CN109904054A - 腔室环境恢复方法及刻蚀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种腔室环境恢复方法，包括：氧化步骤：开启电源，且向反应腔室内通入氧气，以将氧气激发形成等离子体，该等离子体与反应腔室中的颗粒发生反应，预设时间后对所述反应腔室抽气；保护膜形成步骤：通入刻蚀气体并激发形成等离子体，该等离子体刻蚀具有保护材料的被刻蚀件，以在反应腔室的内壁上形成保护膜。本发明还提供一种刻蚀方法，该腔室环境恢复方法及刻蚀方法，既能够解决颗粒污染，又能够同时保证产能和后续刻蚀过程的刻蚀速率。
Description
技术领域
本发明属于微电子加工技术领域，具体涉及一种腔室环境恢复方法。
背景技术
在物理气相沉积(PVD)的半导体工艺设备中，通常采用一种电感耦合(ICP)等离子体发生装置作为预清洗(Preclean)腔室，其目的是在工艺之前去除晶片表面沾污、杂质，利于后续刻蚀工艺的有效进行，保证集成电路IC集成度和器件性能。
图1为现有的预清洗腔室的结构示意图，请参阅图1，该预清洗腔室包括腔体1、感应线圈2、陶瓷桶3、法拉第屏蔽件4、放置晶片的基座5、上电极射频电源6和下电极射频电源7等部分组成。其中，基座5设置在腔体1内；法拉第屏蔽件4和陶瓷桶3由内向外依次套置在腔体1的内侧壁上，感应线圈2缠绕在陶瓷桶3上，且通过上匹配器8与上电极射频电源6电连接，以将射频能量耦合至腔体1内，激发工艺气体形成等离子体；法拉第屏蔽件4具有1条或1条以上的狭缝缝，使得法拉第屏蔽件4不会连续而产生涡流；下电极射频电源7的射频功率通过下匹配器9加载至基座5上，产生射频自偏压，可以吸引离子来轰击，从而去除晶片上的杂质。
在实际应用中发现，连续不断地刻蚀晶片，会在腔室的盖板和内壁及其周围沉积刻蚀材料，尤其是刻蚀材质为碳聚合物的晶圆。若沉积的碳质材料达到一定厚度会使得的颗粒变得松动而掉落，污染晶圆。为此，现有技术中，通常采用如下方式：当刻蚀一定量(50片或100片)的晶圆后，往往需要进行一次氧气处理过程：向腔室内通入一定量的氧气，被激发产生氧等离子体，与碳质材料的颗粒进行氧化反应，产生碳的氧化物(CO/CO2)，再被分子泵抽走，从而达到抑制颗粒的滋生与脱落的目的；然而，在氧气处理过程完成之后，腔室内会存留氧气或者含有氧气的副产物，会造成继续刻蚀时所产生的离子密度降低，反映到结果上就是刻蚀速率下降，一般下降幅度为40％～50％；为此，现有技术通常在氧气处理过程之后，还进行刻蚀二氧化硅SiO2过程，以使腔室环境恢复来保证刻蚀速率，但是该过程一般需要持续10～20分钟才能进行正常工艺，从而大大地降低了产能。
为此，目前亟需一种腔室环境恢复方法，既能够解决颗粒污染，又能够同时保证产能和后续刻蚀工艺的刻蚀速率。
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，提出了一种腔室环境恢复方法及刻蚀方法，既能够解决颗粒污染，又能够同时保证产能和后续刻蚀工艺的刻蚀速率。
为解决上述问题之一，本发明提供了一种腔室环境恢复方法，包括：氧化步骤：开启电源，且向腔室内通入氧气，以将氧气激发形成等离子体，该等离子体与腔室中的颗粒发生反应，预设时间后对腔室抽气；
保护膜形成步骤：通入刻蚀气体并激发形成等离子体，该等离子体用于刻蚀具有保护材料的被刻蚀件，以在反应腔室的内壁上形成保护膜。
优选地，在所述氧化步骤之前，或者，在所述氧化步骤和所述保护膜形成步骤之间，还包括：
将所述被刻蚀件传输至所述腔室内的基座上。
优选地，所述保护材料为铝。
优选地，所述被刻蚀件为铝板。
优选地，所述氧化步骤的工艺参数包括：加载至上电极的射频功率范围为600W～1200W；腔室气压的范围为30mTorr～100mTorr；所述预设时间不小于60s。
优选地，所述氧化步骤的工艺参数包括：上电极射频功率为800W；腔室气压为40mTorr；
工艺时间为60s。
优选地，所述保护膜形成步骤的工艺参数包括：腔室气压的范围为3mTorr～50mTorr。
优选地，所述保护膜形成步骤的工艺参数包括：上电极射频功率为800W；下电极射频功率为1500W；腔室气压为3.5mTorr；工艺时间为60s。
优选地，所述保护膜形成步骤中所述保护材料被刻蚀掉的厚度范围为70nm～200nm。
优选地，所述颗粒为碳质材料的颗粒。
本发明还提供一种刻蚀方法，包括交替执行的刻蚀步骤和腔室环境恢复步骤，所述腔室环境恢复步骤采用上述提供的腔室环境恢复方法。
本发明具有以下有益效果：
本发明中，步骤S1，开启电源，且向腔室内通入一定量的氧气，以将氧气激发产生等离子体，该等离子体与诸如碳质材料的颗粒进行氧化反应产生氧化物，再被抽走，从而起到抑制颗粒的滋生与脱落的作用。步骤S2，借助在反应腔室的内壁上形成保护膜，不仅可以覆盖在步骤S1中未被氧化反应掉的颗粒，因此，可以进一步防止颗粒脱落；而且还可以在物理上阻止步骤S1产生的含氧副产物在后续工艺中挥发至腔室中而产生干扰，从而可以快速地使得腔室工艺环境恢复，保证后续刻蚀工艺正常进行，这与现有技术相比，既能够解决颗粒污染，又能够同时保证产能和后续刻蚀工艺的刻蚀速率。
附图说明
图1为现有的预清洗腔室的结构示意图；
图2为本发明第一实施例提供的腔室环境恢复方法的流程图；
图3为本发明第二实施例提供的刻蚀方法的流程图；
图4为图2和图3所采用的反应腔室的结构示意图；
图5a为采用图3所示的刻蚀方法刻蚀500片的颗粒污染曲线图；
图5b为采用图3所示的刻蚀方法刻蚀500片的刻蚀速率和均匀性的曲线图。
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腔室环境恢复方法及刻蚀方法进行详细描述。
图2为本发明第一实施例提供的腔室环境恢复方法的流程图，图3为本发明第二实施例提供的刻蚀方法的流程图。请参阅图3，本发明第二实施例提供的刻蚀方法包括交替执行的刻蚀步骤S10和腔室环境恢复步骤S20，其中，腔室环境恢复步骤S20采用本发明下文实施例提供的腔室环境恢复方法，刻蚀步骤可以但不限于包括：连续对预设数量的晶圆进行刻蚀，预设数量可以但不限于50片或100片。
请参阅图2，本实施例提供的腔室环境恢复方法包括：
氧化步骤S1：开启电源，且向反应腔室内通入氧气，以将氧气激发形成等离子体，该等离子体与反应腔室中的颗粒发生反应，预设时间后对所述反应腔室抽气。
在该步骤S1中，电源可以为射频电源但不限于射频电源，并且所谓预设时间为根据具体情况设置的等离子体与颗粒的反应时间。另外，步骤S1举例说明，针对刻蚀碳聚合物材质的晶圆完成后的腔室，向腔室内通入一定量的氧气并被激发产生氧等离子体，与碳质材料的颗粒进行氧化反应，产生碳的氧化物(CO/CO2)，再被分子泵抽走，从而起到抑制颗粒的滋生与脱落的作用。
保护膜形成步骤S2：通入刻蚀气体并激发形成等离子体，该等离子体刻蚀具有保护材料的被刻蚀件，以在反应腔室的内壁上形成保护膜。
在步骤S2中，借助在反应腔室的内壁上形成保护膜，不仅可以覆盖在步骤S1中未被氧化反应掉的颗粒，因此，可以进一步防止颗粒脱落；而且还可以在物理上阻止步骤S1产生的含氧副产物在后续工艺中挥发至腔室中而产生干扰，从而可以快速地使得腔室工艺环境恢复，保证后续刻蚀工艺正常进行，这与现有技术相比，既能够解决颗粒污染，又能够同时保证产能和后续刻蚀工艺的刻蚀速率。
在本实施例中，优选地，在氧化步骤S1之前，还包括：将被刻蚀件传输至腔室内的基座上，这样，在氧化步骤中可以避免基座受到污染。当然，本发明并不局限于此，在实际应用中，还可以在氧化步骤S1和保护膜形成步骤S2之间，包括将被刻蚀件传输到腔室内的基座上，当然只要保证在保护膜形成步骤S2中被刻蚀件位于基座上即可，在该步骤过程中保护基座受到污染。
在此需要说明的是，被刻蚀件可以为镀有保护材料的晶圆，假设需要作业8000片晶圆，而每连续50片进行一次腔室环境恢复的话，则需要使用160片镀有保护材料的晶圆，但是，生产线上不一定会有现成较多数量的该晶圆，鉴于此，被刻蚀件为铝板，这样，可以不需要设置较多数量的镀有保护材料的晶圆。
另外，为便于被刻蚀件的传输，如图4所示，反应腔室包括主腔室10、子腔室11和传输装置13，主腔室10和子腔室11相连通，主腔室10内设置有用于承载晶片的基座5，传输装置13用于将被刻蚀件12在子腔室11和主腔室10的基座5之间传输，这样，被刻蚀件不需要每次自腔室外传输，从而不仅可以提高工艺效率，而且还可以降低腔室环境被污染的风险。
具体地，传输装置13包括但不限于：旋转电机131、托盘旋转机构132和遮挡臂133，如图4所示，在S1中在激发氧气形成等离子体之前，旋转电机131驱动托盘旋转机构132旋转并带动遮挡臂133旋转，将被刻蚀件12旋转至基座5上方，再与其他传输结构配合将被刻蚀件12传输至基座5上，其他传输结构可以为但不限于：贯穿基座5上下表面且可升降的多个顶针，在被刻蚀件12旋转至基座5的上方时，顶针将被刻蚀件12顶起，遮挡壁133撤回子腔室11，之后，顶针下降直至被刻蚀件12落在基座5上；被刻蚀件12撤回子腔室11的过程与该过程正反，在此不再赘述。
由于上文描述在步骤S1中，被刻蚀件12已经位于基座5上，因此，在该步骤S2中，被刻蚀件12保持在基座5上不动。
优选地，在本实施例中，保护材料为铝，这是因为在反应腔室的内壁上形成的铝膜的性质稳定、不易脱落。在此基础上，进一步优选地，被刻蚀件为铝板。
需要在此说明的是，步骤S1仅仅是进行氧化反应且氧化速率越高越好，并不需要对腔室壁进行轰击，因此，工艺条件可选择单施加高上电极功率(即不施加下电极功率)以及高气压下进行，优选地，氧化步骤S1的工艺参数包括：上电极射频功率范围为600W～1200W；腔室气压的范围为30mTorr～100mTorr。更进一步优选地，氧化步骤S1的工艺参数包括：上电极射频功率为800W；腔室气压为40mTorr；工艺时间为60s。
还需要说明的是，为了起到阻止含氧副产物挥发的作用，保护膜不宜过薄，优选地，保护膜形成步骤中保护材料被刻蚀掉的厚度范围为70nm～200nm，在本实施例中具体的是：保护材料被刻蚀掉的厚度为铝板被刻蚀掉的厚度。优选地，保护材料被刻蚀掉的厚度为100nm。
另外，为了保证腔室内所有区域均能够被溅镀上保护材料，工艺一般选择高气压进行，这是因为在高气压下可以增加离子的散射，能够保证腔室内的所有区域都能够被溅镀上保护材料，优选地，保护膜形成步骤S2的工艺参数包括：腔室气压的范围为3mTorr～50mTorr。进一步优选地，保护膜形成步骤S2的工艺参数包括：上电极射频功率为800W；下电极射频功率为1500W；腔室气压为3.5mTorr；工艺时间为60s。
下面通过实验验证应用上文腔室环境恢复方法作为腔室环境恢复步骤的刻蚀方法。本次实验中，工作作业500片，刻蚀步骤每连续50片之后进行一次腔室环境恢复步骤，其氧化步骤S1和保护膜形成步骤S2均采用上文中最佳工艺参数。
完成一次腔室环境恢复步骤之后，有关刻蚀速率的参数如下表所示：
从该表可以看出，腔室环境恢复步骤完成之后，刻蚀速率与初始刻蚀速率基本一致，也即保证后续刻蚀工艺的刻蚀速率基本不变；并且这与现有技术相比，由于保护膜形成步骤的时间很短，因此，可以保证产能。
完成500片后，每完成50片颗粒污染的结果如图5a所示，请参阅图5a，横坐标表示晶圆的处理片数；纵坐标表示是指直径大于0.2μm的颗粒个数；Mechanical表示的曲线，代表仅仅是把晶圆传到腔室再传出来并不进行工艺，用于观察在传输上颗粒增加数目；Gas-on表示的曲线，代表是把晶圆传到腔室，仅仅通工艺气体，但不施加功率，用于观察在通气上颗粒增加数目；Plasma表示的曲线，代表是把晶圆传到腔室进行实际的工艺(加功率+通气)，用于观察在实际工艺上颗粒增加数目。从图5a中可以看出，相对Mechanical和Gas-on而言，Plasma可以改善颗粒污染情况。
完成500片后，每完成50片刻蚀速率和均匀性的参数如图5b所示，请参阅图5b，横坐标表示晶圆的处理片数；左侧纵坐标表示刻蚀速率，右侧纵坐标标示均匀性，从图5b中可以看出：在完成500片晶圆的整个过程中，刻蚀速率和均匀性基本保持不变。
由上可知，通过实验可以验证，本发明实施例提供的应用上文腔室环境恢复方法作为腔室环境恢复步骤的刻蚀方法，既能够解决颗粒污染又能够同时保证产能和刻蚀速率。
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 (11)
1.一种腔室环境恢复方法，其特征在于，包括：
氧化步骤：开启电源，且向腔室内通入氧气，以将氧气激发形成等离子体，该等离子体与腔室中的颗粒发生反应，预设时间后对腔室抽气；
保护膜形成步骤：通入刻蚀气体并激发形成等离子体，该等离子体用于刻蚀具有保护材料的被刻蚀件，以在反应腔室的内壁上形成保护膜。
2.根据权利要求1所述的腔室环境恢复方法，其特征在于，
在所述氧化步骤之前，或者，在所述氧化步骤和所述保护膜形成步骤之间，还包括：
将所述被刻蚀件传输至所述腔室内的基座上。
3.根据权利要求1所述的腔室环境恢复方法，其特征在于，所述保护材料为铝。
4.根据权利要求3所述的腔室环境恢复方法，其特征在于，所述被刻蚀件为铝板。
5.根据权利要求1所述的腔室环境恢复方法，其特征在于，所述氧化步骤的工艺参数包括：
加载至上电极的射频功率范围为600W～1200W；
腔室气压的范围为30mTorr～100mTorr；
所述预设时间不小于60s。
6.根据权利要求5所述的腔室环境恢复方法，其特征在于，所述氧化步骤的工艺参数包括：上电极射频功率为800W；
腔室气压为40mTorr；
工艺时间为60s。
7.根据权利要求1所述的腔室环境恢复方法，其特征在于，所述保护膜形成步骤的工艺参数包括：
腔室气压的范围为3mTorr～50mTorr。
8.根据权利要求7所述的腔室环境恢复方法，其特征在于，所述保护膜形成步骤的工艺参数包括：
上电极射频功率为800W；下电极射频功率为1500W；腔室气压为3.5mTorr；工艺时间为60s。
9.根据权利要求1所述的腔室环境恢复方法，其特征在于，所述保护膜形成步骤中所述保护材料被刻蚀掉的厚度范围为70nm～200nm。
10.根据权利要求1所述的腔室环境恢复方法，其特征在于，所述颗粒为碳质材料的颗粒。
11.一种刻蚀方法，包括交替执行的刻蚀步骤和腔室环境恢复步骤，其特征在于，所述腔室环境恢复步骤采用权利要求1-10任意一项所述的腔室环境恢复方法。
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