专利名称：等离子体清洗方法
技术领域：
本发明涉及集成电路制造技术领域，特别涉及一种等离子体清洗方法。
背景技术：
众所周知，集成电路尤其是超大规模集成电路中的主要器件是金属-氧化物-半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor field effect transistor,简称 MOS 晶体管)。随着器件尺寸的不断缩小，晶体管制造的工艺要求越来越高，晶体管制造过程中所使用的金属种类也越来越多。与此同时，在集成电路制造过程中经常会出现各种金属污染问题。一旦有金属污染硅片的背面，就会造成后续工艺设备的污染，进入后续设备的硅片也会被设备污染，导致硅片和设备的交叉污染。而且，在晶体管制造过程中部分工艺需要在相当高的温度(甚至高于1000摄氏度)下进行，高温状态下，硅片背面的金属就会扩散进入硅片内部，从而造成整个器件的失效。可见，在晶体管制造工艺过程中控制硅片背面的金属污染是非常关键、非常必要的。其中，化学气相沉积设备通过化学气相沉积方式生长各种薄膜，制成各种晶体管，因此普遍使用于集成电路制造中。使用化学气相沉积设备在硅片上沉积薄膜时，需要先对腔体进行清洗，去除腔体中积累的沉积膜和悬浮在腔体中的微粒。如图1所示，化学气相沉积设备清洗过程一般包括远程等离子体清洗SlOl和保护膜沉积S102。具体的，首先，在远程等离子体系统(RPS)中通过高频电源(RF)将清洗气体NF3电离，产生含氟等离子体，含氟等离子体通过管路输送到腔体中并与腔体上的沉积膜反应生成含氟气体，含氟气体最后通过泵抽走。接着，在腔体中通入N2和C2H2气体沉积一层保护膜(Season)，保护膜(Season)能够减少悬浮颗粒(Particle)掉落在wafer上的机会，同时使得腔体的氛围接近真实沉积薄膜时的环境。化学气相沉积设备清洗完成后，硅片进入应用材料非晶碳膜(APF)机台沉积非晶碳膜(APF)。在使用应用材料非晶碳膜(APF)机台沉积非晶碳膜(APF)时，全X射线反射荧光测试(TXRF)发现了硅片的背面被金属铝污染，硅片背面的金属铝含量为4200E10Atoms/cm2，严重超出了业界的标准(〈10E 10Atoms/cm2 )。
发明内容
本发明的目的在于提供一种等离子体清洗方法，以解决现有的硅片背面被金属铝沾污的问题。为解决上述技术问题，本发明提供一种等离子体清洗方法，所述等离子体清洗方法包括:执行远程等离子体清洗；执行氮气射频原位等离子体清洗；执行保护膜沉积。可选的，在所述的等 离子体清洗方法中，执行远程等离子体清洗时通入一反应气体，所述反应气体为NF3。可选的，在所述的等离子体清洗方法中，执行远程等离子体清洗的时间在200秒以上。可选的，在所述的等离子体清洗方法中，执行氮气射频原位等离子体清洗时通入一反应气体，所述反应气体包括N2。可选的，在所述的等离子体清洗方法中，执行氮气射频原位等离子体清洗所使用的的射频频率为13.36MHZ。可选的，在所述的等离子体清洗方法中，执行氮气射频原位等离子体清洗的时间为10秒 30秒。可选的，在所述的等离子体清洗方法中，执行保护膜沉积时通入一反应气体，所述反应气体为C2H2、He和Ar的混合气体。可选的，在所述的等离子体清洗方法中，执行保护膜沉积的时间为5秒 20秒。可选的，在所述的等离子体清洗方法中，还包括执行氧气射频原位等离子体清洗，所述氧气射频原位等离子体清洗在所述远程等离子体清洗之后执行。可选的，在所述的等离子体清洗方法中，执行氧气射频原位等离子体清洗时通入一反应气体，所述反应气体包括02。可选的，在所述的等离子体清洗方法中，执行氧气射频原位等离子体清洗所使用的射频频率为13.36MHZ。可选的，在所 述的等离子体清洗方法中，执行氧气射频原位等离子体清洗的时间为10秒 60秒。综上所述，本发明等离子体清洗方法中采用远程等离子体清洗和氮气射频原位等离子体清洗组合的方式进行清洗，大大改善了晶片的背面被金属铝污染的问题。
图1是现有技术中一种等离子体清洗方法的流程图；图2是发明实施例的一种等离子体清洗方法I的流程图；图3是发明实施例的一种等离子体清洗方法2的流程图；。图4是使用等离子体清洗方法I的膜厚统计图；图5是使用等离子体清洗方法2的膜厚统计图；图6是不同清洗方式下硅片背面的金属铝含量统计图；图7是不同清洗方式下腔室内悬浮颗粒的数量统计图。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本发明提出的等离子体清洗方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，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例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。通过研究发现，化学气相沉积设备中加热器(Heater)所用材料是A1N，远程等离子体系统(RPS)中产生的含氟等离子体与加热器(Heater)发生了发生反应，生成了一层很薄的AlxFyOz薄膜。而之后通入N2和C2H2气体进行保护膜(Season)沉积时，N2与AlxFyOz发生反应析出了 A1N，导致保护膜(Season)的表面含有金属铝。当硅片进入机台进行非晶碳(APF)薄膜沉积时，硅片的背面与保护膜(Season)接触，导致硅片的背面发生金属铝污染。为了解决上述问题，本申请提出了如下技术方案:实施例一请参考图2，图2所示为本发明实施例的一种等离子体清洗方法的流程图。如图2所示，所述等离子体清洗方法I包括以下步骤:Sll:执行远程等离子体清洗；S13:执行氮气射频原位等离子体清洗；S14:执行保护膜沉积。具体的，首先，在远程等离子体系统(RPS)中通入一反应气体，所述反应气体为NF3，通过高频电源将反应气体NF3电离产生含氟等离子体，然后，将含氟等离子体输送到腔室中，接着，执行步骤S11，含氟等离子体与腔体上的沉积膜反应生成含氟气体。远程等离子体清洗的时间一般在200秒以上，优选的，远程等离子体清洗的时间为220秒、240秒、260秒、280秒或300秒。远程等离子体清洗完成后关闭远程等离子体系统(RPS)，之后通过泵抽走含氟气体，接着进行氮气射频原位等离子体清洗。氮气射频原位等离 子体清洗时首先在腔室内通入一反应气体，所述反应气体主要为N2。当N2流量稳定在2000SCCM到10000SCCM时，开启射频，射频为13.36MHZ，功率为600W到1000W。执行步骤S13，N2发生电离产生含氮等离子体，含氮等离子体停留在腔体壁上。氮气射频原位等离子体清洗的时间一般为10秒 30秒，优选的，氮气射频原位等离子体清洗的时间为15秒、20秒或25秒。例如，通入5500sccm的N2和2000sccm的He，待N2流量稳定开启射频，功率为1000W,开始进行氮气射频原位等离子体清洗，氮气射频原位等离子体清洗的时间为10S。氮气射频原位等离子体清洗完成后关闭反应气体，接着关闭射频。之后，通过泵抽走所有气体，时间大约10秒左右。接着，进行保护膜沉积。保护膜沉积时通入一反应气体，所述反应气体是C2H2、He和Ar的混合气体。开启射频，开始执行步骤S14，过程中C2H2与停留在腔体壁上的含氮等离子体反应形成一层碳氮化合物，能够增加后续非晶碳层与腔体的粘附力，防止非晶碳从腔体上脱落形成悬浮颗粒(Particle)。保护膜沉积的时间一般在5秒到20秒之间，沉积时间长于5秒，短于20秒。优选的，保护膜沉积的时间为10秒、15秒或18秒。例如，通入1400sccm 的 C2H2 和 lOOOOsccm 的 Ar 和 IOOOsccm 的 He,稳定 5S 之后开启射频，功率为1400W，开始进行保护膜沉积，保护膜沉积的时间为10S，保护膜沉积完成后关闭反应气体，接着关闭射频。之后，通过泵抽走所有气体，时间大约20秒左右。由此可见，保护膜沉积时通入的反应气体中没有包含N2，保护膜沉积沉积过程中AlxFyOz不会发生反应析出A1N，保护膜(Season)的表面也不会含有金属铝污染硅片的背面。实施例二
请参考图3，图3所示为本发明实施例的一种等离子体清洗方法2的流程图。如图3所示，所述等离子体清洗方法2包括以下步骤:S21:执行远程等离子体清洗；S22:执行氧气射频原位等离子体清洗；S23:执行氮气射频原位等离子体清洗；S24:执行保护膜沉积。远程等离子体清洗完成后，开始执行步骤S22，。氧气射频原位等离子体清洗时腔室内通入一反应气体，所述反应气体为主要是02。02流量稳定在4000SCCM到8000SCCM时，开启射频，射频为13.36MHZ，功率为600W到1000W。02发生电离产生含氧等离子体，含氧等离子体与腔体撞击交换热量，使得腔体的温度快速上升到成膜工艺所需温度。氧气射频原位等离子体清洗的时间一般在10秒到60秒之间，优选的，氧气射频原位等离子体清洗的时间为20秒、30秒、40秒或50秒。例如，通入6000sccm的02和4000sccm的He，待02流量稳定开启射频，功率为
1000W，开始进行氧气射频原位等离子体清洗，氧气射频原位等离子体清洗的时间为10S。氧气射频原位等离子体清洗完成后关闭反应气体，接着关闭射频。之后，通过泵抽走所有气体，时间大约10秒左右。接着，进行氮气射频原位等离子体清洗和保护膜沉积。其中，氧气射频原位等离子体清洗能够改善腔室内的温度和其它环境参数，使得腔室环境与成膜工艺时的一致。采用氧气射频原位等离子体清洗，能够使得硅片的厚度一致。请参考图4，其使用等离子体清洗方法I的 膜厚统计图，如图4所示，没有氧气射频原位等离子体清洗过程，第25片硅片与其他硅片之间的膜厚有比较大的差异，硅片之间的膜厚不一致。请继续参考图5，其为使用等离子体清洗方法2的膜厚统计图，如图5所示，增加氧气射频原位等离子体清洗过程后，硅片之间的膜厚基本没有差别。化学气相沉积设备清洗时一般采用等离子体清洗方法2，在等离子体清洗方法I的基础上增加氧气射频原位等离子体清洗，采用等离子体清洗方法2能够改善硅片背面的金属铝和悬浮颗粒(Particle)问题，同时保证硅片的膜厚一致。化学气相沉积设备清洗完成后，硅片进入应用材料非晶碳膜(APF)机台沉积非晶碳膜(APF)。此时，使用全X射线反射荧光测试(TXRF)检测硅片背面的金属铝含量。请参考图6，其为不同清洗方式下硅片背面的金属铝含量统计图，如图6所示，使用现有技术中一种等离子体清洗方法，金属铝含量为4200E10AtomS/Cm2，而远程等离子体清洗之后通入C2H2、He和Ar的混合气体进行保护膜沉积的方式，虽然也能降低硅片背面的金属铝含量和浮颗粒(Particle)的数量，但是硅片背面的金属铝含量超过IOElOAtoms/cm2 ,仍然达不到业界的标准(〈IOEI OAtoms/cm2 )。采用本发明实施例提供的等离子体清洗方法I和等离子体清洗方法2，硅片背面的金属铝含量分别为6E10AtomS/Cm2和4E10Atoms/cm2,达到了业界的标准(<10E10Atoms/cm2)。可见,使用本发明实施例提供的等离子体清洗方法I或等离子体清洗方法2进行设备清洗，硅片背面的金属铝含量大大降低。与此同时，腔室内的悬浮颗粒(Particle)的数量也降低了。请参考图7，其为不同清洗方式下腔室内悬浮颗粒的数量统计图，如图7所示，使用现有技术中一种等离子体清洗方法，悬浮颗粒(Particle)的数量是18个，而使用本发明实施例提供的等离子体清洗方法I和等离子体清洗方法2，悬浮颗粒(Particle)的数量都在3个左右。可见，使用本发明实施例提供的等离子体清洗方法I或等离子体清洗方法2,腔室内的悬浮颗粒(Particle)的数量也降低了。综上，在本发明实施例提供的等离子体清洗方法中，通过远程等离子体清洗和两种原位等离子体清洗相组合的方式进行设备清洗，大大改善了硅片的背面被金属铝污染的问题。进一步的，腔室内的悬浮颗粒(Particle)问题也得到了改善。延长了化学气相沉积设备的维护周期，提高设备的使用寿命。上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技 术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
权利要求
1.一种等离子体清洗方法，其特征在于，包括: 执行远程等离子体清洗； 执行氮气射频原位等离子体清洗； 执行保护膜沉积。
2.如权利要求1所述的等离子体清洗方法，其特征在于，执行远程等离子体清洗时通入一反应气体，所述反应气体为NF3。
3.如权利要求2所述的等离子体清洗方法，其特征在于，执行远程等离子体清洗的时间在200秒以上。
4.如权利要求1所述的等离子体清洗方法，其特征在于，执行氮气射频原位等离子体清洗时通入一反应气体，所述反应气体包括N2。
5.如权利要求4所述的等离子体清洗方法，其特征在于，执行氮气射频原位等离子体清洗所使用的的射频频率为13.36MHZ。
6.如权利要求4述的等离子体清洗方法，其特征在于，执行氮气射频原位等离子体清洗的时间为10秒 30秒。
7.如权利要求1所述的等离子体清洗方法，其特征在于，执行保护膜沉积时通入一反应气体，所述反应气体为C2H2、He和Ar的混合气体。
8.如权利要求7所述的等离子体清洗方法，其特征在于，执行保护膜沉积的时间为5秒 20秒。
9.如权利要求1至 8任一项所述的等离子体清洗方法，其特征在于，还包括执行氧气射频原位等离子体清洗，所述氧气射频原位等离子体清洗在所述远程等离子体清洗之后执行。
10.如权利要求9所述的等离子体清洗方法，其特征在于，执行氧气射频原位等离子体清洗时通入一反应气体，所述反应气体包括02。
11.如权利要求9所述的等离子体清洗方法，其特征在于，执行氧气射频原位等离子体清洗所使用的射频频率为13.36MHZ。
12.如权利要求9所述的等离子体清洗方法，其特征在于，执行氧气射频原位等离子体清洗的时间为10秒 60秒。
全文摘要
本发明提供了一种等离子体清洗方法，包括执行远程等离子体清洗；执行氮气射频原位等离子体清洗；执行保护膜沉积。本发明等离子体清洗方法中采用远程等离子体清洗和氮气射频原位等离子体清洗组合的方式进行清洗，大大改善了晶片的背面被金属铝污染的问题。
文档编号H01L21/02GK103219227SQ20131012222
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月9日 优先权日2013年4月9日
发明者桑宁波, 周军 申请人:上海华力微电子有限公司