CN104867804B - 晶片刻蚀腔室的清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶片刻蚀腔室的清洗方法，适用于具有铝衬底的晶片刻蚀工艺，在刻蚀数片晶片之后刻蚀腔室内会产生沉积的铝和铝聚合物，通过利用含有O2、CF4的反应气体对刻蚀腔室进行莲蓬头清洗程式，去除沉积的铝和铝聚合物，来消除露铝腔室环境对晶片刻蚀速率的影响，使刻蚀速率回复到接近标准值，并减少记忆效应，减少晶片之间的差异，提高晶片的可靠性。

Description

晶片刻蚀腔室的清洗方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，尤其涉及一种晶片刻蚀腔室的清洗方法，用于消除露铝腔室环境对晶片刻蚀速率的影响。
背景技术
半导体晶片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模图形复制到半导体晶片表面，等离子体刻蚀具有选择性好、对衬底的损伤较小、各向异性好等特点，晶片的等离子体刻蚀的原理是：在低压下，工艺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，刻蚀腔室中的工艺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；活性反应基团和被刻蚀晶片表面形成化学反应并形成反应生成物；反应生成物脱离被刻蚀晶片表面，并被真空系统抽出刻蚀腔室。
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刻蚀腔室壁表面。随着刻蚀工艺的进行，刻蚀腔室壁沉积物不断堆积，使得工艺过程中的刻蚀腔室环境不断变化，这种变化会影响到刻蚀速率及其均匀性等工艺参数，造成刻蚀工艺的漂移。
尤其是，在刻蚀以铝为衬底的氧化膜晶片时，铝被等离子轰击，溅射而出，沉积在腔体内，特别是沉积在上电极(Showerhead)。同时，铝及铝的聚合物会使等离子对氧化膜的刻蚀速率升高。现有工艺以最小刻蚀速率为基准值，设计过刻蚀量，随着刻蚀速率的提升，等离子体对器件的损伤度也相应变高。
现有技术提供了一些清洗晶片刻蚀腔室的方法。其中之一是在每片晶片刻蚀工艺结束后都对刻蚀腔室进行干法清洗，所谓干法清洗就是在刻蚀腔室中没有硅片的情况下，通入清洗用的反应气体，去除刻蚀腔室内的沉积物，但是这种方法在每片晶片刻蚀结束后都进行一次清洗，严重影响生产效率。另一种方法是在一卡(通常为25片)晶片刻蚀完成之后，进行一次刻蚀腔室的清洗，但是一卡晶片中的前几片和最后几片刻蚀速率会相差较大，导致晶片之间存在较大的差异，影响晶片的可靠性。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种晶片刻蚀腔室的清洗方法，以消除露铝(Aluminum-exposed)腔室环境对晶片刻蚀速率的影响。
本发明提供的晶片刻蚀腔室的清洗方法，其包括以下步骤：
具有铝衬底的晶片在刻蚀腔室中进行刻蚀工艺，刻蚀过程中刻蚀腔室内产生沉积的铝和铝聚合物；
每刻蚀完成数片晶片之后，对刻蚀腔室进行莲蓬头清洗程式(Showerhead Clean)以去除沉积的铝和铝聚合物，所述莲蓬头清洗程式包括利用含有O2、CF4的反应气体；
其中，对刻蚀工艺的刻蚀速率进行检测，若检测到刻蚀速率高于预设阈值，则停止下一晶片的刻蚀，而对刻蚀腔室进行莲蓬头清洗程式。
进一步地，所述清洗方法包括利用刻蚀速率检测设备对刻蚀工艺的刻蚀速率进行检测。
进一步地，所述清洗方法包括通过刻蚀速率的检测，来确定每刻蚀完成N片晶片之后，对刻蚀腔室进行莲蓬头清洗程式，N为1-25。
进一步地，所述莲蓬头清洗程式中反应气体的流量为100-500sccm，射频功率为100-1500W。
进一步地，所述莲蓬头清洗程式去除刻蚀腔室内上电极(Showerhead，莲蓬头)的沉积铝和铝聚合物。
进一步地，所述莲蓬头清洗程式中反应气体还包括Ar。
进一步地，所述莲蓬头清洗程式过程中刻蚀腔室内放置裸硅晶片(bare Si)。
进一步地，所述清洗方法中的刻蚀工艺为钝化层刻蚀工艺。
本发明提供的晶片刻蚀腔室的清洗方法，适用于具有铝衬底的晶片刻蚀工艺，在刻蚀数片晶片之后刻蚀腔室内会产生沉积的铝和铝聚合物，尤其是上电极，通过利用含有O2、CF4的反应气体对刻蚀腔室进行莲蓬头清洗程式，去除沉积的铝和铝聚合物，来消除露铝腔室环境对晶片刻蚀速率的影响，使刻蚀速率回复到接近标准值，并减少记忆效应(memoryeffect)，减少晶片之间的差异，提高晶片的可靠性。
附图说明
为能更清楚理解本发明的目的、特点和优点，以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细描述，其中：
图1是本发明晶片刻蚀腔室的清洗方法的流程示意图。
具体实施方式
请参阅图1，本实施例的晶片刻蚀腔室的清洗方法，适用于具有铝衬底的晶片刻蚀工艺，其包括以下步骤：
步骤1，将一批具有铝衬底的晶片在刻蚀腔室中进行刻蚀工艺，晶片的刻蚀过程中刻蚀腔室内产生沉积的铝和铝聚合物，尤其是上电极，沉积的铝和铝聚合物会逐步增加晶片刻蚀的刻蚀速率，导致晶片与晶片之间的差异，影响晶片的可靠性。一批进行刻蚀工艺的晶片一般可以包括数卡，而每卡则有25片晶片。
步骤2，每刻蚀完成数片晶片之后，对刻蚀腔室进行莲蓬头清洗程式以去除沉积的铝和铝聚合物，所述莲蓬头清洗程式包括利用含有O2、CF4的反应气体。
本实施例中，每刻蚀完成晶片的数量可以根据露铝腔室环境对刻蚀速率的影响情况而定。较佳地，可以对刻蚀速率预设一个预设阈值，并对刻蚀工艺的刻蚀速率进行检测，一旦检测到某一片晶片刻蚀完成后，刻蚀速率高于该预设阈值，则停止下一晶片的刻蚀，而对刻蚀腔室进行莲蓬头清洗程式。更佳地，利用刻蚀速率检测设备对刻蚀工艺的刻蚀速率进行检测，如中微半导体公司的Primo DRIE设备。实际应用中，可以根据检测得到的经验，设定为每1-25片晶片刻蚀完成之后，进行莲蓬头清洗程式，如下面的效果实施例。
实际应用中，在确定进行莲蓬头清洗程式的晶片数量之后，可以不进行刻蚀速率的检测，而进行晶片的大批量刻蚀工艺，只需要在确定的晶片数量刻蚀完成之后，自动进行一次莲蓬头清洗程式即可。
为了提高去除铝和铝聚合物的清洗效果，较佳地采用大流量、高能量的莲蓬头清洗程式，即反应气体的流量为100-500sccm，射频功率为100-1500W。本实施例的反应气体含有O2、CF4，两者可以是任意比例，较佳地，反应气体还可以包括Ar。
为了确保清洗效果，莲蓬头清洗程式过程中刻蚀腔室内放置裸硅晶片，避免铝衬底中的铝再次沉积。
本实施例较佳地适用于钝化层刻蚀工艺。
以下通过效果实施例进一步对本发明进行描述：
将同一批具有铝衬底的晶片在刻蚀腔室中进行刻蚀工艺，第一片晶片刻蚀之前，刻蚀腔室为洁净腔室，利用检测设备检测到此时的刻蚀速率为V1，并作为标准刻蚀速率；进行第一片晶片的刻蚀工艺，并在每片晶片刻蚀完成后进行一次刻蚀速率的检测；当第7片晶片刻蚀完成之后，检测到刻蚀速率为V2，超过了预设阈值；则对刻蚀腔室进行莲蓬头清洗程式；清洗完成后，检测到刻蚀速率为V3。比较V1、V2和V3，计算V2和V3的偏移率见表1。
表1标准刻蚀速率V1、第7片刻蚀完成后刻蚀速率V2和清洗后刻蚀速率V3
可见，当第7片晶片刻蚀完成之后，刻蚀速率已经上升了11.36％，需要对上电极进行莲蓬头清洗程式；莲蓬头清洗程式完成之后，刻蚀速率明显下降，回复到接近标准值。

Claims (8)

1.一种晶片刻蚀腔室的清洗方法，其特征在于，包括以下步骤：
具有铝衬底的晶片在刻蚀腔室中进行刻蚀工艺，刻蚀过程中刻蚀腔室内产生沉积的铝和铝聚合物；
每刻蚀完成数片晶片之后，对刻蚀腔室进行莲蓬头清洗程式以去除沉积的铝和铝聚合物，所述莲蓬头清洗程式包括利用含有O2、CF4的反应气体通入刻蚀腔室；
其中，对刻蚀工艺的刻蚀速率进行检测，若检测到刻蚀速率高于预设阈值，则停止下一晶片的刻蚀，而对刻蚀腔室进行莲蓬头清洗程式。
2.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于：所述清洗方法包括利用刻蚀速率检测设备对刻蚀工艺的刻蚀速率进行检测。
3.根据权利要求2所述的清洗方法，其特征在于：所述清洗方法包括通过刻蚀速率的检测，来确定每刻蚀完成N片晶片之后，对刻蚀腔室进行莲蓬头清洗程式，N为1-25。
4.根据权利要求1至3任一项所述的清洗方法，其特征在于：所述莲蓬头清洗程式中反应气体的流量为100-500sccm，射频功率为100-1500W。
5.根据权利要求4所述的清洗方法，其特征在于：所述莲蓬头清洗程式中反应气体还包括Ar。
6.根据权利要求1至3任一项所述的清洗方法，其特征在于：所述莲蓬头清洗程式去除刻蚀腔室内上电极的沉积铝和铝聚合物。
7.根据权利要求1至3任一项所述的清洗方法，其特征在于：所述莲蓬头清洗程式过程中刻蚀腔室内放置裸硅晶片。
8.根据权利要求1至3任一项所述的清洗方法，其特征在于：所述清洗方法中的刻蚀工艺为钝化层刻蚀工艺。
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