CN117976506A - 一种等离子体刻蚀中改善颗粒污染的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种等离子体刻蚀中改善颗粒污染的方法及装置，所述方法包括：步骤S1、在反应腔的内壁沉积可清洗碳层；步骤S2、先向所述反应腔内通入刻蚀气体；步骤S3、再将样品置于所述反应腔内进行刻蚀并持续通入刻蚀气体，刻蚀完毕后停止通刻蚀气体并取出样品；步骤S4、向所述反应腔内通入清洗气体进行清洗；所述装置包括：用于放置样品并进行刻蚀的反应腔；其中，所述反应腔的内壁设置有可清洗碳层；所述可清洗碳层在样品刻蚀之前设置于反应腔的内壁，且所述可清洗碳层在样品刻蚀之后经清洗去除或减薄。本发明能够减少刻蚀过程中微颗粒的产生。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体技术领域，尤其涉及一种等离子体刻蚀中改善颗粒污染的方法及装置。
背景技术
随着半导体技术的不断发展，对于刻蚀工艺稳定度，比如特征尺寸和刻蚀形貌等的要求越来越高。同时，随着工艺节点的缩小，对于腔体微颗粒污染的要求也越来越高。这些工艺控制和生产中碰到的问题都需要更严格地控制生产中反应腔侧壁的沉积物的形态。传统的做法是在刻蚀之前以碳氟气体激发等离子体放电，来进行反应腔的沉积，同时在反应腔的表面形成CF聚合物的沉积，即所谓沉积的生产模式。
然而，上述沉积的生产模式，微颗粒的污染来自两方面：一是电极和CF等离子体产生AlFx或YFx等盐类物质。这些盐类物质在生产过程中慢慢累积，变成微颗粒；另一个是CF的沉积累积时间长之后由于压力的原因，会溅射脱落下来，变成微颗粒的来源。而且在CF聚合物沉积起来之前，由于离子的轰击效应和自由基的化学腐蚀，会造成电极的腐蚀，缩短使用寿命。
因此，需要开发新的等离子体刻蚀中反应腔的处理方法。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种等离子体刻蚀中改善颗粒污染的方法及装置，解决了射频等离子体刻蚀应用中电极被污染的问题，减少了产品被颗粒污染的情况，同时延长了反应腔的保养周期，提高了生产效率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种等离子体刻蚀中改善颗粒污染的方法，所述方法包括：
步骤S1、在反应腔的内壁沉积可清洗碳层；
步骤S2、先向所述反应腔内通入刻蚀气体；
步骤S3、再将样品置于所述反应腔内进行刻蚀并持续通入刻蚀气体，刻蚀完毕后停止通刻蚀气体并取出样品；
步骤S4、向所述反应腔内通入清洗气体进行清洗。
本发明提供的等离子体刻蚀中改善颗粒污染的方法通过在反应腔的内壁沉积可清洗的碳层，在沉积碳层的过程中等离子体不与电极反应，不会损害电极，且碳层能够起到保护电极不与后续刻蚀气体反应的作用，同时可以减少电极与后续刻蚀气体产生铝氟化物或钇氟化物等盐类物质，减少了微颗粒的产生；更进一步，本发明通过先通入刻蚀气体，再将样品置于反应腔内进行刻蚀，一方面先起到稳定反应腔内环境的作用，另一方面先通入的刻蚀气体能够在可清洗碳层的表面进一步沉积刻蚀气体膜层，从而起到更优的反应腔内壁和电极的保护作用。
进一步值得说明的是，由于氟碳膜层的长时间累积后导致氟碳膜层的厚度变厚，后续在压力作用下脱落下来，形成微颗粒的来源，因此本发明在步骤S3刻蚀完样品后进行清洗步骤，该清洗步骤能够降低氟碳膜层的厚度，从而减少微颗粒的产生。本发明提供的方法能够在原有单次刻蚀必须配备单次清洗的基础上实现多次刻蚀后再进行一次清洗的效果，延长了反应腔的保养时长，提高了生产效率。
优选地，步骤S1中所述沉积可清洗碳层的过程包括采用反应气进行沉积，所述反应气包括CO和/或碳氢化合物气体，其中所述碳氢化合物气体中碳原子数为1~6，所述碳氢化合物包括烷烃、烯烃、炔烃或芳烃等，优选所述沉积可清洗碳层的反应气为CO和/或CH4。
x的取值范围为1~6，例如可以是1、2、3、4、5或6等。
所述沉积可清洗碳层的过程中工艺参数至少满足以下一个条件：射频频率为13.56MHz~60MHz，射频功率为500W~2000W，反应腔内的压力为50mTorr~500mTorr，反应腔的内表面温度为0~100℃。
本发明中mTorr是指微米汞柱，为压力单位。
其中，射频频率例如可以是13.56MHz、19MHz、24MHz、29MHz、34MHz、40MHz、45MHz、50MHz、55MHz或60MHz等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
射频功率例如可以是500W、660W、830W、1000W、1160W、1330W、1500W、1660W、1830W或2000W等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
反应腔内的压力例如可以是50mTorr、100mTorr、150mTorr、200mTorr、250mTorr、300mTorr、350mTorr、400mTorr、450mTorr或500mTorr等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
反应腔的内表面温度为0~100℃，例如可以是0℃、12℃、23℃、34℃、45℃、56℃、67℃、78℃、89℃或100℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤S1中所述可清洗碳层的厚度范围为0.1微米~30微米，和/或，所述可清洗碳层的孔隙率为10~80%。
其中，可清洗碳层的厚度范围例如可以是0.1微米、1微米、2微米、5微米、10微米、12微米、15微米、20微米、25微米或30微米等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
由于可清洗碳层过厚容易出现自身脱落的问题，而过薄则难以起到保护电极的作用，因此本发明优选将可清洗碳层的厚度范围控制在0.1~30微米。
可清洗碳层的孔隙率例如可以是10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%或80%等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤S2中所述刻蚀气体包括含氟气体、HCl、NH3、HBr或Cl2中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合为含氟气体和HCl的组合，NH3和HCl的组合，含氟气体和NH3的组合，Cl2和HCl的组合。其中，所述含氟气体包括CF4、C2F6、C3F8、C4F8、C4F6、SF6、CHF3、CH2F2、CH3F或NF3中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合为NF3和C2F6的组合，C4F8和C2F6的组合，CH3F和C4F8的组合，SF6和C2F6的组合，CF4和SF6的组合，CHF3和C2F6的组合，CF4和CH2F2的组合。
本发明提供的等离子体刻蚀中改善颗粒污染的方法优选更适用于刻蚀气体为含氟气体的情况，这是由于含氟气体中的F不仅会与电极反应，而且还会与常规硅或二氧化硅反应，导致现有技术中常规的硅膜或二氧化硅膜层难以起到保护电极或减少颗粒污染的作用。
优选地，步骤S2中所述刻蚀气体中含CF4、C2F6、C3F8、C4F8、C4F6、CHF3、CH2F2或CH3F中的任意一种或至少两种的组合时，先向所述反应腔内通入刻蚀气体的时间段内，在所述可清洗碳层远离反应腔的内壁沉积有可清洗氟碳层。
本发明进一步优选在可清洗碳层的基础上先沉积一层可清洗氟碳层，具有更优的保护电极和减少颗粒污染的效果。
其中，所述可清洗氟碳层的厚度范围为0.1微米~100微米，例如可以是0.1微米、1微米、5微米、10微米、20微米、30微米、40微米、50微米、70微米、80微米、90微米或100微米等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
由于可清洗氟碳层过厚容易出现自身脱落的问题，而过薄则难以起到较佳保护电极的作用，因此本发明优选将可清洗氟碳层的厚度范围控制在0.1~100微米。
所述向所述反应腔内通入刻蚀气体的工艺参数至少满足以下一个条件：等离子激发频率为13.56MHz~60MHz，射频功率为50W~3000W，反应腔内的压力为20mTorr~500mTorr，反应腔的内表面温度为0~100℃，所述刻蚀气体的流量为10~1000sccm。
其中，射频频率例如可以是13.56MHz、19MHz、24MHz、29MHz、34MHz、40MHz、45MHz、50MHz、55MHz或60MHz等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
射频功率例如可以是500W、660W、830W、1000W、1160W、1330W、1500W、1660W、1830W、2000W、2500W、2800W或3000W等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
反应腔内的压力例如可以是20mTorr、50mTorr、100mTorr、150mTorr、200mTorr、250mTorr、300mTorr、350mTorr、400mTorr、450mTorr或500mTorr等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
反应腔的内表面温度为0~100℃，例如可以是0℃、12℃、23℃、34℃、45℃、56℃、67℃、78℃、89℃或100℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
刻蚀气体的流量为10~1000sccm，例如可以是10sccm、20sccm、50sccm、100sccm、120sccm、200sccm、300sccm、500sccm、600sccm、700sccm、800sccm、900sccm或1000sccm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述方法中步骤S3重复2~30次后再进行步骤S4，例如可以是重复2次、3次、5次、10次、15次、20次、25次或30次等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
值得说明的是，通过采用本发明提供的等离子体刻蚀中改善颗粒污染的方法，能够从原本一次刻蚀后就进行一次清洗转化为重复进行2~30次刻蚀后再进行一次清洗即可，大大延长了反应腔的保养时间，提高了生产效率。
其中，所述样品包括硅晶圆、SiC晶圆、GaN晶圆或蓝宝石晶圆中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，步骤S4所述清洗包括对可清洗氟碳层进行全部清除或部分清除。
值得说明的是，本发明在清洗的过程中可以通过调控清洗时长，从而实现可清洗氟碳层的全部清除或部分清除，当其进行全部清除时，后续下一次刻蚀之前则进行可清洗氟碳层的沉积，当其进行部分清除时，根据清除后剩余的厚度，选择性地进行可清洗氟碳层的沉积或者不进行该步的沉积，进行部分清除时可以更进一步缩短保养时长，提高生产效率；也可进行1次以上的部分清除后再进行一次全部清除，从而兼顾颗粒污染的去除效果和生产效率。
其中，所述清洗为对可清洗氟碳层进行全部清除时且同时清除可清洗碳层时，步骤S4清洗后循环至步骤S1中，且步骤S2中先向所述反应腔内通入刻蚀气体的时长为20s~2000s，例如可以是20s、30s、50s、70s、80s、100s、200s、300s、500s、1000s、1500s或2000s等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
或者，所述清洗为对可清洗氟碳层进行部分清除时，步骤S4清洗后循环至步骤S2中，且步骤S2中先向所述反应腔内通入刻蚀气体的时长为5s~1500s，例如可以是5s、10s、50s、100s、200s、500s、1000s、1200s或1500s等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤S4中清洗的时长为10s~600s，例如可以是10s、20s、50s、100s、150s、200s、250s、300s、400s、500s或600s等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用，和/或所述清洗气体包括O2、CO2、N2O或O3中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合为O2和CO2的组合，N2O和CO2的组合，O2和N2O的组合，O3和CO2的组合，O2和O3的组合。
所述清洗包括对可清洗碳层进行全部清除或部分清除，其中，所述清洗为对可清洗碳层进行全部清除时，步骤S1中所述沉积可清洗碳层的时长为10s~2000s，例如可以是10s、20s、50s、100s、150s、200s、250s、300s、400s、500s、600s、800s、1000s、1200s、1500s或2000s等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用；或者，所述清洗为对可清洗碳层进行部分清除时，步骤S1中所述沉积可清洗碳层的时长为5s~1500s，例如可以是5s、10s、20s、50s、100s、200s、500s、800s、1000s、1200s、1400s或1500s等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
值得说明的是，本发明在清洗的过程中可以通过调控清洗时长，从而实现可清洗碳层的全部清除或部分清除，当其进行全部清除时，后续下一次刻蚀之前则进行可清洗碳层的沉积，当其进行部分清除时，根据清除后剩余的厚度，则缩短可清洗碳层的沉积时长，以满足沉积后可清洗碳层的厚度，进行部分清除时可以更进一步缩短保养时长，提高生产效率；也可进行1次以上的部分清除后再进行一次全部清除，从而兼顾颗粒污染的去除效果和生产效率。
第二方面，本发明提供一种等离子体刻蚀中改善颗粒污染的装置，所述装置包括：用于放置样品并进行刻蚀的反应腔；其中，所述反应腔的内壁设置有可清洗碳层；所述可清洗碳层在样品刻蚀之前设置于反应腔的内壁，且所述可清洗碳层在样品刻蚀之后经清洗去除或减薄。
本发明第二方面提供的等离子体刻蚀中改善颗粒污染的装置可以实现第一方面提供的等离子体刻蚀中改善颗粒污染的方法，不仅能够保护电极，延长电极寿命，而且能够减少产品微颗粒污染的情况，延长反应腔的保养周期，提高生产效率。
优选地，所述可清洗碳层的厚度范围为0.1微米~30微米，例如可以是0.1微米、1微米、2微米、5微米、10微米、12微米、15微米、20微米、25微米或30微米等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用；和/或，所述可清洗碳层的孔隙率为10~80%，例如可以是10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%或80%等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
所述装置还包括：设置在所述可清洗碳层的表面的可清洗氟碳层，所述可清洗氟碳层设置在远离反应腔的内壁一侧；且所述可清洗氟碳层在样品刻蚀之前设置于可清洗碳层的表面，且所述可清洗氟碳层在样品刻蚀之后经清洗去除或减薄；
其中，所述可清洗氟碳层的厚度范围为0.1微米~100微米，例如可以是0.1微米、1微米、5微米、10微米、20微米、30微米、40微米、50微米、70微米、80微米、90微米或100微米等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
（1）本发明提供的等离子体刻蚀中改善颗粒污染的方法解决了射频等离子体刻蚀应用中电极被污染的问题，减少了产品被颗粒污染的情况，颗粒数优选能将至3以内，更进一步颗粒数为0，同时延长了反应腔的保养周期，可实现刻蚀20次以上之后再进行清洗的保养周期，优选可实现刻蚀25次以上之后再进行清洗的保养周期，提高了生产效率；
（2）本发明提供的等离子体刻蚀中改善颗粒污染的装置仅需在原有反应腔的内壁沉积可清洗碳层即可达到保护电极的作用，应用前景广阔。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的等离子体刻蚀中改善颗粒污染的方法中原始反应腔示意图。
图2是本发明具体实施方式提供的等离子体刻蚀中改善颗粒污染的方法中沉积有可清洗碳层的反应腔示意图。
图3是本发明具体实施方式提供的等离子体刻蚀中改善颗粒污染的方法中沉积有可清洗氟碳层的反应腔示意图。
图4是本发明具体实施方式提供的等离子体刻蚀中改善颗粒污染的方法中进行样品刻蚀的反应腔示意图。
图5是本发明具体实施方式提供的等离子体刻蚀中改善颗粒污染的方法中进行清洗的反应腔示意图。
图中：1-反应腔；2-可清洗碳层；3-可清洗氟碳层；100-可清洗碳层的反应气；200-刻蚀气体；300-清洗气体。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
作为本发明具体的实施方式，提供一种等离子体刻蚀中改善颗粒污染的方法，所述方法包括：
步骤S1、在反应腔1（原始反应腔如图1所示）的内壁沉积可清洗碳层2，参见图2，所述可清洗碳层2的厚度范围为0.1微米~30微米，孔隙率为10~80%；
其中，所述沉积可清洗碳层的反应气100包括CO和/或碳氢化合物气体，所述沉积可清洗碳层2的过程中工艺参数为：射频频率为13.56MHz~60MHz，射频功率为500W~2000W，反应腔1内的压力为50mTorr~500mTorr，反应腔1的内表面温度为0~100℃。
步骤S2、参见图3，先向所述反应腔1内通入刻蚀气体200，在所述可清洗碳层2远离反应腔1的内壁沉积有可清洗氟碳层3，所述可清洗氟碳层3的厚度范围为0.1微米~100微米；
其中，所述刻蚀气体200包括含氟气体、HCl、NH3、HBr或Cl2中的任意一种或至少两种的组合；所述向所述反应腔1内通入刻蚀气体200的工艺参数为：等离子激发频率为13.56MHz~60MHz，射频功率为50W~3000W，反应腔1内的压力为20mTorr~500mTorr，反应腔1的内表面温度为0~100℃，所述刻蚀气体200的流量为10~1000sccm。
步骤S3、参见图4，再将样品置于所述反应腔1内进行刻蚀并持续通入刻蚀气体200，刻蚀完毕后停止通刻蚀气体200并取出样品；所述样品包括硅晶圆、SiC晶圆、GaN晶圆或蓝宝石晶圆中的任意一种或至少两种的组合；
其中，所述刻蚀的工艺参数与步骤S2通入刻蚀气体200的工艺参数接近或可根据实际情况进行调整。
步骤S3重复2~30次后再进行步骤S4。
步骤S4、参见图5，向所述反应腔1内通入清洗气体300进行清洗，对所述可清洗氟碳层3和可清洗碳层2进行全部清除或部分清除；
其中，所述清洗气体300包括O2、CO2、N2O或O3中的任意一种或至少两种的组合，清洗的时长为10s~600s；所述清洗的工艺参数为：等离子激发频率为13.56~60MHz，射频功率为50~3000W，反应腔1内的压力为20~500mTorr，反应腔1的内表面温度为0~100℃，所述刻蚀气体200的流量为10~1000sccm。
根据步骤S4清除的情况，循环至步骤S1~步骤S2的任一步骤中重新进行步骤S1~步骤S3的下一轮生产或者重新进行步骤S2~步骤S3的下一轮生产，具体分为如下几种情况：
第一种：所述清洗为对可清洗碳层2进行全部清除时，循环至步骤S1中，步骤S1中所述沉积可清洗碳层2的时长为10s~2000s。
第二种：所述清洗为对可清洗碳层2进行部分清除时，循环至步骤S1中，步骤S1中所述沉积可清洗碳层2的时长为5s~1500s。
第三种：所述清洗为对可清洗氟碳层3进行全部清除且未清除可清洗碳层2时，循环至步骤S2中，且步骤S2中先向所述反应腔1内通入刻蚀气体200的时长为20s~2000s。
第四种：所述清洗为对可清洗氟碳层3进行部分清除时，循环至步骤S2中，且步骤S2中先向所述反应腔1内通入刻蚀气体200的时长为5s~1500s。
作为本发明另一个具体的实施方式，提供一种等离子体刻蚀中改善颗粒污染的装置，所述装置包括：用于放置样品并进行刻蚀的反应腔；其中，所述反应腔的内壁设置有可清洗碳层；所述可清洗碳层在样品刻蚀之前设置于反应腔的内壁，且所述可清洗碳层在样品刻蚀之后经清洗去除或减薄。
其中，所述可清洗碳层的厚度范围为0.1微米~30微米，和/或，所述可清洗碳层的孔隙率为10~80%；所述装置还包括：设置在所述可清洗碳层的表面的可清洗氟碳层，所述可清洗氟碳层设置在远离反应腔的内壁一侧；且所述可清洗氟碳层在样品刻蚀之前设置于可清洗碳层的表面，且所述可清洗氟碳层在样品刻蚀之后经清洗去除或减薄；其中，所述可清洗氟碳层的厚度范围为0.1微米~100微米。
本发明所述装置为射频等离子体刻蚀装置，其余部件不做特殊描述，可采用本领域技术人员熟知的其他部件，也可根据实际情况进行调整。
下面以具体的实施例进行详细说明。
实施例1
本实施例提供一种等离子体刻蚀中改善颗粒污染的方法，所述方法包括：
步骤S1、在反应腔的内壁沉积可清洗碳层，所述可清洗碳层的厚度范围为10微米，孔隙率为50%；
其中，所述沉积可清洗碳层的反应气为CO，沉积的时长为800s，所述沉积可清洗碳层的过程中工艺参数为：射频频率为30MHz，射频功率为1000W，反应腔内的压力为200mTorr，反应腔的内表面温度范围为40~80℃。
步骤S2、先向所述反应腔内通入50s刻蚀气体（CF4），在所述可清洗碳层远离反应腔的内壁沉积有可清洗氟碳层，所述可清洗氟碳层的厚度范围为2微米；
其中，所述向所述反应腔内通入刻蚀气体的工艺参数为：等离子激发频率为30MHz，射频功率为2000W，反应腔内的压力为200mTorr，反应腔的内表面温度为40~70℃，所述刻蚀气体的流量为500sccm。
步骤S3、再将硅晶圆样品置于所述反应腔内进行刻蚀并持续通入刻蚀气体，刻蚀完毕后停止通刻蚀气体并取出硅晶圆样品；
其中，所述刻蚀的工艺参数与步骤S2通入刻蚀气体的工艺参数为：等离子激发频率为40MHz，射频功率为3000W，反应腔内的压力为500mTorr，反应腔的内表面温度为100℃，所述刻蚀气体的流量为800sccm。
步骤S3重复25次。
步骤S4、向所述反应腔内通入清洗气体（O2）进行清洗，对所述可清洗氟碳层和可清洗碳层进行全部清除；
其中，所述清洗的时长为300s；所述清洗的工艺参数为：等离子激发频率为50MHz，射频功率为1000W，反应腔1内的压力为200mTorr，反应腔1的内表面温度为78℃，所述刻蚀气体200的流量为500sccm。
循环至步骤S1中进行下一轮生产。
本实施例提供的等离子体刻蚀中改善颗粒污染的方法解决了射频等离子体刻蚀应用中电极被污染的问题，减少了产品被颗粒污染的情况，同时延长了反应腔的保养周期，能够实现重复25次以上后再进行清洗，提高了生产效率。而且可清洗碳层能够达到保护电极的作用，电极的使用寿命相较于对比例1~2显著延长。测试所制得的产品没有颗粒，几乎不产生颗粒污染。
实施例2
本实施例提供一种等离子体刻蚀中改善颗粒污染的方法，所述方法包括：
步骤S1、在反应腔的内壁沉积可清洗碳层，所述可清洗碳层的厚度范围为30微米，孔隙率为10%；
其中，所述沉积可清洗碳层的反应气为CH4，沉积的时长为1800s，所述沉积可清洗碳层的过程中工艺参数为：射频频率为60MHz，射频功率为2000W，反应腔内的压力为500mTorr，反应腔的内表面温度范围为45~100℃。
步骤S2、先向所述反应腔内通入20s刻蚀气体（CHF3），在所述可清洗碳层远离反应腔的内壁沉积有可清洗氟碳层，所述可清洗氟碳层的厚度范围为0.5微米；
其中，所述向所述反应腔内通入刻蚀气体的工艺参数为：等离子激发频率为50MHz，射频功率为1500W，反应腔内的压力为500mTorr，反应腔的内表面温度为45~70℃，所述刻蚀气体的流量为1000sccm。
步骤S3、再将SiC晶圆样品置于所述反应腔内进行刻蚀并持续通入刻蚀气体，刻蚀完毕后停止通刻蚀气体并取出SiC晶圆样品；
其中，所述刻蚀的工艺参数与步骤S2通入刻蚀气体的工艺参数为：等离子激发频率为55MHz，射频功率为1000W，反应腔内的压力为100mTorr，反应腔的内表面温度为80℃，所述刻蚀气体的流量为600sccm。
步骤S3重复30次。
步骤S4、向所述反应腔内通入清洗气体（O3）进行清洗，对所述可清洗氟碳层进行全部清除，并对可清洗碳层进行部分清除；
其中，所述清洗的时长为150s；所述清洗的工艺参数为：等离子激发频率为40MHz，射频功率为3000W，反应腔1内的压力为100mTorr，反应腔1的内表面温度为100℃，所述刻蚀气体200的流量为1000sccm。
循环至步骤S1中进行下一轮生产，循环后沉积可清洗碳层的沉积时长为1000s。
本实施例提供的等离子体刻蚀中改善颗粒污染的方法解决了射频等离子体刻蚀应用中电极被污染的问题，减少了产品被颗粒污染的情况，同时延长了反应腔的保养周期，能够实现重复30次以上后再进行清洗，提高了生产效率。而且可清洗碳层能够达到保护电极的作用，电极的使用寿命相较于对比例1~2显著延长。测试所制得的产品中的颗粒数在2以内，几乎不产生颗粒污染。
实施例3
本实施例提供一种等离子体刻蚀中改善颗粒污染的方法，所述方法包括：
步骤S1、在反应腔的内壁沉积可清洗碳层，所述可清洗碳层的厚度范围为1微米，孔隙率为80%；
其中，所述沉积可清洗碳层的反应气为C2H4，沉积的时长为200s，所述沉积可清洗碳层的过程中工艺参数为：射频频率为20MHz，射频功率为500W，反应腔内的压力为50mTorr，反应腔的内表面温度范围为25~60℃。
步骤S2、先向所述反应腔内通入300s刻蚀气体（CH3F），在所述可清洗碳层远离反应腔的内壁沉积有可清洗氟碳层，所述可清洗氟碳层的厚度范围为50微米；
其中，所述向所述反应腔内通入刻蚀气体的工艺参数为：等离子激发频率为20MHz，射频功率为2000W，反应腔内的压力为100mTorr，反应腔的内表面温度为45℃，所述刻蚀气体的流量为300sccm。
步骤S3、再将GaN晶圆样品置于所述反应腔内进行刻蚀并持续通入刻蚀气体，刻蚀完毕后停止通刻蚀气体并取出GaN晶圆样品；
其中，所述刻蚀的工艺参数与步骤S2通入刻蚀气体的工艺参数为：等离子激发频率为40MHz，射频功率为3000W，反应腔内的压力为500mTorr，反应腔的内表面温度为100℃，所述刻蚀气体的流量为1000sccm。
步骤S3重复28次。
步骤S4、向所述反应腔内通入清洗气体（CO2）进行清洗，对所述可清洗氟碳层进行部分清除；
其中，所述清洗的时长为50s；所述清洗的工艺参数为：等离子激发频率为60MHz，射频功率为50W，反应腔1内的压力为20mTorr，反应腔1的内表面温度为60℃，所述刻蚀气体200的流量为10sccm。
循环至步骤S2中进行下一轮生产，循环后沉积可清洗氟碳层的沉积时长为150s。
本实施例提供的等离子体刻蚀中改善颗粒污染的方法解决了射频等离子体刻蚀应用中电极被污染的问题，减少了产品被颗粒污染的情况，同时延长了反应腔的保养周期，能够实现重复28次以上后再进行清洗，提高了生产效率。而且可清洗碳层能够达到保护电极的作用，电极的使用寿命相较于对比例1~2显著延长。测试所制得的产品中的颗粒数几乎为0，几乎不产生颗粒污染。
实施例4
本实施例提供一种等离子体刻蚀中改善颗粒污染的方法，所述方法除可清洗碳层的厚度为50微米外，其余均与实施例1相同，在此不再赘述。
本实施例由于碳膜层沉积过厚，会造成应力增长，从而容易剥落形成颗粒污染，导致制备的产品品质下降。且制得的产品中颗粒数高达30粒以上，高于本发明实施例1~3中产品的颗粒数。
实施例5
本实施例提供一种等离子体刻蚀中改善颗粒污染的方法，所述方法除可清洗碳层的厚度为0.05微米外，其余均与实施例1相同，在此不再赘述。
本实施例由于碳膜层过薄，部件容易暴露在等离子体下，造成腔体部件寿命缩短，电极的寿命虽优于对比例1~2，但比实施例1~3短。且制得的产品中颗粒数高达28粒以上，高于本发明实施例1~3中产品的颗粒数。
实施例6
本实施例提供一种等离子体刻蚀中改善颗粒污染的方法，所述方法除步骤S2中刻蚀气体为Cl2，并不产生可清洗氟碳层外，其余均与实施例1相同，在此不再赘述。
本实施例在刻蚀之前并未产生氟碳层，部件容易暴露在等离子体下，造成腔体部件寿命缩短，电极的寿命虽优于对比例2，但比实施例1~3短。且制得的产品中颗粒数高达32粒以上，高于本发明实施例1~3中产品的颗粒数。
实施例7
本实施例提供一种等离子体刻蚀中改善颗粒污染的方法，所述方法除可清洗氟碳层的厚度为200微米外，其余均与实施例1相同，在此不再赘述。
本实施例中氟碳层沉积过厚，会造成应力增长，从而容易剥落形成颗粒污染。制得的产品中颗粒数高达50粒以上，远高于本发明实施例1~3中产品的颗粒数。
实施例8
本实施例提供一种等离子体刻蚀中改善颗粒污染的方法，所述方法除可清洗氟碳层的厚度为0.05微米外，其余均与实施例1相同，在此不再赘述。
本实施例中氟碳层过薄，腔体部件容易暴露在等离子体下，造成腔体部件寿命缩短，电极的寿命虽优于对比例1~2，但比实施例1~3短。且制得的产品中颗粒数高达30粒以上，高于本发明实施例1~3中产品的颗粒数。
对比例1
本对比例提供一种等离子体刻蚀的方法，所述方法除不进行步骤S2外，其余均与实施例1相同，在此不再赘述。
本对比例在刻蚀之前并未产生氟碳层，腔体部件容易暴露在等离子体下，造成腔体部件寿命缩短，电极的寿命虽优于对比例2，但比实施例1~3短。且制得的产品中颗粒数高达35粒以上，远高于本发明实施例1~3中产品的颗粒数。
对比例2
本对比例提供一种等离子体刻蚀的方法，所述方法除不进行步骤S1外，其余均与实施例1相同，在此不再赘述。
本对比例在通入含氟气体之前并未形成可清洗碳层，通入的含氟气体会对腔体部件产生腐蚀，造成腔体部件寿命缩短，电极的寿命劣于实施例1~9。且制得的产品中颗粒数高达50粒以上，远高于本发明实施例1~3中产品的颗粒数。
测试方法：采用KLA-SP测试刻蚀后样品中的颗粒污染情况，采用特制SEM测试刻蚀后电极的损坏情况。
综上所述，本发明提供的等离子体刻蚀中改善颗粒污染的方法能够减少刻蚀过程中微颗粒的产生，且能够实现多次刻蚀之后再进行清洗，提高了生产效率。
本发明通过上述实施例来说明本发明的技术特征，但本发明并不局限于上述技术特征，即不意味着本发明必须依赖上述技术特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用技术特征的等效替换以及辅助技术特征的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种等离子体刻蚀中改善颗粒污染的方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤S1、在反应腔的内壁沉积可清洗碳层；
步骤S2、先向所述反应腔内通入刻蚀气体；
步骤S3、再将样品置于所述反应腔内进行刻蚀并持续通入刻蚀气体，刻蚀完毕后停止通刻蚀气体并取出样品；
步骤S4、向所述反应腔内通入清洗气体进行清洗。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中所述沉积可清洗碳层的过程包括采用反应气进行沉积，所述反应气包括CO和/或碳氢化合物气体，其中所述碳氢化合物气体的碳原子数为1~6；
所述沉积可清洗碳层的过程中工艺参数至少满足以下一个条件：射频频率为13.56MHz~60MHz，射频功率为500W~2000W，反应腔内的压力为50mTorr~500mTorr，反应腔的内表面温度为0~100℃。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤S1中所述可清洗碳层的厚度范围为0.1微米~30微米，和/或，所述可清洗碳层的孔隙率为10~80%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中所述刻蚀气体包括含氟气体、HCl、NH3、HBr或Cl2中的任意一种或至少两种的组合；其中，所述含氟气体包括CF4、C2F6、C3F8、C4F8、C4F6、SF6、CHF3、CH2F2、CH3F或NF3中的任意一种或至少两种的组合。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S2中所述刻蚀气体中含CF4、C2F6、C3F8、C4F8、C4F6、CHF3、CH2F2或CH3F中的任意一种或至少两种的组合时，先向所述反应腔内通入刻蚀气体的时间段内，在所述可清洗碳层远离反应腔的内壁沉积有可清洗氟碳层；
其中，所述可清洗氟碳层的厚度范围为0.1微米~100微米；
所述向所述反应腔内通入刻蚀气体的工艺参数至少满足以下一个条件：等离子激发频率为13.56MHz~60MHz，射频功率为50W~3000W，反应腔内的压力为20mTorr~500mTorr，反应腔的内表面温度为0~100℃，所述刻蚀气体的流量为10~1000sccm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中步骤S3重复2~30次后再进行步骤S4；
其中，所述样品包括硅晶圆、SiC晶圆、GaN晶圆或蓝宝石晶圆中的任意一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S4所述清洗包括对可清洗氟碳层进行全部清除或部分清除；
其中，所述清洗为对可清洗氟碳层进行全部清除时且同时清除可清洗碳层时，步骤S4清洗后循环至步骤S1中，且步骤S2中先向所述反应腔内通入刻蚀气体的时长为20s~2000s；
或者，所述清洗为对可清洗氟碳层进行部分清除时，步骤S4清洗后循环至步骤S2中，且步骤S2中先向所述反应腔内通入刻蚀气体的时长为5s~1500s。
8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，步骤S4中清洗的时长为10s~600s，和/或所述清洗气体包括O2、CO2、N2O或O3中的任意一种或至少两种的组合；
所述清洗包括对可清洗碳层进行全部清除或部分清除，其中，所述清洗为对可清洗碳层进行全部清除时，步骤S1中所述沉积可清洗碳层的时长为10s~2000s；或者，所述清洗为对可清洗碳层进行部分清除时，步骤S1中所述沉积可清洗碳层的时长为5s~1500s。
9.一种等离子体刻蚀中改善颗粒污染的装置，其特征在于，所述装置包括：
用于放置样品并进行刻蚀的反应腔；
其中，所述反应腔的内壁设置有可清洗碳层；所述可清洗碳层在样品刻蚀之前设置于反应腔的内壁，且所述可清洗碳层在样品刻蚀之后经清洗去除或减薄。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述可清洗碳层的厚度范围为0.1微米~30微米，和/或，所述可清洗碳层的孔隙率为10~80%；
所述装置还包括：设置在所述可清洗碳层的表面的可清洗氟碳层，所述可清洗氟碳层设置在远离反应腔的内壁一侧；且所述可清洗氟碳层在样品刻蚀之前设置于可清洗碳层的表面，且所述可清洗氟碳层在样品刻蚀之后经清洗去除或减薄；
其中，所述可清洗氟碳层的厚度范围为0.1微米~100微米。
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