等离子体刻蚀装置的腔体清洗方法
【专利摘要】本发明公开了一种等离子体刻蚀装置的腔体清洗方法，所述等离子体刻蚀装置包括反应腔体、进气单元和抽气单元。所述腔体清洗方法包括：通入第一工艺气体冲洗所述进气单元，使所述进气单元内壁至少部分的反应副产物剥落；通入第二工艺气体并形成所述第二工艺气体的等离子体，与所述剥落的反应副产物及所述反应腔体内壁的反应副产物反应以清洗所述反应腔体的内壁；以及增加所述第二工艺气体的压力，使所述第二工艺气体的等离子体与所述进气单元内未剥落的所述反应副产物反应以清洗所述进气单元的内壁。本发明能够有效减小进气单元残留物沉积掉落造成晶圆中心团聚缺陷的风险。
【专利说明】等离子体刻蚀装置的腔体清洗方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体加工【技术领域】，特别涉及一种等离子体刻蚀装置的腔体清洗方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着半导体制造工艺的发展，对元件的集成度和性能要求越来越高，等离子体刻蚀(Plasma Etching Technology)通过使刻蚀气体激发形成的等离子体,在半导体制造领域中正起着举足轻重的作用。通常来说，在等离子体刻蚀装置中，等离子体一般是由位于反应腔室顶部的进气单元所排出的刻蚀气体经过射频激发形成，等离子体轰击位于卡盘上的晶圆，从而实现对晶圆的刻蚀。
[0003]图1示出一种等离子体刻蚀装置的结构示意图。等离子体处理装置包括反应腔体1，进气单元2与反应腔体之外的反应气体源(图中未示)连接，用于将反应气体源提供的反应气体输入反应腔体中。反应气体在射频源作用下电离为等离子体，以实现对晶片的刻蚀。一般来说，为提高反应腔体的对称性，等离子体刻蚀装置采用中心进气，进气单元2设置于反应腔体上部绝缘盖板的中心位置处。反应腔体还与外置的真空抽气装置(图中未示)相连接，用以将用过的反应气体抽出反应腔体I。
[0004]然而，当反应腔体使用时间较长时，刻蚀副产物会附着在腔体内壁上，如此在接下来的刻蚀过程中，这些附着的副产物也会受到等离子体轰击产生颗粒掉落在晶圆上污染晶圆。因此，为提高刻蚀的稳定性，在执行刻蚀工艺之前，通常会对反应腔体进行清洗。传统对反应腔体进行清洗时，多是在低真空压力环境下进行，然而真空抽气装置通常具有较强的抽气能力，清洗用反应气体的等离子体还未与副产物充分反应就可能会很快被真空抽气装置抽离反应腔体，从而降低了清洗效果；而位于反应腔体远端的进气单元由于进气口路径较长更难以被完全清洗，导致进气单元内壁副产物残留的叠加，增加掉落在晶圆中心发生团聚缺陷和造成产品良率降低的风险。
[0005]因此，有必要对现有的腔体清洗方法做进一步改进以克服上述缺陷。
【发明内容】
[0006]本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种等离子体刻蚀方法，能够防止因进气单元残留物沉积造成晶圆中心的团聚缺陷。
[0007]为达成上述目的，本发明提供一种等离子体刻蚀装置的腔体清洗方法，所述等离子体刻蚀装置包括反应腔体、进气单元和抽气单元，所述腔体清洗方法包括:
[0008]步骤1:通入第一工艺气体冲洗所述进气单元，使所述进气单元内壁至少部分的反应副产物剥落；
[0009]步骤2:通入第二工艺气体并形成所述第二工艺气体的等离子体，使所述第二工艺气体的等离子体与所述剥落的反应副产物及所述反应腔体内壁的反应副产物反应以清洗所述反应腔体的内壁；以及[0010]步骤3:增加所述第二工艺气体的压力，使所述第二工艺气体的等离子体与所述进气单元内未剥落的所述反应副产物反应以清洗所述进气单元的内壁。
[0011]优选的，所述反应副产物为SiOxCly，所述第二工艺气体为nf3。
[0012]优选的，所述第一工艺气体的气体流量大于所述第二工艺气体的气体流量。
[0013]优选的，步骤I中通入所述第一工艺气体冲洗所述进气单元的次数大于等于5次
[0014]优选的，所述第一工艺气体的压力小于步骤2中所述第二工艺气体的压力，气体流量为大于等于500sCCm ;步骤2中所述第二工艺气体的压力为小于等于10mT，气体流量为小于等于50sccm。
[0015]优选的，步骤3中所述第二工艺气体的压力为大于等于60mT，气体流量为小于等于 50sccmo
[0016]优选的，所述腔体清洗方法还包括通入氧气并将其电离形成等离子体，以清洗所述反应腔体内的含碳副产物的步骤。
[0017]优选的，所述腔体清洗方法还包括通过化学气相沉积在所述腔体内壁上生长一层SiOxCly的步骤。
[0018]优选的，所述进气单元设置于所述反应腔体顶部且位于待刻蚀晶圆的正上方。
[0019]优选的，所述抽气单元通过调节阀与所述反应腔体相连，所述清洗方法的各步骤中，通过控制所述调节阀的开度以调节所述反应腔体内的气压。
[0020]本发明的清洗方法的有益效果在于通过先使用低压力、高流量气体对腔体进行反复冲洗，剥离进气单元内壁的大部分刻蚀副产物，再使用小流量含氟气体的等离子体对剥离和沉积于腔体内壁的刻蚀副产物同时进行清洗，最后利用较高压力下小流量含氟气体的等离子体的反流特性延长等离子体在进气单元中的停留时间、增加对进气单元内壁中副产物的刻蚀反应，去除其死角的刻蚀副产物，最终达到减少晶圆刻蚀时副产物掉落风险，优化晶圆中心团聚缺陷的目的，并且本发明的清洗方法实现简单成本低廉。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为现有技术中等离子体刻蚀装置的结构示意图；
[0022]图2为本发明一实施例的腔体清洗方法的流程图；
[0023]图3a~3f为本发明一实施例的腔体清洗方法的示意图。
【具体实施方式】
[0024]为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
[0025]图2显示了本发明的等离子体刻蚀装置的腔体清洗方法的流程图，图3a~3f?显示了本发明一种实施方式提供的等离子刻蚀装置的腔体清洗方法。应该理解，图中等离子体刻蚀装置仅仅 是示例性的，其可以包括更少或更多的组成元件，或该组成元件的安排可能与图3a~3f所示不同。
[0026]如图3a~3f所示,等离子体刻蚀装置包括反应腔体30,进气单元31和抽气单元。进气单元31用于将腔体清洗工艺中所需的反应气体输入等反应腔体30内。抽气单元(例如真空泵)通过调节阀与反应腔体相连接，用以在清洗过程中将反应腔体内用过的反应气体及反应生成气体抽出反应腔体30。通过调节阀的开度控制可调节抽气单元的抽气率，也就可以控制反应腔体内的气压。本实施例中，等离子体刻蚀装置采用中心进气，进气单元31设置于反应腔体顶部的中心位置处且位于待刻蚀晶圆的正上方。
[0027]接下来将结合图2和图3a?3f对本发明的清洗方法加以详细说明。
[0028]首先，进行步骤21:通入第一工艺气体冲洗进气单元，使进气单元内壁至少部分的反应副产物剥落。
[0029]请参考图3a，反应腔体使用时间较长时，腔体30和进气单元31的内壁均附着了一层刻蚀副产物32，本实施例中，刻蚀副产物为氯硅氧化物SiOxClyt5这层刻蚀副产物32会影响后续等离子体刻蚀工艺的均匀性和稳定性，特别是进气单元31内壁所附着的刻蚀副产物32，不仅难以清洗且若在等离子体刻蚀过程中掉落很可能直接造成晶圆缺陷。
[0030]请继续参考图3b，为了能彻底清除进气单元31内壁所附着的氯硅氧化物层32，本实施例中首先以大气体流量通入第一工艺气体冲洗进气单元，此时保持反应腔体内气压为低压。具体的，该步骤中，第一工艺气体的流量为大于等于500sCCm，保持与抽气单元相连的调节阀的阀门全开，使得反应腔体的气压维持在低真空压力，较佳为接近OmT。在抽气单元作用下，大量气流从进气单元31快速下冲，进气单元31内壁至少部分的反应副产物可随着大流量气体带走。较佳的，进气单元的内壁可被反复冲洗，如至少被冲洗5次。即“通入大流量第一工艺气体并全开调节阀阀门一停止通入第一工艺气体并关闭调节阀阀门”这一过程可重复进行多次。其中，第一工艺气体可以是满足实际工艺需求的任何气体，本发明并不对其加以限制。由以上可知，本步骤能使沉淀于进气单元内壁的大部分氯硅氧化物32在大流量气体快速冲刷下掉落，减少了造成晶圆缺陷的污染源。
[0031 ] 接着，进行步骤22，通入第二工艺气体并形成第二工艺气体的等离子体，使第二工艺气体的等离子体与剥落的反应副产物及反应腔体内壁的反应副产物反应以清洗反应腔体的内壁。
[0032]请参考图3c，被第一工艺气体冲刷的氯硅氧化物32从进气单元31的内壁剥落而掉落在反应腔体内，如反应腔体内壁或反应腔体内其他部件(如静电夹盘)表面所形成的氯硅氧化物层32上，此时以较小流量通入含氟的第二工艺气体如NF3并将其电离为F-等离子体，F-等离子体与SiOxCly中的Si反应生成SiF4等气体产物,可被抽气单元抽走,如此达到清洗反应腔体的内壁的目的。为避免NF3气体被快速抽走无法充分与反应副产物发生反应，在该步骤中，控制调节阀开度为半开，减小反应腔体30中NF3气体的抽气率，使反应腔体内NF3气量和压力增加。如此，F-等离子体在腔体内的停留时间较长。较佳的，反应腔体30内NF3气体的压力保持为小于等于10mT，NF3气体的流量为小于等于50sCCm。
[0033]然后，进行步骤23，增加第二工艺气体的压力，使第二工艺气体的等离子体与进气单元内未剥落的反应副产物反应以清洗进气单元的内壁。
[0034]如图3e所示，虽然步骤22中通入的NF3气体去除了腔体内壁的反应副产物和从进气单元剥落的部分反应副产物，但却无法彻底去除进气单元内未被第一工艺气体冲走的反应副产物。因此，在本步骤中，进一步加大反应腔体30内的气压，在腔体内产生更多的NF3气体的等离子体。具体的，控制调节阀的阀门开度为接近全闭来调节反应腔体内的压力。本步骤中，通入的NF3气体的仍然保持为低流量,如小于等于50sccm,则在进气单元31内的下冲速度仍维持较小，且由于阀门开度接近全闭，NF3气体的等离子体不会被快速抽走，与进气单元31内壁的反应副产物发生反应的时间得以延长。另一方面，调节阀阀门的闭合使得反应腔体内30的等离子体在腔体内扩散运动，也会有部分F-等离子体向上进入进气单元31。因此，不仅延长了 F-等离子体在反应腔体中的停留时间，更利用反应腔体30内较高压力下F-等离子体的反流特性，增加了对腔体中心上方进气单元31内壁未剥落的反应副产物的刻蚀反应，由此能够去除进气单元内死角的反应副产物SiOxCly，如图3f所示。较佳的，NF3气体的压力保持为大于等于60mT。
[0035]由以上可知，本实施例通过增加低压力高流量的气体冲刷步骤使进气单元内的刻蚀沉淀物快速剥离,去除缺陷源头；再通过增加腔体内反应气体NF3的压力进一步对腔体内壁和进气单元内壁进行清洗，特别是利用高压力小流量的进气方式对进气单元内壁清洗，有效提升了反应副产物SiOxCly的清除效率，从而降低晶圆中心团聚缺陷的发生，提升晶圆的良率。
[0036]通常来说，等离子体刻蚀相关工艺过程中产生的副产物除了 SiOxCly之外，还包括含碳化合物。因此本发明的等离子体刻蚀装置的腔体清洗方法还包括对腔体内壁的含碳化合物层的清洗。具体来说，在进行上述各步骤之后，再在反应腔体中通入O2气体，并电离形成氧等离子体，与含碳化合物中的C反应生成CO或CO2等气体产物后被抽气单元抽走，如此可实现反应腔体内反应副产物的彻底清洁。在本发明的另一较佳实施例中，在完成SiOxCly和含碳化合物层的清洗后，使用化学气相沉积的方法在反应腔体内壁上重新生长SiOxCly层，用于稳定等离子体刻蚀晶圆时的腔体氛围。
[0037]综上所述，本发明的腔体清洗方法先使用低真空压力、大流量气体对腔体进行反复冲洗，剥离进气单元内壁的大部分刻蚀副产物，再使用较低真空压力、小流量工艺气体的等离子体对剥离和沉积于腔体内壁的刻蚀副产物同时进行清洗，最后再次增加腔体内压力利用较高真空压力下该等离子体的反流特性延长等离子体在反应腔体中的停留时间、增加对进气单元内壁中副产物的刻蚀反应，去除死角的刻蚀副产物，最终达到减少晶圆刻蚀时副产物掉落风险，优化晶圆中心团聚缺陷的目的，并且本发明的清洗方法实现简单成本低廉
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[0038]虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
【权利要求】
1.一种等离子体刻蚀装置的腔体清洗方法，所述等离子体刻蚀装置包括反应腔体、进气单元和抽气单元,所述腔体清洗方法包括: 步骤1:通入第一工艺气体冲洗所述进气单元，使所述进气单元内壁至少部分的反应副产物剥落； 步骤2:通入第二工艺气体并形成所述第二工艺气体的等离子体，使所述第二工艺气体的等离子体与所述剥落的反应副产物及所述反应腔体内壁的反应副产物反应以清洗所述反应腔体的内壁；以及 步骤3:增加所述第二工艺气体的压力，使所述第二工艺气体的等离子体与所述进气单元内未剥落的所述反应副产物反应以清洗所述进气单元的内壁。
2.根据权利要求1所述的腔体清洗方法，其特征在于，所述反应副产物为SiOxCly，所述第二工艺气体为NF3。
3.根据权利要求1所述的腔体清洗方法，其特征在于，所述第一工艺气体的气体流量大于所述第二工艺气体的气体流量。
4.根据权利要求1所述的腔体清洗方法，其特征在于，步骤I中通入所述第一工艺气体冲洗所述进气单元的次数大于等于5次。
5.根据权利要求3所述的腔体清洗方法，其特征在于，所述第一工艺气体的压力小于步骤2中所述第二工艺气体的压力，气体流量为大于等于500sCCm ;步骤2中所述第二工艺气体的压力为小于等于IOmT,气体流量为小于等于50sccm。
6.根据权利要求5所述的腔体清洗方法，其特征在于，步骤3中所述第二工艺气体的压力为大于等于60mT，气体流量为小于等于50sCCm。
7.根据权利要求2所述的腔体清洗方法，其特征在于，还包括通入氧气并将其电离形成等离子体，以清洗所述反应腔体内的含碳副产物的步骤。
8.根据权利要求2所述的腔体清洗方法，其特征在于，还包括通过化学气相沉积在所述腔体内壁上生长一层SiOxCly的步骤。
9.根据权利要求1所述的腔体清洗方法，其特征在于，所述进气单元设置于所述反应腔体顶部且位于待刻蚀晶圆的正上方。
10.根据权利要求1?9任一项所述的腔体清洗方法，其特征在于，所述抽气单元通过调节阀与所述反应腔体相连，所述清洗方法的各步骤中通过控制所述调节阀的开度以调节所述反应腔体内的气压。
【文档编号】B08B9/08GK103962353SQ201410127005
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2014年3月31日
【发明者】许进, 段智公, 任昱, 吕煜坤 申请人:上海华力微电子有限公司