CN101670345B

CN101670345B - 反应室的清洁方法

Info

Publication number: CN101670345B
Application number: CN2008100428023A
Authority: CN
Inventors: 王炎雷
Original assignee: Hejian Technology Suzhou Co Ltd
Current assignee: Warship Chip Manufacturing Suzhou Ltd By Share Ltd
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2028-09-11
Also published as: CN101670345A

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

反应室的清洁方法

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，而造成晶圆片硅-硅键(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、含氧气体及一含氯气体通入反应室，其中含氟气体不包括含硫的氟化物，且其中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；然后，进行第二清洁步骤，第二清洁步骤仅包括将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，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-步骤。

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C₂F_6-xH_x，x＝1～5；CF₄中的部份氟原子经氢原子置换而形成CF_4-xH_x，x＝1～3；C₄F₈中的部份氟原子经氢原子置换而形成C₄F_8-xH_x，x＝1～7；NF₃中的部份氟原子经氢原子置换而形成NF_3-xH_x，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

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、一含氧气体及一含氯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，且其中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；以及

进行一第二清洁步骤，仅包括将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，所述第二清洁步骤设定所述反应室的压力介于10～20毫托之间。

11.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。

12.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。

13.如权利要求1所述的反应室的清洁方法，其特征在于，所述第二清洁步骤的O₂的流量介于100～200sccm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，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。

15.如权利要求14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。

16.如权利要求14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。

17.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。

18.如权利要求1所述的反应室的清洁方法，其特征在于，所述含氯气体包括Cl₂。

19.如权利要求1所述的反应室的清洁方法，其特征在于，所述含氯气体的流量介于20～40sccm之间。