使用组合化学品原位清洗半导体制造装置的方法和系统的利记博彩app

专利名称：使用组合化学品原位清洗半导体制造装置的方法和系统的利记博彩app
技术领域：
本发明一般涉及清洗半导体装置；并且更具体地，涉及使用两步骤、化学品的组合原位清洗半导体制造装置的方法和系统，该半导体制造装置诸如氧化硅淀积室。
背景技术：
半导体制造装置广泛应用于制造衬底或基片上的电子装置和集成电路。在制造过程中使用许多不同类型的半导体装置，例如，用于退火、氧化、氮化等的热处理室，和用于淀积薄膜的化学气相淀积(CVD)室。更具体地，掺杂和未掺杂氧化硅(SiOx)薄膜的淀积被广泛应用于电子装置中，该氧化硅也被称为硅玻璃(SG)，用于淀积这些膜的室经常采用热致的化学反应。室和诸如注射器等的相关装置元件经常被淀积过程的固体硅酸酯副产品污染，该CVD室用于淀积未掺杂的SiOx膜(USG)和用硼(B)和磷(P)掺杂的SiOx膜，该掺杂SiOx膜诸如BySiOx(BSG)、PzSiOx(PSG)和ByPzSiOx(BPSG)。如果有太多的固体副产品在室的内表面上堆积，这些副产品会从室表面上剥落或者碎裂，并且会通过有害的固体微粒污染衬底或基片。这些剥落的副产品淀积物经常落在正在进行处理的基片上，导致集成电路的微粒污染。为避免这种微粒污染，室内部和相关的装置元件必须被定期清洗。
现有技术中已应用了多种清洗技术。对室和相关的装置采用过手工清洗。但是由于较高的劳动成本及较长的停工时间，这种技术不受欢迎。
现有技术中应用的另一种技术是诸如在美国专利No.5788778中所述的单步骤原位方法。如778号专利所述，前体气体在远处的室中通过强电源被激活以形成反应性物质，该反应物质然后流入淀积室以清洗淀积室内部。虽然这种技术相对手工方法具有优势，但它也具有局限性。例如，清洗速度还相对较低，这会导致太长的停工时间，使得产品的产量相应降低。并且，化学品的成本较高。例如，在778号专利中，在强电源产生装置中要使用成本非常昂贵的NF3。所以就需要提供一种清洗室的改善的方法和系统。
发明概述由此，本发明的目的是为了提供清洗半导体制造装置的改进的方法和系统。
更具体地，本发明的目的是为了提供采用两步骤组合原位清洗半导体制造装置的方法和系统，该两步骤的方法采用化学品，以选择性针对在室和装置上堆积的不同类型的固体淀积物。
例如，在一个实施方案中，通过在两步骤中使用无水氟化氢(aHF)和原子氟(原子F)的组合，本发明提供了原位、化学蚀刻清洗室和相关装置元件的方法和系统。发明人已经发现这两种不同的氟化学品的有效性由于固体淀积物类型性质的不同而有不同，该固体淀积物为粉末状或致密膜状物，或者两者的组合。发明人已经发现aHF可以迅速且廉价地去除掉粉末状淀积物，而原子F可以迅速且廉价地去除掉致密膜状淀积物。其它含氟化学品会在下述说明中使用。本发明使化学品选择性地针对淀积物的清洗，单一化学品对该淀积物是最有效的，从而得到总体较有效的组合清洗方法。这种改善的清洗方法和系统降低了化学品成本以及装置的停工时间。使用两步骤组合的清洗化学品的发明方法，该清洗化学品被选择性地针对去除不同类型的淀积物，该方法相对于现有技术中通过单步骤使用单一化学品的清洗室的方法，具有重要的成本及总体优势。
附图简介通过阅读本发明的详细说明及后面所附的权利要求书，并且参照附图，本发明的其它目的和优点会变得更加明显，附图如下

图1为CVD系统的三维投影图，该系统包含根据本发明的一个实施方案的原位清洗系统。应注意，为清楚起见，气体流动控制系统和室的压力控制系统的主要部分未被示出。
图2为图1中所示系统的功能方框图。
图3为CVD室的一个实施方案的剖开透视图，该CVD室使用本发明的方法和系统。
图4为根据本发明的一个实施方案图2中气体输送系统的示意图。
图5为根据一个实施方案说明本发明的方法的流程图。
图6和图7为根据本发明，实施例1和实施例2中所述多个循环次数的原位清洗时间的示意图。
图8为实施本发明的方法和系统时，每个硅基片(直径为200nm)的室清洗成本表。
发明详述如下所详述，发明人发展了两步骤或其组合的原位清洗半导体制造装置的方法和系统。装置一般用于淀积包含硅的膜或难熔金属膜。当提及“两分开的步骤”时，应注意两步骤可以以不同的次数和次序被重复，以形成下面说明中所述的清洗序列。本发明在各步骤中利用两种不同的化学品，该化学品被选择性地针对去除堆积于装置表面上的不同类型的淀积物。更具体地，粉末状和致密膜状固体淀积物以及两者的组合，在室表面和相关的装置元件上堆积。淀积物为发生于室中的反应的副产品，并且当反应为二氧化硅膜的淀积物时，该淀积物会通常包含有硅。粉末状淀积物较轻且呈疏松状，有时呈粘性，而致密淀积物为膜状，并且会在装置表面形成硬的薄膜层。这两种类型的淀积物通过本发明被选择性地去除掉。这种选择性针对的组合清洗步骤得到改善的清洗技术。通篇中所用的术语“选择性”意思为一种类型的淀积物主要去除或相对其它类型的淀积物较有效地被去除，并且有效性的差别可以从轻到重而有不同。
一般而言，通过在不同步骤中使用不同的化学品，并且按不同所需序列实施这些步骤，本发明的方法和系统用以进行清洗室及相关的装置。序列的特定实施方案将在下面进行说明，但是本领域技术人员可以理解，在本发明教导的基础上，对于特定需要可以优化使用不同的序列。进一步说，通篇中所用的术语“清洗”指的是通过对淀积物的化学蚀刻进行清洗。
一般而言，通过使用两个分开的步骤实施本发明的方法和系统，该步骤以一定的序列进行组合，以提供清洗方法。一个步骤输送用于蚀刻粉末状淀积物的化学品(或化学品的组合)；另一个步骤输送用于蚀刻致密膜状淀积物的化学品(或化学品的组合)。
可以使用一切适当的化学品。例如，适于蚀刻粉尘状淀积物的化学品包含aHF和HF蒸汽(从有水HF·H2O中产生)。适于蚀刻致密膜状淀积物的化学品包含但并不限于原子F和热分解ClF3。在优选实施方案中使用aHF和原子F。
可以用本发明的方法和系统清洗半导体装置，该半导体装置用于处理许多类型的基片，包含用以淀积许多类型的膜的装置，该膜诸如但并不限于SiOx、BySiOx、PzSiOx、ByPzSiOx、SiNx、SiCx、WxSi和非晶态或多晶硅膜，以及选自W、Ta、Mo、Co、Ti、Ni的难熔金属膜。
参照图1-4对本发明的系统进行说明。具体地讲，图1为CVD系统部件的一个实施例，该CVD系统具有根据本发明一个实施方案的清洗系统。为清楚起见，气体流动控制系统和室压力控制系统的主要部分未被示出。CVD系统10一般包含淀积室12、注射导管14和与室排气导管16相连的室排气系统15。与淀积室相连的是清洗子系统18(图2)，该子系统一般包含两个清洗化学品供给系统22和24，该供给系统将各自将不同的清洗化学品输送到淀积室12。系统元件优选由机架26支撑。
图3和图2的功能方框图给出系统的详细视图。具体地，淀积室12包含夹盘30，该夹盘为一个平台，用于将硅衬底或基片11加热到硅膜淀积所需的约400-600℃的温度范围。与夹盘30相连的温度控制器31使基片11和夹盘30保持在所需的处理温度调整点(一般在约400-600℃的范围内)±2℃的范围内。这种温度控制器可以在市场上得到，诸如Allen-Bradley公司的可编程的SLC05/4型逻辑控制器。反应或淀积气体分散头32，该分散头通常指气体注射器，由注射导管14供给。注射器32将淀积化学品输送给基片11，并还可以输送清洗化学品。如果注射器32没有分送清洗化学品，该任务由各自的硬件(未示出)完成。注射器32最易于成为淀积装置制造商的设计专利权。例如，美国专利No.5683516说明了一种类型的注射器，该注射器可以在本发明中被使用，并且其整个说明书可以在此作为参考而被合并进来。室12最易于成为淀积装置制造商的设计专利权，并且并不限于这里特定实施方案中所给出的室。
淀积室12容纳有夹盘30和注射器32。淀积区33形成于注射器32的出口和基片11的表面之间，在该淀积区淀积气体混合并反应以在基片11的表面形成薄层或薄膜。淀积区优选将衬底、淀积气体和清洗化学品与局部环境隔离。室在淀积或清洗过程中通常为但并不总是真空密封的。室排气系统15通常包含诸如节流阀42，该节流阀包含蝶状叶片(未示出)，该蝶状叶片根据从压力控制器44得到的命令改变位置。阀42和控制器44的组合使淀积室12内的压力保持在所需值，该值在基片的处理过程中一般约在200-700Torr的范围内，并且在压力调整点的约2％的范围内(例如，在调整点压力为100Torr±2Torr)。节流阀可以从市场上得到，诸如VAT公司(Haag，瑞士)的61.1系列的DN40型节流阀。
排气系统15通过室气体排出导管16与真空泵系统(未示出)相连。真空泵系统一般包含半导体装置分级真空泵，该系统可以使淀积室的压力在气体流速约为28slpm的情况下保持在约5Torr以下。这种真空系统在市场可以得到，诸如Busch真空公司(Maulburg，德国)的CS-700或CS-1250型真空系统。
为在基片11表面上淀积所需的膜，淀积气体输送系统34，如图4中详细地给出，与注射器32和注射器导管14相连。淀积气体输送系统34一般包含一个或多个淀积气体源36。为了淀积掺杂SiOx，气体输送系统34将一般包含硅源36a、氧气/臭氧源36b，和硼源36c和磷源36d的其中之一或其组合。硼源化学发生器36c包含液体源硼化学品，诸如三甲基硼酸酯(TMB，CAS1#121-43-70)和三乙基硼酸酯(TEB CAS#150-46-9)。硼蒸气的产生一般由起泡器或直接市场上可得到的喷雾器完成。磷源化学发生器36d包含液体源磷化学品，诸如三甲基磷酸酯(TMPo，CAS#512-56-1)、三甲基亚磷酸酯(TMPi，CAS#121-45-9)和三乙基磷酸酯(TEPo CAS#78-40-0)。磷源蒸汽的产生也一般由起泡器或者直接由喷雾器完成。
硅源化学发生器36a包含诸如四乙基正硅酸酯(TEOS，CAS#78-10-4)的液体源硅化学品和其它不太重要的源。硅源蒸汽的产生一般由起泡器或者直接由喷雾器完成。臭氧和氧源包含发生器，该发生器电离所供给的O2气体并产生出包含O2和O3(氧气和臭氧)的混合气的输出气体。臭氧对于硅膜从液体源化学品中的形成是至关重要的。这种臭氧发生器可以从市场上得到，诸如Astex/Sorbious-GmbH(Woburn，MA，ph617-933-5560)的SEMOZON200.3型臭氧发生器。
本发明的方法和系统的特别优点是优选地将CVD系统10中的清洗子系统18进行合并。清洗子系统18包含两个或多个清洗气体源。至少提供第一清洗气体源38和第二清洗气体源40，并且输送至少两种不同的清洗气体，该清洗气体用于各自步骤中以清洗室12。在这个实施例中，第一气体源38包含原子F发生器，该原子F发生器获得NF3+Ar混合气体的供给并产生F+F2+N2+Ar的输出混合气体。原子F发生器可以从市场上得到，诸如Astex公司的AX-7650型发生器。
在这个实施例中，第二气体源40包含无水HF(aHF)源。AHF作为非常低压压缩气体可以在市场上得到，诸如从Air Products andChemicals公司得到。
如上所述，室和相关装置元件的表面被固体副产生覆盖，该固体副产品从对基片进行处理过程中的热反应中得来。该表面将随表面的温度以及相对于主要淀积反应区的表面位置而被不同类型的副产品，即粉末状或致密膜状淀积物或两者的组合而覆盖。这样，不同类型的淀积物趋于在不同位置的表面堆积。图3表明了传统TEOS/O3淀积室的不同区域是如何堆积了不同类型的固体副产生淀积物的，该TEOS/O3淀积室用于在基片上形成USG和BPSG膜。所有暴露于淀积化学品中的室表面将都会被固体副产品覆盖。
具体地，副产品淀积物的物理形成将取决于室表面的温度，较高的表面温度产生较高的物理致密(即致密膜状淀积物)副产品。例如，考虑图3中所示的热反应室。注射器一般被水冷至100℃的温度以下。这种注射器相对较低温度的表面趋于形成包含大量未反应或部分反应淀积化学品的粉末状淀积物。位于衬底基片上的硬的致密膜的淀积物要求夹盘使基片保持在约500℃以上的温度。所有未被基片与反应气隔离的受热区域也将产生致密膜状淀积物的堆积。位置临近夹盘30的气动密封盘45也暴露于淀积化学品之中。该密封盘45在化学品暴露区域中具有较大的温度梯度，其温度范围从临近夹盘区域中的＞500℃，到远离夹盘处的＜100℃。这样该密封盘45会得到从致密膜状淀积物到粉末状淀积物的不同密度的淀积物。
根据本发明，证明使用氟化学品对清洗半导体装置十分有效，该半导体装置用于淀积USG/BSG/PSG/BPSG族的氧化硅膜。虽然不希望被任何特定的理论所束缚，但本发明人相信在各分开步骤中的清洗机制的基础是通过形成不稳定的SiF4而进行蚀刻。SiF4在一个大气压下具有仅187K(-86℃)的沸点。这样，通过蚀刻反应的SiF4的形成会保证硅从室表面上以气态的形式去除掉。形成SiF4所需的氟可以从一定数量的含氟化合物中得到供应，该化合物包含但不限于液体含水氢氟酸、气体无水氢氟酸(aHF)和气体原子氟(原子F)。原子F通过原位或远处等离子裂解CF4、C2F6、C3F8、SF6、NF3或热裂解NF3或CIF3得到。如上所述，aHF和原子F为用于本发明的两步骤清洗方法的两种优选化学品。
当使用aHF和原子F作为室的清洗化学品时，在本发明的清洗方法和系统中进行的主要化学反应可以在概念上可以由下列化学反应进行描述，该室用于淀积USG/BSG/PSG/BPSG族的膜(1)
(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)其中，b、c、d、k、m和n为在4-1000的范围内的“富反应(richreaction)”常数，该值提供足够数量的氟原子，以形成等式右端给出的硼、磷和硅化合物。
现在对根据本发明的清洗方法进行详细说明。一般而言，首先清洗粉末状淀积物，其次清洗致密膜状淀积物。但是，可以理解这并非必需的，清洗序列可以颠倒。根据一个示范性实施方案的本发明的方法如图5所示。一般而言，该方法从在处理基片之后的步骤100开始。此时，两种不同类型的淀积物(及其混合物)已堆积于室相关装置元件的表面。清洗方法从将室内压力降低到低于100Torr以下开始，并且在步骤102中将室内的夹盘加热到约400-600℃的温度范围内。在步骤104中，通过将第一种含氟气体引入室进行第一清洗步骤。第一清洗步骤在所需时间“t1”(在步骤105)内进行，以将两种类型的淀积物之一从室表面和相关装置中蚀刻去。第一清洗步骤在步骤106处完成。然后，在步骤108中，通过将第二种含氟气体引入室进行第二清洗步骤。第二清洗步骤在所需时间“t2”(在步骤109)内进行，以将两种类型淀积物中的另一种从室表面和相关装置中蚀刻去。第二清洗步骤在步骤110处完成。第一和第二清洗步骤都可以按要求被重复进行。该清洗序列在步骤114处完成。
更具体地，当要清洗粉末状淀积物时，选择含氟气体为aHF。当要清洗致密膜状淀积物时，选择含氟气体为原子F。由于使用了所有含氟气体，发明人已经发现，aHF易于去除粉末状淀积物，而对去除致密膜状淀积物却效率较低。并且，原子F易于去除致密膜状淀积物，而对去除粉末状淀积物却效率较低。
各清洗步骤在各自的时间t1和t2内进行。各步骤的清洗时间t1和t2的精确值会随在室和其它表面上堆积的淀积物的类型和厚度以及清洗化学品的蚀刻速度而变化。在一个示范性实施方案中，粉末状淀积物在室和其它表面上在约1-25微米的范围内厚度不断累积，其典型厚度在清洗过程开始时约为4微米。致密膜状淀积物在室和其它表面上在约4-50微米的范围内厚度不断累积，其典型厚度在清洗过程开始时约为25微米。在这种堆积的基础上，去除掉粉末状淀积物的第一清洗步骤的时间t1一般在约1-10分钟的范围内。去除掉致密膜状淀积物的第二清洗步骤的时间t2一般在约5-60分钟的范围内。AHF和原子F对于不同类型的淀积物的示例性蚀刻速度如表1所示。
表1
注意i 加热硅基片的夹盘的名义温度为500℃；ii “名义”指的是当前最优方法(best-practice)名义值或者说优选值；
iii 清洗速度的单位为[堆积的淀积物μm]/min。
表1表明通过本发明的方法和系统，对于粉末状淀积物可以实现每分钟2微米的清洗速度，对于致密膜状淀积物可以实现每分钟4微米的清洗速度，具有显著的优势。
一般而言，第一和第二清洗气体从远离室的地方产生并/或得到供应，并且有多种方法送入室。第一和第二清洗气体优选通过注射器32送入室。通过注射器32送入清洗气体使清洗气体经过与淀积或反应气体相同的路径。另外，这种方案使最大限度地降低所需附加的硬件。但也可以通过各分开的硬件手段送入第一和第二气体，诸如一个或多个分开的气体入口。
通过传统方法供应为各清洗步骤选定的含氟气体。例如，当使用aHF时，一般通过罐22进行供应，该罐远离室并通过气体输送管线与室相连。如上所述，使用传统气体控制器将aHF气体在所需的时间以所需的流速从供应罐22输送到室12。当选定原子F为清洗气体时，原子F优选由原子F发生器24产生，该发生器远离室并通过气体输送管线与室相连。不同的清洗化学品优选各自独立地供应给室12。如上所述，原子F可以由多个源产生。在优选实施方案中，原子F由通过等离子发生器产生，使用NF3作为前体气体，在具有氩气以及2000瓦以上的功率的条件下操作以形成原子F。氩与NF3流入等离子发生器的流速比约在1-10的范围内，优选约在7.5。
清洗气体一般以约0.5-2.5slpm范围内的流速送入室。该范围可以根据所用含氟清洗气体的类型而改变，并且其精确范围可以根据常规实验进行确定。在aHF被用作清洗气体的一个示范性实施方案中，aHF以约0.5-2.5slpm范围内的流速被送入室，而其最优选流速约为2slpm。在另一个原子F被用作清洗气体的示范性实施方案中，原子F以约0.5-2.5slpm范围内的流速被引入室，而其最优选流速约为1.2slpm。
在实施清洗步骤时，室的压力和温度保持为恒定值。在各第一和第二清洗步骤中的温度和/或压力可以有所不同。这种不同主要由于在第一和第二清洗步骤中所用化学品的不同。例如，当用aHF作为清洗气体实施清洗步骤时，室中的压力保持在约200Torr以下，优选保持在约50-200Torr，最优选保持在约100Torr。相反，当用原子F作为清洗气体实施清洗步骤时，室中的压力保持在约10Torr以下，优选保持在约1-10Torr，最优选保持在约8Torr。需被清洗表面的温度在第一和第二清洗步骤中不发生改变，夹盘保持在约400-600℃的温度范围内，最优选保持为约500℃的温度。两清洗步骤典型过程条件的实施例如表2所示，该两清洗步骤使用两种不同的含氟化学品表2
注意i “n/a”指的是“不能适用的”。
如上所述，第一和第二清洗步骤可以被重复以形成清洗序列。本发明的组合清洗方法可以以所需的序列和频率，以在两个步骤中充分利用两种类型的清洗化学品的清洗序列进行实施，以使正常生产时间最长并使清洗化学品成本最低。并且，本发明的组合清洗方法和系统提供了具有很大灵活性的技术。通过系统执行和成本优选技术，可以发展清洗序列“策略”以适应当前特定的应用。本发明的方法和系统提供了两分开清洗步骤的组合，该组合充分利用不同化学品选择性地清洗，即蚀刻去不同类型的淀积物，由此提高整个清洗过程的效果。虽然本发明没有加以要求，但在优选实施方案中，两分开的步骤被以一定的序列进行实施，并且进行重复，以提供最优的清洗效果。根据本发明的一个实施方案，清洗用于淀积USG/BSG/PSG/BPSG族的膜的室特定序列选择取决于几种因素，包含
(1)蚀刻或清洗速度；需要较快的清洗速度以减少有清洗相关的停工时间，以及清洗化学品的成本。
(2)单位(通常为标准公升)清洗源化学品的美元($)成本；显然优选低成本且易得到的源化学品；并且(3)不挥发性液体或固体残留物的形成；由于使用TEOS+Ozone淀积物气体的系统一般仅使用热能(与等离子能相反)以发生淀积反应，蒸发作用是从室内去除清洗产物的唯一方法。
清洗序列由下列方式限定。一般而言，清洗序列包含在生产过程的不同阶段以一定的顺序和频率重复第一和/或第二清洗步骤。例如，如果特定的生产过程趋于快速产生粉末状淀积物的堆积以及较慢的致密膜状淀积物的堆积，那么最有效的去除粉末状淀积物的清洗步骤就被首先安排实施，并且以比另一种较有效去除致密淀积物的清洗步骤更多的频率被重复。
具体而言，清洗序列包含下列参数。为第一清洗步骤(MWBC-步骤1)建立清洗之间的平均基片(MWBC)的频率。为对此进行说明，选择第一清洗步骤为针对去除粉末状淀积物的步骤，这里优选使用aHF作为第一清洗化学品。MWBC-步骤1在每隔M个基片时发生。M值可以为一切所需数值，并且将一般按如下要求进行选择淀积物的堆积不会变得太厚以致对基片的处理产生不利影响。M典型值的实施例包含，但不限于约20-50之间的整数。
为第二清洗步骤(MWBC-步骤2)建立清洗间平均基片(MWBC)的频率。第二清洗步骤针对去除致密膜状状淀积物，这里优选使用原子F作为第二清洗化学品。第一和第二步骤的定义仅为了方便而建立，并且也可以颠倒。MWBC-步骤2在每隔N个基片时发生。N值可以为一切所需数值。M典型值的实施例包含，但不限于约5-100之间的整数。N的值一般，但并不必须，等于或大于M。
M和N的值决定了清洗比C。C的值将为M/N或N/M中较大的一个，其中M通常为分母。C通常为C≥1的整数，并且更加通常为在约1-5的范围内。
清洗步骤一和步骤二可以相互紧接着实施，或者也可以在各步骤之间制造基片。清洗步骤的一切变化或组合可以构成清洗序列。建立清洗序列的主要原则是淀积物堆积的性质和淀积物堆积的频率。例如，可以使用下列序列(1) 步骤1(aHF化学品)→步骤2(原子F)→步骤1→步骤2(2) 步骤1→制造基片→步骤1→制造基片→步骤1→步骤2(3) 步骤1→步骤1→步骤2→步骤2(4) 步骤2→步骤1→步骤2并且，可以在步骤的开始或者中间或者末端实施附加的过程。例如，可以在第一清洗步骤前进行不活泼气体室净化。在最终清洗步骤之后，在继续进行基片制造之前也可以进行实施清洗淀积后续过程以“适应”室。
为了进行说明，但并不为限定，下面提供根据本发明的两个实施方案清洗序列的实施例实施例1在实施例1中，M的值为20，N的值为100，得到C值为5。选择清洗序列如下1.在生产基片时完全淀积，M＝20，2.如果需要，用不活泼气体对室实施预清洗的净化处理，3.将室内的压力降低到100Torr，4.开始步骤1-使用aHF将粉末从室内清洗出去，5.中止步骤1-停止aHF流动，6.用不活泼气体对室实施后续清洗的净化处理，7.如果要求降低“第一基片影响”，实施后续清洗淀积，以使室“适应”接下来的产品基片，8.重新开始基片的生产淀积，并且重复步骤1-7四次以上，9.在生产基片时完全淀积，N＝100，10.如果需要，用不活泼气体对室实施预清洗的净化处理，11.将室内的压力降低到100Torr，12.开始步骤1-使用aHF将粉末从室内清洗出去，13.中止步骤1-停止aHF流动，14.如果需要，用不活泼气体对室实施“内部清洗”的净化处理，15.将室内的压力降低到5Torr，16.开始步骤2-使用原子将致密膜状淀积物从室内清洗出去，17.中止步骤2-停止原子F流动；18.用不活泼气体对室实施后续清洗的净化处理，19.如果要求降低“第一基片影响”，实施后续清洗淀积，以使室“适应”接下来的产品基片，20.继续进行基片淀积生产，并且当M＝20时重新从步骤1开始清洗方法。实施例1的清洗序列示意简图如图6所示。实施例2在实施例2中，M和N的值为25，得到C值为1。选择清洗序列如下1.在生产基片时完全淀积，M＝25，2.如果需要，用不活泼气体对室实施预清洗的净化处理，3.将室内的压力降低到100Torr，4.开始步骤1-使用aHF将粉末从室内清洗出去，5.中止步骤1-停止aHF流动，6.如果需要，用不活泼气体对室实施“内部清洗”的净化处理，7.将室内的压力降低到5Torr，8.开始步骤2-使用原子将致密膜状淀积物从室内清洗出去，9.中止步骤2-停止原子F流动，10.不活泼气体对室实施后续清洗的净化处理，11.如果要求降低“第一基片影响”，实施后续清洗淀积，以使室“适应”接下来的产品基片，12.继续进行基片淀积生产，并且当M＝25时重新从步骤1开始清洗方法实施例2的清洗序列示意简图如图7所示。
实施例1明显比实施例2复杂。但是，两个清洗序列的所有步骤都可以很容易于通过现代半导体装置控制软件实现自动操作，该控制软件诸如可从Adventa控制技术公司得到的“ControlWORKS”。
本发明的方法和系统的特别优势在于它提供了有效降低清洗半导体制造装置成本的方法。图8为室清洗成本的计算表，该表计算了对于aHF和原子F化学品，每清洗直径为200mm的被覆盖的硅基片的清洗成本。该计算考虑到资金成本、生产费用、清洗费用和化学品成本。该计算表明aHF对于清洗粉末状淀积物较为经济，而原子F对于清洗膜状淀积物略有经济优势。
虽然原子F清洗未掺杂硅玻璃(USG)粉末状淀积物的成本消除了仅用原子F的清洗系统的考虑，但aHF清洗USG和BPSG粉末的成本并不明显高于原子F的成本。可以回顾一下，原子F的产生需要用于裂解诸如NF3等氟源的等离子体，该等离子体价格昂贵且较为复杂。这看起来意味着仅有aHF的清洗系统将是不错的，单个基片成本适中的、复杂程度较低的清洗策略。但这种想法具有两个非常严重的缺陷对膜状USG淀积物的aHF蚀刻速度几乎接近于零，如表1所示。缺少原位清洗还会要求系统使用者定期手工清洗室。前面已经述及，系统使用者希望避免手工清洗。
并且，对BPSG淀积物的aHF蚀刻形成粘性强的(H3PO4)磷酸液体/固体残余物。磷酸的熔点为42.35℃，从而不易于从淀积系统的冷端被蒸发去除。并且，H3PO4可以脱水以形成更难于蒸发的玻璃状H4PO7。使用一个步骤去除这些残余物还会要求对淀积物室内部进行手工擦拭清洗。
虽然在较低的室压力下，且优选在≤100Torr的压力下进行清洗，可以最大限度地降低aHF产生的BPSG残余物量，但该残余物不能被彻底消除。并且，大部分基于TEOS+Ozone的热淀积系统可以淀积USG和BPSG。所以这种淀积系统可以大大受益于本发明的原位清洗方法和系统，该方法和系统将两步骤aHF和原子F清洗化学品的最佳特征结合起来。使用aHF+原子F组合的两步骤清洗方法可以最大限度地降低硅-基片USG/BPSG淀积系统的清洗成本。
必须注意，当进行说明时，本发明的方法和系统并不限于aHF和原子F。根据淀积过程的细节和室结构，两个或多个不同清洗反应的一切组合都可以是有利的。例如，在一定情况下组合清洗可能会包含从含水(HF·H2O)中产生在HF蒸汽和热裂解的ClF3。
通过上述说明和实施方案，本发明提供了清洗半导体制造装置的改善的方法。为了进行解释和说明，对上述特定实施方案和发明的示范实施例进行了介绍，虽然通过一定的实施例对本发明进行解释，但并不能理解为由此进行限定。对它们并不要求详尽无遗，或者将发明限于精确的公开形式，并且根据说明很显然许多修改、实施方案和变体都是可能的。本发明的范围包含此处公开的和这里附属的要求书以及它们的等同物。
权利要求
1.一种清洗半导体制造装置中的淀积物的方法，其中，该半导体制造装置中具有包含粉末状和致密膜状淀积物的不同类型的淀积物，其特征在于，装置使用两分开步骤进行清洗，各所述步骤使用不同含氟化学品以选择性地清洗不同的淀积物。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述装置用于淀积包含硅的膜和难熔金属膜。
3.如权利要求2所述的方法，其中，包含硅的膜选自SiOx、BySiOx、PzSiOx、ByPzSiOx、SiNx、SiCx、WxSi和非晶态或多晶硅膜，并且难熔金属膜选自W、Ta、Mo、Co、Ti和Ni。
4.如权利要求1所述的方法，其中，含氟化学品选自氟化氢(HF)、原子氟(原子F)、无水氟化氢(aHF)和ClF3。
5.如权利要求4所述的方法，其中，原子F由等离子发生器产生。
6.如权利要求4所述的方法，其中，原子F由下列任意一种化合物产生NF3、CF4、C2F6、C3F8、SF6F2或CIF3。
7.如权利要求1所述的方法，其中，两分开步骤之一使用无水氟化氢(aHF)以选择性去除粉末状淀积物。
8.如权利要求1所述的方法，其中，两分开步骤之一使用原子F以选择性清洗致密膜状淀积物。
9.如权利要求1所述的方法，其中，该方法在低于或等于100Torr的压力下进行。
10.一种原位清洗包含粉末状和致密膜状硅酸酯淀积物的室的方法，包含下列步骤首先用第一含氟清洗气体清洗掉粉末状或致密膜状淀积物的其中之一，其中该第一含氟清洗气体主要蚀刻一种类型的淀积物；并且其次用第二含氟清洗气体清洗掉粉末状或致密膜状淀积物中的另外一种，其中该第二含氟清洗气体主要蚀刻另一种类型的淀积物。
11.如权利要求10所述的方法，其中，硅酸酯淀积物可以任意包含SiOx、BySiOx、PzSiOx、ByPzSiOx、SiNx、SiCx、WxSi和非晶态硅或多晶硅。
12.如权利要求10所述的方法，其中，第一和第二含氟化学品选自氟化氢(HF)、原子氟(原子F)、无水氟化氢(aHF)和ClF3。
13.如权利要求12所述的方法，其中，原子F由下列任意一种化合物产生NF3、CF4、C2F6、C3F8、SF6、F2或CIF3。
14.如权利要求10所述的方法，其中，第一和第二含氟气体分别为aHF和原子F。
15.如权利要求10所述的方法，其中，第一含氟气体为aHF，并主要被用于清洗粉末状淀积物。
16.如权利要求10所述的方法，其中，第二含氟气体为原子F，并主要被用于清洗致密膜状淀积物。
17.如权利要求10所述的方法，其中，重复进行第一和第二清洗步骤中的任意一个或者两个。
18.如权利要求10所述的方法，其中，第一和第二清洗步骤在低于或约等于100Torr的压力下进行。
19.如权利要求10所述的方法，其中，第一或第二清洗步骤在低于或约等于5Torr的压力下进行。
20.如权利要求10所述的方法，其中，第一和第二清洗步骤在约400-600℃的温度下进行。
21.如权利要求10所述的方法，其中，第一和第二清洗步骤各自进行分别约1-60分钟的时间。
22.一种清洗半导体装置的清洗序列方法，该半导体装置用于处理基片并包含不同类型淀积物，包含下列步骤确定第一清洗步骤频率，定义为清洗步骤1之间的平均基片(MWBC-步骤1)，其中MWBC-步骤1每隔M个基片进行一次，并且M约在2-50的范围内；确定第二清洗步骤频率，定义为清洗步骤2之间的平均基片(MWBC-步骤2)，其中MWBC-步骤2每隔N个基片进行一次，并且N约在5-100的范围内；定义清洗比C，其中C为整数并为M/N或N/M中较大的一个；在基片的每个M数处进行第一清洗步骤，在基片的每个N数处进行第二清洗步骤；并且重复第一和第二清洗步骤C次。
全文摘要
提供一种用于原位清洗半导体制造装置(10)的两步骤或者其组合的方法和系统。本发明在各步骤中利用两分开的含氟化学品,该步骤选择性针对去除不同类型的堆积于装置表面的淀积物。更具体地,粉末状和致密膜状固体淀积物,以及两者的组合,在室(12)表面和相关装置元件上堆积。这两种类型的淀积物通过本发明被选择性地去除掉。这种组合清洗步骤的选择性,得到了改善的清洗技术。在另一实施方案中,通过在分开的步骤中使用不同的化学品,并按不同所需序列进行实施该步骤,本发明的方法和系统提供了进行清洗室(12)和相关装置的方法。
文档编号H01L21/304GK1374890SQ00811232
公开日2002年10月16日 申请日期2000年7月12日 优先权日1999年7月12日
发明者B·E·梅耶, R·H·查塔姆三世, N·K·英格尔, Z·袁 申请人:Asml美国公司