CN111101114A - 薄膜沉积腔室的清洁方法 - Google Patents

薄膜沉积腔室的清洁方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种薄膜沉积腔室的清洁方法，可以包括：i)在薄膜沉积腔室中同时提供氧等离子体和氟等离子体，以至少部分地去除薄膜沉积腔室中的包括碳(C)的第一残留物和包括硅(Si)的第二残留物，以及ii)在薄膜沉积腔室中提供氟等离子体而不提供氧等离子体，以去除在薄膜沉积腔室中剩余的第二残留物。

Description

薄膜沉积腔室的清洁方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年10月29日在韩国知识产权局(KIPO)递交的韩国专利申请No.10-2018-0129915的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
示例实施例涉及薄膜沉积腔室的清洁方法和使用该清洁方法制造半导体器件的方法。更具体地，示例实施例涉及其中具有残留物的薄膜沉积腔室的清洁方法。
背景技术
可以在半导体器件、显示器件等的制造工艺中执行薄膜沉积工艺。可以使用薄膜沉积腔室执行薄膜沉积工艺，然而，可以形成包括碳(C)和/或硅(Si)作为反应副产物的残留物。当残留物剩余在薄膜沉积腔室中而没有被完全去除时，在随后的薄膜沉积工艺中可能不能均匀地形成薄膜，因此包括薄膜的最终产品的质量可能劣化。
发明内容
示例实施例提供了薄膜沉积腔室的有效率清洁方法。
根据示例实施例，提供了一种薄膜沉积腔室的清洁方法。该清洁方法可以包括：i)在薄膜沉积腔室中同时提供氧等离子体和氟等离子体，以至少部分地去除薄膜沉积腔室中的包括碳(C)的第一残留物和包括硅(Si)的第二残留物，以及ii)在薄膜沉积腔室中提供氟等离子体而不提供氧等离子体，以去除在薄膜沉积腔室中剩余的第二残留物。
根据示例实施例，提供了一种薄膜沉积腔室的清洁方法。该清洁方法可以包括：i)将氧气(O2)气体供应到薄膜沉积腔室中，以部分地去除薄膜沉积腔室中的包括碳(C)的第一残留物，ii)在薄膜沉积腔室中同时提供氧等离子体和氟等离子体，以至少部分地去除薄膜沉积腔室中的第一残留物和包括硅(Si)的第二残留物，以及iii)在薄膜沉积腔室中提供氟等离子体而不通过氧等离子体，以去除在薄膜沉积腔室中剩余的第二残留物。
根据示例实施例，提供了一种薄膜沉积腔室的清洁方法。该清洁方法可以包括：i)在薄膜沉积腔室中提供氧等离子体而不提供氟等离子体，以部分地去除薄膜沉积腔室中的包括碳(C)的第一残留物，ii)在薄膜沉积腔室中同时提供氧等离子体和氟等离子体，以至少部分地去除薄膜沉积腔室中的第一残留物和包括硅(Si)的第二残留物，iii)在薄膜沉积腔室中提供氟等离子体而不提供氧等离子体，以去除在薄膜沉积腔室中剩余的第二残留物，以及iv)将惰性气体供应到薄膜沉积腔室中，以将剩余的第一残留物和/或剩余的第二残留物与薄膜沉积腔室分离。
根据实施例，一种制造半导体器件的方法包括：i)当在衬底上沉积薄膜时，在薄膜沉积腔室中形成包括碳(C)的第一残留物和包括硅(Si)的第二残留物；ii)在薄膜沉积腔室中同时提供氧等离子体和氟等离子体，以至少部分地去除薄膜沉积腔室中的第一残留物和第二残留物；iii)在所述薄膜沉积腔室中提供氟等离子体而不提供氧等离子体，以去除在所述薄膜沉积腔室中剩余的所述第二残留物；iv)将衬底放置在薄膜沉积腔室中；以及v)在衬底上形成薄膜。
根据示例实施例的薄膜沉积腔室的清洁方法可以通过使用氧等离子体和氟等离子体高效地去除包括碳(C)和/或硅(Si)的残留物。因此，可以在随后的薄膜沉积工艺中均匀地形成薄膜，因此可以提高包括薄膜的最终产品的质量。
附图说明
图1是示出根据示例实施例的薄膜沉积装置的截面图。
图2至图4是示出根据示例实施例的薄膜沉积腔室的清洁方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图更全面地描述根据示例实施例的薄膜沉积腔室的清洁方法。
图1是示出根据示例实施例的薄膜沉积装置的截面图。
参考图1，薄膜沉积装置1可以包括薄膜沉积腔室10、气体供应单元100和等离子体产生单元200。
薄膜沉积腔室10可以包括喷洒用于形成薄膜的气体的喷头300，支撑其上可以形成有薄膜的衬底500的支撑单元600，用于向上/向下移动支撑单元600和/或固定支撑单元600的驱动单元700，以及连接到外部的穿透单元800。
可以在薄膜沉积腔室10中执行薄膜沉积工艺，并且可以在腔室10中形成各种副产物。在薄膜沉积工艺期间可以提供各种处理气体。在执行薄膜沉积工艺之后，可以排出处理气体。当将处理气体排出时，一些副产物可以与处理气体一起排出，而一些其他副产物可以例如以残留物的形式剩余在腔室10中。在执行薄膜沉积工艺(例如，化学气相沉积(CVD)工艺)之后，在薄膜沉积工艺中产生/剩余的反应副产物的剩余物，即残留物400可以剩余在薄膜沉积腔室10的喷头300的表面上。
为了在执行薄膜沉积工艺之后去除剩余在薄膜沉积腔室10中的残留物400，气体供应单元100可以向等离子体产生单元200供应氧源气体和/或氟源气体，等离子体产生单元200可以分别激活从气体供应单元100供应的氧源气体和/或氟源气体，以形成氧等离子体和/或氟等离子体。
可以通过穿透单元800将氧等离子体和/或氟等离子体中的每一个供应到薄膜沉积腔室10中，氧等离子体和/或氟等离子体可以用于去除喷头300的表面上的残留物400。例如，穿透单元800可以是被配置为供应氧等离子体和氟等离子体的管道。在某些实施例中，可以通过穿透单元800将氧源气体和/或氟源气体供应到薄膜沉积腔室10中。例如，可以通过喷头300供应处理气体，该处理气体在薄膜沉积腔室10中形成薄膜，并且可以通过穿透单元800供应清洁气体/等离子体。以这种方式，可以保护处理气体和清洁气体免受彼此的污染。然而，在某些其他实施例中，可以通过喷头300供应清洁气体/等离子体。在这种情况下，可以通过连接到相应气体储存器的相应阀门来控制清洁气体供应和处理气体供应。
在示例实施例中，氧源气体可以包括氧气(O2)，氟源气体可以包括选自由NF3、CF4和C2F6构成的组中的至少一种。在某些实施例中，氧源气体可以是氧气。
在示例实施例中，残留物400可以包括SiCN、SiCOH、超低K(ULK)SiCOH等，这取决于薄膜沉积工艺中所涉及的材料。例如，当沉积SiCN膜时，产生的残留物也可以包括SiCN，当沉积SiCOH膜或ULK SiCOH膜时，产生的残留物也可以包括SiCOH。
在示例实施例中，衬底500可以是用于制造半导体器件的衬底，可以包括半导体材料，例如硅、锗、硅锗等，或III-V族化合物，例如磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)、锑化镓(GaSb)等。在一个实施例中，衬底500可以是绝缘体上硅(SOI)衬底或绝缘体上锗(GOI)衬底。
备选地，衬底500可以是用于制造显示设备的衬底，并且可以包括绝缘材料，例如玻璃、石英或塑料。塑料可以包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚酮、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚醚砜、聚酰亚胺等。
在下文中，将描述薄膜沉积腔室10的清洁方法，以去除剩余在薄膜沉积装置1的薄膜沉积腔室10中的残留物。
图2是示出根据示例实施例的薄膜沉积腔室的清洁方法的流程图。
参考图1和图2，薄膜沉积腔室10的清洁方法可以包括：在薄膜沉积腔室10中同时供应氧等离子体和氟等离子体，以至少部分地去除薄膜沉积腔室10中的包括碳(C)的第一残留物和包括硅(Si)的第二残留物(步骤S1)，然后向薄膜沉积腔室10供应氟等离子体，以去除在薄膜沉积腔室10中剩余的第二残留物(步骤S2)。在一个实施例中，在约200至约400℃范围内的薄膜沉积腔室10的内部温度下清洁方法可以在约1至10托范围内的薄膜沉积腔室10的内部压力下执行。在某些实施例中，可以通过在步骤S1处将对应的源气体供应到薄膜沉积腔室10中然后产生其等离子体，来在薄膜沉积腔室10中提供氧等离子体和氟等离子体。在某些实施例中，可以通过在步骤S2处将对应的源气体供应到薄膜沉积腔室10中然后产生其等离子体，来在薄膜沉积腔室10中提供氟等离子体。这也可以应用于下面描述的其他实施例。
一起顺序执行的步骤S1和步骤S2可以构成一个循环，并且可以重复执行该循环直到可以充分地去除第一残留物和第二残留物。备选地，当第一残留物被充分去除，而第二残留物剩余时，在执行包括步骤S1和步骤S2的循环的一次或多次之后，可以仅执行步骤S2一次或多次。例如，当执行/重复步骤S1和步骤S2的循环时，可以在薄膜沉积腔室10内部产生电场和/或微波，以维持氧等离子体和氟等离子体的等离子体状态。在某些实施例中，可以将氧源气体和氟源气体供应到薄膜沉积腔室10中，并且可以使用电场和/或微波来形成氧等离子体和氟等离子体。
在示例实施例中，在用于去除包括SiCN的残留物400的清洁工艺中，可以执行包括步骤S1和步骤S2的循环两次。在某些实施例中，在用于去除包括SiCOH或ULKSiCOH的残留物400的清洁工艺中，可以执行包括步骤S1和步骤S2的循环三次。
在一些实施例中，在执行步骤S1之前，可以执行氧气(O2)气体处理，以部分地去除薄膜沉积腔室10中的第一残留物。例如，氧气气体处理可以是对第一残留物的化学反应处理和/或通过在薄膜沉积腔室10中用氧气产生等离子体的等离子体处理。
氧气气体处理可以执行一次，因此，图2示出在循环中不包括氧气气体处理。例如，在当前实施例中，可以在执行步骤S1和步骤S2的循环之前执行氧气气体处理，并且可以在重复步骤S1和步骤S2的循环时不执行氧气气体处理。然而，本发明构思可以不限于此，并且在某些实施例中，氧气气体处理可以包括在循环中，并且还可以执行不止一次，这将在后面参考图3进行描述。
在步骤S1和/或步骤S2之后，可以向薄膜沉积腔室10供应惰性气体，以将剩余的第一残留物和/或剩余的第二残留物与薄膜沉积腔室10分离。在某些实施例中，可以将电场/微波施加到惰性气体以利用惰性气体形成等离子体，以将剩余的第一残留物/第二残留物与薄膜沉积腔室10分离/从薄膜沉积腔室10去除。
然而，使用惰性气体的残留物分离工艺可以执行一次，使得图2示出在循环中不包括残留物分离工艺。例如，在当前实施例中，可以在执行步骤S1和步骤S2的循环之后执行残留物分离工艺，并且可以在重复步骤S1和步骤S2的循环时不执行残留物分离工艺。然而，本发明构思不限于此，并且在某些实施例中，残留物分离工艺可以包括在循环中，并且可以执行不止一次，这将在后面参考图4进行描述。
在一个实施例中，惰性气体可以包括选自氦气(He)、氩气(Ar)和氮气(N2)中的至少一种。
可以通过将氧源气体和氟源气体一起从气体供应单元100供应到等离子体产生单元200来产生氧等离子体和氟等离子体，并且在等离子体产生单元200中，氧源气体和氟源气体可以不彼此反应。例如，氧源气体和氟源气体可以在等离子体产生单元200中变成自由基。自由基可以通过溶血或溶血裂变形成。在某些实施例中，自由基可以通过电子氧化还原形成。例如，自由基可以通过紫外线辐射、热和/或电场形成。
此外，当激活氧源气体和氟源气体以分别在等离子体产生单元200中产生氧等离子体和氟等离子体时，氧等离子体和氟等离子体可以不彼此反应。相反，氧等离子体和氟等离子体可以共享分离的电子，并且可以促进未反应的氧源气体和氟源气体的激活。
氧源气体可以包括氧气(O2)，氟源气体可以包括选自由NF3、CF4和C2F6构成的组中的至少一种。在一个实施例中，氧源气体和氟源气体可以以氧源气体与氟源气体的流量比为约1∶1从气体供应单元100向等离子体产生单元200供应。
图3是示出根据示例实施例的薄膜沉积腔室的清洁方法的流程图。
该薄膜沉积腔室的清洁方法与图2中描述的薄膜沉积腔室的清洁方法基本相同或类似，除了在循环中包括氧气气体处理之外。因此，在本文中，相同的附图标记指代相同的元件，并且省略对其的详细描述。氧气气体处理工艺可以与参考图2所示实施例描述的工艺相同。
参考图1和图3，薄膜沉积腔室10的清洁方法可以包括：供应氧气(O2)以部分地去除薄膜沉积腔室10中的包括碳(C)的第一残留物(步骤Sa)，向薄膜沉积腔室10同时供应氧等离子体和氟等离子体，以至少部分地去除薄膜沉积腔室10中的第一残留物和包括硅(Si)的第二残留物(步骤S1)，以及向薄膜沉积腔室10供应氟等离子体，以去除在薄膜沉积腔室10中剩余的第二残留物(步骤S2)。
一起顺序执行的步骤Sa、步骤S1和步骤S2可以构成一个循环，并且可以重复执行该循环直到可以充分地去除第一残留物和第二残留物。备选地，例如，当第一残留物和第二残留物部分剩余时，在执行/重复包括步骤Sa、步骤S1和步骤S2的循环之后，可以仅重复执行步骤S1和步骤S2。在某些实施例中，当第一残留物被充分去除，而第二残留物剩余时，在执行包括步骤Sa、步骤S1和步骤S2的循环之后，可以仅重复执行步骤S2。例如，在重复步骤Sa、S1和S2的循环之后，可以根据残留物的剩余状态重复所选择的步骤Sa和S1，或所选择的步骤S1和S2。
尽管未示出，但是在包括步骤Sa、步骤S1和步骤S2的循环之后可以进一步执行残留物分离工艺。在这种情况下，步骤Sa、步骤S1、步骤S2和残留物分离工艺可以一起构成循环。例如，残留物分离工艺可以是与上面描述的工艺相同的工艺。例如，残留物分离工艺可以使用惰性气体和/或通过使用惰性气体产生的等离子体。
图4是示出根据示例实施例的薄膜沉积腔室的清洁方法的流程图。
该薄膜沉积腔室的清洁方法与图2中描述的薄膜沉积腔室的清洁方法基本相同或类似，除了在循环中包括氧气气体处理和残留物分离工艺之外。因此，在本文中，相同的附图标记指代相同的元件，并且省略对其的详细描述。例如，氧气气体处理工艺和残留物分离工艺可以分别是与上面描述的工艺相同的工艺。
参考图1和图4，薄膜沉积腔室10的清洁方法可以包括：供应氧等离子体，以部分地去除薄膜沉积腔室10中的包括碳(C)的第一残留物(步骤Sb)，向薄膜沉积腔室10同时供应氧等离子体和氟等离子体，以至少部分地去除第一残留物和包括硅(Si)的第二残留物(步骤S1)，向除薄膜沉积腔室10供应氟等离子体，以去除在薄膜沉积腔室10中剩余的第二残留物(步骤S2)，以及将惰性气体供应到薄膜沉积腔室10中，以将剩余的第一残留物和/或剩余的第二残留物与薄膜沉积腔室10分离(步骤S3)。在某些实施例中，可以将电场或微波施加到惰性气体以利用惰性气体形成等离子体。例如，可以通过等离子体与残留物的物理碰撞和/或通过等离子体的自由基与残留物材料之间的化学反应来执行第一残留物/第二残留物的分离/去除。
例如，可以执行步骤Sb来代替图3中描述的步骤Sa，可以通过向薄膜沉积腔室10单独地供应氧等离子体来部分地去除第一残留物。在执行步骤Sb时，氧等离子体可以部分地去除第二残留物。
可以通过从气体供应单元100向等离子体产生单元200供应氧源气体并且激活等离子体产生单元200中的氧源气体来产生氧等离子体。在一个实施例中，氧源气体可以包括氧气(O2)。例如，氧源气体可以是氧气。在某些实施例中，可以通过将氧源气体供应到薄膜沉积腔室10中，并且类似于先前的实施例，向氧源气体施加电场来产生氧等离子体。在从等离子体产生单元200产生氧等离子体然后将氧等离子体供应到薄膜沉积腔室10中的实施例中，可以在氧等离子体停留在薄膜沉积腔室10内部时(例如，在步骤Sb期间)，将电场施加到氧等离子体，以保持氧等离子体的等离子体状态。
在示例实施例中，一起顺序执行的步骤Sb、步骤S1、步骤S2和步骤S3可以构成一个循环，并且可以重复执行该循环直到可以充分地去除第一残留物和第二残留物。
备选地，例如，当第一残留物和第二残留物部分剩余时，在执行包括步骤Sb和步骤S1至S3的循环之后，可以仅重复执行步骤S1至S3。在某些实施例中，当在执行包括步骤Sb和步骤S1至S3的循环之后，第一残留物和第二残留物部分剩余时，可以仅重复执行步骤S2和S3。当第一残留物被充分去除，而第二残留物剩余时，在执行包括步骤Sb和步骤S1至S3的循环之后，可以仅重复执行步骤S3。例如，在重复步骤Sb、S1、S2和S3的循环之后，可以根据残留物的剩余状态选择并重复该循环的一个或多个步骤。
在下文中，将描述根据本公开的实施例的制造半导体器件的方法。
根据制造半导体器件的方法，可以使用上述实施例之一来清洁薄膜沉积腔室10。然后，可以将衬底500提供到支撑件600上的腔室10中。衬底500可以是半导体衬底，例如，晶体硅衬底、晶体锗衬底或晶体硅锗衬底，并且可以是晶片的形式。可以在衬底上形成各种半导体图案和各种导体图案，以经由包括多个光刻工艺步骤的多个制造工艺形成包括晶体管、电容器和/或开关的电路。在沉积腔室10内，可以在半导体衬底500上形成薄膜。半导体衬底500可以是裸衬底，或者可以在将衬底500供应到薄膜沉积腔室10中并在其上形成薄膜之前，在衬底500上形成一层或多层图案和/或薄膜。形成在衬底500上的薄膜可以被图案化以形成电路和/或绝缘图案，作为正在形成的半导体器件集成电路的一部分。例如，形成在薄膜沉积腔室10中的薄膜可以是导体膜或绝缘膜。在衬底500上形成各种电路之后，可以切割和封装包括衬底的所得到的晶片。
如上所述，薄膜沉积腔室的清洁方法可以通过使用氧等离子体和氟等离子体高效地去除包括碳和/或硅的残留物。因此，可以在随后的薄膜沉积工艺中均匀地形成薄膜，因此可以提高包括薄膜的最终产品的质量。例如，可以控制随后的薄膜沉积工艺，以使腔室保持在适当的工艺条件下(例如没有颗粒)，并且可以提高由该工艺形成的薄膜的质量。

Claims (20)

1.一种薄膜沉积腔室的清洁方法，所述清洁方法包括以下步骤：
i)在所述薄膜沉积腔室中同时提供氧等离子体和氟等离子体，以至少部分地去除所述薄膜沉积腔室中的包括碳(C)的第一残留物和包括硅(Si)的第二残留物；以及
ii)在所述薄膜沉积腔室中提供氟等离子体而不提供氧等离子体，以去除在所述薄膜沉积腔室中剩余的所述第二残留物。
2.根据权利要求1所述的清洁方法，其中，顺序且重复地执行步骤i)和步骤ii)。
3.根据权利要求1所述的清洁方法，其中，在执行步骤i)和步骤ii)之后，重复执行步骤ii)。
4.根据权利要求1所述的清洁方法，其中，所述氧等离子体和所述氟等离子体是通过将氧源气体和氟源气体同时供应到等离子体产生单元中来产生的。
5.根据权利要求4所述的清洁方法，其中，所述氧源气体包括氧气O2，所述氟源气体包括选自由NF3、CF4和C2F6构成的组中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的清洁方法，其中，步骤i)和步骤ii)在所述薄膜沉积腔室中在没有任何衬底的情况下发生。
7.根据权利要求1所述的清洁方法，其中，在执行步骤i)之前，所述清洁方法还包括：
执行氧气(O2)气体处理，以部分地去除所述薄膜沉积腔室中的所述第一残留物。
8.根据权利要求1所述的清洁方法，还包括：
将惰性气体供应到所述薄膜沉积腔室中，以将所述第一残留物和/或所述第二残留物与所述薄膜沉积腔室分离。
9.根据权利要求8所述的清洁方法，其中，所述惰性气体包括选自由氦气(He)、氩气(Ar)和氮气(N2)构成的组中的至少一种。
10.根据权利要求8所述的清洁方法，其中，在执行步骤ii)之后，执行将所述惰性气体供应到所述薄膜沉积腔室中。
11.根据权利要求8所述的清洁方法，其中，在执行步骤i)之后，执行将所述惰性气体供应到所述薄膜沉积腔室中。
12.一种薄膜沉积腔室的清洁方法，所述清洁方法包括以下步骤：
i)将氧气(O2)气体供应到所述薄膜沉积腔室中，以部分地去除所述薄膜沉积腔室中的包括碳(C)的第一残留物；
ii)在所述薄膜沉积腔室中同时提供氧等离子体和氟等离子体，以至少部分地去除所述薄膜沉积腔室中的所述第一残留物和包括硅(Si)的第二残留物；以及
iii)在所述薄膜沉积腔室中提供氟等离子体而不提供氧等离子体，以去除在所述薄膜沉积腔室中剩余的所述第二残留物。
13.根据权利要求12所述的清洁方法，其中，顺序且重复地执行步骤i)至步骤iii)。
14.根据权利要求12所述的清洁方法，其中，在执行步骤i)至步骤iii)一次或多次之后，顺序且重复地执行步骤ii)和步骤iii)。
15.根据权利要求12所述的清洁方法，还包括：
将惰性气体供应到所述薄膜沉积腔室中，以将所述第一残留物和/或所述第二残留物与所述薄膜沉积腔室分离。
16.根据权利要求15所述的清洁方法，其中，在执行步骤iii)之后，执行将所述惰性气体供应到所述薄膜沉积腔室中。
17.一种薄膜沉积腔室的清洁方法，所述清洁方法包括以下步骤：
i)在所述薄膜沉积腔室中提供氧等离子体而不提供氟等离子体，以部分地去除所述薄膜沉积腔室中的包括碳(C)的第一残留物；
ii)在所述薄膜沉积腔室中同时提供氧等离子体和氟等离子体，以至少部分地去除所述薄膜沉积腔室中的所述第一残留物和包括硅(Si)的第二残留物；
iii)在所述薄膜沉积腔室中提供氟等离子体而不提供氧等离子体，以去除在所述薄膜沉积腔室中剩余的所述第二残留物；以及
iv)将惰性气体供应到所述薄膜沉积腔室中，以将剩余的第一残留物和/或剩余的第二残留物与所述薄膜沉积腔室分离。
18.根据权利要求17所述的清洁方法，其中，顺序且重复地执行步骤i)至步骤iv)。
19.根据权利要求17所述的清洁方法，其中，在执行步骤i)至步骤iv)之后，顺序且重复地执行步骤ii)至步骤iv)。
20.根据权利要求17所述的清洁方法，其中，在执行步骤i)至步骤iv)之后，顺序且重复地执行步骤iii)和步骤iv)。
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