专利名称：等离子体反应腔室预处理方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种等离子体反应腔室 预处理方法。
背景技术：
等离子体是一种中性、高能量及离子化的气体，在一个有限的工艺腔 内，利用强直流或交流电磁场或是用某些电子源轰击气体原子都会导致 气体原子的离子化。当前，半导体制程中，由于等离子体可以提供发生 在硅片表面的气体反应所需的大部分能量，而被广泛应用于集成电路制造的各个步骤。例如，在高密度等离子体化学气相淀积(HDPCVD)中， 热能场内用等离子体离子化并激发一个气体源来淀积薄膜；此外，等离 子体的另 一个应用是通过等离子体刻蚀选择性地去除金属或薄膜材料的 一部分。然而，实际生产中，如图l所示，在经过等离子体处理的硅片上经常 存在一定量的电击损伤(如图中圈示区域)，所述电击损伤将影响形成 于所述硅片上的器件的性能，并进而影响产能。当前，业界通常将所述电击损伤产生的原因归结为，所述电击损伤是 由于等离子体处理过程中伴随的弧光放电现象带来的。因此，如何减少 所述弧光放电现象的产生成为本领域技术人员亟待解决的问题。2004年3月3日公告的公告号为"CN1141009C"的中国专利中提供 了 一种等离子体处理装置及用这种装置进行等离子体处理的方法，该装 置包括至少一对电极、 一个气体供应单元及一个供电部分；在上述电极 中，至少有一个电极在其外表面具有介电层。通过使至少一个电极具有 向放电间隙伸进的弯曲表面，以减少弧光放电现象的发生。但是，应用上述装置及方法减少弧光放电现象的发生时，需对现有设 备进行改进或者引进新设备，成本才t7v巨大。发明内容本发明提供了一种等离子体反应腔室预处理方法，可减少所述弧光 放电现象的产生。本发明提供的 一种等离子体反应腔室预处理方法，利用所述反应腔室对引入其中的基底执行处理操作之前，还包括将表面具有有机膜层的载片置于所述反应腔室；向所述反应腔室中通入离子化的氟碳气体，所述氟碳气体的氟碳比 例小于或等于2: 1;将所述载片移出所述反应腔室。可选地，在通入离子化的氟碳气体之前，润湿所述表面具有有机膜 层的载片；可选地，所述有机膜层至少包含光刻胶、聚酰亚胺或有机抗 反射层中的一种；可选地，所述载片的材料至少包含硅、合成树脂、钢 化玻璃或塑料中的一种；可选地，所述反应腔室包括金属等离子体刻蚀 反应腔室、金属化学气相淀积反应腔室和/或物理气相淀积反应腔室； 可选地，所述氟碳气体至少包含(^6或(^8中的一种；可选地，将所述 载片移出所述反应腔室之前，还包括，向所述反应腔室中通入Ar、 N2 及/或He的步骤。与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点上述技术方案提供的等离子体反应腔室预处理方法，通过在利用所 述反应腔室对引入其中的基底执行处理操作之前，将表面具有有机膜层 的载片置于所述反应腔室，以利用所述有^L膜层作为C、 H源；继而， 结合通入的离子化的氟碳比例小于或等于2: 1的氟碳气体，可在所述 反应腔室内壁上形成预置膜层，所述预置膜层可覆盖附着于所述反应腔 室内壁的残留物，可减少所述残留物的脱落，并进而减少所述残留物的 脱落引起的基底内的瞬间放电造成的弧光放电现象，而无需对现有设备 进行改进或者引进新设备；上述技术方案提供的等离子体反应腔室预处理方法的可选方式，通过 在通入离子化的氟碳气体之前，润湿所述表面具有有机膜层的载片，可
补充H含量，利于C、 H和氟充分反应形成预置膜层；
上述技术方案提供的等离子体反应腔室预处理方法的可选方式，通过 在将所述载片移出所述反应腔室之前，向所述反应腔室中通入Ar、 &及/ 或He,可增强通入的离子化的氟碳气体的均匀性，利于形成均匀的预置 膜层。
图1为现有技术中硅片上电击损伤的示例图片； 图2为说明本发明实施例的存在的聚合物劈裂的示例图片； 图3为说明本发明实施例的预处理反应腔室的流程示意图； 图4为说明本发明实施例的微粒检测结果示意图； 图5为说明本发明实施例的经过预处理的反应腔室的结构示意图。
具体实施例方式
尽管下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发 明的优选实施例，应当理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明 而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列的描述应当被理解为对于本 领域技术人员的广泛教导，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细 描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混 乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实 现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实 施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和 耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下列 说明和权利要求书本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助 说明本发明实施例的目的。
由于，实际生产中，在经过等离子体处理过程后，在硅片上经常存 在一定量的弧光放电现象导致的电击损伤，所述电击损伤将影响形成于 所述硅片上的器件的性能，并进而影响产能。如何减少所述弧光放电现 象的产生成为本发明解决的主要问题。
本发明的发明人从分析所述弧光放电现象的产生原因为基点，通过对 产生所述弧光放电现象的相关工艺进行改进，而从根本上减少所述弧光 放电现象的产生。
本发明的发明人分析后认为，产生所述弧光放电现象的原因在于通 常，在经过一段时间的使用以后，在等离子体反应腔室壁(chamber liner ) 上会形成一定厚度的聚合物(polymer)，所述聚合物与等离子体反应腔 室壁间的粘附程度较差，在后续的等离子体处理过程中，极易形成如图2 所示的聚合物劈裂(polymer peeling)(如图中圈示区域)，劈裂的聚 合物将掉落在运行的硅片上，由于所述运行的硅片上通常已形成一定的 金属互连结构，以及，在之前的等离子体处理过程中所述运行的硅片上 已积聚了一定的电荷，因此，掉落在所述运行的硅片上的劈裂的聚合物 (尤其是，执行所述等离子体处理时，反应腔室内涉及金属离子时形成 的聚合物)将导致上述电荷的瞬间再分布，即，将导致瞬间电流的产生， 所述瞬间电流导致所述弧光放电现象的发生，继而，导致上述电击损伤。
因此，本发明的发明人分析后认为，减少所述聚合物劈裂现象的发生 成为减少所述瞬间电流及由此导致的弧光放电现象的发生的指导方向。
由此，本发明的发明人提供了一种等离子体反应腔室预处理方法，通 过在利用所述等离子体反应腔室对引入其中的基底执行处理操作之前， 在所述反应腔室内壁上形成预置膜层，所述预置膜层可覆盖附着于所述 反应腔室内壁的尺寸较大(如，大于或等于3微米)的聚合物，以减少所述聚合物劈裂现象的发生，并进而减少所述聚合物劈裂引起的基底内的 瞬间放电造成的弧光放电现象。
如图3所示，利用所述等离子体反应腔室对引入其中的基底执行处理
操作之前，预处理所述等离子体反应腔室的具体步骤包括
步骤31:将表面具有有机膜层的载片置于所述反应腔室。
所述有机膜层至少包含光刻胶(包括但不限于ArF光刻胶或KrF光 刻胶)、聚酰亚胺(PI)或有机抗反射层(BARC)中的一种。
所述载片包括空片或处于半导体工艺中任一制程的在制品；所述载 片的材料至少包含硅、合成树脂、钢化玻璃或塑料中的一种。
在所述载片上形成有机膜层的方法可采用旋涂工艺。
所述反应腔室包括金属等离子体刻蚀反应腔室、金属化学气相淀积 反应腔室和/或物理气相淀积反应腔室。具体地，作为示例，如用以刻 蚀Al以形成焊垫(pad)的刻蚀反应腔室，以及，用以淀积鴒以形成金 属连线(钨塞)的气相淀积反应腔室。
所述具有有机膜层的载片用以提供或补充形成预置膜层的C、 H源。
步骤32:向所述反应腔室中通入离子化的氟碳气体，所述氟碳气体 的氟碳比例小于或等于2: 1。
通入所述氟碳气体用以提供形成预置膜层的C、 F源。即，所述预 置膜层由C、 H、 F元素构成，所述预置膜层可致密地形成于所述反应腔 室内壁上，可覆盖附着于所述反应腔室内壁的尺寸较大的聚合物，以减 少所述聚合物劈裂现象的发生。
作为本发明的实施例，所述氟碳气体可为C4F6，具体的工艺条件可 包括射频功率为2000W;反应腔室内压力为150mT; C4F6的流量为 50sccm;此外，为改善所述反应腔室内气体的均匀性，利于反应均勻地 进行，所述反应腔室内还可包含Ar,所述反应腔室内包含Ar时，Ar的 流量范围为300sccm。
7需说明的是，所述氟碳气体可至少包含CA或"F8中的一种。即， 上述实施例仅为较佳方案，考虑到，实践中，由于设备型号差异、运行 状态差异等因素的存在，导致不同的反应腔室内壁形成的聚合物的状态 有所不同，本领域技术人员可在上述较佳实施例的教导下，扩展执行本
方案的工艺条件，作为示例，所述氟碳气体包含CJ^和Ar时，具体的 工艺条件可包括射频功率范围为1500W- 3000W，如2500W;反应腔室 内压力范围为100mT 200mT，如150mT; (^6的流量范围35 70sccm，如 40sccm或60sccm; Ar的流量范围250 ~ 400sccm，如350sccm。
为验证上述技术方案对减少所述聚合物劈裂现象发生频率以及由 此引发的弧光放电现象发生频率的改善效果，本发明的发明人进行了系 列试-睑
试验一，在同一时间，分别应用传统技术对基底执行等离子体处理， 以及应用上述技术方案预处理等离子体反应腔室后再对基底执行等离 子体处理，并对所述基底进行微粒检测，如图4中方框区域所标示，对 比检测结果后，可见，预处理等离子体反应腔室后，执行等离子体处理 后，所述基底表面的微粒缺陷由60~80个/片降为0~10个/片，微粒 数大大降低。
试验二，分别应用传统技术对基底执行等离子体处理，以及应用上 述技术方案预处理等离子体反应腔室后再对基底执行等离子体处理，并 监测所述等离子体反应腔室的清洗间隔，可知，预处理等离子体反应腔 室后，执行等离子体处理后，所述等离子体反应腔室的清洗间隔可由30 小时增加为100小时，即，在执行等离子体处理之前，预处理等离子体 反应腔室，可延长所述等离子体反应腔室的清洗间隔，利于提高生产效 率。
此外，作为可选方式，在通入离子化的氟碳气体之前，润湿所述表 面具有有机膜层的载片。通过在通入离子化的氟碳气体之前，润湿所述 表面具有有机膜层的载片，可补充H含量，利于C、 H和氟充分反应形成预置膜层。
步骤33:将所述载片移出所述反应腔室。
将所述载片移出所述反应腔室之前，还包括，向所述反应腔室中通入 Ar、 N2及/或He的步骤。通过在将所述载片移出所述反应腔室之前，向所 述反应腔室中通入Ar、 N2及/或He，可增强通入的离子化的氟^f灰气体的均 匀性，利于形成均匀的预置膜层。如图5所示，预处理所述等离子体反应 腔室20 (所述反应腔室20用以对位于其中的基底10执行等离子体处理) 后，在所述反应腔室20内壁上具有预置膜层30。
通过在利用所述反应腔室对引入其中的基底执行处理操作之前，将表 面具有有机膜层的载片置于所述反应腔室，以利用所述有机膜层作为C、 H源；继而，结合通入的离子化的氟碳比例小于或等于2: l的氟碳气体， 可在所述反应腔室内壁上形成预置膜层，所述预置膜层可覆盖附着于所 述反应腔室内壁的残留物，可减少所述残留物的脱落，并进而减少所述 残留物的脱落引起的基底内的瞬间放电造成的弧光放电现象。
需强调的是，未加说明的步骤均可采用传统的方法获得，且具体的工 艺参数根据产品要求及工艺条件确定。
尽管通过在此的实施例描述说明了本发明，和尽管已经足够详细地描 述了实施例，申请人不希望以任何方式将权利要求书的范围限制在这种 细节上。对于本领域技术人员来说另外的优势和改进是显而易见的。因 此，在较宽范围的本发明不限于表示和描述的特定细节、表达的设备和 方法和说明性例子。因此，可以偏离这些细节而不脱离申请人总的发明 概念的精神和范围。
权利要求
1.一种等离子体反应腔室预处理方法，其特征在于，利用所述反应腔室对引入其中的基底执行处理操作之前，还包括将表面具有有机膜层的载片置于所述反应腔室；向所述反应腔室中通入离子化的氟碳气体，所述氟碳气体的氟碳比例小于或等于2∶1；将所述载片移出所述反应腔室。
2. 根据权利要求1所述的等离子体反应腔室预处理方法，其特征 在于在通入离子化的氟碳气体之前，润湿所述表面具有有机膜层的载 片。
3. 根据权利要求1所述的等离子体反应腔室预处理方法，其特征 在于所述有机膜层至少包含光刻胶、聚酰亚胺或有机抗反射层中的一 种。
4. 根据权利要求1所述的等离子体反应腔室预处理方法，其特征 在于所述载片的材料至少包含硅、合成树脂、钢化玻璃或塑料中的一 种。
5. 根据权利要求1所述的等离子体反应腔室预处理方法，其特征 在于所述反应腔室包括金属等离子体刻蚀反应腔室、金属化学气相淀 积反应腔室和/或物理气相淀积反应腔室。
6. 根据权利要求1所述的等离子体反应腔室预处理方法，其特征 在于所述氟碳气体至少包含(:^6或(^8中的一种。
7. 根据权利要求1所述的等离子体反应腔室预处理方法，其特征 在于将所述载片移出所述反应腔室之前，还包括，向所述反应腔室中 通入Ar、 N2及/或He的步骤。
全文摘要
一种等离子体反应腔室预处理方法，利用所述反应腔室对引入其中的基底执行处理操作之前，还包括将表面具有有机膜层的载片置于所述反应腔室；向所述反应腔室中通入离子化的氟碳气体，所述氟碳气体的氟碳比例小于或等于2∶1；将所述载片移出所述反应腔室。可减少所述弧光放电现象的产生。
文档编号C23C16/44GK101643895SQ20081011772
公开日2010年2月10日 申请日期2008年8月4日 优先权日2008年8月4日
发明者武 孙, 尹晓明, 张海洋, 王新鹏 申请人:中芯国际集成电路制造(北京)有限公司