CN101670345A - 反应室的清洁方法 - Google Patents
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Abstract
一种反应室的清洁方法,首先,进行第一清洁步骤,包括将含氟气体及含氧气体通入反应室,其中含氟气体不包括含硫的氟化物;然后,进行第二清洁步骤,包括将O2通入反应室。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体设备的清洁方法,特别涉及一种反应室的清洁方法。
背景技术
随着半导体元件尺寸的逐渐缩小,对于半导体设备清洁度的要求也日益提升。举例来说,蚀刻机台的反应室在使用一段时间后,会在其内壁沉积聚合物(polymer),如此一来,蚀刻速率就会下降,而造成晶圆片与片(wafer-to-wafer)之间微距(critical dimension;CD)或膜厚的差异。
因此,蚀刻机台会定期进行无晶圆自动清洗(waferless auto clean;WAC)程序,将反应室中的聚合物移除,不但可以避免蚀刻速率的不一致,也可以避免聚合物过多而掉落到晶圆上造成污染。
通常的WAC程序主要是使用SF6来去除聚合物。然而,残留在反应室中的SF6会影响后续某些对硫元素特别敏感的制程。举例来说,在进行PMOS的深沟渠(deep trench)制程时,发现蚀刻环境中如果掺有硫元素,会导致产品电性异常,良品率降低。
因此,如何在不使用SF6的情况下,有效去除反应室的聚合物,已成为业者极力发展的目标之一。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种反应室的清洁方法,可以在不使用SF6气体的情况下,有效去除反应室的聚合物。
本发明提供一种反应室的清洁方法,首先,进行第一清洁步骤,第一清洁步骤包括将含氟气体及含氧气体通入反应室,其中含氟气体不包括含硫的氟化物;然后,进行第二清洁步骤,第二清洁步骤包括将O2通入反应室。
在本发明一个实施例中,所述含氟气体包括氟碳化合物或氟氮化合物。
在本发明一个实施例中,所述氟碳化合物包括C2F6、CF4或C4F8。
在本发明一个实施例中,所述氟氮化合物包括NF3。
在本发明一个实施例中,所述氟碳化合物或氟氮化合物中的部份氟原子被氢原子取代。
在本发明一个实施例中,所述含氧气体包括CO2、N2O或O2。
在本发明一个实施例中,所述第一清洁步骤的压力不小于第二清洁步骤的压力。
在本发明一个实施例中,所述第一清洁步骤中设定反应室的压力介于10~90毫托之间。
在本发明一个实施例中,在进行所述第一清洁步骤时,反应室的压力先设定为介于60~90毫托之间,再设定为介于10~20毫托之间。
在本发明一个实施例中,所述第二清洁步骤中设定反应室的压力介于10~20毫托之间。
在本发明一个实施例中,所述含氟气体的流量介于100~150sccm之间。
在本发明一个实施例中,所述含氧气体的流量介于100~300sccm之间。
在本发明一个实施例中,所述第二清洁步骤中的O2的流量介于100~200sccm之间。
在本发明一个实施例中,所述反应室的清洁方法,进一步包括进行第三清洁步骤,其包括将Cl2通入反应室。
在本发明一个实施例中,所述第三清洁步骤中设定反应室的压力介于10~20毫托之间。
在本发明一个实施例中,所述第三清洁步骤中的Cl2的流量介于150~200sccm之间。
在本发明一个实施例中,所述反应室包括顶部电源与底部电源,且所述反应室的清洁方法还包括设定顶部电源为介于700~1100瓦之间,以及设定底部电源为0瓦。
在本发明一个实施例中,在进行所述第一清洁步骤时,进一步包括将含氯气体通入反应室。
在本发明一个实施例中,所述含氯气体包括Cl2。
在本发明一个实施例中,所述含氯气体的流量介于20~40sccm之间。
综上所述,本发明的反应室的清洁方法以氟碳化合物或氟氮化合物取代SF6,相对于通常的方法具有较佳的清洁效果,不但可以有效地去除反应室的聚合物,同时可以减少机台维护保养的频率,为一相当有竞争力的作法。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附图式,作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明一个实施例的一种反应室的清洁方法的流程示意图;
图2为本发明的清洁方法去除反应室的聚合物后的石英上盖的俯视图;(a)为未进行清洁前;(b)为进行第一次清洁后;(c)为进行第二次清洁后;(d)为进行第三次清洁后;(e)为进行第四次清洁后。
图中:S102、S104、S106-步驟。
具体实施方式
图1为本发明一个实施例的一种反应室的清洁方法的流程示意图。所述反应室为进行干蚀刻制程的Lam TCP9400机台的反应室。
请参照图1,首先,进行第一清洁步骤S102。第一清洁步骤S102包括将含氟气体及含氧气体通入反应室。含氟气体的流量介于大约100~150sccm(standard cubic centimeters per minute)之间。含氧气体的流量介于大约100~300sccm之间。含氟气体对含氧气体的流量比率大约介于1∶1~1∶2之间。
含氟气体不包括含硫的氟化物,例如不包括SF6,但含氟气体可以是氟碳化合物或氟氮化合物。氟碳化合物例如是选自由C2F6、CF4或C4F8组成的族群。氟氮化合物例如是NF3。在一个实施例中,氟碳化合物或氟氮化合物中的部份氟原子还可以被氢原子取代。详细的说,C2F6中的部份氟原子经氢原子置换而形成C2F6-xHx,x=1~5;CF4中的部份氟原子经氢原子置换而形成CF4-xHx,x=1~3;C4F8中的部份氟原子经氢原子置换而形成C4F8-xHx,x=1~7;NF3中的部份氟原子经氢原子置换而形成NF3-xHx,x=1~2。另外,含氧气体例如是CO2、N2O或O2等等。
在第一清洁步骤S102中,将通常的SF6置换为不含硫的氟化物如氟碳化合物或氟氮化合物等等,同样可以提供氟的自由基与聚合物反应,而成功地移除反应室中硅基或铝基的聚合物。然而,也因为碳元素或氮元素的加入,增加了反应室中碳基或氮基的聚合物。因此,才会需要通入大量的含氧气体,以移除反应室中碳基或氮基的聚合物。
另外,第一清洁步骤的压力大于或等于第二清洁步骤的压力。在一个实施例中,第一清洁步骤设定反应室的压力介于大约10~90毫托(milli-Torr;mT)之间,第二清洁步骤设定反应室的压力介于大约10~20毫托之间。
特别要说明的是,在第一清洁步骤S102中,反应室的压力不需要为固定压力,可以随着时间逐渐改变,或呈阶梯式的压力分布。举例来说,反应室的压力可以分两阶段进行,先设定为介于大约60~90毫托之间的较高压力,再设定为介于大约10~20毫托之间的较低压力。较高压力主要是针对反应室的上半部份进行聚合物的移除,而较低压力主要是针对反应室的下半部份进行聚合物的移除。此作法可以将反应室内壁的聚合物移除得更为彻底。
此外,在进行第一清洁步骤S102时,除了含氟气体及含氧气体外,也可以选择性地将含氯气体与上述的含氟气体及含氧气体混合,一并通入反应室中。含氯气体例如是Cl2,且含氯气体的流量介于大约20~40sccm之间。
接着,进行第二清洁步骤S104。第二清洁步骤S104包括将O2通入反应室,且设定反应室的压力介于大约10~20毫托之间。此步骤的目的是为了进一步移除残留的碳基或氮基的聚合物,因此所需O2的流量也很大,例如是介于大约100~200sccm之间。
然后,可以选择性地进行第三清洁步骤S106。第三清洁步骤S106包括将Cl2通入反应室,且设定反应室的压力介于大约10~20毫托之间。此步骤可视为一个恢复(recover)步骤,可以排除(purge)掉反应室中的清洁用气体,避免清洁用气体太多而影响后续的制程,此作法尤其有利于当后续的制程中包括含氯气体时。在此步骤中,Cl2的流量介于大约150~200sccm之间。
另外,在本发明的反应室的清洁方法中,反应室的顶部电源可以设定为介于大约700~1100瓦(W)之间,反应室的底部电源可以设定为0瓦左右。
以下,特举一个实施例(本发明)与一个对照例(通常)来证实本发明的功效。
实施例
在此实施例中,反应室的清洁方法包括以下四个步骤。由于第一清洁步骤依压力不同分为第一及第二步骤,因此第二清洁步骤为此实施例的第三步骤,第三清洁步骤为此实施例的第四步骤。
第一步骤的参数包括:压力为大约60~90毫托,顶部电源为大约800瓦,底部电源为大约0瓦,反应气体包括大约100~150sccm的C2F6、大约100~200sccm的O2以及大约20~40sccm的Cl2。
第二步骤的参数包括:压力为大约10~20毫托,顶部电源为大约800瓦,底部电源为大约0瓦,反应气体包括大约100~150sccm的C2F6、大约100~200sccm的O2以及大约20~40sccm的Cl2。
第三步骤的参数包括:压力为大约10~20毫托,顶部电源为大约800瓦,底部电源为大约0瓦,反应气体包括大约100~200sccm的O2。
第四步骤的参数包括:压力为大约10~20毫托,顶部电源为大约800瓦,底部电源为大约0瓦,反应气体包括大约150~200sccm的Cl2。
对照例
通常的反应室的清洁方法的参数包括:压力为大约10~20毫托,顶部电源为大约800瓦,底部电源为大约0瓦,反应气体包括大约100~150sccm的SF6、大约20sccm的O2以及大约20sccm的Cl2。
图2为本发明的清洁方法去除反应室的聚合物后的石英上盖的俯视图。(a)为未进行清洁前;(b)为进行第一次清洁后;(c)为进行第二次清洁后;(d)为进行第三次清洁后;以及(e)为进行第四次清洁后。
在未进行清洁前,反应室的内壁沉积大量灰黑色的聚合物,如图2中(a)所示。若进行通常的清洁方法,需执行至少六次才可去除干净。若进行本发明的清洁方法,仅需执行四次即可完成去除反应室中聚合物的目的。由此可知,本发明的反应室的清洁方法确实可增进去除的效率。
综上所述,本发明的反应室的清洁方法以氟碳化合物或氟氮化合物取代SF6,不但可以有效地去除反应室的聚合物,同时也可以避免通常的方法所残留的硫元素对后续制程造成的影响。
再者,本发明的反应室的清洁方法亦通过机台蚀刻率、均匀度及含尘量(particle)的测试,对产品的关键尺寸及膜厚也无任何不良影响。
另外,本发明的反应室的清洁方法较通常的清洁方法具有更佳的清洁效果,所以可以减少机台维护保养(prevent maintenance,PM)的频率,提升机台使用率,进而大幅降低成本,提升竞争力。
虽然本发明已揭露如上较佳实施例,然其并非用以限定本发明,任何所属技术领域中具有通常知识者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作些许的更动与润饰,因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
Claims (22)
1、一种反应室的清洁方法,其特征在于,包括:
进行一第一清洁步骤,包括将一含氟气体及一含氧气体通入所述反应室,其中所述含氟气体不包括含硫的氟化物;以及
进行一第二清洁步骤,包括将O2通入所述反应室。
2、如权利要求1所述的反应室的清洁方法,其特征在于,所述含氟气体包括一氟碳化合物。
3、如权利要求2所述的反应室的清洁方法,其特征在于,所述氟碳化合物包括C2F6、CF4或C4F8。
4、如权利要求2所述的反应室的清洁方法,其特征在于,所述氟碳化合物中的部份氟原子被氢原子取代。
5、如权利要求1所述的反应室的清洁方法,其特征在于,所述含氟气体包括一氟氮化合物。
6、如权利要求5所述的反应室的清洁方法,其特征在于,所述氟氮化合物包括NF3。
7、如权利要求5所述的反应室的清洁方法,其特征在于,所述氟氮化合物中的部份氟原子被氢原子取代。
8、如权利要求1所述的反应室的清洁方法,其特征在于,所述含氧气体包括CO2、N2O或O2。
9、如权利要求1所述的反应室的清洁方法,其特征在于,所述第一清洁步骤的压力不小于所述第二清洁步骤的压力。
10、如权利要求9所述的反应室的清洁方法,其特征在于,所述第一清洁步骤设定所述反应室的压力介于10~90毫托之间。
11、如权利要求10所述的反应室的清洁方法,其特征在于,在进行所述第一清洁步骤时,所述反应室的压力先设定为介于60~90毫托之间,再设定为介于10~20毫托之间。
12、如权利要求9所述的反应室的清洁方法,其特征在于,所述第二清洁步骤设定所述反应室的压力介于10~20毫托之间。
13、如权利要求1所述的反应室的清洁方法,其特征在于,所述含氟气体的流量介于100~150sccm之间。
14、如权利要求1所述的反应室的清洁方法,其特征在于,所述含氧气体的流量介于100~300sccm之间。
15、如权利要求1所述的反应室的清洁方法,其特征在于,所述第二清洁步骤的O2的流量介于100~200sccm之间。
16、如权利要求1所述的反应室的清洁方法,其特征在于,进一步包括进行一第三清洁步骤,其包括将Cl2通入所述反应室。
17、如权利要求16所述的反应室的清洁方法,其特征在于,所述第三清洁步骤设定所述反应室的压力介于10~20毫托之间。
18.、如权利要求16所述的反应室的清洁方法,其特征在于,所述第三清洁步骤的Cl2的流量介于150~200sccm之间。
19、如权利要求1所述的反应室的清洁方法,其特征在于,所述反应室包括一顶部电源与一底部电源,且所述方法还包括:
设定所述顶部电源为介于700~1100瓦之间;以及
设定所述底部电源为0瓦。
20、如权利要求1所述的反应室的清洁方法,其特征在于,在进行所述第一清洁步骤时,进一步包括将一含氯气体通入所述反应室。
21、如权利要求20所述的反应室的清洁方法,其特征在于,所述含氯气体包括Cl2。
22、如权利要求20所述的反应室的清洁方法,其特征在于,所述含氯气体的流量介于20~40sccm之间。
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