CN111155072A - 腔室用清洗装置及清洗方法、半导体处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种腔室用清洗装置、清洗方法及半导体处理设备。包括清洗等离子体源以及与清洗等离子体源连接的匀流件，匀流件上设置有加热带；加热带在匀流件的表面排列成若干个同心环状结构，并且，各同心环状结构的加热功率可调，以选择性地使得匀流件具有若干个不同的温度区。可以确保在执行完清洗工艺时，匀流件各处的温度可以快速恢复到设定的温度，温度均匀性也可以快速达到要求，进而可以缩减执行完清洗工艺的冷却时间，提高后续沉积工艺时的沉积速率和薄膜均匀性。

Description

腔室用清洗装置及清洗方法、半导体处理设备

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种腔室用清洗装置、一种腔室清洗方法以及一种半导体处理设备。

背景技术

在半导体行业中，随着电子器件的几何尺寸不断减小以及器件的密集度不断提高，特征尺寸和高宽比变得越来越有挑战性。原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)就是为了应对这种挑战而提出的一种新的薄膜沉积方法。原子层沉积以其独特的自限制性生长模式，使其具有薄膜生长厚度精确可控、优异的保形性、成分可控等优点，越来越受到全世界科技工作者的关注。

热诱导ALD过程是最普通的ALD技术，使用热量使两种反应物之间产生化学反应。尽管热ALD过程有效地用于沉积一些材料，但是该过程具有低沉积率。因此，加工产量可能缩到不能接受的水平。沉积率在更高的沉积温度下可能增加，但是许多化学先驱物，特别是金属有机化合物，在高温下会分解。等离子体增强原子层沉积(PE-ALD)可以用于形成低温材料。在一些PE-ALD过程的示例中，材料可以由与热ALD过程相同的化学先驱物形成，但是以更高的沉积率和更低的温度获得人们的青睐

在PEALD生产工艺中，需要定期清洗反应腔室的内表面、气体分配板、等离子体约束环，基座表面等，避免因此产生的污染影响薄膜的性能。现有的清洗工艺主要有喷砂、化学清洗、原位等离子体(In Situ Plasma)清洗、远程等离子体(Remote Plasma Source，RPS)清洗等。

根据沉积材料的不同，一般都是执行十几次PEALD工艺，就使用等离子体源执行一次清洗工艺流程。等离子体源的使用次数比较频繁，因此在执行清洗工艺前后，如何保证PEALD工艺结果稳定性和一致性，如沉积速率、薄膜均匀性等，成为本领域急需解决的问题。

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，提出了一种腔室用清洗装置、一种腔室清洗方法以及一种半导体处理设备。

为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供了一种腔室用清洗装置，包括清洗等离子体源以及与所述清洗等离子体源连接的匀流件，所述匀流件上设置有加热带，所述加热带在所述匀流件的表面排列成若干个同心环状结构，并且，各所述同心环状结构的加热功率可调，以选择性地使得所述匀流件具有若干个不同的温度区。

可选地，所述加热带包括若干个呈环状结构的加热件，各所述加热件沿所述匀流件的径向均匀排列形成所述若干个同心环状结构。

可选地，所述加热带包括若干个加热件，每个所述同心环状结构均包括多个间隔设置的所述加热件。

可选地，所述同心环状结构的数量为三个，分别为第一同心环状结构、第二同心环状结构和第三同心环状结构，所述第一同心环状结构对应于所述匀流件的中央区域，所述第三同心环状结构对应于所述匀流件的边缘区域，所述第二同心环状结构对应于所述匀流件的连接所述中央区域和所述边缘区域的过渡区域。

可选地，所述清洗装置还包括清洗等离子体源输送管路和冷却件，所述清洗等离子体源输送管路分别连接所述清洗等离子体源和所述匀流件，所述冷却件用于选择性地冷却所述清洗等离子体源输送管路。

可选地，所述冷却件套设在所述清洗等离子体源输送管路上。

本发明的第二方面，提供了一种腔室清洗方法，采用前文记载的所述的清洗装置，所述清洗方法包括：

步骤S110、设定各所述同心环状结构的加热功率；

步骤S120、所述清洗等离子体源经由所述匀流件向腔室提供清洗等离子体。

可选地，所述清洗装置还包括清洗等离子体源输送管路和冷却件，还包括：

步骤S130、启动所述冷却件，以冷却所述清洗等离子体源输送管路。

可选地，步骤S110具体包括：

各所述同心环状结构的加热功率呈梯度设置，其中，对应于所述匀流件的中央区域的所述同心环状结构的加热功率最小，对应于所述匀流件的边缘区域的所述同心环状结构的加热功率最大。

本发明的第三方面，提供了一种半导体处理设备，包括腔室以及清洗装置，所述清洗装置采用前文记载的所述的清洗装置。

本发明的清洗装置、清洗方法及半导体处理设备。其包括清洗等离子体源以及与所述清洗等离子体源连接的匀流件，所述匀流件上设置有加热带，所述加热带在所述匀流件的表面排列成若干个同心环状结构，并且，各所述同心环状结构的加热功率可调，以选择性地使得所述匀流件具有若干个不同的温度区。这样，在进行清洗工艺时，可以减小对应于匀流件的温度较高的区域(例如，匀流件的中心区域)的加热功率，从而可以确保在执行完清洗工艺时，匀流件各处的温度可以快速恢复到设定的温度，温度均匀性也可以快速达到要求，进而可以缩减执行完清洗工艺的冷却时间，无需大流量长时间用冷却气体进行冷却匀流件温度，可以快速切换至后续沉积工艺，增加设备产能。同时，结合加热带在匀流件上的排布方式，并增加冷却清洗等离子体源输送管路的冷却件，可以大大减小执行原位清洗工艺前后匀流件温度的差异，保证后续沉积工艺的沉积速率的稳定性和薄膜均匀性。

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为本发明第一实施例中腔室用清洗装置的结构示意图；

图2为本发明第二实施例中匀流件上的加热件分布示意图；

图3为本发明第三实施例中匀流件上的加热件分布示意图；

图4为本发明第四实施例中腔室清洗方法的流程图。

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。

如图1所示，本发明的第一方面，涉及一种腔室用清洗装置100，该清洗装置100可以包括清洗等离子体源110以及与清洗等离子体源110连接的匀流件120，例如，清洗等离子体源110可以通过下述的清洗等离子体源输送管路140与匀流件120连接。清洗等离子体源110，例如，可以为远程等离子体源(Remote Plasma Source，RPS)，或者也可以是其他能够激发清洗气体产生清洗等离子体的结构。匀流件120上一般设置有若干个匀流孔，以对工艺气体和清洗气体匀流后进入腔室内。

如图1和图2所示，匀流件120上设置有加热带130，加热带130在匀流件120的表面排列成若干个同心环状结构，并且，各同心环状结构的加热功率可调，以选择性地使得匀流件120具有若干个不同的温度区。

为了便于说明，以将上述结构的清洗装置100应用于半导体处理设备(例如，可以为PEALD设备等)为例进行说明。

如图1所示，一般地，半导体处理设备200包括腔室210、设置在腔室210内的基座220(该基座220用于承载基片)、下陶瓷环230、上陶瓷环240、腔室盖250、陶瓷板260等结构，其中，下陶瓷环230限定形成工艺区域S，匀流件120经由上陶瓷环240固定于腔室盖250上，陶瓷板260位于匀流件120和加热带130之间，以使得匀流件120与外界隔绝。

具体地，在进行清洗工艺时，正如背景技术部分的记载，利用清洗等离子源110进行清洗工艺时，由于清洗气体在腔室外的等离子体源110中进行激发，激发后的清洗等离子体(活性自由基)通过清洗等离子体源输送管路140进入匀流件120，接着进入腔室210，对腔室内壁进行清洗，高活性的清洗等离子体与清洗等离子体源输送管路140内壁及匀流件120内壁之间相互作用，很容易产生热量，导致清洗等离子体源输送管路140和匀流件120温度迅速升高，最高温度可达250℃，直接会导致匀流件120中心的温度远高于边缘的温度，影响匀流件120的温度均匀性。

为此，本发明的发明人对匀流件120上方的加热带130作出改进，加热带130在匀流件120的表面排列形成若干个同心环状结构，并且，每个同心环状结构的加热功率可调，这样，在进行清洗工艺时，可以减小对应于匀流件120的温度较高的区域(例如，匀流件120的中心区域)的同心环状结构的加热功率，增大对应于匀流件120的温度较低的区域(例如，匀流件120的边缘区域)，从而可以确保在执行完清洗工艺时，匀流件120各处的温度可以快速恢复到设定的温度，温度均匀性也可以快速达到要求，进而可以缩减执行完清洗工艺的冷却时间，提高后续沉积工艺时的沉积速率和薄膜均匀性。

如图1和图2所示，加热带130包括若干个呈环状结构的加热件S，各加热件S沿匀流件120的径向均匀排列形成若干个同心环状结构。

具体地，如图2所示，加热件S的数量可以为三个，也即同心环状结构的数量为三个，分别为第一加热件131、第二加热件132和第三加热件133，第一加热件131对应于匀流件120的中央区域，第三加热件133对应于匀流件120的边缘区域，第二加热件132对应于匀流件120的连接中央区域和边缘区域的过渡区域。也就是说，如图2所示，第一加热件131、第二加热件132和第三加热件133沿匀流件120的径向由内向外依次排布。这样，在进行清洗工艺时，可以通过合理设置第一加热件131、第二加热件132以及第三加热件133的加热功率，从而可以确保在执行完清洗工艺时，匀流件120各处的温度可以快速恢复到设定的温度，温度均匀性也可以快速达到要求，进而可以缩减执行完清洗工艺的冷却时间，提高后续沉积工艺时的沉积速率和薄膜均匀性。

具体地，在进行清洗工艺时，第一加热件131、第二加热件132和第三加热件133的清洗加热功率可以呈梯度设置，并且，第一加热件131的清洗加热功率最小，第三加热件133的清洗加热功率最大，甚至在进行清洗工艺时，可以关闭第一加热件131。清洗加热功率呈梯度设置，这样，可以使得匀流件120的温度呈梯度设置，例如，匀流件120的中央区域的温度可以为80℃、匀流件120的过渡区域的温度可以为100℃、匀流件120的边缘区域的温度可以为120℃等，当然，匀流件120各区域的温度梯度还可以取其他数值。

如图3所示，作为加热带130在匀流件120上的另外一种分布图，加热带130包括若干个加热件S，每个同心环状结构均可以包括多个间隔设置的加热件S。也就是说，在该种实施方式中，加热件S不再是一个整体的环状结构，而是每圈环状结构均由多个加热件S排列形成。

如图1所示，清洗装置100还包括清洗等离子体源输送管路140和冷却件150，清洗等离子体源输送管路140分别连接清洗等离子体源110和匀流件120。冷却件150用于选择性地冷却清洗等离子体源输送管路140。例如，在清洗工艺时，可以控制冷却件150冷却清洗等离子体源输送管路140，从而可以有效降低清洗等离子体源输送管路140的温度，最终可以有效降低匀流件120中心区域的温度，这样，可以确保在执行完清洗工艺时，匀流件120各处的温度可以快速恢复到设定的温度，温度均匀性也可以快速达到要求，从而可以缩减执行完清洗工艺的冷却时间，提高后续沉积工艺时的沉积速率和薄膜均匀性。

具体地，如图1所示，冷却件150可以套设在清洗等离子体源输送管路140上。当然，冷却件150也可以通过其他方式固定到清洗等离子体源输送管路140上，冷却件150可以采用水冷的方式进行冷却等。

本发明的第二方面，如图4所示，提供了一种腔室清洗方法S100，采用前文记载的清洗装置100，清洗方法S100包括：

S101、清洗气体经由清洗等离子体源输送管路进入腔室，以清洗等离子体源输送管路和腔室。

S110、设定各同心环状结构的加热功率。

具体地，在本步骤中，如前文记载，可以呈梯度设置各同心环状结构的加热功率，例如，对应于匀流件中央区域的同心环状结构的加热功率设置为最低，对应于匀流件边缘区域的同心环状结构的加热功率设置为最高，对应于匀流件过渡区域的同心环状结构的加热功率介于两者之间。

S120、清洗等离子体源经由匀流件向腔室提供清洗等离子体。

具体地，如图1所示，清洗等离子体源110激发清洗气体产生清洗等离子体，清洗等离子体可以经由清洗等离子体源输送管路140进入匀流件120，最终进入到腔室内。

S130、启动冷却件，以冷却清洗等离子体源输送管路。

S140、清洗气体经由清洗等离子体源输送管路进入腔室，以清洗等离子体源输送管路和腔室。

S150、腔室、清洗等离子体源输送管路内的颗粒杂质是否清洗干净，若是，执行S160，若否，执行S120。

S160、结束清洗工艺并调整各同心环状结构的加热功率一致，并关闭冷却件。

本实施例的清洗方法，通过合理设置加热带各同心环状结构的加热功率，并配合冷却件进行冷却，从而可以减小对应于匀流件的温度较高的区域(例如，匀流件的中心区域)的加热功率，进而可以确保在执行完清洗工艺时，匀流件各处的温度可以快速恢复到设定的温度，温度均匀性也可以快速达到要求，可以缩减执行完清洗工艺的冷却时间，提高后续沉积工艺时的沉积速率和薄膜均匀性。

本发明的第三方面，如图1所示，提供了一种半导体处理设备200，包括腔室210以及清洗装置100，清洗装置100采用前文记载的清洗装置100，关于半导体处理设备200的其余结构可以参考前文相关记载，在此不作赘述。

本实施例结构的半导体处理设备200，具有前文记载的清洗装置100，加热带130在匀流件120的表面排列形成若干个同心环状结构，这样，在进行清洗工艺时，可以减小对应于匀流件120的温度较高的区域(例如，匀流件120的中心区域)的加热功率，从而可以确保在执行完清洗工艺时，匀流件120各处的温度可以快速恢复到设定的温度，温度均匀性也可以快速达到要求，进而可以缩减执行完清洗工艺的冷却时间，提高后续沉积工艺时的沉积速率和薄膜均匀性。

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)

1.一种腔室用清洗装置，包括清洗等离子体源以及与所述清洗等离子体源连接的匀流件，所述匀流件上设置有加热带，其特征在于，所述加热带在所述匀流件的表面排列成若干个同心环状结构，并且，各所述同心环状结构的加热功率可调，以选择性地使得所述匀流件具有若干个不同的温度区。

2.根据权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，所述加热带包括若干个呈环状结构的加热件，各所述加热件沿所述匀流件的径向均匀排列形成所述若干个同心环状结构。

3.根据权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，所述加热带包括若干个加热件，每个所述同心环状结构均包括多个间隔设置的所述加热件。

4.根据权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，所述同心环状结构的数量为三个，分别为第一同心环状结构、第二同心环状结构和第三同心环状结构，所述第一同心环状结构对应于所述匀流件的中央区域，所述第三同心环状结构对应于所述匀流件的边缘区域，所述第二同心环状结构对应于所述匀流件的连接所述中央区域和所述边缘区域的过渡区域。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的清洗装置，其特征在于，所述清洗装置还包括清洗等离子体源输送管路和冷却件，所述清洗等离子体源输送管路分别连接所述清洗等离子体源和所述匀流件，所述冷却件用于选择性地冷却所述清洗等离子体源输送管路。

6.根据权利要求5所述的清洗装置，其特征在于，所述冷却件套设在所述清洗等离子体源输送管路上。

7.一种腔室清洗方法，其特征在于，采用权利要求1至6中任意一项所述的清洗装置，所述清洗方法包括：

步骤S110、设定各所述同心环状结构的加热功率；

步骤S120、所述清洗等离子体源经由所述匀流件向腔室提供清洗等离子体。

8.根据权利要求7所述的清洗方法，其特征在于，所述清洗装置还包括清洗等离子体源输送管路和冷却件，还包括：

步骤S130、启动所述冷却件，以冷却所述清洗等离子体源输送管路。

9.根据权利要求7或8所述的清洗方法，其特征在于，步骤S110具体包括：

各所述同心环状结构的加热功率呈梯度设置，其中，对应于所述匀流件的中央区域的所述同心环状结构的加热功率最小，对应于所述匀流件的边缘区域的所述同心环状结构的加热功率最大。

10.一种半导体处理设备，包括腔室以及清洗装置，其特征在于，所述清洗装置采用权利要求1至6中任意一项所述的清洗装置。

Images