CN106540927A - 反应腔室的清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种反应腔室的清洗方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，向反应腔室内通入F基活性气体和氧气的混合气体，并开启上电极电源，以清除反应腔室内残留的非金属沉积物；S2，向反应腔室内通入金属去除气体，并开启上电极电源，以清除反应腔室内残留的金属沉积物；S3，向反应腔室内通入氧气，并开启上电极电源，以清除由步骤S1和步骤S2中通入反应腔室内的气体生成的沉积物。本发明提供的反应腔室的清洗方法，其不仅可以更有效地去除腔室环境中的各类残留物质，从而可以避免发生腔室环境被腐蚀、工艺漂移等情况，而且还可以延长腔室周期维护间隔，提高设备的利用率。

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
在目前的硅刻蚀工艺中，腔室环境对晶圆间特征尺寸刻蚀加工的一致性和重复性有着决定性的作用。腔室环境的变化一直被认为是造成工艺漂移的一个重要原因。当刻蚀工艺完成后，一般会在反应腔室的内壁沉积一层残留物质，随着工艺时间的增加，残留物质会不断地累积，改变了等离子体的物理环境，影响等离子体中活性粒子在腔壁处的复合率，进一步使等离子体的化学环境随即发生改变，并最终对工艺结果造成影响。
在现有的清除沉积物的方法中，其具体步骤为：首先在反应腔室的内壁沉积一层含F聚合物，当将晶圆送入反应腔室并进行加工时，产生的副产物会沉积在含有F聚合物的内壁上。然后，对反应腔室的内壁进行含氧的清洁操作，即：通过元素替换，将聚合物清除。但是，由于含F聚合物本身会对反应腔室的内壁具有腐蚀作用，腐蚀后产生的含F沉积物很难挥发、且不易去除，这种含F沉积物长时间堆积不仅会从内壁上剥落，对工艺结果造成污染和缺陷，而且含F沉积物中的F会在工艺时释放出来，导致对氟敏感度高的工艺发生明显漂移。
鉴于以上问题，现有的另一种清除沉积物的方法，其通过向反应腔室内通入氧气和含H气体，并激发形成等离子体，可以清除在反应腔室的内壁上沉积的F、C、O和H的沉积物。该方法的主要作用是可以清除内壁上的含F沉积物，以减少工艺漂移。但是，该方法无法清除含Al等的金属化合物，金属化合物会沉积在反应腔室的内壁或基座表面上，累积到一定程度会对刻蚀工艺或硬件本身产生影响。
综上所述，现有的上述清洗方法均不能完全有效地去除腔室环境中的各类残留物质，导致发生腔室环境被腐蚀、工艺漂移等情况，从而不仅容易在工艺中形成缺陷，影响工艺效果，而且还会缩短腔室周期维护间隔，降低设备的利用率。
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，其不仅可以更有效地去除腔室环境中的各类残留物质，从而可以避免发生腔室环境被腐蚀、工艺漂移等情况，而且还可以延长腔室周期维护间隔，提高设备的利用率。
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：
S1，向反应腔室内通入F基活性气体和氧气的混合气体，并开启上电极电源，以清除所述反应腔室内残留的非金属沉积物；
S2，向反应腔室内通入金属去除气体，并开启上电极电源，以清除所述反应腔室内残留的金属沉积物；
S3，向反应腔室内通入氧气，并开启上电极电源，以清除由所述步骤S1和步骤S2中通入所述反应腔室内的气体生成的沉积物。
优选的，在所述反应腔室完成预设的晶片生产累积数量之后，进行至少一次所述反应腔室的清洗方法。
优选的，所述晶片生产累积数量的取值范围在100～1000片。
优选的，所述F基活性气体包括SF6和NF3中的至少一种。
优选的，所述F基活性气体的气流量的取值范围在30～300sccm。
优选的，在所述步骤S1中，所述氧气的气流量的取值范围在10～100sccm。
优选的，在所述步骤S2中，在向反应腔室内通入金属去除气体的同时，还向反应腔室内通入可减弱所述金属去除气体对所述反应腔室的腐蚀作用的辅助气体。
优选的，所述辅助气体包括氮气。
优选的，所述辅助气体的气流量的取值范围在10～100sccm。
优选的，所述金属去除气体包括氯气。
优选的，所述金属去除气体的气流量的取值范围在50～300sccm。
优选的，在所述步骤S3中，所述氧气的气流量的取值范围在10～400sccm。
优选的，所述步骤S1～S3的工艺时间的取值范围在30～300s。
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，其通过依次使用F基活性气体和氧气的混合气体、金属去除气体和氧气对反应腔室进行清洗工艺，可以先后去除反应腔室内残留的含Si、C和H等的非金属沉积物、含Al等的金属沉积物以及由步骤S1和步骤S2中通入反应腔室内的气体生成的沉积物，从而可以更有效地去除腔室环境中的各类残留物质，进而可以避免发生腔室环境被腐蚀、工艺漂移等情况。此外，本发明提供的反应腔室的清洗方法可以更彻底地清洁反应腔室，从而可以延长腔室周期维护间隔，提高设备的利用率。
附图说明
图1为反应腔室在完成一定的晶片生产累积数量之后的内部环境示意图；
图2为本发明提供的反应腔室的清洗方法的流程框图；以及
图3为反应腔室在清洗之后的内部环境示意图。
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为反应腔室在完成一定的晶片生产累积数量之后的内部环境示意图。如图1所示，反应腔室包括内壁201以及设置在反应腔室内部的基座202，该基座202为静电卡盘、机械卡盘等的用于承载晶片的装置。在完成一定的晶片生产累积数量之后，在内壁201以及基座202的外表面上会沉积有各类残留物质203，该残留物质203可能包含的成分有SiOxBryClz、SiOxBryFz、CxHy、AlF3、Al2O3等颗粒或者膜层。
图2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2，本发明提供的反应腔室的清洗方法，其包括以下步骤：
S1，向反应腔室内通入F基活性气体和氧气的混合气体，并开启上电极电源，以清除反应腔室内残留的非金属沉积物；
S2，向反应腔室内通入金属去除气体，并开启上电极电源，以清除反应腔室内残留的金属沉积物；
S3，向反应腔室内通入氧气，并开启上电极电源，以清除由步骤S1和步骤S2中通入反应腔室内的气体生成的沉积物。
需要说明的是，在上述各个步骤中，均采用下述过程清洗反应腔室，即：向反应腔室通入相应种类的气体，并开启上电极电源(例如射频电源)，上电极电源向反应腔室施加上电极功率，以使反应腔室内的气体激发形成等离子体，该等离子体会与反应腔室内的各类残留物质发生化学反应，从而实现对反应腔室的清洗。
在上述步骤S1中，F基活性气体包括SF6和NF3中的至少一种，这种气体主要用于清除含有Si、C和H等的非金属沉积物。在实际应用中，F基活性气体的气流量的取值范围在30～300sccm，优选在50～150sccm。氧气的气流量的取值范围在10～100sccm，优选在10～30sccm。上电极功率的取值范围在100～1000W，优选在400～800W。工艺气压的取值范围在10～100mT，优选在20～70mT。
在上述步骤S2中，金属去除气体为具备金属去除能力的气体，例如，氯气。Cl的游离基能够置换出AlF3等成分中的F，并生成AlCl3等的副产物，而AlCl3是分子晶体，其与AlF3相比更容易气化，从而可以随废气一起排出反应腔室，进而实现对Al金属沉积物的清除。金属去除气体的气流量的取值范围在50～300sccm，优选在150～200sccm。上电极功率的取值范围在100～1000W，优选在400～800W。工艺气压的取值范围在10～100mT，优选在30～60mT。
优选的，在上述步骤S2中，在向反应腔室内通入金属去除气体的同时，还向反应腔室内通入可减弱金属去除气体对反应腔室的腐蚀作用的辅助气体，例如氮气。借助该辅助气体，可以在一定程度上防止或大大减弱Cl2等的金属去除气体对内壁表层涂层的腐蚀作用，从而可以延长腔室的使用寿命。辅助气体的气流量的取值范围在10～100sccm，优选在10～30sccm。
在上述步骤S3中，通过向反应腔室内通入氧气，可以清除由步骤S1和步骤S2中通入反应腔室内的气体所残留的成分。例如，若在上述步骤S2中同时通入了氯气和氮气，则通过向反应腔室内通入氧气，可以置换出残留的Cl和N等元素。从而可以达到对内壁201以及基座202的外表面彻底清洁的作用，并最终达到如图3所示的清洁效果。氧气的气流量的取值范围在10～400sccm，优选在100～200sccm。上电极功率的取值范围在100～1000W，优选在400～800W。工艺气压的取值范围在10～100mT，优选在10～30mT。
优选的，上述步骤S1～S3的工艺时间的取值范围在30～300s。在该范围内，可以实现对内壁201以及基座202的外表面彻底清洁的效果。当然，在实际应用中，可以根据不同的工艺以及残留物质的累积程度适当调整各个步骤的工艺时间。
通过依次使用F基活性气体和氧气的混合气体、金属去除气体和氧气对反应腔室进行清洗工艺，可以先后去除反应腔室内残留的含Si、C和H等的非金属沉积物、含Al等的金属沉积物以及由步骤S1和步骤S2中通入反应腔室内的气体生成的沉积物，从而可以更有效地去除腔室环境中的各类残留物质，进而可以避免发生腔室环境被腐蚀、工艺漂移等情况。此外，本发明提供的反应腔室的清洗方法可以更彻底地清洁反应腔室，从而可以延长腔室周期维护间隔，提高设备的利用率。
优选的，由于本发明提供的反应腔室的清洗方法可以更彻底地清洁反应腔室，因此，其可以在反应腔室完成预设的晶片生产累积数量之后，根据具体情况进行至少一次。也就是说，本发明提供的反应腔室的清洗方法与现有的干法清洗步骤相比，只需在完成一定的晶片生产累积数量之后周期性地进行即可，而无需在每次晶片工艺之间进行，从而可以延长腔室周期维护间隔时间，提高设备的利用率。上述晶片生产累积数量的取值范围可以在100～1000片，即，每完成100～1000片的晶片加工，采用本发明提供的反应腔室的清洗方法进行至少一次反应腔室的清洗。当然，根据不同的工艺，晶片生产累积数量也不同，例如对于浅沟槽硅刻蚀工艺，晶片生产累积数量的取值范围可以在300～500片。此外，也可以在不同的工艺之间进行转换期间，采用本发明提供的反应腔室的清洗方法进行至少一次反应腔室的清洗。
需要说明的是，在本实施例中，反应腔室的结构包括内壁201以及设置在反应腔室内部的基座202，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，本发明提供的反应腔室的清洗方法还可以适应于其他任意结构的反应腔室。
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 (13)

1.一种反应腔室的清洗方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，向反应腔室内通入F基活性气体和氧气的混合气体，并开启上电极电源，以清除所述反应腔室内残留的非金属沉积物；
S2，向反应腔室内通入金属去除气体，并开启上电极电源，以清除所述反应腔室内残留的金属沉积物；
S3，向反应腔室内通入氧气，并开启上电极电源，以清除由所述步骤S1和步骤S2中通入所述反应腔室内的气体生成的沉积物。
2.如权利要求1所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，在所述反应腔室完成预设的晶片生产累积数量之后，进行至少一次所述反应腔室的清洗方法。
3.如权利要求2所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，所述晶片生产累积数量的取值范围在100～1000片。
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F基活性气体包括SF6和NF3中的至少一种。
5.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F基活性气体的气流量的取值范围在30～300sccm。
6.如权利要求1所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述氧气的气流量的取值范围在10～100sccm。
7.如权利要求1所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，在所述步骤S2中，在向反应腔室内通入金属去除气体的同时，还向反应腔室内通入可减弱所述金属去除气体对所述反应腔室的腐蚀作用的辅助气体。
8.如权利要求7所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，所述辅助气体包括氮气。
9.如权利要求7所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，所述辅助气体的气流量的取值范围在10～100sccm。
10.如权利要求1所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，所述金属去除气体包括氯气。
11.如权利要求1所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，所述金属去除气体的气流量的取值范围在50～300sccm。
12.如权利要求1所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述氧气的气流量的取值范围在10～400sccm。
13.如权利要求1所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，所述步骤S1～S3的工艺时间的取值范围在30～300s。
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