TW201233461A - Deposition chamber cleaning using in situ activation of molecular fluorine - Google Patents

Description

201233461 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於用於清潔沉積室之新穎方法及因此之裝 置。 ’ • 【先前技術】 W 非晶形及微晶薄膜係用以製造光伏打器件且大體上係利 用化學氣相沉積技術（包括電漿增強型化學氣相沉積 (PECVD)法）沉積。該等製程係藉由將前軀體反應氣體注入 反應室内且然後利用由射頻（RF)電源產生之電漿活化該等 氣體而將薄膜自氣態至固態沉積至基材表面上。利用化學 沉積法製造器件包括沉積矽、氧化矽、氮化矽、金屬氧化 物及其他之薄膜。該等沉積製程使得沉積物留於 週期性清潔。 ^ /月潔反應室之悉知方法包括含氟清潔氣體（諸如ΜΙ、 Sh、CZF6或其他氟碳分子）之原位活化。將清潔氣體引入 室内及點燃電漿以產生與沉積於該室之側壁及部件上之矽 f應之氟離子及自由基 '然而，離解該等含氟分子所需能 • S鬲，因此，室内需能量源，諸如RF電源。此增加由電漿 引起之對室及設備之破壞而縮短部件壽命之風險。此外， • 1氟氣體未完全離解時具有高全球變暖潜力，對 不利影響。 另一種室清潔方法係使用遠端電漿源來活化含氟清潔氣 ^ °於該方法中，清潔氣體首先通過置於室外之電裝源， /月潔乳體發生離解及自由基進人該室進行清潔。相較於原 158315.doc 201233461 位活化’遠端電漿活化可提供較高之氣體離解度且因此改 良清潔效率。然而，使用遠端電聚源需額外的設備，相當 大程度上增加操作成本。此外，氣流通常受限於遠端電二 源參數，由此增加清潔時間及成本。此外，遠端電聚活化 -般需使用氬氣以啟動電t，因為氬氣^會發生離解且極 易點燃。使用氬氣使得清潔氣體之氣體流量減小且因此增 加，潔時間成本。應注意’含氟清潔氣體未完全離解料 有高全球變暖潜力，對環境產生不利影響。 其他室清潔法包括高溫或高壓清潔。該等方法需遠高於 沉積製程期間所採用溫度之溫度或壓力。因此，於清潔之 前’必須調整室之溫度或壓力’使得清潔循環時間增加及 操作成本更大。此外，增壓清潔可能需要額外之泵送系 統，因此，增加設備及操作成本。此外，高壓清潔可使室 内產生對流現象’增加部件變形風險。 相關技術中仍需要對清潔反應室之裝置及方法進行改 良。 【發明内容】 本發明提供用於清潔反應室之改良方法及裝置以克服先 刖技術方法及裝置之缺點。特定言之，本發明係使用分子 氟進行室清潔。 【實施方式】 本發明使用分子氟進行反應室之清潔。反應室係用以沉 積包括矽（非晶形及微晶）之多種薄層。對於大多數沉積而 言’需電漿活化（原位或遠端）以離解前驅體材料及使所期 158315.doc 201233461 分子沉積至基材表面上。於沉積期間，材料亦累積於反應 室壁及設備内表面上。該等沉積物需週期性地以清潔氣體 清潔來清除。 根據本發明，已顯示藉由分子氟之離解所產生之氟自由 基作為清潔氣體極其有效。分子氟所需之離解能相對低且 因此可使用已適當位於反應室内之RF電源（即，用於離解 /儿積前驅體之RF電源）來實現。故不需要遠端電漿活化， 且因此除了已適當位於反應室内者之外無需額外設備。此 外’本發明可於相對低壓及RF能量下進行。此外，當使用 分子氟時，無需添加用來點燃電漿之氧氣或氬氣。 圖1為顯示在使用分子氟且無壓力調節下之原位活化清 潔製程期間之壓力曲線之圖。如所示，當將分子氟引入室 内時，壓力於特定壓力範圍内穩定，通常稱為下平段。於 該階段（稱為主要清潔）期間，整個室中之矽沉積物係由呈 自由基及分子形式之氟蝕刻。一旦矽自該室之較大部件 (例如蓮蓬頭）移除，則較大量氟留存於該室中但並無物質 "T與其發生反應。此致使壓力急劇增加，升至第二平段， 期間氟持續與該室之較遠端區域中留存之矽反應。當移除 最後的殘餘矽時，氟未發生進一步反應及壓力穩定。此標 誌清潔製程之結束及隨後利用惰性氣體（諸如氬氣）沖洗氣 體管線。 根據本發明使用分子氟及原位室内活化來清潔室可獲得 許多益處。例如，F2具有低sNF3或St之離解能，其容許 使用更面流速同時仍獲得良好的離解速率及極短的清潔時 158315.doc 201233461 間田使用nf3或sf6時，需要遠端電浆源，及敦進入室内 之流速因此受限於該遠端電漿源之最大功率。使用原位活 化之刀子氟不需要遠端電漿源及因此可採用期望的較高流 速。由於無需大型強力及昂貴之遠端電浆源，使得根據本 發明之製程更經濟。 圖2為顯示RF電源對原位活化清潔反應室之影響之圖。 特定言之，圖2比較均於相同氣氣流量下之根據本發明之 利用至内RF電源解離之分子氣之室清潔結果與利用分子氣 之遠端電漿輔助清潔之室清潔結果。 如圖2所示，對於對室提供之等量氟而言，本發明之原 位活化提供更短之總清潔時間。所有清潔圖中麼力之急劇 d加....員示石夕已自至之大型部件（例如蓮蓮頭）移除。儘管遠 端電聚活化之此階段略快發生，然原位製程之總清潔時間 更短。亦如圖2所示，當使用3〇〇〇 w下的反應室rf電源時 分子氟未達成完全離解，原因在於相較於針對相同氣體流 速使用遠端電漿源所達到之較低壓力。使用5〇〇〇 w下的反 應室RF電源更佳地離解分+氟’然無法提供較短的清潔時 間。然而’於任一情況下，根據本發明使用分子氟的原位 活化如所示得到更短的總清潔時間。 使用反應室RF電源所得到的總清潔時間更短至少部分係 歸因於無需遠端電漿源所需之氬氣點燃。此外，由於清潔 壓力更低，電漿於較大程度上於反應室内擴散，使得氟離 子更佳地分佈於整個室内且因此使得整體清潔較快。 可藉由增加分子氟流速而達到甚至更短的清潔時間。圖 158315.doc 201233461 3顯示敗流速對清潔時間之影響。特定言之，#由增加氣 流速同時維持相對低的RF功率（5〇〇〇 w或更小）而得到良好 結果。藉由增加氟進人室之流速，使較大量之I存於室中 用於清潔且因此可增加清潔速率及使清潔時間減少。對於 流速9 slm、18 shn及24.5 slm之結果示於圖3中其中顯然 地，較高流速導致清潔時間更短。此外，如圖3所示，至 少對於18 slm之流速而言，RF活化功率之增加可使清潔時 間更短。以較高流速運行同時維持低功率之能力確定為使 用分子氟優於含氟化合物之優點m之，—般因諸如 NF3或SF62 |氟化合物之相肖高的離解能而不可增加其等 流速。由於分子11之相對低的離解能，可達到較高流速且 因此改良清潔循環時間。 根據本發明之分子氣之原位活化之清潔效率示於圖4及 圖5中。特定言之，圖4顯示本發明之原位活化後進行伊準 遠端電襞源活化清潔時之室壓力。如圖4所示，該^ 清潔循環顯示具有下平段及第二平段之典型壓力圖。一旦 清潔完全’開始標準遠端電襞源清潔循環且如圖4所示， 堅力立即升至第一平段且穩定。此表明於原位活化清潔製 程期間石夕自室有效清除。 圖5利用質譜結果同樣顯示本發明之效率。遵照相同的 ’月办順序’即於原位清潔之後進行遠端電㈣清潔。如圖 5所不’於遠端電㈣清潔期間，未檢測到微量氟化石夕化 °物’表明原位活化清潔有效地將矽自室清除。 使用根據本發明之分子氣係有㈣，至少部分地因為分 158315.doc 201233461 分子氟即使未離解亦可 使用分子氟利於經離解之氟及分 外，因為分子氟極易擴散到室 子敗為反應性極強之物質。因此， 與矽發生反應。換言之，使用分3 子敗均參與清潔製程。此外，因扁

遠端部件’故可同時清潔室内大型中心部件（例如蓮蓬頭） 圖6為比較遠端電漿活化及原位活化之室内壓力穩定性 之圖。該圖顯示於清潔之上平段階段（即室内主要部件已 進行矽之清潔）’原位製程之壓力變化明顯小於遠端電漿 源製程。此表明於原位製程之主要清潔階段期間大多數矽 已被清除，即室内遠端部件係與主要部件同時清潔。此使 得本發明所得到的總清潔時間更短。 根據本發明使用分子氟提供優於使用含氟清潔氣體（諸 如NF3及SF6)之若干優點。特定言之，該等含氟氣體之離 解需要更大RF功率且因此若僅使用反應室RF電源，存在 電漿引起的對反應器之破壞（諸如因電弧）之顯著風險。此 外，當根據本發明使用分子氟時，無需使用遠端電漿源。 含氟化合物通常需要該遠端電漿源以避免發生電漿引起之 反應室破壞之風險且因此需額外設備而增加操作複雜性及 成本。此外，使用含氟化合物通常需添加氧氣或氬氣來辅 助電漿點燃。當根據本發明使用分子氟時，不需使用該等 額外氣體（例如氧氣或氬氣）。 使用分子氟之本發明克服先前技術之室清潔法之缺點。 特疋5之’對氟流及室壓力之限制較小。可採用較低RF功 率以降低電漿引起破壞之風險。分子氟不具有全球變暖潜 158315.doc 201233461 :。因此’不完全離解既不會有害於環境亦無需複雜的減 :系統。應注意’本發明並不需要諸如遠端電漿源之額外 設備且使得室清潔總時間更短。此外，分子氟之原位離解 可於如沉積製程所用之溫度及壓力下進行。因&，未消耗 時間來調整並重建溫度及壓力條件，而此為先前技術的高 溫與高壓法所需。 本發明元全清潔反應室，時間明顯少於使用遠 端電漿源所需之時間。 本發明之以上論述係、集中於使用分子I來清潔反應室。 然而，本發明亦可用於清潔石夕塗覆材料或用於清潔諸如氧 化石夕、氮切、氧氮切、碳切、碳氮切等之含石夕材 。等預期’熟習此項技術者可根據前述發明說明輕易日 瞭本發明之其他實施例及變化，且吾等希望該等實施⑴ 變化同樣包括於如附屬請求項中所陳述之本發明範圍内。 【圖式簡單說明】 制圖1為顯示在使用分子氟且未調節塵力的原位活化清讀 製程期間之壓力曲線之圖。 ， 圖2為顯示RF電源對原位活化清潔反應室之影響之圖。 圖3為顯示氟流速對反應室清潔時間之影響之圖。 圖4為顯示本發明之清潔效率之圖。 圖5為顯示本發明之清潔效率之質譜結果。 圖6為比較遠端電漿活化盥肩 ，、原位活化之室内壓力穩定性 ^圖。 1583i5.doc

Claims (1)

1. 201233461 七、申請專利範圍： 1. 一種清潔化學氣相沉積室之方法，該方法包括： 將分子氟引入該室内； 於該室中’至少部分地使該分子氟原位離解形成氟自 由基； 於該室中’使該等氟自由基及分子氟與非所需沉積物 發生反應；及 使該室排空。 2. 如請求項1之方法’其中該室為電漿增強型化學氣相沉 積室。 3. 如請求項1之方法，其中使該分子氟離解包括使該分子 氟曝露於3000 W至5 000 W之RF電源。 4. 如請求項1之方法，其中使該分子氟離解包括使該分子 氟曝露於約3〇〇〇 w之RF電源。 5. 如請求項1之方法，其中引入氟包括以9 slm至24.5 slm之 流速弓丨入氟。 6. 如請求項5之方法，其中該流速為約18 slm。 7. —種用於清潔化學氣相沉積室之裝置，其包括： 具有位於其中之電源之沉積室；及 連接至該沉積室之分子氟源。 8·如請求項7之裝置，其中該室為電漿增強型化學氣相沉 積室。 9·如請求項7之裝置，其中該電源為RF電源。 158315.doc