使用組合化學品原位清洗半導體制造裝置的方法和系統的制作方法

專利名稱：使用組合化學品原位清洗半導體制造裝置的方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及清洗半導體裝置；并且更具體地，涉及使用兩步驟、化學品的組合原位清洗半導體制造裝置的方法和系統，該半導體制造裝置諸如氧化硅淀積室。
背景技術：
半導體制造裝置廣泛應用于制造襯底或基片上的電子裝置和集成電路。在制造過程中使用許多不同類型的半導體裝置，例如，用于退火、氧化、氮化等的熱處理室，和用于淀積薄膜的化學氣相淀積(CVD)室。更具體地，摻雜和未摻雜氧化硅(SiOx)薄膜的淀積被廣泛應用于電子裝置中，該氧化硅也被稱為硅玻璃(SG)，用于淀積這些膜的室經常采用熱致的化學反應。室和諸如注射器等的相關裝置元件經常被淀積過程的固體硅酸酯副產品污染，該CVD室用于淀積未摻雜的SiOx膜(USG)和用硼(B)和磷(P)摻雜的SiOx膜，該摻雜SiOx膜諸如BySiOx(BSG)、PzSiOx(PSG)和ByPzSiOx(BPSG)。如果有太多的固體副產品在室的內表面上堆積，這些副產品會從室表面上剝落或者碎裂，并且會通過有害的固體微粒污染襯底或基片。這些剝落的副產品淀積物經常落在正在進行處理的基片上，導致集成電路的微粒污染。為避免這種微粒污染，室內部和相關的裝置元件必須被定期清洗。
現有技術中已應用了多種清洗技術。對室和相關的裝置采用過手工清洗。但是由于較高的勞動成本及較長的停工時間，這種技術不受歡迎。
現有技術中應用的另一種技術是諸如在美國專利No.5788778中所述的單步驟原位方法。如778號專利所述，前體氣體在遠處的室中通過強電源被激活以形成反應性物質，該反應物質然后流入淀積室以清洗淀積室內部。雖然這種技術相對手工方法具有優勢，但它也具有局限性。例如，清洗速度還相對較低，這會導致太長的停工時間，使得產品的產量相應降低。并且，化學品的成本較高。例如，在778號專利中，在強電源產生裝置中要使用成本非常昂貴的NF3。所以就需要提供一種清洗室的改善的方法和系統。
發明概述由此，本發明的目的是為了提供清洗半導體制造裝置的改進的方法和系統。
更具體地，本發明的目的是為了提供采用兩步驟組合原位清洗半導體制造裝置的方法和系統，該兩步驟的方法采用化學品，以選擇性針對在室和裝置上堆積的不同類型的固體淀積物。
例如，在一個實施方案中，通過在兩步驟中使用無水氟化氫(aHF)和原子氟(原子F)的組合，本發明提供了原位、化學蝕刻清洗室和相關裝置元件的方法和系統。發明人已經發現這兩種不同的氟化學品的有效性由于固體淀積物類型性質的不同而有不同，該固體淀積物為粉末狀或致密膜狀物，或者兩者的組合。發明人已經發現aHF可以迅速且廉價地去除掉粉末狀淀積物，而原子F可以迅速且廉價地去除掉致密膜狀淀積物。其它含氟化學品會在下述說明中使用。本發明使化學品選擇性地針對淀積物的清洗，單一化學品對該淀積物是最有效的，從而得到總體較有效的組合清洗方法。這種改善的清洗方法和系統降低了化學品成本以及裝置的停工時間。使用兩步驟組合的清洗化學品的發明方法，該清洗化學品被選擇性地針對去除不同類型的淀積物，該方法相對于現有技術中通過單步驟使用單一化學品的清洗室的方法，具有重要的成本及總體優勢。
附圖簡介通過閱讀本發明的詳細說明及后面所附的權利要求書，并且參照附圖，本發明的其它目的和優點會變得更加明顯，附圖如下

圖1為CVD系統的三維投影圖，該系統包含根據本發明的一個實施方案的原位清洗系統。應注意，為清楚起見，氣體流動控制系統和室的壓力控制系統的主要部分未被示出。
圖2為圖1中所示系統的功能方框圖。
圖3為CVD室的一個實施方案的剖開透視圖，該CVD室使用本發明的方法和系統。
圖4為根據本發明的一個實施方案圖2中氣體輸送系統的示意圖。
圖5為根據一個實施方案說明本發明的方法的流程圖。
圖6和圖7為根據本發明，實施例1和實施例2中所述多個循環次數的原位清洗時間的示意圖。
圖8為實施本發明的方法和系統時，每個硅基片(直徑為200nm)的室清洗成本表。
發明詳述如下所詳述，發明人發展了兩步驟或其組合的原位清洗半導體制造裝置的方法和系統。裝置一般用于淀積包含硅的膜或難熔金屬膜。當提及“兩分開的步驟”時，應注意兩步驟可以以不同的次數和次序被重復，以形成下面說明中所述的清洗序列。本發明在各步驟中利用兩種不同的化學品，該化學品被選擇性地針對去除堆積于裝置表面上的不同類型的淀積物。更具體地，粉末狀和致密膜狀固體淀積物以及兩者的組合，在室表面和相關的裝置元件上堆積。淀積物為發生于室中的反應的副產品，并且當反應為二氧化硅膜的淀積物時，該淀積物會通常包含有硅。粉末狀淀積物較輕且呈疏松狀，有時呈粘性，而致密淀積物為膜狀，并且會在裝置表面形成硬的薄膜層。這兩種類型的淀積物通過本發明被選擇性地去除掉。這種選擇性針對的組合清洗步驟得到改善的清洗技術。通篇中所用的術語“選擇性”意思為一種類型的淀積物主要去除或相對其它類型的淀積物較有效地被去除，并且有效性的差別可以從輕到重而有不同。
一般而言，通過在不同步驟中使用不同的化學品，并且按不同所需序列實施這些步驟，本發明的方法和系統用以進行清洗室及相關的裝置。序列的特定實施方案將在下面進行說明，但是本領域技術人員可以理解，在本發明教導的基礎上，對于特定需要可以優化使用不同的序列。進一步說，通篇中所用的術語“清洗”指的是通過對淀積物的化學蝕刻進行清洗。
一般而言，通過使用兩個分開的步驟實施本發明的方法和系統，該步驟以一定的序列進行組合，以提供清洗方法。一個步驟輸送用于蝕刻粉末狀淀積物的化學品(或化學品的組合)；另一個步驟輸送用于蝕刻致密膜狀淀積物的化學品(或化學品的組合)。
可以使用一切適當的化學品。例如，適于蝕刻粉塵狀淀積物的化學品包含aHF和HF蒸汽(從有水HF·H2O中產生)。適于蝕刻致密膜狀淀積物的化學品包含但并不限于原子F和熱分解ClF3。在優選實施方案中使用aHF和原子F。
可以用本發明的方法和系統清洗半導體裝置，該半導體裝置用于處理許多類型的基片，包含用以淀積許多類型的膜的裝置，該膜諸如但并不限于SiOx、BySiOx、PzSiOx、ByPzSiOx、SiNx、SiCx、WxSi和非晶態或多晶硅膜，以及選自W、Ta、Mo、Co、Ti、Ni的難熔金屬膜。
參照圖1-4對本發明的系統進行說明。具體地講，圖1為CVD系統部件的一個實施例，該CVD系統具有根據本發明一個實施方案的清洗系統。為清楚起見，氣體流動控制系統和室壓力控制系統的主要部分未被示出。CVD系統10一般包含淀積室12、注射導管14和與室排氣導管16相連的室排氣系統15。與淀積室相連的是清洗子系統18(圖2)，該子系統一般包含兩個清洗化學品供給系統22和24，該供給系統將各自將不同的清洗化學品輸送到淀積室12。系統元件優選由機架26支撐。
圖3和圖2的功能方框圖給出系統的詳細視圖。具體地，淀積室12包含夾盤30，該夾盤為一個平臺，用于將硅襯底或基片11加熱到硅膜淀積所需的約400-600℃的溫度范圍。與夾盤30相連的溫度控制器31使基片11和夾盤30保持在所需的處理溫度調整點(一般在約400-600℃的范圍內)±2℃的范圍內。這種溫度控制器可以在市場上得到，諸如Allen-Bradley公司的可編程的SLC05/4型邏輯控制器。反應或淀積氣體分散頭32，該分散頭通常指氣體注射器，由注射導管14供給。注射器32將淀積化學品輸送給基片11，并還可以輸送清洗化學品。如果注射器32沒有分送清洗化學品，該任務由各自的硬件(未示出)完成。注射器32最易于成為淀積裝置制造商的設計專利權。例如，美國專利No.5683516說明了一種類型的注射器，該注射器可以在本發明中被使用，并且其整個說明書可以在此作為參考而被合并進來。室12最易于成為淀積裝置制造商的設計專利權，并且并不限于這里特定實施方案中所給出的室。
淀積室12容納有夾盤30和注射器32。淀積區33形成于注射器32的出口和基片11的表面之間，在該淀積區淀積氣體混合并反應以在基片11的表面形成薄層或薄膜。淀積區優選將襯底、淀積氣體和清洗化學品與局部環境隔離。室在淀積或清洗過程中通常為但并不總是真空密封的。室排氣系統15通常包含諸如節流閥42，該節流閥包含蝶狀葉片(未示出)，該蝶狀葉片根據從壓力控制器44得到的命令改變位置。閥42和控制器44的組合使淀積室12內的壓力保持在所需值，該值在基片的處理過程中一般約在200-700Torr的范圍內，并且在壓力調整點的約2％的范圍內(例如，在調整點壓力為100Torr±2Torr)。節流閥可以從市場上得到，諸如VAT公司(Haag，瑞士)的61.1系列的DN40型節流閥。
排氣系統15通過室氣體排出導管16與真空泵系統(未示出)相連。真空泵系統一般包含半導體裝置分級真空泵，該系統可以使淀積室的壓力在氣體流速約為28slpm的情況下保持在約5Torr以下。這種真空系統在市場可以得到，諸如Busch真空公司(Maulburg，德國)的CS-700或CS-1250型真空系統。
為在基片11表面上淀積所需的膜，淀積氣體輸送系統34，如圖4中詳細地給出，與注射器32和注射器導管14相連。淀積氣體輸送系統34一般包含一個或多個淀積氣體源36。為了淀積摻雜SiOx，氣體輸送系統34將一般包含硅源36a、氧氣/臭氧源36b，和硼源36c和磷源36d的其中之一或其組合。硼源化學發生器36c包含液體源硼化學品，諸如三甲基硼酸酯(TMB，CAS1#121-43-70)和三乙基硼酸酯(TEB CAS#150-46-9)。硼蒸氣的產生一般由起泡器或直接市場上可得到的噴霧器完成。磷源化學發生器36d包含液體源磷化學品，諸如三甲基磷酸酯(TMPo，CAS#512-56-1)、三甲基亞磷酸酯(TMPi，CAS#121-45-9)和三乙基磷酸酯(TEPo CAS#78-40-0)。磷源蒸汽的產生也一般由起泡器或者直接由噴霧器完成。
硅源化學發生器36a包含諸如四乙基正硅酸酯(TEOS，CAS#78-10-4)的液體源硅化學品和其它不太重要的源。硅源蒸汽的產生一般由起泡器或者直接由噴霧器完成。臭氧和氧源包含發生器，該發生器電離所供給的O2氣體并產生出包含O2和O3(氧氣和臭氧)的混合氣的輸出氣體。臭氧對于硅膜從液體源化學品中的形成是至關重要的。這種臭氧發生器可以從市場上得到，諸如Astex/Sorbious-GmbH(Woburn，MA，ph617-933-5560)的SEMOZON200.3型臭氧發生器。
本發明的方法和系統的特別優點是優選地將CVD系統10中的清洗子系統18進行合并。清洗子系統18包含兩個或多個清洗氣體源。至少提供第一清洗氣體源38和第二清洗氣體源40，并且輸送至少兩種不同的清洗氣體，該清洗氣體用于各自步驟中以清洗室12。在這個實施例中，第一氣體源38包含原子F發生器，該原子F發生器獲得NF3+Ar混合氣體的供給并產生F+F2+N2+Ar的輸出混合氣體。原子F發生器可以從市場上得到，諸如Astex公司的AX-7650型發生器。
在這個實施例中，第二氣體源40包含無水HF(aHF)源。AHF作為非常低壓壓縮氣體可以在市場上得到，諸如從Air Products andChemicals公司得到。
如上所述，室和相關裝置元件的表面被固體副產生覆蓋，該固體副產品從對基片進行處理過程中的熱反應中得來。該表面將隨表面的溫度以及相對于主要淀積反應區的表面位置而被不同類型的副產品，即粉末狀或致密膜狀淀積物或兩者的組合而覆蓋。這樣，不同類型的淀積物趨于在不同位置的表面堆積。圖3表明了傳統TEOS/O3淀積室的不同區域是如何堆積了不同類型的固體副產生淀積物的，該TEOS/O3淀積室用于在基片上形成USG和BPSG膜。所有暴露于淀積化學品中的室表面將都會被固體副產品覆蓋。
具體地，副產品淀積物的物理形成將取決于室表面的溫度，較高的表面溫度產生較高的物理致密(即致密膜狀淀積物)副產品。例如，考慮圖3中所示的熱反應室。注射器一般被水冷至100℃的溫度以下。這種注射器相對較低溫度的表面趨于形成包含大量未反應或部分反應淀積化學品的粉末狀淀積物。位于襯底基片上的硬的致密膜的淀積物要求夾盤使基片保持在約500℃以上的溫度。所有未被基片與反應氣隔離的受熱區域也將產生致密膜狀淀積物的堆積。位置臨近夾盤30的氣動密封盤45也暴露于淀積化學品之中。該密封盤45在化學品暴露區域中具有較大的溫度梯度，其溫度范圍從臨近夾盤區域中的＞500℃，到遠離夾盤處的＜100℃。這樣該密封盤45會得到從致密膜狀淀積物到粉末狀淀積物的不同密度的淀積物。
根據本發明，證明使用氟化學品對清洗半導體裝置十分有效，該半導體裝置用于淀積USG/BSG/PSG/BPSG族的氧化硅膜。雖然不希望被任何特定的理論所束縛，但本發明人相信在各分開步驟中的清洗機制的基礎是通過形成不穩定的SiF4而進行蝕刻。SiF4在一個大氣壓下具有僅187K(-86℃)的沸點。這樣，通過蝕刻反應的SiF4的形成會保證硅從室表面上以氣態的形式去除掉。形成SiF4所需的氟可以從一定數量的含氟化合物中得到供應，該化合物包含但不限于液體含水氫氟酸、氣體無水氫氟酸(aHF)和氣體原子氟(原子F)。原子F通過原位或遠處等離子裂解CF4、C2F6、C3F8、SF6、NF3或熱裂解NF3或CIF3得到。如上所述，aHF和原子F為用于本發明的兩步驟清洗方法的兩種優選化學品。
當使用aHF和原子F作為室的清洗化學品時，在本發明的清洗方法和系統中進行的主要化學反應可以在概念上可以由下列化學反應進行描述，該室用于淀積USG/BSG/PSG/BPSG族的膜(1)
(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)其中，b、c、d、k、m和n為在4-1000的范圍內的“富反應(richreaction)”常數，該值提供足夠數量的氟原子，以形成等式右端給出的硼、磷和硅化合物。
現在對根據本發明的清洗方法進行詳細說明。一般而言，首先清洗粉末狀淀積物，其次清洗致密膜狀淀積物。但是，可以理解這并非必需的，清洗序列可以顛倒。根據一個示范性實施方案的本發明的方法如圖5所示。一般而言，該方法從在處理基片之后的步驟100開始。此時，兩種不同類型的淀積物(及其混合物)已堆積于室相關裝置元件的表面。清洗方法從將室內壓力降低到低于100Torr以下開始，并且在步驟102中將室內的夾盤加熱到約400-600℃的溫度范圍內。在步驟104中，通過將第一種含氟氣體引入室進行第一清洗步驟。第一清洗步驟在所需時間“t1”(在步驟105)內進行，以將兩種類型的淀積物之一從室表面和相關裝置中蝕刻去。第一清洗步驟在步驟106處完成。然后，在步驟108中，通過將第二種含氟氣體引入室進行第二清洗步驟。第二清洗步驟在所需時間“t2”(在步驟109)內進行，以將兩種類型淀積物中的另一種從室表面和相關裝置中蝕刻去。第二清洗步驟在步驟110處完成。第一和第二清洗步驟都可以按要求被重復進行。該清洗序列在步驟114處完成。
更具體地，當要清洗粉末狀淀積物時，選擇含氟氣體為aHF。當要清洗致密膜狀淀積物時，選擇含氟氣體為原子F。由于使用了所有含氟氣體，發明人已經發現，aHF易于去除粉末狀淀積物，而對去除致密膜狀淀積物卻效率較低。并且，原子F易于去除致密膜狀淀積物，而對去除粉末狀淀積物卻效率較低。
各清洗步驟在各自的時間t1和t2內進行。各步驟的清洗時間t1和t2的精確值會隨在室和其它表面上堆積的淀積物的類型和厚度以及清洗化學品的蝕刻速度而變化。在一個示范性實施方案中，粉末狀淀積物在室和其它表面上在約1-25微米的范圍內厚度不斷累積，其典型厚度在清洗過程開始時約為4微米。致密膜狀淀積物在室和其它表面上在約4-50微米的范圍內厚度不斷累積，其典型厚度在清洗過程開始時約為25微米。在這種堆積的基礎上，去除掉粉末狀淀積物的第一清洗步驟的時間t1一般在約1-10分鐘的范圍內。去除掉致密膜狀淀積物的第二清洗步驟的時間t2一般在約5-60分鐘的范圍內。AHF和原子F對于不同類型的淀積物的示例性蝕刻速度如表1所示。
表1
注意i 加熱硅基片的夾盤的名義溫度為500℃；ii “名義”指的是當前最優方法(best-practice)名義值或者說優選值；
iii 清洗速度的單位為[堆積的淀積物μm]/min。
表1表明通過本發明的方法和系統，對于粉末狀淀積物可以實現每分鐘2微米的清洗速度，對于致密膜狀淀積物可以實現每分鐘4微米的清洗速度，具有顯著的優勢。
一般而言，第一和第二清洗氣體從遠離室的地方產生并/或得到供應，并且有多種方法送入室。第一和第二清洗氣體優選通過注射器32送入室。通過注射器32送入清洗氣體使清洗氣體經過與淀積或反應氣體相同的路徑。另外，這種方案使最大限度地降低所需附加的硬件。但也可以通過各分開的硬件手段送入第一和第二氣體，諸如一個或多個分開的氣體入口。
通過傳統方法供應為各清洗步驟選定的含氟氣體。例如，當使用aHF時，一般通過罐22進行供應，該罐遠離室并通過氣體輸送管線與室相連。如上所述，使用傳統氣體控制器將aHF氣體在所需的時間以所需的流速從供應罐22輸送到室12。當選定原子F為清洗氣體時，原子F優選由原子F發生器24產生，該發生器遠離室并通過氣體輸送管線與室相連。不同的清洗化學品優選各自獨立地供應給室12。如上所述，原子F可以由多個源產生。在優選實施方案中，原子F由通過等離子發生器產生，使用NF3作為前體氣體，在具有氬氣以及2000瓦以上的功率的條件下操作以形成原子F。氬與NF3流入等離子發生器的流速比約在1-10的范圍內，優選約在7.5。
清洗氣體一般以約0.5-2.5slpm范圍內的流速送入室。該范圍可以根據所用含氟清洗氣體的類型而改變，并且其精確范圍可以根據常規實驗進行確定。在aHF被用作清洗氣體的一個示范性實施方案中，aHF以約0.5-2.5slpm范圍內的流速被送入室，而其最優選流速約為2slpm。在另一個原子F被用作清洗氣體的示范性實施方案中，原子F以約0.5-2.5slpm范圍內的流速被引入室，而其最優選流速約為1.2slpm。
在實施清洗步驟時，室的壓力和溫度保持為恒定值。在各第一和第二清洗步驟中的溫度和/或壓力可以有所不同。這種不同主要由于在第一和第二清洗步驟中所用化學品的不同。例如，當用aHF作為清洗氣體實施清洗步驟時，室中的壓力保持在約200Torr以下，優選保持在約50-200Torr，最優選保持在約100Torr。相反，當用原子F作為清洗氣體實施清洗步驟時，室中的壓力保持在約10Torr以下，優選保持在約1-10Torr，最優選保持在約8Torr。需被清洗表面的溫度在第一和第二清洗步驟中不發生改變，夾盤保持在約400-600℃的溫度范圍內，最優選保持為約500℃的溫度。兩清洗步驟典型過程條件的實施例如表2所示，該兩清洗步驟使用兩種不同的含氟化學品表2
注意i “n/a”指的是“不能適用的”。
如上所述，第一和第二清洗步驟可以被重復以形成清洗序列。本發明的組合清洗方法可以以所需的序列和頻率，以在兩個步驟中充分利用兩種類型的清洗化學品的清洗序列進行實施，以使正常生產時間最長并使清洗化學品成本最低。并且，本發明的組合清洗方法和系統提供了具有很大靈活性的技術。通過系統執行和成本優選技術，可以發展清洗序列“策略”以適應當前特定的應用。本發明的方法和系統提供了兩分開清洗步驟的組合，該組合充分利用不同化學品選擇性地清洗，即蝕刻去不同類型的淀積物，由此提高整個清洗過程的效果。雖然本發明沒有加以要求，但在優選實施方案中，兩分開的步驟被以一定的序列進行實施，并且進行重復，以提供最優的清洗效果。根據本發明的一個實施方案，清洗用于淀積USG/BSG/PSG/BPSG族的膜的室特定序列選擇取決于幾種因素，包含
(1)蝕刻或清洗速度；需要較快的清洗速度以減少有清洗相關的停工時間，以及清洗化學品的成本。
(2)單位(通常為標準公升)清洗源化學品的美元($)成本；顯然優選低成本且易得到的源化學品；并且(3)不揮發性液體或固體殘留物的形成；由于使用TEOS+Ozone淀積物氣體的系統一般僅使用熱能(與等離子能相反)以發生淀積反應，蒸發作用是從室內去除清洗產物的唯一方法。
清洗序列由下列方式限定。一般而言，清洗序列包含在生產過程的不同階段以一定的順序和頻率重復第一和/或第二清洗步驟。例如，如果特定的生產過程趨于快速產生粉末狀淀積物的堆積以及較慢的致密膜狀淀積物的堆積，那么最有效的去除粉末狀淀積物的清洗步驟就被首先安排實施，并且以比另一種較有效去除致密淀積物的清洗步驟更多的頻率被重復。
具體而言，清洗序列包含下列參數。為第一清洗步驟(MWBC-步驟1)建立清洗之間的平均基片(MWBC)的頻率。為對此進行說明，選擇第一清洗步驟為針對去除粉末狀淀積物的步驟，這里優選使用aHF作為第一清洗化學品。MWBC-步驟1在每隔M個基片時發生。M值可以為一切所需數值，并且將一般按如下要求進行選擇淀積物的堆積不會變得太厚以致對基片的處理產生不利影響。M典型值的實施例包含，但不限于約20-50之間的整數。
為第二清洗步驟(MWBC-步驟2)建立清洗間平均基片(MWBC)的頻率。第二清洗步驟針對去除致密膜狀狀淀積物，這里優選使用原子F作為第二清洗化學品。第一和第二步驟的定義僅為了方便而建立，并且也可以顛倒。MWBC-步驟2在每隔N個基片時發生。N值可以為一切所需數值。M典型值的實施例包含，但不限于約5-100之間的整數。N的值一般，但并不必須，等于或大于M。
M和N的值決定了清洗比C。C的值將為M/N或N/M中較大的一個，其中M通常為分母。C通常為C≥1的整數，并且更加通常為在約1-5的范圍內。
清洗步驟一和步驟二可以相互緊接著實施，或者也可以在各步驟之間制造基片。清洗步驟的一切變化或組合可以構成清洗序列。建立清洗序列的主要原則是淀積物堆積的性質和淀積物堆積的頻率。例如，可以使用下列序列(1) 步驟1(aHF化學品)→步驟2(原子F)→步驟1→步驟2(2) 步驟1→制造基片→步驟1→制造基片→步驟1→步驟2(3) 步驟1→步驟1→步驟2→步驟2(4) 步驟2→步驟1→步驟2并且，可以在步驟的開始或者中間或者末端實施附加的過程。例如，可以在第一清洗步驟前進行不活潑氣體室凈化。在最終清洗步驟之后，在繼續進行基片制造之前也可以進行實施清洗淀積后續過程以“適應”室。
為了進行說明，但并不為限定，下面提供根據本發明的兩個實施方案清洗序列的實施例實施例1在實施例1中，M的值為20，N的值為100，得到C值為5。選擇清洗序列如下1.在生產基片時完全淀積，M＝20，2.如果需要，用不活潑氣體對室實施預清洗的凈化處理，3.將室內的壓力降低到100Torr，4.開始步驟1-使用aHF將粉末從室內清洗出去，5.中止步驟1-停止aHF流動，6.用不活潑氣體對室實施后續清洗的凈化處理，7.如果要求降低“第一基片影響”，實施后續清洗淀積，以使室“適應”接下來的產品基片，8.重新開始基片的生產淀積，并且重復步驟1-7四次以上，9.在生產基片時完全淀積，N＝100，10.如果需要，用不活潑氣體對室實施預清洗的凈化處理，11.將室內的壓力降低到100Torr，12.開始步驟1-使用aHF將粉末從室內清洗出去，13.中止步驟1-停止aHF流動，14.如果需要，用不活潑氣體對室實施“內部清洗”的凈化處理，15.將室內的壓力降低到5Torr，16.開始步驟2-使用原子將致密膜狀淀積物從室內清洗出去，17.中止步驟2-停止原子F流動；18.用不活潑氣體對室實施后續清洗的凈化處理，19.如果要求降低“第一基片影響”，實施后續清洗淀積，以使室“適應”接下來的產品基片，20.繼續進行基片淀積生產，并且當M＝20時重新從步驟1開始清洗方法。實施例1的清洗序列示意簡圖如圖6所示。實施例2在實施例2中，M和N的值為25，得到C值為1。選擇清洗序列如下1.在生產基片時完全淀積，M＝25，2.如果需要，用不活潑氣體對室實施預清洗的凈化處理，3.將室內的壓力降低到100Torr，4.開始步驟1-使用aHF將粉末從室內清洗出去，5.中止步驟1-停止aHF流動，6.如果需要，用不活潑氣體對室實施“內部清洗”的凈化處理，7.將室內的壓力降低到5Torr，8.開始步驟2-使用原子將致密膜狀淀積物從室內清洗出去，9.中止步驟2-停止原子F流動，10.不活潑氣體對室實施后續清洗的凈化處理，11.如果要求降低“第一基片影響”，實施后續清洗淀積，以使室“適應”接下來的產品基片，12.繼續進行基片淀積生產，并且當M＝25時重新從步驟1開始清洗方法實施例2的清洗序列示意簡圖如圖7所示。
實施例1明顯比實施例2復雜。但是，兩個清洗序列的所有步驟都可以很容易于通過現代半導體裝置控制軟件實現自動操作，該控制軟件諸如可從Adventa控制技術公司得到的“ControlWORKS”。
本發明的方法和系統的特別優勢在于它提供了有效降低清洗半導體制造裝置成本的方法。圖8為室清洗成本的計算表，該表計算了對于aHF和原子F化學品，每清洗直徑為200mm的被覆蓋的硅基片的清洗成本。該計算考慮到資金成本、生產費用、清洗費用和化學品成本。該計算表明aHF對于清洗粉末狀淀積物較為經濟，而原子F對于清洗膜狀淀積物略有經濟優勢。
雖然原子F清洗未摻雜硅玻璃(USG)粉末狀淀積物的成本消除了僅用原子F的清洗系統的考慮，但aHF清洗USG和BPSG粉末的成本并不明顯高于原子F的成本。可以回顧一下，原子F的產生需要用于裂解諸如NF3等氟源的等離子體，該等離子體價格昂貴且較為復雜。這看起來意味著僅有aHF的清洗系統將是不錯的，單個基片成本適中的、復雜程度較低的清洗策略。但這種想法具有兩個非常嚴重的缺陷對膜狀USG淀積物的aHF蝕刻速度幾乎接近于零，如表1所示。缺少原位清洗還會要求系統使用者定期手工清洗室。前面已經述及，系統使用者希望避免手工清洗。
并且，對BPSG淀積物的aHF蝕刻形成粘性強的(H3PO4)磷酸液體/固體殘余物。磷酸的熔點為42.35℃，從而不易于從淀積系統的冷端被蒸發去除。并且，H3PO4可以脫水以形成更難于蒸發的玻璃狀H4PO7。使用一個步驟去除這些殘余物還會要求對淀積物室內部進行手工擦拭清洗。
雖然在較低的室壓力下，且優選在≤100Torr的壓力下進行清洗，可以最大限度地降低aHF產生的BPSG殘余物量，但該殘余物不能被徹底消除。并且，大部分基于TEOS+Ozone的熱淀積系統可以淀積USG和BPSG。所以這種淀積系統可以大大受益于本發明的原位清洗方法和系統，該方法和系統將兩步驟aHF和原子F清洗化學品的最佳特征結合起來。使用aHF+原子F組合的兩步驟清洗方法可以最大限度地降低硅-基片USG/BPSG淀積系統的清洗成本。
必須注意，當進行說明時，本發明的方法和系統并不限于aHF和原子F。根據淀積過程的細節和室結構，兩個或多個不同清洗反應的一切組合都可以是有利的。例如，在一定情況下組合清洗可能會包含從含水(HF·H2O)中產生在HF蒸汽和熱裂解的ClF3。
通過上述說明和實施方案，本發明提供了清洗半導體制造裝置的改善的方法。為了進行解釋和說明，對上述特定實施方案和發明的示范實施例進行了介紹，雖然通過一定的實施例對本發明進行解釋，但并不能理解為由此進行限定。對它們并不要求詳盡無遺，或者將發明限于精確的公開形式，并且根據說明很顯然許多修改、實施方案和變體都是可能的。本發明的范圍包含此處公開的和這里附屬的要求書以及它們的等同物。
權利要求
1.一種清洗半導體制造裝置中的淀積物的方法，其中，該半導體制造裝置中具有包含粉末狀和致密膜狀淀積物的不同類型的淀積物，其特征在于，裝置使用兩分開步驟進行清洗，各所述步驟使用不同含氟化學品以選擇性地清洗不同的淀積物。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述裝置用于淀積包含硅的膜和難熔金屬膜。
3.如權利要求2所述的方法，其中，包含硅的膜選自SiOx、BySiOx、PzSiOx、ByPzSiOx、SiNx、SiCx、WxSi和非晶態或多晶硅膜，并且難熔金屬膜選自W、Ta、Mo、Co、Ti和Ni。
4.如權利要求1所述的方法，其中，含氟化學品選自氟化氫(HF)、原子氟(原子F)、無水氟化氫(aHF)和ClF3。
5.如權利要求4所述的方法，其中，原子F由等離子發生器產生。
6.如權利要求4所述的方法，其中，原子F由下列任意一種化合物產生NF3、CF4、C2F6、C3F8、SF6F2或CIF3。
7.如權利要求1所述的方法，其中，兩分開步驟之一使用無水氟化氫(aHF)以選擇性去除粉末狀淀積物。
8.如權利要求1所述的方法，其中，兩分開步驟之一使用原子F以選擇性清洗致密膜狀淀積物。
9.如權利要求1所述的方法，其中，該方法在低于或等于100Torr的壓力下進行。
10.一種原位清洗包含粉末狀和致密膜狀硅酸酯淀積物的室的方法，包含下列步驟首先用第一含氟清洗氣體清洗掉粉末狀或致密膜狀淀積物的其中之一，其中該第一含氟清洗氣體主要蝕刻一種類型的淀積物；并且其次用第二含氟清洗氣體清洗掉粉末狀或致密膜狀淀積物中的另外一種，其中該第二含氟清洗氣體主要蝕刻另一種類型的淀積物。
11.如權利要求10所述的方法，其中，硅酸酯淀積物可以任意包含SiOx、BySiOx、PzSiOx、ByPzSiOx、SiNx、SiCx、WxSi和非晶態硅或多晶硅。
12.如權利要求10所述的方法，其中，第一和第二含氟化學品選自氟化氫(HF)、原子氟(原子F)、無水氟化氫(aHF)和ClF3。
13.如權利要求12所述的方法，其中，原子F由下列任意一種化合物產生NF3、CF4、C2F6、C3F8、SF6、F2或CIF3。
14.如權利要求10所述的方法，其中，第一和第二含氟氣體分別為aHF和原子F。
15.如權利要求10所述的方法，其中，第一含氟氣體為aHF，并主要被用于清洗粉末狀淀積物。
16.如權利要求10所述的方法，其中，第二含氟氣體為原子F，并主要被用于清洗致密膜狀淀積物。
17.如權利要求10所述的方法，其中，重復進行第一和第二清洗步驟中的任意一個或者兩個。
18.如權利要求10所述的方法，其中，第一和第二清洗步驟在低于或約等于100Torr的壓力下進行。
19.如權利要求10所述的方法，其中，第一或第二清洗步驟在低于或約等于5Torr的壓力下進行。
20.如權利要求10所述的方法，其中，第一和第二清洗步驟在約400-600℃的溫度下進行。
21.如權利要求10所述的方法，其中，第一和第二清洗步驟各自進行分別約1-60分鐘的時間。
22.一種清洗半導體裝置的清洗序列方法，該半導體裝置用于處理基片并包含不同類型淀積物，包含下列步驟確定第一清洗步驟頻率，定義為清洗步驟1之間的平均基片(MWBC-步驟1)，其中MWBC-步驟1每隔M個基片進行一次，并且M約在2-50的范圍內；確定第二清洗步驟頻率，定義為清洗步驟2之間的平均基片(MWBC-步驟2)，其中MWBC-步驟2每隔N個基片進行一次，并且N約在5-100的范圍內；定義清洗比C，其中C為整數并為M/N或N/M中較大的一個；在基片的每個M數處進行第一清洗步驟，在基片的每個N數處進行第二清洗步驟；并且重復第一和第二清洗步驟C次。
全文摘要
提供一種用于原位清洗半導體制造裝置(10)的兩步驟或者其組合的方法和系統。本發明在各步驟中利用兩分開的含氟化學品,該步驟選擇性針對去除不同類型的堆積于裝置表面的淀積物。更具體地,粉末狀和致密膜狀固體淀積物,以及兩者的組合,在室(12)表面和相關裝置元件上堆積。這兩種類型的淀積物通過本發明被選擇性地去除掉。這種組合清洗步驟的選擇性,得到了改善的清洗技術。在另一實施方案中,通過在分開的步驟中使用不同的化學品,并按不同所需序列進行實施該步驟,本發明的方法和系統提供了進行清洗室(12)和相關裝置的方法。
文檔編號H01L21/304GK1374890SQ00811232
公開日2002年10月16日 申請日期2000年7月12日 優先權日1999年7月12日
發明者B·E·梅耶, R·H·查塔姆三世, N·K·英格爾, Z·袁 申請人:Asml美國公司