TWI396946B - 薄膜沉積系統之清潔方法、薄膜沉積系統及其程式 - Google Patents

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Mitsuhiro Okada
Atsushi Endo
Toshiharu Nishimura
Kazuhide Hasebe
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Tokyo Electron Ltd
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4405—Cleaning of reactor or parts inside the reactor by using reactive gases

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Description

薄膜沉積系統之清潔方法、薄膜沉積系統及其程式
本發明係關於薄膜沈積系統之清潔方法、薄膜沈積系統及其程式。詳言之，本發明係關於薄膜沈積系統之清潔方法，其用於移除在用於在半導體晶圓上沈積薄膜之薄膜製程中沈積在薄膜沈積系統之內表面上之沈積物；薄膜沈積系統；及其程式。
半導體裝置製造製程包括用於形成薄膜之薄膜沈積製程，諸如以CVD製程(化學氣相沈積製程)或類似製程在例如半導體晶圓上形成氮化矽膜。該薄膜沈積製程藉由以下程序在半導體晶圓上形成薄膜。
以加熱器在預定負載溫度下加熱薄膜沈積系統之反應管中之反應室(即熱處理系統)，並將容納有複數個半導體晶圓之晶圓舟載入該反應管。接著，以該加熱器在預定處理溫度下加熱該反應室。經由排氣口將氣體排出該反應管以抽空該反應室至預定壓力下。在該反應管中之預定溫度及預定壓力已經穩定後，經由製程氣體供給管將源氣體供給入該反應管。接著，例如，源氣體之熱反應發生。由該等熱反應產生之反應產物在半導體晶圓之表面上沈積以在各半導體晶圓上形成薄膜。
由該薄膜沈積製程產生之反應產物不僅沈積在半導體晶圓之表面上，並且沈積在反應管之內表面上及置於薄膜沈積系統之反應管中之夾具等物件之表面上。若薄膜沈積系統在反應管之內表面及夾具等物件之表面塗有反應產物的同時連續不斷地用於薄膜沈積製程，則反應產物自表面脫落並傾向於產生粒子。粒子與半導體晶圓之黏著將減少半導體裝置之產量。
因此，在薄膜沈積製程已經進行若干循環之後用清潔方法清潔薄膜沈積系統以移除所沈積之反應產物。在JP－A3－293726(專利文獻1)中提出之清潔方法將清潔氣體供給入在預定溫度下加熱之反應管以移除沈積在反應管之內表面上及置於薄膜沈積系統中之夾具等物件之表面上的反應產物。
若反應產物含有四乙氧基矽烷(TEOS)，則藉由濕式清潔法使用氟化氫溶液(HF溶液)移除沈積在反應管壁上之反應產物。該濕式清潔法必需拆開薄膜沈積系統，手工清潔拆開部分，組裝並調節薄膜沈積系統，因而該薄膜沈積系統不能長久使用。因此，停工期增加且薄膜沈積系統之運作率低。
本發明係鑒於上述問題而作出的，因此本發明之一目的係提供薄膜沈積系統之清潔方法(其能夠有效移除沈積在薄膜沈積系統之組成組件表面上之反應產物)、薄膜沈積系統及其程式。
本發明之另一目的係提供薄膜沈積系統之清潔方法(其能夠有效移除沈積在薄膜沈積系統之組成組件表面上之反應產物並能抑制薄膜沈積系統運轉率之降低)、薄膜沈積系統及其程式。
本發明之第一態樣中，一清潔薄膜沈積系統之薄膜沈積系統清潔方法係在於薄膜沈積系統所包括的反應管中供給一製程氣體以在工件上沈積薄膜之後，去除附著在該薄膜沈積系統之組成組件表面上之沈積物者，該方法包括一清潔製程，其包括之步驟為將含有氟及氟化氫之清潔氣體供給入由反應管界定並在預定溫度下加熱之反應室、活化清潔氣體並以活化之清潔氣體移除沈積物；其中該沈積物含有四乙氧基矽烷。
本發明之第二態樣中，一清潔薄膜沈積系統之薄膜沈積系統清潔方法係在於薄膜沈積系統所包括的反應管中供給一製程氣體以在工件上沈積薄膜之後，去除附著在該薄膜沈積系統之組成組件表面上之沈積物者，該方法包括一清潔製程，其包括之步驟為將含有氟及氟化氫之清潔氣體供給入由反應管界定並在預定溫度下加熱之反應室、活化清潔氣體並以活化之清潔氣體移除沈積物；其中該由反應管界定之反應室在該清潔製程期間係在400℃至700℃範圍內之溫度下加熱。
反應室在清潔製程期間較佳保持在13.3 Pa至常壓之範圍內之壓力下。
置於反應室中之薄膜沈積系統之組成組件較佳係由石英製成。
本發明之第三態樣中，一用於藉由將製程氣體供給入反應室而在置於反應室中之工件上沈積薄膜之薄膜沈積系統包括：一加熱構件，其用於在預定溫度下加熱反應室；一清潔氣體供給構件，其用於將含有氟及氟化氫之清潔氣體供給入反應室；及一控制構件，其用於控制薄膜沈積系統之元件裝置；其中該控制構件控制加熱構件以便在一預定溫度下加熱反應室，並控制清潔氣體供給構件以便在反應室已經由加熱構件在預定溫度下加熱之後將清潔氣體供給入反應室，以便活化清潔氣體以藉由經活化之清潔氣體移除含有四乙氧基矽烷並沈積在界定反應室之反應管之內表面上的沈積物。
本發明之第四態樣中，一用於藉由將製程氣體供給入反應室而在包含於反應室中之工件上沈積薄膜之薄膜沈積系統包括：一加熱構件，其用於在預定溫度下加熱反應室；一清潔氣體供給構件，其用於將含有氟及氟化氫之清潔氣體供給入反應室；及控制構件，其用於控制薄膜沈積系統之元件裝置；其中該控制構件控制加熱構件以便在400℃至700℃範圍內之溫度下加熱反應室，並控制清潔氣體供給構件以便在反應室已藉由加熱構件在400℃至700℃範圍內之溫度下加熱之後將清潔氣體供給入反應室，以便活化清潔氣體以藉由經活化之清潔氣體移除沈積在界定反應室之反應管之內表面及置於反應室中之組件之表面上的沈積物。
該控制器較佳控制清潔氣體供給構件以便將清潔氣體供給入保持在一定狀態中之反應室，其中反應室中壓力係在13.3 Pa至常壓之範圍內。
較佳地，至少在反應室中待曝露於清潔氣體之薄膜沈積系統之組成組件係由石英製成。
在本發明之第五態樣中，一待由電腦執行之程式控制薄膜沈積系統，該系統用於藉由將製程氣體供給入反應室而在置於反應室中之工件上沈積薄膜，該系統包括：一加熱構件，其用於在預定溫度下加熱反應室；一清潔氣體供給構件，其用於將含有氟及氟化氫之清潔氣體供給入反應室；及一控制構件，其用於控制加熱構件以便在預定溫度下加熱反應室，並用於控制清潔氣體供給構件以便在反應室已經由加熱構件在預定溫度下加熱之後將清潔氣體供給入反應室，以便活化清潔氣體以藉由經活化之清潔氣體移除含有四乙氧基矽烷並沈積在置於反應室中之組成組件之表面上的沈積物。
在本發明之第六態樣中，一待由電腦執行之程式控制薄膜沈積系統，該系統用於藉由將製程氣體供給入反應室而在置於反應室中之工件上沈積薄膜，該系統包括：一加熱構件，其用於在預定溫度下加熱反應室；一清潔氣體供給構件，其用於將含有氟及氟化氫之清潔氣體供給入反應室；及一控制構件，其用於控制加熱構件以便在400℃至700℃範圍內之溫度下加熱反應室，並用於控制清潔氣體供給構件以便在反應室已經由加熱構件在400℃至700℃範圍內之溫度下加熱之後將清潔氣體供給入反應室，以便活化清潔氣體以藉由經活化之清潔氣體移除沈積在置於反應室中之組成組件之表面上的沈積物。
該控制構件較佳控制清潔氣體供給構件以便在該反應室保持在13.3 Pa至常壓之範圍內之壓力下的同時將清潔氣體供給入反應室。
較佳地，至少在反應室中待曝露於清潔氣體之組成組件係由石英製成。
本發明能夠有效移除沈積在薄膜沈積系統之組成組件之表面上的反應產物。
現將參看附圖描述具體實施本發明之薄膜沈積系統之清潔方法、薄膜沈積系統及其程式。現將描述本發明，其應用於圖1所示之分批式直立熱處理系統1。
參看圖1，直立熱處理系統1具有一縱向軸豎立安置之大體上呈圓柱形之反應管2。反應管2係由諸如石英之具有卓越耐熱性及耐腐蝕性之材料製成。
反應管2之上端部分向上匯合以形成一具有大體上類似圓錐形狀之頂端部分3。一排氣孔4(經由其氣體自反應管2排出)形成於頂端部分3之中部。一排氣管5密閉地連接至排氣孔4。排氣管5具備一壓力調節機構，其包括一閥門(未圖示)及一真空泵127。該壓力調節機構調節反應管2中之壓力至所要壓力(所要真空)。
反應管2下面安置一蓋6。蓋6係由諸如石英之具有卓越耐熱性及耐腐蝕性之材料製成。以一舟升降機128垂直移動蓋6。舟升降機128升起蓋6以封閉反應管2之開口下端(爐入口)。舟升降機128降下蓋6以打開反應管2之開口下端。
一隔熱汽缸7安裝在蓋6上。隔熱汽缸7包括以下主要元件：一平面電阻加熱器8，其用於防止反應管2中溫度之下降，歸因於經由反應管2之爐入口之熱消散；及一圓柱形支撐組件9，其支撐加熱器8與蓋6距離預定高度。
一旋轉台10安置在隔熱汽缸7上面。旋轉台10支撐一容納半導體晶圓W在其上之晶圓舟11以使晶圓舟11旋轉。詳言之，旋轉台10支撐在一轉軸12上，該轉軸貫穿加熱器8之中部並連接至一用於旋轉旋轉台10之旋轉機構13。旋轉機構13包括以下主要元件：一馬達(現在顯示)及一具有一旋轉驅動軸14之旋轉傳動器15。旋轉驅動軸14向上穿過蓋6並連接至旋轉台10之轉軸12。密封驅動軸14與蓋6之間之縫隙。馬達之扭力經由轉軸12傳送至旋轉台10。當旋轉機構13之馬達驅動驅動軸14時，驅動軸14驅動轉軸12使旋轉台10旋轉。
晶圓舟11能夠容納複數個在預定垂直間隔下之半導體晶圓W，例如一百個半導體晶圓W。晶圓舟11係由例如石英製成。容納半導體晶圓W並安裝在旋轉台10上之晶圓舟11與旋轉台10一起旋轉。
一具有一電阻式發熱元件之反應器加熱器16環繞著反應管2。反應器加熱器16在一預定溫度下加熱反應管2之內部以在一預定溫度下加熱半導體晶圓W。
一用於載運製程氣體(諸如源氣體及清潔氣體)之製程氣體供給管17連接至反應管2之下端部分。製程氣體供給管17經由質量流量控制器(MFC)125連接至製程氣體源(未圖示)。一四乙氧基矽烷膜(TEOS膜)(CVD氧化物膜)將在晶圓W上沈積，TEOS被用作一源氣體。該清潔氣體能夠移除附著在熱處理系統1之內表面之沈積物。該清潔氣體係如為含有氟(F2 )及氟化氫(HF)之氣體。事實上，複數個製程氣體供給管17連接至反應管2以分別載運各種氣體進入反應管2。圖1僅僅示出製程氣體供給管17之一。更具體地，連接至反應管2之下端部分之製程氣體供給管17為彼等用於載運源氣體進入反應管2及彼等用於載運清潔氣體進入反應管2之管。
一淨化氣體供給管18連接至反應管2之下端部分。淨化氣體供給管18經由一質量流量控制器125連接至一淨化氣體源(未圖示)以將所要淨化氣供給入反應管2。
熱處理系統1包括一圖2所示之控制器100，其用於控制熱處理系統1之組成元件。參看圖2，一操作面板121、多個溫度感應器122、多個壓力錶123、一加熱器控制器124、多個質量流量控制器125、多個閥門控制器126、真空泵127及舟升降機128連接至控制器100。
操作面板121具備一顯示器及多個操作按鈕。操作者操作操作面板121以下達指令至控制器100。該顯示器顯示許多條由控制器100提供之資訊。
溫度感應器122量測反應管2及排氣管5中之溫度並提供表示量測溫度之溫度訊號至控制器100。
加熱器控制器124分別控制加熱器8及反應器加熱器16，加熱器控制器124回應由控制器100給予其之指令，供給電力至加熱器8及反應器加熱器16以使加熱器8及反應器加熱器16通電。加熱器控制器124量測加熱器8及反應器加熱器16之各自功耗並提供表示量測功耗之訊號至控制器100。
質量流量控制器125分別置於製程氣體供給管17及淨化氣體供給管18中。質量流量控制器125分別調節流過對應之氣體供給管17及18之氣體流率以便氣體以預定流率流動。質量流量控制器125量測通過對應之氣體供給管17及18之實際流動並提供表示量測流率之訊號至控制器100。
閥門控制器126控制置於該等管中之閥門之各自開口以調節開口至由控制器100指定之彼等狀態。連接至排氣管5之真空泵127抽空反應管2。
舟升降機128升起蓋6以將容納半導體晶圓W並安裝在旋轉台10上之晶圓舟11裝入反應管2。舟升降機128降下蓋6以將容納半導體晶圓W並安裝在旋轉台10上之晶圓舟11自反應管2卸下。
控制器100包括一配方儲存裝置111、一唯讀記憶體112、一隨機存取記憶體113、一輸入/輸出端口114、一中央處理單元115及一互連控制器100之彼等元件之匯流排116。
配方儲存裝置111儲存一設置配方及複數個製程配方。熱處理系統1之配方儲存裝置111當製造時僅僅儲存設置配方。執行該設置配方以分別產生用於熱處理系統之熱模型。製程配方界定欲由使用者進行之熱製程。例如，如圖3所示，該製程配方規定將半導體晶圓W載入反應管2且自反應管2卸下半導體晶圓W之間的時期內反應管2中之溫度及壓力、啟動及終止製程氣體供給之時機及製程氣體之流率。
唯讀記憶體112為一電可擦可程式唯讀記憶體、一快閃記憶體或一硬碟。唯讀記憶體112儲存待由該中央處理單元115執行之操作程式。隨機存取記憶體113充當一用於中央處理單元115之工作區。
輸入/輸出端口114連接至操作面板121、溫度感應器122、壓力錶123、加熱器控制器124、質量流量控制器125、閥門控制器126、真空泵127及舟升降機128以傳送資料及訊號。
CPU(中央處理單元)115為控制器100之一主要元件。中央處理單元100執行儲存在唯讀記憶體112中之程式，並回應藉由操作操作面板121而提供之指令，根據儲存在配方儲存裝置111中之製程配方控制熱處理系統1之運作。中央處理單元115接受在反應管2及排氣管5中由溫度感應器122量測之量測溫度，在反應管2及排氣管5中由壓力錶123量測之量測壓力及由質量流量控制器125量測之氣體量測流率，根據量測資料產生控制訊號並將該等控制訊號提供至加熱器控制器124、質量流量控制器125、閥門控制器126及真空泵127，使熱處理系統1之彼等元件根據該製程配方運作。
匯流排116傳送資訊至控制器100之該等元件。
現將描述一待由熱處理系統1執行之清潔方法。將參看圖4所示之配方描述該清潔方法，其應用於移除在使用四乙氧基矽烷(TEOS)作為源氣體以熱處理系統1在半導體晶圓W上沈積TEOS膜(CVD氧化物膜)的過程中在熱處理系統1之部分上沈積之TEOS。亦將描述一用於在半導體晶圓W上沈積一TEOS膜之膜沈積製程。在下列描述中，控制器100(中央處理單元115)控制熱處理系統1之元件之運作。控制器100(中央處理單元115)控制用於控制加熱器8及反應器加熱器16之加熱器控制器124、置於製程氣體供給管17及淨化氣體供給管18中之質量流量控制器125、閥門控制器126及真空泵127，以便在反應管2中之溫度、壓力及流率變化與該等配方規定之條件一致。
現將參看示於圖3之配方描述該膜沈積製程。
如圖3(a)所示，反應器加熱器16在例如300℃之預定負載溫度下加熱反應管2內部。首先執行一載入步驟。以一預定流率經由淨化氣體供給管18將氮氣(N2 )供給入反應管2。隨後，將容納半導體晶圓W之晶圓舟11置於旋轉台10上，接著舟升降機128升起蓋6以將晶圓舟11載入反應管2。如此半導體晶圓W包含於反應管2中且密封反應管2以完成該載入步驟。
接著執行一穩定化步驟。如圖3(a)所示，以一預定流率經由淨化氣體供給管18將氮氣供給入反應管2，且反應器加熱器16在例如580℃之預定膜沈積溫度(處理溫度)下加熱反應管2內部。如圖3(b)所示，抽空反應管2至例如266Pa(2托)之預定壓力。該等加熱及抽空操作連續進行直至反應管2內部穩定在預定溫度及預定壓力下。
控制旋轉機構13之馬達使旋轉台10與容納半導體晶圓W之晶圓舟11一起旋轉。因而半導體晶圓W均勻地受熱。
接著執行一膜沈積步驟。如圖3(c)所示，在反應管2內部已經穩定在預定溫度及預定壓力下之後，停止經由淨化氣體供給管15進入反應管2之氮氣供給，且作為源氣體之TEOS及作為稀釋氣體之氮氣分別以例如0.15 l/min及0.15 l/min供給入反應管2。如此一TEOS膜沈積在該等半導體晶圓W之表面上。
接著執行一淨化步驟。在預定厚度之TEOS膜已經形成在半導體晶圓W表面上之後，停止經由源氣體供給管17供給TEOS及氮氣。排出反應管2中殘留之氣體，且以一預定流率經由淨化氣體供給管18將氮氣供給管18供給入反應管2以經由排氣管5排出反應管2中殘留之氣體。較佳重複該淨化步驟(包括自反應管2排出氣體之循環及將氮氣供給入反應管2之循環)若干次以將反應管中殘留之氣體自反應管2中完全除去。
隨後執行一卸料步驟。如圖3(a)所示反應器加熱器16在例如300℃之預定溫度下加熱反應管2內部，且如圖3(b)所示以一預定流率將氮氣供給入反應管2以使得反應管2內部處於常壓下。接著舟升降機128降下蓋6將晶圓舟11自反應管2卸下。
在該膜沈積製程已經進行若干循環之後，TEOS不僅在半導體晶圓W表面上沈積，而且在反應管2之內表面上沈積。在該膜沈積製程已經進行預定數目之循環之後，以該清潔方法清潔熱處理系統1。現將參看示於圖4之配方描述該清潔方法。
首先執行一載入步驟。如圖4(a)所示，反應器加熱器16在例如300℃之預定負載溫度下加熱反應管2內部。以一預定流率經由淨化氣體供給管18將氮氣供給入反應管2。接著將未容納任何半導體晶圓W之空晶圓舟11安裝在蓋6上，且舟升降機126升起蓋6以將晶圓舟11載入反應管2。
接著執行一穩定化步驟。如圖4(a)所示，以一預定流率經由淨化氣體供給管18將氮氣供給入反應管2，且反應器加熱器16在例如450℃之預定清潔溫度下加熱反應管2內部。如圖4(b)所示，抽空反應管2至例如33,250 Pa(250托)之預定壓力。該等加熱及抽空操作連續進行直至反應管2內部穩定在預定溫度及預定壓力下。
隨後執行一清潔步驟。在反應管2內部已經穩定在預定溫度及預定壓力下之後，將清潔氣體供給入反應管2。該清潔氣體係藉由混合氟化氫(HF)(如圖4(d)所示，以例如2 l/min之預定流率供給)、氟氣(F2 )(如圖4(e)所示，以例如2 l/min之預定流率供給)及氮氣(如圖4(c)所示，作為稀釋氣體以例如8 l/min供給)而產生。經活化之氟腐蝕掉在反應管2內表面及晶圓舟11表面上沈積之TEOS。
在清潔步驟期間反應管2內部之溫度較佳在400℃至700℃範圍內。若反應管2內部溫度低於400℃，則蝕刻TEOS之蝕刻速率較低，不能有效蝕刻TEOS且以高蝕刻速率蝕刻由石英製成之反應管2及晶圓舟11。因此若反應管2內部之溫度低於400℃，則TEOS選擇率降低。若反應管2內部之溫度高於700℃，則有可能熱處理系統1之元件(包括排氣管5)受到侵蝕。
反應管2內部之溫度較佳在400℃至500℃範圍內。當反應管2內部溫度在400℃至500℃範圍內時，可以一高蝕刻速率蝕刻TEOS，對於TEOS之選擇率較高且TEOS可被均勻地蝕刻。當反應管2內部溫度在425℃至475℃範圍內時，可以一極高蝕刻速率蝕刻TEOS，對於TEOS之選擇率增加且TEOS可被更均勻地蝕刻。如圖4(a)所示，此實施例中之清潔方法在450℃下加熱反應管2內部。
在上述溫度範圍內之溫度下加熱反應管2內部而不需要在100℃或更低之低溫下加熱。因此將反應管2內部溫度調節至所要溫度可在短時間內達成。
在清潔步驟期間反應管2中之壓力需要在13.3 Pa(0.1托)與常壓之範圍內。在清潔步驟期間反應管2中之壓力較佳在20,000 Pa(150托)至53,200 Pa(400托)之範圍內。當壓力在該較佳之壓力範圍內時，蝕刻速率與選擇率增加且蝕刻均一性得到改良。當反應管2中之壓力在33,250 Pa(250托)至53,200 Pa(400托)之範圍內時，蝕刻速率與選擇率增加且蝕刻均一性得到改良。如圖4(b)所示，此實施例中之清潔方法調節反應管2中之壓力至33,250 Pa(250托)。
接著執行一淨化步驟。當沈積在熱處理系統1之內表面上之TEOS已經被移除之後，停止經由源氣體供給管17供給清潔氣體。排出反應管2中殘留之氣體，且以一預定流率經由淨化氣體供給管18將氮氣供給入反應管2以經由排氣管5排出反應管2中殘留之氣體。
隨後，執行一卸料步驟。如圖4(b)所示，經由淨化氣體供給管18以一預定流率將氮氣供給入反應管2以使得反應管2內部處於常壓下。如圖4(a)所示，反應器加熱器16在例如300℃之預定溫度加熱反應管2內部。接著舟升降機128降下蓋6將晶圓舟11自反應管2卸下。
在熱處理系統1已經由該清潔方法清潔之後，舟升降機128降下蓋6，將容納半導體晶圓W之晶圓舟11安裝在蓋6上，接著升起蓋6以將容納半導體晶圓W之晶圓舟11載入反應管2。接著進行該膜沈積製程以在半導體晶圓W表面上沈積一TEOS膜。
進行實驗以查看在熱處理系統1內表面上沈積之TEOS是否已經能完全地由該清潔方法移除。詳言之，在圖5所示之清潔步驟中於不同溫度下加熱反應管2內部且使反應管2內部處於不同壓力下以在不同清潔條件下執行清潔步驟。量測分別蝕刻TEOS及形成反應管2之石英的TEOS及石英蝕刻速率，並計算TEOS相對於石英之選擇率(定義為TEOS蝕刻速率與石英蝕刻速率之比率)。
將由石英製成之第一試件及藉由在一石英件上沈積4 μm厚度TEOS膜而各自形成之第二試件裝載在晶圓舟11上。將晶圓舟11載入反應管2。接著將清潔氣體供給入反應管2以對第一及第二試件進行清潔製程。量測TEOS及石英蝕刻速率，並計算TEOS相對於石英之選擇率，即TEOS/石英蝕刻速率比。
蝕刻速率係由試件在蝕刻前之量測重量與同一試件在蝕刻後之量測重量之間的差異來計算。圖6顯示如此計算之實驗1至4中在不同清潔條件下之TEOS與石英蝕刻速率，且圖7顯示實驗1至4中在不同清潔條件下TEOS相對於石英之選擇率。
自圖6顯而易見，用於實驗1至4中之清潔條件對在令人滿意的高蝕刻速率下蝕刻TEOS與石英係有效的。自圖7顯而易見，在實驗1至4中TEOS相對於石英之選擇率不低於一。儘管用於實驗1至4之清潔條件下TEOS相對於石英之選擇率未足夠高，但該等清潔條件可被認為有效，因為TEOS相對於石英之選擇率不低於一。
自上述說明顯而易見，此實施例中之清潔方法可藉由將含有氟及氟化氫之清潔氣體供給入反應管2來移除在反應管2內表面等物件上沈積之反應產物。如此可有效移除在熱處理系統1之組成組件之內表面上沈積之反應產物且能抑制熱處理系統1之運作率之降低。
此實施例中之清潔方法在400℃至700℃範圍內之溫度下加熱反應管2內部，該方法能以一高蝕刻速率蝕刻TEOS且能有效地移除TEOS。
因為此實施例中之清潔方法不需要降低反應管2內部之溫度至100℃或以下之溫度，所以能在短時間內調節反應管2內部之溫度。因而可有效移除在熱處理系統1之內表面上沈積之TEOS且能抑制熱處理系統1之運作率之降低。
本發明不限於上述以實例描述之實施例。上述實施例之各種修正及應用係可能的。本發明之其它可能實施例將加以描述。
儘管已將本發明描述為應用於移除在半導體晶圓W上沈積TEOS膜期間在反應管2內表面上沈積之TEOS，但在其實際應用中本發明不限於此。例如，當沈積HCD－氮化矽膜(DCS－SiN膜)與TEOS膜之層狀膜或BTBAS－SiN膜與BTBAS－SiO膜之層狀膜時，本發明適用於移除在反應管2內表面上沈積之沈積物。當反應管2用於形成該等層狀膜時，本發明能夠有效地移除在反應管2內表面上沈積之反應產物。
儘管在本發明之上述說明中假定反應管2及蓋6係由石英製成，但反應管2及蓋6亦可能由碳化矽(SiC)製成。本發明能夠有效地移除在由SiC製成之反應管2之內表面上沈積的反應產物。
在上述實施例中之清潔方法使用藉由混合氟與氟化氫而產生之混合氣體作為清潔氣體。該清潔氣體可能為任何適當組合物，其限制條件為該清潔氣體含有氟及氟化氫且能夠移除在熱處理系統1之組成組件之內表面上沈積之沈積物。該清潔氣體之氟、氟化氫及氮氣濃度及該清潔氣體之流率視情況而定，其限制條件為該清潔氣體能移除在熱處理系統1之組成組件之內表面上沈積之沈積物。
儘管在上述實施例中該清潔方法所使用之清潔氣體含有氮氣作為稀釋氣體，但該清潔氣體不必須含有任何稀釋氣體。該清潔氣體較佳含有稀釋氣體，因為含有稀釋氣體之清潔氣體有助於測定清潔時間。該稀釋氣體較佳為惰性氣體。除了氮氣外，可能的稀釋氣體為氦氣(He)、氖氣(Ne)、氬氣(Ar)。
上述實施例中之熱處理系統具備分別用於不同的製程氣體的製程氣體供給管；該熱處理系統可能具備四個製程氣體供給管17以分別用於載運氟、氟化氫、TEOS及氮氣。複數個用於供給單一製程氣體之製程氣體供給管17可連接至反應管2之下端部分。經由該等複數個製程氣體供給管17供給入反應管2之製程氣體能均勻分佈於反應管2中。
儘管已將本發明描述為應用於具備單壁反應管2之分批式直立熱處理系統，但本發明亦適用於具備藉由組合內管及外管所形成之雙壁反應管之分批式直立熱處理系統。本發明亦適用於單晶圓加工熱處理系統。工件不限於半導體晶圓W，且可能為(例如)用於LCD之玻璃基板。
本發明實施例之控制器100不需要為一特定控制器，但可能為一通用電腦系統。例如，控制器100能藉由在一通用電腦中安裝定義上述製程且儲存在一記錄媒體(諸如可撓性碟片或緊密光碟－唯讀記憶體)中之程式來建構。
該等程式可由任何可選構件供給。該等程式可經由多根通信線、一通信網路或一通信系統取代預定記錄媒體來供給。該等程式可由一電子佈告欄系統(BBS)發佈且可在藉由用該等程式調變一載波所產生之訊號中提供。如此啟動所獲得之程式且在一操作系統控制下類似於其它應用程式執行以進行上述製程。
1．．．分批式直立熱處理系統
2．．．反應管
3．．．頂端部分
4．．．排氣孔
5．．．排氣管
6．．．蓋
7．．．隔熱汽缸
8．．．平面電阻加熱器
9．．．圓柱形支撐組件
10．．．旋轉台
11．．．晶圓舟
12．．．轉軸
13．．．旋轉機構
14．．．旋轉驅動軸
15．．．旋轉傳動器
16．．．反應器加熱器
17．．．製程氣體供給管
18．．．淨化氣體供給管
100．．．控制器
111．．．配方儲存裝置
112．．．唯讀記憶體
113．．．隨機存取記憶體
114．．．輸入/輸出端口
115．．．中央處理單元
116．．．匯流排
121．．．操作面板
122．．．溫度感應器
123．．．壓力錶
124．．．加熱器控制器
125．．．質量流量控制器
126．．．閥門控制器
127．．．真空泵
128．．．舟升降機
圖1為根據本發明之一較佳實施例中一熱處理系統之縱向剖視圖；圖2為一包括在圖1所示之熱處理系統中之控制器之方塊圖；圖3(a)－(d)為一薄膜形成配方之圖解視圖；圖4(a)－(e)為一清潔配方之圖解視圖；圖5為用於一清潔製程之清潔條件之表格；圖6為顯示在圖5所示之清潔條件下蝕刻TEOS及石英之蝕刻速率的圖表；及圖7為顯示在圖5所示之條件下之選擇率的圖表。
1．．．分批式直立熱處理系統
2．．．反應管
3．．．頂端部分
4．．．排氣孔
5．．．排氣管
6．．．蓋
7．．．隔熱汽缸
8．．．平面電阻加熱器
9．．．圓柱形支撐組件
10．．．旋轉台
11．．．晶圓舟
12．．．轉軸
13．．．旋轉機構
14．．．旋轉驅動軸
15．．．旋轉傳動器
16．．．反應器加熱器
17．．．製程氣體供給管
18．．．淨化氣體供給管
100．．．控制器

Claims (9)

  1. 一種薄膜沈積系統清潔方法，其係在於薄膜沈積系統所包括的反應管中供給一製程氣體以在工件上沈積薄膜之後，去除附著在該薄膜沈積系統之組成組件表面上之沈積物者，該薄膜沈積系統清潔方法包含一清潔製程，其包括之步驟為：將一含有氟及氟化氫之清潔氣體供給入一由該反應管界定並在一400℃至700℃範圍內之溫度下加熱之反應室，活化該清潔氣體，並以該經活化之清潔氣體移除該等沈積物；其中該等沈積物含有四乙氧基矽烷，且該反應室在該清潔製程期間係保持在19950~53200Pa之範圍內之壓力下。
  2. 一種薄膜沈積系統清潔方法，其係在於薄膜沈積系統所包括的反應管中供給一製程氣體以在工件上沈積薄膜之後，去除附著在該薄膜沈積系統之組成組件表面上之沈積物者，該薄膜沈積系統清潔方法包含一清潔製程，其包括之步驟為：將一含有氟及氟化氫之清潔氣體供給入一由該反應管界定並在一預定溫度下加熱之反應室，活化該清潔氣體，並以該經活化之清潔氣體移除該等沈積物；其中由該反應管界定之該反應室在該清潔製程期間係在400℃至700℃範圍內之溫度下加熱，且該反應室在該清潔製程期間係保持在19950~53200Pa之範圍內之壓力下。
  3. 如請求項1或2之薄膜沈積系統清潔方法，其中置於該反應室中之該薄膜沈積系統之組成組件係由石英製成。
  4. 一種薄膜沈積系統，其係用於藉由將製程氣體供給入一反應室而在置於該反應室中之工件上沈積一薄膜，該薄膜沈積系統包含：一加熱構件，其用於在一預定溫度下加熱該反應室；一清潔氣體供給構件，其用於將一含有氟及氟化氫之清潔氣體供給入該反應室；及一控制構件，其用於控制該薄膜沈積系統之元件裝置，其中該控制構件控制該加熱構件以便在一400℃至700℃範圍內之溫度下加熱該反應室，且控制該清潔氣體供給構件以便在該反應室已經由該加熱構件在該400℃至700℃範圍內之溫度下加熱之後將該清潔氣體供給入該反應室，以便活化該清潔氣體以藉由該經活化之清潔氣體移除含有四乙氧基矽烷且沈積在該反應室之組成組件表面上之沈積物，該控制構件控制該清潔氣體供給構件以便將該清潔氣體供給至維持在19950~53200Pa之壓力範圍內的狀態下之該反應室。
  5. 一種薄膜沈積系統，其係用於藉由將製程氣體供給入一反應室而在包含於該反應室中之工件上沈積一薄膜，該薄膜沈積系統包含：一加熱構件，其用於在一預定溫度加熱該反應室；一清潔氣體供給構件，其用於將一含有氟及氟化氫之 清潔氣體供給入該反應室；及一控制構件，其用於控制該薄膜沈積系統之元件裝置，其中該控制構件控制該加熱構件以便在400℃至700℃範圍內之溫度下加熱該反應室，並控制該清潔氣體供給構件以便在該反應室已經由該加熱構件在400℃至700℃範圍內之溫度下加熱之後將該清潔氣體供給入該反應室，以便活化該清潔氣體以藉由該經活化之清潔氣體移除沈積在置於該反應室中之組成組件之表面上的沈積物，該控制構件控制該清潔氣體供給構件以便將該清潔氣體供給至維持在19950~53200Pa之壓力範圍內的狀態下之該反應室。
  6. 如請求項4或5之薄膜沈積系統，其中至少待曝露於該反應室中之該清潔氣體的該薄膜沈積系統之組成組件係由石英製成。
  7. 一種由一電腦執行以控制一薄膜沈積系統之程式，該系統係用於藉由將製程氣體供給入一反應室而在置於該反應室中之工件上沈積一薄膜，該系統包括：一加熱構件，其用於在一預定溫度下加熱該反應室；一清潔氣體供給構件，其用於將一含有氟及氟化氫之清潔氣體供給入該反應室；及一控制構件，其用於控制該加熱構件以便在一400℃至700℃範圍內之溫度下加熱該反應室，並用於控制該清潔氣體供給構件以便在該反應室已經由該加熱構件在該400℃至700℃範圍內之溫度下加熱之後將 該清潔氣體供給入該反應室，以便活化該清潔氣體以藉由該經活化之清潔氣體移除含有四乙氧基矽烷並沈積在置於該反應室中之組成組件表面上之沈積物，該控制構件控制該清潔氣體供給構件以便將該清潔氣體供給至維持在19950~53200Pa之壓力範圍內的狀態下之該反應室。
  8. 一種由一電腦執行以控制一薄膜沈積系統之程式，該系統係用於藉由將製程氣體供給入一反應室而在置於該反應室中之工件上沈積一薄膜，該系統包括：一加熱構件，其用於在一預定溫度下加熱該反應室；一清潔氣體供給構件，其用於將一含有氟及氟化氫之清潔氣體供給入該反應室；及一控制構件，其用於控制該加熱構件以便在400℃至700℃範圍內之溫度下加熱該反應室，並用於控制該清潔氣體供給構件以便在該反應室已經由該加熱構件在400℃至700℃範圍內之溫度加熱下之後將該清潔氣體供給入該反應室，以便活化該清潔氣體以藉由該經活化之清潔氣體移除沈積在置於該反應室中之組成組件之表面上的沈積物，該控制構件控制該清潔氣體供給構件以便將該清潔氣體供給至維持在19950~53200Pa之壓力範圍內的狀態下之該反應室。
  9. 如請求項7或8之程式，其中至少待曝露於該反應室中之該清潔氣體之組成組件係由石英製成。
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