CN114929934A - 用于提高粗抽泵的性能的氨气减排 - Google Patents

Abstract

在包括通过泵前级管线与工艺粗抽泵连接的处理室的装置中，将氨和沉积前体从所述处理室泵送至前级管线；将所述氟化氢气体引入所述前级管线以与所述氨反应以生成氟化铵；以及在所述泵送期间将所述工艺粗抽泵和泵前级管线保持在至少所述氟化铵的升华温度下，这使得氨减排以改善粗抽泵性能。

Description

用于提高粗抽泵的性能的氨气减排

通过引用并入

PCT申请表作为本申请的一部分与本说明书同时提交。如在同时提交的PCT申请表中所标识的本申请要求享有其优先权权益的每个申请均通过引用全文并入本文且用于所有目的。

背景技术

氨(NH₃)经常用作各种半导体加工操作中的共反应物。氨可以与各种沉积前体反应，例如过渡金属(例如，钨、钼等)和含硅的气相沉积前体，以在用于从处理室泵送或清除沉积反应物气体的粗抽泵中形成不可逆的固体。这些不可逆固体会对粗抽泵和工具的生产量产生不利影响，因此需要减少这些不可逆固体在粗抽泵中的形成。

这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。

发明内容

在一些实施方案中，可以提供一种方法。该方法可以包括：在包括通过泵前级管线与工艺粗抽泵连接的处理室的装置中，将氨和沉积前体从所述处理室泵送至前级管线；将氟化氢气体引入所述前级管线以与所述氨反应以生成氟化铵；以及在所述泵送期间将所述工艺粗抽泵和泵前级管线保持在至少所述氟化铵的升华温度下。

在一些实施方案中，所述工艺粗抽泵和所述泵前级管线可以在所述泵送期间保持在至少100℃的温度下。

在一些实施方案中，可以将所述氟化氢以至少在化学计量上等于泵送至所述前级管线的氨量的量引入所述泵前级管线。

在一些这样的实施方案中，可以以约1.1氟化氢比1氨的比率将所述氟化氢引入所述泵前级管线。

在一些这样的实施方案中，所述氟化氢流量可以为约700至800SCCM。

在一些实施方案中，所述沉积前体可以包括过渡金属物质。

在一些实施方案中，所述沉积前体可以包括过渡金属卤化物。

在一些实施方案中，所述沉积前体可以包括氟化钨。

在一些实施方案中，所述沉积前体可以包括氯化钨。

在一些实施方案中，所述沉积前体可以包括氟化钼。

在一些实施方案中，所述沉积前体可以包括氯化钼。

在一些实施方案中，所述沉积前体可以包括含硅物质。

在一些实施方案中，所述沉积前体可以包括卤化硅。

在一些实施方案中，所述沉积前体可以包括氯化硅。

在一些实施方案中，所述沉积前体可以包括溴化硅。

在一些实施方案中，所述沉积前体可以包括碘化硅。

在一些实施方案中，所述装置还可以包括通过排放管线与所述工艺粗抽泵连接的工艺废气减排设备，并且所述排放管线可以在所述泵送期间保持在至少所述氟化铵的升华温度下。

在一些这样的实施方案中，所述排放管线可以在所述泵送期间保持在至少100℃的温度下。

在一些这样的实施方案中，所述氟化铵可以凝华为固体氟化铵并且可以被捕获在所述工艺废气减排设备中以从所述装置中去除。

在一些进一步的实施方案中，所述固体氟化铵的去除可以包括将在所述工艺废气减排设备中的所述固体氟化铵溶解在水溶液中。

在一些实施方案中，所述泵前级管线还可以包括混合区，并且可以在所述混合区或其上游将所述氟化氢气体引入所述前级管线中，使得所述氟化氢与所述氨混合并且反应以形成所述氟化铵，然后进入所述工艺粗抽泵。

在一些实施方案中，在所述泵送期间将所述工艺粗抽泵和泵前级管线保持在至少所述氟化铵的升华温度下可以包括：使加热的气体流入所述泵前级管线和/或所述工艺粗抽泵中。

在一些这样的实施方案中，所述加热的气体可以包括氮气或氩气。

在一些实施方案中，在所述泵送期间将所述工艺粗抽泵和泵前级管线保持在至少所述氟化铵的升华温度下可以包括：使一个或多个加热元件加热所述泵前级管线和/或所述工艺粗抽泵。

在一些实施方案中，可以提供一种装置。该装置可以包括：处理室，其通过泵前级管线与工艺粗抽泵相连；沉积前体和氨气体源，其与所述处理室连接；与所述工艺粗抽泵连接的氟化氢气体源；与所述气体源相关的气体流量控制硬件；和具有处理器和存储器的控制器。所述处理器和所述存储器彼此通信连接，所述处理器与所述流量控制硬件至少操作性地连接，并且所述存储器存储计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于：使所述工艺粗抽泵将氨和沉积前体从所述处理室泵送到所述泵前级管线，使氟化氢气体引入所述前级管线以与所述氨反应而形成氟化铵，以及使所述工艺粗抽泵和所述泵前级管线在所述泵送期间保持在至少所述氟化铵的升华温度下。

在一些实施方案中，所述装置还可以包括通过排放管线与所述工艺粗抽泵连接的工艺废气减排设备，并且所述存储器存储计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使所述排放管线在所述泵送期间维持在至少所述氟化铵的升华温度下。

在一些实施方案中，所述泵前级管线还可以包括混合区，并且所述存储器还存储计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于将所述氟化氢气体引入所述混合区处或所述混合区上游的所述前级管线中，使得所述氟化氢与所述氨混合并反应以形成所述氟化铵，然后进入所述工艺粗抽泵。

在一些实施方案中，所述氟化氢气体可以通过与所述处理室和所述工艺粗抽泵之间的所述泵前级管线的连接而连接到所述工艺粗抽泵。

在一些实施方案中，所述装置还可以包括节流阀，其连接到所述泵前级管线并且被配置为控制通过所述泵前级管线的气体流量，并且所述氟化氢气体可以连接到在所述节流阀和所述工艺粗抽泵之间的所述泵前级管线。

在一些实施方案中，使所述工艺粗抽泵和所述泵前级管线在所述泵送期间保持在至少所述氟化铵的升华温度下可以包括：使加热的气体流动进入所述泵前级管线，进入所述工艺粗抽泵，或进入泵前级管线和所述工艺粗抽泵。

在一些实施方案中，所述加热的气体可以包括氮气或氩气。

在一些实施方案中，所述装置可以包括一个或多个加热元件，所述加热元件被配置为将所述泵前级管线加热到至少所述氟化铵的升华温度，并且使所述工艺粗抽泵和所述泵前级管线在所述泵送期间保持在至少所述氟化铵的升华温度下可以包括：使所述一个或多个加热元件将所述泵前级管线加热到至少所述氟化铵的升华温度。

附图说明

在附图的图中，本文公开的各种实现方案是通过示例而非限制的方式来说明的，其中相似的附图标记指代相似的元件。

图1描绘了本公开的一个方面的处理流程。

图2描绘了装置的简化示意图。

图3描绘了装置的特定示例的更具体的架构。

图4A图示了根据某些实施方案的用于处理部分制造的半导体衬底的装置的示意图。

图4B示出了根据某些半导体制造工艺可用于沉积或蚀刻材料的另一示例等离子体反应器。

具体实施方式

氨(NH₃)经常用作各种半导体处理操作中的共反应物，例如金属氮化物或氮化硅沉积工艺。然而，氨可以与各种沉积前体(例如过渡金属(例如，钨、钼等)和含硅的气相沉积前体)反应，以在用于从处理室泵送或清除沉积反应物气体的粗抽泵中形成不可逆的固体。这可以显著缩短粗抽泵的寿命，而无需过短的定期维护(PM)周期。较短的PM周期会导致工具正常运行时间减少，从而降低产量。

当前的氨缓解技术是使氨与过量氟反应，由三氟化氮(NF₃)与远程等离子体源(例如MKS Astron)产生。然而，将氟引入含有高含量氢(H₂)或高含量硅烷(SiH₄)或一些其他硅基和/或含氢前体的工艺流中会产生高度放热反应，从而导致不良危险。

这一挑战可以通过将氟化氢(HF)气体引入粗抽泵的前级管线以与氨(NH₃)反应来解决。HF与NH₃反应形成氟化铵(NH₄F)。该反应不是高度放热的，因此不会产生这种危险。HF不会与H₂或硅烷基前体发生反应。

NH₄F在室温下为固体。然而，NH₄F固体在100℃或更高的温度下会升华。通过对泵前级管线、泵和泵排放管线进行适当加热，可以控制NH₄F固体的积聚，从而使沉积前体通过泵并可以在减排设备中被捕获并从系统中去除。

这种方法可以防止氨与沉积前体反应而在泵中形成不可逆的固体，从而延长泵的使用寿命并且延长PM循环之间的时间。

参考图1，描述了本公开的一个方面的工艺流程，一种在具有处理室的装置中进行的方法，该处理室通过泵前级管线与工艺粗抽泵连接。在101，氨和沉积前体被从处理室泵送到前级管线，例如在处理室中进行的沉积操作之后抽空或清扫处理室时。氨和沉积前体尤其可以是从室泵送的工艺气体。沉积前体可以包括过渡金属物质，例如过渡金属卤化物。例如，沉积前体可以包括卤化钨，例如钨或钼的氯化物或氟化物。其他沉积前体可包括含硅物质，例如卤化硅，例如氯化硅、溴化硅或碘化硅。并且预期的沉积前体还可以包括通常结合在半导体制造操作中沉积的膜中的其他元素，例如氧、氮等。一些样品工艺化学品包括：

WF₆+NH₃

MoX，其中X包括卤化物+NH₃+H₂

SiH₂X₂/SiHX₃/SiX₄，其中X包括卤化物+NH₃

再次参考图1，在103，将氟化氢气体引入前级管线以与氨反应而形成氟化铵。氟化氢可以以至少在化学计量上等于泵入前级管线的氨量的量被引入泵前级管线。例如，氟化氢可以以约1.1氟化氢比1氨的比例被引入泵前级管线。在特定示例中，合适的氟化氢流速可以是约700至800标准立方厘米每分钟(SCCM)。

再次参考图1，在105，在泵送期间，工艺粗抽泵和泵前级管线保持在至少氟化铵的升华温度下，使得氟化铵可以气相进入和通过泵，以防止泵结垢。例如，在泵送期间，工艺粗抽泵和泵前级管线可以保持在至少100℃的温度。在一些实施方案中，工艺粗抽泵和/或泵前级管线可以被加热以便在泵送期间将温度保持在至少100℃。这可以包括使用一个或多个加热元件来加热工艺粗抽泵和/或泵前级管线。这些加热元件可以包括位于工艺粗抽泵和/或泵前级管线之上或之内的电阻加热器或加热流体。这些加热元件被配置为将工艺粗抽泵和/或泵前级管线加热到至少100℃。

附加地或替代地，在一些实施方案中，加热的气体可以流入工艺粗抽泵和/或泵前级管线中，以加热工艺粗抽泵和/或泵前级管线。这可以是加热的惰性气体，例如氮气或氩气。在一些实现方案中，该气体可以由一个或多个被配置为加热该气体的加热器加热，该加热器可以包括位于一个或多个让气体流过的气体管线的上面或内部的一个或多个加热元件，例如电阻加热器或让加热流体流过的流体导管。在一些情况下，该加热的气体可以从气体源通过沿泵前级管线的连接点流入泵前级管线。在一些实施方案中，这种加热的气体可以与氟化氢气体共同流入前级管线。如下所述，加热的气体可以流入工艺粗抽泵。

图2描绘了诸如本文所述的装置的简化示意图。装置200包括通过泵前级管线206与工艺粗抽泵208(例如真空泵)连接的处理室204。沉积前体和氨气体源202(即工艺气体源)与处理室204连接。如上所述，氨和沉积前体尤其可以是泵送至处理室204和/或从处理室204抽出的工艺气体。箭头指示通过装置200的气流的方向。

氟化氢气体源212通过泵前级管线206与泵208连接。前级管线206可以包括节流阀210以控制由工艺粗抽泵208抽吸通过前级管线206的气流。工艺粗抽泵208可以具有相关联的泵清扫气体源218，例如氮气(N₂)气体源。该泵清扫气体源218可以连接到工艺粗抽泵208和/或排放管线214，并且被配置为将清扫气体流入工艺粗抽泵208和/或排放管线214。在一些实施方案中，该清扫气体可能会被加热。

泵前级管线还可以任选地包括混合区207，其配置为在直前级管线不足以实现这一点的情况下提供氨和HF的彻底反应。如果前级管线206包含混合区207，则HF气体源212可以通过混合区207与前级管线206连接。在任一布置中，氟化氢气体在混合区(如果存在)或其上游被引入前级管线以及泵，使得氟化氢与氨混合并反应以形成氟化铵，然后进入工艺粗抽泵。

如上所述，在泵送期间，工艺粗抽泵和泵前级管线至少保持在氟化铵的升华温度下。在一些实施方案中，可以通过使用一个或多个加热元件来加热工艺粗抽泵和/或泵前级管线来维持温度。在图2中，加热元件209被示出在泵前级管线206上并且该加热元件209被配置为将泵前级管线206加热到至少100℃。该加热元件209还代表一个或多个加热元件，例如位于泵前级管线206上或内部的流体导管内的电阻加热器或加热流体。图2还包括第二加热元件211，该第二加热元件211被配置为将工艺粗抽泵208加热到至少100℃。该加热元件209还代表一个或多个加热元件，例如位于工艺粗抽泵208上或之内的流体导管内的电阻加热器或加热流体。

同样如上所述，在一些实施方案中，泵前级管线和/或工艺粗抽泵208的一部分可以在泵送期间通过使来自另一气体源215的加热气体(例如加热的氮气或氩气)在处理室204和工艺粗抽泵208之间的位置处进入泵前级管线而被加热到并保持在至少氟化铵的升华温度。这可以包括氟化氢进入泵的连接点的上游或下游点。在一些情况下，这种加热气体可以与氟化氢共同流入泵前级管线206。在一些实施方案中，另一气体源215可以是本文所述的清扫气体源218，使得清扫气体源218可以是配置为使加热的清扫气体流动。在一些实现方案中，该加热气体可以使用被配置为加热该气体的另一加热器230来加热，该加热器230可以包括位于让气体流过的一个或多个气体管线之上或之内的一个或多个加热元件，例如电阻加热器或让加热流体流过的流体导管。尽管该加热器230被图示在一个气体管线上，但它可以被认为定位在任何气体管线或气体充气室之上或之内。

在使用从附加气体源215流出的加热气体的一些实现方案中，加热气体可流入将氟化氢连接到混合区207的管线中，流入混合区207上游或下游的前级管线206，或者流入混合区207。这种加热气体可以将混合区207和工艺粗抽泵208之间的前级管线206的部分和/或工艺粗抽泵维持在至少氟化铵的升华温度的温度，例如至少100℃。

装置200还包括与气体源202和212相关联的气体流量控制硬件，以及具有处理器和存储器的控制器220。处理器和存储器彼此通信连接，处理器至少与流量控制硬件可操作地连接，并且存储器存储用于执行至少上面参考图1和本文其他地方描述的方法操作的计算机可执行指令。

图2中描绘的装置200还包括通过排放管线214与工艺粗抽泵208连接的工艺废气减排设备216。在根据本公开的方法的一个实现方案中，排放管线214在将气体泵送通过装置的过程中保持在至少氟化铵的升华温度下，包括将由氨和沉积前体的反应形成的氟化铵从前级管线206中的处理室204泵送并通过泵208和排放管线214到达减排设备216。例如，在泵送期间，排放管线的温度可以保持在至少100℃。与上述类似，在一些实施方案中，可以加热排放管线以便在泵送期间将其温度保持在至少100℃。这可以包括使用一个或多个加热元件，其如图2所示作为可选元件213，以加热排放管线214，并且该一个或多个加热元件213可以包括位于排放管线214之上或之内的电阻加热器或加热流体。该一个或多个加热元件213被配置为加热排放管线至至少100℃。

进一步在这方面并且如本文所提供的，可以提供额外的加热清扫气体(例如，N₂)源215以促进气体从泵208通过排放管线214到减排设备216的清扫。如所述在本文中，这种加热的清扫气体可以被配置为将排放管线214加热到至少氟化铵的升华温度，例如至少100℃。在一些实施方案中，这种加热的清扫气体可以将工艺粗抽泵208和/或排放管线213保持在至少氟化铵的升华温度。

在减排设备216中，氟化铵凝华为固体氟化铵并且被捕获以从设备200中去除。例如，固体氟化铵的去除可涉及在工艺废气减排设备中将固体氟化铵216溶解在水溶液中。控制器220的存储器可以存储计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行上述与将气体泵送通过泵208和排放管线214到达并且通过装置200中的减排设备216有关的操作。

合适的减排设备在工业中被称为湿-烧-湿减排单元。参见例如www.airgard.net/encompass.html。在这样的设备中，减排单元的第一部分是水基的，用于溶解氟化铵。减排单元的第二部分是基于燃烧器/燃烧基的，以处理来自处理室的其他流出物，例如室清洁。减排单元的第三部分是湿基的，以捕获减排单元的第二部分的燃烧副产物。

来自减排设备216的废气可被引导至设施净化排放装置。

图3描绘了如本文所述的装置的特定示例的更具体架构，以提供根据本公开内容的实现方案的一个特定实施方案的附加细节。

在图3中，处理室304、处理气体源和硬件302以及节流阀310与图2中的相同。这里，包括混合区307，其与泵前级管线306相连，并且介于节流阀310和工艺粗抽泵308之间。氟化氢气体源312通过混合区307与前级管线306相连，并且氟化氢气体在混合区307被引入前级管线306。氟化氢在进入工艺粗抽泵之前与氨混合并反应以形成氟化铵。额外的气体源315可以被使用并且连接到氟化氢气体源312、混合区和氟化氢气体源312之间的管线、和/或混合区307，如用虚线所示的可选线。

来自气体源315的这些额外气体中的一种或多种可以帮助氟化氢流入混合区307和/或帮助维持混合区307的温度、流入在混合区307和工艺粗抽泵308之间的前级管道306和/或工艺粗抽泵308。在一些实现方案中，如上文关于气体源215所讨论的，来自气体源315的气体可以是加热的气体，例如加热的清扫气体，其可以包括氩气或氮气。这些气体可以被加热，以使混合区307、混合区307和工艺粗抽泵308之间的前级管线306和/或工艺粗抽泵308的温度在泵送期间处于至少氟化铵的升华温度，例如至少100℃。例如，这些气体可以包括氩气或氮气。在一些实施方案中，其他气体源315可以是本文所述的清扫气体源318，使得清扫气体源318可以配置为使加热的清扫气体流动。

在一些实施方案中，例如图3所示，可以包括一个或多个加热元件309以加热泵前级管线306的至少一部分。在一些实施方案中，可替代地或附加地，来自气体源315的气体可以被加热并流入混合区307以加热混合区307、在混合区和工艺粗抽泵308之间的泵前级管线306、和/或工艺粗抽泵308。这种加热可以通过位于气体管线之上或之内的一个或多个加热元件或让加热的流体在其中流动的流体导管(例如加热元件330所示)来执行。

如图3所示，清扫气体源318可以连接到工艺粗抽泵308并且被配置为使清扫气体流入工艺粗抽泵308。该气体可以是如上所述的加热的氮气。在一些情况下，装置300还可以包括连接到排放管线314并具有检测器319和另一个泵321的辅助气体管线317。该检测器319可以是被配置为检测在排放管线314中的气体的各个方面(例如氟化铵是否保持在气态)的红外和/或气体检测器。

图3的其余特征可以与关于图2描述的相同。

室内设备

本文所述的方法和装置可以与任何合适的沉积室装置实施和/或集成。合适的装置包括各种系统，例如，可从加利福尼亚州弗里蒙特的Lam Research Corporation获得的

和

或多种其他可商购的处理系统中的任何一种。

图4A图示了根据某些实施方案的用于处理部分制造的半导体衬底的装置400的示意图。装置400包括具有基座420、喷头414和原位等离子体发生器416的室418。装置400还包括系统控制器422以接收输入和/或向各种设备提供控制信号。

工艺气体(包括沉积和/或蚀刻前体、氨惰性气体等)由源402供应，源402可以是一个或多个储罐或气箱。工艺气体可以在被引入室418之前用远程等离子体发生器406激活。可以使用任何合适的远程等离子体发生器。例如，可以使用远程等离子清洗(RPC)单元，例如可从马萨诸塞州安多弗的MKS Instruments获得的

单元。

在某些实施方案中，沉积前体、蚀刻剂和其他工艺气体可以从源402通过远程等离子体发生器406和连接线408流入室418，其中混合物通过喷头414分布。替代地，例如，当蚀刻剂流入室418时，远程等离子体发生器406可以不存在或关闭，因为不需要激活工艺气体。

喷头414或基座420通常可以具有与其附接的内部等离子体发生器416。在一个示例中，发生器416是高频(HF)发生器，其能够在介于约1MHz和100MHz之间的频率下提供介于约0W和10,000W之间的功率。在更具体的实施方案中，HF发生器可以在约13.56MHz下提供约0W到5,000W之间的功率。

室418可以包括传感器424，其用于感测各种工艺参数，例如沉积和蚀刻程度、浓度、压力、温度等。传感器424可以在处理期间向系统控制器422提供关于室条件的信息。传感器424的示例包括质量流量控制器、压力传感器、热电偶等。传感器424还可以包括红外检测器或光学检测器以监测在室中气体的存在和控制措施。

沉积和选择性去除操作会产生从室418中排出的各种挥发性物质。此外，在室418的某些预定压力水平下执行处理。这两种功能都使用真空出口426来实现，真空出口426可以是真空泵。这里参考图1和2描述的装置可以在这里整合。

在某些实施方案中，采用系统控制器422来控制工艺参数。系统控制器422通常包括一个或多个存储器设备和一个或多个处理器。处理器可以包括CPU或计算机、模拟和/或数字输入/输出连接、步进电机控制器板等。通常，将有与系统控制器422相关联的用户界面。用户界面可以包括显示屏、装置和/或工艺条件的图形软件显示，以及用户输入设备，例如指点设备、键盘、触摸屏、麦克风等。

在某些实施方案中，系统控制器422控制衬底温度、蚀刻剂流速、远程等离子体发生器406的功率输出、室418内的压力和其他工艺参数。系统控制器422执行系统控制软件，包括用于控制时间、气体混合物、室压力、室温度和特定工艺的其他参数的指令集。在一些实施方案中可以采用存储在与控制器相关联的存储器设备上的其他计算机程序。

用于控制工艺序列中的工艺的计算机程序代码可以用任何传统的计算机可读编程语言编写：例如，汇编语言、C、C++、Pascal、Fortran或其他语言。编译后的目标代码或脚本由处理器执行，以执行程序中标识的任务。系统软件可以以许多不同的方式设计或配置。例如，可以编写各种室部件子程序或控制对象来控制用于执行所述工艺的室部件的操作。用于此目的的程序或程序段的示例包括工艺气体控制代码、压力控制代码和等离子控制代码。

控制器参数与工艺条件有关，例如，每个操作的时间、室内的压力、衬底温度、蚀刻剂流速等。这些参数以配方的形式提供给用户，并且可以使用用户界面输入。用于监控工艺的信号可以由系统控制器422的模拟和/或数字输入连接提供。用于控制工艺的信号通过装置400的模拟和数字输出连接来输出。

图4B示出了根据某些半导体制造工艺可用于沉积或蚀刻材料的另一示例性等离子体反应器。图4B示意性地示出了电感耦合等离子体装置490的截面图，其示例是由加利福尼亚州弗里蒙特的Lam Research Corporation生产的

Max反应器。尽管本文描述了ICP反应器，但在一些实施方案中，应当理解，也可以使用电容耦合等离子体反应器。

电感耦合等离子体装置490包括在结构上由室壁491和用于点燃等离子体的圆顶492限定的整个处理室。室壁491可以由不锈钢或铝制成。用于等离子体产生的元件包括线圈494，其定位在圆顶492周围和喷头495上方。在一些实施方案中，在公开的实施方案中不使用线圈。线圈494由导电材料制成并且包括至少一整匝。图4B中所示的线圈494的示例包括三圈。线圈494的横截面用符号表示，具有“X”的线圈旋转地延伸到页面中，而具有“·”的线圈旋转地延伸到页面外。用于等离子体生成的元件还包括被配置为向线圈494提供RF功率的RF电源441。通常，RF电源441通过连接445连接到匹配电路439。匹配电路439通过连接443连接到线圈494。以这种方式，RF电源441连接到线圈494。从RF电源441向线圈494提供射频功率以使RF电流流过线圈494。流过线圈494的RF电流在线圈494周围产生电磁场。电磁场在圆顶492内产生感应耦合等离子体。各种产生的离子和自由基与晶片497的物理和化学相互作用蚀刻半导体衬底上的特征或晶片497。

同样，RF电源441可以提供任何合适频率的RF功率。在一些实施方案中，RF电源441可以被配置为相互独立地控制高频和低频RF电源。示例性低频RF频率可以包括但不限于0kHz和500kHz之间的频率。示例性高频RF频率可包括但不限于1MHz和2.45GHz之间、或1.8MHz和2.45GHz之间、或大于约13.56MHz、或大于27MHz、或大于40MHz，或大于60MHz的频率。应当理解，可以离散地或连续地调制任何合适的参数以提供用于表面反应的等离子体能量。

在根据某些实施方案执行的蚀刻操作期间，RF功率可以被编程为渐变式和/或脉冲式的。例如，RF功率可以在接通(ON)和关断(OFF)状态之间渐变，其中OFF状态期间的RF功率为0W并且ON状态期间的RF功率在约50W和约3000W之间。RF功率可以以约1Hz和约400kHz之间、或1Hz和约100KHz之间、或约10Hz和约100kHz之间、或约100Hz和约10kHz之间的频率脉冲化。占空比可以介于约1％和约99％之间或介于约10％和约90％之间。在脉冲期间RF功率接通的持续时间可以介于约100毫秒和约10秒之间，或介于约100毫秒和约5秒之间。

喷头495向衬底497分配工艺气体。在图4B中显示的实施方案中，衬底497位于喷头495下方并且被示出搁置在基座496上。喷头495可以具有任何合适的形状并且可以具有用于将工艺气体分配到衬底497的任何合适数量和布置的端口。

基座496被配置为接收和保持在其上执行蚀刻的衬底497。在一些实施方案中，基座496可以升高或降低以将衬底497暴露于衬底497和喷头495之间的体积。应当理解，在一些实施方案中，可以通过合适的计算机控制器499以编程方式调整基座高度。

在另一种情况下，调整基座496的高度可以允许在工艺中包括的等离子体激活循环期间改变等离子体密度。在处理阶段结束时，基座496可以在另一衬底传送阶段期间降低以允许从基座496移除衬底497。在一些实施方案中，可以相对于基座496调整喷头495的位置以改变衬底497和喷头495之间的体积。此外，应当理解，基座496和/或喷头495的竖直位置可以通过本公开范围内的任何合适的机构来改变。在一些实施方案中，基座496可以包括用于旋转衬底497的方向的旋转轴。应当理解，在一些实施方案中，这些示例调整中的一个或多个可以由一个或多个合适的计算机控制器499以编程方式执行。

工艺气体(例如含卤素的气体、NF₃、氩气、WF₆、氨、氮等)可以通过位于圆顶中的一个或多个主气流入口493和/或通过一个或更多侧气流入口(未显示)。同样，尽管未明确示出，类似的气流入口可用于将工艺气体供应到电容耦合等离子体处理室。在电容耦合等离子体处理室的一些实施方案中，气体可经由喷头的中心和/或边缘通过喷头注入。真空泵(例如，一级或二级机械干泵和/或涡轮分子泵498a)可用于将工艺气体抽出处理室491并维持处理室491内的压力。阀控制导管可用于将真空泵流体连接到处理室491，以便选择性地控制由真空泵提供的真空环境的应用。这可以在操作等离子体处理期间采用闭环控制的流量限制设备(例如节流阀(未示出)或摆阀(未示出))来完成。同样，也可以采用真空泵和阀门控制的与电容耦合等离子体处理室的流体连接。挥发性蚀刻和/或沉积副产物可以通过端口498b从处理室491中去除。

在一些实施方案中，系统控制器499(其可以包括一个或多个物理或逻辑控制器)控制处理室499的操作中的一些或全部。系统控制器499可以包括一个或多个存储器设备和一个或多个处理器。在一些实施方案中，装置490包括用于在执行所公开的实施方案时控制流速和持续时间的切换系统。在一些实施方案中，装置490可以具有高达约500ms或高达约750ms的切换时间。切换时间可以取决于流动化学、选择的配方、反应器结构和其他因素。

在一些实现方案中，系统控制器499是系统的一部分，该系统可以是上述示例的一部分。这样的系统可以包括半导体处理设备，半导体处理设备包括一个或多个处理工具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台、和/或特定处理部件(晶片基座、气体流系统等)。这些系统可以与用于在半导体晶片或衬底的处理之前、期间和之后控制它们的操作的电子器件集成。电子器件可以被集成到系统控制器499，其可以控制一个或多个系统的各种部件或子部件。根据处理参数和/或系统类型，系统控制器499可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括处理气体的输送、温度设置(例如加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、射频(RF)产生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流率设置、流体输送设置、位置和操作设置、晶片转移进出工具和其他转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的装载锁。

概括地说，系统控制器499可以定义为电子器件，电子器件具有接收指令、发出指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)的芯片、和/或一个或多个微处理器、或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式发送到控制器的指令，单独设置(或程序文件)定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定工艺的操作参数。在一些实施方案中，操作参数可以是由工艺工程师定义的配方的一部分，以在一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或晶片的管芯的制造或去除期间完成一个或多个处理步骤。

在一些实现方案中，系统控制器499可以是与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系统或其组合的计算机的一部分或耦合到该计算机。例如，控制器可以在“云”中或是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，其可以允许对晶片处理的远程访问。计算机可以实现对系统的远程访问以监视制造操作的当前进展、检查过去制造操作的历史、检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数、设置处理步骤以跟随当前的处理、或者开始新的处理。在一些示例中，远程计算机(例如服务器)可以通过网络(其可以包括本地网络或因特网)向系统提供工艺配方。远程计算机可以包括使得能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，然后将该参数和/或设置从远程计算机发送到系统。在一些示例中，系统控制器530接收数据形式的指令，其指定在一个或多个操作期间要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以特定于要执行的工艺的类型和工具的类型，控制器被配置为与该工具接口或控制该工具。因此，如上所述，系统控制器499可以是例如通过包括联网在一起并朝着共同目的(例如本文所述的工艺和控制)工作的一个或多个分立的控制器而呈分布式。用于这种目的的分布式控制器的示例是在与远程(例如在平台级或作为远程计算机的一部分)的一个或多个集成电路通信的室上的一个或多个集成电路，其组合以控制在室上的工艺。

示例系统可以包括但不限于等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转漂洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、ALD室或模块、ALE室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及可以与半导体晶片的制造和/或制备相关联或用于半导体晶片的制造和/或制备的任何其它半导体处理系统。

如上所述，根据将由工具执行的一个或多个处理步骤，控制器可以与一个或多个其他工具电路或模块、其它工具部件、群集工具、其他工具接口、相邻工具、邻近工具、位于整个工厂中的工具、主计算机、另一控制器、或在将晶片容器往返半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口运输的材料运输中使用的工具通信。

结果

发现本文中的技术和装置可以减少粗抽泵排放处的氨。在一项实验中，发明人发现在任何氟化氢(HF)流入系统之前，氨以约1SLPM的流速和高于6,000ppm的浓度流动。一旦HF以大约1.1SLPM流入系统，氨浓度就会降低到低于2,000ppm，或降低大约85％。

结论

虽然上述的实施方案为了清楚和理解的目的进行了详细描述，但显而易见的是，某些变化和修改可在所附权利要求的范围内实施。应当注意，存在实现所公开的实施方案的工艺、系统和装置的许多替代方式。因此，所呈现的实施方案应被认为是说明性的而不是限制性的，并且所公开的实施方案不应受限于本文所给出的细节。

Claims (32)

1.一种方法，其包括：

在包括通过泵前级管线与工艺粗抽泵连接的处理室的装置中，

将氨和沉积前体从所述处理室泵送至前级管线；

将氟化氢气体引入所述前级管线以与所述氨反应以生成氟化铵；以及

在所述泵送期间将所述工艺粗抽泵和泵前级管线保持在至少所述氟化铵的升华温度下。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工艺粗抽泵和所述泵前级管线在所述泵送期间保持在至少100℃的温度下。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述氟化氢以至少在化学计量上等于泵送至所述前级管线的氨量的量引入所述泵前级管线。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，以约1.1氟化氢比1氨的比率将所述氟化氢引入所述泵前级管线。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述氟化氢流量为约700至800SCCM。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沉积前体包括过渡金属物质。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沉积前体包括过渡金属卤化物。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沉积前体包括氟化钨。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沉积前体包括氯化钨。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沉积前体包括氟化钼。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沉积前体包括氯化钼。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沉积前体包括含硅物质。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沉积前体包括卤化硅。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沉积前体包括氯化硅。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沉积前体包括溴化硅。

16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沉积前体包括碘化硅。

17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述装置还包括通过排放管线与所述工艺粗抽泵连接的工艺废气减排设备，并且所述排放管线在所述泵送期间保持在至少所述氟化铵的升华温度下。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述排放管线在所述泵送期间保持在至少100℃的温度下。

19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述氟化铵凝华为固体氟化铵并被捕获在所述工艺废气减排设备中以从所述装置中去除。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述固体氟化铵的去除包括将在所述工艺废气减排设备中的所述固体氟化铵溶解在水溶液中。

21.根据权利要求1所述的方法，其中，所述泵前级管线还包括混合区，并且在所述混合区或其上游将所述氟化氢气体引入所述前级管线中，使得所述氟化氢与所述氨混合并且反应以形成所述氟化铵，然后进入所述工艺粗抽泵。

22.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述泵送期间将所述工艺粗抽泵和泵前级管线保持在至少所述氟化铵的升华温度下包括：使加热的气体流入所述泵前级管线和/或所述工艺粗抽泵中。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述加热的气体包括氮气或氩气。

24.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述泵送期间将所述工艺粗抽泵和泵前级管线保持在至少所述氟化铵的升华温度下包括：使一个或多个加热元件加热所述泵前级管线和/或所述工艺粗抽泵。

25.一种装置，其包括：

处理室，其通过泵前级管线与工艺粗抽泵相连；

与所述处理室连接的沉积前体和氨气体源；

与所述工艺粗抽泵连接的氟化氢气体源；

与所述气体源相关的气体流量控制硬件；和

具有处理器和存储器的控制器，

其中，所述处理器和所述存储器彼此通信连接，所述处理器与所述流量控制硬件至少操作性地连接，并且所述存储器存储计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于：

使所述工艺粗抽泵将氨和沉积前体从所述处理室泵送到所述泵前级管线，

使氟化氢气体引入所述前级管线以与所述氨反应而形成氟化铵，以及

使所述工艺粗抽泵和所述泵前级管线在所述泵送期间保持在至少所述氟化铵的升华温度下。

26.根据权利要求25所述的装置，其中，所述装置还包括通过排放管线与所述工艺粗抽泵连接的工艺废气减排设备，并且所述存储器存储计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使所述排放管线在所述泵送期间维持在至少所述氟化铵的升华温度下。

27.根据权利要求25所述的装置，其中，所述泵前级管线还包括混合区，并且所述存储器还存储计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于将所述氟化氢气体引入所述混合区处或所述混合区上游的所述前级管线中，使得所述氟化氢与所述氨混合并反应以形成所述氟化铵，然后进入所述工艺粗抽泵。

28.根据权利要求25所述的装置，其中，所述氟化氢气体通过与所述处理室和所述工艺粗抽泵之间的所述泵前级管线的连接而连接到所述工艺粗抽泵。

29.根据权利要求25所述的装置，其还包括节流阀，其连接到所述泵前级管线并且被配置为控制通过所述泵前级管线的气体流量，其中所述氟化氢气体连接到在所述节流阀和所述工艺粗抽泵之间的所述泵前级管线。

30.根据权利要求25所述的装置，其中，使所述工艺粗抽泵和所述泵前级管线在所述泵送期间保持在至少所述氟化铵的升华温度下包括：使加热的气体流动进入所述泵前级管线，进入所述工艺粗抽泵，或进入泵前级管线和所述工艺粗抽泵。

31.根据权利要求30所述的装置，其中，所述加热的气体包括氮气或氩气。

32.根据权利要求25所述的装置，其还包括一个或多个加热元件，所述加热元件被配置为将所述泵前级管线加热到至少所述氟化铵的升华温度，其中使所述工艺粗抽泵和所述泵前级管线在所述泵送期间保持在至少所述氟化铵的升华温度下包括：使所述一个或多个加热元件将所述泵前级管线加热到至少所述氟化铵的升华温度。

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