CN115050625A - 半导体工艺腔室及其清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体工艺腔室的清洗方法，包括：控制供气组件以第一预设流量向腔体中提供第一预设气体，并控制射频组件将其电离形成等离子体；控制供气组件以第二预设流量向腔体中提供第二预设气体，将腔体内部的压力保持在第二预设压力，并控制射频组件将第二预设气体电离形成等离子体；其中，第一预设气体与第二预设气体均包含氧元素，且第一预设流量大于100sccm，第二预设流量小于等于100sccm，第二预设压力小于等于50mtorrorr。本发明在低压力下以低流速向腔体中提供含氧元素的气体，并电离形成等离子体，从而能够对喷嘴附近遗留的等离子体反应产物进行更加彻底的清理，提高了对喷嘴附近等离子体反应产物的清洗效果。本发明还提供一种半导体工艺腔室。

Description

半导体工艺腔室及其清洗方法
技术领域
本发明涉及半导体工艺设备领域，具体地，涉及一种半导体工艺腔室的清洗方法和一种用于实现该清洗方法的半导体工艺腔室。
背景技术
集成电路作为信息产业的基础和核心，是关系着国民经济和社会发展的全局战略性产业。随着现代芯片加工技术的快速革新发展，芯片产额不断提升，而结构尺寸不断减小，其中由芯片组成的CPU结构中的沟槽和线宽尺寸已经缩小至5纳米或甚至5纳米以下。这使得在芯片的等离子体刻蚀加工过程中要严格控制掉落在晶圆上颗粒污染，因为集成电路中沟槽和线宽尺寸很小，即使微小颗粒都有可能导致不同刻蚀沟槽或孔洞之间的短路连接、同一导线的断连、形成空穴而造成更大能耗和发热等。这些问题均会导致晶圆上的芯片单元因不能使用而报废，从而降低了产品的良率。
颗粒控制能力，也是集成电路工艺中衡量设备稳定性和工艺稳定性的一项重要指标，尤其是目前先进的工艺制程中，对颗粒控制的要求越来越高，这就对集成电路设备提出了更大的挑战。颗粒来源主要包括工艺过程形成和外界引入。工艺形成是指工艺反应期间引入，由于工艺导致的颗粒包括晶圆表面上被刻蚀下来的用于形成IC电路的薄膜材料(例如，二氧化硅(SiO2)、氮化镍(TiN)等等)、用于进行化学等离子体刻蚀的等离子体反应产物(polymer，例如，碳的氟化物(C-F)、硅的氟化物(Si-F)等等)以及反应腔室部件被刻蚀的表面材料(氧化铝(Al2O3)、氧化钇(Y2O3)等等)和保护腔室部件所采用的预沉积氧化物在工艺过程中的脱落等；外界引入主要指在晶圆装载传输过程中引入的颗粒污染。当前技术为了延长更换零件的周期，会采用无晶圆自动干法刻蚀清洗过程(Wafer-lessAuto-cleaning，WAC)的方法在刻蚀工艺开始前在腔室内表面沉积一层氧化物薄膜可以大大降低刻蚀过程中对各零件的损耗，从而增加零件的寿命以达到降低成本以及稳定腔室刻蚀环境的需求。
该无晶圆自动干法刻蚀清洗技术首先清理掉残留的沉积氧化物薄膜和工艺过程中用于进行化学等离子体刻蚀的等离子体反应产物(polymer)，然后再重新沉积一层完全新的氧化物薄膜保护腔室内部部件。然而由于机台所用喷嘴的结构局限性，目前所用的无晶圆自动干法刻蚀清洗方式对喷嘴附近的等离子体反应产物(polymer)的清理并不彻底，进而引起颗粒的数目增多和特殊位置分布问题，影响工艺产品片的生产。
因此，如何进一步提高对喷嘴附近的等离子体反应产物的清洗效果，成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在提供一种半导体工艺腔室的清洗方法和一种用于实现该清洗方法的半导体工艺腔室，该半导体工艺腔室的清洗方法能够提高对喷嘴附近的等离子体反应产物的清洗效果，保证半导体工艺腔室的清洁度。
为实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种半导体工艺腔室的清洗方法，所述半导体工艺腔室包括腔体、供气组件、射频组件和喷嘴，所述供气组件用于通过所述喷嘴由所述腔体的顶部向所述腔体中提供气体，所述射频组件用于电离所述腔体中的气体形成等离子体，所述清洗方法包括：
控制所述供气组件以第一预设流量向所述腔体中提供第一预设气体，将所述腔体内部的压力保持在第一预设压力，持续第一预设时间，并控制所述射频组件将所述腔体中的所述第一预设气体电离形成等离子体；
控制所述供气组件以第二预设流量向所述腔体中提供第二预设气体，将所述腔体内部的压力保持在第二预设压力，持续第二预设时间，并控制所述射频组件将所述腔体中的所述第二预设气体电离形成等离子体；
其中，所述第一预设气体与所述第二预设气体均包含氧元素，且所述第一预设流量大于100sccm，所述第二预设流量小于等于100sccm，所述第二预设压力小于等于50mtorrorr。
可选地，所述第一预设气体和所述第二预设气体均包括氧气。
可选地，所述第二预设流量为30sccm-80sccm。
可选地，所述第二预设压力为10mtorrorr-40mtorrorr。
可选地，向所述腔体中提供所述第二预设气体的第二预设时间为8-60秒。
可选地，所述射频组件包括上射频电源和上电极，所述射频电源用于通过所述上电极向所述腔体内部提供射频信号，所述清洗方法还包括：在向所述腔体中提供所述第二预设气体的步骤中，将所述射频电源的功率调节至1000W-2000W。
可选地，所述喷嘴具有中心进气孔和多个环绕所述中心进气孔的边缘进气孔，所述中心进气孔用于竖直向下喷射气体，所述供气组件包括供气盒和供气管路，所述供气管路包括第一支路、第二支路、第三支路和第四支路，其中，所述第一支路和所述第二支路并联在所述供气盒与所述中心进气孔之间，所述第三支路和所述第四支路并联在所述供气盒与所述边缘进气孔之间，且所述第一支路的最小流通截面积小于所述第二支路的最小流通截面积，所述第三支路的最小流通截面积等于所述第二支路的最小流通截面积，所述第四支路的最小流通截面积小于所述第一支路的最小流通截面积，所述第一支路、所述第二支路、所述第三支路和所述第四支路均能够选择性地导通；
所述清洗方法还包括：在向所述腔体中提供所述第二预设气体的步骤中，控制所述第一支路、所述第三支路和所述第四支路导通，并控制所述第二支路断开。
可选地，所述清洗方法还包括在向所述腔体中提供所述第一预设气体的步骤前进行的：
控制所述供气组件以第三预设流量向所述腔体中提供第三预设气体，将所述腔体内部的压力保持在第三预设压力，持续第三预设时间，并控制所述射频组件将所述腔体中的所述第三预设气体电离形成等离子体；
其中，所述第三预设气体包含氟元素。
可选地，所述清洗方法还包括在向所述腔体中提供所述第三预设气体的步骤后、向所述腔体中提供所述第一预设气体的步骤前进行的：
控制所述供气组件以第四预设流量向所述腔体中提供第四预设气体，将所述腔体内部的压力保持在第四预设压力，持续第四预设时间，并控制所述射频组件将所述腔体中的所述第四预设气体电离形成等离子体，以清理所述腔体内部下半部分结构表面的含硅氧化合物薄膜；
其中，所述第四预设气体包含氟元素，且所述第四预设流量低于所述第三预设流量，所述第四预设压力低于所述第三预设压力。
可选地，所述清洗方法还包括在向所述腔体中提供所述第二预设气体的步骤后进行的：
控制所述供气组件向所述腔体中提供沉积工艺气体，持续第五预设时间，并控制所述射频组件将所述腔体中的第五预设气体电离形成等离子体，以在所述腔体内部的部件上沉积保护层。
可选地，所述清洗方法还包括在向所述腔体中提供所述沉积工艺气体的步骤后进行的：
控制所述供气组件向所述腔体中提供吹扫气体，持续第六预设时间，以排出上一步骤结束时所述腔体中存留的气体。
作为本发明的第二个方面，提供一种半导体工艺腔室，包括腔体、供气组件、射频组件和喷嘴，所述供气组件用于通过所述喷嘴由所述腔体的顶部向所述腔体中提供气体，所述射频组件用于电离所述腔体中的气体形成等离子体，所述半导体工艺腔室还包括控制装置，所述控制装置用于执行前面所述的半导体工艺腔室的清洗方法。
在本发明提供的半导体工艺腔室的清洗方法以及半导体工艺腔室中，控制装置能够控制供气组件在两个步骤中向腔体中提供包含氧元素的工艺气体，从而电离形成含氧等离子体对等离子反应产物进行清理。其中，前一步骤中向腔体中提供高流量的第一预设气体，以清理腔体中大部分部件表面的等离子反应产物。而后一步骤中向腔体中提供包含氧元素的第二预设气体的流量小于等于100sccm，且该步骤期间腔体的内部保持在小于等于50mtorrorr的第二预设压力，即在低压力下以低流速向腔体中提供含氧元素的气体，并电离形成含氧元素的等离子体，降低了气体电离形成等离子体后被后续通入的气体推动离开喷嘴的速率，从而提高了喷嘴附近的等离子体浓度，实现在低流速、低压力下对喷嘴附近遗留的含碳、氢等元素的等离子体反应产物进行更加彻底的清理，提高了对喷嘴附近(尤其是边缘进气孔处)的等离子体反应产物的清洗效果，进而保证了半导体工艺腔室的清洁度。
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是本发明实施例提供的半导体工艺腔室的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的半导体工艺腔室中供气组件的供气管路的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的半导体工艺腔室的清洗方法的流程示意图；
图4是利用本发明实施例提供的半导体工艺腔室的清洗方法对半导体工艺腔室进行清洗的效果示意图；
图5是本发明另一实施例提供的半导体工艺腔室的清洗方法的流程示意图；
图6是本发明实施例提供的半导体工艺腔室中喷嘴的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的半导体工艺腔室中喷嘴的剖面示意图；
图8是图7中A区域的局部放大示意图。
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。
本发明的发明人经研究后发现，现有技术中喷嘴附近的等离子体反应产物(polymer)的清理效率较低的主要原因主要在于，对工艺腔室中的等离子体反应产物进行清洗的步骤中，喷嘴表面的等离子体并没有得到彻底的清理，具体地：
现有的无晶圆自动干法刻蚀清洗过程主要包括以下步骤：
步骤01：对腔室内部部件(如介质窗(window)、喷嘴(inject)、气体分布板(gasdistribution plate，GDP)、内衬(liner)、静电卡盘(ESC)等)表面残留的沉积氧化物涂层进行微粗化清理处理，具体包括：首先，在不施加偏压(仅仅存在上射频功率(SRF power))的条件下，采用第一真空压强和含氟等离子主要对腔体上部的部件(介质窗，气体分布板等)上残留的氧化物膜层进行等离子反应清理，使得部件得到表面微粗化处理；其次同样是不施加偏压的情况下，采用第二真空压强和含氟等离子主要对腔体下半部的部件(静电卡盘、内衬、腔室内壁等)和上部件喷嘴上残留的氧化物膜层进行等离子反应清理，使腔室内部下半部分的部件和inject得到表面微粗化处理。
步骤02：对腔室内部部件在工艺过程中产生的等离子反应产物(polymer)进行微粗化清理处理，具体包括：在不施加偏压的条件下，采用真空压强和含氧等离子主要对腔体内部的部件上的等离子反应产物进行等离子反应清理，使得部件得到表面微粗化处理；
步骤03：待腔室内部残留的沉积氧化物涂层和工艺过程产生的等离子反应产物完全清理彻底后，对刻蚀腔体内壁的涂层部件进行氧化物薄膜沉积，使其部件表面吸附硅氧化合物且达到饱和状态，达到保护腔室内部部件和稳定腔室工艺环境的作用。
步骤04：待步骤03氧化物薄膜沉积结束之后，向腔室通入惰性气体，将残留的特气(如SiCl4、Cl2等)吹扫出腔室，防止残留特气对工艺过程中的产品晶原产生影响。
其中，步骤S02中为保证对腔体内部的部件上的等离子反应产物的清洗效果，其用于电离形成含氧等离子体的气体(如，氧气)的供给流量通常较大(例如，氧气流量一般不低于200sccm)。
然而，如图6至图8所示，喷嘴200具有中心进气孔210和多个环绕中心进气孔210的边缘进气孔220，其中中心进气孔210用于竖直向下喷射气体，边缘进气孔220用于向四周斜向下喷射气体，从而使得工艺气体产生的等离子可以更均匀地分布在晶原上方，并逐渐扩散到晶原表面发生相应反应。
由于边缘进气孔220结构的特殊性，等离子反应产物(polymer)以疏松状态附着在边缘进气孔220的侧壁和角落，在此情况下提供工艺气体的气体压力越高、流量越大，对腔室内的下部分和喷嘴边缘孔附近的清理效果就越弱，因而导致喷嘴附近的等离子体反应产物的清理效率较低。
为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供一种半导体工艺腔室的清洗方法，如图1所示，该半导体工艺腔室包括腔体100、供气组件、射频组件和喷嘴200，供气组件用于通过喷嘴200由腔体100的顶部向腔体100中提供气体，射频组件用于电离腔体100中的气体形成等离子体，如图3所示，该清洗方法包括：
步骤S10、控制供气组件以第一预设流量向腔体100中提供第一预设气体，将腔体100内部的压力保持在第一预设压力，持续第一预设时间，并控制射频组件将腔体100中的第一预设气体电离形成等离子体；
步骤S20、控制供气组件以第二预设流量向腔体100中提供第二预设气体，将腔体100内部的压力保持在第二预设压力，持续第二预设时间，并控制射频组件将腔体100中的第二预设气体电离形成等离子体；
其中，第一预设气体与第二预设气体均包含氧元素，且第一预设流量大于100sccm，第二预设流量小于等于100sccm，第二预设压力小于等于50mtorrorr。
在本发明提供的半导体工艺腔室的清洗方法中，步骤S10与步骤S20中均向腔体100中提供包含氧元素的工艺气体，从而电离形成含氧等离子体对等离子反应产物(polymer)进行清理。其中，步骤S10中向腔体100中提供高流量(大于100sccm)的第一预设气体，以清理腔体100中大部分部件表面的等离子反应产物。而步骤S20中向腔体100中提供包含氧元素的第二预设气体的流量小于等于100sccm，且步骤S20期间腔体100的内部保持在小于等于50mtorrorr的第二预设压力，即在低压力下以低流速向腔体100中提供含氧元素的气体，并电离形成含氧元素的等离子体，降低了气体电离形成等离子体后被后续通入的气体推动离开喷嘴200的速率，从而提高了喷嘴200附近的等离子体浓度，实现在低流速、低压力下对喷嘴200附近遗留的含碳(C)、氢(H)等元素的等离子体反应产物进行更加彻底的清理，提高了对喷嘴200附近(尤其是边缘进气孔220处)的等离子体反应产物的清洗效果，进而保证了半导体工艺腔室的清洁度。
作为本发明的一种可选实施方式，如图1所示，射频组件包括上射频电源(图未示)和上电极300(线圈)，射频电源用于通过上电极300向腔体100内部提供射频信号。
考虑到喷嘴200附近遗留的等离子体反应产物主要含碳、氢元素，为便于排出尾气，作为本发明的一种优选实施方式，第一预设气体和第二预设气体均包括氧气。在本发明实施例中，第一预设气体和第二预设气体采用氧气，与喷嘴200附近主要含碳、氢元素的有机物反应效果较好，且清理过程中不会产生难以去除的副产物，进一步保证了腔室环境的洁净度。
在本发明中，低流量是保证喷嘴200附近等离子体反应产物去除效果的关键因素，流量的过大或过小均无法达到理想的清理效果，作为本发明的一种优选实施方式，第二预设流量为30sccm-80sccm(standard cubic centimeter per minute，标准公升每分钟流量值)。
低压是保证喷嘴200附近等离子体反应产物去除效果的另一关键因素，在本发明中，增加上电极300功率仅能起到增大气体的电离度、增加等离子密度的作用，进而提高等离子体与等离子体反应产物之间的反应速率，相应地缩短工艺时间，而流量与压力过大时，上电极300功率再大也无法达到理想的清理效果，因此，需确保第二预设压力在所需范围内。作为本发明的一种优选实施方式，第二预设压力为10mtorrorr-40mtorrorr。
作为本发明的一种可选实施方式，向腔体100中提供第二预设气体的第二预设时间为8-60秒。该向腔体100中提供第二预设气体的时长可根据工艺需要在范围内自由进行调整，例如，当喷嘴200附近待清理的等离子体反应产物厚度较高时，向腔体100中提供第二预设气体的时长可相应地设置为较长，喷嘴200附近待清理的等离子体反应产物厚度较低时，向腔体100中提供第二预设气体的时长可相应缩短。
为保证步骤S20对喷嘴200附近等离子体反应产物的清洗效果，步骤S20中上电极300的功率可相应调高，具体地，如表1-1所示，该清洗方法还包括：
在向腔体100中提供第二预设气体的步骤S20中，将射频电源的功率调节至1000W-2000W。
步骤S20对应的工艺参数如下表1-1所示：
表1-1
Step Pressure(mtorr) Power(W) Gas(sccm) ESC temp(℃) IR FRC ratio Time(s)
S20 10-40 1000-2000 30-80O2/50He_Edge 60/60/60/60 0.43 Edge 8-60
作为本发明的一种可选实施方式，第一预设气体为氧气，第一预设流量为200sccm，第一预设时间可以为14s。
与步骤S20要求的第二预设压力(低压)相比，步骤S10中第一预设压力取值范围的上限可以更高，作为本发明的一种可选实施方式，第一预设压力可以取小于65mtorr的任意数值。例如，可选地，步骤S10中将腔体100内部的压力保持在15mtorr。
步骤S10中第一预设流量的范围可以根据仪表量程选取，例如，在常规半导体工艺腔室中，进气管路上的流量计最大量程通常可选取为500sccm，则第一预设流量的取值范围可以为100sccm至400sccm。可选地，第一预设流量可以为200sccm。
向腔体100中提供第一预设气体的步骤S10中，射频电源的功率范围可以与步骤S20相近，例如，作为本发明的一种可选实施方式，步骤S10中可将射频电源的功率调节至1000W。
步骤S10对应的工艺参数如下表1-2所示：
表1-2
Step Pressure(mtorr) Power(W) Gas(sccm) ESC temp(℃) IR FRC ratio Time(s)
S10 15 1000W 200O2/50He_Edge 60/60/60/60 0.43 Edge 14
作为本发明的一种可选实施方式，如图1所示，该半导体工艺腔室还包括内衬120(liner)、静电卡盘110(electrostatic chuck，ESC)、介质窗400(window)和气体分布板500(gas distribution plate，GDP)，内衬120用于保护腔体100的内侧壁，静电卡盘110用于承载晶圆111(wafer)，介质窗400封闭腔体100的顶部开口，环状的气体分布板500设置在腔体100内部，喷嘴200穿过介质窗400上的通孔并穿过气体分布板500中央的内孔向腔体100内部均匀地喷射工艺气体，上电极300设置在介质窗400的上方，并通过介质窗400向腔体100内部馈入射频信号。
作为本发明的一种可选实施方式，该清洗方法还包括通过含氟等离子体对腔室内部部件表面残留的沉积氧化物涂层进行微粗化清理处理的步骤，具体地，如图5所示，该清洗方法还包括在向腔体100中提供第一预设气体的步骤S10前进行的：
步骤S01：控制供气组件以第三预设流量向腔体100中提供第三预设气体，将腔体100内部的压力保持在第三预设压力，持续第三预设时间，并控制射频组件将腔体100中的第三预设气体电离形成等离子体；其中，第三预设气体包含氟元素。
作为本发明的一种可选实施方式，步骤S01中包含氟元素的第三预设气体可以为三氟化氮。
考虑到气体压力越高，流量越大，对腔室内的下部分(静电卡盘110、内衬120的各个角落等)和边缘进气孔附近的清理效果越弱、对腔室上表面尤其是介质窗400附近的残留膜层的清理效果相对越好。而在相同时间条件下，低压力和低流量的气体，由于其流速较低，可以对腔室下表面的角落和喷嘴200附近进行更好的清理。为提高整体清洗效果，作为本发明的一种优选实施方式，可采用高低压组合方式清理腔室上下表面的残留氧化物。
具体地，如图5所示，该清洗方法还包括在向腔体100中提供第三预设气体的步骤S01后、向腔体100中提供第一预设气体的步骤S10前进行的：
步骤S02、控制供气组件以第四预设流量向腔体100中提供第四预设气体，将腔体100内部的压力保持在第四预设压力，持续第四预设时间，并控制射频组件将腔体100中的第四预设气体电离形成等离子体，以清理腔体100内部下半部分结构表面(以及喷嘴200附近)的含硅氧化合物薄膜。其中，第四预设气体中包含氟元素，且第四预设流量低于第三预设流量，第四预设压力低于第三预设压力。在此情况下，步骤S01的主要效果为清理腔体100内部上半部分结构表面的含硅氧化合物薄膜，即，步骤S01与步骤S02形成高低压组合清理工艺，分别对腔体100内部不同区域的结构表面附着的含硅氧化合物薄膜进行清理。
可选地，第四预设气体也为三氟化氮。
步骤S01对应的工艺参数如下表1-3所示，步骤S02对应的工艺参数如下表1-4所示：
表1-3
Step Pressure(mtorr) Power(W) Gas(sccm) ESC temp(℃) IR FRC ratio Time(s)
S01 400 1800W 500NF3/200Ar/50He_Edge 60/60/60/60 0.43 Edge 20
表1-4
Step Pressure(mtorr) Power(W) Gas(sccm) ESC temp(℃) IR FRC ratio Time(s)
S02 65 1800W 50NF3/50He_Edge 60/60/60/60 0.43 Edge 12
如表1-3、表1-4所示，步骤S01中第三预设气体(三氟化氮)的第三预设流量设置为较高(500sccm)，步骤S02中第四预设气体(三氟化氮)的第四预设流量设置为较低(50sccm)，且步骤S01中工艺腔室内部压力(400mtorr)比步骤S02中工艺腔室内部压力(65mtorr)高，即，步骤S01中为高压、高流量模式，步骤S02中为低压、低流量模式，从而在步骤S01中主要对介质窗400附近(即腔体100内部上半部分结构)的含硅氧化合物残留膜层进行清理，步骤S02中主要对腔室下表面(即腔体100内部下半部分结构)的角落和喷嘴200附近进行清理，以提高对腔室整体的清洗效果。
可选地，第三预设时间为20秒，第四预设时间为12秒；步骤S01和步骤S02中均将射频电源的功率调节至1800W。作为本发明的一种可选实施方式，该清洗方法还包括在向腔体100中提供第二预设气体、第三预设气体、第四预设气体以及第一预设气体的步骤中，以预设流量向腔体100中提供预设惰性气体。
作为本发明的一种可选实施方式，如表1-1至表1-4所示，该预设惰性气体为氦气，预设流量为50sccm。
为延长腔体100内部部件的使用寿命，该方法还包括在腔体100内部沉积氧化物薄膜保护层的步骤，具体地，如图5所示，该方法还包括在向腔体100中提供第二预设气体的步骤S20后进行的：
步骤S30、控制供气组件向腔体100中提供沉积工艺气体，持续第五预设时间，并控制射频组件将腔体100中的第五预设气体电离形成等离子体，以在腔体100内部部件上沉积保护层。
可选地，第五预设时间可以为12秒，沉积工艺气体可以包括四氯化硅和氧气，四氯化硅与氧气形成等离子体并进行反应后可生成致密的硅氧化物膜层并沉积在腔室表面。
可选地，该方法还包括在向腔体100中提供沉积工艺气体的步骤S30中，将腔体100内部的压力保持在50mtorr，并将射频电源的功率调节至1350W。
步骤S30对应的工艺参数如下表1-5所示：
表1-5
Step Pressure(mtorr) Power(W) Gas(sccm) ESC temp(℃) IR FRC ratio Time(s)
S30 50 1350W 100SiCl4/200O2/300Ar/50He_Edge 60/60/60/60 0.79 Center 12
作为本发明的一种可选实施方式，该方法还包括将腔室中残留的气体吹出的步骤，具体地，如图5所示，该方法还包括：
步骤S40、控制供气组件向腔体100中提供吹扫气体，持续第六预设时间，以排出上一步骤结束时腔体100中存留的气体。
可选地，第六预设时间为15秒，吹扫气体可以包括至少一种惰性气体(例如，可以包括氦气、氩气等)。步骤S40对应的工艺参数如下表1-6所示：
表1-6
Step Pressure(mtorr) Power(W) Gas(sccm) ESC temp(℃) IR FRC ratio Time(s)
S40 Position mode：1000 0W 500Ar/50He_Edge 60/60/60/60 0.79 Center 15
作为本发明的一种可选实施方式，如图6至图8所示，喷嘴200具有中心进气孔210和多个环绕中心进气孔210的边缘进气孔220，中心进气孔210用于竖直向下喷射气体。
具体地，如图7、图8所示，喷嘴200的顶端用于接收工艺气体，喷嘴200的内部具有沿竖直方向延伸的第一中央导气孔211、多个第二中央导气孔212和多个边缘导气孔221，多个第二中央导气孔212的顶端与第一中央导气孔211的底端连接，多个第二中央导气孔212的底端一一对应地与多个中心进气孔210连通，多个边缘导气孔221的底端一一对应地与多个边缘进气孔220连通。由喷嘴200顶端进入的部分工艺气体依次经过第一中央导气孔211、多个第二中央导气孔212和多个中心进气孔210并排入腔体100中，另一部分工艺气体依次经过多个边缘导气孔221和多个边缘进气孔220并排入腔体100中。
供气组件包括供气盒(gas box)和供气管路，如图2所示，供气管路包括第一支路610、第二支路620、第三支路630和第四支路640，其中，第一支路610和第二支路620并联在供气盒与中心进气孔210之间，第三支路630和第四支路640并联在供气盒与边缘进气孔220之间，且第一支路610的最小流通截面积小于第二支路620的最小流通截面积，第三支路630的最小流通截面积等于第二支路620的最小流通截面积，第四支路640的最小流通截面积小于第一支路610的最小流通截面积，第一支路610、第二支路620、第三支路630和第四支路640均能够选择性地导通。
作为本发明的一种可选实施方式，如图2所示，第一支路610、第二支路620、第三支路630和第四支路640上均设置有用于限定支路上最小流通截面积的气体比例调节垫片(Orifice)，且第一支路610上的比例调节垫片611的限流孔径小于第二支路620上的比例调节垫片621的限流孔径，第三支路630上的比例调节垫片631的限流孔径等于第二支路620上的比例调节垫片621的限流孔径，第四支路640上的比例调节垫片641的限流孔径小于第一支路610上的比例调节垫片611的限流孔径。
例如，可选地，第一支路610上的比例调节垫片611的限流孔径为1.6mm，第四支路640上的比例调节垫片641的限流孔径为1mm，第二支路620上的比例调节垫片621和第三支路630上的比例调节垫片631的限流孔径均为4.3mm。
作为本发明的一种可选实施方式，如图2所示，可通过在支路上设置气动阀(AirValve)的方式控制支路的通断，
相应地，可通过调节第一支路610、第二支路620、第三支路630和第四支路640的通断，来改变喷嘴200的中心进气孔210和边缘进气孔220的进气量，具体地，供气盒中的气体进入腔室的模式(FRC ratio)可分为四种：
Equal模式：四支路气体全开，即，第一支路610、第二支路620、第三支路630和第四支路640全部打开；
Center模式：连接中心进气孔210的气体比例调节垫片限流孔径为4.3mm的第二支路620的气动阀622打开，关闭连接边缘进气孔220的限流孔径4.3mm的第三支路630的气动阀632，限流孔径1.6mm和限流孔径1.0mm的支路常开，即，第一支路610、第二支路620和第四支路640打开，第三支路630关闭；
Edge模式：连接边缘进气孔220的气体比例调节垫片限流孔径为4.3mm的第三支路630的气动阀632打开，关闭连接中心进气孔210的限流孔径为4.3mm的第二支路620的气动阀622，限流孔径1.6mm和1.0mm支路常开，即，第一支路610、第三支路630和第四支路640打开，第二支路620关闭；
less center模式：连接中心进气孔210和边缘进气孔220的气体比例调节垫片限流孔径为4.3mm的两个支路的气动阀均关闭，限流孔径为1.6mm和1.0mm的支路常开，即，第一支路610和第四支路640打开，第二支路620和第三支路630关闭。
作为本发明的一种可选实施方式，该清洗方法还包括：在向腔体100中提供第二预设气体的步骤S20中，控制第一支路610、第三支路630和第四支路640导通，并控制第二支路620断开，即，步骤S20中供气组件的进气模式(FRC ratio)为Edge模式。
可选地，供气组件仅在步骤S30、步骤S40中为Center模式，在其余步骤中均为Edge模式。
可选地，如图2所示，供气管路还包括进气总管，第一支路610、第二支路620、第三支路630和第四支路640的上游均通过进气总管与供气盒连接，进气总管上设置有过滤器651(filter)和总气动阀652。
可选地，如表1-1至表1-6所示，各步骤中均将静电卡盘(ESC)的温度(ESC temp)保持在60℃(具体为将静电卡盘的四个温控区域均保持在60℃，即工艺参数设置为60/60/60/60)。
可选地，上电极300包括内射频线圈和水平环绕在内射频线圈外侧的外射频线圈，如表1-1至表1-6所示，在步骤S01至步骤S20中，均将外线圈电流比例参数IR(即外射频线圈上的电流值与内射频线圈、外射频线圈上的电流值之和的比值)保持在0.43，其余步骤中将外线圈电流比例参数IR保持在0.79。
如图4所示为不进行步骤S20以及采用下表1-7所示工艺配方进行步骤S20后，加工得到的晶圆表面颗粒数量的对比示意图。
表1-7
Step Pressure(mtorr) Power(W) Gas(sccm) ESC temp(℃) IR FRC ratio Time(s)
S20 15 1000 40O2/50He_Edge 60/60/60/60 0.43 Edge 8or 40
由图4可知，通过包含步骤S20的无晶圆自动干法刻蚀清洗(WAC)配方(recipe)进行清洗工艺，能够显著减少晶圆的颗粒数量，尤其在第二预设时间延长至40s的条件下，晶圆颗粒几乎为0。
作为本发明的第二个方面，提供一种半导体工艺腔室，包括腔体100、供气组件、射频组件和喷嘴200，供气组件用于通过喷嘴200由腔体100的顶部向腔体100中提供气体，射频组件用于电离腔体100中的气体形成等离子体，该半导体工艺腔室还包括控制装置，该控制装置用于执行本发明实施例提供的半导体工艺腔室的清洗方法。
在本发明提供的半导体工艺腔室中，控制装置能够控制供气组件在两个步骤中向腔体100中提供包含氧元素的工艺气体，从而电离形成含氧等离子体对等离子反应产物进行清理。其中，前一步骤中向腔体100中提供高流量(大于100sccm)的第一预设气体，以清理腔体100中大部分部件表面的等离子反应产物。而后一步骤中向腔体100中提供包含氧元素的第二预设气体的流量小于等于100sccm，且该步骤期间腔体100的内部保持在小于等于50mtorrorr的第二预设压力，即在低压力下以低流速向腔体100中提供含氧元素的气体，并电离形成含氧元素的等离子体，降低了气体电离形成等离子体后被后续通入的气体推动离开喷嘴200的速率，从而提高了喷嘴200附近的等离子体浓度，实现在低流速、低压力下对喷嘴200附近遗留的含碳(C)、氢(H)等元素的等离子体反应产物进行更加彻底的清理，提高了对喷嘴200附近(尤其是边缘进气孔220处)的等离子体反应产物的清洗效果，进而保证了半导体工艺腔室的清洁度。
作为本发明的一种可选实施方式，喷嘴200具有中心进气孔210和多个环绕中心进气孔210的边缘进气孔220，中心进气孔210用于竖直向下喷射气体，供气组件包括供气盒和供气管路。如图2所示，供气管路包括第一支路610、第二支路620、第三支路630和第四支路640，其中，第一支路610和第二支路620并联在供气盒与中心进气孔210之间，第三支路630和第四支路640并联在供气盒与边缘进气孔220之间，且第一支路610的最小流通截面积小于第二支路620的最小流通截面积，第三支路630的最小流通截面积等于第二支路620的最小流通截面积，第四支路640的最小流通截面积小于第一支路610的最小流通截面积，第一支路610、第二支路620、第三支路630和第四支路640均能够选择性地导通。
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)

1.一种半导体工艺腔室的清洗方法，所述半导体工艺腔室包括腔体、供气组件、射频组件和喷嘴，所述供气组件用于通过所述喷嘴由所述腔体的顶部向所述腔体中提供气体，所述射频组件用于电离所述腔体中的气体形成等离子体，其特征在于，所述清洗方法包括：
控制所述供气组件以第一预设流量向所述腔体中提供第一预设气体，将所述腔体内部的压力保持在第一预设压力，持续第一预设时间，并控制所述射频组件将所述腔体中的所述第一预设气体电离形成等离子体；
控制所述供气组件以第二预设流量向所述腔体中提供第二预设气体，将所述腔体内部的压力保持在第二预设压力，持续第二预设时间，并控制所述射频组件将所述腔体中的所述第二预设气体电离形成等离子体；
其中，所述第一预设气体与所述第二预设气体均包含氧元素，且所述第一预设流量大于100sccm，所述第二预设流量小于等于100sccm，所述第二预设压力小于等于50mtorrorr。
2.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室的清洗方法，其特征在于，所述第一预设气体和所述第二预设气体均包括氧气。
3.根据权利要求2所述的半导体工艺腔室的清洗方法，其特征在于，所述第二预设流量为30sccm-80sccm。
4.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室的清洗方法，其特征在于，所述第二预设压力为10mtorrorr-40mtorrorr。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的半导体工艺腔室的清洗方法，其特征在于，向所述腔体中提供所述第二预设气体的第二预设时间为8-60秒。
6.根据权利要求5所述的半导体工艺腔室的清洗方法，其特征在于，所述射频组件包括上射频电源和上电极，所述射频电源用于通过所述上电极向所述腔体内部提供射频信号，所述清洗方法还包括：在向所述腔体中提供所述第二预设气体的步骤中，将所述射频电源的功率调节至1000W-2000W。
7.根据权利要求1至4中任意一项所述的半导体工艺腔室的清洗方法，其特征在于，所述喷嘴具有中心进气孔和多个环绕所述中心进气孔的边缘进气孔，所述中心进气孔用于竖直向下喷射气体，所述供气组件包括供气盒和供气管路，所述供气管路包括第一支路、第二支路、第三支路和第四支路，其中，所述第一支路和所述第二支路并联在所述供气盒与所述中心进气孔之间，所述第三支路和所述第四支路并联在所述供气盒与所述边缘进气孔之间，且所述第一支路的最小流通截面积小于所述第二支路的最小流通截面积，所述第三支路的最小流通截面积等于所述第二支路的最小流通截面积，所述第四支路的最小流通截面积小于所述第一支路的最小流通截面积，所述第一支路、所述第二支路、所述第三支路和所述第四支路均能够选择性地导通；
所述清洗方法还包括：在向所述腔体中提供所述第二预设气体的步骤中，控制所述第一支路、所述第三支路和所述第四支路导通，并控制所述第二支路断开。
8.根据权利要求1至4中任意一项所述的半导体工艺腔室的清洗方法，其特征在于，所述清洗方法还包括在向所述腔体中提供所述第一预设气体的步骤前进行的：
控制所述供气组件以第三预设流量向所述腔体中提供第三预设气体，将所述腔体内部的压力保持在第三预设压力，持续第三预设时间，并控制所述射频组件将所述腔体中的所述第三预设气体电离形成等离子体；
其中，所述第三预设气体包含氟元素。
9.根据权利要求8所述的半导体工艺腔室的清洗方法，其特征在于，所述清洗方法还包括在向所述腔体中提供所述第三预设气体的步骤后、向所述腔体中提供所述第一预设气体的步骤前进行的：
控制所述供气组件以第四预设流量向所述腔体中提供第四预设气体，将所述腔体内部的压力保持在第四预设压力，持续第四预设时间，并控制所述射频组件将所述腔体中的所述第四预设气体电离形成等离子体；
其中，所述第四预设气体包含氟元素，且所述第四预设流量低于所述第三预设流量，所述第四预设压力低于所述第三预设压力。
10.根据权利要求9所述的半导体工艺腔室的清洗方法，其特征在于，所述清洗方法还包括在向所述腔体中提供所述第二预设气体的步骤后进行的：
控制所述供气组件向所述腔体中提供沉积工艺气体，持续第五预设时间，并控制所述射频组件将所述腔体中的第五预设气体电离形成等离子体，以在所述腔体内部的部件上沉积保护层。
11.根据权利要求9所述的半导体工艺腔室的清洗方法，其特征在于，所述清洗方法还包括在向所述腔体中提供所述沉积工艺气体的步骤后进行的：
控制所述供气组件向所述腔体中提供吹扫气体，持续第六预设时间，以排出上一步骤结束时所述腔体中存留的气体。
12.一种半导体工艺腔室，包括腔体、供气组件、射频组件和喷嘴，所述供气组件用于通过所述喷嘴由所述腔体的顶部向所述腔体中提供气体，所述射频组件用于电离所述腔体中的气体形成等离子体，其特征在于，所述半导体工艺腔室还包括控制装置，所述控制装置用于执行权利要求1至11中任意一项所述的半导体工艺腔室的清洗方法。
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