專(zhuān)利名稱(chēng)：加強(qiáng)用于介電膜層的遠(yuǎn)程等離子體源清潔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例大體上系有關(guān)于使用 一遠(yuǎn)程等離子體源來(lái)清潔處理腔 室的方法。
背景技術(shù)：
集成電路幾何規(guī)模的尺寸已經(jīng)戲劇般地減少，這是因?yàn)檫@樣的器件在數(shù) 十年前被首先引入。從那時(shí)以來(lái)，集成電路大致上依循著兩年/一半尺寸的
規(guī)則(通常被稱(chēng)為摩爾定律(Moore's Law))，其意謂著芯片上的器件數(shù)目每?jī)?年會(huì)加倍。今日的制造設(shè)施系慣例地在制造具有0.13微米且甚至0.1微米 特征尺寸的器件，且明日的設(shè)施將會(huì)制造具有甚至更小特征尺寸的器件。
有助于這樣的小器件尺寸的發(fā)展的一即是圖案化膜層的發(fā)展，其中這些 圖案化膜層可以被精細(xì)地圖案化，且具有經(jīng)由基材下方層次來(lái)轉(zhuǎn)移精細(xì)圖案 的能力。這樣的圖案化膜層的一實(shí)例為非晶形碳膜層，例如APFTM膜層，其 可以由美國(guó)加州圣大克勞拉市的Applied Materials, lnc.公司所獲得。
在半導(dǎo)體器件制造中使用非晶形碳圖案化膜層已經(jīng)產(chǎn)生了除去含碳材 料的方法的需求，其中該含碳材料系不樂(lè)見(jiàn)地被產(chǎn)生在用以處理(例如沉積 或蝕刻)非晶形碳圖案化膜層的腔室的內(nèi)表面上(例如側(cè)壁與腔室部件)。使用 被腔室中原位射頻(RF)功率所活化的氧(02)做為清潔氣體的清潔過(guò)程已經(jīng) 被發(fā)展出用來(lái)清潔適用以沉積非晶形碳膜層的腔室。然而，需要以除去含碳 沉積物的原位RF功率會(huì)損壞腔室部件。使用被遠(yuǎn)程等離子體源所活化的氧 02做為清潔氣體的清潔過(guò)程可以降低或消除清潔過(guò)程期間的腔室損壞。但 是，許多被遠(yuǎn)程等離子體源產(chǎn)生的氧自由基會(huì)在達(dá)到足夠的腔室清潔之前再 結(jié)合。例如，氧自由基可能會(huì)在其抵達(dá)需要清潔的腔室的所有區(qū)域之前再結(jié) 合以形成02。
器件幾何規(guī)模的持續(xù)減少也已經(jīng)對(duì)于具有低介電常數(shù)(k)值的膜層產(chǎn)生 需求。具有k值低于約3.0且甚至低于約2.5的低介電常數(shù)膜層(例如有機(jī)硅
膜層(SiCOH膜層))已經(jīng)被發(fā)展出。這些膜層擁有高碳含量。低介電常數(shù) SiCOH膜層常常與含硅與碳的阻障膜層一起被使用。
具有高碳含量的低介電常數(shù)膜層的發(fā)展已經(jīng)產(chǎn)生了除去含碳材料的方 法的需求，其中該含碳材料系被沉積在用來(lái)處理低介電常數(shù)膜層的腔室的內(nèi) 表面上。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)到的是，用來(lái)除去源自其它介電膜層(例如不含碳的氧化 硅膜層)的材料的方法已經(jīng)具有不樂(lè)見(jiàn)的負(fù)效果，且不總是足以從源自低介 電常數(shù)膜層(其具有高碳含量)的沉積物除去碳。例如，已經(jīng)觀察到的是，通 過(guò)提供原位射頻(RF)功率至一低介電常數(shù)有機(jī)硅膜層沉積腔室以清潔此腔 室會(huì)造成污染氟化鋁微粒的形成(其中該RF功率系會(huì)活化足夠的NF3來(lái)清 潔碳沉積物)，這是因?yàn)镽F功率所產(chǎn)生的氟離子會(huì)與鋁結(jié)合，其中鋁常常被 用做為處理腔室中的襯里材料。
從處理腔室中除去污染微粒漸漸地變?yōu)橹匾?，因?yàn)槠骷叽缱兊酶。?且深寬比(aspect ratio)變得更關(guān)鍵。隨著更小的特征尺寸與更大的深寬比， 污染微粒的尺寸與數(shù)目必須被減少以維持器件效能。
因此，存在有一種能夠有效率地清潔處理腔室且減少污染物形成的方法 的需求。特別地，存在有一種清潔用來(lái)處理膜層(其具有高碳含量，例如非 晶形碳膜層)的腔室的方法的需求，其中這些膜層能夠被用做為圖案化膜層、 低介電常數(shù)有機(jī)硅膜層、以及含硅與碳阻障膜層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明大體上系有關(guān)于清潔半導(dǎo)體處理腔室的方法。通過(guò)使用本文描述 的方法，可以清潔用來(lái)處理含碳膜層與其內(nèi)表面上具有含碳沉積物的半導(dǎo)體 處理腔室。例如，通過(guò)使用本文描述的方法，可以清潔用來(lái)處理非晶形碳膜 層、含硅與碳阻障膜層以及含硅、氧與碳的低介電常數(shù)膜層的半導(dǎo)體處理腔室。
在一實(shí)施例中， 一種清潔一具有含碳沉積物的處理腔室的方法系包含 在一遠(yuǎn)程等離子體源中從一含氧氣體產(chǎn)生活性氧物質(zhì)，其中該遠(yuǎn)程等離子體 源連接至該處理腔室；在該遠(yuǎn)程等離子體源中從一含氮?dú)怏w產(chǎn)生活性氮物 質(zhì)；導(dǎo)引該活性氧物質(zhì)與該活性氮物質(zhì)進(jìn)入該處理腔室；以及在腔室中不存
在有RF功率下將該處理腔室的多個(gè)內(nèi)表面暴露于該活性氧物質(zhì)與該活性氮 物質(zhì)。腔室具有一氣體散布組件與多個(gè)腔室壁，氣體散布組件包含一面板，
氣體散布組件與腔室壁在清潔過(guò)程期間皆被加熱至一溫度，較佳為至少150 °c ?；钚苑镔|(zhì)也可以從遠(yuǎn)程等離子體源被導(dǎo)入用來(lái)沉積含硅與碳膜層的處
理腔室，而用來(lái)沉積不含硅膜層的處理腔室系被清潔而不使用活性氟物質(zhì)。
在另一實(shí)施例中， 一種清潔一處理腔室的方法系包含在該處理腔室中 執(zhí)行一基于氧氣的灰化過(guò)程；在一遠(yuǎn)程等離子體源中從一含卣素氣體產(chǎn)生活 性物質(zhì)，其中該遠(yuǎn)程等離子體源連接至該處理腔室；導(dǎo)引來(lái)自該含卣素氣體 的活性氧物質(zhì)進(jìn)入該處理腔室；以及將該處理腔室的多個(gè)內(nèi)表面暴露于該活 性物質(zhì)。
基于氧氣的灰化過(guò)程系包含導(dǎo)入一含氧氣體至該處理腔室，以及在該處 理腔室中施加RF功率以從含氧氣體產(chǎn)生活性氧物質(zhì)。基于氧氣的灰化過(guò)程 可以被執(zhí)行為一步驟。替代性地，基于氧氣的灰化過(guò)程可以被執(zhí)行于兩個(gè)步 驟中，其一 步驟系用以清潔處理腔室的面板，且另 一步驟系用以清潔處理腔 室的其它內(nèi)表面。RF功率系在基于氧氣的灰化過(guò)程之后被終止，且處理腔 室的內(nèi)表面系在不存在有RF功率下被暴露于來(lái)自遠(yuǎn)程等離子體源的活性物 質(zhì)?；谘鯕獾幕一^(guò)程用以從腔室內(nèi)表面除去含碳沉積物，且來(lái)自遠(yuǎn)程等 離子體源的活性物質(zhì)用以接續(xù)地從腔室內(nèi)表面除去含硅與氧沉積物。在一較 佳實(shí)施例中，使用在基于氧氣的灰化過(guò)程中的含氧氣體為氧(02)，提供原端 等離子體源中活性物質(zhì)的含囟素氣體為三氟化氮(NF3)。


本發(fā)明之前述特征可以通過(guò)參照實(shí)施例詳細(xì)地被了解，其中 一些實(shí)施例 系繪示于附圖中。然而，必須注意的是，附圖僅繪示出本發(fā)明的典型實(shí)施例， 且因此不被認(rèn)定會(huì)限制本發(fā)明范圍，本發(fā)明可以具有其它等效的實(shí)施例。 第1圖為一流程圖，其系繪制清潔一處理腔室的方法的一實(shí)施例。 第2圖為 一處理腔室的截面圖，其中該處理腔室可以根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例 被清潔。
第3圖為一流程圖，其系繪制清潔一處理腔室的方法的另一實(shí)施例。
第4圖顯示顯示內(nèi)部腔室表面的FTIR光譜的Si-CH3曲線，其中該內(nèi)部
腔室表面系歷經(jīng)根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所執(zhí)行的基于氧氣的灰化過(guò)程。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明大體上系提供用以清潔處理腔室(例如沉積腔室)的方法，其中該 處理腔室系用來(lái)制造集成電路與半導(dǎo)體器件。這些清潔方法包括有使用產(chǎn)生 于遠(yuǎn)程等離子體源中的活性物質(zhì)，以從處理腔室清潔含碳沉積物。
本文描述的腔室清潔方法的一實(shí)施例系繪制于第1圖，且以下將詳細(xì)地 討論。如步驟100所示， 一基于氧氣的灰化(ashing)過(guò)程被執(zhí)行于一處理腔 室中。如步驟102所示，活性物質(zhì)系從一含卣素氣體被產(chǎn)生在一遠(yuǎn)程等離子 體源中，其中該遠(yuǎn)程等離子體源連接至處理腔室。如步驟104所示，活性物 質(zhì)被導(dǎo)入處理腔室。如步驟106所示，接著，在腔室內(nèi)不存在有RF功率時(shí)， 處理腔室的內(nèi)表面暴露于活性物質(zhì)。
可以使用本文方法來(lái)清潔的腔室的 一 實(shí)例系為PRODUCER⑧化學(xué)氣相 沉積(CVD)腔室，其可以由美國(guó)加州圣大克勞拉市的Applied Materials, Inc. 公司所獲得。PRODUCEF^化學(xué)氣相沉積腔室具有兩個(gè)用以沉積碳摻雜氧化 硅(例如包含硅、氧、與碳、及其它材料的低介電常數(shù)膜層)的隔離區(qū)域。一 種具有兩隔離處理區(qū)域的腔室系描述于美國(guó)專(zhuān)利US5,855,681中，其在此 被并入本文以做為參考。
PRODUCEF^化學(xué)氣相沉積腔室具有遠(yuǎn)程等離子體源可以接附的一端 口。擁有從MKS Instruments公司獲得的Astron ex遠(yuǎn)程等離子體源的 PRODUCEF^化學(xué)氣相沉積腔室可以被使用于本文所描述的方法的實(shí)施例 中。然而，也可以使用其它處理腔室與遠(yuǎn)程等離子體源。
下文描述的氣體流速系指CVD腔室整體(即兩個(gè)隔離處理區(qū)域)所經(jīng)歷 的流速。是以，CVD腔室的每一處理區(qū)域所經(jīng)歷的氣體流速約為CVD腔室 整體所經(jīng)歷的氣體流速的 一半。雖然實(shí)施例的 一些實(shí)例系以清潔具有兩個(gè)處 理區(qū)域的CVD腔室的一處理區(qū)域來(lái)4又述，在此描述的方法可以被用于清潔 具有一個(gè)或超過(guò)兩個(gè)處理區(qū)域的腔室的一處理區(qū)域。
具有兩個(gè)處理區(qū)域與兩個(gè)遠(yuǎn)程等離子體源的腔室的一實(shí)例系顯示于第2
圖。腔室200在一腔室本體212內(nèi)具有處理區(qū)域218與220,腔室本體212 具有壁，壁內(nèi)具有一加熱構(gòu)件(未示出)。 一遠(yuǎn)程等離子體源250連接至處理 區(qū)域218，且另一遠(yuǎn)程等離子體源250連接至處理區(qū)域220。 一基材支撐件 228(其為一加熱載座)系通過(guò)一桿體226可移動(dòng)地設(shè)置在每一處理區(qū)域218、 220中，桿體226延伸穿過(guò)腔室本體212的底部而連接至一驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)203。 每一處理區(qū)域2化、220也較佳地包括一氣體散布組件208，氣體散布組件 208系被設(shè)置成穿過(guò)腔室蓋204。每一處理腔室的氣體散布組件208包括一 氣體入口信道240，氣體入口信道240會(huì)輸送氣體進(jìn)入一淋灑頭器件242。 淋灑頭器件242包括一面板246以輸送氣體進(jìn)入處理區(qū)域218、 220。氣體 散布組件？08包括一加熱構(gòu)件(未示出)，加熱構(gòu)件會(huì)加熱氣體散布組件208 的部件(包括面板246)。
再參閱第1圖，基于氧氣的灰化過(guò)程包括導(dǎo)引一含氧氣體進(jìn)入處理腔 室，且施加RF功率于處理腔室中以提供用以產(chǎn)生活性氧物質(zhì)的等離子體。 活性氧物質(zhì)可以為氧自由基、離子化氧物質(zhì)、或激化狀態(tài)的氧物質(zhì)。含氧氣 體可以選自例如由02、 03、 C02、與其組合物所構(gòu)成的群組中。含氧氣體 能夠以一流速被導(dǎo)入處理腔室。本文所提供的流速與其它處理?xiàng)l件系針對(duì)用 以處理300毫米基材的腔室，且對(duì)于其它基材或腔室尺寸可以被調(diào)整。選擇 性地，含氧氣體能夠與一稀釋載氣(例如氬、氮、或氦)一起被導(dǎo)入處理腔室， 以增加腔室中等離子體穩(wěn)定性?；谘鯕獾幕一^(guò)程系被執(zhí)行在足以除去先 前形成于腔室內(nèi)表面上的碳沉積物的條件下?；谘鯕獾幕一^(guò)程的速率可 以通過(guò)改變RF功率、間隔、溫度、含氧氣體的流速、與/或壓力來(lái)調(diào)整。
在基于氧氣的灰化過(guò)程被執(zhí)行于處理腔室中之后，處理腔室中RF功率 系在遠(yuǎn)程等離子體源中產(chǎn)生的活性物質(zhì)被導(dǎo)入腔室之前被停止，如第1圖的 步驟102與104所示。較佳地，在基于氧氣的灰化過(guò)程完成之后，在遠(yuǎn)程 等離子體源中產(chǎn)生的活性物質(zhì)系立即地被導(dǎo)入腔室，使得基于氧氣的灰化與 使用遠(yuǎn)程等離子體源中產(chǎn)生的活性物質(zhì)的清潔系被"接續(xù)地(back-to-back)" 執(zhí)行。
通過(guò)在遠(yuǎn)程等離子體源中將一含卣素氣體(例如含氟氣體或含氯氣體)暴 露于等離子體條件，活性物質(zhì)會(huì)被產(chǎn)生于遠(yuǎn)程等離子體源中。可以被使用的
含氟氣體的實(shí)例系包括NF3、 CF4、 C2F4、 C2F6、 F2、與其組合?？梢员皇?用的含氯氣體的實(shí)例系包括CCl4、 C2CI6、 Cl2、與其組合。
遠(yuǎn)程等離子體源所提供用以產(chǎn)生活性物質(zhì)的功率可以約為例如10千 瓦。活性物質(zhì)可以是自由基、離子化物質(zhì)、或激化狀態(tài)的物質(zhì)。例如，活性 物質(zhì)可以是氟自由基、離子化氟物質(zhì)、或激化狀態(tài)的氟物質(zhì)?；钚晕镔|(zhì)能夠 以 一流速?gòu)倪h(yuǎn)程等離子體源被導(dǎo)入處理腔室。處理腔室的內(nèi)表面暴露于活性 物質(zhì)而持續(xù) 一段足以除去含硅與氧沉積物的時(shí)間，其中在含碳沉積物通過(guò)基 于氧氣的灰化過(guò)程從腔室內(nèi)表面被除去之后這些沉積物系殘留在腔室內(nèi)表 面上。
在較佳實(shí)施例中，使用于基于氧氣的灰化過(guò)程中的含氧氣體為02,且 提供遠(yuǎn)程等離子體源中活性物質(zhì)的含囟素氣體為NF3。
雖然第1圖的實(shí)施例系將基于氧氣的灰化過(guò)程顯示且描述為單一步驟 100，在其它實(shí)施例中，基于氧氣的灰化過(guò)程包括兩個(gè)步驟。例如，基于氧 氣的灰化過(guò)程可以包含一用以主要地清潔腔室面板的步驟，以及另一清潔除 了面板以外的腔室內(nèi)表面的步驟。例如，基于氧氣的灰化過(guò)程可以包括以第 一壓力與第 一面板至基材支撐件間隔來(lái)清潔面板，以及接著以第二壓力與第 二面板至基材支撐件間隔來(lái)清潔腔室的其它內(nèi)表面。較佳者，相對(duì)于用來(lái)清 潔腔室的其它內(nèi)表面的壓力與間隔而言，面板是被清潔在較高壓力與較小的 面板至基材支撐件間隔。除了壓力與間隔的外，其它處理?xiàng)l件(例如溫度、 RF功率、與含氧氣體的流速)在面板清潔與腔室內(nèi)表面清潔的期間可以不改 變，并且可以位在相同于根據(jù)第1圖實(shí)施例的單一步驟基于氧氣的灰化過(guò)程 的條件范圍內(nèi)。
通過(guò)利用基于氧氣的灰化過(guò)程來(lái)處理具有硅、碳、與氧沉積物在內(nèi)表面 上的腔室，許多碳沉積物可以被除去，這是因?yàn)榛谘鯕獾幕一^(guò)程會(huì)氧化 碳沉積物(例如C02, C02為可以輕易地從腔室除去的氣體)。第4圖顯示內(nèi) 部腔室表面在歷經(jīng)根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所執(zhí)行的基于氧氣的灰化過(guò)程(在進(jìn) 行灰化O、 30、 60與90之后)的傅利葉轉(zhuǎn)換紅外線光譜儀(FTIR)光譜。FTIR 光譜顯示出Si-CH3峰隨著基于氧氣的灰化過(guò)程進(jìn)行而縮減。所以，在基于 氧氣的灰化過(guò)程之后，殘余的沉積物主要為含硅與氧沉積物，其可以通過(guò)使
用僅由遠(yuǎn)程等離子體源(即不具有原位RF功率)產(chǎn)生的活性物質(zhì)來(lái)除去。
本發(fā)明的較佳實(shí)施例系概述于第3圖中，且下文將詳細(xì)地討論。在第3
圖的實(shí)施例中，產(chǎn)生于遠(yuǎn)程等離子體源中的活性物質(zhì)系用以清潔 一 處理腔 室，其中該處理腔室系連接至遠(yuǎn)程等離子體源而不在處理腔室中于清潔過(guò)程
期間使用RF功率。如第3圖的步驟302所示，活性氧物質(zhì)與活性氮物質(zhì)被 產(chǎn)生于一連接至處理腔室的遠(yuǎn)程等離子體源中。接著，活性氧物質(zhì)與活性氮 物質(zhì)被導(dǎo)入處理腔室(如步驟304所示)，并且處理腔室的內(nèi)表面在處理腔室 中不存在有RF功率下系暴露于活性氧物質(zhì)與活性氮物質(zhì)以從處理腔室除去 含碳沉積物(如步驟306所示)。較佳地，活性氧物質(zhì)是從02產(chǎn)生?；钚缘?物質(zhì)是從例如|\12、 N20、或1\103產(chǎn)生。
活性氧物質(zhì)與腔室內(nèi)表面上的含碳沉積物反應(yīng)，以形成揮發(fā)性氧與含碳 副產(chǎn)物，其可以輕易地從腔室除去?；钚缘镔|(zhì)系促進(jìn)用—以提供活性氧物質(zhì) 的含氧氣體的解離。活性氮物質(zhì)也有助于傳送活性氧物質(zhì)至腔室，且接著在 處理腔室中以活化形式來(lái)釋放活性氧物質(zhì)。
選擇性地，活性氟物質(zhì)也被產(chǎn)生于遠(yuǎn)程等離子體源中，且被導(dǎo)入處理腔 室?；钚苑镔|(zhì)對(duì)于從腔室除去含硅沉積物是有用的。若處理腔室不是用來(lái) 沉積包含硅的膜層(例如僅用來(lái)沉積非晶形碳膜層的腔室)，較佳是不使用活 性氟物質(zhì)地來(lái)清潔腔室，這是因?yàn)榛钚苑镔|(zhì)會(huì)與含碳沉積物反應(yīng)而在腔室 表面上形成氟碳聚合物。另一方面，對(duì)于用來(lái)沉積非晶形碳膜層與SiON介 電防反射涂層(dielectric anti-reflective coating, DARC)兩者的腔室，所希望 的是在清潔過(guò)程中包括活性氟物質(zhì)以除去含硅沉積物。
較佳地， 一惰性氣體(例如氬、氦、或其它惰性氣體)在產(chǎn)生活性物質(zhì)的 期間也存在于遠(yuǎn)程等離子體源中。惰性氣體有助于穩(wěn)定化遠(yuǎn)程等離子體源中 的壓力，且有助于傳送活性物質(zhì)至處理腔室。惰性氣體也可以被遠(yuǎn)程等離子 體解離，且促進(jìn)清潔過(guò)程。惰性氣體可以根據(jù)沉積物的類(lèi)型被選擇以從處理 腔室被除去。例如，氦可以被用做為清潔用來(lái)沉積含有硅、氧、碳、與氫的 低介電常數(shù)膜層的處理腔室的惰性氣體，而氬可以被用做為清潔用來(lái)沉積非 晶形碳膜層或含有硅與碳但不含有氣的處理腔室的惰性氣體。然而，任何惰 性氣體可以被用來(lái)清潔用來(lái)沉積本文所描述任何膜層的腔室。
一旦活性氧物質(zhì)、活性氮物質(zhì)、與選擇性的活性氟物質(zhì)為在處理腔室中 時(shí)，活性物質(zhì)的清潔活性通過(guò)加熱氣體散布組件(包括面板與腔室壁)至至少 約15(TC溫度來(lái)提升。加熱這些腔室表面系通過(guò)在腔室中活化與/或建立額外 的活性物質(zhì)來(lái)加速清潔過(guò)程。在一方面中，腔室表面是通過(guò)在腔室中沉積一 膜層于基材上完成之后且在整個(gè)清潔過(guò)程期間繼續(xù)或維持住熱而被加熱，其 中該熱是在沉積期間典型地被施加在這些表面。
相對(duì)于使用原位RF功率而在腔室內(nèi)提供等離子體的清潔過(guò)程而言，在
此描述的基于遠(yuǎn)程等離子體的清潔過(guò)程具有一些優(yōu)點(diǎn)。例如，可以減少對(duì)腔 室部件(例如面板)的損壞，這是因?yàn)榈入x子體系被遠(yuǎn)程地而非原位地提供。 面板上氟化鋁微粒的形成也通過(guò)遠(yuǎn)程地而非原位地提供等離子體而被減少。
遠(yuǎn)程等離子體源提供的活性物質(zhì)可以抵達(dá)難以利用原位RF功率來(lái)清潔的腔 室區(qū)域，例如腔室狹縫閥(slit valve)或基材通道、排氣端口、與腔室底部， 這是因?yàn)槠洳皇俏辉谇皇业牡入x子體處理區(qū)域中。再者，在此描述的基于遠(yuǎn) 程等離子體的清潔過(guò)程可以比基于原位氧等離子體的清潔過(guò)程提供更高的 蝕刻速率，其中該基于原位氧等離子體的清潔過(guò)程會(huì)在腔室表面上造成殘余 物或沉積物的等離子體致密化。等離子體致密化的殘余物是更難以蝕刻，且 因此會(huì)減緩清潔過(guò)程。
為了進(jìn)一步加強(qiáng)腔室底部的清潔，來(lái)自遠(yuǎn)程等離子體源的活性物質(zhì)可以 經(jīng)由 一分向線(其系從遠(yuǎn)程等離子體源延伸進(jìn)入腔室底部)被導(dǎo)入腔室底部， 使得一 些活性物質(zhì)被導(dǎo)入腔室而不會(huì)先通過(guò)腔室的氣體散布組件。
清潔用來(lái)沉積含硅與碳的膜層的腔室
對(duì)于用以沉積與/或后處理含硅與碳的膜層(例如含硅與碳阻障膜層，以 及含硅、碳、氧與氬的低介電常數(shù)膜層(譬如k〈.5))的腔室，在此提供的腔 室清潔方法是特別有用的。例如，低介電常數(shù)膜層可以通過(guò)從包括一有機(jī)硅 化合物與 一 烴基化合物的沉積氣體混合物來(lái)進(jìn)行等離子體強(qiáng)化化學(xué)氣相沉 積而沉積。如同在此所定義者，烴基化合物系包括僅具有碳與氫的碳?xì)浠?物，以及主要具有碳與氬但是也包括其它原子(例如氧或氮)的化合物。沉積 氣體混合物也可以包括其它成分，例如氧化氣體與多個(gè)有機(jī)硅化合物。用來(lái) 調(diào)整膜層性質(zhì)(例如增加孔隙度與改善機(jī)械性質(zhì))之后處理系包括等離子體、
UV、與電子束處理。沉積這樣低介電常數(shù)膜層的方法系描述于共同受讓的
美國(guó)專(zhuān)利案號(hào)US6，936,551與美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)案號(hào)US2004/0101633中，其
在此被并入本文以做為參考。
下文將提供通過(guò)第3圖清潔過(guò)程來(lái)清潔用以沉積含硅與碳且選擇性氣 膜層的腔室的過(guò)程條件?；钚匝跷镔|(zhì)與活性氟物質(zhì)可以為自由基、離子化物 質(zhì)、或激化狀態(tài)的物質(zhì)?；钚匝跷镔|(zhì)系從含氧氣體所產(chǎn)生，例如02、 03、 C02、與其組合物?；钚苑镔|(zhì)系從含氟氣體所產(chǎn)生，例如NF3、 CF4、 C2F4、 C2F6、 F2、與其組合物。在一較佳實(shí)施例中，活性氧物質(zhì)是從02產(chǎn)生，且 活性氟物質(zhì)是從NF3產(chǎn)生?；钚匝跷镔|(zhì)能夠以第一流速?gòu)倪h(yuǎn)程等離子體源被 導(dǎo)入處理腔室，且活性氟物質(zhì)能夠以第二流速?gòu)倪h(yuǎn)程等離子體源被導(dǎo)入處理 腔室。較佳地，活性氧物質(zhì)是從02產(chǎn)生，且活性氟物質(zhì)是從NF3產(chǎn)生。
我們觀察到的是，對(duì)于控制清潔過(guò)程的蝕刻速率，從NF3產(chǎn)生的活性物 質(zhì)的流速對(duì)從02產(chǎn)生的活性物質(zhì)的流速的比值(在此簡(jiǎn)寫(xiě)為NF3:02比值)是 一個(gè)重要變量。最佳地，NF3:02比值約0.083(1:12)。我們亦觀察到的是， 雖然大部分硅可以在更高的NF3:02比值從腔室表面上殘余物除去，在更高 的NF3:02比值完成腔室清潔過(guò)程之后，會(huì)殘留松弛的固體碳與含氟殘余物。
選擇性地，可以使用一載氣或稀釋氣體(例如氬或氦)以促進(jìn)活性物質(zhì)從 遠(yuǎn)程等離子體源傳送至處理腔室。
處理腔室的內(nèi)表面暴露于活性物質(zhì) 一段足以除去含硅與碳沉積物的時(shí) 間，其中該沉積物系先前腔室中在沉積含硅與碳膜層期間(例如從包含有機(jī) 硅化合物與烴基化合物的混合物所沉積的低介電常數(shù)膜層)形成在處理腔室 的內(nèi)表面上。
在腔室的內(nèi)表面暴露于活性物質(zhì)的期間，腔室壓力可以介于約1托與約 2.8托之間。更高的腔室壓力會(huì)造成更低的蝕刻速率。所相信的是，更高的 壓力會(huì)加速活性物質(zhì)的再結(jié)合成為較不活性的物質(zhì)，例如氟自由基會(huì)再結(jié)合 而形成F2,而更低的壓力會(huì)提升活性物質(zhì)傳送至難以清潔的腔室區(qū)域。
所相信的是，將NFs與02兩者暴露于遠(yuǎn)程等離子體源中的等離子體條 件會(huì)產(chǎn)生OF自由基，OF自由基可以解離成氧與氟自由基，氧與氟自由基 會(huì)與腔室中含碳與氫殘余物反應(yīng)而形成可以輕易地從腔室除去的CO與HF
揮發(fā)性副產(chǎn)物。相對(duì)于NFs與02兩者在被導(dǎo)入處理腔室之前暴露于逸程等 離子體源中等離子體條件的清潔過(guò)程，習(xí)知使用類(lèi)似于在此所提供過(guò)程條件 (除了 02是從遠(yuǎn)程等離子體源下游而非從遠(yuǎn)程等離子體源內(nèi)被提供至處理腔 室的外)的清潔過(guò)程系顯著地降低蝕刻速率。
當(dāng)02從遠(yuǎn)程等離子體源下游被拔供至處理腔室時(shí)，缺少NF3與02的激
化且潛在的活性物質(zhì)已經(jīng)被證實(shí)會(huì)缺乏等離子體中的余暉發(fā)光
(luminescence of the afterglow)。余暉發(fā)光通常發(fā)生在當(dāng)NF;3與02兩者在 被導(dǎo)入處理腔室之前暴露于遠(yuǎn)程等離子體源中等離子體條件的時(shí)。因此，觀 察到的NF3與02等離子體余暉發(fā)光可以被用來(lái)監(jiān)視處理腔室中清潔速率條 件，除了使用余暉(afterglow〉做為清潔過(guò)程的終點(diǎn)指示以外。在一實(shí)施例中， NF3與02等離子體余暉發(fā)光的強(qiáng)度可以通過(guò)此技術(shù)領(lǐng)域熟知的傳統(tǒng)光度計(jì) (luminometer)來(lái)測(cè)量。更高的經(jīng)測(cè)量強(qiáng)度值代表等離子體中更高的NF3與 02激化物質(zhì)濃度。因此，經(jīng)測(cè)量的強(qiáng)度值可以被用做為過(guò)程參數(shù)(例如流速、 溫度、與RF功率)如何影響等離子體中NF3與02激化物質(zhì)的形成與因而清 潔速率條件的指針。清潔過(guò)程期間發(fā)光強(qiáng)度值的增加也可以被用做為清潔過(guò) 程的終點(diǎn)指示。當(dāng)清潔過(guò)程被啟始時(shí)，等離子體中NF3與02激化物質(zhì)會(huì)與 腔室中含碳與氫殘余物反應(yīng)。 一旦除去了含碳與氫殘余物之后，NF3與02 激化物質(zhì)的濃度會(huì)增加，這是因?yàn)椴惶屑せ镔|(zhì)會(huì)與含碳與氫殘余物反 應(yīng)。
較佳地，腔室的內(nèi)表面在腔室內(nèi)表面暴露于活性物質(zhì)的期間被加熱到至 少約15(TC溫度。內(nèi)表面可以通過(guò)腔室中一加熱基材支撐件與一加熱氣體散 布組件來(lái)加熱。加熱腔室的內(nèi)表面會(huì)透過(guò)在腔室中活化與/或建立額外的活 性物質(zhì)來(lái)加速清潔過(guò)程。例如，在被加熱到至少約150。C溫度的表面上，相 當(dāng)不活性的清潔氣體03將會(huì)解離，且提供活性氧物質(zhì)。加熱氣體散布組件 的面板會(huì)尤其加速清潔過(guò)程，這是因?yàn)槊姘蹇梢栽试S更多活性物質(zhì)進(jìn)入腔室 其它部分中。
清潔用來(lái)沉積4夂晶形碳膜層的腔室
如前所討論者，用來(lái)沉積非晶形探膜層的處理腔室可以通過(guò)將處理腔室 的內(nèi)表面暴露于活性氧物質(zhì)與活性氮物質(zhì)而不存在有活性氟物質(zhì)來(lái)清潔，其
中該活性氧物質(zhì)與活性氮物質(zhì)是由一遠(yuǎn)程等離子體源所產(chǎn)生，亦即不具有被 遠(yuǎn)程等離子體源提供的活性氟物質(zhì)或通過(guò)在腔室中導(dǎo)入氟源且施加功率而 產(chǎn)生的活性氟物質(zhì)。此外，如前所討論者，腔室的內(nèi)表面被加熱于一溫度，
例如至少約15crc的溫度。
用來(lái)沉積非晶形碳膜層的處理腔室可以為 PRODUCER 或 PRODUCER⑧SE腔室，該兩者皆可以由Applied Materials, lnc.公司所獲得。 遠(yuǎn)程等離子體源可以為從MKS Instruments公司獲得的Astron ex遠(yuǎn)程等離
子體源。但是，可以使用其它處理腔室與遠(yuǎn)程等離子體源。
遠(yuǎn)程等離子體源所提供用以產(chǎn)生活性物質(zhì)的功率可以高達(dá)10千瓦?；?性氧物質(zhì)能夠以第一流速?gòu)倪h(yuǎn)程等離子體源被導(dǎo)入處理腔室，活性氮物質(zhì)能 夠以第二流速?gòu)倪h(yuǎn)程等離子體源被導(dǎo)入處理腔室。較佳地，活性氧物質(zhì)是由 02產(chǎn)生。
選擇性地，可以使用一載氣或稀釋氣體(例如氬或氦)以促進(jìn)活性物質(zhì)從 遠(yuǎn)程等離子體源傳送至處理腔室。
在腔室內(nèi)表面暴露于活性物質(zhì)的期間，腔室壓力可以介于約1托與約2 托之間。
根據(jù)本發(fā)明的另 一 方面， 一清潔過(guò)程系用以清潔用來(lái)沉積非晶形碳膜層 的處理腔室，其中該清潔過(guò)程包含在連接至處理腔室的遠(yuǎn)程等離子體源中 自一含氧氣體產(chǎn)生活性氧物質(zhì)且自一含氟氣體產(chǎn)生活性氟物質(zhì)；導(dǎo)引活性氧 物質(zhì)與活性氟物質(zhì)進(jìn)入處理腔室；以及在腔室中不存在有RF功率下將腔室 內(nèi)表面暴露于活性氧物質(zhì)與活性氟物質(zhì)。尤其，對(duì)于欲除去先前在一等離子 體強(qiáng)化化學(xué)氣相沉積(PECVD)反應(yīng)中從芳香族前驅(qū)物(例如曱苯、環(huán)狀化合 物、不飽和碳?xì)浠衔?沉積非晶形碳膜層期間所形成在處理腔室內(nèi)表面上 的沉積物，這樣的清潔過(guò)程是有用的。在從這樣之前驅(qū)物沉積非晶形碳膜層 的期間所形成的沉積物常常包括大的聚合舍碳?xì)堄辔?，這些殘余物是比從短 鏈線性碳?xì)浠衔?例如丙烯或乙炔)沉積非晶形碳膜層的期間所形成的沉積 物更難以除去。值得注意的是，在此提供用來(lái)清潔從芳香族前驅(qū)物(例如甲 苯、其它環(huán)狀化合物、不飽和碳?xì)浠衔?沉積非晶形碳膜層的腔室的清潔 過(guò)程，也可以被用來(lái)清潔從其它碳?xì)寤衔?例如短鏈線性碳?xì)寤衔?，?br> 是丙烯或乙炔)沉積非晶形探膜層的腔室。
用來(lái)沉積非晶形碳膜層的處理腔室可以為PRODUCER 或 PRODUCER頃SE腔室，該兩者皆可以由Applied Materials, lnc.公司所獲得。 遠(yuǎn)程等離子體源可以為從MKS Instruments公司獲得的Astron ex遠(yuǎn)程等離
子體源。但是，可以使用其它處理腔室與遠(yuǎn)程等離子體源。
遠(yuǎn)程等離子體源所提供用以產(chǎn)生活性物質(zhì)的功率可以高達(dá)10千瓦?；?性氧物質(zhì)能夠以介于約1000 sccm與約4000 sccm之間流速?gòu)倪h(yuǎn)程等離子 體源:陂導(dǎo)入處理腔室，活性氮物質(zhì)能夠以介于約50 sccm與約500 sccm之 間流速?gòu)倪h(yuǎn)程等離子體源被導(dǎo)入處理腔室。較佳地，活性氧物質(zhì)是由02產(chǎn) 生，且活性氟物質(zhì)是由NF3產(chǎn)生。觀察到的是，對(duì)于控制清潔過(guò)程的蝕刻速 率，從NF3產(chǎn)生的活性物質(zhì)的流速對(duì)從02產(chǎn)生的活性物質(zhì)的流速的比值(在 此簡(jiǎn)寫(xiě)為NF3:02比值)是一個(gè)重要變量。較佳地，NF3:02比值系介于約 0.1(1:10)與約0.3，這是因?yàn)楦吲c更低的比值會(huì)造成較低的蝕刻速率。最 佳地，NF3:02比值為約0.1。
選擇性地，可以使用一載氣或稀釋氣體(例如氬或氦)以促進(jìn)活性物質(zhì)從 遠(yuǎn)程等離子體源傳送至處理腔室。載氣或稀釋氣體進(jìn)入處理腔室的流速可以 介于約0 sccm與約3000 sccm或甚至高達(dá)9000 sccm。對(duì)于使用氬做為栽 氣或稀釋氣體的清潔過(guò)程與使用氦做為載氣或稀釋氣體的清潔過(guò)程，可以得 到比較的蝕刻速率。此兩清潔過(guò)程最佳的NF3:02比值為0.1。當(dāng)在NF3:02 比值0.1使用氦而非氬做為載氣或稀釋氣體時(shí)，可以觀察到稍高的蝕刻速率。
NF3、 02與選擇性的載氣的總流速可以介于約2000 sccm與約6000 sccm之間。在更高的總流速下，可以獲得更高的蝕刻速率。
在腔室內(nèi)表面暴露于活性物質(zhì)的期間，腔室壓力可以介于約1托與約2 托之間。腔室壓力高于約2托時(shí)，可以觀察到蝕刻速率的顯著下降。
基材支撐件的溫度可以設(shè)定成介于約300'C與約40CTC。較佳地，氣體 散布組件可以被加熱至約160'C的溫度，而使得面板去有約16(TC的溫度。 然而，氣體散布組件也可以被加熱至較低的溫度，例如介于約75'C與約160 。C。所觀察到的是，在更高的氣體散布組件加熱器溫度會(huì)增加蝕刻速率。然 而，在75。C加熱器溫度，可以觀察到令人滿(mǎn)意的大于8000埃/分鐘的蝕刻速率。
基材支撐件與氣體散布組件的面板之間間隔可以介于約200密爾與約 1000密爾。
處理腔室的內(nèi)表面暴露于活性物質(zhì) 一 段足以從腔室內(nèi)表面除去含硅與 氧沉積物的時(shí)間。例如，對(duì)于每1000埃沉積物厚度，處理腔室的內(nèi)表面可 以暴露于活性物質(zhì)約35秒。
以下將描述一 實(shí)施例的實(shí)例。
實(shí)例1
一 PRODUCER⑧CVD腔室通過(guò)以下程序來(lái)清潔在一 Astron ex遠(yuǎn)程 等離子體源中產(chǎn)生活性氧物質(zhì)與活性氟物質(zhì)；導(dǎo)引活性氧物質(zhì)與活性氟物質(zhì) 進(jìn)入PRODUCER CVD腔室；以及在腔室中不存在有RF功率將腔室內(nèi)表 面暴露于活性物質(zhì)150秒，以除去約6000埃的含硅、氧與碳的低介電常數(shù) 膜層。此低介電常數(shù)膜層已經(jīng)在先前于PECVD過(guò)程中從含有曱基二乙氧基 珪烷(methyldiethoxysilane, mDEOS)、降冰片二烯(norbomadiene， BCHD)、 與氧的混合物被沉積于腔室中?；钚匝跷镔|(zhì)以約6000 sccm流速?gòu)倪h(yuǎn)程等 離子體源被導(dǎo)入腔室。活性氟物質(zhì)以約500 sccm流速?gòu)倪h(yuǎn)程等離子體源被 導(dǎo)入腔室。氦被用做為載氣，且以約6000 sccm流速流入腔室。在腔室內(nèi) 表面暴露于活性物質(zhì)的期間，腔室壓力約為2.8托。氣體散布組件(包括面板 與腔室壁)在內(nèi)表面暴露于活性物質(zhì)的期間被加熱。面板至基材支撐件之間 隔約為1800密爾。
雖然前述系著重在本發(fā)明的實(shí)施例，本發(fā)明的其它與進(jìn)一步實(shí)施例可以 在不脫離其基本范圍下進(jìn)行構(gòu)思，且本發(fā)明范圍系由隨附的申請(qǐng)專(zhuān)利范圍所 決定。
權(quán)利要求
1. 一種用于清潔一包含有多個(gè)腔室壁與一氣體散布組件的處理腔室的方法，該氣體散布組件具有一面板，該方法包括:在一遠(yuǎn)程等離子體源中從一含氧氣體產(chǎn)生活性氧物質(zhì)，其中該遠(yuǎn)程等離子體源連接至該處理腔室；在該遠(yuǎn)程等離子體源中從一含氮?dú)怏w產(chǎn)生活性氮物質(zhì)；導(dǎo)引該活性氧物質(zhì)與該活性氮物質(zhì)進(jìn)入該處理腔室；以及在腔室中不存在有RF功率的情況下將該處理腔室的多個(gè)內(nèi)表面暴露于該活性氧物質(zhì)與該活性氮物質(zhì)，而同時(shí)加熱該氣體散布組件與這些腔室壁，其中將多個(gè)內(nèi)表面暴露于該活性氧物質(zhì)與該活性氮物質(zhì)可除去先前在該處理腔室中沉積一非晶形碳膜層期間形成于該處理腔室的內(nèi)表面上的含碳沉積物。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中這些內(nèi)表面被暴露于該活性氧物質(zhì) 與該活性氮物質(zhì)，而不暴露于活性氟物質(zhì)。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中該活性氧物質(zhì)是從02產(chǎn)生的，且 該活性氮物質(zhì)是從NF3產(chǎn)生的。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中從NF;j產(chǎn)生的活性物質(zhì)流入該處理 腔室的流速與從02產(chǎn)生的活性物質(zhì)流入該處理腔室的流速的比值介于約 0.1與約0.3之間。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中該處理腔室的內(nèi)表面在介于約1托 與約2托之間的腔室壓力下暴露于該活性氧物質(zhì)與該活性氮物質(zhì)。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中該非晶形碳膜層是通過(guò)PECVD過(guò) 程從一 包含甲苯的氣體混合物中沉積的。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括測(cè)量在該處理腔室中該活性氧物 質(zhì)與該活性氮物質(zhì)的余暉發(fā)光。
8. —種用于清潔一包含有多個(gè)腔室壁與一氣體散布組件的處理腔室的方法，該氣體散布組件具有一面板，該方法包含在一遠(yuǎn)程等離子體源中從一含氧氣體產(chǎn)生活性氧物質(zhì)，其中該遠(yuǎn)程等離子體源連接至該處理腔室；在該遠(yuǎn)程等離子體源中從一含氟氣體產(chǎn)生活性氟物質(zhì)； 導(dǎo)引該活性氧物質(zhì)與該活性氟物質(zhì)進(jìn)入該處理腔室；以及 在腔室中不存在有RF功率的情況下將該處理腔室的多個(gè)內(nèi)表面暴露于該活性氧物質(zhì)與該活性氟物質(zhì)，同時(shí)加熱該氣體散布組件與這些腔室壁，其中將多個(gè)內(nèi)表面暴露于該活性氧物質(zhì)與該活性氟物質(zhì)可除去先前在該處理腔室的內(nèi)表面上形成的含石圭與碳的沉積物。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中該活性氧物質(zhì)是從02產(chǎn)生的，且 該活性氟物質(zhì)是從NFs產(chǎn)生的。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中從NF3產(chǎn)生的活性物質(zhì)流入該處 理腔室的流速與從02產(chǎn)生的活性物質(zhì)流入該處理腔室的流速的比值約為 1:12。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中該處理腔室的內(nèi)表面在介于約1 托與約2.8托之間的腔室壓力下暴露于該活性氧物質(zhì)與該活性氟物質(zhì)。
12. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中在該處理腔室中從包含有機(jī)硅化 合物與烴基化合物的混合物來(lái)沉積一低介電常數(shù)膜層的期間，形成該含硅 與碳的沉積物。
13. 如權(quán)利要求8所述的方法，還包括測(cè)量在該處理腔室中該活性氧物質(zhì)與該活性氮物質(zhì)的余暉發(fā)光。
14. 一種用于清潔一處理腔室的方法，包括 在該處理腔室中執(zhí)行一基于氧氣的灰化；在一遠(yuǎn)程等離子體源中從一含卣素氣體產(chǎn)生活性物質(zhì)，其中該遠(yuǎn)程等 離子體源連接至該處理腔室；以及在該處理腔室中'不存在有RF功率的情況下將該處理腔室的多個(gè)內(nèi)表 面暴露于該活性物質(zhì)。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中該基于氧氣的灰化包括導(dǎo)入一含 氧氣體至該處理腔室并且在該處理腔室中施加R F功率以產(chǎn)生活性氧物質(zhì)， 且在將該處理腔室的多個(gè)內(nèi)表面暴露于來(lái)自含鹵素氣體的活性物質(zhì)之前該 RF功率被終止。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中該基于氧氣的灰化包括導(dǎo)入02 至該處理腔室，且該含卣素氣體為NF3。
17. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中該處理腔室包含一面板與一基材 支撐件，且該基于氧氣的灰化包括以第一壓力與第一面板至基材支撐件的 間隔來(lái)清潔該面板以及以第二壓力與第二面板至基材支撐件的間隔來(lái)清潔 該處理腔室的其它表面。
18. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中該含由素氣體是含氟氣體或含氯 氣體。
19. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中該基于氧氣的灰化與將該處理腔 室的多個(gè)內(nèi)表面暴露于該活性物質(zhì)可除去在該處理腔室內(nèi)表面上的硅、碳 與氧沉積物，這些沉積物是先前在該處理腔室中從包含有機(jī)硅化合物與烴 基化合物的混合物來(lái)沉積一低介電常數(shù)膜層的期間所形成的。
20.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括測(cè)量在該處理腔室中該活性氧 物質(zhì)與該活性氮物質(zhì)的余暉發(fā)光。
全文摘要
本發(fā)明揭示用以清潔用來(lái)處理含碳膜層(例如非晶形碳膜層，含硅與碳的阻障膜層，以及含硅、氧與碳的低介電常數(shù)膜層)的半導(dǎo)體處理腔室的方法。此方法包含在腔室中不存在有RF功率下使用一遠(yuǎn)程等離子體源以產(chǎn)生活性物質(zhì)，其中該活性物質(zhì)系清潔腔室的內(nèi)表面?；钚晕镔|(zhì)是從一含氧氣體(例如O₂)與/或一含鹵素氣體(例如NF₃)所產(chǎn)生。一基于氧氣的灰化過(guò)程也可以在腔室暴露于來(lái)自遠(yuǎn)程等離子體源的活性物質(zhì)之前被用以從腔室內(nèi)表面除去碳沉積物。
文檔編號(hào)B08B9/00GK101378850SQ200680053046
公開(kāi)日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2006年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月21日
發(fā)明者A·T·迪莫斯, D·辛格爾頓, G·巴拉蘇布拉馬尼恩, H·M'沙迪, K·D·李, K·S·伊姆, K·杰納基拉曼, M·J·西蒙斯, M·阿優(yōu)伯, S-Y·B·唐, T·諾瓦克, V·N·T·恩古耶, W·H·葉 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司