的方法，其能够有效的监控反应腔室洁净度，以确保后续工艺的成品率，并控制洗净工艺所需时间，以有效的提高生产效率，并减少洗净过程对反应腔室造成的损伤。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，当不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims

1、一种监控化学气相沉积反应腔室洁净度的方法，其特征在于包括下列步骤：

提供一已经过洗净工艺的化学气相沉积反应腔室；

于该反应腔室内置入一晶片；

于该晶片上沉积一监控层；

对该监控层进行折射系数值测量，以通过该折射系数值是否偏高，来判断该反应腔室是否已达到高洁净度。

2、根据权利要求1所述的监控化学气相沉积反应腔室洁净度的方法，其特征在于：该晶片为一控片。

3、根据权利要求1所述的监控化学气相沉积反应腔室洁净度的方法，其特征在于：该监控层的材料为氮氧化硅。

4、一种用以判断化学气相沉积反应腔室洗净工艺时间不足或太过的方法，其特征在于包括下列步骤：

选定两不同时间长度，对经过相同工艺程序之反应腔室进行洗净工艺；

于该已进行不同洁净工艺时间的反应腔室内分别置入一晶片，并于该晶片上各形成监控层；

测量该两监控层之折射系数值，通过该两折射系数值是否偏高，来判断该洗净时间是否不及或太过。

5、根据权利要求4所述的用以判断化学气相沉积反应腔室洗净工艺时间不足或太过的方法，其特征在于：该晶片为一控片。

6、根据权利要求4所述的用以判断化学气相沉积反应腔室洗净工艺时间不足或太过的方法，其特征在于：该监控层的材料为氮氧化硅。