[发明专利]用于沉积工艺的高效阱

说明书

发明领域

本发明涉及用于半导体制造领域中的新的、有用的系统、设备和方法。

发明背景

用于沉积纯的化合物材料的膜的薄膜沉积方法是已知的。近年来，用于薄膜沉积的主要技术是化学蒸汽沉积(CVD)。已经考虑用CVD的变体，原子层沉积(ALD)来改善薄层沉积的均匀性和一致性，尤其是在低温沉积的情况下。

通常，ALD方法包括一系列常规的CVD方法，它们各自产生单一-单层沉积，其中，各个沉积步骤理论上在单个分子或原子单层厚度处趋于饱和，然后自动终止。这一沉积是输送到系统中的反应性分子前体与基材之间的化学反应的结果。这一净反应必须沉积纯的所需的膜，并消除构成分子前体的“额外”原子。

在CVD的情况下，分子前体同时送入CVD反应室中。基材保持在这样的温度下，该温度优化为促进分子前体之间的化学反应，以及副产物的高效解吸。因此，进行该反应以沉积所需的薄膜。

对于ALD应用，分子前体分开引入ALD反应室中。具体地说，引入第一前体，通常是与原子或分子配体结合以制造挥发性分子的金属，其与基材反应。在金属前体反应后，一般进行惰性气体吹扫以在引入下一种前体之前清空该室。因此，与CVD方法相反，ALD以前体和吹扫气体的连续交替脉冲的循环方式进行。通常，每个操作循环仅沉积一层单层。通常，ALD方法在小于1托的压力下进行。

ALD方法一般用于构造和处理集成电路(IC)装置及其其它需要规定的超薄层的基材。与ALD方法有关一个问题是产生粘着在沉积设备部件上或以其它方式导致沉积设备部件中的有害的加工效果。具体地说，所述副产物可沉积在真空泵中，导致泵被占用、泵失效、以及不纯的沉积。另外，所述副产物可粘着在反应室的壁上或其它设备部件上，这就需要停下沉积工艺，将副产物除去，或者替换弄脏的部件。制造工艺的中止以及部件的清洁或替换既费时又费钱。

这些缺陷也发生在CVD方法中，但是在ALD方法中发生的频率更高，因为预期的反应是被处理的基材上的表面反应。因此，在ALD方法中，大部分的供给气体“未经处理”就离开反应室，并进一步与来自前面的反应步骤或后续的反应步骤的气体混合。结果，大量的未反应的气体会在反应室外部在诸如工艺前级管路和泵的位置反应。这会导致更高的不利的非室内沉积率，从而导致泵和前级管路“堵塞”，并导致上述泵被占用或失效。

已经尝试了各种方案，但也是费时、费钱、或者出于各种原因(包括空间配置)而不实用。例如，一种方法使用在反应室的排气口处的阀，该阀物理地转换废气流交替至两条前级管路中的一条和真空泵中。阀的操作按照用于将不同气体脉冲入反应室中的循环时间同步进行，以试图避免所述室、前级管路和泵中气体的混杂。但是，这一方案需要各个泵的废气分开进入消除单元，这就增加了大量的加工成本。此外，部分反应气体依然会在达到室排气阀之前结合和反应。其它方案使用前级管路阱，以捕获工艺副产物，或者选择性地捕获一种或多种反应物，以避免交叉反应。这些系统未证明是有效的。公开于JP 11181421中的另一种提议的方案引入ClF₃或F₂以与CVD过程中形成的粘着到管表面上的副产物反应。但是，该方法对于ALD系统是无法工作的，因为在ALD系统中离开反应室的副产物的含量较高。

另一种由待审的申请US SN 11/018,641(该申请在本文中引用作为参考)所提出的方法提供了用于改善沉积系统的效率的方法、系统和设备，它是通过在沉积过程中提供氟气氛以及引入前级管路中的设备的氟气氛来减少或基本上消除沉积系统中产生的副产物的量，该气氛包括分子氟(F₂)或呈自由基(radical)形式的氟(F^*)。但是，该方法在氢加入沉积过程中时不工作。这是因为氟优先与氢反应。因此，除非加入过量的氟，否则没有氟剩余来形成所需的氟气氛。所需的过量的氟的量取决于加入该工艺中的氢的量，但是很容易导致氟、设备和能量的成本巨大。

因此，本领域仍然需要克服与沉积工艺的设备部件中的副产物累积相关的问题。

发明内容

本发明克服了上述问题，提供了通过减少或基本上消除半导体加工系统的设备部件中副产物的累积来改善半导体加工系统如沉积系统的效率的系统、设备和方法。

本发明还涉及改善与半导体加工系统有关的前级管道阱的效率，其中，该阱除去了来自处理室的废气中的基本上所有的副产物。

另外，本发明提供了有效地清空半导体加工系统的废气中累积的副产物的阱的系统、设备和方法。

附图说明

图1是用于半导体加工系统的阱的示意图。