[发明专利]化学气相沉积设备的清洁方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体元件的制造领域，尤其涉及一种可以有效率且均匀地清洁化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)设备的反应器内部的方法。

背景技术

化学气相沉积工艺在半导体工艺中扮演十分关键且吃重的角色，其主要是用来在半导体晶片的表面上沉积各种的材料薄膜，例如二氧化硅(silicon dioxide)、氮化硅(silicon nitride)等等。这些材料薄膜有可能用来作为集成电路的绝缘介电层或者保护层等。如本领域技术人员所知，在沉积薄膜的过程中，化学气相沉积反应器的内壁上亦同时会逐渐累积或附着一些污染物质，这主要是由于沉积反应气体除了在晶片表面上沉积以外，亦同时会在反应器的内壁上沉积与沉积在晶片表面上相同的薄膜所致。

举例来说，高密度等离子体化学气相沉积(high-density plasma chemicalvapor deposition，HDPCVD)设备已被普遍应用在0.25微米以下的半导体先进工艺，用来在晶片上沉积二氧化硅薄膜。而薄膜工艺中产生的二氧化硅会逐渐累积附着在化学气相沉积反应器的内壁，若不去定期的清洁反应器的内部，则累积附着在反应器的内壁上的薄膜可能会剥落，若掉落在生产中的晶片表面，会造成半导体元件工艺中的缺陷，因此这类附着在反应器的内壁上的薄膜通常被视为潜在的污染颗粒来源，影响产品的良率。

而随着机台使用时间以及沉积次数的增加，在同一化学气相沉积反应器中生产的晶片良率可能会随之下降，最终的结果可能是必须停止该半导体生产线工艺，以进行化学气相沉积反应器的圆顶罩(dome)的汰旧换新，如此一来，更造成半导体制造成本的增加。

因此，为求后续生产过程的洁净度，每台高密度等离子体化学气相沉积设备机台在生产或处理过一定数量的晶片后，都需要再利用含氟气体，例如氟气(fluorine)、三氟化氮(nitrogen tri-fluoride，NF₃)气体或者六氟乙烷气体(hexafluoroethane，C₂F₆)，来定期进行线上同步的反应器内部清洗，藉以去除附着在化学气相沉积反应器的内壁上的沉积物质或残存的硅化物质。然而，由于清洁气体的使用量通常不低，故如何有效率的清洁反应器内部并且延长每一次清洁的周期，同时又能够使气体的使用量降低或最小化，兼顾生产效率与成本之间的平衡，亦必须做进一步的整体考量。

在相关的先前技术中，其中美国专利第6584987号披露了一种可改善高密度等离子体化学气相沉积设备清洁的方法，宣称可以同时减少三氟化氮清洁气体的使用量(METHOD FOR IMPROVED CLEANING IN HDPCVDPROCESS WITH REDUCED NF₃ USAGE)。上述专利中所揭露的方法是在进行通常或标准的三氟化氮清洁步骤之前，需先经过使反应器内部升温的“烘烤(baking)”阶段，包括在待清洁的反应器中通入氩气(argon)以及全氟烃(perfluorinated hydrocarbon)气体，然后，提供RF功率以产生等离子体，接着需再通入氧气(oxygen)；并维持此等离子体，等待反应器内部的温度提高；在使反应器内部于此等离子体条件下烘烤一预定时间后，才将RF功率关掉，停止等离子体的产生；最后，还要先将反应器内部的气体以真空泵浦抽出，始可在待清洁的反应器中通入三氟化氮清洁气体，进行后续标准的三氟化氮清洁步骤。

上述技术的主要缺点在于其清洁过程中需使用到额外的气体，例如氩气(argon)、全氟烃(perfluorinated hydrocarbon)气体以及氧气等，造成系统的复杂化，因此需要额外的处理时间。此外，在完成其所谓的“烘烤”步骤后，以及在进行标准的三氟化氮清洁步骤之前，还需要先将反应器内部的气体以真空泵浦抽出，始可在待清洁的反应器中通入三氟化氮清洁气体，如此一来，导致整体清洁步骤的效率降低，而可能影响到晶片产能。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种改良的化学气相沉积反应器清洁系统，同时提供一种反应器内部的清洁方法，可以解决上述先前技术的问题以及缺点。