CN104867815B - 一种刻蚀反应腔体的清洁方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种刻蚀反应腔体的清洁方法，包括反应腔体和进气单元；清洁方法包括：通入第一工艺气体冲洗进气单元，使进气单元内壁至少部分的反应副产物剥落；接着通入第二工艺气体，使所述第二工艺气体的等离子体与剥落的第一副产物及所述反应腔体内壁的第一副产物发生反应，以清洗反应腔体的内壁；然后通入第三工艺气体并增加所述第三工艺气体的压力，使所述第三工艺气体的等离子体与进气单元内已剥落和未剥落的第二副产物反应，以清洗进气单元的内壁；最后增加第二工艺气体的压力，与进气单元内未剥落的第一副产物发生反应，以清洗所述进气单元的内壁。本发明能够有效减小进气单元残留物沉积掉落造成晶圆中心团聚缺陷的风险。

Description

一种刻蚀反应腔体的清洁方法
技术领域
本发明属于半导体集成电路制造设备领域，涉及一种刻蚀反应腔体的清洁方法。
背景技术
近年来，随着半导体制造工艺的发展，对元件的集成度和性能要求越来越高，等离子体刻蚀(Plasma Etching Technology)通过使刻蚀气体激发形成的等离子体，在半导体制造领域中正起着举足轻重的作用。通常来说，在等离子体刻蚀装置中，等离子体一般是由位于反应腔室顶部的进气单元所排出的刻蚀气体经过射频激发形成，等离子体轰击位于卡盘上的晶圆，从而实现对晶圆的刻蚀。
图1示出一种刻蚀反应腔体的结构示意图。刻蚀反应腔体包括反应腔体1，进气单元2与反应腔体之外的反应气体源(图中未示)连接，用于将反应气体源提供的反应气体输入反应腔体中。反应气体在射频源作用下电离为等离子体，以实现对晶片的刻蚀。一般来说，为提高反应腔体的对称性，等离子体刻蚀装置采用中心进气，进气单元2设置于反应腔体上部绝缘盖板的中心位置处。反应腔体还与外置的真空抽气装置(图中未示)相连接，用以将用过的反应气体抽出反应腔体1。
然而，当反应腔体使用时间较长时，刻蚀副产物会附着在腔体内壁上，如此在接下来的刻蚀过程中，这些附着的副产物也会受到等离子体轰击产生颗粒掉落在晶圆上污染晶圆。因此，为提高刻蚀的稳定性，在执行刻蚀工艺之前，通常会对反应腔体进行清洗。传统对反应腔体进行清洗时，多是在低真空压力环境下进行，然而真空抽气装置通常具有较强的抽气能力，清洗用反应气体的等离子体还未与副产物充分反应就可能会很快被真空抽气装置抽离反应腔体，从而降低了清洗效果；而位于反应腔体远端的进气单元由于进气口路径较长更难以被完全清洗，导致进气单元内壁副产物残留的叠加，增加掉落在晶圆中心发生团聚缺陷和造成产品良率降低的风险。
因此，有必要对现有的刻蚀反应腔体的清洗方法做进一步改进，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种刻蚀反应腔体的清洁方法，能够防止因进气单元残留物沉积造成晶圆中心的团聚缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种刻蚀反应腔体的清洁方法，包括反应腔体和进气单元，所述反应腔体的清洁方法包括：
步骤1：通入第一工艺气体冲洗所述进气单元，使所述进气单元内壁至少部分的反应副产物剥落；其中，所述反应副产物包括第一副产物和第二副产物；
步骤2：通入第二工艺气体并形成所述第二工艺气体的等离子体，使所述第二工艺气体的等离子体与所述剥落的第一副产物及所述反应腔体内壁的第一副产物发生反应，以清洗所述反应腔体的内壁；
步骤3：通入第三工艺气体并形成所述第三工艺气体的等离子体，增加所述第三工艺气体的压力，使所述第三工艺气体的等离子体与所述进气单元内已剥落和未剥落的第二副产物发生反应，以清洗所述进气单元的内壁；
步骤4：增加所述第二工艺气体的压力，使所述第二工艺气体的等离子体与所述进气单元内未剥落的第一副产物发生反应，以清洗所述进气单元的内壁。
优选的，所述第一副产物为SiOxCly和CxOy的混合物，第二副产物为CxOy。
优选的，所述第二工艺气体为NF3和O2的混合气体，所述第三工艺气体为O2。
优选的，所述第一工艺气体的气体流量大于所述第二工艺气体的气体流量。
优选的，步骤1中通入所述第一工艺气体冲洗所述进气单元的次数大于等于5次。
优选的，步骤1中所述第一工艺气体的压力小于步骤2中所述第二工艺气体的压力，气体流量为大于等于500sccm；步骤2中所述第二工艺气体的压力为小于等于10mT，气体流量为小于等于50sccm。
优选的，步骤3中所述第三工艺气体和步骤4中第二工艺气体的压力均大于步骤2中所述第二工艺气体的压力，步骤3中所述第三工艺气体和步骤4中第二工艺气体的压力均大于60mT。
优选的，还包括通过化学气相沉积在所述腔体内壁上生长一层SiOxCly的步骤。
优选的，所述进气单元设置于所述反应腔体顶部且位于待刻蚀晶圆的正上方。
优选的，所述反应腔体还包括抽气单元，所述抽气单元通过调节阀与所述反应腔体相连，所述清洗方法的各步骤中通过控制所述调节阀的开度以调节所述反应腔体内的气压。
与现有的方案相比，本发明的清洗方法的有益效果在于通过先使用低压力、高流量气体对腔体进行反复冲洗，剥离进气单元内壁的大部分刻蚀副产物，再使用小流量含氟气体的等离子体对剥离和沉积于腔体内壁的第一副产物同时进行清洗，接着使用较高压力下刻蚀气体氧气对剥离和沉积于进气单元的第二副产物同时进行清洗，最后利用较高压力下小流量含氟气体的等离子体的反流特性延长等离子体在进气单元中的停留时间、增加对进气单元内壁中第一副产物的刻蚀反应，去除其死角的刻蚀副产物，最终达到减少晶圆刻蚀时副产物掉落风险，优化晶圆中心团聚缺陷的目的，并且本发明的清洗方法实现简单成本低廉，减少刻蚀工艺缺陷，提高产品良率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中刻蚀反应腔体的结构示意图；
图2为本发明一实施例的反应腔体清洗方法的流程图；
图3a～3g为本发明一实施例的反应腔体清洗方法的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
图2显示了本发明一实施例的腔体清洗方法的流程图，图3a～3g显示了为本发明一实施例的腔体清洗方法的示意图。应该理解，图中等离子体刻蚀装置仅仅是示例性的，其可以包括更少或更多的组成元件，或该组成元件的安排可能与图3a～3g所示不同。
如图3a～3g所示，刻蚀装置包括反应腔体30，进气单元31和抽气单元。进气单元31用于将腔体清洗工艺中所需的反应气体输入等反应腔体30内。抽气单元(例如真空泵)通过调节阀与反应腔体相连接，用以在清洗过程中将反应腔体内用过的反应气体及反应生成气体抽出反应腔体30。通过调节阀的开度控制可调节抽气单元的抽气率，也就可以控制反应腔体内的气压。本实施例中，等离子体刻蚀装置采用中心进气，进气单元31设置于反应腔体顶部的中心位置处且位于待刻蚀晶圆的正上方。
接下来将结合图2和图3a～3g对本发明的清洗方法加以详细说明。
首先，进行步骤1：通入第一工艺气体冲洗所述进气单元，使所述进气单元内壁至少部分的反应副产物剥落；其中，所述反应副产物包括第一副产物和第二副产物。
请参考图3a，反应腔体使用时间较长时，腔体30和进气单元31的内壁均附着了一层刻蚀副产物32，本实施例中，第一副产物为SiOxCly和CxOy的混合物，第二副产物为CxOy。刻蚀副产物32会影响后续等离子体刻蚀工艺的均匀性和稳定性，特别是进气单元31内壁所附着的刻蚀副产物32，不仅难以清洗且若在等离子体刻蚀过程中掉落很可能直接造成晶圆缺陷。
请继续参考图3b，为了能彻底清除进气单元31内壁所附着的刻蚀副产物32，本实施例中首先以大气体流量通入第一工艺气体冲洗进气单元，此时保持反应腔体内气压为低压。具体的，该步骤中，第一工艺气体的流量为大于等于500sccm，保持与抽气单元相连的调节阀的阀门全开，使得反应腔体的气压维持在低真空压力，较佳为接近0mT。在抽气单元作用下，大量气流从进气单元31快速下冲，进气单元31内壁至少部分的反应副产物可随着大流量气体带走。较佳的，进气单元的内壁可被反复冲洗，如至少被冲洗5次。即“通入大流量第一工艺气体并全开调节阀阀门——停止通入第一工艺气体并关闭调节阀阀门”这一过程可重复进行多次。其中，第一工艺气体可以是满足实际工艺需求的任何气体，本发明并不对其加以限制。由以上可知，本步骤能使沉淀于进气单元内壁的大部分第一副产物321和第二副产物322在大流量气体快速冲刷下掉落，减少了造成晶圆缺陷的污染源。
接着，进行步骤2：通入第二工艺气体并形成所述第二工艺气体的等离子体，使所述第二工艺气体的等离子体与剥落的第一副产物及反应腔体内壁的第一副产物发生反应，以清洗所述反应腔体的内壁。
请参考图3c、3d，被第一工艺气体冲刷的第一副产物321和第二副产物322从进气单元31的内壁剥落而掉落在反应腔体内，此时以较小流量通入第二工艺气体如NF3和O2的混合气体并将其电离为F-和O-等离子体，F-和O-等离子体与SiOxCly中的Si反应生成SiF4等气体产物，可被抽气单元抽走，如此达到清洗反应腔体的内壁的目的。为避免NF3和O2的混合气体被快速抽走无法充分与反应副产物发生反应，在该步骤中，控制调节阀开度为半开，减小反应腔体30中NF3和O2的混合气体的抽气率，使反应腔体内NF3气量和压力增加。如此，F-等离子体在腔体内的停留时间较长。较佳的，反应腔体30内NF3和O2的混合气体的压力保持为小于等于10mT。
然后，进行步骤3：通入第三工艺气体并形成所述第三工艺气体的等离子体，增加所述第三工艺气体的压力，使所述第三工艺气体的等离子体与所述进气单元内已剥落和未剥落的第二副产物发生反应，以清洗所述进气单元的内壁。
如图3e所示，虽然步骤S2中通入的NF3和O2的混合气体去除了腔体内壁的第一副产物和从进气单元剥落的第一副产物，但却无法彻底去除进气单元内未被第一工艺气体冲走的第二副产物。因此，在本步骤中，进一步加大反应腔体30内的气压，在腔体内产生更多的O2气体的等离子体。具体的，控制调节阀的阀门开度为接近全闭来调节反应腔体内的压力。较佳的，O2气体的压力保持为大于等于60mT。
最后，进行步骤4：增加所述第二工艺气体的压力，使所述第二工艺气体的等离子体与所述进气单元内未剥落的第一副产物发生反应，以清洗所述进气单元的内壁。
请参考图3f、3g,虽然步骤S3中通入的O2气体去除了进气单元内壁的第二副产物，但却无法彻底去除进气单元内未被第一工艺气体冲走的第一副产物。因此，在本步骤中，进一步加大反应腔体30内的气压，在腔体内产生更多的NF3和O2的混合气体的等离子体。具体的，控制调节阀的阀门开度为接近全闭来调节反应腔体内的压力。较佳的，NF3和O2的混合气体的压力保持为大于等于60mT。
由以上可知，本实施例通过增加低压力高流量的气体冲刷步骤使进气单元内的刻蚀沉淀物快速剥离，去除缺陷源头；再通过增加腔体内NF3和O2的混合气体和O2气体的压力进一步对腔体内壁和进气单元内壁进行清洗，特别是利用高压力小流量的进气方式对进气单元内壁清洗，有效提升了反应副产物SiOxCly和CxOy的混合物以及CxOy的清除效率，从而降低晶圆中心团聚缺陷的发生，提升晶圆的良率。
综上所述，本发明的清洗方法的有益效果在于通过先使用低压力、高流量气体对腔体进行反复冲洗，剥离进气单元内壁的大部分刻蚀副产物，再使用小流量含氟气体的等离子体对剥离和沉积于腔体内壁的第一副产物同时进行清洗，接着使用较高压力下刻蚀气体氧气对剥离和沉积于进气单元的第二副产物同时进行清洗，最后利用较高压力下小流量含氟气体的等离子体的反流特性延长等离子体在进气单元中的停留时间、增加对进气单元内壁中第一副产物的刻蚀反应，去除其死角的刻蚀副产物，最终达到减少晶圆刻蚀时副产物掉落风险，优化晶圆中心团聚缺陷的目的，并且本发明的清洗方法实现简单成本低廉，减少刻蚀工艺缺陷，提高产品良率。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种刻蚀反应腔体的清洁方法，包括反应腔体和进气单元，其特征在于，所述反应腔体的清洁方法包括：
步骤1：通入第一工艺气体冲洗所述进气单元，使所述进气单元内壁至少部分的反应副产物剥落；其中，所述反应副产物包括第一副产物和第二副产物；
步骤2：通入第二工艺气体并形成所述第二工艺气体的等离子体，使所述第二工艺气体的等离子体与所述剥落的第一副产物及所述反应腔体内壁的第一副产物发生反应，以清洗所述反应腔体的内壁；
步骤3：通入第三工艺气体并形成所述第三工艺气体的等离子体，增加所述第三工艺气体的压力，使所述第三工艺气体的等离子体与所述进气单元内已剥落和未剥落的第二副产物发生反应，以清洗所述进气单元的内壁；
步骤4：增加所述第二工艺气体的压力，使所述第二工艺气体的等离子体与所述进气单元内未剥落的第一副产物发生反应，以清洗所述进气单元的内壁,
步骤3中所述第三工艺气体和步骤4中第二工艺气体的压力均大于步骤2中所述第二工艺气体的压力。
2.根据权利要求1所述的刻蚀反应腔体的清洁方法，其特征在于，所述第一副产物为SiOxCly和CxOy的混合物，第二副产物为CxOy。
3.根据权利要求2所述的刻蚀反应腔体的清洁方法，其特征在于，所述第二工艺气体为NF3和O2的混合气体，所述第三工艺气体为O2。
4.根据权利要求1所述的刻蚀反应腔体的清洁方法，其特征在于，所述第一工艺气体的气体流量大于所述第二工艺气体的气体流量。
5.根据权利要求1所述的刻蚀反应腔体的清洁方法，其特征在于，步骤1中通入所述第一工艺气体冲洗所述进气单元的次数大于等于5次。
6.根据权利要求1所述的刻蚀反应腔体的清洁方法，其特征在于，步骤1中所述第一工艺气体的压力小于步骤2中所述第二工艺气体的压力，气体流量为大于等于500sccm；步骤2中所述第二工艺气体的压力为小于等于10mT，气体流量为小于等于50sccm。
7.根据权利要求6所述的刻蚀反应腔体的清洁方法，其特征在于，步骤3中所述第三工艺气体和步骤4中第二工艺气体的压力均大于60mT。
8.根据权利要求1所述的刻蚀反应腔体的清洁方法，其特征在于，还包括通过化学气相沉积在所述腔体内壁上生长一层SiOxCly的步骤。
9.根据权利要求1所述的刻蚀反应腔体的清洁方法，其特征在于，所述进气单元设置于所述反应腔体顶部且位于待刻蚀晶圆的正上方。
10.根据权利要求1～9任一所述的刻蚀反应腔体的清洁方法，其特征在于，所述反应腔体还包括抽气单元，所述抽气单元通过调节阀与所述反应腔体相连，所述清洗方法的各步骤中通过控制所述调节阀的开度以调节所述反应腔体内的气压。
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