CN107195523A - 一种反应腔室的清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种反应腔室的清洗方法，涉及半导体技术领域，能够有效清除反应腔室中的副产物。该反应腔室的清洗方法采用清洗气体在射频电源作用下起辉以实现清除沉积在反应腔室内壁上的副产物，该反应腔室的清洗方法包括对所述反应腔室内壁的不同区域进行清洗的至少两个主清洗步骤。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种反应腔室的清洗方法。
背景技术
目前，在半导体制造工艺中，半导体器件的特征尺寸越来越小，所以，相应的对半导体的加工工艺要求也越来越高，其中，对工艺过程中的颗粒(particle)的控制是控制器件良率的一个关键因素。
例如，在晶圆的刻蚀过程中，刻蚀反应的副产物会在反应腔室顶部和侧壁持续沉积形成颗粒。在后续晶圆的刻蚀过程中，颗粒会掉落在晶圆上，掉落在晶圆上的颗粒起到了“掩膜”的作用，阻碍了对晶圆的进一步刻蚀，使得光阻的图形没有完全转移到晶圆上，进而使得刻蚀线条互相搭连，造成器件间相互导通，导致器件失效，影响器件良率。
现有技术中，通常在下一片晶圆进入反应腔室之前，使用等离子体对反应腔室进行清洗，但是本申请的发明人发现，等离子体仅处在腔室中的某一确定区域，无等离子体存在的区域则无法被清洗，导致等离子体对整个反应腔室的清洗能力不够，而无法有效清除反应腔室中的副产物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反应腔室的清洗方法，能够有效清除反应腔室中的副产物。
为达到上述目的，本发明提供了一种反应腔室的清洗方法，采用如下技术方案：
该反应腔室的清洗方法采用清洗气体在射频电源作用下起辉以实现清除沉积在反应腔室内壁上的副产物，该反应腔室的清洗方法包括对所述反应腔室内壁的不同区域进行清洗的至少两个主清洗步骤。
具体地，所述反应腔室的清洗方法包括第一主清洗步骤和第二主清洗步骤，其中，第一主清洗步骤对所述反应腔室内壁上部进行清洗，第二主清洗步骤对所述反应腔室内壁下部进行清洗。
可选地，所述第一主清洗步骤中所述清洗气体的气压大于所述第二主清洗步骤中所述清洗气体的气压。
可选地，所述第一主清洗步骤中所述射频电源的射频功率大于所述第二主清洗步骤中所述射频电源的射频功率。
可选地，所述第一主清洗步骤中所述射频电源的射频频率大于所述第二主清洗步骤中所述射频电源的射频频率。
示例性地，所述反应腔室的清洗方法还包括第三主清洗步骤，所述第三主清洗步骤对所述反应腔室内壁中部进行清洗。
进一步可选地，所述第一主清洗步骤中所述清洗气体的气压大于所述第三主清洗步骤中所述清洗气体的气压，且所述第三主清洗步骤中所述清洗气体的气压大于所述第二主清洗步骤中所述清洗气体的气压。
可选地，所述第一主清洗步骤中所述射频电源的射频功率大于所述第三主清洗步骤中所述射频电源的射频功率，且所述第三主清洗步骤中所述射频电源的射频功率大于所述第二主清洗步骤中所述射频电源的射频功率。
可选地，所述第一主清洗步骤中所述射频电源的射频频率大于所述第三主清洗步骤中所述射频电源的射频频率，且所述第三主清洗步骤中所述射频电源的射频频率大于所述第二主清洗步骤中所述射频电源的射频频率。
示例性地，所述第一主清洗步骤中所述清洗气体的气压为80mt～120mt；所述第三主清洗步骤中所述清洗气体的气压为40mt～80mt；所述第二主清洗步骤中所述清洗气体的气压为20mt～40mt。
进一步地，所述第一主清洗步骤中所述清洗气体的气压为100mt；所述第三主清洗步骤中所述清洗气体的气压为60mt；所述第二主清洗步骤中所述清洗气体的气压为30mt。
示例性地，所述清洗气体包括氧气和含氟气体。
本发明提供了一种如上所述的反应腔室的清洗方法，由于在该反应腔室的清洗方法的不同的主清洗步骤中，能够对反应腔室内壁的不同区域进行清洗，从而能够有效清除反应腔室中的副产物，有利于提高器件的良率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明实施例中的反应腔室的清洗方法的示意图一；
图2为本发明实施例中的反应腔室的清洗方法的示意图二。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种反应腔室的清洗方法(以下简称清洗方法)，该清洗方法采用清洗气体在射频电源作用下起辉以实现清除沉积在反应腔室内壁上的副产物。具体地，该清洗方法包括对反应腔室内壁的不同区域进行清洗的至少两个主清洗步骤。上述反应腔室内壁包括反应腔室顶部和侧壁。
不同的主清洗步骤可以按照其清洗的区域的位置依次进行，也可以按照其他顺序依次进行，本发明实施例对此不进行限定。另外，对于各主清洗步骤的持续时间，本领域技术人员可以根据实际需要选择，例如使不同的主清洗步骤的持续时间相同，以使得整个清洗方法的操作较为简单，或者，根据反应腔室中不同区域中的副产物的量的多少，对不同的主清洗步骤的持续时间分别进行设定。
示例性地，当在刻蚀工艺中沉积在反应腔室的顶部和侧壁的副产物的成分为包含C-H(碳-氢极性共价键)或者C-C(碳-碳极性共价键)的有机物或者SiBrO(溴氧硅的化合物)等无机物时，本发明实施例中选择清洗气体包括氧气和含氟气体，清洗气体等离子体化形成的等离子体中的O(氧)和F(氟)的自由基或者离子非常容易与上述副产物发生化学反应，反应生成物以气态形式被泵抽走，从而达到清洗反应腔室的目的。
可选地，在每个主清洗步骤中，清洗气体包括SF6(六氟化硫)和O2(氧气)，反应腔室的上功率为600W～1200W，清洗气体等离子化形成的等离子体和副产物反应的反应时间为10s～60s，氧气的流量为5sccm～100sccm。其中，SF6等离子体化形成F的自由基或者离子，O2等离子体化形成O的自由基或者离子。进一步地，在主清洗步骤中，清洗气体还可以包括其他含氟气体以提高副产物的清除速度，并改善副产物的清除效果。其中，其他含氟气体的作用和SF6的作用相同。清洗气体中其他含氟气体的流量为50sccm～500sccm。例如。其他含氟气体可以为NF3(三氟化氮)。
本发明实施例提供了一种如上所述的反应腔室的清洗方法，由于在该反应腔室的清洗方法的不同的主清洗步骤中，能够对反应腔室内壁的不同区域进行清洗，从而能够有效清除反应腔室中的副产物，有利于提高器件的良率。
其中，在不同的主清洗步骤中对反应腔室内壁的不同区域进行清洗的实现方式可以有多种，例如，在不同的主清洗步骤中，清洗气体等离子化形成的等离子体中的粒子的自由程不同，以使等离子体在反应腔室中的位置不同，进而实现在不同的主清洗步骤中对反应腔室内壁的不同区域进行清洗。具体地，等离子体中的粒子的自由程越小，越难扩散，等离子体主要位于反应腔室中靠近介质窗的上部区域；等离子体中的粒子的自由程越大，越易扩散，等离子体主要位于反应腔室中远离介质窗的下部区域。需要说明的是，上述“粒子”包括与反应腔室中的副产物发生反应的离子、自由基，还可以包括原子、原子团等。
示例性地，如图1所示，该清洗方法包括两个主清洗步骤，即第一主清洗步骤S1和第二主清洗步骤S2，其中，第一主清洗步骤S1对反应腔室内壁上部进行清洗，第二主清洗步骤S2对反应腔室内壁下部进行清洗。
当采用射频电源将清洗气体等离子化时，对清洗气体等离子化形成的等离子体中的粒子的自由程影响的因素包括清洗气体的气压、射频功率(上功率)以及射频频率。因此，在不同的主清洗步骤中，可以通过使清洗气体的气压不同，和/或，射频功率(上功率)不同，和/或，射频频率不同的方式，以使得第一主清洗步骤S1对反应腔室内壁上部进行清洗，第二主清洗步骤S2对反应腔室内壁下部进行清洗。具体地，清洗气体的气压越高，等离子体中的粒子相互之间的碰撞越激烈，等离子体中的粒子的自由程越小，射频功率或者射频频率越大，清洗气体等离子体化形成的等离子体中的粒子的密度越大，等离子体中的粒子相互之间的碰撞越激烈，等离子体中的粒子的自由程越小。
示例性地，本发明实施例中可以选择以下三种方式，使第一主清洗步骤S1对反应腔室内壁上部进行清洗，第二主清洗步骤S2对反应腔室内壁下部进行清洗：方式一，第一主清洗步骤S1中清洗气体的气压大于第二主清洗步骤S2中清洗气体的气压；方式二，第一主清洗步骤S1中射频电源的射频功率大于第二主清洗步骤S2中射频电源的射频功率，示例性地，在第一主清洗步骤S1和第二主清洗步骤S2中，射频功率可以在200W～1500W范围内进行选择；方式三，第一主清洗步骤S1中射频电源的射频频率大于第二主清洗步骤S2中射频电源的射频频率，在第一主清洗步骤S1和第二主清洗步骤S2中，射频频率可以在13.56MHz～100MHz范围内进行选择。
可选地，如图2所示，本发明实施例中的清洗方法还包括第三主清洗步骤S3，第三主清洗步骤S3对反应腔室内壁中部进行清洗。结合以上所述可知，在第三主清洗步骤S3中，清洗气体等离子化形成的等离子体中的粒子的自由程应该介于第一主清洗步骤S1和第二主清洗步骤S2之间。
类似地，当采用射频电源将清洗气体等离子化时，本发明实施例中可以选择以下三种方式，使第一主清洗步骤S1对反应腔室内壁上部进行清洗，第二主清洗步骤S2对反应腔室内壁下部进行清洗，第三主清洗步骤S3对反应腔室内壁的中部进行清洗：方式一，第一主清洗步骤S1中清洗气体的气压大于第三主清洗步骤S3中清洗气体的气压，且第三主清洗步骤S3中清洗气体的气压大于第二主清洗步骤S2中清洗气体的气压；方式二，第一主清洗步骤S1中射频电源的射频功率大于第三主清洗步骤S3中射频电源的射频功率，且第三主清洗步骤S3中射频电源的射频功率大于第二主清洗步骤S2中射频电源的射频功率；方式三，第一主清洗步骤S1中射频电源的射频频率大于第三主清洗步骤S3中射频电源的射频频率，且第三主清洗步骤S3中射频电源的射频频率大于第二主清洗步骤S2中射频电源的射频频率。
当该清洗方法包括以上三个主清洗步骤，且第一主清洗步骤S1中清洗气体的气压大于第三主清洗步骤S3中清洗气体的气压，且第三主清洗步骤S3中清洗气体的气压大于第二主清洗步骤S2中清洗气体的气压时，可选地，第一主清洗步骤S1中清洗气体的气压为80mt～120mt；第三主清洗步骤S3中清洗气体的气压为40mt～80mt；第二主清洗步骤S2中清洗气体的气压为20mt～40mt。优选地，第一主清洗步骤S1中清洗气体的气压为100mt；第三主清洗步骤S3中清洗气体的气压为60mt；第二主清洗步骤S2中清洗气体的气压为30mt。
此时，在三个主清洗步骤中，清洗气体可以均包括SF6和O2，反应腔室的上功率可以均为800W，反应腔室的下功率可以均为0W，SF6的流量可以均为200sccm，O2的流量可以均为20sccm，清洗气体等离子化形成的等离子体和副产物反应的反应时间可以均为30s，反应腔室的内外圈衬底温度可以均为60degC/60degC(摄氏温度)，反应腔室的电流比例可以均为50％。
此外，本申请的发明人发现，当如上所述反应腔室中的副产物为包含C-H或者C-C的有机物时，由于包含C-H或者C-C的有机物主要与O的自由基或者离子发生化学反应，而在各个主清洗步骤中，清洗气体中O2的流量均不大，因此，为了更有效的清除反应腔室中的包含C-H或者C-C的有机物，本发明实施例优选，清洗方法还包括至少一个辅清洗步骤，在每个辅清洗步骤中，清洗气体为O2。示例性地，在每个辅清洗步骤中，反应腔室的上功率为600W～1200W，清洗气体等离子化形成的等离子体和副产物反应的反应时间为10s～60s，O2的流量为5sccm～500sccm。
需要说明的是，当反应腔室中的副产物中的包含C-H或者C-C的有机物的量较少时，本发明实施例中的清洗方法可以仅包括一个辅清洗步骤，以使得整个清洗方法的操作较为简单。示例性地，在该辅清洗步骤中，反应腔室的上功率为800W，反应腔室的下功率为0W，O2的流量为200sccm，清洗气体等离子化形成的等离子体和副产物反应的反应时间为30s，反应腔室的内外圈衬底温度为60degC/60degC，反应腔室的电流比例为50％。
当反应腔室中的副产物中的包含C-H或者C-C的有机物的量较多时，本发明实施例中的清洗方法可以包括多个辅清洗步骤。本发明实施例中优选，在不同的辅清洗步骤中，清洗气体等离子化形成的等离子体中的粒子的自由程不同。从而使得在不同的辅清洗步骤中等离子体分别位于反应腔室中不同的位置，反应腔室的各个位置均能被清洗，从而能够有效清除反应腔室中的副产物，有利于提高器件的良率。
另外，当清洗方法包括多个辅清洗步骤时，对于各辅清洗步骤的持续时间，本领域技术人员也可以根据实际需要选择不同的辅清洗步骤的持续时间相同，以使得整个清洗方法的操作较为简单，或者，根据反应腔室中不同区域中的副产物的量的多少，对不同的辅清洗步骤的持续时间进行设定。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (12)
1.一种反应腔室的清洗方法，采用清洗气体在射频电源作用下起辉以实现清除沉积在反应腔室内壁上的副产物，其特征在于，包括对所述反应腔室内壁的不同区域进行清洗的至少两个主清洗步骤。
2.根据权利要求1所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，包括第一主清洗步骤和第二主清洗步骤，其中，第一主清洗步骤对所述反应腔室内壁上部进行清洗，第二主清洗步骤对所述反应腔室内壁下部进行清洗。
3.根据权利要求2所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，所述第一主清洗步骤中所述清洗气体的气压大于所述第二主清洗步骤中所述清洗气体的气压。
4.根据权利要求2所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，所述第一主清洗步骤中所述射频电源的射频功率大于所述第二主清洗步骤中所述射频电源的射频功率。
5.根据权利要求2所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，所述第一主清洗步骤中所述射频电源的射频频率大于所述第二主清洗步骤中所述射频电源的射频频率。
6.根据权利要求2所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，还包括第三主清洗步骤，所述第三主清洗步骤对所述反应腔室内壁中部进行清洗。
7.根据权利要求6所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，所述第一主清洗步骤中所述清洗气体的气压大于所述第三主清洗步骤中所述清洗气体的气压，且所述第三主清洗步骤中所述清洗气体的气压大于所述第二主清洗步骤中所述清洗气体的气压。
8.根据权利要求6所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，所述第一主清洗步骤中所述射频电源的射频功率大于所述第三主清洗步骤中所述射频电源的射频功率，且所述第三主清洗步骤中所述射频电源的射频功率大于所述第二主清洗步骤中所述射频电源的射频功率。
9.根据权利要求6所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，所述第一主清洗步骤中所述射频电源的射频频率大于所述第三主清洗步骤中所述射频电源的射频频率，且所述第三主清洗步骤中所述射频电源的射频频率大于所述第二主清洗步骤中所述射频电源的射频频率。
10.根据权利要求7所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，所述第一主清洗步骤中所述清洗气体的气压为80mt～120mt；所述第三主清洗步骤中所述清洗气体的气压为40mt～80mt；所述第二主清洗步骤中所述清洗气体的气压为20mt～40mt。
11.根据权利要求10所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，所述第一主清洗步骤中所述清洗气体的气压为100mt；所述第三主清洗步骤中所述清洗气体的气压为60mt；所述第二主清洗步骤中所述清洗气体的气压为30mt。
12.根据权利要求1所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，所述清洗气体包括氧气和含氟气体。
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