[发明专利]清洗CVD腔室的热F2蚀刻方法

说明书

背景技术

[0001]在互补金属氧化物半导体(CMOS)集成电路制备中，低压化学气相沉积(LPCVD)作为系列步骤中的一部分起到非常重要的作用。在热壁反应器中，氮化硅通过二氯硅烷(DCS)与氨的反应而沉积在LPCVD中。反应的主要动力是来自于能在650-850℃之间操作的反应器的热能。但是，因为技术节点从130nm前进至32nm，热预算(thermal budget)成为严重问题。为克服该问题，引入了需要较少热能以反应的新LPCVD前体。例如，作为使用DCS和氨在700℃沉积氮化硅薄膜的备选方案，有机胺取代的硅烷(organic amine substituted silanes)如双(叔丁基胺)硅烷(BTBAS，Bis(Tertiary Butyl Amino)silane)、二异丙基胺硅烷(DIPAS)和二乙基胺硅烷(DEAS)或有机取代的硅烷(organic substituted silane)如四烯丙基硅烷和三乙烯基硅烷以及双叔丁基氨基硅烷(bis-tertiary butyl aminosilane)与氨在600℃或更低温度下反应是有利的，因为这明显地降低了热预算。由这种方法制得的氮化硅薄膜不仅沉积在晶片上，而且也沉积在石英反应器壁和反应器部件上。而且，这种方法制得的氮化物薄膜具有高的拉伸应力，由于反应器中累积的沉积物，这可以导致薄膜碎裂(spalling)而引起的设备晶片的高水平的颗粒污染。为防止晶片污染，必须在累积的沉积物开始碎裂前清洗氮化物炉。由于薄膜碎裂引起的颗粒形成，较高应力薄膜要求对LPCVD反应器和晶片固定器进行更频繁的清洗。

[0002]现行实践是通过冷却石英管至室温手工清洗氮化硅沉积物的LPCVD反应器，然后移走它们并将它们放置在湿HF蚀刻中。湿清洗过程要求设备一共停工8至6小时。与只要求在生产60-90天后进行清洗的DCS氮化物炉相比，BTBAS氮化物炉一般要求在每工作两天后进行清洗。因此，对于在体积半导体(volume semiconductor)生产中实用的有机胺取代的硅烷或有机取代的硅烷氮化物方法来说，这将要求具有2-3小时循环时间的原位清洗。而且，有机胺取代的硅烷或有机取代的硅烷的沉积要求温度范围是500-600℃。因此，作为大约在500-600℃范围的反应器温度函数的清洗时间变得更加重要。

[0003]D.Foster，J.Ellenberger，R.B.Herring，A.D.Johnson和C.L.Hartz，″In-situ process for periodic cleaning of low temperature nitride furnaces″，Proceedingof the 204th Meeting of the Elecirochemical Society，Orlando FL(The ElectrochemicalSociety，Inc.Pennington，NJ，2003年10月)，第285-293页(其主题引入本文供参考)公开了在这个温度范围内使用20％NF₃蚀刻SiN_X，但是该蚀刻较慢(在550℃和30托下为0.02μm/min)。对于在体积半导体生产中实用的有机胺取代的硅烷或有机取代的硅烷氮化物方法来说，需要更有效的在500℃-600℃附近具有较低的热活化温度的清洗方法。

发明内容

[0004]本发明方法的一个实施方案包括使在惰性气体中预先稀释的氟气流过腔室，并且保持腔室在230-565℃的升高的温度(elevated temperature)下使氟气热离解(disassociate)，从而通过移去由热活化的氟气与不希望有的氮化硅之间的化学反应所形成的挥发性反应产物SiF₄清洗CVD腔室。根据本发明的另一实施方案，使用450℃-550℃的升高的温度。

附图说明

[0005]图1是本发明的热F₂蚀刻的实施方案的示意图。

[0006]图2图示了在30托下，N₂中预稀释的20％F₂的氮化硅的热F₂蚀刻率与温度的关系。

[0007]图3图示了在30托下，N₂中预稀释的20％NF₃的氮化硅的热NF₃蚀刻率与温度的关系。

具体实施方式