CN1579011A - Cvd设备以及使用cvd设备清洗cvd设备的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提供一种CVD设备中的清洗方法，它能够有效地除去副产物如SiO2或Si3N4，所述副产物在成膜过程中粘附并沉积在反应室中的内壁、电极等的表面，以及废气通道等管道的侧壁，其中排放的清洗气数量非常少，减小了对环境的影响如全球变暖，降低了成本。所述CVD能向反应室提供反应气，并在反应室中的基底材料表面上形成沉积薄膜，在所述CVD设备中，通过泵从反应室内部排出气体的废气通道安装有废气循环通道，以将所述废气从泵的下游侧循环到反应室。
Description
技术领域
本发明涉及一种在半导体(如硅晶片)用基底材料的表面上形成高质量均匀薄膜(如二氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4等))的化学气相沉积(CVD)设备。
更具体地说，本发明涉及一种CVD设备，所述设备能够在成膜过程之后进行清洗以除去粘附在反应室内壁等上的副产物，以及使用CVD设备清洗CVD设备的方法。
背景技术
通常，薄膜如二氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4等)广泛用于半导体元件中如薄膜晶体管、光电转换元件等。现在主要使用下述三种形成薄膜如二氧化硅、氮化硅等的技术。
(1)物理气相成膜技术如溅射或真空沉积
更具体地说，所述技术包括使用物理方法将固体薄膜材料转变成原子或原子团，然后将它们沉积在已成形薄膜的表面上，从而形成薄膜；
(2)热CVD技术
更具体地说，所述技术包括将气相薄膜材料加热到高温，以引发化学反应，然后形成薄膜；以及
(3)等离子体CVD技术
更具体地说，所述技术包括将气相薄膜材料转变成等离子体，以引发化学反应，然后形成薄膜。
具体地说，通常使用(3)中所述的等离子体CVD技术(等离子体增强的化学气相沉积)，因为它可有效形成很薄且均匀的薄膜。
用于等离子体CVD技术的等离子体CVD设备100的结构通常如图4所示。
更具体地说，所述等离子体CVD设备100包括保持在减压状态的反应室102，在所述反应室102中互相对置的上电极104和下电极106，所述上电极和下电极之间隔开一个恒定的距离。与成膜气体源(图中没有显示)相连的成膜气体供应通道108连接到上电极104，成膜气体则通过上电极104输送到所述反应室102中。
而且，用来施加高频的高频发热电极(applicator)110连接到所述反应室102中接近上电极104的位置。另外，通过泵112排出气体的排气通道114连接到所述反应室102上。
在具有所述构造的等离子体CVD设备100中，例如，用来形成二氧化硅薄膜的单硅烷(SiH4)、N2O、N2、O2、Ar等以及用来形成氮化硅(Si3N4等)薄膜的单硅烷(SiH4)、NH3、N2、O2、Ar等通过成膜气体供应通道108和上电极104输入到反应室102中，所述反应室102保持在例如130帕的减压状态。在这种情况下，通过例如高频发热电极110在所述电极104和106之间施加13.56MHz的高频电源，所述电极104和106在反应室102中相对放置。结果就形成高频电场，在所述高频电场中，电子撞击成膜气体中的中性分子，从而形成了高频等离子体，这样所述成膜气体就解离成离子和自由基团。由于离子和自由基团的作用，就在半导体产品W如硅晶片的表面上形成硅薄膜，所述半导体产品位于所述电极中的一个(所述下电极106)上面。
在所述等离子体CVD设备100中，在成膜步骤中，薄膜材料如SiO2或Si3N4通过放电也附着并沉积在反应室102中的内壁、电极等的表面上，而不是反应室102中形成的半导体产品W上，这样就得到了副产物。当该副产物生长到一定厚度时，它可通过自重、应力等剥离。因此，在所述成膜步骤中，作为杂质的细粒混入了所述半导体产品中，这样就会造成污染。所以就不能制造高质量的薄膜，就会造成半导体电路的断开或短路。另外，也有可能使产率等下降。
因此，在等离子体CVD设备100中，通常使用例如清洗气(通过加入含氟化合物如CF4、C2F6或COF2以及O2(如果需要的话)等得到)来除去副产物，以在成膜步骤完成之后的任何时间除去所述副产物。
更具体地说，在使用所述清洗气清洗常规等离子体CVD设备100的方法中，如图4所示，在所述成膜步骤完成之后，用包含氟化合物如CF4、C2F6或COF2的清洗气伴随气体如O2和/或Ar代替成膜过程中的成膜气体，且所述清洗气通过所述成膜气供应通道108和上电极104输入到保持在减压状态的反应室102中。用与成膜过程中相同的方法，通过高频发热电极110在电极104和106之间施加高频电源，所述电极104和106在所述反应室102中相对放置。结果就形成了高频电场，在所述电场中，电子撞击清洗气中的中性分子，这样就形成了高频等离子体，且所述清洗气解离成离子和自由基团。所述离子和自由基团与附着以及沉积在反应室102中的内壁、电极等的表面上的副产物如SiO2或Si3N4起反应，这样，所述副产物气化成SiF4，并用泵112通过废气通道114与废气一起排到反应室102的外面。
用作清洗气的含氟化合物如CF4或C2F6是一种在大气中具有长寿命的稳定化合物。而且，也存在这样一个问题，即在清洗后很难进行气体排放处理，且处理成本上升。而且，CF4、C2F6和SF6的全球变暖因子(在100年内的累积值)分别为6500、9200和23900，这是非常大的。因此，应该认识到其对于环境的不利影响。
而且，通过废气通道114排放到反应室102的外面的气体比例较高，即，例如在使用C2F6的情况下约60％。因此，它由于能使全球变暖而有不利的影响，并且其解离效率较低，清洗能力也较低。
在考虑实际情况的前体下，本发明的目的是提供能够进行清洗的CVD设备，其中副产物如SiO2或Si3N4(它附着且沉积在反应室中的内壁、电极等，以及废气通道等管道的侧壁表面上)可在成膜步骤有效地除去，此外，其排放的清洗气的量很小，也减轻了对环境的影响(如全球变暖)，气体使用效率也较高，又降低了成本，并且能够制造高质量的薄膜。此外，本发明的目的也提供了一种使用CVD设备清洗CVD设备的方法。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题并达到上述目的，完成了本发明，本发明提供了一种CVD设备，所述CVD设备可将反应气输送到反应室中，并在反应室中的基底材料表面上形成沉积薄膜，
其中用来将废气循环到所述反应室中的废气循环通道安装在废气通道上，所述废气通道能通过泵将气体从所述反应室的内部排出。
而且，本发明提供了一种清洗CVD设备的方法，其中反应气通过反应气供应通道输入到反应室中，并在反应室中的基底材料表面上形成沉积薄膜，接着清洗所述反应室内部，所述方法包括以下步骤：
当通过安装在废气通道上的废气循环通道将废气循环到反应室时，清洗所述反应室的内部，所述废气通道可通过泵将气体从所述反应室内部排出。
通过这样的结构，当所述废气通过所述废气循环通道循环到所述反应室时，清洗所述反应室的内部。因此，可再次使用包含在废气中的清洗气组分作为反应室中的清洗气。所以，提供了气体利用率。
因此，可除去粘附并沉积在反应室内部的副产物如SiO2或Si3N4。所以，在成膜过程中，可避免细粒混入半导体产品以及它们的污染，从而制得高质量的薄膜，也能提高产量等。
而且，能极大地降低最终排放到外部的清洗气组分。因此，所述清洗气的排放量非常少，从而降低了对环境的影响如全球变暖。
此外，本发明的特征在于构造所述废气循环通道，以便将所述废气从干燥气泵的下游侧循环到反应室。
通过这样的结构，提高了压力。因此，可提供除去颗粒等的过滤器。所以，能避免形成颗粒，从而没有造成过滤器的堵塞，且所述颗粒并没有循环入所述反应室中。从而提高了清洗效率。
而且，本发明的特征在于所述废气循环通道安装有用以吸附和除去废气中的非活性气体的聚合物薄膜装置。
通过这样的例如循环结构，可通过所述聚合物薄膜装置吸附并除去非活性气体如N2或O2。因此，可仅通过使所述清洗气组分循环到所述反应室中进行清洗。所以提高了气体利用率。此外，可回收和循环这样吸附并除去的非活性气体。
此外，本发明的特征在于所述废气循环通道安装有用以选择性除去非必要废气组分的分离器。
通过这样的结构，可通过所述分离器选择性地除去非必要的废气组分如SiF4、HF、CO或CO2。因此，例如，可通过将清洗气组分如COF2、CF4或F2或浓缩气体组分循环到反应室中进行清洗。所以，提高了气体利用率。
而且，本发明的特征在于所述废气循环通道安装有用以提高废气压力以及将所述废气循环到反应室中的压缩机。
通过所述压缩机，可提高所述废气即清洗气的压力，并将所述气体循环到所述反应室中。因此，可使反应室中的压力保持恒定。所以，可使清洗效率保持恒定。
此外，本发明的特征在于所述废气循环通道安装有检测循环到反应室中的废气组分以及使气体组分保持恒定的控制装置。
通过这样的结构，例如，使用所述控制装置就可监测在所述废气循环通道中流动的COF2浓度。因此，可使反应室中的清洗气组分保持在稳定状态。所以，可进行均匀且有效地清洗。
而且，本发明的特征在于所述废气循环通道安装有压力释放装置，以在所述废气循环通道具有恒定压力或更大时释放压力。
通过这样的结构，当废气循环通道的压力为恒定压力或更大时，利用压力释放装置就可释放压力。因此，可防止废气循环通道中的压力上升，从而防止设备如废气循环通道的管道、泵、聚合物薄膜装置和分离器的破裂和损坏。
此外，本发明的特征在于提供了用以开关所述废气循环通道和反应室供应通道的开关装置，
当清洗气通过间接等离子体生成装置输入到反应室中，清洗反应室内部时，如果需要的话，打开所述废气循环通道，以及
当在反应室中的基底材料表面上形成沉积薄膜时，通过开关装置进行开关控制，以关闭所述废气循环通道。
而且，本发明的特征在于提供用以开关所述废气循环通道和反应气供应通道的开关装置，
当清洗气通过间接等离子体生成装置输入到所述反应室中，以清洗反应室内部时，打开所述废气循环通道，以及
当在反应室中的基底材料表面上形成沉积薄膜时，使用开关装置进行开关控制，以关闭所述废气循环通道。
通过这样的结构，在清洗过程中打开所述废气循环通道。因此，当废气通过废气循环通道循环到反应室时清洗反应室的内部。所以，可再次使用包含在废气中的清洗气组分作为反应室中的清洗气。这样，提高了气体利用率。
另一方面，当在反应室中的基底材料上形成沉积薄膜时，关闭所述废气循环通道。因此，可使成膜气组分保持恒定。这样，可在基底材料上形成恒定质量的均匀薄膜。
此外，本发明CVD设备的特征在于在进行清洗的初始阶段，打开来自间接等离子体生成装置的清洗气供应通道，如果需要的话，打开废气循环通道，以及在清洗开始后，利用开关装置进行开关控制，以关闭清洗气供应通道，从而进行清洗。
而且，本发明清洗CVD设备的方法的特征在于在清洗的开始阶段，打开所述反应气供应通道，如果需要的话，打开所述废气循环通道，以及
在清洗开始后，关闭所述反应气供应通道，进行清洗。
此外，本发明清洗CVD设备的方法的特征在于，当清洗气通过间接等离子体生成装置输入反应室，从而清洗反应室内部时，在清洗的初始阶段，打开来自间接等离子体生成装置的清洗气供应通道，如果需要的话打开废气循环通道，以及在清洗开始后关闭反应气供应通道，进行清洗。
通过这样的结构，在清洗气如C2F6流动恒定时间后，形成了COF2。因此，通过所述废气循环通道使COF2循环，从而可用作清洗气。这样，提高了所述清洗气的利用率，也降低了成本。
而且，本发明的特征在于，在用所述CVD设备对基材进行成膜处理后，用来除去粘附在反应室中的副产物的清洗气包含氟气。
通过使用这种包含氟气的清洗气，可稳定地形成等离子体，以及得到优良的清洗均匀性。
附图简述
图1是描述本发明CVD设备的第一个实例的示意图。
图2是描述本发明CVD设备的第二个实例的示意图。
图3是描述本发明CVD设备的第三个实例的示意图。
图4是描述用于常规等离子体CVD方法的等离子体CVD设备的示意图。
具体实施例方式
参照下述附图，详细描述本发明的实例(实施例)。
图1是描述本发明CVD设备的第一个实例的示意图。
如图1所示，用于等离子体CVD方法的等离子体CVD设备10包括保持在减压状态(真空状态)的反应室12。此外，利用机械增压泵11、干燥气泵14和使废气无毒的去毒装置13，通过安装在反应室12的底壁12c上的废气通道16将内部气体排放到外部，来使所述等离子体CVD设备10保持在恒定的真空状态(减压状态)。
而且，下电极18安装在反应室12中，所述下电极组成了一个平台，用来安装基底材料A，以在硅晶片等的表面上沉积(气相沉积)硅薄膜。所述下电极18穿过反应室12的底壁12c，且它可通过图中没有显示的驱动装置进行垂直滑动，所以其位置可调节。在下电极18和底壁12c之间的滑动部分安装有图中没有显示的密封部件如密封环，以使反应室12保持一定的真空度。
另一方面，上电极20安装在反应室12的上部，它具有穿过反应室12的顶壁12a的基底末端部分22，且与安装在反应室12外部的高频电源24连接。上电极20安装有图中没有显示的高频发热电极25如高频施加线圈。另外，在高频发热电极25和高频电源24之间具有匹配电路(图中没有显示)。因此，能无损失地将高频电源24形成的高频传送到高频发热电极25如高频施加线圈。
而且，反应气供应通道26安装在上电极20上，通过反应气供应通道26和上电极20，将成膜气从成膜气供应源28输送到保持在减压状态的反应室12中。
另一方面，将清洗气供应通道分支，并连接到反应气供应通道26。结果，清洗气能通过清洗气供应通道30从清洗气源34输送到反应室12中。
而且，可提供废气循环通道36，它是从所述废气通道16中的干燥气泵14的下游侧分支出来的，且到达了反应气供应通道26，可用来将待循环的废气循环到反应室12中。在清洗过程中，如下述，废气循环通道36可用来循环输入到反应室12的清洗气中的废气。
通过这样的结构，如果干燥气泵14吸入端的压力太低，且提供了废气循环通道的话，需要使用升压泵。因此，另一方面，提供从废气通道16中的干燥气泵14的下游侧分支的废气循环通道36，以升高压力。所以，可提供过滤器除去颗粒等。结果，避免形成颗粒，且没有造成过滤器的堵塞，从而防止所述颗粒进入反应室。这样提供了清洗效率。
所述废气循环通道36安装有聚合物薄膜装置40，以吸附和除去废气中的非活性气体如N2或O2。该聚合物薄膜装置并没有具体地限定，但可使用以下聚合物薄膜如聚砜或中空纤维薄膜。
如果需要的话，可在所述聚合物薄膜装置40的下游安装通过压缩机42的分离器44，以将压力提高到0.01-0.5MPa。如实施例所述，可使用所述分离器44选择性地除去非必要的废气组分如SiF4、HF、CO或CO2。
此外，气体分析传感器46安装在所述废气循环通道36上。因此，可检测位于废气循环通道36中的废气的组分，所述废气会循环到反应室12中。接着，使用图中没有显示的控制装置控制输入到聚合物薄膜装置40、分离器44和反应室12中的清洗气的量。这样，使气体组分保持恒定。例如，监测COF2的浓度，使反应室12中的清洗气组分保持在稳定状态。
而且，构成压力释放装置的安全阀50安装在废气循环通道36上。该安全阀50具有这样的结构，即当所述废气循环通道36的压力为0.5MPa或更大时，通过控制装置(图中没有显示)释放压力。安全阀50可包括减压阀，所述减压阀在达到一定压力时自动打开，并不依赖控制阀的控制。
在附图中，52、54、56、58和60表示开关阀。
具有该结构的本发明CVD设备10如下述方法进行工作。
首先，用来将硅薄膜沉积在硅晶片等表面上的基底材料A安装在反应室12中下电极18的平台上。之后，使用图中没有显示的驱动机械，将基底材料A和上电极20之间的距离调节到预设距离。
利用干燥气泵14，通过安装在反应室12的底壁12c上的废气通道16，将内部气体排放到外部。因此，就能保持在恒定的真空状态(减压状态)，如10-2000Pa的减压状态。
打开安装在反应室供应通道26上的开关阀52，通过反应气供应通道26和上电极20，将成膜气从成膜气供应源26输入保持在减压状态的反应室12。
同时，打开安装在反应气供应通道26上的开关阀52和安装在废气通道16上的开关阀54。另一方面，关闭安装在清洗气供应通道30上的开关阀56、安装在废气循环通道36上的开关阀58和60。
在这种情况下，优选供应在形成二氧化硅(SiO2)膜的过程中使用的单硅烷(SiH4)、N2O、N2、O2、Ar等，以及在形成氮化硅(Si3N4等)膜的过程中使用的单硅烷(SiH4)、NH3、N2、O2和Ar作为成膜气，所述成膜气可从成膜气供应源28输入。但是，所述成膜气并没有局限于此，它们可以适当改变，例如根据所要形成的薄膜类型，可使用乙硅烷(Si2H6)、TEOS(四乙氧基硅烷，Si(OC2H5)4)等作为成膜气，使用O2、O3等作为载气。
通过高频电源24形成的高频，由连接到上电极20上的高频发热电极25如高频施加线圈形成高频电场。然后，电子撞击电场中成膜气的中性分子。结果，形成了高频等离子体，且成膜气解离成离子和自由基团。通过离子和自由基团的作用，在基底材料A如硅晶片(它安装在下电极18上)的表面上形成硅薄膜。
在该CVD设备10中，在成膜步骤中，除了要形成薄膜的半导体产品A，薄膜材料也粘附并沉积在反应室12中的内壁、电极等的表面上。结果，通过在反应室12中的放电形成了副产物。当该副产物生长到一定厚度时，它可通过自重、应力等进行剥离和发散。因此，在所述成膜步骤中，作为杂质的细粒混入半导体产品，从而造成了污染。因此，不能制造高质量的薄膜，从而造成了半导体电路的断开或短路。另外，也可能降低产量等。
因此，在本发明的CVD设备10中，通过清洗气供应通道30，将包含氟化合物的氟化清洗气，即由清洗气源34提供的清洗气，输入到反应室12中。
更具体地说，在薄膜处理如上述完成后，关闭安装在反应气供应通道26上的开关阀52，以停止成膜气从成膜气供应源28向反应室12的供应。
然后，打开安装在清洗气供应通道30上的开关阀56，通过清洗气供应通道30，将清洗气从清洗气源34输入到反应室12中。
通过高频电源24形成高频，然后通过安装在上电极20上的高频发热电极25如高频施加线圈形成高频电场，从而形成高频等离子体。结果，清洗气解离成离子和自由基团，所述离子和自由基团与副产物如SiO2或Si3N4(它们粘附并沉积在反应室12中的内壁、电极等的表面上)反应，从而使所述副产物变成气体如SiF4。
在这种情况下，关闭安装在废气通道16上的开关阀54，打开安装在废气循环通道36上的开关阀58和60，从而打开废气循环通道36。在这种情况下，开关阀54并不需要保持在完全闭合的状态下，而是可使一部分气体流向废气通道16中的去毒装置13中。
因此，在反应室12中进行清洗后得到的废气流过废气循环通道36，达到反应气供应通道26，并循环到反应室12中。
例如，在反应室中进行清洗处理后得到的废气包含如下气体组分如COF2、CF4、C2F6、F2、SiF4、CO、CO2、HF、N2或O2。
流过废气循环通道36的废气通过聚合物薄膜装置40吸附并除去了废气中非活性气体如N2或O2。由聚合物薄膜装置40吸附和除去的非活性气体也通过回收通道(图中没有单独显示)进行回收和循环。
如果需要的话，通过压缩机42提高废气(废气中的非活性气体已经通过聚合物薄膜装置40除去)的压力。之后，当需要分离器44时，将废气输入到分离器44中。在这种情况下，需要使用压缩机42将压力提高到0.01-0.5MPa，以防止分离器44的堵塞以及粒子的生成。
在提供分离器44的情况下，可从废气中选择性地除去非必要的废气组分如SiF4、HF、CO或CO2。在这种情况下，尽管图中没有显示，通过分离器44除去的非必要废气组分可适当通过去毒装置排出，以使之无毒性，或者可适当地分离和回收。
因此，穿过分离器44、达到反应气供应通道26且循环到反应室12的废气包含清洗气组分如COF2、CF4、C2F6或F2或浓缩气体组分作为清洗气组分，并进行清洗。所以，提高了气体利用率。在这种情况下，气体利用率指表示提供的清洗气被循环气代替的百分比(％)。
而且，在这种情况下，所述气体分析传感器46安装在上述废气循环通道36上。因此，可检测循环到反应室12的位于废气循环通道36中的废气的组分，通过控制装置控制输入聚合物薄膜装置40、分离器44和反应室12中的清洗气量。所以，使气体组分保持恒定。
更具体地说，例如，监测COF2的浓度，使反应室12中的清洗气组分保持稳定状态。这样就可进行均匀且有效地清洗。
在这种稳定状态下，在考虑气体利用率的情况下，优选使COF2的浓度设定在50％或更大，更优选为70％-80％的范围内。
而且，如上述，组成压力释放装置的安全阀50安装在废气循环通道36上，当达到一定压力或更大时，通过控制装置的控制，废气循环通道36可释放压力。
通过这样的结构，当在废气循环通道36中的压力到达一定压力或更大时，可通过压力释放装置释放压力。因此，可防止废气循环通道36的压力上升，从而防止设备如废气循环通道36的管道、泵、聚合物薄膜装置和分离器的破裂和损坏。当位于废气循环通道36中的废气压力如上述在成膜步骤中上升时，也可对安全阀进行控制。
因此，当废气通过废气循环通道36循环到反应室12中时，进行清洗处理。
在清洗处理完成后，接着，关闭安装在清洗气供应通道30上的开关阀56，以停止从清洗气源34供应清洗气。
而且，关闭安装在废气循环通道36上的开关阀58和60，从而关闭废气循环通道36。接着，打开安装在废气通道16上的开关阀54，并打开安装在反应气供应通道26上的开关阀52，从而开始由成膜气供应源28向反应室12供应成膜气。结果，再次开始成膜处理周期。
在这种情况下，可以下述方式通过控制装置进行控制，即在清洗初始阶段，打开反应气供应通道26和废气循环通道36，接着关闭反应气供应通道，以在清洗开始后进行清洗。
通过这样的结构，作为清洗气的C2F6流动一定时间，然后形成了COF2。因此，可使用COF2作为清洗气，使COF2通过废气循环通道36进行循环。所以，提高了清洗气的利用率，也降低了成本。
在这种情况下，用于清洗处理的包含氟化合物的氟化清洗气包括例如具有1-6个碳原子的全氟碳：
链式脂肪族全氟碳如CF4、C2F6、C3F8、C4F10和C5F12；
脂环族全氟碳如C4F8、C5F10和C6F12；
线性全氟醚如CF3OCF3、CF2OC2F5和C2F5OC2F5；
环状全氟醚如C3F6O、C4F8O和C5F10O；
不饱和全氟碳如C3F6、C4F8和C5F10；以及
二烯全氟碳如C4F6和C5F8。
此外，也可使用含氧的全氟碳如COF2、CF3COF或CF3OF，含氮的氟化合物如NF3、FNO、F3NO或FNO2，以及优选是含氧和氮的氟化合物。
这些氟化合物可包含至少一个氟原子，其一部分被氢原子代替。
优选使用CF4、C2F6和C3F8，更优选使用CF4和C2F6。
这些氟化合物可单个或组合使用。
而且，本发明所用的包含氟化合物的清洗气可适当混合另一种气体，可所用的所述另一种气体的量不得破坏本发明的优点，其例子包括He、Ne、Ar、O2等。混合所述气体的量并没有具体的限制，但可取决于粘附在CVD设备10中的反应室12内部等上的副产物(粘附物)的数量和厚度、所用氟化合物的类型、副产物的组成等。
另外，除了上述包含氟化合物的氟化清洗气，可使用氟气(F2)作为用于清洗过程中的清洗气。
更具体地说，适当量的添加气体(如氧气或氩气)通常与清洗气混合，从而用于等离子体清洗中。
在清洗气和添加气体的混合气体类型中，当清洗气的含量浓度增加且总气体流量保持不变时，就会提高蚀刻速度。但是，如果清洗气超过了恒定浓度，那么就会出现问题，即等离子体的形成变得不稳定，蚀刻速度下降且变差，清洗均匀性变差。具体地说，如果所用清洗气的浓度为100％，就会出现问题，即等离子体形成的不稳定性，蚀刻速度的下降和变差，以及清洗均匀性的变差就会变得更加明显，其实际使用就会不足。
因此，为了使用，必需进行稀释，以使清洗气浓度降低到蚀刻速度-清洗气浓度曲线的峰值浓度，或者等于或小于它们的较低浓度。提高清洗过程中的室压或者提高气流，以防止蚀刻速度随着稀释下降，从而使清洗条件最佳。但是，如果提高清洗过程中的室压或者提高气流，等离子体的生成就变得不稳定，从而破坏了清洗均匀性，且不能有效地进行清洗。
另一方面，通过使用氟气或氟气与其它气体(它基本上不能与等离子体中的氟气反应)混合气体作为清洗气，可进行等离子体处理。所以，就可得到及其优良的蚀刻速度。另外，在气体总流量为约1000sccm且室压为约400Pa的条件下，可稳定地形成等离子体，且保持优良的清洗均匀性。
而且，如果使用氟气，除了未反应的F2，在反应室12中进行清洗处理后得到的废气包含HF、SiF4等。因此，即使不使用分离器44，也可能仅通过操作聚合物薄膜装置40来再次利用废气作为清洗气，吸附和除去非活性气体如N2和O2，它们包含在废气循环通道36的废气中。因此，可进行更均匀且有效地清洗。
在这种情况下，开关阀54并没有完全关闭，而是可使一部分废气流向废气通道16中的去毒装置13，从而控制HF和SiF4的过量存储。
用作清洗气的氟气应该是100体积％的氟气，且应能通过放电形成等离子体。
而且，用于清洗的气体可由通过放电形成等离子体的氟气以及基本上不能与等离子体中的氟气反应的气体组成。
在这种情况下，通过放电形成等离子体的氟气的浓度应设定在20体积％-100体积％的范围内，基本上不与等离子体中的氟反应的气体的浓度应设定在0体％-80体积％的范围内(通过放电生成等离子体的氟气+基本上不与氟反应的气体＝100体积％)。
另外，更优选地是，通过放电生成等离子体的氟气的浓度设定在30体积％-100体积％的范围内，基本上不与等离子体中的氟反应的气体的浓度应设定在0体积％-70体积％的范围内(通过放电生成等离子体的氟气+基本上不与氟反应的气体＝100体积％)。
此外，优选地是，基本上不与等离子体中的氟反应的气体应是选自氮气、氧气、二氧化碳、N2O、干燥空气、氩气、氦气和氖气中的至少一种。
在这种情况下，在基本上不与氟反应的气体中的“氟”包含氟分子、氟原子、氟自由基、氟离子等。
用于室清洗的基于氟化合物的所需化合物的例子包括包含硅化合物的粘附物，它通过CVD方法等粘附在CVD室壁上、CVD设备的夹具上。该硅化合物的粘附物的例子包括至少下述化合物的一种：
(1)含硅化合物，
(2)含氧、氮、氟和碳、以及硅中至少一种的化合物，或者
(3)含高熔点金属硅化物的化合物。更具体地说，例如，可使用高熔点金属硅化物如Si、SiO2、Si3N4或WSi。
而且，在考虑粘附在室12内壁上的副产物的清洗效率的条件下，输入反应室12的清洗气的流量应为0.1-10升/分钟，优选为0.5-1升/分钟。更具体地说，如果输入反应室12中的清洗气的流量小于0.1升/分钟，清洗效率就达不到预期效果。相反地，如果输入的流量大于10升/分钟，排放到外部(对于清洗不起作用)的清洗气数量就会上升。
根据基底材料A(如平板盘)的类型、尺寸等，可适当改变输入的速率。作为一个例子，输入的速率优选设定为0.5-5升/分钟，如果氟化合物为C2F6的话。
在考虑粘附在室12内壁上的副产物的清洗效率的条件下，反应室12中的清洗气压力应该为10-2000Pa，优选为50-500Pa。更具体地说，如果反应室12中的清洗气压力小于10Pa或大于2000Pa，那么就不能得到所期望的清洗效率。根据基底材料A(如平板盘)的类型、尺寸等，可改变反应室12中的压力。作为一个例子，所述压力可以为100-500Pa，如果氟化合物是C2F6的话。
图2是描述本发明CVD设备10的第二个实例的示意图。
本实例的CVD设备10与图1所示的CVD设备具有基本相同的结构，且相同的部件都有相同的参照数字，并省略了其详细描述。
当图1所示实例CVD设备10中的反应室12设定为单反应室时，本实例的CVD设备10就是所谓的多室类型，其中如图2所示平行连接了多个反应室12。因此，更加提高了成膜效率和气体利用率。
图3是描述本发明CVD设备10的第三个实例的示意图。
本实例的CVD设备10与图1所示的CVD设备具有基本相同的结构，且相同的部件都有相同的参照数字，并省略了其详细描述。
图1所示实例的CVD设备10包括，通过清洗气供应通道30将来自清洗气源34的清洗气输入到反应室12。另一方面，包含氟化合物的氟化清洗气通过间接等离子体生成装置70转变成等离子体，通过图3所示实例的CVD设备10中的连接管72，将等离子体从反应室12(保持在减压状态下)的侧壁12b输入到反应室12中。
在这种情况下，连接管72的材料并没有具体的限制，但在考虑防止气化效率下降的条件下，可使用氧化铝、非活化的铝、氟树脂和涂有氟树脂的金属等。
这样安排间接等离子体生成装置70和反应室12，以使转变成等离子体的清洗气通过本实例中的连接管72，从室的侧壁12b输入。但是，这并没有具体地限制，只要清洗气是直接输入反应室12就可以了。更具体地说，清洗气可从室12中的顶壁12a和底壁12c输入。
此外，如图3所示，清洗气可通过间接等离子体生成装置74，且转化成等离子体的清洗气也可通过反应室12上部中的上电极20的喷淋头输入到反应室12中。
如图3所示，通过废气循环通道36循环的清洗气应返回到间接等离子体生成装置70或间接等离子体生成装置74的向前部分，且清洗气应通过间接等离子体生成装置70或间接等离子体生成装置74转化成等离子体，并应从反应室12的室侧壁12b或者通过反应室12上部中的上电极20的喷淋头输入到反应室12中。
在这种情况下，在进行清洗处理的开始阶段，也可能使用控制装置来进行控制，以打开来自间接等离子体生成装置70或74的清洗气供应通道(连接管72)，如果需要的话打开废气循环通道36，以及在清洗开始后关闭清洗气供应通道，从而完成清洗。
通过这样的结构，在作为清洗气的C2F6流动一定时间后，就形成了COF2。因此，COF2通过废气循环通道进行循环，从而能用作清洗气。所以，提高了清洗气的利用率，也降低了成本。
此外，已知的间接等离子体生成装置可优选用作间接等离子体生成装置，且没有具体地限制。例如，可使用“ASTRON”(ASTEX Co.，Ltd生产)。
在进行成膜处理后，通过间接等离子体生成装置70将包含氟化合物的氟化清洗气转化成等离子体，且将转化成等离子体的清洗气输入到反应室12中，除去粘附在反应室12中的副产物。通过这样的结构，可提高清洗气的解离效率，并有效地除去副产物如SiO2或Si3N4，它们粘附并沉积在反应室12中的内壁、电极等的表面上。另外，排出的清洗气的数量极少，从而降低了对环境的影响如全球变暖，也降低了成本。
本发明CVD等离子体设备中的清洗设备的例子如上述，且在上述例子中叙述了硅薄膜的形成。在没有离开本发明范围的条件下，这些例子也可应用到形成其它薄膜(如另一种硅锗薄膜(SiGe)、碳化硅薄膜(SiC)、SiOF薄膜、SiON薄膜或含碳的SiO2薄膜)的情况下。
尽管在前述实例中描述了水平的设备，但是也可使用垂直设备代替它。此外，当在前述实例中描述叶片型设备时，本发明也可应用到间歇式CVD设备。
在这些实例中，尽管本发明应用到等离子体CVD设备中，但它可作出各种变化，即，本发明也可应用到其它CVD方法如真空沉积方法，其中通过热分解、氧化、还原、聚合、汽化反应等在高温下将薄膜材料沉积在基底上。
本发明的优选实施例如上述，但本发明并没有局限于此，在没有离开本发明范围的情况下可作出各种变化。
发明效果
根据本发明，当废气通过废气循环通道循环到反应室时，清洗所述反应室的内部。因此，可再次使用包含在废气中的清洗气组分作为反应室中的清洗气。所以，提高了气体的利用率。
因此，可除去粘附并沉积在反应室内部的副产物如SiO2或Si3N4。所以，在成膜过程中，可避免细粒混入半导体产品以及它们的污染，从而制得高品质薄膜，提高了产量等。
而且，极大地降低了最终排放到外部的清洗气组分。所以，清洗气的排放量非常少，从而也减少了对环境的影响如全球变暖。
此外，根据本发明，废气从干燥气泵的下游侧循环到反应室中。因此，提高了压力，并可提供除去颗粒等的过滤器。所以，可避免形成颗粒，且没有造成过滤器的堵塞，所述颗粒并没有循环到反应室中。这样就提高了清洗效率。
而且，根据本发明，利用聚合物薄膜装置可吸附和除去非活性气体如N2或O2。因此，可仅通过使清洗气组分循环到反应室中进行清洗。结果，提高了气体利用率。另外，可回收和循环这样吸附和除去的非活性气体。
此外，根据本发明，通过所述分离器可选择性地除去非必要的废气组分如SiF4、HF、CO或CO2。例如，可通过将清洗气组分如COF2、CF4、C2F6或F2或浓缩的气体组分循环到反应室中进行清洗。结果，提高了气体利用率。
而且，根据本发明，利用所述压缩机可提高废气即清洗气的压力，并将该气体循环到反应室中。因此，可使反应室中的压力保持恒定。结果，可保持恒定的清洗效率。
此外，根据本发明，使用例如控制装置可监测在废气循环通道中流动的COF2的浓度。所以，可使反应室中的清洗气组分保持稳定状态。因此，可进行均匀且有效地清洗。
而且，根据本发明，当废气循环通道的压力为恒定压力或更大时，通过压力释放装置可释放所述压力。因此，可防止废气循环通道中的压力上升，从而防止设备如废气循环通道的管道、泵、聚合物薄膜装置和分离器的破裂和损坏。
此外，根据本发明，在清洗时打开废气循环通道。因此，当废气通过废气循环通道循环到反应室时清洗反应室的内部。所以，可再次使用包含在废气中的清洗气组分作为反应室中的清洗气。这样就提高了气体利用率。
另一方面，当在反应室中的基底材料表面上形成沉积薄膜时，关闭废气循环通道。所以，可使成膜气组分保持恒定。这样，就可在所述基底材料上形成恒定质量的均匀薄膜。
此外，根据本发明，在所述清洗气如C2F6流动一定时间后，形成了COF2。因此，COF2通过废气循环通道进行循环，并能用作清洗气。这样，提高了清洗气的利用率，降低了成本。因此，本发明是非常优秀的，具有各种显著且特殊的功能和作用。
Claims (22)
1.一种将反应气供应到反应室，并在所述反应室中提供的基底材料表面上形成沉积薄膜的CVD设备，
其中用来使废气循环到所述反应室的废气循环通道安装在废气通道上，所述废气通道可通过泵将气体从所述反应室内部排出。
2.如权利要求1所述的CVD设备，其特征在于所述废气循环通道构造成可使来自干燥气泵下游侧的废气循环到所述反应室中。
3.如权利要求1或2所述的CVD设备，其特征在于所述废气循环通道安装有用来吸附和除去废气中的非活性气体的聚合物薄膜装置。
4.如权利要求1-3中任一项所述的CVD设备，其特征在于所述废气循环通道安装有用来选择性除去非必要废气组分的分离器。
5.如权利要求1-4中任一项所述的CVD设备，其特征在于所述废气循环通道安装有用来提高废气压力以及将所述废气循环到所述反应室的压缩机。
6.如权利要求1-5中任一项所述的CVD设备，其特征在于所述废气循环通道安装有用来检测循环到所述反应室的废气的组分以及使所述气体组分保持恒定的控制装置。
7.如权利要求1-6中任一项所述的CVD设备，其特征在于所述废气循环通道安装有压力释放装置，以在所述废气循环通道具有恒定压力或更大时释放压力。
8.如权利要求1-7中任一项所述的CVD设备，其特征在于提供了开关所述废气循环通道和反应气供应通道的开关装置，
当清洗气通过所述反应气供应通道输入所述反应室，以清洗所述反应室的内部时，打开所述废气循环通道，以及
当在反应室中的基底材料表面上形成沉积薄膜时，通过所述开关装置进行开关控制，以关闭所述废气循环通道。
9.如权利要求8所述的CVD设备，其特征在于在进行清洗的初始阶段打开所述反应气供应通道和所述废气循环通道，以及
在清洗开始后，通过所述开关装置进行开关控制，以关闭所述反应气供应通道，进行所述清洗。
10.如权利要求1-7中任一项所述的CVD设备，它还包括用来开关所述废气循环通道和反应气供应通道的开关装置，
当清洗气通过间接等离子体生成装置输入所述反应室，从而清洗所述反应室的内部时，如果需要的话，打开废气循环通道，以及
当在所述反应室的基底材料表面上形成沉积薄膜时，通过开关装置进行开关控制，以关闭所述废气循环通道。
11.如权利要求10所述的CVD设备，其特征在于在进行清洗的初始阶段，打开来自间接等离子体生成装置的清洗气供应通道，如果需要的话，打开所述废气循环通道，以及
在清洗开始后，通过开关装置进行开关控制，以关闭所述清洗气供应通道，进行清洗。
12.如权利要求1-11中任一项所述的CVD设备，其特征在于在使用CVD设备对基材进行成膜处理后，用来除去粘附在所述反应室中的副产物的清洗气是包含氟气的清洗气。
13.一种清洗CVD设备的方法，在所述CVD设备中，反应气通过反应气供应通道输入到反应室中，并在所述反应室中的基底材料表面上形成沉积薄膜，接着清洗所述反应室的内部，所述方法包括以下步骤：
当废气通过安装在废气通道上的废气循环通道循环到所述反应室时，清洗所述反应室的内部，所述废气通道通过泵将气体从所述反应室的内部排出。
14.如权利要求13所述的清洗CVD设备的方法，其特征在于所述废气循环通道构造成能将所述废气从干燥气泵的下游侧循环到所述反应室。
15.如权利要求13或14所述的清洗CVD设备的方法，其特征在于所述废气循环通道安装有用来吸附和除去所述废气中的非活性气体的聚合物薄膜装置。
16.如权利要求13-15中任一项所述的清洗CVD设备的方法，其特征在于所述废气循环通道安装有用来选择性地除去非必要废气组分的分离器。
17.如权利要求13-16中任一项所述的清洗CVD设备的方法，其特征在于所述废气循环通道安装有用来提高所述废气的压力并将所述废气循环到所述反应室中的压缩机。
18.如权利要求13-17中任一项所述的清洗CVD设备的方法，其特征在于用来检测循环到所述反应室中的废气的组分以及使所述气体组分保持恒定的控制装置安装在所述废气通道上。
19.如权利要求13-18中任一项所述的清洗CVD设备的方法，其特征在于所述废气循环通道安装有压力释放装置，以在所述废气循环通道具有恒定或更大压力时释放压力。
20.如权利要求13-19中任一项所述的清洗CVD设备的方法，其特征在于在清洗开始阶段，打开所述反应气供应通道，如果需要的话打开所述废气循环通道，以及
在清洗开始后，关闭所述反应气供应通道，进行清洗。
21.如权利要求13-19中任一项所述的清洗CVD设备的方法，其特征在于当清洗气通过所述间接等离子体生成装置输入所述反应室，从而清洗所述反应室内部时，在清洗的开始阶段，打开来自间接等离子体生成装置的清洗气供应通道，如果需要的话，打开所述废气循环通道，以及
在清洗开始后，关闭所述反应室供应通道，进行清洗。
22.如权利要求13-21中任一项所述的清洗CVD设备的方法，其特征在于在使用所述CVD设备对基材进行成膜处理后，用来除去粘附在所述反应室中的副产物的清洗气是包含氟气的清洗气。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: CANON ANELVA CO., LTD.; APPLICANT Free format text: FORMER OWNER: INCORPORATED FOUNDATION EARTH'S ENVIRONMENT OF INDUSTRIAL TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTES; APPLICANT Effective date: 20060922 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20060922 Address after: Tokyo, Japan Applicant after: Nikon Canon Annewa Co.,Ltd. Co-applicant after: ULVAC, Inc. Co-applicant after: Sony Corp. Co-applicant after: Tokyo Electron Ltd. Address before: Kyoto Japan Applicant before: Research Institute of Innovative Technology For the Earth Co-applicant before: NATIONAL INSTITUTE OF ADVANCED INDUSTRIAL SCIENCE AND TECHNOLOGY |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20191106 Address after: Tokyo, Japan Co-patentee after: ULVAC, Inc. Patentee after: Nikon Canon Annewa Co.,Ltd. Co-patentee after: Sony Corp. Co-patentee after: Tokyo Electron Ltd. Co-patentee after: KOKUSAI ELECTRIC Corp. Co-patentee after: Matsushita Electric Industrial Co.,Ltd. Co-patentee after: NATIONAL INSTITUTE OF ADVANCED INDUSTRIAL SCIENCE AND TECHNOLOGY Address before: Tokyo, Japan Co-patentee before: ULVAC, Inc. Patentee before: Nikon Canon Annewa Co.,Ltd. Co-patentee before: Sony Corp. Co-patentee before: Tokyo Electron Ltd. Co-patentee before: HITACHI KOKUSAI ELECTRIC Inc. Co-patentee before: Matsushita Electric Industrial Co.,Ltd. Co-patentee before: NATIONAL INSTITUTE OF ADVANCED INDUSTRIAL SCIENCE AND TECHNOLOGY |
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| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20080430 |