专利名称：氟对于半导体工作室的低于一个大气压供给的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及用来供给半导体工作室气体的工艺和系统。本发明尤其涉及用来供给气体以清洗半导体工作室的工艺和系统，其中该气体贮存在低于一个大气压的条件下。
2.先前技术人说明半导体器件制造的一个主要步骤是通过气相母体的化学反应在半导体衬底上形成薄膜。典型的沉积工艺包括化学气相沉积(CVD)。常规的热CVD工艺供给反应气体至衬底表面，在该衬底表面发生热活化化学反应以在正被加工的衬底的表面上形成薄膜层。
然而，沉积在整个工作室腔体中发生，并不仅仅在衬底上发生。最厚的沉积发生在腔体最热的区域，该最热区域通常为衬底区域，但是一些沉积在其他的区域发生，甚至是非常冷的区域或者没有直接暴露于气相母体的区域。
这些沉积可能导致许多问题，例如堵塞气体喷嘴的细小孔洞，破坏气体的均匀流动并影响处理均匀性，以及玷污工作室的窗口，影响检查工作室的能力。另外，它们可能形成微粒，该微粒可能会落到衬底上并在沉积层中形成缺陷或者妨碍沉积系统的机械运作。
为了避免这样的问题，工作室的内表面被进行常规的清洗以将不需要的沉积材料从工作室的腔体壁和类似区域去除。这样的清洗程序通常在每一个晶片或者每n个晶片的沉积步骤之间进行。一种类型的程序包括拆卸腔体并用溶液或溶剂清洗每个部件，然后进行烘干并重新装配系统。该程序耗费大量劳力并且费时，降低了晶片加工作业生产线的效率并且增加了费用。
在另一个清洗程序中，分子氟(F2)和三氟化氯(ClF3)是在清洗作业中作为腐蚀气体使用的气体实例。分子氟是需要特殊操作措施的高度腐蚀并且危险的气体。大部分系统需要相对恒定的供给压力以使作业有效进行。因此，氟被贮存在正压条件下以适应这个要求。这种类型加压系统的一个主要缺点是如果装有氟气的容器发生泄漏，氟气会漏出该容器进入周围大气。
发明内容
本发明提供了用来将残余物从半导体工作室表面除去的工艺。该工艺包括以下步骤(a)将清洗气体以低于一个大气压条件贮存在贮存容器中；(b)在真空条件下将清洗气体从贮存容器移出；以及(c)将清洗气体通过待清洗的工作室。
清洗气体可以用或不用远距离等离子源来活化下通过工作室。在本发明工艺的一个实施例中，提供了过滤床。清洗气体被通过过滤床以将不需要的杂质除去并净化该清洗气体。该净化清洗气体然后被流入待清洗的工作室。
本发明同样提供了用来将残余物从半导体工作室表面除去的再循环工艺。该再循环工艺包括以下步骤(a)将清洗气体以低于一个大气压条件贮存在贮存容器中；(b)在真空条件下将清洗气体从贮存容器移出；(c)将清洗气体通过至少一个过滤床，由此净化该清洗气体；(d)将清洗气体通到待清洗的工作室，由此清洗该工作室；以及(e)将清洗气体再循环至步骤(c)用来在清洗作业中重新使用。
清洗气体可以用或不用远距离等离子源来活化下通过工作室。来自贮存容器的清洗气体气流在作业开始阶段被调整到高浓度，在清洗作业的后面阶段再循环的清洗气体形成了该气流的较大部分体积。结果，在清洗工艺的后面阶段需要较少的来自贮存容器的清洗气体。
本发明同样提供了用来将残余物从半导体工作室表面除去的系统，该系统包括至少一个容器，用来贮存清洗气体；以及至少一个真空泵，用来将清洗气体从上述至少一个容器中抽出。
清洗气体以大约1乇到大约750乇范围的压力贮存在该至少一个容器中。
本发明同样提供了用来将残余物从半导体工作室表面除去的再循环系统，该再循环系统包括至少一个容器，用来贮存清洗气体；至少一个真空泵，用来将清洗气体从上述至少一个容器中抽出；以及至少一个过滤/吸收床，用来过滤清洗气体。
清洗气体以大约1乇到大约750乇的压力贮存在该至少一个容器中。
图1阐明了本发明一个实施例的低于一个大气压供给系统。
图2阐明了本发明一个实施例的具有过滤/吸收床的低于一个大气压供给系统。
图3阐明了本发明一个实施例的具有再循环结构的低于一个大气压供给系统。
图4阐明了本发明一个实施例的具有再循环结构的另一个低于一个大气压供给系统。
发明说明本发明考虑工艺设备，尤其是半导体工作室清洗设备，从真空到大约750乇范围的任何压力水平的通用作业。本发明的系统通过提供能够在低于一个大气压条件下贮存气体的贮存容器和真空泵完成这个目的。通过使用真空泵，该系统考虑一种容器用以在没有加压至大气压之上的情况下贮存适量的气体。因此，由于真空泵将容器中的内容物抽出直至大约1乇，该容器的大部分容量能够供给工艺过程。
另外，当提供一个安全的气体贮存容器时，由于供给气体决不贮存在超过一个绝对大气压的压力条件下，气体能够以恒定的压力供给。结果，容器中的任何漏气会使容器的内容物保持在容器中，周围大气中的空气实际会进入容器中。因此，高度活性并危险的气体能够贮存在容器中，而不必担心气体泄漏进入周围环境。
本发明另一个优点是清洗气体能够用或不用远距离等离子源来活化下通过工作室。
参考图1，本发明用来清洗工作室的系统主要通过引用号10进行描述。系统10具有设计用来存储清洗气体的存储罐或容器14。用于本发明的合适清洗气体包括，例如氟气、氯气、ClFx和BrFx，其中x＝1，3，5，O2、O3、NF3，或者它们的任意组合。清洗气体为氟气更为适宜。
清洗气体以满足单个清洗作业需求的足够体积供给。举例来说，该体积可以是大约4到大约8升。然而，该体积会依赖于待进行的清洗工艺而变化。本发明的清洗工艺可以用来与许多半导体工艺联合在沉积作业间隙清洗工作室，该沉积作业包括例如SiO2、SiNx、W、WSi、Tin、TaN、低K绝缘涂层、高K绝缘涂层、Si基光致蚀刻剂、碳基光致蚀刻剂，或者任何其他与氟反应生成挥发性反应产物的淀积物的CVD作业。
当需要清洗气体时，泵20将贮存在容器14中的气体以质量控制器32所指示的流量抽出。泵20可以是用来使清洗气体流出的任何合适的真空泵。利用Howleck再生技术具有合适的表面钝化以抵抗氟腐蚀的泵是合适的。举例来说，BOCEdwards IPX和EPX型泵是合适的。
为了确保泵20的马达外壳(未显示)上为正压，惰性气体被流入泵20中的轴承以防止清洗气体回流入马达外壳。这是本操作关键的安全性和耐用性所在。为了确保安全性和耐用性，惰性气体以至少1标准升/分钟的流量流至泵壳。合适的惰性气体包括，例如，氩气、氦气、N2、O2、干燥空气，或者它们的任意组合。如果腐蚀过程不受N2或O2影响，可以用N2和O2。在本发明中使用氩气更为适宜。
为了防止使泵过压，旁通阀28和旁通管路30在适当的位置以便清洗气体能够流回容器14，避免泵20上过大的背压。清洗气体会发生一些稀释。由于清洗气体例如NF3在多数工艺中通过惰性气体进行稀释，这种稀释不会损害清洗作业。
进入容器14的清洗气体源可以来自各种各样的源，例如，加压钢瓶气体或发生器。流入容器14的气体被设置为保持在大约550乇到大约750乇之间的压力，在大约550乇到大约700乇之间更为适宜。在需要时，泵20将清洗气体从容器14抽出。在工艺刚刚开始之前，泵20被启动，或者另一方面，泵20被维持在恒定的操作模式。当需要质量控制器32的指令时，阀28被关闭并且清洗气体的流动被设定路线通过质量控制器32流到远距离等离子室36，直至不再需要清洗气体。在这些条件下，容器14中气体的压力开始会在大约550乇到大约750乇，然后下降直到需求超过供气，这样会使得压力低至1乇。因此，如果在容器14或供给总管12中出现漏隙，由于容器处于低于一个大气压的压力下，清洗气体不会泄漏至大气。这样形成了安全、防漏的系统。如果更多的气体聚集超过工艺所需，过量的清洗气体可以通过管路26排出。
参考图2，具有过滤床的清洗系统主要通过引用号40进行描述。系统40除了上面图1中所述的部件之外，具有过滤/吸收床42。过滤床42可以是CFx丸粒的组合，其中x＝0.9～1.2，NaF，KF，CaF2，NaHF2，NaF(HF)y，KF(HF)y，CaF2(HF)y，其中y＝1～4，或者它们的任意组合，以吸收HF、CF4、SiF4，以及可能在流至容器14的原料气中存在的任何其他杂质。在该结构中，过滤床不仅增加了流至等离子体腔36的清洗气体，而且允许供给容器14的清洗气体的质量低于最佳状态，因此降低了费用。
参考图3，具有再循环结构的低于一个大气压系统主要通过引用号50进行描述。系统50具有从工作室38离开的管路，该管路将气体返回至系统用于再循环。在氟的情况下，在清洗过程中进入腔体的氟的60％～80％没有被使用，并且被转化回F2。工作室中可能引起微粒问题的气体(也就是SiF4、CF4、HF)通过过滤床42从离开工作室38的用过的清洗气体中分离出去。惰性气体，例如，氮气和氩气能够与富F2气流一起进行再循环，这样然后能够将高浓度的氟气供给遥控等离子体室36。这样可以将氟气的实际使用最大化。
在清洗再循环过程中，阀52、56、62和68关闭着。阀58和66开着。新鲜的清洗气体从容器14通过泵20抽出，经过质量流量控制器32。该气体被输入过滤床42，在该过滤床中，杂质从清洗气体中去除。净化的清洗气体然后输入等离子体室36并且最终流入工作室38，在该工作室中发生清洗作用。清洗气体然后从工作室38中抽出，在该工作室中，清洗气体在返回泵20之前与原料清洗气体进行混合，用于再循环。该再循环过程持续进行直至清洗作业完成。
清洗气体气流在作业开始阶段被调整到高浓度，在作业过程的后面阶段再循环的清洗气体占去了该气流的较大的量。结果，在清洗作业的后面阶段需要较少的原料清洗气体，使得成本降低。
参考图4，当图3中的工作室进入操作模式，如图4中所描绘，系统进行重新调整形成了再生模式。在再生模式中，阀58、66和70关闭着。阀52、56、62和68开着。泵64通过将处理气体从腔38抽出至排气管路74重新开始工作室操作。在该工艺过程中，过滤床42进行了再生。惰性气体，例如氮气通过泵20流回该过滤床42，这样同样将负压带到该过滤床42上。结果，吸收在该过滤床里的杂质被解除吸附，因此再生了该过滤床。该解吸下来的杂质通过泵20从该过滤床经过排气管路26排出。在该过程中，F2气体供给会充满压力容器14，为下一次的清洗作业循环做好准备。
应该理解的是，前面的描述仅仅是本发明的说明。各种替代形式或更改可能通过那些本领域熟悉人员进行设计而不偏离本发明。相应地，本发明意在包含所有这样的替代形式、更改以及变化。
权利要求
1.用来将残余物从半导体工作室表面除去的工艺。该工艺包括以下步骤(a)将上述清洗气体以低于一个大气压条件贮存在贮存容器中；(b)在真空条件下将上述清洗气体从上述贮存容器移出；以及(c)将上述清洗气体通过待清洗的工作室。
2.根据权利要求1所述的工艺，其中，上述清洗气体不用远距离等离子源来活化下通过工作室。
3.根据权利要求1所述的工艺，其中，上述清洗气体用远距离等离子源来活化下通过工作室。
4.根据权利要求1所述的工艺，其中，上述清洗气体选自以下气体氟气、氯气、ClFx、BrFx、O2、O3、NF3，以及它们的任意组合。
5.根据权利要求1所述的工艺，其中，上述清洗气体为氟气。
6.根据权利要求1所述的工艺，其中，上述贮存容器具有大约4升-8升的容量。
7.根据权利要求1所述的工艺，其中，上述清洗气体以大约1乇--750乇压力贮存在上述贮存容器中。
8.根据权利要求1所述的工艺，其中，上述工作室为CVD工作室。
9.根据权利要求8所述的工艺，其中，上述CVD工作室用于沉积选自下列材料SiO2、SiNx、W、WSi、Tin、TaN、低K绝缘涂层、高K绝缘涂色、Si基光致蚀刻剂、碳基光致蚀刻剂，以及它们的任意组合。
10.根据权利要求1所述的工艺，还包括在步骤(b)之前使惰性气体通过用来从上述贮存容器抽出清洗气体的真空泵的马达外壳的步骤。
11.根据权利要求10所述的工艺，其中，上述惰性气体选自以下气体氩气、氦气、氮气、氧气、干燥空气，以及它们的任意组合。
12.根据权利要求10所述的工艺，其中，上述惰性气体为氩气。
13.根据权利要求10所述的工艺，其中，上述惰性气体以至少1标准升/分钟的流量流入上述马达外壳中。
14.根据权利要求1所述的工艺，还包括在步骤(b)之后将上述清洗气体通过过滤床的步骤。
15.根据权利要求14所述的工艺，其特征在于，上述过滤床包括至少一种选自下列的过滤介质CFx丸粒，NaF，KF，CaF2，NaHF2，NaF(HF)y，KF(HF)y，CaF2(HF)y，以及它们的任意组合。
16.用来将残余物从半导体工作室表面除去的再循环工艺，该再循环工艺包括以下步骤(a)将清洗气体以低于一个大气压条件贮存在贮存容器中；(b)在真空条件下将上述清洗气体从贮存容器移出；(c)将上述清洗气体通过至少一个过滤床，由此净化该清洗气体；(d)将上述清洗气体通到待清洗的工作室，由此清洗工作室；以及(e)将上述清洗气体再循环返至步骤(c)，用来在清洗作业中重新使用。
17.根据权利要求16所述的工艺，其中，步骤(d)中的上述清洗气体不用远距离等离子体来活化下通过工作室。
18.根据权利要求16所述的工艺，其中，上述清洗气体用远距离等离子体来活化下通过工作室。
19.根据权利要求16所述的工艺，其中，上述贮存容器中的清洗气体开始时被调整到高浓度，在再循环过程中再循环的清洗气体占通过上述过滤床的清洗气体的较大部分体积。
20.根据权利要求16所述的工艺，其中，上述清洗气体选自以下气体氟气、氯气、ClFx、BrFx、O2、O3、NF3，以及它们的任意组合。
21.根据权利要求16所述的工艺，其中，上述清洗气体为氟气。
22.根据权利要求16所述的工艺，其中，上述贮存容器具有大约4升-8升的容量。
23.根据权利要求16所述的工艺，其中，上述工作室为CVD工作室。
24.根据权利要求23所述的工艺，其中，上述CVD工作室用于沉积选自下列的材料SiO2、SiNx、W、WSi、Tin、TaN、低K绝缘涂层、高K绝缘涂层、Si基光致蚀刻剂、碳基光致蚀刻剂，以及它们的任意组合。
25.根据权利要求16所述的工艺，还包括在步骤(c)之前使惰性气体通过用来将清洗气体从上述贮存容器抽出的真空泵的马达外壳的步骤。
26.根据权利要求25所述的工艺，其中，上述惰性气体选自以下气体氩气、氦气、氮气、氧气、干燥空气，以及它们的任意组合。
27.根据权利要求25所述的工艺，其中，上述惰性气体为氩气。
28.根据权利要求25所述的工艺，其中，上述惰性气体以至少1标准升/分钟的流量流入上述马达外壳。
29.根据权利要求16所述的工艺，其中，上述过滤床包括选自下列的至少一种过滤介质CFx丸球，NaF，KF，CaF2，NaHF2，NaF(HF)y，KF(HF)y，CaF2(HF)y，以及它们的任意组合。
全文摘要
本发明针对用于工艺设备，尤其是半导体工作室清洗设备，从真空到正好小于一个绝对大气压范围的任何压力水平的多方面操作的工艺和系统。本发明的系统提供了能够在低于一个大气压的压力下贮存气体的贮存容器以及真空泵。通过使用真空泵，该容器在没有加压至大气压之上的情况下贮存适量的气体。因此，由于真空泵将容器中的内容物抽出低至大约1乇，该容器的整个容量能够供给工艺过程。另外，当提供一个安全的气体贮存容器时，由于供给气体决不贮存在超过一个绝对大气压的压力条件下，气体能够以恒定的压力供给。结果，容器中的任何漏气会使容器的内容物保持在容器中，周围大气中的空气会进入容器中。
文档编号H01L21/00GK1497668SQ20031010290
公开日2004年5月19日 申请日期2003年10月20日 优先权日2003年10月20日
发明者R·A·霍格, G·A·迈克法拉尼, G·霍格森, P·H·巴克利, R A 霍格, 巴克利, 裆, 迈克法拉尼 申请人:波克股份有限公司