处理室残留物的两步式等离子清洗制造技术

公开了一种采用多步无晶片自动清洗方法清洗处理室中的沉积残留物的方法。具体而言，该方法向处理室中引入具有至少约７５％的分子式为Ｘ↓［ｙ］Ｆ↓［ｚ］的含氟化合物的第一气态成分，然后形成从处理室内表面上去除硅和硅基副产物的第一蚀刻等离子体。该方法然后向处理室中引入含有至少约５０％的Ｏ↓［２］的第二气态成分，并由第二气态成分形成等离子体，以提供从处理室内表面上去除碳和碳基副产物的第二蚀刻等离子体。本发明专利技术还提供了一种配置为执行所述的两步式清洗处理的系统。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种清洗先前沉积在处理室内表面上的残留物的设备和方法。特别是，本专利技术涉及采用两步清洗工艺除去内壁或其它部件上的残留物的无晶片等离子清洗方法。
技术介绍
在通常的等离子处理中，使用活性气体物质来激发等离子，以便从衬底上生成或除去想要的膜。化学活性物质包括离子、中性原子和分子。当参与例如等离子蚀刻的化学处理时，活性物质与待蚀刻的材料之间发生物理或化学反应。谨慎地选择化学活性物质以专用于要进行反应的衬底表面。一般而言，由一或多个工艺参数控制等离子，例如晶片温度、处理室表面温度、压力、反应气体流量、反应气体混合比、反应气体浓度、气体注入分布、等离子离子浓度和偏压等。对于特定的处理，以实验设计(更常称为DOE)的形式对这些工艺参数进行工艺参数的优化和化学反应物的选择。虽然谨慎小心地监控化学过程，在进行处理的处理室内表面还是会有不希望的残留物沉积。此残留物不幸地沉积在处理室内壁四周。处理室内部的残留物积聚不但使处理不可靠和偏移基准，且导致以瑕疵形式恶化、缺陷的衬底。如果没有频繁的清洗处理，残留物积聚而导致的杂质会移往衬底之上。此外，因残留物积聚造成处理性能失控，导致处理室环境变化，蚀刻率或沉积速度会随时改变。因此，处理设备的保养很重要，不只是对于目前产品的高成品率和较佳性能，且对于未来下一代产品的开发也是如此。改善设备处理时的整体品质和效率的一项重要技术是清洗处理室里任何沉积物。有两种清洗方法干式侵蚀清洗和湿式清洗。在前者清洗操作中，处理气体从处理室中排出而引入一种或多种处理清洗气体。施加能量以促进气体和积聚在处理室内表面的任何残留物反应。处理室内部残留物和清洗处理气体反应，形成气态副产物，而后与清洗处理气体未反应部分一同排出处理室。清洗过程之后重新开始标准处理。干式侵蚀(即处理室保持密封的现场清洗)的替代方法为破坏处理室的真空密封，人工地擦拭处理室内表面的湿式清洗。通常执行湿式清洗以除去未完全被现场清洗除去、且随时间积聚的残留物。有时使用溶剂来溶解这些残留物。清洗之后，密封处理室而继续标准过程。不幸地，这种清洗操作在种种方面影响衬底处理系统的利用率。例如，执行清洗操作的时间减少了系统利用率。当执行湿式清洗时，打开处理室且实际地擦拭处理室内表面甚至造成更多停产时间，因为处理环境必须随后重新稳定。处理室环境的重新稳定需要处理许多晶片，以调节处理室回到湿式清洗操作之前的没有额外残留物积聚的处理室状态。图1是除去所有处理室沉积副产物的复合一步式清洗处理的流程图。此方法从操作10开始，在此处理样本晶片(dummy wafer)以确认处理处理就绪。然后前进至操作12，在此处理产品晶片。接着进展至操作14，在此结合用于去除硅基化合物和碳基化合物的侵蚀剂，以执行一步式清洗操作。若要处理更多晶片，则各个产品晶片从操作12执行到14。图1所示本方法操作也可在无晶片状态下执行，在此被视为一步式(复合)无晶片自动清洗(WAC)处理。尽管在某些例子中可能是多重步骤，但所有这些步骤仍是重复复合(硅基化合物和碳基化合物的去除结合在一起)一步式无晶片自动清洗(WAC)过程。虽然这种方法有处理步骤减少的优点，但不能确保不同的副产物完全去除，例如以碳基有机残留物和以半导体为主的硅残留物。事实上，硅和碳沉积物的去除率彼此冲突。去除硅的反应倾向主要以氟基化学反应为主。而去除碳主要以氧基化学反应为主。当氟基和氧基化学反应混合时，硅和碳的去除率不是都在理想标准内。当混合物中O2浓度增加至某一界限之上，硅去除率变成饱和且实质上降低。硅和碳去除率在一步式复合方法中妥协而有接近的去除率。因此，一步式方法不能达到硅和碳沉积物最有效的去除。以前，等离子清洗用来清洗处理室里有晶片覆盖电极的蚀刻反应器和沉积物反应器，但现在更常执行无晶片等离子清洗。这导致了无晶片自动清洗(WAC)的使用。当使用复合WAC方法利用去除硅和碳的独立侵蚀气体的特定混合来除去硅和碳基化合物时，硅和碳基沉积副产物的去除率都无法达到最优。换言之，一步式复合WAC方法未被调节至达到硅和碳副产物的完全去除。实际上，一步式复合WAC方法折衷副产物去除效果以便使用单一的全部包含的WAC化学反应。因此，复合WAC方法可能以除去其一副产物太多而另一不足的中等去除率，来去除副产物。因此，处理室会未完全清洗而导致材料积聚，或是过渡清洗而导致处理室零件老化及寿命缩短。此外，当复合WAC方法使用含氟清洗气体时，处理室内表面形成非挥发性的铝氟化合物的积聚。这些化合物的积聚造成处理室中等离子清洗操作的变化。最终，积聚物会剥落而沉积在处理中的晶片上。频繁清洗操作的另一缺点为，过渡清洗有增大处理室零件磨损的倾向，导致零件寿命缩短。于是消耗品花费增加。因此，需要清洗半导体处理室的改良方法和设备。特别是，这种清洗方法和设备应能去除在衬底处理操作时产生的残留物，同时减少或消除所形成的清洗残留物。鉴于前述，需要一种能有效地去除碳和硅基副产品的半导体处理室，以有效地去除硅基副产品和碳基副产品，为每个连续处理的半导体衬底提供一致的处理室内部环境。
技术实现思路
本专利技术提供了一种利用两步式清洗处理去除硅和碳基沉积副产物的方法和设备，其中各个清洗处理优化为去除特定的副产物。该两步式清洗处理的第一步骤优化为去除硅基副产物，而第二步骤优化为去除碳沉积副产物。应注意的是本专利技术可以许多方式实施，包括设备、系统、装置、或方法。以下叙述本专利技术的各个实施例。在一实施例中为无晶片自动清洗处理(WAC)，包括引入第一气态成分以清洗处理室，此第一气态成分包含至少约75％的化学式为XyFz的含氟化合物。接着，由第一气态成分形成等离子体，以提供第一蚀刻等离子体，其从处理室内表面去除硅和硅基副产物。下一步骤包括引入第二气态成分于同一处理室，此第二气态成分包含至少50％的化学式为O2的氧。接着，由第二气态成分形成等离子体，以提供第二蚀刻等离子体，其从处理室内表面去除碳和碳基化合物。在本专利技术另一实施例中，首先使用包含至少约75％的化学式为XyFz且优化为去除硅和硅基化合物的氟化物等离子来清洗处理室内表面，然后使用包含至少约50％的O2且优化为去除碳和碳基化合物的氧等离子来清洗处理室内表面，从而对晶片进行处理。在第一和第二清洗处理之后，可于处理室内处理晶片。在另一实施例中，提供了一种清洗处理室内表面的处理。清洗处理室内表面硅和硅化合物的处理步骤包括首先引入含有化学式为XyFz且优化为去除硅和硅化合物的氟化物的侵蚀气体。接着，由含有氟化物的侵蚀气体形成等离子体。处理室内部压力维持于约2-100mTorr范围内。对处理室内表面上的硅和硅化合物进行监视，以确定达到预定标准。清洗碳和碳化合物的处理步骤包括首先引入含氧的侵蚀气体，及可选择的微量化学式为XyFz的含氟化合物，以便含氟化合物去除由两步处理的前一步骤中产生的硅和硅化合物。由含氧侵蚀气体形成的等离子体在处理室中维持于10-100mTorr的压力范围。监视处理室内表面上的碳和碳化合物，以确定达到预定标准。在本专利技术另一实施例中，提供了一种用以执行两步骤现场清洗处理的等离子处理系统。此等离子系统包含一引入第一清洗气体和第二清洗气体的入口，优化第一清洗气体以去除沉积在处理室内表面的硅基副产物，优化第二清洗气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理室的清洗方法，包括：向处理室中引入第一气态成分，该第一气态成分包含至少约７５％的化学式为Ｘ↓［ｙ］Ｆ↓［ｚ］的含氟化合物；由此第一气态成分形成等离子体，以提供第一蚀刻等离子体，其从处理室的内表面去除硅和硅基化合物；　 　向处理室中引入第二气态成分，该第二气态成分包含至少约５０％的Ｏ↓［２］；以及由此第二气态成分形成等离子体，以提供第二蚀刻等离子体，其从处理室的内表面去除碳和碳基化合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2001-5-4 60/288,6781.一种处理室的清洗方法，包括向处理室中引入第一气态成分，该第一气态成分包含至少约75％的化学式为XyFz的含氟化合物；由此第一气态成分形成等离子体，以提供第一蚀刻等离子体，其从处理室的内表面去除硅和硅基化合物；向处理室中引入第二气态成分，该第二气态成分包含至少约50％的O2；以及由此第二气态成分形成等离子体，以提供第二蚀刻等离子体，其从处理室的内表面去除碳和碳基化合物。2.如权利要求1所述的处理室清洗方法，其中所述的含氟化合物是从主要由NF3和SF6构成的组中选择的。3.如权利要求2所述的处理室清洗方法，其中所述的含氟化合物为SF6。4.如权利要求2所述的处理室清洗方法，其中所述的第一气态成分至少含有约90％的所述含氟化合物。5.如权利要求4所述的处理室清洗方法，其中所述的第一气态成分主要由所述的含氟化合物构成。6.如权利要求1所述的处理室清洗方法，其中所述的第二气态成分至少含有约75％的O2。7.如权利要求6所述的处理室清洗方法，其中所述的第二气态成分至少含有约90％的O2。8.如权利要求6所述的处理室清洗方法，其中所述的第二气态成分包含化学式为XyFz的含氟化合物。9.如权利要求8所述的处理室清洗方法，其中所述第二气态成分的所述含氟化合物是从主要由NF3和SF6构成的组中选择的。10.如权利要求8所述的处理室清洗方法，其中所述的第二气态成分的所述含氟化合物为SF。11.如权利要求10所述的处理室清洗方法，其中所述的第二气态成分是约90％的O2和10％的SF6。12.如权利要求6所述的处理室清洗方法，其中所述的第二气态成分主要由O2构成。13.如权利要求1所述的处理室清洗方法，其中由第一气态成分形成等离子体以提供从处理室内表面去除硅和硅基化合物的第一蚀刻等离子体的方法操作进一步包括保持约2mTorr至5mTorr之间的室...

【专利技术属性】
技术研发人员：布雷特C理查森，文森特翁，
申请(专利权)人：拉姆研究公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]