CN111863591A - 一种预清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种的一种预清洗方法在使工艺气体起辉后,先减小工艺气体的流量和反应腔室的压力,再对被加工工件进行刻蚀,即先在步骤S3中减小工艺气体的流量和反应腔室的压力,再在步骤S4中改变上射频功率源和下射频功率源的输出功率,以对被加工工件进行刻蚀。从而可以避免在进行刻蚀步骤的同时减小工艺气体的流量和反应腔室的压力,所导致的等离子体状态不稳定,刻蚀不均匀的问题,从而提高预清洗的均匀性。同时,该预清洗方法先使用较大的第一流量和第一压力值,可以保证在反应腔室内的压力较高时,顺利起辉;再使用较小的第二流量值和第二压力值,可以保证在反应腔室内的压力较低时,均匀刻蚀,从而提高预清洗的均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域,具体地,涉及一种预清洗方法。
背景技术
物理气相沉积工艺是制造集成电路(IC)、硅穿孔(TSV)、封装(Packaging)等的常见工艺。通常,还需要一种预清洗(Preclean)工艺,以在使用物理气相沉积工艺沉积金属膜之前,清除晶圆表面的污染物,或者沟槽和穿孔底部的残余物。一般的预清洗工艺,是将工艺气体,如Ar(氩气)、He(氦气)等,激发为等离子体,利用等离子体的化学反应和物理轰击作用,对晶圆进行刻蚀,以去除杂质。
如图1所示,现有的预清洗腔室通常由腔室2、连接装置1和穹顶9围成反应区,以对同样位于反应区内的基座4上的晶圆进行刻蚀。其中,腔室2和连接装置1通常为金属且接地,穹顶9通常为绝缘材料,如石英或陶瓷。拱形螺线管线圈3安装在穹顶9上,并经由射频匹配器5与射频电源6(频率一般为2MHz)相连,以将气体激发为等离子体。射频电源8(频率一般为13.56MHz)通过匹配器7将射频功率加载在基座4上的晶圆表面,以产生射频自偏压,吸引等离子体刻蚀晶圆,以去除杂质。
根据不同制造工艺的需求,晶圆表面需要去除的杂质厚度也不同。常见的有(埃),和等。本领域技术人员发现,在刻蚀厚度小于时,预清洗的均匀性将会变差,导致后续的物理气相沉积工艺的均匀性不能满足制造工艺的需求。因此,如何提高预清洗的均匀性就成为本领域技术人员急需解决的技术问题。
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,提出了一种预清洗方法。
为实现本发明的目的而提供一种预清洗方法,包括以下步骤:
S1:向反应腔室内通入流量为第一流量值的工艺气体,并使所述反应腔室内的压力达到第一压力值;
S2:开启上射频功率源和下射频功率源,并设置所述上射频功率源和下射频功率源的输出功率分别为第一上射频功率和第一下射频功率,以使所述工艺气体起辉;
S3:将所述工艺气体的流量减小为第二流量值,并使所述反应腔室内的压力减小为第二压力值;
S4:设置所述上射频功率源和下射频功率源的输出功率分别为第二上射频功率和第二下射频功率,以对被加工工件进行。
优选的,所述第一压力值的范围为6~8mTorr。
优选的,所述第一流量值的范围为100~200sccm。
优选的,所述第二压力值的范围为0.6~0.8mTorr。
优选的,所述第二流量值的范围为2~10sccm。
优选的,所述第一下射频功率小于所述第二下射频功率。
优选的,所述第一下射频功率的范围为20~70W。
优选的,所述第二下射频功率的范围为100~600W。
优选的,还包括以下步骤:
S5:设置所述下射频功率源的输出功率为第三下射频功率,其中,所述第三下射频功率小于所述第二下射频功率。
优选的,所述第三下射频功率的范围为1~10W。
优选的,还包括以下步骤:
S6:关闭所述上射频功率源和所述下射频功率源;并向所述反应腔室内通入流量为第三流量值的冷却气体,以对所述被加工工件进行冷却。
优选的,所述第三流量值的范围为200~500sccm。
本发明具有以下有益效果:
本发明提供的一种预清洗方法在使工艺气体起辉后,先减小工艺气体的流量和反应腔室的压力,再对被加工工件进行刻蚀,即先在步骤S3中减小工艺气体的流量和反应腔室的压力,再在步骤S4中改变上射频功率源和下射频功率源的输出功率,以对被加工工件进行刻蚀。从而可以避免在进行刻蚀步骤的同时减小工艺气体的流量和反应腔室的压力,所导致的等离子体状态不稳定,刻蚀不均匀的问题,从而提高预清洗的均匀性。
同时,该预清洗方法先使用较大的第一流量和第一压力值,可以保证在反应腔室内的压力较高时,顺利起辉;再使用较小的第二流量值和第二压力值,可以保证在反应腔室内的压力较低时,均匀刻蚀,从而提高预清洗的均匀性。
附图说明
图1为现有技术中的预清洗腔室结构示意图;
图2为本发明提供的预清洗方法流程图;
图3为本发明提供的预清洗腔室结构示意图;
图4为第二上射频功率、第二下射频功率和刻蚀速率的选择关系图。
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预清洗方法进行详细描述。
本发明提供的预清洗方法包括以下步骤:
S1:向反应腔室内通入流量为第一流量值的工艺气体,并使反应腔室内的压力达到第一压力值;
S2:开启上射频功率源和下射频功率源,并设置上射频功率源和下射频功率源的输出功率分别为第一上射频功率和第一下射频功率,以使工艺气体起辉;
S3:将所述工艺气体的流量减小为第二流量值,并使所述反应腔室内的压力减小为第二压力值;
S4:设置上射频功率源和下射频功率源的输出功率分别为第二上射频功率和第二下射频功率,以对被加工工件进行刻蚀。
上述方法在使工艺气体起辉后,先减小工艺气体的流量和反应腔室的压力,再对被加工工件进行刻蚀,即先在步骤S3中减小工艺气体的流量和反应腔室的压力,再在步骤S4中改变上射频功率源和下射频功率源的输出功率,以对被加工工件进行刻蚀。从而可以避免在进行刻蚀步骤的同时减小工艺气体的流量和反应腔室的压力,所导致的等离子体状态不稳定,刻蚀不均匀的问题,从而提高预清洗的均匀性。
同时,该预清洗方法先使用较大的第一流量和第一压力值,可以保证在反应腔室内的压力较高时,顺利起辉;再使用较小的第二流量值和第二压力值,可以保证在反应腔室内的压力较低时,均匀刻蚀,从而提高预清洗的均匀性。
优选的,在步骤S1中,第一流量值的范围为100~200sccm,第一压力值的范围为6~8mTorr。较大的第一流量和第一压力值有利于步骤S2的顺利起辉。
优选的,在步骤S3中,第二流量值的范围为2~10sccm,第二压力值的范围为0.6~0.8mTorr。较小的第二流量值和第二压力值有利于步骤S4的均匀刻蚀。
优选的,第一下射频功率小于第二下射频功率。较小的第一下射频功率,可以避免在被加工工件表面产生足以吸引等离子体刻蚀的射频自偏压。即在步骤S2的起辉过程中,不刻蚀被加工工件。在步骤S4中,再通过较大的第二下射频功率在被加工工件表面产生足以吸引等离子体刻蚀刻蚀被加工工件的射频自偏压,以对被加工工件进行刻蚀。优选的,第一下射频功率的范围为20~70W,第二下射频功率的范围为100~600W。
优选的,该预清洗方法还包括步骤S5:设置下射频功率源的输出功率为第三下射频功率,其中,第三下射频功率小于第二下射频功率。保持步骤S4的刻蚀过程中的其他参数不变,提前减小并且只减小下射频功率,可以将等离子体束缚在反应腔室内的等离子体区10(如附图3所示),并通过与反应腔室相连的排气装置(如冷泵或分子泵,图中未示出)抽走,从而避免直接关闭上射频功率源和下射频功率源时,因等离子体不受束缚而掉落在被加工工件表面上并产生颗粒污染工艺结果。优选的,第三下射频功率的范围为1~10W。
优选的,该预清洗方法还包括步骤S6:关闭上射频功率源和下射频功率源;并向反应腔室内通入流量为第三流量值的冷却气体,以对被加工工件进行冷却。从而即可以避免高温的被加工工件在传输过程中烫坏机械手,又可以借助冷却气体将被加工工件表面聚集的电荷吹走,减少发生黏片和损伤晶圆的概率。其中,冷却气体应自被加工工件的上方向被加工工件的下吹扫,可以利用现有预清洗腔室的进气口,也可以如图3所示另设进气口11。优选的,第三流量值的范围为200~500sccm。
下面,结合表1和表2,对本发明提供的一种预清洗方法的工艺流程进行具体描述。
表1本发明配方工艺参数优选范围
Step | S1 | S2 | S3 | S4 | S5 | S6 | S7 |
Ar1(sccm) | 100~200 | 100~200 | 0 | 0 | 0 | 200~500 | 0 |
Ar2(sccm) | 2~10 | 2~10 | 2~10 | 2~10 | 2~10 | 20 | 0 |
Pressure(mtorr) | 6~8 | 6~8 | 0.6~0.8 | 0.6~0.8 | 0.6~0.8 | 2~3 | 0 |
Coil RF(W) | 0 | 100~200 | 100~200 | 100~1000 | 100~1000 | 0 | 0 |
Bias RF(W) | 0 | 20~70 | 20~70 | 100~600 | 1~10 | 0 | 0 |
Coil Match | Preset(300|300) | Auto | Auto | Auto | Auto | Auto | Auto |
Bias Match | Preset(300|150) | Auto | Auto | Auto | Auto | Auto | Auto |
Time(s) | 3~10 | 2~3 | 8~15 | 20~60 | 5~10 | 10~30 | 3 |
表2本发明配方工艺参数优选值
Step | S1 | S2 | S3 | S4 | S5 | S6 | S7 |
Ar1(sccm) | 150 | 150 | 0 | 0 | 0 | 200 | 0 |
Ar2(sccm) | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 20 | 0 |
Pressure(mtorr) | 6 | 6 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 2 | 0 |
Coil RF(W) | 0 | 200 | 150 | 200 | 200 | 0 | 0 |
Bias RF(W) | 0 | 50 | 50 | 370 | 5 | 0 | 0 |
Coil Match | Preset(300|300) | Auto | Auto | Auto | Auto | Auto | Auto |
Bias Match | Preset(300|150) | Auto | Auto | Auto | Auto | Auto | Auto |
Time(s) | 5 | 3 | 10 | 24 | 10 | 20 | 3 |
S1预设步,利用大流量气路Ar-1和小流量气路Ar-2,向反应腔室内通入第一流量值为100~200sccm的Ar,并使反应腔室内的第一压力值达到6~8mTorr。同时,将分别与上射频功率源和下射频功率源串联的上匹配器和下匹配器的初始位置预设到合适值。
S2起辉步,开启上射频功率源并设置其输出的第一上射频功率为100~200W,开启下射频功率源并设置其输出的第一下射频功率为20~70W,以使Ar起辉。步骤S2中,较小的下射频功率可以使被加工工件表面的射频自偏压也很小,一般小于50V。从而避免在S2起辉步刻蚀被加工工件。
S3降气压步,关掉大流量气路Ar-1,只利用小流量气路Ar-2,向反应腔室内通入第二流量值为2~10sccm的Ar,并使反应腔室内的第二压力值减小为0.6~0.8mtorr。通过先在步骤S3中减小工艺气体的流量和反应腔室的压力,可以使后续步骤S4中的工艺气体的流量和反应腔室的压力稳定,从而可以避免刻蚀不均匀的问题,提高预清洗的均匀性。同时,因为步骤S3中的下射频功率没有改变,仍然是步骤S2中设置的较小值,所以在步骤S3中也不会刻蚀被加工工件。
S4主刻蚀步,设置上射频功率源输出的第二上射频功率为100~1000W,设置下射频功率源输出的第二下射频功率为100~600W,以对被加工工件进行刻蚀。其中,上射频功率源和下射频功率源的输出功率由预清洗工艺所需要的刻蚀速率确定,不同的刻蚀速率可以设置不同的第二上射频功率和第二下射频功率。如图4所示的第二上射频功率(横轴Coil)、第二下射频功率(纵轴Bias)和刻蚀速率的选择关系图,当第二上射频功率为150W,第二下射频功率为150W时,刻蚀速率为(埃)每分钟,当第二上射频功率为80W,第二下射频功率为130W时刻蚀速率为每分钟。同时,因为步骤S4中的Ar流量和腔室压力均没有改变,从而保证了主刻蚀步的等离子体状态稳定,提高了预清洗的均匀性。
S5预关功率步,设置下射频功率源输出的第三下射频功率为1~10w,其他参数不变。提前减小并且只减小下射频功率,可以将等离子束缚在反应腔室内的等离子体区,并通过与反应腔室相连的排气装置抽走,从而避免直接关闭上射频功率源和下射频功率源时,因等离子体不受束缚而掉落在被加工工件上并产生颗粒污染工艺结果。
S6冷却步,关闭上射频功率源和下射频功率源,并向反应腔室内通入第三流量值为200~500sccm的冷却气体,以对被加工工件进行冷却,从而避免高温被加工工件在传输过程中烫坏机械手。借助冷却气体,还可以将被加工工件上聚集的电荷吹走,减小发生黏片和损伤被加工工件的概率。其中,冷却气体应自被加工工件的上方向被加工工件的下吹扫,可以利用大流量气路Ar-1和小流量气路Ar-2,也可以如图3所示另设进气口11,自被加工工件上方通入Ar或其他惰性气体作为冷却气体,以冷却被加工工件。
S7结束步,关掉所有气体和功率,并将腔室抽到真空状态。
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 (12)
1.一种预清洗方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:向反应腔室内通入流量为第一流量值的工艺气体,并使所述反应腔室内的压力达到第一压力值;
S2:开启上射频功率源和下射频功率源,并设置所述上射频功率源和下射频功率源的输出功率分别为第一上射频功率和第一下射频功率,以使所述工艺气体起辉;
S3:将所述工艺气体的流量减小为第二流量值,并使所述反应腔室内的压力减小为第二压力值;
S4:设置所述上射频功率源和下射频功率源的输出功率分别为第二上射频功率和第二下射频功率,以对被加工工件进行刻蚀。
2.根据权利要求1所述的预清洗方法,其特征在于,所述第一压力值的范围为6~8mTorr。
3.根据权利要求1所述的预清洗方法,其特征在于,所述第一流量值的范围为100~200sccm。
4.根据权利要求1所述的预清洗方法,其特征在于,所述第二压力值的范围为0.6~0.8mTorr。
5.根据权利要求1所述的预清洗方法,其特征在于,所述第二流量值的范围为2~10sccm。
6.根据权利要求1所述的预清洗方法,其特征在于,所述第一下射频功率小于所述第二下射频功率。
7.根据权利要求6所述的预清洗方法,其特征在于,所述第一下射频功率的范围为20~70W。
8.根据权利要求6所述的预清洗方法,其特征在于,所述第二下射频功率的范围为100~600W。
9.根据权利要求1所述的预清洗方法,其特征在于,还包括以下步骤:
S5:设置所述下射频功率源的输出功率为第三下射频功率,其中,所述第三下射频功率小于所述第二下射频功率。
10.根据权利要求9所述的预清洗方法,其特征在于,所述第三下射频功率的范围为1~10W。
11.根据权利要求9所述的预清洗方法,其特征在于,还包括以下步骤:
S6:关闭所述上射频功率源和所述下射频功率源;并向所述反应腔室内通入流量为第三流量值的冷却气体,以对所述被加工工件进行冷却。
12.根据权利要求11所述的预清洗方法,其特征在于,所述第三流量值的范围为200~500sccm。
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2019
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