CN104741340B - 反应腔室的清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的反应腔室的清洗方法，其包括以下步骤：主清洗步骤，向反应腔室内通入不含氟气体，并开启激励电源，而偏压电源保持关闭状态，以快速清除沉积在反应腔室内的绝大部分反应副产物；辅助清洗步骤，继续向反应腔室内通入不含氟气体，并保持所述激励电源开启，同时开启偏压电源，以清除残留在所述反应腔室各个位置处的反应副产物；其中，所述不含氟气体为氧气和惰性气体的混合气体。本发明提供一种反应腔室的清洗方法，其不仅可以延长湿法清洗的周期，而且还可以提高清洗效率，从而可以保持腔室环境的一致性。

Description

反应腔室的清洗方法
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种反应腔室的清洗方法。
背景技术
SiO2（二氧化硅）因其具有高绝缘性和成本低的优势常作为微加工衬底材料而被广泛应用在光波导、微机电系统以及3D封装等领域。在SiO2干法刻蚀技术中，通常采用诸如C4F8、CF4等的碳氟基气体作为刻蚀气体，并且还需要向该刻蚀气体中加入H2，以提高SiO2与掩膜的刻蚀选择比。然而，加入H2的碳氟基气体在反应过程中容易形成大量碳氢类的反应副产物，这些反应副产物中的一部分会沉积在反应腔室的腔室壁上，并且其厚度会随着工艺时间的延长而逐渐增加，这不仅会在基片刻蚀工艺的过程中产生污染颗粒，从而导致基片被污染，而且还会使得反应腔室内的碳氟含量增加，导致反应腔室的刻蚀环境改变，从而造成刻蚀结果改变。为此，通常需要在经过预定的工艺时间之后对反应腔室中的腔室内壁和零部件表面进行清洗。
目前，干法清洗（Dry clean）工艺是人们普遍应用的一种清洗工艺，其是通过向反应腔室内通入含氟、氧气体等的化学活性较强的清洗气体，并激发其形成等离子体而刻蚀沉积在腔室壁上的反应副产物。然而，含氟、氧的清洗气体通常针对硅氟类、碳氟类的反应副产物具有较好的清洗效果，而针对碳氢类的反应副产物，由于其轰击力度较弱，导致清洗效果较差，从而造成湿法清洗的周期较短（一般在60RF小时），虽然通过延长清洗时间也能清除反应副产物，提高清洗效果，但这不仅会导致清洗效率降低，而且难以长期保持腔室环境的一致性。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种反应腔室的清洗方法，其不仅可以延长湿法清洗的周期，而且还可以提高清洗效率，从而可以保持腔室环境的一致性。
为实现本发明的目的而提供一种反应腔室的清洗方法，包括以下步骤：
主清洗步骤，向反应腔室内通入不含氟气体，并开启激励电源，而偏压电源保持关闭状态，以快速清除沉积在反应腔室内的绝大部分反应副产物；
辅助清洗步骤，继续向反应腔室内通入不含氟气体，并保持所述激励电源开启，同时开启偏压电源，以清除残留在所述反应腔室各个位置处的反应副产物；
其中，所述不含氟气体为氧气和惰性气体的混合气体。
优选的，在所述主清洗步骤中，所述氧气在所述不含氟气体的总含量中的占比至少为90%。
优选的，在所述辅助清洗步骤中，所述氧气在所述不含氟气体的总含量中的占比至少为75%。
优选的，所述惰性气体包括氦气或氩气。
优选的，在所述辅助清洗步骤中，所述偏压电源输出的偏压功率的取值范围在20～200W。
优选的，在所述辅助清洗步骤中，所述偏压电源输出的偏压功率的取值范围在50～125W。
优选的，在所述主清洗步骤中，所述反应腔室的腔室压力的范围在60～100mT。
优选的，在所述主清洗步骤中，所述反应腔室的腔室压力的范围在80～85mT。
优选的，在所述辅助清洗步骤中，所述反应腔室的腔室压力的范围在2～10mT。
优选的，在所述辅助清洗步骤中，所述反应腔室的腔室压力的范围在4～7mT。
优选的，在所述主清洗步骤和辅助清洗步骤中，所述氧气的流量的取值范围在100～400sccm；所述惰性气体的流量的取值范围在5～50sccm。
优选的，在所述主清洗步骤和辅助清洗步骤中，所述氧气的流量的取值范围在200～300sccm；所述惰性气体的流量的取值范围在10～30sccm。
优选的，在所述主清洗步骤和辅助清洗步骤中，所述激励电源输出的激励功率的取值范围在1500～2500W。
优选的，在所述辅助清洗步骤和辅助清洗步骤中，所述激励电源输出的激励功率的取值范围在1800～2200W。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的反应腔室的清洗方法，其采用由氧气和惰性气体混合的不含氟气体作为清洗气体，其中，氧气可以与碳氢类的反应副产物发生化学反应，且惰性气体可以增加物理刻蚀，从而可以有效清除碳氢类的反应副产物。而且，本发明提供的反应腔室的清洗方法将清洗过程分为主清洗步骤和辅助清洗步骤，其中，通过在主清洗步骤中使偏压电源保持关闭状态，可以使等离子体的刻蚀方向主要朝向反应副产物的厚度方向，从而可以快速清除沉积在反应腔室内的绝大部分反应副产物；而后，通过在辅助清洗步骤中开启偏压电源，可以调节等离子体的分布，从而可以调节等离子体的刻蚀方向，以清除残留在反应腔室各个位置处的反应副产物。由此，借助主清洗步骤和辅助清洗步骤，不仅可以改善清洗效果，从而可以延长湿法清洗的周期；而且，还可以缩短清洗时间、提高清洗效率，从而可以保持腔室环境的一致性。
附图说明
图1为本发明提供的反应腔室的清洗方法的流程框图；
图2A为在理想的腔室环境下进行刻蚀工艺获得的基片形貌的扫描电镜图；
图2B为在采用本发明提供的反应腔室的清洗方法清洗腔室后进行刻蚀工艺获得的基片形貌的扫描电镜图；以及
图2C为在采用现有的清洗方法清洗腔室后进行刻蚀工艺获得的基片形貌的扫描电镜图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的反应腔室的清洗方法进行详细描述。
图1为本发明提供的反应腔室的清洗方法的流程框图。请参阅图1，该清洗方法包括以下步骤：
主清洗步骤，向反应腔室内通入不含氟气体，并开启激励电源，而偏压电源保持关闭状态，以快速清除沉积在反应腔室内的绝大部分反应副产物；
辅助清洗步骤，继续向反应腔室内通入不含氟气体，并保持激励电源开启，同时开启偏压电源，以清除残留在反应腔室各个位置处的反应副产物；
其中，不含氟气体为氧气和惰性气体的混合气体。惰性气体包括氦气或氩气。在进行清洗工艺的过程中，氧气可以与碳氢类的反应副产物发生化学反应，且惰性气体可以增加物理刻蚀，从而可以有效清除碳氢类的反应副产物。在主清洗步骤和辅助清洗步骤中，氧气的流量的取值范围在100～400sccm，优选的，在200～300sccm；惰性气体的流量的取值范围在5～50sccm，优选的，在10～30sccm。
在主清洗步骤中，通过使偏压电源保持关闭状态，可以使等离子体的刻蚀方向主要朝向反应副产物的厚度方向，从而可以快速清除沉积在反应腔室内的绝大部分反应副产物。
在辅助清洗步骤中，通过开启偏压电源，可以调节等离子体的分布，从而可以调节等离子体的刻蚀方向，以清除残留在反应腔室各个位置处的反应副产物。上述偏压电源输出的偏压功率的取值范围在20～200W，优选的，在50～125W。
由此，借助主清洗步骤和辅助清洗步骤，不仅可以改善清洗效果，从而可以延长湿法清洗的周期（可自30RF小时延长至150RF小时）；而且，还可以缩短清洗时间、提高清洗效率，从而可以保持腔室环境的一致性。
另外，氧气在不含氟气体的总含量中的占比对等离子体的分布具有影响，即：氧气在不含氟气体的总含量中的占比越高，等离子体朝向反应副产物的厚度方向的刻蚀速率越高，因此，通过调节氧气在不含氟气体的总含量中的占比，可以在保证清洗效果的前提下缩短清洗时间，提高清洗效率。由于主清洗步骤主要起到快速去除反应副产物的作用，这就需要提高氧气在不含氟气体的总含量中的占比，优选的，为90%以上。而辅助清洗步骤主要起到清除在反应腔室各个位置处残留的反应副产物的作用，因而可以适当降低氧气在不含氟气体的总含量中的占比，以降低等离子体在反应副产物的厚度方向上的刻蚀速率，并借助偏压电源调节等离子体的分布，以清除残留在反应腔室各个位置处的反应副产物，优选的，为75%以上。
此外，反应腔室的腔室压力也对等离子体的分布具有影响，即：腔室压力越高，则等离子体朝向反应副产物的厚度方向的刻蚀速率越高，反之，则越低。由于主清洗步骤主要起到快速去除反应副产物的作用，这就需要提高腔室压力，以提高清洗速率，优选的，在主清洗步骤中，反应腔室的腔室压力的范围在60～100mT，进一步优选为80～85mT。而辅助清洗步骤主要起到清除在反应腔室各个位置处残留的反应副产物的作用，因而可以适当降低腔室压力，优选的，反应腔室的腔室压力的范围在2～10mT，进一步优选为4～7mT。
在实际应用中，在主清洗步骤和辅助清洗步骤中，激励电源输出的激励功率的取值范围在1500～2500W，优选的，在1800～2200W。
下面分别在理想的腔室环境、采用本发明提供的反应腔室的清洗方法清洗后的腔室环境以及采用现有的清洗方法清洗后的腔室环境下，对基片进行刻蚀工艺实验。其中，本发明提供的反应腔室的清洗方法所采用的工艺参数为：在主清洗步骤中，腔室压力为85mT；激励功率为1400W；在辅助清洗步骤中，腔室压力为5mT；激励功率为1400W；偏压功率为100W。
工艺结果如图2A、图2B和图2C所示，比较图2A和图2B可以看出，在采用本发明提供的反应腔室的清洗方法清洗后的腔室环境下进行刻蚀工艺获得的基片形貌与在理想的腔室环境下进行刻蚀工艺获得的基片形貌相比，二者之间没有明显差别，由此可知，本发明提供的反应腔室的清洗方法不会影响工艺结果。而且，通过实验可知，采用本发明提供的反应腔室的清洗方法清洗后的腔室环境可在保证工艺结果不变的情况下，持续生产60RF小时。
与之相比，在采用现有的清洗方法清洗后的腔室环境下进行刻蚀工艺获得的基片形貌，如图2C所示，其在持续生产60RF小时之后，基片沟槽内附着有反应副产物，导致无法获得正常的工艺结果。
综上所述，本发明提供的反应腔室的清洗方法，其采用由氧气和惰性气体混合的不含氟气体作为清洗气体，其中，氧气可以与碳氢类的反应副产物发生化学反应，且惰性气体可以增加物理刻蚀，从而可以有效清除碳氢类的反应副产物。而且，本发明提供的反应腔室的清洗方法将清洗过程分为主清洗步骤和辅助清洗步骤，其中，通过在主清洗步骤中使偏压电源保持关闭状态，可以使等离子体的刻蚀方向主要朝向反应副产物的厚度方向，从而可以快速清除沉积在反应腔室内的绝大部分反应副产物；而后，通过在辅助清洗步骤中开启偏压电源，可以调节等离子体的分布，从而可以调节等离子体的刻蚀方向，以清除残留在反应腔室各个位置处的反应副产物。由此，借助主清洗步骤和辅助清洗步骤，不仅可以改善清洗效果，从而可以延长湿法清洗的周期；而且，还可以缩短清洗时间、提高清洗效率，从而可以保持腔室环境的一致性。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种反应腔室的清洗方法，其特征在于，包括以下步骤：
主清洗步骤，向反应腔室内通入不含氟气体，并开启激励电源，而偏压电源保持关闭状态，以朝向反应副产物的厚度方向快速清除沉积在反应腔室内的绝大部分反应副产物；
辅助清洗步骤，继续向反应腔室内通入不含氟气体，并保持所述激励电源开启，同时开启偏压电源，以清除残留在所述反应腔室各个位置处的反应副产物；
其中，所述不含氟气体为氧气和惰性气体的混合气体。
2.如权利要求1所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，在所述主清洗步骤中，所述氧气在所述不含氟气体的总含量中的占比至少为90％。
3.如权利要求1或2所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，在所述辅助清洗步骤中，所述氧气在所述不含氟气体的总含量中的占比至少为75％。
4.如权利要求1所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，所述惰性气体包括氦气或氩气。
5.如权利要求1所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，在所述辅助清洗步骤中，所述偏压电源输出的偏压功率的取值范围在20～200W。
6.如权利要求5所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，在所述辅助清洗步骤中，所述偏压电源输出的偏压功率的取值范围在50～125W。
7.如权利要求1所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，在所述主清洗步骤中，所述反应腔室的腔室压力的范围在60～100mT。
8.如权利要求7所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，在所述主清洗步骤中，所述反应腔室的腔室压力的范围在80～85mT。
9.如权利要求1所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，在所述辅助清洗步骤中，所述反应腔室的腔室压力的范围在2～10mT。
10.如权利要求9所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，在所述辅助清洗步骤中，所述反应腔室的腔室压力的范围在4～7mT。
11.如权利要求1所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，在所述主清洗步骤和辅助清洗步骤中，所述氧气的流量的取值范围在100～400sccm；所述惰性气体的流量的取值范围在5～50sccm。
12.如权利要求11所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，在所述主清洗步骤和辅助清洗步骤中，所述氧气的流量的取值范围在200～300sccm；所述惰性气体的流量的取值范围在10～30sccm。
13.如权利要求1所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，在所述主清洗步骤和辅助清洗步骤中，所述激励电源输出的激励功率的取值范围在1500～2500W。
14.如权利要求13所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，在所述主清洗步骤和辅助清洗步骤中，所述激励电源输出的激励功率的取值范围在1800～2200W。
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