CN101752207A - 消除干法刻蚀中溴化氢浓缩残留方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种消除干法刻蚀中溴化氢浓缩残留方法，在刻蚀制程结束时，静电吸盘的释放电荷流程中将氟基气体混合氧气，一同通入刻蚀反应腔室。通过氟基气体对生成溴化氢副反应的抑制作用，消除溴化氢干法刻蚀制程里残留浓缩的溴化氢对晶圆及设备的污染，其对于现有干法刻蚀制程改进方便，效果显著。
Description
【技术领域】
本发明涉及半导体制程的干法刻蚀领域，尤其涉及一种在干法刻蚀中消除溴化氢浓缩残留的方法。
【背景技术】
在半导体制程中，干法刻蚀会用到溴化氢HBr气体，因为Br离子较重，可以产生很强的离子轰击效应，刻蚀速度快，对硅化物具有很高的选择性，而且HBr气体在帮助刻蚀时，容易在侧面形成聚合体，保护侧壁，可以刻蚀出很平整的侧壁。所以在干法刻蚀中常常作为刻蚀气体使用。
然而在干法刻蚀中使用溴化氢HBr气体，残留HBr分子容易浓缩聚集，与环境中的水分子结合成HBr·H2O(s)混合物，而残留在芯片表面以及刻蚀设备腔室内，这一个过程如图1所示。
虽然在干法刻蚀中HBr气体通气量经过严格计算，刻蚀结束不会有多少残留下来，但溴化氢HBr刻蚀硅片时，反应生成Si-Br化合物，而环境中的气态水分子液化至已刻蚀的晶圆表面(图中R1过程)，H2O会与Si-Br发生交换反应(图中R2过程)，生成Si-OH以及HBr。而刻蚀机台在运转过程中，机械臂的静电吸盘反复充、放电作抓取、释放晶圆的运动，需要通入O2破坏晶圆与吸盘之间的真空并释放电荷(Dechuck制程)，上述R2反应过程重新生成的HBr会随灌入的O2气化扩散，经由设备管道可能污染待刻蚀晶圆(图中R3、R5过程)，而在待刻蚀晶圆表面与水分子结合形成HBr·H2O(s)。
当HBr·H2O(s)残留在待刻蚀晶圆上将会腐蚀晶圆造成空洞结构，导致晶圆报废，甚至在低压真空环境下通过运送晶圆的真空传输机(VacuumTransfer Module)扩散至其他地方，造成二次污染，需要频繁清洗，消耗成本与人力。所以如何在干法刻蚀中避免溴化氢浓缩残留即HBr·H2O(s)混合物产生是急迫需要解决的问题。
【发明内容】
本发明解决的技术问题是，提供一种溴化氢浓缩残留的消除方法，避免干法刻蚀中残留溴化氢混合物对晶圆及设备造成的污染。
为解决以上技术问题，本发明提供消除干法刻蚀中溴化氢浓缩残留方法，用于消除干法刻蚀制程中残留浓缩的溴化氢对晶圆及设备的污染，其特征在于在干法刻蚀制程中将氟基气体通入刻蚀反应腔室。
作为优选方案，氟基气体为氟化硫SF6或氟化氮NF3气体。
作为优选方案，本发明所述氟基气体是刻蚀制程结束时，在静电吸盘的释放电荷dechuck流程中，混合氧气充入刻蚀反应腔室。
所述氧气与氟基气体的流量比为30∶1～20∶1。
所述静电吸盘其释放电荷的dechuck流程如下：
(1)氧气与氟基气体总流量400～500sccm通入刻蚀反应腔，反应腔压力15～30mtorr，工作温度40～70摄氏度，反应时间8～30s。
(2)氧气与氟基气体总流量400～500sccm通入刻蚀反应腔，反应腔压力15～30mtorr，工作温度40～70摄氏度，用于静电吸盘上离子加速偏置的TCP射频功率保持600～1000w，反应时间5～30s。
本发明的技术效果是，通过改进静电吸盘的电荷释放流程，向刻蚀反应腔室中通入氟基气体，电离生成的氟离子阻止已刻蚀晶圆上溴化氢化合物的生成。从而避免消除溴化氢的浓缩残留，其对现有的刻蚀流程改进方便，且效果显著。
【附图说明】
图1为现有干法刻蚀制程中溴化氢浓缩残留的机制示意图；
图2为本发明所述消除溴化氢浓缩残留的反应机制原理图。
【具体实施方式】
下面结合说明书附图以及一个具体实施例对本发明做进一步介绍。
从背景技术中结合附图1，可知溴化氢浓缩残留主要是因为刻蚀后，晶圆片上Si-Br化合物与H2O分子发生图1中R2的反应，生成溴化氢HBr导致，所以本发明的思路是阻止R2反应过程的发生，
因此本发明所述方法，将氟基气体送入刻蚀反应腔室，并与氧气混合，这样氟基气体离子化后，会发生如图2的反应：
Si-Br+O2/F·---→Si-O-Br+Si-F-Br
HBr+O2/F·---→H2O(g)+O-Br+F-Br(氧化产物oxidation product)
从上述反应式可知，有氧条件下，氟离子F·破坏Si-Br之间的化学键，生成较稳定的Si-O-Br以及Si-F-Br，另一方面与残留的HBr反应与溴离子Br·结合生成气态的H2O(g)和F-Br(氧化产物oxidation product)，然后被真空泵抽走。这样一方面阻止了Si-Br与H2O反应生成Hbr，另一方面又消除了残留HBr的产生，即可达到避免生成溴化氢浓缩残留的目的。
在本实施例中，氟基气体采用氟化硫SF6气体。刻蚀制程结束时，在静电吸盘的释放电荷dechuck流程中，将氟化硫SF6气体混合氧气，充入刻蚀反应腔室。氧气与氟基气体的流量比为30∶1～20∶1。
静电吸盘其释放电荷的具体流程如下：
(1)将02和SF6混合气体总流量400～500sccm(sccm为流量单位)，通入刻蚀反应腔室。反应腔压力15～30mtorr(torr为真空度单位)，工作温度40～70摄氏度，反应时间8～30s。
(2)将O2和SF6混合气体总流量400～500sccm(sccm为流量单位)，通入刻蚀反应腔室。反应腔压力15～30mtorr(torr为真空度单位)，工作温度40～70摄氏度，保持TCP射频(用于静电吸盘上离子加速偏置)功率600～1000w，反应时间5～30s。
在上述具体实施例中，氟基气体并不仅局限于氟化硫SF6，还可以使用氟化氮NF3气体，采用相同的工艺参数也可以达到目的。
采用了本发明所述工艺方法之后，因为溴化氢浓缩而导致的晶圆局部腐蚀污染大大降低，提高了产品的成品率，并降低了设备管道的所需清洗频率。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案。不脱离本发明精神和范围的任何修改或局部替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种消除干法刻蚀中溴化氢浓缩残留方法，用于消除干法刻蚀制程中残留浓缩的溴化氢对晶圆及设备的污染，其特征在于在刻蚀制程中将氟基气体通入刻蚀反应腔室。
2.如权利要求1所述的消除溴化氢浓缩残留方法，其特征在于所述氟基气体为氟化硫气体或氟化氮气体。
3.如权利要求1或者2所述的消除溴化氢浓缩残留方法，其特征在于氟基气体是刻蚀制程结束时，在静电吸盘的释放电荷流程中，混合氧气充入的。
4.如权利要求3所述的消除溴化氢浓缩残留方法，其特征在于所述静电吸盘的释放电荷流程中，氧气与氟基气体的流量比为30∶1～20∶1。
5.如权利要求3所述的消除溴化氢浓缩残留方法，其特征在于所述用于保持晶圆的静电吸盘其释放电荷的流程如下：
(1)氧气与氟基气体总流量400～500sccm通入刻蚀反应腔，反应腔压力15～30mtorr，工作温度40～70摄氏度，反应时间8～30s。
(2)氧气与氟基气体总流量400～500sccm通入刻蚀反应腔，反应腔压力15～30mtorr，工作温度40～70摄氏度，用于静电吸盘上离子加速偏置的TCP射频功率保持600～1000w，反应时间5～30s。
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