CN108878241B - 半导体设备和半导体设备的反应腔室的清理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体设备和该半导体设备的反应腔室的清理方法，属于半导体制造技术领域。所述半导体设备包括反应腔室，用于容纳待处理晶片，所述半导体设备还包括位于所述反应腔室的侧壁且靠近所述反应腔室顶部的进气清理组件，所述进气清理组件包括至少一个喷嘴，所述喷嘴可沿所述反应腔室的径向伸缩，以调节所述喷嘴伸入到所述反应腔室内部的长度，以清理位于所述反应腔室顶部的残留物。能够有效提高待处理晶片的加工良率，同时，还能够减少反应腔室维护后的恢复时间。

Description

半导体设备和半导体设备的反应腔室的清理方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种半导体设备和一种半导体设备的反应腔室的清理方法。

背景技术

一般的，随着电子技术的高速发展，集成电路技术的更新换代也在不断加快，而每个技术代都是以最小特征尺寸的缩小、芯片集成度和硅片尺寸的增加为标志，这就要求生产集成电路的企业不断提高半导体晶片的加工能力。

但是，在集成电路的制造过程中，污染是个不可忽视的因素，据估计约50％的良率损失来源于污染，而颗粒污染又是主要污染源之一。颗粒污染的成因如下：在制成的前段部分，颗粒附于晶片表面，在膜层沉积时成为掩埋缺陷，在刻蚀时该颗粒阻断光刻图案向膜层图案继续转移，在制程的后段部分，颗粒能引起导线的断开和临近接线的导通。一般来说，颗粒尺寸如果超过器件最小特征尺寸的50％，就有导致器件失效的可能。随着持续需求集成电路的微型化及高难度的制作工艺，对颗粒污染的控制是保证生产效率及产品良率的一个必要条件。

具体地，如图1所示，图1为现有技术半导体设备100的结构示意图，包括反应腔室110，设置在反应腔室110底部用于固定待处理晶片的静电卡盘130，位于反应腔室110顶部且与反应腔室100密闭连接的介质耦合窗150和设置在介质耦合窗150上方的线圈140，以及与反应腔室110内部密闭连通的气体源160。在进行刻蚀工艺前，对反应腔室110进行启辉工艺，线圈150产生磁场并通过介质耦合窗150耦合到反应腔室110内部，气体源向反应腔室110内部提供气体，产生等离子体，通过气体吹扫及化学反应等过程去除反应腔室110残留水汽及颗粒污染，重复多次使得反应腔室110状态达到生产要求。

但是，受气体源160的位置和气体扩散方向的双重影响，上述结构的半导体设备100，无法对反应腔室110顶部颗粒进行快速有效清除，随着工厂持续生产反应腔室110顶部也会产生以及附着颗粒，若在刻蚀过程中这些颗粒掉落在晶圆表面后，晶圆会产生部分刻蚀缺陷，且该刻蚀缺陷的尺寸较大，从而严重影响产品良率。

因此，如何对半导体设备的反应腔室的顶部的颗粒污染实现有效清理成为本领域亟待解决的技术问题。

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，提出了一种半导体设备和一种半导体设备的反应腔室的清理方法。

为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供一种半导体设备，所述半导体设备包括反应腔室，用于容纳待处理晶片，所述半导体设备还包括位于所述反应腔室的侧壁且靠近所述反应腔室的顶部的进气清理组件，所述进气清理组件包括至少一个喷嘴，所述喷嘴可沿所述反应腔室的径向伸缩，以调节所述喷嘴伸入到所述反应腔室内部的长度，以清理位于所述反应腔室顶部的残留物。

优选地，所述进气清理组件还包括至少一个固定件；

所述喷嘴包括螺纹部和与所述螺纹部连接的喷嘴部；

每个所述固定件对应一个所述喷嘴，且所述固定件内设置有与所述螺纹部相匹配的螺纹孔，部分所述螺纹部设置在所述螺纹孔中；

所述进气清理组件还包括至少一个驱动马达，每个驱动马达对应一个所述喷嘴且与其所对应的喷嘴的位于所述螺纹孔外侧的螺纹部连接，以驱动所述螺纹部旋转，带动所述喷嘴沿所述反应腔室的径向移动，以改变伸入到所述反应腔室内部的喷嘴的长度；

其中，所述固定件沿所述反应腔室的径向无相对移动。

优选地，所述进气清理组件还包括进气管，所述进气管设置有进气口和至少一个出气口，所述进气口用于与气源连通，每个所述出气口对应一个所述喷嘴且与其对应的所述喷嘴的喷嘴部连通。

优选地，所述进气清理组件还包括至少一个弹性管，每个所述弹性管对应一个所述喷嘴，所述弹性管设置在与其所对应的所述喷嘴和所述进气管的出气口之间。

优选地，所述进气清理组件与所述反应腔室顶部的距离为3-10cm。

优选地，所述进气清理组件包括多个所述喷嘴，多个所述喷嘴沿所述反应腔室的周向均匀设置。

本发明的第二方面，提供一种半导体设备的反应腔室的清理方法，所述半导体设备包括前文记载的所述半导体设备，所述方法包括在所述半导体设备维护后，利用所述进气清理组件对所述半导体设备的反应腔室进行预清理的步骤，所述步骤包括：

向所述进气清理组件中的喷嘴提供第一预设流量值的气体；

设定所述进气清理组件的第一清理参数，所述第一清理参数包括第一伸缩周期、第一清理时间以及所述喷嘴的第一伸缩量；

根据设定的所述第一清理参数完成所述半导体设备的反应腔室的预清理，以去除维护所产生的残留物。

优选地，所述第一预设流量值为200-1000scm，所述第一伸缩周期为3-10s，所述第一清理时间为60-300s，所述第一伸缩量为1-8cm。

优选地，所述清理方法包括在工艺后利用所述进气清理组件对所述半导体设备的反应腔室进行清理的步骤，所述步骤包括：

向所述进气清理组件中的喷嘴提供第二预设流量值的气体；

设定所述进气清理组件的第二清理参数，所述第二清理参数包括第二伸缩周期、第二清理时间以及所述喷嘴的第二伸缩量；

根据设定的第二清理参数完成清理，以去除工艺所产生的残留物。

优选地，所述第二预设流量值为100-200scm，所述第二伸缩周期为3-10s，所述第二清理时间为10-30s，所述第二伸缩量为1-8cm。

本发明的半导体设备，在位于反应腔室的侧壁且靠近反应腔室顶部位置处设置有进气清理组件，且该进气清理组件的喷嘴还能够沿反应腔室的径向伸缩，因此，在进行启辉工艺前，可以利用该进气清理组件，向喷嘴提供气体，控制喷嘴伸入反应腔室内部的长度，以对反应腔室顶部的残留物，例如颗粒，进行清理，以确保在刻蚀过程中，顶部不会有残留的颗粒，不会造成对待处理晶片的刻蚀缺陷，从而，能够有效提高待处理晶片的加工良率。在对待处理晶片刻蚀完成后，可以利用该进气清理组件对反应腔室内部因刻蚀存在的残留物进行清理，减少残留的残留物，同时，还能够减少反应腔室维护后的恢复时间。

本发明的半导体设备的反应腔室的清理方法，对反应腔室内部的残留物先进行预清理，能够减少反应腔室内的残留物，能够有效减少残留物对待处理晶片造成的刻蚀缺陷，提高待处理晶片的加工良率。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为现有技术中半导体设备的结构示意图；

图2为本发明第一实施例中半导体设备的结构示意图；

图3为本发明第二实施例中进气清理组件的结构示意图；

图4a为本发明第三实施例中进气清理组件沿反应腔室的径向延伸的结构示意图；

图4b为本发明第三实施例中进气清理组件沿反应腔室的径向回缩的结构示意图；

图5为本发明第四实施例中半导体设备的反应腔室的清理方法的流程图。

附图标记说明

100：半导体设备；

110：反应腔室；

111：容纳空间；

112：底壁；

113：侧壁；

120：进气清理组件；

121：喷嘴；

121a：螺纹部；

121b：喷嘴部；

122：进气管；

123：固定件；

124：驱动马达；

125：弹性管；

130：静电卡盘；

140：线圈；

150：介质耦合窗；

160：气体源。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

参考图2和图3，本发明的第一方面，涉及一种半导体设备100，该半导体设备100可以应用于半导体加工领域，例如，对晶片进行刻蚀，以在晶片上制造出所需的薄层图案等。该半导体设备100可以包括反应腔室110，该反应腔室110用于容纳待处理晶片(图中并未示出)。其中，上述半导体设备100还包括位于反应腔室的侧壁113且靠近反应腔室110顶部的进气清理组件120。该进气清理组件120包括至少一个喷嘴121，喷嘴121与反应腔室110密闭连通，且该喷嘴121可沿反应腔室110的径向伸缩，以调节该喷嘴121伸入到反应腔室110内部的长度，从而可以清理位于反应腔室110顶部的残留物。

具体地，该反应腔室110可以包括底壁112和与底壁112连接的侧壁113，底壁112和侧壁113共同围成容纳空间111，该容纳空间111用于容纳上述的待处理晶片。该半导体设备100可以呈柱形，例如，圆柱形结构，当然，该半导体设备100还可以呈其他形状，在此不作限定。

应当理解的是，上述半导体设备100还应当包括其他已知的一些结构。例如，为了能够固定待处理晶片，一般在反应腔室110的底壁112上设置有固定待处理晶片的部件，如静电卡盘130，当然，也可以是其他能够固定待处理晶片的结构。当该半导体设备100为等离子体刻蚀设备时，还包括设置在反应腔室110顶部的线圈140、介质耦合窗150和气体源160，介质耦合窗150与反应腔室110的顶部密封连接，线圈140放置在介质耦合窗150上，气体源160与反应腔室110密闭连通。当该线圈140产生磁场，气体源160向反应腔室110内部提供气体时，介质耦合窗150可以将磁场耦合到反应腔室110内部，并可以将反应腔室110内部的气体击穿形成等离子体，以利用产生的等离子体对待处理晶片进行刻蚀处理。

本实施例结构的半导体设备100，在位于反应腔室110的侧壁113且靠近反应腔室110顶部位置处设置有进气清理组件120，且该进气清理组件120的喷嘴121还能够沿反应腔室110的径向伸缩，因此，在进行启辉工艺前，可以利用该进气清理组件120，向喷嘴121提供气体，控制喷嘴121伸入反应腔室110内部的长度，以对反应腔室110顶部的残留物，例如颗粒，进行有效清理，以确保在刻蚀过程中，顶部不会有残留的颗粒，不会造成对待处理晶片的刻蚀缺陷，从而，能够有效提高待处理晶片的加工良率。在对待处理晶片刻蚀完成后，可以利用该进气清理组件120对反应腔室110内部因刻蚀存在的残留物进行清理，减少残留的残留物，同时，还能够减少反应腔室110维护后的恢复时间。

需要说明的是，该进气清理组件120可以集成在反应腔室110上，也可以作为一个独立的部件，只要能够保证进气清理组件120的喷嘴121能够与反应腔室110密闭连通，且喷嘴121可沿反应腔室110的径向伸缩，以调节伸入到反应腔室110内部的长度即可，在此不作限定。

进一步需要说明的是，对于如何使得喷嘴121沿反应腔室110的径向伸缩的具体结构并没有作出限定，例如，可以设置曲柄滑块机构，该机构中的滑块相当于喷嘴121，可以将曲柄的旋转运动转变为喷嘴121的往复直线运动。当然，其他能够满足喷嘴121实现沿反应腔室110的径向伸缩的结构也可以。

仍需要说明的是，对于喷嘴121所伸入到反应腔室110内部的长度并没有作出限定，优选地，可以使得喷嘴121伸入到反应腔室110内部的长度处于1-8cm之间。

优选地，作为实现喷嘴121沿反应腔室110的径向伸缩的一种具体实施方式，上述进气清理组件还包括至少一个固定件123。

上述喷嘴121包括螺纹部121a和与螺纹部121a连接的喷嘴部121b。

其中，每个固定件123对应一个喷嘴121，且固定件123内设置有与螺纹部121a相匹配的螺纹孔(未标记)，部分螺纹部121a设置在该螺纹孔中。

上述进气清理组件120还包括至少一个驱动马达124。其中，每个驱动马达124对应一个喷嘴121且与其所对应的喷嘴121的位于螺纹孔外侧的螺纹部121a连接，以驱动螺纹部121a旋转，带动喷嘴121沿反应腔室的径向移动，以改变伸入到反应腔室110内部的喷嘴121的长度，其中，固定件123沿反应腔室110的径向无相对移动。

可以利用驱动马达124的正反转，实现喷嘴121的周期性的伸缩运动，例如，可以设定驱动马达124的正反转的时间，以确定喷嘴121的伸缩周期。

上述实现喷嘴121与反应腔室110内部连通的结构，一般在反应腔室110的侧壁113与喷嘴121对应的位置处，设置有贯穿该侧壁113的通孔(图中并未示出)，以容纳喷嘴121，实现喷嘴121与反应腔室110内部连通。因此，为了实现喷嘴121与反应腔室110内部能够密闭连通，可以在通孔的某位置处设置上述固定件123，也就是说，该固定件123还具有密封性能，以确保喷嘴121与反应腔室110内部密闭连通。

本实施例结构的半导体设备100，利用螺旋机构驱动实现喷嘴121沿反应腔室110的径向伸缩，不仅结构简单，而且还便于操作该进气清理组件120，使得清理工作更加高效。

优选地，上述进气清理组件120还包括进气管122。其中，该进气管122设置有进气口(图中并未示出)和至少一个出气口(未标记)，进气口用于与气源连通，每个出气口对应一个喷嘴121且与其对应的喷嘴121的喷嘴部121b连通。

当需要对反应腔室110内部的残留物进行清理时，利用外界气源通过进气口向进气管122内充入气体，由于喷嘴121的喷嘴部121b与进气管122的出气口连通，因此，气体会送入喷嘴121内部，该喷嘴121将气体送入反应腔室110内部，实现对反应腔室110内部的残留物进行清理。结构简单，且能够有效清理反应腔室110内部的残留物。

为了便于对喷嘴121中的气体进行有效控制，还可以在进气管122的出气口与喷嘴121之间设置有气动阀(图中并未示出)和质量流量控制计(图中并未示出)以及相应的控制模块(图中并未示出)等，以实现对送入到反应腔室110内部的气体的流量进行有效控制，使得清理更加高效。

需要说明的是，对于清理所用的气体的种类并没有作出限定，优选地，该气体可以是惰性气体，例如，氩气和氦气等。当然，也可以是其他种类的气体。

优选地，上述进气清理组件120还包括至少一个弹性管125。其中，每个弹性管125对应一个喷嘴121，弹性管125设置在与其所对应的喷嘴121和进气管122的出气口之间。

本实施例结构的半导体设备100，在喷嘴121和进气管122的出气口之间设置有弹性管125，也就是说，弹性管125的两端分别固定在进气管122的出气口和喷嘴121上，以将进气管122和喷嘴121连通。由于弹性管125具有弹性，因此，当喷嘴121沿反应腔室110的径向伸缩时，可以带动弹性管125沿反应腔室110的径向伸缩，不仅能够避免喷嘴121与进气管122之间的刚性连接，还能够有效增加喷嘴121沿反应腔室110的径向伸缩的长度。

需要说明的是，对于弹性管125的具体结构并没有作出限定，例如，其可以是连接软管。

优选地，为了能够进一步的去除反应腔室110顶部残留物，上述进气清理组件120与反应腔室110顶部的距离为3-10cm。更优选地，可以采取5cm。

优选地，为了提高清理残留物的效率，上述进气清理组件120包括多个喷嘴121，多个喷嘴121沿反应腔室110的周向均匀设置。

本发明的第二方面，提供一种半导体设备的反应腔室的清理方法S100。如图5所示，其中，该半导体设备包括前文记载的半导体设备100，清理方法包括：

S110、在半导体设备100维护后，利用进气清理组件120对该半导体设备100的反应腔室110进行预清理的步骤。具体地：

S111、向进气清理组件120中的喷嘴121提供第一预设流量值的气体。

具体地，在该步骤中，可以利用外界气源向进气管122内提供气体，控制喷嘴121内提供的气体流量值为第一预设流量值，该第一预设流量值可以根据实际需要进行限定，例如，可以设定为200-1000sccm，当然，也可以是其他的值，对于如何监控喷嘴121内的气体流量是否符合第一预设流量值，可以利用设置在进气管122的出气口和喷嘴121之间的质量流量控制计以及相应的控制模块，实现对喷嘴121内部气体流量的控制。对于所通入的气体的种类，优选地采用惰性气体，例如，氦气和氩气等。

S112、设定进气清理组件120的第一清理参数，该第一清理参数包括第一伸缩周期、第一清理时间以及喷嘴120的第一伸缩量。

具体地，例如，可以设定第一清理时间为60-300s，当然，该第一清理时间也可以为其他值。可以设定第一伸缩周期为3-10s，当然，该第一伸缩周期也可以为其他值。对于第一伸缩量，可以设定其为1-8cm，也就是说，喷嘴121伸入到反应腔室110内部最大长度为8cm，最短长度为1cm，当然，该第一伸缩量也可以根据实际需要进行确定。

S113、根据设定的第一清理参数完成半导体设备100的反应腔室110的预清理，以去除维护所产生的残留物。

本实施例的清理方法，通过设定第一清理参数，使得喷嘴121在反应腔室110的内部做伸缩运动，以便在设定的清理时间内，实现对反应腔室内部彻底的清理，对清理掉的残留物，可以通过抽气系统(图中并未示出)抽走，以完成清理过程。本实施例的清理方法对反应腔室110内部的残留物先进行预清理，能够减少反应腔室110内的残留物，能够有效减少残留物对待处理晶片造成的刻蚀缺陷，提高待处理晶片的加工良率。

优选地，上述清理方法S100还包括以下步骤：

S120、在工艺后利用进气清理组件120对半导体设备100的反应腔室110进行清理的步骤，该步骤包括：

S121、向进气清理组件120中的喷嘴121提供第二预设流量值的气体。

具体地，在该步骤中，如何向该喷嘴121提供气体以及检测喷嘴121内的气体流量是否达到第二预设流量值，可以参考前文记载的相关内容，在此不作赘述。另外，该第二预设流量值可以根据实际需要进行限定，例如，可以设定为100-200sccm，当然，也可以是其他的值。

S122、设定进气清理组件120的第二清理参数，该第二清理参数包括第二伸缩周期、第二清理时间以及喷嘴121的第二伸缩量。

具体地，例如，可以设定第二清理时间为10-30s，当然，该第二清理时间也可以为其他值。可以设定第二伸缩周期为3-10s，当然，该第二伸缩周期也可以为其他值。对于第二伸缩量，可以设定其也为1-8cm，也就是说，喷嘴121伸入到反应腔室110内部最大长度为8cm，最短长度为1cm，当然，该第一伸缩量也可以根据实际需要进行确定。

S123、根据设定的第二清理参数完成清理，以去除工艺所产生的残留物。

本实施例的清理方法，可以清理掉由于工艺过程中重新粘附在反应腔室110顶部的残留物，利用抽气系统将清理掉的残留物抽走，可以最大程度保证反应腔室110顶部的洁净，减少利用该半导体设备100处理待处理晶片时的残留物污染，提高待处理晶片的加工良率，进一步地缩短反应腔室110的恢复时间。

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 (10)

1.一种半导体设备，所述半导体设备包括反应腔室，用于容纳待处理晶片，其特征在于，所述半导体设备还包括位于所述反应腔室的侧壁且靠近所述反应腔室顶部的进气清理组件，所述进气清理组件包括至少一个喷嘴，所述喷嘴可沿所述反应腔室的径向伸缩，以调节所述喷嘴伸入到所述反应腔室内部的长度，以清理位于所述反应腔室顶部的残留物。

2.根据权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，所述进气清理组件还包括至少一个固定件；

所述喷嘴包括螺纹部和与所述螺纹部连接的喷嘴部；

每个所述固定件对应一个所述喷嘴，且所述固定件内设置有与所述螺纹部相匹配的螺纹孔，部分所述螺纹部设置在所述螺纹孔中；

所述进气清理组件还包括至少一个驱动马达，每个驱动马达对应一个所述喷嘴且与其所对应的喷嘴的位于所述螺纹孔外侧的螺纹部连接，以驱动所述螺纹部旋转，带动所述喷嘴沿所述反应腔室的径向移动，以改变伸入到所述反应腔室内部的喷嘴的长度；

其中，所述固定件沿所述反应腔室的径向无相对移动。

3.根据权利要求2所述的半导体设备，其特征在于，所述进气清理组件还包括进气管，所述进气管设置有进气口和至少一个出气口，所述进气口用于与气源连通，每个所述出气口对应一个所述喷嘴且与其对应的所述喷嘴的喷嘴部连通。

4.根据权利要求3所述的半导体设备，其特征在于，所述进气清理组件还包括至少一个弹性管，每个所述弹性管对应一个所述喷嘴，所述弹性管设置在与其所对应的所述喷嘴和所述进气管的出气口之间。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的半导体设备，其特征在于，所述进气清理组件与所述反应腔室顶部的距离为3-10cm。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的半导体设备，其特征在于，所述进气清理组件包括多个所述喷嘴，多个所述喷嘴沿所述反应腔室的周向均匀设置。

7.一种半导体设备的反应腔室的清理方法，其特征在于，所述半导体设备包括权利要求1至6任意一项所述的半导体设备，所述方法包括在所述半导体设备维护后，利用所述进气清理组件对所述半导体设备的反应腔室进行预清理的步骤，所述步骤包括：

向所述进气清理组件中的喷嘴提供第一预设流量值的气体；

设定所述进气清理组件的第一清理参数，所述第一清理参数包括第一伸缩周期、第一清理时间以及所述喷嘴的第一伸缩量；

根据设定的所述第一清理参数完成所述半导体设备的反应腔室的预清理，以去除维护所产生的残留物。

8.根据权利要求7所述的清理方法，其特征在于，所述第一预设流量值为200-1000scm，所述第一伸缩周期为3-10s，所述第一清理时间为60-300s，所述第一伸缩量为1-8cm。

9.一种半导体设备的反应腔室的清理方法，其特征在于，所述半导体设备包括权利要求1至6任意一项所述的半导体设备，所述清理方法包括在工艺后利用所述进气清理组件对所述半导体设备的反应腔室进行清理的步骤，所述步骤包括：

向所述进气清理组件中的喷嘴提供第二预设流量值的气体；

设定所述进气清理组件的第二清理参数，所述第二清理参数包括第二伸缩周期、第二清理时间以及所述喷嘴的第二伸缩量；

根据设定的第二清理参数完成清理，以去除工艺所产生的残留物。

10.根据权利要求9所述的清理方法，其特征在于，所述第二预设流量值为100-200scm，所述第二伸缩周期为3-10s，所述第二清理时间为10-30s，所述第二伸缩量为1-8cm。

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