CN101214487B - 一种半导体刻蚀设备腔室的清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半导体刻蚀设备腔室的清洗方法，包括如下步骤：采用ClF3和惰性气体组成的混合气体对半导体刻蚀设备腔室进行清洗；采用惰性气体或O2或是惰性气体和O2组成的的混合气体对半导体刻蚀设备腔室进行清洗。本发明所述方法对刻蚀设备腔室在非等离子体启辉的条件下实现了腔室清洗的目的。该方法能够有效提高零件寿命，降低金属颗粒数目，提高产品良率。而且清洗中不需要等离子体启辉过程使得晶圆加工过程中的CoO(Cost of Ownership)得到进一步降低。

Description

一种半导体刻蚀设备腔室的清洗方法
技术领域
本发明涉及腔室的清洗方法，具体的说，涉及一种半导体刻蚀设备腔室的清洗方法。
背景技术
刻蚀是指集成电路制造工艺中用物理或化学的方法从晶片上去除不需要部分的工艺。通常分为湿法刻蚀和干法刻蚀两大类，其中湿法刻蚀是指利用液态化学试剂或溶液通过化学反应进行刻蚀的方法；而干法刻蚀则主要是利用低压放电产生的等离子体的离子或游离基通过轰击等物理作用或发生化学反应而达到刻蚀材料的目的。
等离子体刻蚀是集成电路制造中的关键工艺之一，其目的是完整地将掩膜图形复制到硅片表面，其范围涵盖前端CMOS栅极(Gate)大小的控制，以及后端金属铝的刻蚀及Via和Trench的刻蚀。在今天没有一个集成电路芯片能在缺乏等离子体刻蚀技术情况下完成。刻蚀设备的投资在整个芯片厂的设备投资中约占10％～12％比重，它的工艺水平将直接影响到最终产品质量及生产技术的先进性。
等离子刻蚀具有选择性好、对衬底的损伤较小，各项异性好等特点，其原理可以概括为以下几个步骤：
(1)在低压下，反应气体在射频功率的激发下，产生电离并形成等离子体，等离子体是由带电的电子和离子组成，反应腔体中的气体在电子的撞击下，除了转变成离子外，还能吸收能量并形成大量的活性基团(Radicals)。
(2)活性反应基团和被刻蚀物质表面形成化学反应并形成反应生成物。
(3)反应生成物脱离被刻蚀物质表面，并被真空系统抽出腔体。
在等离子体刻蚀工艺过程中，刻蚀过程会产生非挥发性副产物沉积于反应腔室壁表面。随着刻蚀工艺进行，腔室壁沉积物不断堆积开裂造成以下两方面的问题：
(1)沉积物的堆积使得工艺过程中的腔室环境不断变化，这种变化影响到刻蚀速率(etch rate)及其均匀性(uniformity)等工艺参数，造成刻蚀工艺的漂移。
(2)沉积物开裂会在反应腔室内产生大量的颗粒，使得产品良率(yield)显著降低。
为了有效的提高产率，同时保证同一产品刻蚀结果的一致性，业界普遍采用的方法是在每片晶圆刻蚀工艺结束后对反应腔室进行干法清洗(dry clean)。所谓干法清洗就是在反应腔室中没有晶圆的情况下，通入清洗用反应气体，在不开启下电极的同时开启上电极生成等离子体，这种等离子体同腔室表面的沉积物发生各向同性的化学刻蚀，生成易挥发性物质，通过真空系统抽出腔体，从而达到去除腔室表面沉积物的作用。
现有干法清洗工艺大体分为一步法和两步法两种，其原理基本相同：在上电极启辉的条件下，通入含氟气体(SF6、NF3等)和氧气。其中含氟气体在等离子条件下同沉积物中硅类化合物反应生成易挥发物排出腔室，O2在等离子条件下同碳类化合物反应生成易挥发性物质排出腔室，同时在两步法的含氟气体都加入少量O2也有助于氟元素的解离，提高清洗效率。其具体工艺参数如下：
表1一步法干法清洗典型工艺参数
表2两步法干法清洗典型工艺参数
Figure S07163224720070122D000022
无论是一步法还是两步法干法清洗工艺都需要在等离子体启辉的条件下进行，在等离子体条件下含氟气体在去除沉积物的同时也会对阳极氧化的金属腔体表面进行刻蚀，这种刻蚀会降低零件寿命，同时会在腔室内产生金属颗粒，降低产品良率。而且清洗中的启辉过程需要大功率射频(RF)电流，以上都使得晶圆加工过程中的CoO(Cost ofOwnership)提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种在非等离子条件下对半导体刻蚀设备腔室进行清洗的方法。
为了实现本发明的目的，本发明提供了一种半导体刻蚀设备腔室的清洗方法，该方法在非等离子条件下对半导体刻蚀设备腔室进行清洗，包括如下步骤：
1)采用ClF3和惰性气体组成的混合气体在常温非等离子体条件下对半导体刻蚀设备腔室进行清洗。
采用ClF3和惰性气体组成的混合气体，目的是去除反应腔室壁上的沉积物。由于ClF3具有极强的反应活性，可以在常温非等离子体条件下同沉积物中所有物质进行反应，生成易挥发的氟化物或氯化物，通过真空系统排出，达到清洁腔室的目的。同时ClF3也可以同金属腔室壁表面发生反应生成致密的金属氟化物表面层，阻止气体同金属腔室内壁的进一步接触，实现对腔室内壁的保护，从而有效的提高腔室内部零件的寿命，降低腔室内部颗粒数目，提高产品良率。
所述惰性气体优选为He、Ne或Ar。
所述步骤1)中ClF3和惰性气体体积比优选为0.01～99.9∶1。
所述步骤1)中ClF3和惰性气体体积比为1∶1。
所述步骤1)中ClF3和惰性气体组成的混合气体的流速优选为10～500sccm。
所述步骤1)中半导体刻蚀设备腔室中腔室压力优选为5～100mT。
2)采用惰性气体或O2或是惰性气体和O2组成的的混合气体对半导体刻蚀设备腔室进行清洗。
采用惰性气体或O2或是它们的混合气体，目的是进一步吹扫上一步清洗步骤中的残余气体。由于ClF3反应活性强，会对后步晶圆刻蚀产生影响，故用惰性气体吹扫干净气路中和腔室内残余气体和反应生成物。
所述步骤2)中惰性气体优选为He、Ne或Ar。
所述步骤2)中惰性气体或O2或是它们的混合气体的流速优选为10～500sccm。
所述步骤2)中半导体刻蚀设备腔室中腔室压力优选为5～100mT。
本发明提出了一种在非等离子条件下对半导体刻蚀设备腔室进行清洗的方法。通过加入ClF3和惰性气体的混合气体体系，对刻蚀设备腔室在非等离子体启辉的条件下实现了腔室清洗的目的。该方法能够有效提高零件寿命，降低金属颗粒数目，提高产品良率。而且清洗中不需要等离子体启辉过程使得晶圆加工过程中的CoO(Cost ofOwnership)得到进一步降低。
附图说明
图1清洗前后腔室壁FTIR的对比图。
其中，1为干法清洗前腔室壁的红外谱图；2为干法清洗后腔室壁的红外谱图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本发明所述的半导体刻蚀设备腔室的清洗方法，无需特别的设备，可以利用现有技术中的设备就可以完成，利用现有的清洗方法，将工艺参数设置为本发明所要求的范围及可达到本发明的效果。
采用ClF3和He按照体积比1:1组成的混合气体，由于ClF3具有极强的反应活性，可以在常温非等离子体条件下同沉积物中所有物质进行反应，生成易挥发的氟化物或氯化物，通过真空系统排出，达到清洁腔室的目的。同时ClF3也可以同金属腔室壁表面发生反应生成致密的金属氟化物表面层，阻止气体同金属腔室内壁的进一步接触，实现对腔室内壁的保护，从而有效的提高腔室内部零件的寿命，降低腔室内部颗粒数目，提高产品良率。其中ClF3气体流速为200sccm，惰性气体气体流速200sccm，反应腔室压力50mT。
采用惰性气体He和O2按照体积比1:1组成的混合气体，目的是进一步吹扫上一步清洗步骤中的残余气体。由于ClF3反应活性强，会对后步晶圆刻蚀产生影响，故用惰性气体吹扫干净气路中和腔室内残余气体和反应生成物。惰性气体的流速为200sccm、O2流速为200sccm，反应腔室压力50mT。
清洗效果如图1所示可以看到非等离子体启辉干法清洗后腔室壁清洗效果良好。
实施例2
具体的操作步骤按实施例1进行，工艺参数如下：
惰性气体为Ar，ClF3和Ar体积比为0.01:1，ClF3和Ar组成的混合气体的流速为10sccm，半导体刻蚀设备腔室中腔室压力为5mT。
实施例3
具体的操作步骤按实施例1进行，工艺参数如下：
惰性气体为Ne，ClF3和Ne体积比为99.9:1，ClF3和Ne组成的混合气体的流速为100sccm，半导体刻蚀设备腔室中腔室压力为500mT。
以上为本发明的最佳实施方式，本领域的普通技术人员能够依据本发明公开的内容而显而易见地想到的一些雷同、替代方案，均应落入本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种半导体刻蚀设备腔室的清洗方法，包括如下步骤：
1)先采用ClF3和惰性气体组成的混合气体在常温非等离子体条件下对半导体刻蚀设备腔室进行清洗；所述步骤1)中半导体刻蚀设备腔室中腔室压力为5～100mT；
2)再采用O2或是惰性气体和O2组成的混合气体对半导体刻蚀设备腔室进行清洗。
2.如权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，所述惰性气体为He、Ne或Ar。
3.如权利要求1或2所述的清洗方法，其特征在于，所述步骤1)中ClF3和惰性气体体积比为0.01～99.9∶1。
4.如权利要求3所述的清洗方法，其特征在于，所述步骤1)中ClF3和惰性气体体积比为1∶1。
5.如权利要求1或2所述的清洗方法，其特征在于，所述步骤1)中ClF3和惰性气体组成的混合气体的流速为10～500sccm。
6.如权利要求1或2所述的清洗方法，其特征在于，所述步骤2)中O2或是惰性气体和O2组成的混合气体的流速为10～500sccm。
7.如权利要求1或2所述的清洗方法，其特征在于，所述步骤2)中半导体刻蚀设备腔室中腔室压力为5～100mT。
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