CN101894737B

CN101894737B - 腔室环境的控制方法

Info

Publication number: CN101894737B
Application number: CN2009100848698A
Authority: CN
Inventors: 吴桂龙
Original assignee: Beijing North Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Beijing North Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2009-05-19
Filing date: 2009-05-19
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2029-05-19
Also published as: CN101894737A

Abstract

本发明提供一种腔室环境的控制方法，包括：对晶片进行等离子体加工工艺前，在腔室内原位沉积钝化层，使得腔室内部环境均被该钝化层覆盖，接着进行该晶片的等离子体加工工艺，于是各个晶片在加工过程中腔室内均为被钝化层覆盖的环境。在以后其他晶片的等离子体加工时，可以每隔几个晶片重复沉积一次所述钝化层，可选的，每连续加工一定数量的晶片后，在下一晶片加工前重新沉积一次钝化层。优选的，在腔室内原位沉积钝化层之后还包括：对所述钝化层进行等离子体清洗，以去除所述钝化层表面的附着物。采用本发明提供的控制方法在批量晶片的等离子体加工过程中控制腔室内的环境，有利于提高等离子体加工的生产效率和降低成本。

Description

腔室环境的控制方法

技术领域

本发明涉及等离子体加工技术领域，特别涉及一种等离子体加工腔室环境的控制方法。

背景技术

集成电路或太阳能电池等工业中，通常采用等离子体刻蚀、等离子体辅助化学气相沉积等等离子体加工工艺在半导体材料的晶片内或晶片上形成平面电路结构。而在批量化的生产过程中，各个晶片之间的等离子体加工的工艺稳定性成为一个主要的考虑因素。

一般来说，等离子体加工的腔室内附着的化合物将是引起工艺(刻蚀的形貌、刻蚀的选择性、刻蚀或沉积速率和均匀性等)漂移的重要因素之一。例如，随着对晶片的刻蚀，在等离子体刻蚀的腔室内壁上会沉积一些副产物，从而形成附着的化合物，这些副产物可能吸收或放出对后续等离子体加工工艺有影响的气体，或者通过化学反应消耗掉化学气相沉积的反应气体，这对等离子体加工工艺的稳定性来说是很不利的。因此，业内一直致力于控制腔室环境的研究，以增加等离子体加工机台的稳定性、提高机台的保养周期。

为了保证工艺的稳定性，通常采用两种方式。其一是自动清洗步骤(waferless auto clean，WAC)，即在高压高射频功率的条件下对腔室进行等离子清洗，所述等离子清洗通常由两个主要工艺步骤组成：第一步工艺的工艺气体包含体积比大于75％的含氟气体，形成等离子体后用来去除附着化合物中的硅和硅基副产物；第二步工艺的工艺气体包含体积比大于50％的氧气，形成等离子体后用来去除碳和碳基副产物。但这种方式由于大量的含氟气体，其中的F会对腔室内机械部件的防护涂层造成破坏并生成副产物，不仅增加了机台的维护成本而且影响了腔室中的环境。

其二是通常所说的“暖机”，通过刻蚀与待加工晶片(产品晶片)的材质和结构相仿的暖机晶片，在腔室内壁形成附着的化合物，从而使得腔室预先具有与待加工晶片刻蚀或沉积过程相同的环境，于是可以保证连续加工多批次产品晶片时片间的工艺稳定性。这种方式虽然不会对腔室内机械部件的防护涂层造成破坏，但是，由于在每个产品晶片加工前都需要单独刻蚀暖机晶片，不能和正常的产品晶片加工在同一过程中进行，从而影响了生产效率，而且增加暖机晶片也提高了生产成本。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种腔室环境的控制方法，有利于提高生产效率和降低成本。

为解决上述问题，本发明一种腔室环境的控制方法，包括：

对晶片进行等离子体加工工艺前，在腔室内原位沉积钝化层，接着进行该晶片的等离子体加工工艺。

对多个晶片进行等离子体加工时，每连续加工一定数量的晶片后，在下一晶片加工前重新沉积一次钝化层。

在腔室内原位沉积钝化层之后还包括：对所述钝化层进行等离子体清洗，以去除所述钝化层表面的附着物。

对多个晶片进行等离子体加工时，所述去除钝化层表面的附着物会消耗一定厚度的钝化层，还包括：

在所述钝化层被多次等离子体清洗所消耗尽之前，重新沉积钝化层。

所述重新沉积钝化层的频率由等离子体清洗的效果确定。

所述钝化层为抗含氟等离子体材料。

所述钝化层包括氧化硅、氧化铝、氧化钇、氮化硅、氮化钛和氮氧化硅中的一种或至少两种的组合。

另外，本发明还提供一种腔室环境的控制方法，包括以下处理步骤：

晶片进行等离子体加工工艺前，先对腔室内进行等离子体清洗，接着在清洗后的腔室内原位沉积钝化层，接着进行该晶片的等离子体加工工艺。

对多个晶片进行等离子体加工时，每一晶片进行等离子体加工工艺前均进行所述处理步骤。

所述钝化层为抗含氟等离子体材料。

本发明提供另一种腔室环境的控制方法，在包括以下步骤：

执行工艺机台保养；

对腔室内进行等离子体清洗，以去除机台保养过程中的杂质；

在清洗后的腔室内原位沉积钝化层。

上述技术方案具有以下优点：

本发明提供的一种腔室环境的控制方法，不必单独刻蚀暖机晶片，只需要在晶片(即产品晶片)的等离子体加工工艺前原位沉积钝化层，使得腔室在等离子体加工工艺前保持相同的环境，就能够保证工艺的稳定性，由于和正常的产品晶片生产结合在一起，不仅省去暖机晶片的装片、加工、取片等步骤，而且节省晶片的使用，从而有利于提高生产效率和降低成本。

本发明提供的另一种腔室环境的控制方法，在批量生产各个晶片的过程中，不必单独刻蚀暖机晶片，只需要在晶片等离子体加工工艺前进行等离子体清洗并原位沉积钝化层，就能够保证工艺的稳定性，因为沉积钝化层的步骤与正常的产品晶片生产相结合，不仅省去暖机晶片的装片、加工、取片等步骤，而且节省晶片的使用，从而有利于提高生产效率和降低成本。

本发明提供的又一种腔室环境的控制方法，在机台定期保养后采用沉积钝化层的方式代替传统的暖机步骤，以提高等离子体加工工艺的稳定性，所述钝化层可以避免等离子体对腔室内部的破坏，增加机台的配件的寿命，从而减少生产成本，而且，没有使用暖机晶片，能够增加机台的生产效率。

附图说明

通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为实施例一中所采用的等离子体刻蚀机台的示意图；

图2为实施例一中腔室环境的控制方法的流程图；

图3为实施例二中腔室环境的控制方法的流程图；

图4为实施例二中各个晶片刻蚀速率的分布图；

图5为实施例三中腔室环境的控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示装置结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为突出本发明的特点，附图中没有给出与本发明的发明点必然直接相关的部分。

在等离子体加工过程中，加工机台腔室内部的附着物是影响批量生产工艺稳定性的重要因素，通常采用“暖机”来控制腔室内的环境，以保持附着物的组成和含量的均一性和稳定性，即通过刻蚀与待加工晶片(或称产品晶片)的材质和结构相仿的暖机晶片，在腔室内壁形成附着物，从而使得腔室预先具有与待加工晶片刻蚀或沉积过程相同的环境，于是可以保证连续加工多批次产品晶片时片间的工艺稳定性。这种方式虽然不会对腔室内机械部件的防护涂层造成破坏，但是，由于在每个产品晶片加工前都需要单独刻蚀暖机晶片，不能和正常的产品晶片加工在同一过程中进行，从而影响了生产效率，而且增加暖机晶片也提高了生产成本。

本发明的技术方案采用在腔室内原位沉积钝化层的方法来代替传统的“暖机”工艺，从而能够提高生产效率和降低成本。

所述方法具体包括：对晶片进行等离子体加工工艺前，在腔室内原位沉积钝化层，使得腔室内部环境均被该钝化层覆盖，接着进行该晶片的等离子体加工工艺，于是各个晶片在加工过程中腔室内均为被钝化层覆盖的环境。在以后其他晶片的等离子体加工时，可以每隔几个晶片重复沉积一次所述钝化层，例如可选的，每连续加工一定数量的晶片后，在下一晶片加工前重新沉积一次钝化层。优选的，在腔室内原位沉积钝化层之后还包括：对所述钝化层进行等离子体清洗，以去除所述钝化层表面的附着物。

以下结合附图详细说明本发明技术方案提供的腔室环境的控制方法的一个优选的实施例。

实施例一

图1为本实施例中所采用的等离子体刻蚀机台的示意图，如图1所示，在对半导体晶片(例如硅片102)进行等离子体刻蚀工艺时，硅片102被传入工艺腔室101内，并被放置在静电卡盘103上，当静电卡盘103将硅片102吸附固定后，工艺气体由喷嘴104通入工艺腔室101，并对工艺气体施加射频功率，使之产生等离子体105，从而实现对硅片102的刻蚀。

在本实施例中，利用上述等离子体刻蚀机台对多个晶片进行加工，通过腔室环境的控制方法保证各个晶片之间的工艺稳定性，防止引起工艺漂移，导致刻蚀的形貌、刻蚀的选择性、刻蚀或沉积速率和均匀性等发生偏差。图2为本实施例所述腔室环境的控制方法的流程图。如图所示，所述控制方法包括以下步骤：

步骤S11：对第一晶片进行等离子体加工工艺前，在腔室101内原位沉积钝化层，接着对所述钝化层进行等离子体清洗，其中第一晶片为开始批量晶片加工的首片晶片，例如为硅片102；所述钝化层为抗含氟等离子体材料，不易与含氟的等离子体反应；

接着按照预先设计，执行第一晶片的等离子体加工工艺，本实施例中，该等离子体加工工艺为等离子体刻蚀，在刻蚀反应过程中，刻蚀的副产物会吸附在腔室101内的钝化层表面而形成附着物；在本发明的其他实施例中，所述等离子体加工工艺也可以为PECVD工艺，沉积反应的副产物同样会吸附在腔室101内的钝化层表面而形成附着物；

步骤S12：对第一晶片后面的晶片进行等离子体加工工艺前，对腔室101内进行等离子体清洗，以去除所述钝化层表面的附着物；该等离子体清洗步骤可以每隔几个晶片进行一次，也可以每一晶片开始等离子体加工前都进行清洗；

接着将待加工晶片传送于静电卡盘103上，进行该晶片的等离子体加工工艺。

上述控制方法中，所述钝化层包括氧化硅、氧化铝、氧化钇、氮化硅、氮化钛和氮氧化硅中的一种或至少两种的组合。本实施例中所述钝化层例如为氧化硅层(SiO₂)，沉积的方式例如采用等离子体状态下TEOS分解制备或者采用SiH₄和O₂或O₃反应等方式来制备，所述氧化硅层的厚度可以为10A至10000A，优选为500A。

所述等离子清洗通常由两个主要工艺组成：第一步工艺的工艺气体包含体积比大于75％的含氟气体，形成等离子体后用来去除附着物中的硅和硅基副产物；第二步工艺的工艺气体包含体积比大于50％的氧气，形成等离子体后用来去除碳和碳基副产物。

这样以来，加工第一晶片前，腔室101内覆盖经过等离子体清洗的钝化层，而后晶片加工前，通过等离子体清洗去除前一次晶片加工过程中形成于所述钝化层表面的各种附着物，使得腔室101内仍然覆盖经过等离子体清洗的钝化层，避免附着物对腔室环境的影响，从而能够保证晶片加工时腔室内环境的一致，继而提高等离子体加工工艺的稳定性。

现有技术中，采用“暖机”来控制腔室内的环境，即通过刻蚀与待加工晶片(或称产品晶片)的材质和结构相仿的暖机晶片，在腔室内壁形成附着物，从而使得腔室预先具有与待加工晶片刻蚀或沉积过程相同的环境，相对于现有技术，本实施例中所述的腔室环境的控制方法，不必单独刻蚀暖机晶片，只需要在第一晶片(即产品晶片)的等离子体加工工艺前原位沉积钝化层并进行等离子体清洗，以后晶片的等离子体加工工艺前对钝化层进行等离子体清洗，就能够保证工艺的稳定性，不仅省去暖机晶片的装片、加工、取片等步骤，而且节省晶片的使用，从而有利于提高生产效率和降低成本。此外，钝化层覆盖于腔室的内壁，能够降低等离子体对腔室内壁的损伤。

上述腔室环境的控制方法中，采用等离子体清洗去除钝化层表面的附着物会消耗一定厚度的钝化层，本发明的另一实施例中，所述控制方法还包括：

所述重新沉积钝化层的频率由等离子体清洗的效果确定，等离子的清洗效果主要通过刻蚀速率的变化、终点监测的谱线的变化、及腔室里颗粒的变化等来决定。所述重新沉积钝化层的频率为每隔3～100片进行一次。例如氧化硅层可以根据具体的工艺不同可以选择不同的沉积厚度，同时还可以根据不同的清洗效果选择不同的沉积氧化硅层的频率。例如氧化硅的沉积频率可以是1次/3～100片或1次/1～5天，氧化硅的沉积厚度范围是10A～1000A，最佳厚度根据不同的工艺采用不同的沉积厚度。

在本发明的其他实施例中，也可以省去等离子体清洗的步骤，也能在一定程度上保持腔室内部环境的一致性，提高等离子体加工工艺的稳定性，相对于以上实施例而言，由于减少一个步骤，能够进一步提高生产效率。

下面结合附图给出本发明所述腔室环境的控制方法的又一实施例。

实施例二

本实施例中等离子体加工机台与实施例一相同，在此不再赘述。图3为本实施例所述腔室环境的控制方法的流程图。如图所示，所述控制方法包括以下步骤：

步骤S21：对晶片进行等离子体加工工艺前，先对腔室101(见图1)内进行等离子体清洗，以去除腔室内的附着物(对第一晶片之后的晶片来说，所述附着物还包括前一次沉积的钝化层)；

步骤S22：接着在清洗后的腔室101内原位沉积钝化层。

然后再对该晶片进行等离子体加工工艺。所述等离子体加工工艺可以为刻蚀也可以为沉积。

其中所述钝化层为抗含氟等离子体材料。所述钝化层包括氧化硅、氧化铝、氧化钇、氮化硅、氮化钛和氮氧化硅中的一种或至少两种的组合。

本实施例实际上是把原位沉积钝化层和等离子体清洗工艺集成在一起，即在传统的等离子体清洗(包括两个主要工艺，见实施例一)基础上增加钝化层的沉积。在批量加工的晶片片间采用此方法，可以使得腔室101内在等离子体加工时均为覆盖钝化层的状态，从而保证工艺的稳定性。优选的，可以每一个晶片的片间均进行等离子体清洗和沉积钝化层的步骤，例如，采用Cl₂和HBr为刻蚀工艺气体对晶片进行栅极图形的刻蚀，各个晶片的片间采用本实施例所述的腔室环境控制方法，图4为各个晶片刻蚀速率的分布图，如图所示，分别测量第1、5、10、15、20、25位置处的多晶硅栅极的刻蚀速率，可见，不同晶片的刻蚀速率保持在1380A/min附近，最大偏差也不过10A/min，批量晶片的刻蚀工艺更加稳定。此外，相对刻蚀速率而言，由于栅极轮廓和关键尺寸对腔室环境更为敏感，采用本实施例的腔室环境控制方法更有利于改善栅极轮廓和关键尺寸。

现有技术中，采用“暖机”来控制腔室内的环境，即通过刻蚀与待加工晶片(或称产品晶片)的材质和结构相仿的暖机晶片，在腔室内壁形成附着物，从而使得腔室预先具有与待加工晶片刻蚀或沉积过程相同的环境，相对于现有技术，本实施例中所述的腔室环境的控制方法，不必单独刻蚀暖机晶片，只需要在晶片等离子体加工工艺前进行等离子体清洗并原位沉积钝化层，就能够保证工艺的稳定性，不仅省去暖机晶片的装片、加工、取片等步骤，而且节省晶片的使用，从而有利于提高生产效率和降低成本。

与实施例一不同的是，本实施例的控制方法应用在批量生产的过程中，先对腔室内等离子体清洗再原位沉积钝化层，而且优选的，每次晶片加工前都要进行等离子体清洗和原位沉积的步骤。本发明的其他实施例中，也可以每连续加工一定数量的晶片后(例如每加工3-400片晶片为一个周期)，在下一晶片加工前重新对腔室内等离子体清洗再沉积一次钝化层，有利于提高效率。

除此以外，所述腔室环境的控制方法也可以用于等离子体加工机台保养后的恢复过程。具体在以下实施例中介绍。

实施例三

图5为本实施例所述腔室环境的控制方法的流程图。如图所示，所述控制方法包括以下步骤：

步骤S31：执行等离子体工艺机台保养(process maintenance，PM)；

步骤S32：对腔室内进行等离子体清洗，以去除机台保养过程中的杂质；

步骤S33：在清洗后的腔室内原位沉积钝化层。

所述钝化层为抗含氟等离子体材料。所述钝化层包括氧化硅、氧化铝、氧化钇、氮化硅、氮化钛和氮氧化硅中的一种或至少两种的组合。本实施例中所述钝化层例如为氧化硅层(SiO2)，沉积的方式例如采用等离子体状态下TEOS分解制备或者采用SiH4和O2或O3反应等方式来制备，所述氧化硅层的厚度可以为10A至10000A，优选为500A。

本实施例的控制方法在机台定期保养后采用沉积钝化层的方式代替传统的暖机步骤，以提高等离子体加工工艺的稳定性，相对于现有技术，所述钝化层可以避免等离子体对腔室内部的破坏，增加机台的配件的寿命，从而减少生产成本，而且，没有使用暖机晶片，能够增加机台的生产效率。

需要说明的是，以上实施例中等离子体加工机台以等离子体刻蚀机台为示例，除此以外，在本发明的其他实施例中，所述等离子体加工机台也可以为PECVD、磁控溅射等机台。另外，沉积的钝化层也可以采用其它的沉积物例如CxFy和HBr制备的碳基的副产物等。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种腔室环境的控制方法，其特征在于，包括：

对晶片进行等离子体加工工艺前，在腔室内原位沉积钝化层，使得腔室预先具有与晶片进行等离子体加工工艺过程中相同的腔室环境，接着进行晶片的等离子体加工工艺。

2.根据权利要求1所述的腔室环境的控制方法，对多个晶片进行等离子体加工时，其特征在于，每连续加工一定数量的晶片后，在下一晶片加工前重新沉积一次钝化层。

3.根据权利要求1或2所述的腔室环境的控制方法，其特征在于，在腔室内原位沉积钝化层之后还包括：对所述钝化层进行等离子体清洗，以去除所述钝化层表面的附着物。

4.根据权利要求3所述的腔室环境的控制方法，对多个晶片进行等离子体加工时，所述去除钝化层表面的附着物会消耗一定厚度的钝化层，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求4所述的腔室环境的控制方法，其特征在于，所述重新沉积钝化层的频率由等离子体清洗的效果确定。

6.根据权利要求1所述的腔室环境的控制方法，其特征在于，所述钝化层为抗含氟等离子体材料。

7.根据权利要求1所述的腔室环境的控制方法，其特征在于，所述钝化层包括氧化硅、氧化铝、氧化钇、氮化硅、氮化钛和氮氧化硅中的一种或至少两种的组合。

8.一种腔室环境的控制方法，其特征在于，包括以下处理步骤：

晶片进行等离子体加工工艺前，先对腔室内进行等离子体清洗，接着在清洗后的腔室内原位沉积钝化层，使得腔室预先具有与晶片进行等离子体加工工艺过程中相同的腔室环境，接着进行晶片的等离子体加工工艺。

9.根据权利要求8所述的腔室环境的控制方法，对多个晶片进行等离子体加工时，其特征在于，每一晶片进行等离子体加工工艺前均进行所述处理步骤。

10.根据权利要求8所述的腔室环境的控制方法，其特征在于，所述钝化层为抗含氟等离子体材料。

11.根据权利要求8所述的腔室环境的控制方法，其特征在于，所述钝化层包括氧化硅、氧化铝、氧化钇、氮化硅、氮化钛和氮氧化硅中的一种或至少两种的组合。

12.一种腔室环境的控制方法，其特征在于，在包括以下步骤：

执行工艺机台保养；

在清洗后的腔室内原位沉积钝化层，使得腔室预先具有与晶片进行等离子体加工工艺过程中相同的腔室环境。

13.根据权利要求12所述的腔室环境的控制方法，其特征在于，所述钝化层包括氧化硅、氧化铝、氧化钇、氮化硅、氮化钛和氮氧化硅中的一种或至少两种的组合。