FR2590507A1 - NITROGEN TRIFLUORIDE AS IN SITU CLEANING AGENT AND CLEANING METHOD - Google Patents
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Abstract
Il est prévu un agent de décapage et un procédé de nettoyage ou de décapage in situ pour pièces d'équipement utilisées dans un processus de fabrication de tranches ou puces à semi-conducteurs par la méthode du dépôt par vapeur chimique. On utilise le trifluorure d'azote en tant qu'agent décapant idéal pour le nettoyage in situ de films déposés sur des pièces d'équipement pendant ce processus de fabrication. Le procédé de l'invention utilise le trifluorure d'azote en tant qu'agent décapant que l'on introduit dans un réacteur sous pression partielle pendant un temps suffisant pour nettoyer le film déposé ; cet agent et ce procédé conviennent parfaitement pour éliminer pratiquement la totalité des quantités déposées de nitrure de silicium et de silicium polycristallin, de siliciure de titane, de siliciure de tungstène, de métaux réfractaires et de leurs siliciures. Application notamment à l'industrie des composants électroniques par l'usage de vapeur chimique.There is provided a pickling agent and in situ cleaning or pickling process for pieces of equipment used in a semiconductor wafer or chip manufacturing process by the chemical vapor deposition method. Nitrogen trifluoride is used as the ideal stripping agent for in situ cleaning of films deposited on pieces of equipment during this manufacturing process. The process of the invention uses nitrogen trifluoride as stripping agent which is introduced into a reactor under partial pressure for a time sufficient to clean the deposited film; this agent and this method are ideally suited for removing substantially all of the deposited amounts of silicon nitride and polysilicon, titanium silicide, tungsten silicide, refractory metals and their silicides. Application in particular to the electronic components industry by the use of chemical vapor.
Description
L'invention a trait en général à un agent de nettoyage et à unThe invention generally relates to a cleaning agent and a
procédé de nettoyage de nacelles et de tubes utilisés dans les instal- method of cleaning nacelles and tubes used in installations
lations de fabrication de puces ou de tranches de silicium. Plus parti- manufacture of chips or silicon wafers. More particularly
culièrement, la présente invention a trait à l'utilisation du trifluo- In particular, the present invention relates to the use of trifluoro
rure d'azote en tant qu'agent de nettoyage pour éliminer le nitrure de nitrogen as a cleaning agent to remove nitride from
silicium et les films de silicium polycristallin qui recouvrent la sur- silicon and polycrystalline silicon films which cover the
face de nacelles et de tubes utilisés dans le processus de fabrication face of nacelles and tubes used in the manufacturing process
par dép8t, par vapeur chimique, sur des tranches ou puces-de semi-con- by depot, by chemical vapor, on slices or chips-of semi-con-
ducteurs. En outre, la présente invention concerne un procédé de net- transducers. In addition, the present invention relates to a method of
toyage de films résiduels de silicium qui subsistent sur des nacelles et des tubes utilisés dans les installations de fabrication de puces ou residual silicon films that remain on nacelles and tubes used in chip manufacturing facilities or
tranches de semi-conducteurs.slices of semiconductors.
Les nacelles, tubes et autres accessoires similaires en quartz utilisés dans la fabrication de puces de semi-conducteurs par dép8t, par vapeur chimique, sont contaminés par le silicium polycristallin, le nitrure de silicium, le tungstène, le titane ou d'autres substances qui se déposent sur le substrat de la tranche ou de la puce au cours de la phase de dép8t par vapeur chimique. Pour obtenir un dépôt par vapeur chimique à la fois précis et pur sur un substrat, il est indispensable de nettoyer ou de décaper les substances polluantes qui recouvrent les nacelles, tubes ou autres pièces d'équipements en quartz utilisés dans Nacelles, tubing and other similar quartz accessories used in the manufacture of chemical discharge semiconductor chips are contaminated with polycrystalline silicon, silicon nitride, tungsten, titanium or other substances are deposited on the substrate of the wafer or chip during the chemical vapor deposition phase. To obtain a chemical vapor deposition that is both precise and pure on a substrate, it is essential to clean or strip the polluting substances that cover the nacelles, tubes or other pieces of quartz equipment used in
la fabrication de tranches ou puces à semi-conducteurs. Cependant, plu- the manufacture of semiconductor chips or chips. However,
sieurs problèmes importants se posent avec les agents nettoyants clas- important problems arise with conventional cleaning agents
siques et aussi du fait des procédés de nettoyage des nacelles, tubes and also because of the cleaning processes of the nacelles, tubes
et autres équipements en quartz utilisés dans les installations de fabri- and other quartz equipment used in manufacturing facilities
cation par dép8t à l'aide de vapeurs chimiques. cation by depot with chemical vapors.
Les agents et procédés classiques de nettoyage ou de décapage exigent l'extraction du tube de dépôt par vapeur chimique hors de la chatne de fabrication, aux fins de nettoyage. Le démontage du tube est non seulement une opération relativement longue, mais aussi un facteur Conventional cleaning or pickling agents and methods require extraction of the chemical vapor deposition tube from the manufacturing cat for cleaning purposes. The dismantling of the tube is not only a relatively long operation, but also a factor
d'accroissement des prix de revient. Le tube, les nacelles et autres é- increase in cost prices. The tube, the nacelles and other
quipements en quartz sont ensuite nettoyés à l'acide, et pour cela on utilise généralement des acides tels que l'acide fluorhydrique, l'acide quartz equipment is then cleaned with acid, and for this purpose we generally use acids such as hydrofluoric acid, acid
nitrique, l'acide chlorhydrique, ou l'acide phosphorique. Ces agents net- nitric acid, hydrochloric acid, or phosphoric acid. These net agents
toyants nécessitent le recours à des techniques de nettoyage à sec qui require the use of dry-cleaning techniques that
entraînent des risques importants pour la santé, la sécurité et l'envi- entail significant risks to health, safety and the envi-
ronnement. De plus, en raison des hautes températures engendrées dans l'équipement de fabrication au cours d'une opération de dépôt par vapeur chimique, les agents classiques de nettoyage ou de décapage exigent de - 2 - longues périodes d'attente pour permettre à l'équipement en quartz de ronment. In addition, because of the high temperatures generated in the manufacturing equipment during a chemical vapor deposition operation, conventional cleaning or stripping agents require long waiting periods to allow the Quartz equipment
refroidir avant de pouvoir commencer le nettoyage. cool before you can start cleaning.
Par conséquent, il a été constaté qu'il est préférable de prévoir Therefore, it has been found that it is better to
un agent de nettoyage permettant d'effectuer le nettoyage in-situ du tu- a cleaning agent to carry out the in-situ cleaning of the
be de déposition et de l'équipement y associé. Un procédé de nettoyage be deposition and associated equipment. A cleaning process
in-situ permettrait donc d'éliminer pratiquement non seulement la tota- in-situ would thus practically eliminate not only the total
lité des temps morts ou non-productifs qui accompagnent l'adoption d'a- time or non-productive time that accompanies the adoption of
gents classiques de nettoyage et des procédés courants de nettoyage, mais cleaning agents and routine cleaning processes, but
aussi les risques que représentent pour la santé, la sécurité et l'envi- the risks to health, safety and the envi-
ronnement l'usage et la manipulation d'agents nettoyants acides classi- the use and handling of conventional acidic cleaning agents
ques. Dans ces conditions, la présente invention a pour objet de prévoir un agent de nettoyage ou de décapage permettant le nettoyage in-situ d'appareils, tubes, nacelles et équipements en quartz y associés afin de c. Under these conditions, the object of the present invention is to provide a cleaning or pickling agent allowing the in-situ cleaning of apparatus, tubes, nacelles and associated quartz equipment in order to
les débarrasser des dépôts de vapeurs chimiques adhérentes. remove them from adherent chemical vapor deposits.
Un autre but de l'invention consiste à prévoir un procédé pour le nettoyage ou le décapage in-situ des tubes, nacelles et équipements Another object of the invention is to provide a method for cleaning or in-situ stripping tubes, nacelles and equipment
d'appareils en quartz utilisés pour le dépôt par vapeur chimique. of quartz apparatus used for chemical vapor deposition.
Par ailleurs, la présente invention a pour but de prévoir un a- Furthermore, the present invention aims to provide a
gent de nettoyage ou de décapage pour le nettoyage in-situ, afin d'évi- cleaning or stripping for in-situ cleaning, in order to avoid
ter le recours à des procédés de nettoyage par voie humide. the use of wet cleaning processes.
Un autre but de la présente invention consiste à prévoir un pro- Another object of the present invention is to provide a
cédé de nettoyage in-situ, lequel élimine la nécessité d'adopter des in-situ cleaning, which eliminates the need to adopt
techniques de nettoyage par voie humide. wet cleaning techniques.
En outre, la présente invention a pour but d'utiliser de trifluo- Furthermore, it is an object of the present invention to use trifluoro
rure d'azote en tant qu'agent de nettoyage ou de décapage pour le net- nitrogen as a cleaning or stripping agent for the net.
toyage in-situ de tubes, nacelles et équipements en quartz y associés in-situ cleaning of tubes, nacelles and associated quartz equipment
d'appareils de dépôt par vapeur chimique. chemical vapor deposition apparatus.
D'autre part, la présente invention a pour but de prévoir un pro- On the other hand, it is an object of the present invention to provide a
cédé de nettoyage ou de décapage de tubes, nacelles et équipements y as" sociés, en quartz, d'appareils de dépôt par vapeur chimique, procédé dans lequel on utilise du trifluorure d'azote en tant qu'agent de nettoyage ou process of cleaning or stripping tubing, nacelles and equipment therewith, of quartz, with chemical vapor deposition apparatus, in which nitrogen trifluoride is used as a cleaning agent or
de décapage.stripping.
Cependant, l'invention a également pour objet de prévoir un agent de nettoyage ou de décapage qui permet d'éliminer le nitrure de silicium, However, the object of the invention is also to provide a cleaning or pickling agent which makes it possible to eliminate the silicon nitride,
le silicium polycristallin, le titane, le tungstène et d'autres substan- polycrystalline silicon, titanium, tungsten and other
ces déposées sur des tranches de semi-conducteurs dans un appareil de dé- these deposited on semiconductor wafers in a test device.
p8t par vapeur chimique.p8t by chemical vapor.
Un but complémentaire de la présente invention consiste à prévoir 3 - An additional object of the present invention is to provide 3 -
un agent de nettoyage ou de décapage ainsi qu'un procédé permettant d'é- a cleaning or pickling agent and a method for
liminer in-situ le nitrure de silicium, le silicium polycristallin, le titane, le tungstène et d'autres substances déposées sur des puces ou in-situ elimination of silicon nitride, polycrystalline silicon, titanium, tungsten and other substances deposited on chips or
tranches de semi-conducteurs dans un appareil de dépôt par vapeur-chi- semiconductor wafers in a chemical vapor deposition apparatus
mique, sans enlever ni attaquer le substrat de la tranche ou puce. Enfin, la présente invention a pour but de prévoir un procéde de nettoyage ou de décapage in-situ en utilisant le trifluorure d'azote without removing or attacking the substrate of the slice or chip. Finally, it is an object of the present invention to provide an in-situ cleaning or stripping process using nitrogen trifluoride.
pour éliminer le nitrure de silicium, le silicium polycristallin, le ti- to eliminate silicon nitride, polycrystalline silicon,
tane, le tungstène ou d'autres substances déposées sur les puces à semi- tane, tungsten or other substances deposited on
1o conducteurs dans un appareil de dép8t par vapeur chimique. 1o conductors in a chemical vapor deposition apparatus.
Ces différents buts, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres encore, ressortiront davantage au cours de la lecture de la These different goals, features and benefits, as well as others, will come out more during the reading of the
description détaillée qui suit et se rapporte à un mode préféré de réali- detailed description which follows and relates to a preferred embodiment of
sation de 1'invention.of the invention.
Suivant la présente invention, il est prév.u0 un agent de nettoyage ou de décapage pour él.tminer le nitrure de silici-um, le silicium poly= According to the present invention, there is provided a cleaning or pickling agent for the removal of silicon nitride, silicon poly =
cris tailin, le titane: le tbangstbéne ou d 'autres substances essentielle- cries tailin, titanium: tbangstbene or other substances essential
ment déposées sur des tranches ou puces a semiconducteurs au cours d'une operation de dnpZt par vapeur chimique, en utilisant pour cela le tri= fuati ure d' ote Le nbe,. les nacelles et aeutres équipements en quartz deposited on semiconductor wafers or chips during a chemical vapor deposition operation, using for this purpose the Nde. nacelles and other quartz equipment
utilises:po la croissance de nitrure de silicium, de silicium._.i poly- used in the growth of silicon nitride, silicon and poly
cris a!lin, de tur!gstne oi de siliciure de titane ou autres meétautx ré- cries of linen, turkey, titanium silicide or other metamerica
fractaires u leurs siiciures, a2insi qcue d7autres films, peuvent ftre nettoyés par le trifluoru3.e d'azote dans leurs enceintes respectives de fractures and their properties, as well as other films, can be cleaned by nitrogen trifluoride in their respective
dépCt sans entraener des lémontages cqui prennent beaucoup de temps. without having to carry out lemontages which take a long time.
Ce netto-age in-situ permet d'obtenir des enceintes de réaction plus propres, et le trifluorure d'azote, qui est un gaz aux températures This in-situ clean-up makes it possible to obtain cleaner reaction chambers, and nitrogen trifluoride, which is a gas at high temperatures.
ambiantes, peut être utilisé avec l'équipement de dépôt par vapeur chi- ambient, can be used with chemical vapor deposition equipment
mique dans la fabrication des puces et tranches de semi-conducteurs. En in the manufacture of chips and slices of semiconductors. In
outre, le nettoyage in-situ de tubes, nacelles et équipements y as- In addition, the in-situ cleaning of tubes, nacelles and equipment
sociés utilisés dans la croissance par dépCt de vapeur chimique de nitru- companies used in growth by chemical vapor deposition of nitro-
re de silicium, de silicium polycristallin, de tungstène ou de siliciure de titane, ou autres métaux réfractaires ou leurs siliciures, peut être re of silicon, polycrystalline silicon, tungsten or titanium silicide, or other refractory metals or their silicides, may be
effectué sans l'aide d'un plasma.performed without the aid of a plasma.
On a constaté le fait important que le décapage au trifluorure It was found important that trifluoride pickling
d'azote, contrairement aux procédés techniques de décapage par voie hu- nitrogen, in contrast to the technical processes of wet pickling
mide, n'attaque que faiblement ou pas du tout un équipement en quartz, quel qu'il soit. On a pu constater que les niveaux-types d'attaque par le trifluorure d'azote sur les équipements en quartz atteignaient de 5 - 4- mide, attack only weakly or not at all quartz equipment, whatever it is. It was found that the typical levels of nitrogen trifluoride attack on quartz equipment reached 5 - 4-
à 10 X/min. Cette réduction importante du degré d'attaque de l'équipe- at 10 X / min. This significant reduction in the degree of attack of the team
ment en quartz, si on le compare aux chiffres constatés avec les procédés classiques de décapage par voie humide, permet de prolonger sensiblement quartz compared to the figures found in conventional wet pickling processes,
la durée utile de l'équipement et aussi de conserver les dimensions cri- the useful life of the equipment and also to maintain the critical dimensions
tiques du matériel en quartz. Plus important encore, peut-Ctre, est le fait que le nettoyage au trifluorure d'azote du tube qui sert d'enceinte de dépôt engendre un nombre inférieur de particules étrangères, ce qui se traduit par une croissance plus propre du film sur le substrat de la ticks of quartz material. More importantly, perhaps, is the fact that the nitrogen trifluoride cleaning of the tube that serves as the deposition chamber generates a smaller number of foreign particles, which results in a cleaner growth of the film on the substrate. of the
tranche ou de la puce pendant le processus de dép8t. slice or chip during the dep8t process.
Suivant un mode préféré de réalisation de la présente invention, il est prévu un procédé de nettoyage de tubes, nacelles et équipements According to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a method for cleaning tubes, nacelles and equipment
en quartz y associés, utilisés dans le dép8t par vapeur chimique. Sui- in quartz associated therewith, used in chemical vapor deposition. Sui-
vant ce procédé, après une opération de dépCt on introduit du trifluorure In this process, after a deposition operation, trifluoride is introduced.
d'azote dans un tube de réaction par dép&t par vapeur chimique, le tri- nitrogen in a reaction tube by chemical vapor deposition, the
fluorure d'azote étant alors à une température supérieure à 3500C. On peut également introduire dans le tube de réaction tous écrdipements en quartz devant présenter une croissance de film de nitrure de silicium ou de silicium polycristallin. Le tube de réaction est rempli par ' arrière sous une pression de 300 à 600 Torr et on le laisse tremper pendant un nitrogen fluoride then being at a temperature above 3500C. It is also possible to introduce into the reaction tube any quartz cladding which must have a growth of silicon nitride or polycrystalline silicon film. The reaction tube is backfilled at a pressure of 300 to 600 Torr and allowed to soak for a period of time.
temps suffisant pour nettoyer le tube et tout matériel en quartz intro- enough time to clean the tube and any quartz material introduced
duit dans ce tube. Les gaz résiduels de trifluorure d'azote sont évacués du tube de réaction en purgeant le tube avec de l'azote. Après cette purge, on peut ouvrir le tube de réaction, en retirer les équipements en quartz ainsi nettoyés et préparer le réacteur pour une nouvelle opération duit in this tube. The residual gases of nitrogen trifluoride are removed from the reaction tube by purging the tube with nitrogen. After this purge, we can open the reaction tube, remove the quartz equipment and cleaned and prepare the reactor for a new operation
de dépôt.deposit.
EXEMPLE 1EXAMPLE 1
Une nacelle en quartz contenant de 5 à 6 microns de nitrure de si- A quartz nacelle containing 5 to 6 microns of nitride
licium et de silicium polycristallin a été placée dans un tube très pol- silicon and polycrystalline silicon was placed in a highly polished
lué de dépôt par vapeur chimique à 2800C. Ce tube a été évacué sous une pression de O Torr et rempli ensuite avec du NF3 à 300 Torr, avant de la laisser tremper pendant 15 minutes. Enfin, on a pompé le tube jusqu'à la base, puis on l'a purgé avec du N2 et on l'a rempli de nouveau avec de read from chemical vapor deposition at 2800C. This tube was evacuated under a pressure of O Torr and then filled with NF3 at 300 Torr, before being allowed to soak for 15 minutes. Finally, the tube was pumped to the base, then purged with N2 and refilled with
l'azote. La nacelle a été retirée du réacteur et un examen visuel a per- nitrogen. The nacelle was removed from the reactor and a visual inspection was
mis de constater qu'elle était parfaitement propre, à l'exception d'une that it was perfectly clean, with the exception of one
pellicule d'aspect sensiblement arachnéen. L'origine de ce film à l'al- film of noticeably spooky appearance. The origin of this film in the
lure textile a été attribué à quelque oxyde ayant échappé au décapage. Textile lure has been attributed to some oxide having escaped stripping.
Le taux de décapage relevé était d'environ 85 A/min. The pickling rate recorded was about 85 A / min.
EXEMPLE 2EXAMPLE 2
On a placé des puces de semi-conducteurs en oxyde de silicium ayant -5- Silicon oxide semiconductor chips having been placed with
une couche de silicium polycristallin d'environ 2 microns dans un réac- a polycrystalline silicon layer of about 2 microns in a reaction
teur conçu pour le dépôt par vapeur chimique. On a observé les m9mes rè- designed for chemical vapor deposition. The same rules were observed
gles que dans l'Exemple 1. Dans ce cas également on a réduit le silicium polycristallin à l'état de couche d'oxyde de silicium sur le substrat de la puce. Ce substrat n'a été attaqué qu'aux endroits o il existait des trous d'épingle dans l'oxyde de silicium ou lorsqu'on estimait qu'aucun Only in Example 1. In this case also the polycrystalline silicon in the state of silicon oxide layer was reduced on the chip substrate. This substrate was attacked only where there were pinholes in the silicon oxide or when it was believed that no
oxyde existait sous le silicium polycristallin. Le taux de décapage cons- oxide existed under polycrystalline silicon. The stripping rate
taté était d'environ 500 A/min.was about 500 A / min.
EXEMPLE 3EXAMPLE 3
On a adopté le même processus que dans les Exemples 1 et 2 ci- The same process was adopted as in Examples 1 and 2 above.
dessus, sauf que l'on a fait monter la température de 3800C à 500oC et above, except that the temperature was raised from 3800C to 500oC and
la pression de 200 à 600 Torr. L'examen visuel des substrats et de l'ap- the pressure of 200 to 600 Torr. Visual examination of the substrates and the
pareil soumis à l'essai a révélé que la presque totalité du nitrure de silicium et du silicium polycristallin avait été nettoyée. Les taux de décapage relevés variaient de façon exponentielle avec l'acccroissement de la température et de la pression. Les taux de décapage étaient les suivants: Nitrure de silicium Température (OC) Pression (Torr) Taux de décapac Silicium Polycristallin Température (oC) Pression (Torr) (%/min.) Taux de décapage o (A/min.) le Température (oC) - 6 - Pression (Torr) Taux de décapage (X/min.) The same test subject revealed that almost all of the silicon nitride and polycrystalline silicon had been cleaned. Pickling rates varied exponentially with increasing temperature and pressure. The etching rates were as follows: Silicon Nitride Temperature (OC) Pressure (Torr) Decapac Rate Polycrystalline Silicon Temperature (oC) Pressure (Torr) (% / min.) Stripping Rate o (A / min.) Temperature (oC) - 6 - Pressure (Torr) Pickling rate (X / min.)
500 200500 200
500 400500 400
500 600500 600
Les réactions chimiques suivant la présente invention en substance de la façon suivante: The chemical reactions according to the present invention essentially as follows:
> 3500C> 3500C
2NF F2+SixNy 2 F2+ Si se déroulent2NF F2 + SixNy 2 F2 + If are taking place
NF2-NF2 + F2NF2-NF2 + F2
-Â SiF4t + N2 t --SiF. t Il est important de noter que tant le trifluorure d'azote que son -Â SiF4t + N2 t - SiF. t It is important to note that both nitrogen trifluoride and its
dérivé N2F4 sont fortement toxiques et explosifs sous pression ou au con- derived N2F4 are highly toxic and explosive under pressure or
tact d'agents réducteurs. Toutefois, attendu qu'ils seraient normalement utilisés sous pression réduite et/ou sous de faibles concentrations, cela ne devrait pas poser un problème dans la mise en oeuvre de la présente invention. Par conséquent, on voit que la présente invention prévoit l'usage d'un gaz décapant et d'un procédé nouveau pour le nettoyage insitu de tubes utilisés pour le dép8t par vapeur chimique, de tubes et de pièces d'équipement en quartz y associés, ce qui permet de nettoyer rapidement et efficacement des pièces en quartz utilisées dans la fabrication par dépt par vapeur chimique de semi-conducteurs sous forme de tranches ou tact of reducing agents. However, since they would normally be used under reduced pressure and / or in low concentrations, this should not be a problem in the practice of the present invention. Accordingly, it is seen that the present invention provides for the use of a stripping gas and a novel process for the cleaning of tubes used for chemical vapor deposition, tubes and associated quartz equipment parts. , which allows to quickly and efficiently clean quartz parts used in the manufacture by chemical vapor deposition of semi-conductors in the form of slices or
de puces.fleas.
Bien que l'invention a été décrite en se référant plus particu- Although the invention has been described with particular reference to
lièrement à certaines applications préférées, il est évident pour tout spécialiste dans l'art que des modifications tant dans la forme que dans les détails pourront être apportées dans la mise en oeuvre pratique de l'invention sans s'écarter des principes de base de celle-ci. Par exemple, With respect to certain preferred applications, it is obvious to those skilled in the art that modifications in both form and detail may be made in the practice of the invention without departing from the basic principles of the invention. -this. For example,
on pourrait adopter des pressions beaucoup plus faibles (et une circula- much lower pressures (and circulation) could be
tion continue de NF3) pour obtenir le même résultat, bien que les taux de décapage seraient dans ce cas un peu plus faibles que dans le cas de NF3) to achieve the same result, although pickling rates in this case would be slightly lower than in the case of
l'Exemple 3.Example 3
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