提高氟利用率的方法技术

本文公开了用于提高工艺气氟利用率的方法，其被用于从基板上去除不期望的物质。在一个实施方案中，提供了提高包括氟源的工艺气的氟利用率的方法，该方法包括：向工艺气中添加足够量的氢源，以获得氢源对氟源的摩尔比为约０．０１－０．９９。

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
化学气相沉积(CVD)和原子层沉积(ALD)等技术已经被用于在多种基板上形成非挥发性固体薄膜，例如包括用于半导体设备的硅片。沉积技术的其它例子包括大气压化学气相沉积(APCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、物理气相沉积(PVD)、金属有机物化学气相沉积(MOCVD)、原子层化学气相沉积(ALCVD)、物理气相沉积(PVD)、溅射涂层、以及外延沉积。所述这些沉积技术通常包括向工艺室内引入化学试剂或前体物的气相混合物，所述气相混合物在一定条件(例如温度、压力、大气等)下在物品表面上发生反应，形成薄膜或涂层。利用这些沉积技术的一个缺点是，会有所不期望的物质在工艺室及位于其中的固定装置的表面发生不需要的沉积或积累。例如在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺中，不仅基板接受了所期望的材料的涂覆，而且等离子体与材料发生反应并导致材料粘附到工艺室内的其它表面。同样地，现有技术所采用的等离子体蚀刻技术也会导致蚀刻材料和气体放电副产物在工艺室内的表面和固定装置上的沉积。必须定期地除去这些物质以避免形成微粒，并保持工艺室的平稳运行。这些物质或沉积物和/或蚀刻残留物的组成变化与工艺室内被沉积和/或蚀刻的膜有关，但是其通常包括例如Si、SiO2、氮化硅(Si3N4)、SiOxNyHz或其它电介质、有机硅材料、有机硅酸盐复合材料、过渡金属如W和Ta、过渡金属二元化合物如WNx和TaNx、聚合材料、以及过渡金属三元化合物如WNxCy。这些物质中的大多数趋向化学稳定，并且在重复沉积和/或蚀刻循环之后变得很难除去。由于在蚀刻和沉积过程中，这些物质也会在腔室壁上发生不期望的积累，所以工艺室需要定期地清洗。该工艺室通常用机械方法清洗，例如擦洗或喷洗。除机械方法之外，湿式清洗也可以用于腔室清洗或者可以替代机械方法。前面所述的方法由于多种原因而不受欢迎，这些原因包括但不局限于，增加工艺室停机时间、需要处理高腐蚀性或有毒化学物质、以及由于重复组装和拆卸导致工艺室的磨损增加。干式腔室清洗方法对于机械和/或湿式技术来说是一种诱人的选择，这是因为干式腔室清洗方法具有以下优点保持工艺室真空、使工艺室停机时间最小化和/或提高生产率。在通常的干式腔室清洗过程中，通过利用一个或多个活化方法由前体物产生活性物种，其中活化方法例如现场等离子体、远程等离子体、热力加热、以及紫外(UV)处理。所述活性物种与工艺室内的沉积物和/或蚀刻残留物发生反应，并形成挥发性物种。在真空条件下，所述挥发性物种从腔室中被除去，结果该腔室被清洗。沉积物或蚀刻残留物的大部分可以通过与氟分子或原子反应而挥发。氟原子或分子最直接的来源是氟气(F2)本身。然而，处理F2本身很危险而且困难。因此，在实际操作中优选利用含氟化合物，例如NF3和SF6，或例如全氟化碳CxFy和O2的混合物。为了从这些含氟化合物中产生必要的氟原子或分子，需要活化步骤，例如等离子体、加热或UV处理。含氟气体对于去除沉积物或蚀刻残留物很有效。但是这些含氟气体的氟利用率有时比较低，尤其是对于等离子体下游化学清洗。术语这里定义的“氟利用率”指通过与要被清洗的材料反应而形成挥发性物种的氟的百分比。专利技术简述本文描述了一种方法，其提高了清洗气氟利用率，从而增加了例如沉积物和/或蚀刻残留物等物质的去除速率。在一个实施方案中，提供了增强包括氟源的工艺气体的氟利用率的方法，其包括向工艺气体中添加足够量的氢源，以获得氢源对氟源的摩尔比为约0.01-0.99。在另一方面，提供了从工艺室表面去除物质的方法，所述工艺室至少部分地被所述物质覆盖，该方法包括提供包括至少一种反应物的工艺气体，该反应物选自包括氢源和氟源的组，其中氢源对氟源的摩尔比为约0.01-0.99；利用至少一种能源活化工艺气体以形成活性物种；使所述物质接触所述活性物种以形成至少一种挥发性产物；以及从工艺室中去除至少一种挥发性产物。在另一方面，提供了从工艺室表面去除物质的方法，所述工艺室至少部分地被所述物质覆盖，该方法包括提供包括至少一种反应物的工艺气体，该反应物选自包括氢源和氟源的组，其中氢源对氟源的摩尔比为约0.01-0.99；利用至少一种能源活化工艺气体以形成活性物种，其中至少部分活化步骤在工艺室以外进行；使所述物质接触所述活性物种以形成至少一种挥发性产物；以及从工艺室中去除至少一种挥发性产物。在另一方面，提供了增强包括三氟化氮的工艺气体的氟利用率的方法，其包括向工艺气体中添加足够量的氢，以获得氢对三氟化氮的摩尔比为约0.1-0.3。附图简述附图说明图1是用于实施例中的实验系统的示意图。图2是在远程等离子体蚀刻SiO2材料中H2/NF3比值对SiO2蚀刻速率图，蚀刻速率单位为纳米/分钟(nm/min)。图3a提供了没有在其工艺气体中采用氢源的对比方法尾气的FTIR谱图。图3b提供了本文公开方法的尾气的FTIR谱图，其中工艺气体包括氢源。专利技术详述本文描述了一种方法，其提高了清洗气氟利用率，从而增加了例如沉积物和/或蚀刻残留物等物质的去除速率。在电子和玻璃制品行业，氟源如三氟化氮(NF3)通常用于腔室清洗。通常地，它们的氟利用率相对较低。氟利用率的提高将具有重要意义。对于在清洗化学中利用NF3或其它氟源的实施方案，较高的氟利用率将会减少设备拥有成本(CoO)。这里描述的方法通过向工艺气体中添加一定量的氢源提高了例如NF3的氟源的氟利用率。令人惊奇和意外的是，混合摩尔比为约0.01-0.99或0.01-0.6或约0.1-0.3的氢源和氟源可以增加多种物质的蚀刻/去除速率，所述物质包括Si、SiO2、WNxCy、聚合物、有机硅酸盐和/或卤化物。这一命题与基于氟的蚀刻/清洗化学的传统思维相反。传统思维认为向含氟等离子体中添加氢源会导致HF的形成，HF能使活性氟原子减少从而降低了蚀刻/清洗过程的效力。这里公开的方法对于从工艺室内至少部分表面上清洗多种物质是有效的。欲被去除物质的非限制性的例子包括Si、SiO2、硅氮化物(Si3N4)、SiOxNyHz或其它电介质、有机硅材料、有机硅酸盐复合材料、过渡金属如W和Ta、聚合物材料、过渡金属二元化合物如WNx和TaNx、以及过渡金属三元化合物如WNxCy。通过与活性物种接触，在充分条件下活性物种与这些物质发生反应并形成挥发性产物，这些物质可以从工艺室内和其中包括的任何装置的一个或多个表面被去除。这里所用的术语“挥发性产物”涉及工艺室内包括的所述物质与活性物种反应的反应产物和副产物，其中所述活性物种通过活化包括氢源和氟源的工艺气而形成。本文公开的方法对从工艺室内部和其中包括的各种装置表面清洗各种物质有效，并且使损害降至最小，其中所述各种装置包括但不局限于，流体入口和出口、喷头、工件平台等。示例性工艺室包括化学气相沉积(CVD)反应池、金属有机物化学气相沉积(MOCVD)反应池、原子层沉积(ALD)反应池、原子层化学气相沉积(ALCVD)反应池、物理气相沉积(PVD)反应池和溅射涂层反应池。腔室和其中包括的装置的表面可以由大量不同材料组成，这些材料包括金属和/或绝缘材料，金属例如钛、铝、不锈钢、镍或它们的合金，绝缘材料如陶瓷，例子是石英或Al2O3。工艺气包括氢源、氟源和可本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于提高包括氟源的工艺气的氟利用率的方法，其包括：向工艺气中加入足够量的氢源，以获得氢源对氟源的摩尔比为约０．０１－０．９９。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：吴定军，齐宾，EJ小卡瓦基，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]