TWI449092B - 半導體機台的清潔方法 - Google Patents

Description

半導體機台的清潔方法

本發明是有關於一種半導體科技，且特別是有關於一種半導體機台的清潔方法。

在半導體製程中，不論是對晶圓進行沉積製程或是蝕刻製程，所使用的反應氣體也會沉積在半導體機台之反應室的內表面，而形成反應室中微粒(particle)的來源。這些微粒可能會掉落在後續處理的晶圓上，使得晶圓報銷，而大幅降低晶圓的良率。因此，在半導體機台處理過一定數量的晶圓之後，就必須對反應室進行清潔處理，以除去附著在反應室內表面的沈積物。

一般來說，會以三氟化氮(NF₃ )為清潔氣體(clean gas)來清潔反應室。詳言之，將三氟化氮通入反應室中，利用三氟化氮蝕刻沉積於反應室圓頂(dome)以及反應室內壁之沉積物，以達到清潔反應室的目的。值得注意的是，半導體機台更包括多個用以提供反應氣體至反應室的反應氣體注入管(process gas injector)，而反應氣體也會在反應氣體注入管內壁形成沉積物，這些沉積物可能掉落至晶圓上。然而，目前的反應室清潔製程係由特殊清潔注入管通入清潔氣體，其無法有效清潔反應氣體注入管內壁(如附圖)，造成生產良率降低。

因此，此領域亟須一種半導體機台的清潔方法，能有效地清潔反應室內部以及反應氣體注入管內壁，以提升晶圓的產率與良率。

本發明提供一種半導體機台的清潔方法，以有效地清潔反應室內部以及反應氣體注入管內壁。

本發明提出一種半導體機台的清潔方法。首先，對反應室進行第一清潔步驟，包括將清潔氣體經由短反應氣體注入管通入反應室中，以在反應室中產生清潔氣體之電漿。接著，對長反應氣體注入管進行清潔步驟，包括將清潔氣體經由長反應氣體注入管通入反應室中。然後，對反應室進行第二清潔步驟，包括將清潔氣體之電漿經由短反應氣體注入管通入反應室中。

在本發明的一實施例中，上述之清潔氣體包括三氟化氮。

在本發明的一實施例中，上述之對反應室進行第一清潔步驟的清潔氣體具有第一流量，對長反應氣體注入管進行清潔步驟的清潔氣體具有第二流量，其中第二流量為第一流量的1/9至1/5。

在本發明的一實施例中，上述之對反應室進行第二清潔步驟的清潔氣體之電漿具有第一流量，對長反應氣體注入管進行清潔步驟的清潔氣體具有第二流量，其中第二流量為第一流量的1/14至1/9。

在本發明的一實施例中，上述之對長反應氣體注入管進行清潔步驟的清潔氣體之流量介於150至250sccm。

在本發明的一實施例中，上述之對反應室進行第一清潔步驟的清潔氣體之流量介於1000到2000sccm之間。

在本發明的一實施例中，上述之對反應室進行第二清潔步驟的清潔氣體之電漿的流量介於1500到2500sccm之間。

在本發明的一實施例中，上述之對長反應氣體注入管進行清潔步驟更包括將氦氣通入反應室中。

在本發明的一實施例中，上述之對長反應氣體注入管進行清潔步驟更包括將氫氣通入反應室中。

在本發明的一實施例中，上述之對反應室進行第一清潔步驟更包括將氧氣通入反應室中。

在本發明的一實施例中，上述之長反應氣體注入管具有封閉末端，清潔氣體是經由長反應氣體注入管之管壁的通孔而注入反應室。

在本發明的一實施例中，上述之短反應氣體注入管與長反應氣體注入管圍繞反應室之中心軸而設置。

在本發明的一實施例中，更包括對反應室進行保護步驟，其包括將氫氣通入反應室中。

在本發明的一實施例中，上述之對反應室進行保護步驟更包括將氧氣通入反應室中。

在本發明的一實施例中，上述之對反應室進行保護步驟的氫氣的流量介於1000到2000sccm之間。

在本發明的一實施例中，上述之長反應氣體注入管進行清潔步驟歷時15秒至25秒之間。

在本發明的一實施例中，上述之對反應室進行第二清潔步驟歷時160秒至200秒之間。

在本發明的一實施例中，上述之對反應室進行第一清潔步驟時，設定反應室的壓力介於0.9到1.1托(Torr)之間。

在本發明的一實施例中，上述之對長反應氣體注入管進行清潔步驟時，設定反應室的壓力介於0.9到1.1托之間。

在本發明的一實施例中，上述之對反應室進行第二清潔步驟時，設定反應室的壓力介於5.5到6.5托之間。

基於上述，本發明之半導體機台的清潔方法能有效地清潔反應室內部以及反應氣體注入管內壁。如此一來，能避免沉積於反應室內部以及反應氣體注入管內壁之沉積物掉落至晶圓上，以大幅提升晶圓的產率與良率。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1為依照本發明之一實施例所繪示的一種半導體機台的示意圖。在本實施例中，半導體機台10包括反應室20、短反應氣體注入管30以及長反應氣體注入管40。反應室20例如是進行高密度電漿化學氣相沉積(High-density plasma chemical vapor deposition,HDPCVD)的反應室，其包括反應室圓頂(dome)22以及反應室內壁24。短反應氣體注入管30與長反應氣體注入管40例如是環繞反應室20的中心軸而設置，以輸送反應氣體與清潔氣體至反應室20中。短反應氣體注入管30與長反應氣體注入管40例如是交錯配置，且短反應氣體注入管30與長反應氣體注入管40的傾斜角度(即與垂線的夾角)可以不同。特別注意的是，在本實施例中，短反應氣體注入管30與長反應氣體注入管40例如是具有封閉末端CE，也就是清潔氣體例如是經由短反應氣體注入管30與長反應氣體注入管40之管壁的通孔H注入反應室。其中，短反應氣體注入管的長度例如是30mm至40mm，長反應氣體注入管的長度例如是200mm至220mm。再者，在本實施例中，半導體機台10更包括特殊清潔注入管50。

對圖1的半導體機台進行清潔的方法如下所述。圖2為依照本發明之一實施例所繪示的一種半導體機台的清潔方法之流程示意圖。

請同時參照圖1與圖2，首先，進行步驟S102，對反應室20進行第一清潔步驟，包括將清潔氣體經由短反應氣體注入管30通入反應室20中，以在反應室20中產生清潔氣體之電漿。此步驟的主要目的是移除沉積於反應室圓頂22的沉積物，例如氧化矽。清潔氣體例如是三氟化氮，其流量例如是介於約1000到2000sccm(standard cubic centimeters per minute)之間，較佳為1500sccm。在進行此步驟S102時，設定反應室的壓力例如是介於約0.9到1.1托(Torr)之間，較佳為1托。以及，例如是將反應室的高頻功率(high frequency power)設定成介於約2500到3500瓦(W)之間，較佳為3000瓦，將反應室的低頻功率(low frequency power)設定成0瓦左右。在本實施例中，偵測此步驟S102是否完成的方法是終點偵測法。再者，在一實施例中，在進行此步驟S102時，也可以選擇性地將氧氣通入反應室中。氧氣的流量例如是介於約140到160sccm之間，較佳為150sccm。

接著，進行步驟S104，對長反應氣體注入管40進行清潔步驟，包括將清潔氣體經由長反應氣體注入管40通入反應室中。值得注意的是，此步驟是藉由使三氟化氮緩慢地通過長反應氣體注入管40來移除沉積於長反應氣體注入管40內壁的沉積物。因此，步驟S104的清潔氣體的流量例如是低於步驟S102的清潔氣體的流量。舉例來說，步驟S102的清潔氣體具有第一流量，步驟S104的清潔氣體具有第二流量，其中第二流量例如是第一流量的1/9至1/5。在此步驟S104中，清潔氣體例如是三氟化氮，其流量例如是介於約150到250sccm之間，較佳為200sccin。在進行此步驟S104時，設定反應室的壓力例如是介於約0.9到1.1托(Torr)之間，較佳為1托。以及，例如是將反應室的高頻功率設定成介於約1000到2000瓦(W)之間，較佳為1500瓦，將反應室的低頻功率設定成介於約到2700到3700瓦(W)之間，較佳為3200瓦。在本實施例中，此步驟S104例如是歷時15秒至25秒之間，較佳為20秒左右。此外，在一實施例中，在進行此步驟S104時，也可以選擇性地經由特殊清潔注入管50將氦氣與氫氣通入反應室中。氫氣在清潔過程中可與氟離子發生反應以去除多餘的氟，而氦氣可穩定清潔過程期間的化學反應並減少壓力變化。其中，氦氣的流量例如是介於約150到250sccm之間，較佳為200sccm；氫氣的流量例如是介於約450到550sccm之間，較佳為500sccm。

特別一提的是，在本實施例中，長反應氣體注入管40例如是具有封閉末端CE，也就是清潔氣體是經由長反應氣體注入管40之管壁的通孔H而注入反應室20。一般來說，沉積於長反應氣體注入管內壁的沉積物不易移除，尤其是具有封閉末端的長反應氣體注入管，然而，步驟S104能有效地清潔具有封閉末端CE的長反應氣體注入管40內壁。再者，在本實施例中是以先對反應室20進行第一清潔步驟，再對長反應氣體注入管40進行清潔步驟為例，但在其他實施例中，也可以先對長反應氣體注入管進行清潔步驟，再對反應室進行第一清潔步驟。

然後，進行步驟S106，對反應室20進行第二清潔步驟，包括將遠端電漿源所產生之清潔氣體之電漿經由短反應氣體注入管30通入反應室20中。此步驟的主要目的是移除沉積於反應室內壁24的沉積物，例如氧化矽。在本實施例中，清潔氣體之電漿包括三氟化氮之電漿，其流量例如是介於約1500到2500sccm之間，較佳為2000sccm。值得注意的是，在一實施例中，步驟S106中的清潔氣體之電漿具有第一流量，步驟S104的清潔氣體具有第二流量，其中第二流量例如是第一流量的1/14至1/9。再者，在進行此步驟S106時，設定反應室的壓力例如是介於約5.5到6.5托(Torr)之間，較佳為6托。以及，例如是將反應室的高頻功率設定成0瓦左右，將反應室的低頻功率也可以設定成0瓦左右。在本實施例中，此步驟S106例如是歷時160秒至200秒之間，較佳為180秒左右。

繼而，在進行完所有清潔步驟後，可以選擇性地進行步驟S108，對反應室20進行保護步驟，其包括將氫氣通入反應室20中。在本實施例中，例如是將氫氣經由短反應氣體注入管30通入反應室20中。此步驟可視為一個恢復(recover)步驟，利用氫氣與上述所使用之含氟清潔氣體作用，而移除掉反應室20中的清潔氣體，避免清潔氣體影響後續之製程。在此步驟S108中，氫氣的流量例如是介於約1000到2000sccm之間，較佳為1500sccm。在進行此步驟S108時，設定反應室的壓力例如是介於約0.9到1.1托(Torr)之間，較佳為1托。以及，例如是將反應室的高頻功率設定成介於約2800到3800瓦(W)之間，較佳為3300瓦，將反應室的低頻功率設定成0瓦左右。在本實施例中，步驟S108例如是歷時140秒至180秒之間，較佳為160秒左右。此外，在此步驟S108中，也可以選擇性將氧氣通入反應室中。氧氣的流量例如是介於約350到450sccm之間，較佳為400sccm。

綜上所述，本發明之半導體機台的清潔方法可以有效地清潔反應室內部以及反應氣體注入管內壁。如此一來，能移除沉積於反應室圓頂、反應室內壁以及反應氣體注入管內壁的沉積物，以避免沉積物掉落至晶圓上，進而大幅提升晶圓的良率與產率。此外，本發明之半導體機台的清潔方法能解決長反應氣體注入管內壁不易清潔的問題，且在同一清潔製程中完成反應室與反應氣體注入管的清潔，以縮減清潔半導體機台所需耗費的時間。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10．．．半導體機台

20．．．反應室

22．．．反應室圓頂

24．．．反應室內壁

30．．．短反應氣體注入管

40．．．長反應氣體注入管

50．．．特殊清潔注入管

CE．．．封閉末端

H．．．通孔

S102、S104、S106、S108．．．步驟

圖1為依照本發明之一實施例所繪示的一種半導體機台的示意圖。

圖2為依照本發明之一實施例所繪示的一種半導體機台的清潔方法之流程示意圖。

S102、S104、S106、S108．．．步驟

Claims (20)

1. 一種半導體機台的清潔方法，包括：對一反應室進行第一清潔步驟，包括將一清潔氣體經由一短反應氣體注入管通入該反應室中，以在該反應室中產生該清潔氣體之電漿；對一長反應氣體注入管進行清潔步驟，包括將該清潔氣體經由該長反應氣體注入管通入該反應室中，該長反應氣體注入管之清潔步驟與該第一清潔步驟係非同時進行；以及對該反應室進行第二清潔步驟，包括將該清潔氣體之電漿經由該短反應氣體注入管通入該反應室中。
2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體機台的清潔方法，其中該清潔氣體包括三氟化氮。
3. 如申請專利範圍第1項所述之半導體機台的清潔方法，其中對該反應室進行第一清潔步驟的該清潔氣體具有一第一流量，對該長反應氣體注入管進行清潔步驟的該清潔氣體具有一第二流量，其中該第二流量為該第一流量的1/9至1/5。
4. 如申請專利範圍第1項所述之半導體機台的清潔方法，其中對該反應室進行第二清潔步驟的該清潔氣體之電漿具有一第一流量，對該長反應氣體注入管進行清潔步驟的該清潔氣體具有一第二流量，其中該第二流量為該第一流量的1/14至1/9。
5. 如申請專利範圍第1項所述之半導體機台的清潔 方法，其中對該長反應氣體注入管進行清潔步驟的該清潔氣體之流量介於150至250sccm。
6. 如申請專利範圍第1項所述之半導體機台的清潔方法，其中對該反應室進行第一清潔步驟的該清潔氣體之流量介於1000到2000sccm之間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之半導體機台的清潔方法，其中對該反應室進行第二清潔步驟的該清潔氣體之電漿的流量介於1500到2500sccm之間。
8. 如申請專利範圍第1項所述之半導體機台的清潔方法，其中對該長反應氣體注入管進行清潔步驟更包括將氦氣通入該反應室中。
9. 如申請專利範圍第1項所述之半導體機台的清潔方法，其中對該長反應氣體注入管進行清潔步驟更包括將氫氣通入該反應室中。
10. 如申請專利範圍第1項所述之半導體機台的清潔方法，其中對該反應室進行第一清潔步驟更包括將氧氣通入該反應室中。
11. 如申請專利範圍第1項所述之半導體機台的清潔方法，其中該長反應氣體注入管具有一封閉末端，該清潔氣體是經由該長反應氣體注入管之管壁的通孔而注入該反應室。
12. 如申請專利範圍第1項所述之半導體機台的清潔方法，其中該短反應氣體注入管與該長反應氣體注入管圍繞該反應室之中心軸而設置。
13. 如申請專利範圍第1項所述之半導體機台的清潔方法，更包括對該反應室進行保護步驟，其包括將氫氣通入該反應室中。
14. 如申請專利範圍第13項所述之半導體機台的清潔方法，其中對該反應室進行保護步驟更包括將氧氣通入該反應室中。
15. 如申請專利範圍第13項所述之半導體機台的清潔方法，其中該氫氣的流量介於1000到2000sccm之間。
16. 如申請專利範圍第1項所述之半導體機台的清潔方法，其中對該長反應氣體注入管進行清潔步驟歷時15秒至25秒之間。
17. 如申請專利範圍第1項所述之半導體機台的清潔方法，其中對該反應室進行第二清潔步驟歷時160秒至200秒之間。
18. 如申請專利範圍第1項所述之半導體機台的清潔方法，其中對該反應室進行第一清潔步驟時，設定反應室的壓力介於0.9到1.1托(Torr)之間。
19. 如申請專利範圍第1項所述之半導體機台的清潔方法，其中對該長反應氣體注入管進行清潔步驟時，設定反應室的壓力介於0.9到1.1托(Torr)之間。
20. 如申請專利範圍第1項所述之半導體機台的清潔方法，其中對該反應室進行第二清潔步驟時，設定反應室的壓力介於5.5到6.5托(Torr)之間。