TW522475B - Method for improving chemical vapor deposition processing - Google Patents

Description

522475 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（） 發明領域： 本發明大體上係關於化學氣相沉積（CVD)製程，特別 是本發明係有關於將污染物減少到最低的方法。藉由1) 一些易反應的氣體與該污染物反應，並且從處理室中清除 這些反應產物。然後，藉由2)加入一惰性氣體將殘留的污 染物覆蓋住，以確保該些污染物不會污染了後續化學氣相 沉積製程的基板。 ' 發明背景： 化學氣相沉積（CVD)廣泛的應用在半導體工業多種薄 膜的 >儿積上’例如本徵（intrinsic)摻雜（d〇ped)的非晶體 矽、氧化矽、氮化矽、氮氧化矽等物質於基板上。近代半 導體化學氣相沉積製程的運作，通常於真空室内加熱導入 的原生混和氣體，該氣體分離及反應後，即形成所需的薄 膜。為了在低溫下沉積薄膜，達到相對較高的沉積率，沉 積過程中會在該處理室内的原生混和氣體中形成一電 漿。此製程稱知為電漿促進化學氣相沉積，或PEcvd。 以目前科技的發展，化學氣相沉積處理室是由鋁所製 成’包含待處理基板的支撐架以及原生混和氣體的艙口。 當使用到電漿時，該氣體入口及/或該基板的支撐架將會與 電源連接，例如，射頻電源（RF)。一真空泵也將與該處理 室連接’以控制該處理室内的壓力以及移除多種混和氣體 及沉積過程中產生的一些粒子。 由於基板上的半導體物件以及製造該些物件之間的 第4頁 本紙張尺1適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公餐) "— --------------------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522475 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α· 五、發明說明（） 間距變得越來越小，處理室内的微粒應該保持在最少。沉 積製私中2所有會形成微粒，是因為薄膜在沉積的過程 中、積在基板上，而且沉積在内壁以及各種夾具 上 屏蔽、基板支撐架、以及處理室中相關的物件。 在後續的沉積中’内壁等物件上的薄膜可能破裂或制落， 即k成了染粒子掉落在基板上。這對於基板上有些特 別的物件造成問題與損壞。當個別的物件或電路小片㈣ 晶圓上切刻下來，假設’以電晶體的例子來說，該已受到 損壞的物件即會遭到丟棄。 相類似地，當大型玻璃基板在製程中形成電晶體薄膜 之後，將有上百萬的電晶體在一片基板上形成，以應用在 電腦螢幕等相關產物上。 製程中處理室内存在的一些污染物，也會在這個例子 中造成影響。因為一些微粒的損壞，將使該電腦勞幕或相 關產物無法運作。 因此，化學氣相沉積處理室器必須週期性的清理以移 除沉積製程間的微粒。清理，通常會以通入一蝕刻氣體， 尤其是含氟氣體，例如三氟化氮到處理室内。在含氟氣體 内啟使一電漿，該電漿將與之前塗佈在内壁與夾具上的沉 積（換句話說，即是非晶體矽，氧化矽，氮化矽等等）以及 任何在處理室内的微粒產生反應，形成氣態的含氟產物， 即可利用處理室的排氣系統排出。通常，最後會再通入氮 氣，進行氮氣清除。 然而，在這個清理步驟之後，已證實處理室中將殘留 第5頁 · ----------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ‘紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公餐） 522475

五、發明說明（ 氟殘）查，最重要的疋，有些彳政粒並沒有完全由處理室中、、主 除。該氟殘渣將不利地影響後續沉積薄膜的薄膜品質，尤 其是氮化矽上的非晶體梦以及物件上的臨限電壓在此製 造後將會產生偏移。微粒的存在將會損害基板上的物件。 因此，一個利用含氟氣體調整介於複數個沉積步驟中 的化學氣相沉積處理室，接著移除處理室中任何氟殘清， 然後同時又確定處理室中的微粒不會掉落在基板上的製 程，正被找尋中。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明目的及概述：_ 我們已發現一個多步驟化學氣相沉積處理室的調整 製程。在處理室清除了多數個不想要的沉積之後使用一含 氟氣體，該含氟氣體去除了處理室内的氟殘渣並減少了處 理室内會掉落於後續製程基板上的粒子數目。 在一開始的清理步驟中，通入氟到處理室中與不想要 的沉積及粒子反應。本發明的第一個調整步驟，讓氮在處 理室中形成的電漿與任何殘留在處理室中的氟殘；查反 應，它們即被清除。弟二個調整步驟，以一沉積混和氣體 形成一電漿，該電漿在處理室的艙壁及夾具上形成一層固 態化合物，有效地包覆任何殘留在處理室複數個内艙表面 上的微粒。 該沉積混和氣體可以是矽烷或選擇性地加入共反應 物，於處理室搶内形成一固態♦化合物，如氧化♦或氮化 矽。除此之外，該沉積混和氣體也可以是四乙氧基梦垸 第6頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注*-事項再填寫本頁)

522475 A7 五、發明說明（ (TE0S)與氧氣，以形成氧化矽化合物。一般來說，在調整 步驟中所使用的沉積混和氣體會與在一基板上沉積薄膜 時所用的那些氣體有些相同。 圖式簡軍說明： 第1圖為電漿促進化學氣相沉積（PECVD)處理室的截面平 面圖。電漿促進化學氣相沉積處理室利用在大面積 玻璃基板上的薄膜沉積是很有幫助的。 第2圖為一流程圖’標明本發明的幾項重點步驟。 圖號對照說明： 1 13 真空室 112 反應器遮蔽物 132 氣體歧管 116 晶座 193 孔洞 192 面版 128 射頻電源 120、 121 、 122 陶 123 陶瓷環 發明詳細說明： 在此引述參考羅伯森（Robertson)等人的美國專利第 5，3 66,5 85號，揭露一適用於複數個大型玻璃基板製程的 電漿促進化學氣相沉積處理室（PECVD chamber)。現在參 考第1圖，一含有鉸鏈蓋式反應器遮蔽物112的真空室 113，一氣體歧管132平行於且位於一用來架設基板的晶 座1 16上方，該氣體歧管132包含許多孔洞193面版192 , 第7頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公t ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ----- 訂--- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 522475 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（） • -Ί 該些孔洞是為了提供製程與清除期間供應氣體使用。一射 頻電源1 2 8從供應的複數個氣體中製造出一電聚。 一組緊鄰著遮蔽物1 1 2的陶資襯裡1 2 〇，1 2 1及1 2 2隔 離了與該遮蔽物1 12複數個金屬壁的接觸，所以遮蔽物 112與晶架116之間在電漿製程中並不會產生電弧。這些 陶瓷襯裡120,121及122亦足以承受複數個含氟蝕刻清理 氣體。一陶瓷環123亦與面版192連接，為該面版192提 供電絕緣。這些陶瓷組件也阻絕了電漿，因此製程中繁助 ' 限制電漿太接近基板。且該組件幫助大幅降低外遮蔽物 11 2複數個壁上沉積的擴大。 還需要沉積一層的基板，在該基板最後一片被移出處 理室之後，一標準的含氟清理氣體首先以傳統的方式導入 4處理室中’然後開放氣體入口閥，確認以8〇〇 sCCm的 流率通入三氟化氮，在擁有間距1 6〇〇毫吋晶座氣體歧管 的該處理室中產生200毫托耳的壓力。一射頻電源提供 1 600瓦特的功率到氣體歧管中產生一電漿。持續該清理 電漿一段時間，大約一分鐘每個2000埃的非晶體矽薄膜 已經很明顯地沉積在處理室内。清理電漿額外持續大約一 分叙，使母個4 0 0 0埃的氮化矽薄膜已經很明顯地沉積在 處理室内。 接下來的兩個調整製程的步驟係用來移除上述化學 氣相沉積處理室（CVD chamber)清理後的氟殘渣，以及在 該處理室複數個内壁及夾具上沉積一層薄而不反應的固 態化合物，用以包覆複數個粒子。 第8頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------t--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522475 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 以本製程為例，力堂一,, 在弟一個碉整步驟中，氫電漿，係以 1 2 0 0 s c c m的流率通入蒂5丨南 入虱到處理室内30秒鐘，施以300瓦 特功率而產生該電漿。 + K 及風电漿與處理室内殘留的氟反應 形成氟氫酸（HF)，卽可二& 即了 a即經由處理室内的排氣系統排 出。維持該處理室的，W泠以π , %皿度以及I.2托耳的壓力，以備接下 來後續的沉積。而基如加命# 丞板木與軋體歧管的間距則是1 462毫 对0 在弟一個调整步驟φ ,以门μ ^ Τ 以同樣的間距、溫度以及壓力 條件沉積一氮化矽薄膜，作 眠 彳一而增加功率至8 0 0瓦特以及 更換該些氣體。該氮化矽筮瞄# C夕厚腠係以100 seem流率的矽烷， 500 seem的氨以及 3500 sccm流率的氮氣額外通入30秒 鐘到處理室中所沉積而成。 因此為了後靖并制^ 買1積I 而需要花費在調整上的總時 間僅約一分鐘。該氮仆於策 化梦4腠塗佈在該處理室的複數個内 壁以及夾具上，從而句霜日刼 I覆且封^任何在處理室清理之後仍 殘留其中的複數個粒子，园& & ^ ^ U此琢些粒子不會落於後績製程 的基板之上。該氮化游说接麻门+ , 7 積層同時減少該處理室内壁材質 因加熱所跑出的氣體，也同睡Φ、r „ v 也Η時更進一步的減少任何殘留在 該處理室内的複數個含氟物質。 上述兩個調整製程上的步驟與複數個標準的清理製 私起被應用，包括清理穩定，利用含氟氣體的電漿清 理’以及取後施以氮氣清除。經過氫電漿處理以及矽化合 物沉積現已呈現的調整製程，該處理室可能會施以氮氣清 除。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ΦΜ--------訂 i 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公Μ )— 522475 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 上述製程之所以較佳的緣故，在於系統產能最小的降 低下b不但移除了含氟殘渣，而且減少了該處理室内粒 勺數目另些花費相同製程時間的單步驟複數個調整 製程已經被試用，可是並不如本製程來得有效。單單一次 6〇秒鐘的氮化矽沉積製程雖然有效於減少複數個粒子，但 疋對減少氟殘渣則並不有效。該製程也在壁上形成一較厚 的’儿積，孩沉積必須在一後續的清理步驟中被蝕刻去除。 早以50秒鐘形成一氫電漿的步驟，雖然有效於減少氟殘 〉查，但是並無效於減少複數個粒子。單以6〇秒鐘非晶體 夕沉積的步驟（係以在該氫電漿内加入石夕貌的方式形成）， 因產生南量的氫原子，有效於減少氟殘渣，然而，其粒子 減的放果並不如氮化矽沉積有效。再一次，該非晶體矽 沉積也將需要在後續的清理步驟中移去。 另一些花費相同製程時間的兩步驟調整製程也並不 那麼有效。3 0秒鐘的非晶體矽沉積加上3 〇秒鐘的氮化矽 ’儿積將有效地去除氟殘渣與複數個粒子。然而，壁上附加 的非晶體矽沉積將需要在後續的清理步驟中移去。在複數 個π理步驟之間，上述多步驟的清理以及調整製程被應用 來維持該反應處理室習知的穩定性，並且，在準備進行後 、_>貝化予氣相沉積製程之時，氮氣清除可以在氟清除步驟之 後以及氮化矽沉積步驟之後被使用。 第2圖為一流程圖，該圖標明了目前所述化學氣相沉 積處理1複數個清理與調整製程的一系列重點步驟。該電 漿化學氣相沉積處理室首先以含氟氣體清理，然後於該處 第10頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) II---------舞 522475 A7 _____— B7— 五、發明說明（） 理室内形成一氫電漿以移除氟殘渣，複數個矽化合物原生 氣體形成一電漿，一層固態矽化合物沉積在該處理室的内 部，最後，在插入將被沉積一物質的基板之前，先將該處 理室以一惰性氣體清除。 儘言本製私已經以特別實施例說明如上，對熟悉此領 域技藝者顯然可以多樣性的更改混和氣體，反應條件以及 其相關的等效改變或修飾，均應包含於本說明範圍之内。 甚且，雖然一特定的化學氣相沉積處理室已在本說明 . 中提及’許多可以根據引用本製程進行清理及調整的化學 氣相沉積處理室已經可以在商業市場上買到。本發明僅限 於後附之專利申請範圍及其等同領域。 --------------------^— 癘 r (請先閱讀背面之注t*事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱）

Claims (1)

1. 522475 A8 B8 C8 D8 t、申請專利範圍 ，-Ί 1 · 一種在化學氣相沉積（CVD)處理室清理過後將該清理室 内污染物降至最低的方法，該方法至少包含： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) a) 在一化學沉積處理室中形成一氫電漿，其中上述 之電漿即與留存之複數個化學分子形成一反應產物； b) 從該處理室中移除該反應產物；並且 c) 在該化學氣相沉積處理室的一内部表面上沉積一 薄、且不反應的固態化合物薄膜， 其中，在該固態化合物薄膜之中即包覆了殘留於該 處理室中的複數個微粒狀物質。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中在移除該反應 產物之後，該留存之複數個化學分子為複數個函素殘 (查。 3 ·如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該複數個鹵素 殘渣為複數個氟殘渣。 4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該固態化合物 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 薄膜係以一至少包含一碎燒的氣體所沉積而成。 5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中一含氮氣體在 沉積過程中被加入該矽院中。 6·如申請專利範圍第5項所述之方法，其中上述之含氮氣 第12頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) 522475 A8 B8 C8 D8 六 . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 申請專利範圍 體為氨。 7 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該固態化合物 薄膜係以一至少包含有四乙氧基矽烷的氣體沉積而 成。 8 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中在該處理室中 的一氫電漿係於大約3 00 瓦特的功率下引入一氫氣的 方式所形成。 9.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該不反應固態 化合物薄膜為氮化碎。 1 0.如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該氮化矽薄膜 係於大約800 瓦特下沉積而成。 1 1 · 一種中和一化學氣相沉積製程處理室内複數個污染物 的方法，該方法至少包含下列步驟： a) 引入一含函素氣體到一化學氣相沉積處理室中， 其中上述之含||素氣體與該處理室一表面上的複數個 污染物反應，產生一反應產物； b) 於該化學氣相沉積製程處理室中移除該反應產 物； c) 引入氫氣進入該化學氣相沉積製程處理室以形成 第13頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 再I事裝 尽 . 頁 訂 線 522475 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 一氫電漿，其中該氫電漿與來自該含iS素氣體的殘渣反 應；並且 d)引入一沉積混和氣體進入該處理室中，以沉積一 層固態化合物於該化學氣相沉積製程處理室的一内部 表面上； 其中該含1#素氣體與氫電漿使複數個化學污染物得 以移除，且其中一固態化合物的該沉積包覆了該化學氣 相沉積製程處理室的該内部表面上殘留的複數個污染 物。 1 2.如申請專利範圍第1 1項所述之方法，其中該含素氣 體為一含氟氣體。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中上述之含氟 氣體為三氟化氮。 1 4.如申請專利範圍第1 1項所述之方法，其中該氫電槳係 以1 2 0 0 s c c m的流率通入氫進入該化學氣相沉積處理室 約3 0秒鐘。 15·如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該氫電漿係 於大約1.2托耳的壓力下，施以300 瓦特的功率所形 成。 第14頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 (請先閱讀背面之注意事壻再填寫本頁) 訂. 522475 A8 B8 C8 D8 f、申請專利範圍 (請·先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 6 .如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中該沉積混和 氣體中包含矽烷，且其中上述之矽烷於該化學氣相沉積 製程處理室的該内部表面上形成一固態矽化合物層。 1 7.如申請專利範圍第1 1項所述之方法，其中該固態矽層 為一氧化矽。 1 8 ·如申請專利範圍第1 6項所述之方法，其中一含氮氣體 加入該沉積氣體中。 1 9.如申請專利範圍第1 6項所述之方法，其中該固態化合 物為氮化矽。 2 0 ·如申請專利範圍第1 9項所述之方法，其中該氮化矽係 以一混和氣體所形成，該氣體至少包含大約100 seem 的矽虎，大約5 0 0 s c c m的氨，以及大約3 5 0 0 s c c m的氮 氣。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 1 .如申請專利範圍第2 0項所述之方法，其中該氮化矽係 以暴露該處理室於該沉積氣體中大約3 0秒鐘的方式所 形成。 2 2 ·如申請專利範圍第2 0項所述之方法，其中該氮化矽係 於大約8 0 0 瓦特下沉積而成。 第15頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 522475 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 23 .如申請專利範圍第1 1項所述之方法，其中該沉積氣體 至少包含四乙氧基矽烷，且其中上述之矽烷於該處理室 的該内部表面形成一固態氧化矽化合物層。 (請£閱讀背面之注-意事項再填寫本頁) 訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第16頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）