專利名稱：：一種去除腔室副產(chǎn)物的等離子清洗方法和等離子處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝過程的
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及一種在工藝過程中，去除腔室副產(chǎn)物的等離子清洗方法以及一種刻蝕工藝的等離子處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：隨著半導(dǎo)體工業(yè)中集成電路的尺寸不斷的縮小，對(duì)于集成電路制造的等離子刻蝕工藝來(lái)說，片間的刻蝕的穩(wěn)定性成為一個(gè)主要的考慮因素。而腔室中的沉積的化合物將是對(duì)工藝的漂移(例如刻蝕速率、刻蝕的形貌、刻蝕的選擇性及其刻蝕的均勻性等)產(chǎn)生非常重要的影響。具體的，隨著對(duì)晶圓的刻蝕會(huì)在腔室壁上形成一些副產(chǎn)物的沉積，這種沉積的副產(chǎn)物在后續(xù)的刻蝕過程中，會(huì)放出對(duì)后面晶圓刻蝕有影響的其他氣體，或者通過反應(yīng)消耗掉正?？涛g所需的反應(yīng)氣體，這對(duì)工藝的穩(wěn)定性來(lái)說是很不利的。因此設(shè)備供應(yīng)商一直致力研究控制腔室環(huán)境的自動(dòng)清洗步驟(WAC)，其目的就是增加機(jī)臺(tái)的穩(wěn)定性、提高機(jī)臺(tái)的保養(yǎng)周期(MTBC)。一種典型的硅刻蝕設(shè)備的反應(yīng)腔室如圖l所示。在進(jìn)行刻蝕工藝時(shí)，硅片102被傳入工藝腔室101內(nèi)，硅片被放置在靜電卡盤(ESC)103上，當(dāng)靜電卡盤完成對(duì)硅片的吸附后，工藝氣體由噴嘴104通入工藝腔室，并對(duì)工藝氣體施加RF功率，使之產(chǎn)生等離子體105，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)硅片102的刻蝕。而在刻蝕之后，就會(huì)隨著各種具體工藝的不同，產(chǎn)生各種可能的副產(chǎn)物沉積，其中碳基的副產(chǎn)物沉積是一個(gè)重要的副產(chǎn)物。現(xiàn)有技術(shù)方案中，在形成副產(chǎn)物沉積后，一般通過等離子清洗工藝對(duì)其進(jìn)行消除。通常的等離子清洗工藝由兩個(gè)主要工藝步驟組成第一步工藝的工藝氣體包含比例大于75%的含氟氣體(XyFz)，在高壓、高上射頻功率的條件下形成等離子體，以去除硅和硅基反應(yīng)產(chǎn)物；第二步工藝的工藝氣體包含比例大于50%的氧氣(02)，形成等離子體并主要去除碳和碳基反應(yīng)產(chǎn)物。一般的，上述等離子清洗方法可以針對(duì)不同工藝形成的副產(chǎn)物沉積進(jìn)行清除，如果沉積物較多的話，可以通過延長(zhǎng)時(shí)間的方法來(lái)清洗副產(chǎn)物。但是這樣的話，在某種程度上會(huì)降低機(jī)臺(tái)的產(chǎn)能。同時(shí)，由于大量的含氟氣體引入腔室，而氟會(huì)對(duì)機(jī)臺(tái)腔室內(nèi)部涂層進(jìn)行^5皮壞，生成額外的副產(chǎn)物，影響腔室中的環(huán)境，影響工藝結(jié)果的穩(wěn)定性。因此，目前迫切需要本領(lǐng)域技術(shù)人員解決的一個(gè)技術(shù)問題是如何能夠快速有效的去除腔室中的副產(chǎn)物，減少對(duì)腔室中環(huán)境的影響。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種去除腔室副產(chǎn)物的等離子清洗方法以及一種具有自動(dòng)清洗功能的等離子處理泉統(tǒng)，其能夠快速有效的去除腔室中的碳基副產(chǎn)物，并且可以減少對(duì)機(jī)臺(tái)的損傷，提高機(jī)臺(tái)的保養(yǎng)周期。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例公開了一種去除腔室副產(chǎn)物的等離子清洗方法，在具體刻蝕工藝步驟完成后包括排空腔室中的殘氣；通入清洗氣體，以形成等離子體進(jìn)行清洗操作；所述清洗氣體由氧氣和含氟氣體組成，其中，含氟氣體/氧氣的流量比率為0°/。-15%;清洗完成后，排空腔室中的殘氣。優(yōu)選的，所述清洗氣體中含氟氣體/氧氣的流量比率為0%-10%。更優(yōu)選的，所述清洗氣體中含氟氣體/氧氣的流量比率為5%。優(yōu)選的，所述進(jìn)行清洗操作的時(shí)間為5-10秒。更優(yōu)選的，所述進(jìn)行清洗操作的時(shí)間為5秒。優(yōu)選的，針對(duì)含氟氣體XyFz，z/y大于等于2。優(yōu)選的，所述含氟氣體為SF6，或者NF3，或者二者的混合物。優(yōu)選的，所述氧氣的流量為200sccm標(biāo)況毫升每分。優(yōu)選的，所述刻蝕工藝步驟為零層刻蝕工藝步驟。依據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，還公開了一種刻蝕工藝的等離子處理系5統(tǒng)，包括具有進(jìn)氣口和抽氣系統(tǒng)的腔室，還包括排氣控制裝置，用于在具體刻蝕工藝步驟完成后開始清洗之前，以及清洗完成后，通過腔室的進(jìn)氣口通入惰性氣體，并通過抽氣系統(tǒng)抽空腔室，以排走腔室中的殘氣；清洗控制裝置，用于通過腔室的進(jìn)氣口通入清洗氣體，并通過控制工藝條件形成等離子體，對(duì)腔室進(jìn)行清洗操作；所述清洗氣體由氧氣和含氟氣體組成，其中，含氟氣體/氧氣的流量比率為0%-15%。優(yōu)選的，所述清洗氣體中含氟氣體/氧氣的流量比率為5%;所述進(jìn)行清洗操作的時(shí)間為5秒；所述氧氣的流量為200sccm標(biāo)況毫升每分。優(yōu)選的，所述含氟氣體為SF6，或者NF3，或者二者的混合物；所述刻蝕工藝步驟為零層刻蝕工藝步驟。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明將兩步清洗過程改為一步清洗過程，在清洗氣體中增加了適量的含氟氣體，從而可以非常有效的去除碳基副產(chǎn)物，縮短片間的清洗時(shí)間，提高清洗效率，提高機(jī)臺(tái)產(chǎn)能。并且，本發(fā)明整個(gè)清洗過程中減少了進(jìn)入腔室的含氟氣體，減少了對(duì)機(jī)臺(tái)內(nèi)部涂層的損害，減少對(duì)機(jī)臺(tái)的損傷，提高機(jī)臺(tái)的保養(yǎng)周期?？傊?，本發(fā)明可以應(yīng)用在主要產(chǎn)生》友基副產(chǎn)物的刻蝕工藝之后，將通常的兩步清洗過程改進(jìn)為一步清洗過程，提高清洗效率，提高機(jī)臺(tái)保養(yǎng)周期。圖1是一種現(xiàn)有的典型的硅刻蝕設(shè)備的反應(yīng)腔室示意圖；圖2是一種含氟氣體SF6的電離方式示意圖3是本發(fā)明的一種去除腔室副產(chǎn)物的等離子清洗方法的步驟流程圖4是一種典型的零層刻蝕工藝中硅片的示意圖5是圖4中圖形區(qū)域401的一種典型的膜層結(jié)構(gòu)示意圖6是應(yīng)用本發(fā)明進(jìn)行片間清洗之后，^L臺(tái)刻蝕速率的測(cè)量值變化圖。具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。通過研究發(fā)現(xiàn)，在清洗氣體中添加少量的含氟氣體可以促使氧氣的電離，提高對(duì)碳基副產(chǎn)物的清洗效果，但是大量的含氟氣體則可能和碳基副產(chǎn)物結(jié)合，生成難以去除的物質(zhì)，而具體的比率則需要通過實(shí)驗(yàn)確定的。參照?qǐng)D2，示出了含氟氣體SF6的電離方式示意圖。本發(fā)明就是基于上述發(fā)現(xiàn)而提出的。參照?qǐng)D3,示出了本發(fā)明一種去除腔室副產(chǎn)物的等離子清洗方法的步驟流程圖，在某一具體刻蝕工藝步驟完成之后，進(jìn)行下述步驟步驟301、向腔室中通入惰性氣體，以排走腔室中的殘氣；步驟302、通入清洗氣體，以形成等離子體進(jìn)行清洗操作；所述清洗氣體由氧氣和含氟氣體組成，其中，含氟氣體/氧氣的流量比率為0%-15%;步驟303、清洗完成后，向腔室中通入惰性氣體，以排走腔室中的殘氣。需要說明的是，在排空腔室中的殘氣時(shí)，也可以采用通入其他氣體的方式完成，并不局限于惰性氣體；當(dāng)然，采用惰性氣體的效果更佳。本發(fā)明具體的實(shí)驗(yàn)方案是首先通過公認(rèn)有效的清洗過程使腔室足夠'干凈，，然后進(jìn)行零層刻蝕(零層的刻蝕采用的CxFy的單氣體組分或者含有CxFy的多氣體組分為反應(yīng)氣體)，刻蝕完成后，通入惰性氣體排走腔室中的殘氣，接著進(jìn)行表l所示的各個(gè)參數(shù)下的清洗工藝，并通入惰性氣體排走腔室中的殘氣，最后進(jìn)行刻蝕速率的測(cè)量。進(jìn)而從多個(gè)實(shí)施例中，找出最有效的去除碳基副產(chǎn)物的等離子清洗程式，提高機(jī)臺(tái)的工藝穩(wěn)定性。本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)方案針對(duì)零層刻蝕工藝之后的腔室進(jìn)行清洗，其原因是其刻蝕后腔室壁上覆蓋的主要是碳基副產(chǎn)物，應(yīng)用本發(fā)明的效果比較突出。下面對(duì)零層刻蝕工藝步驟進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。零層的刻蝕是半導(dǎo)體工藝中很必要的、4艮關(guān)鍵的一個(gè)刻蝕工藝，是大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路制造的重要組成部分。零層的刻蝕工藝直接關(guān)系到半導(dǎo)體各層的曝光和對(duì)準(zhǔn)，直接影響器件性能。零層的光阻的覆蓋比率>99%，所以零層的刻蝕過程中腔室壁上覆蓋著主要是碳基的副產(chǎn)物，這和其他層的刻蝕工藝來(lái)說有很大的不同。這也是本發(fā)明應(yīng)用在對(duì)零層刻蝕工藝之后的腔室的清洗過程中，效果非常突出的原因之一。參照?qǐng)D4，是一種典型的零層刻蝕工藝中硅片的示意圖，其中，黑色區(qū)域401用于標(biāo)識(shí)零層刻蝕中有圖形的位置，剩余區(qū)域402整個(gè)完全由光阻(PR)覆蓋。通常情況下，零層刻蝕工藝中的整片晶圓上99%以上都被光阻(PR)覆蓋，因此，刻蝕完成后產(chǎn)生的基本都是碳基副產(chǎn)物。參照?qǐng)D5，是圖4中圖形區(qū)域401的一種典型的膜層結(jié)構(gòu)示意圖，其中，單晶硅襯底501上沉積了二氧化硅層502,并在二氧化硅層502上覆蓋了具有一定圖形的光阻(PR)層503，在圖5中，沒有被光阻(PR)層503覆蓋的區(qū)域504就是需要在零層刻蝕工藝步驟中被刻蝕掉的區(qū)域。下面是本發(fā)明具體試驗(yàn)方案的實(shí)例表格。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>在上面的5個(gè)實(shí)例中，均是先采用CxFy的單氣體組分或者含有CxFy的多氣體組分為反應(yīng)氣體進(jìn)行零層刻蝕，刻蝕時(shí)間大約為120s。然后分別采用現(xiàn)有技術(shù)方案的兩步清洗過程，以及采用本發(fā)明不同的02/SFJ々配比進(jìn)行試驗(yàn)，以觀察其對(duì)清洗時(shí)間和刻蝕速率的影響。其中的清洗時(shí)間可以通過檢測(cè)清洗終點(diǎn)等方式得到(例如，通過光學(xué)發(fā)射光譜儀OES檢測(cè)反應(yīng)終點(diǎn)而停止清洗，以得到清洗時(shí)間數(shù)值)；其中的刻蝕速率可以通過現(xiàn)有的光學(xué)檢測(cè)方法測(cè)量刻蝕前值，刻蝕后測(cè)量后值，然后用后值減去前值除以刻蝕時(shí)間，即可得到刻蝕速率。從上面的5個(gè)實(shí)例的具體數(shù)據(jù)中，可以看出，為了達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的刻蝕速率，本發(fā)明的各個(gè)實(shí)現(xiàn)方案均可以獲得比現(xiàn)有技術(shù)更快的清洗時(shí)間。而由于實(shí)際應(yīng)用中的清洗，都是在各個(gè)片間進(jìn)行的，每次清洗縮短一些，整個(gè)機(jī)臺(tái)的產(chǎn)能將大大提高。需要說明的是，在本發(fā)明的試驗(yàn)方案中，需要通過檢測(cè)終點(diǎn)的方式控制清洗過程，在具體的帶有自動(dòng)清洗功能的刻蝕設(shè)備中，則可以直接通過時(shí)間來(lái)控制清洗過程，例如，直接設(shè)定為輸入清洗氣體的流量配比為200O2/10SF6,清洗時(shí)間為5s。另外，上述的各個(gè)試驗(yàn)方案中，都是直接以氧氣的流量為200sccm(標(biāo)況毫升每分)作為基準(zhǔn)的，而實(shí)際上，在本發(fā)明中，氧氣的流量(或者說清洗氣體的流量)是可變的，一般的可以氧氣的流量可以在50—500sccm之間進(jìn)行選擇，比較優(yōu)選的是200sccm,因此在上面的試驗(yàn)方案中均采用200sccm進(jìn)行。由于氧氣的流量太大的話，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)腔室的壓力比較難控制(例如，低壓效果)，從而會(huì)影響清洗效果，所以一般可以采用5O—500sccm之間的流量。在上述的各個(gè)試驗(yàn)方案中，采用的是SF6作為含氟氣體和氧氣進(jìn)行配合使用，而在實(shí)際應(yīng)用中，釆用其他的含氟氣體也完全是可行的，例如NF3;甚至二者的混合氣體也是可行的。再擴(kuò)展一些，假設(shè)含氟氣體采用XyFz來(lái)表示，則只要z/y大于等于2，在本發(fā)明應(yīng)用條件下為氣態(tài)的含氟化合物都可以作為本發(fā)明的含氟氣體進(jìn)行使用，例如，C4F8。參照?qǐng)D6，示出了應(yīng)用本發(fā)明進(jìn)行片間清洗之后，機(jī)臺(tái)刻蝕速率的測(cè)量值變化圖。其中，均是先采用CxFy的單氣體組分或者含有CxFy的多氣體組分為反應(yīng)氣體進(jìn)行零層刻蝕，刻蝕時(shí)間大約為120s;然后在片間采用本發(fā)明流量配比為200O2/10SF6,清洗時(shí)間為5s的清洗方案進(jìn)行腔室的清洗，每完成一盒零層產(chǎn)品的刻蝕之后，對(duì)機(jī)臺(tái)的刻蝕速率進(jìn)行測(cè)量，記錄形成圖6。從圖6可以看出，應(yīng)用本發(fā)明作為片間的清洗方案，可以保持較好的刻蝕速率穩(wěn)定性，不會(huì)造成工藝的漂移。對(duì)于本發(fā)明的各個(gè)試驗(yàn)方案，在清洗時(shí)的腔室壓力以及功率等條件均可以采用和現(xiàn)有技術(shù)基本相似的條件，例如，清洗時(shí)的腔室壓力可以在2mTorr(mT)至40mTorr(mT)之間，優(yōu)選的是20mT;變壓器耦合等離子(TCP)功率可以約為500W至1500W，較佳的是800W至IOOOW，最優(yōu)的是IOOOW。由于本發(fā)明的清洗過程和現(xiàn)有技術(shù)比較接近，主要的改進(jìn)是清洗氣體配比和清洗時(shí)間上，所以對(duì)于其他未詳細(xì)說明之處，應(yīng)屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，在此不再贅述。相應(yīng)的，本發(fā)明還公開一種具有自動(dòng)清洗功能的等離子處理系統(tǒng)實(shí)施例，包括具有進(jìn)氣口和抽氣系統(tǒng)的腔室，其還具有射頻電源以產(chǎn)生輝光放電，從而形成等離子體以完成刻蝕或者清洗過程。本發(fā)明實(shí)施例的特點(diǎn)在于，還包括排氣控制裝置，用于在具體刻蝕工藝步驟完成后開始清洗之前，以及清洗完成后，通過腔室的進(jìn)入口通入惰性氣體，并通過抽氣系統(tǒng)抽空腔室，以排走腔室中的殘氣；清洗控制裝置，用于通過腔室的進(jìn)入口通入清洗氣體，并通過控制工藝條件形成等離子體，對(duì)腔室進(jìn)行清洗操作；所述清洗氣體由氧氣和含氟氣體組成，其中，含氟氣體/氧氣的流量比率為0%-15%。上述兩個(gè)裝置可以采用計(jì)算機(jī)軟件的方式實(shí)現(xiàn)，通過計(jì)算機(jī)控制操作，而自動(dòng)的在設(shè)定的晶片處理間隔中執(zhí)行清洗操作。優(yōu)選的，設(shè)定參數(shù)值為所述清洗氣體中含氟氣體/氧氣的流量比率為5%;所述進(jìn)行清洗操作的時(shí)間為5秒；所述氧氣的流量為200sccm標(biāo)況毫升每分。其中，所述含氟氣體可以為SF6，或者NF"或者二者的混合物。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選應(yīng)用中，在零層刻蝕工藝步驟后的自動(dòng)清洗設(shè)置中采用本發(fā)明進(jìn)行，而在其他硅基副產(chǎn)物較多的刻蝕工藝步驟之后，仍然采用現(xiàn)有的兩步清洗方式，即將本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)結(jié)合使用，各取所長(zhǎng)，既可以充分利用本發(fā)明提高機(jī)臺(tái)產(chǎn)能，又不會(huì)由于本發(fā)明對(duì)某些刻蝕工藝副產(chǎn)物清洗效果不佳而影響整個(gè)機(jī)臺(tái)的清洗效果和保養(yǎng)周期。本說明書中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見即可。以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種去除腔室副產(chǎn)物的等離子清洗方法以及一種具有自動(dòng)清洗功能的等離子處理系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。權(quán)利要求1、一種去除腔室副產(chǎn)物的等離子清洗方法，其特征在于，在具體刻蝕工藝步驟完成后包括排空腔室中的殘氣；通入清洗氣體，以形成等離子體進(jìn)行清洗操作；所述清洗氣體由氧氣和含氟氣體組成，其中，含氟氣體/氧氣的流量比率為0％-15％；清洗完成后，排空腔室中的殘氣。2、如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述清洗氣體中含氟氣體/氧氣的流量比率為0%-10%。3、如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述清洗氣體中含氟氣體/氧氣的流量比率為5%。4、如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述進(jìn)行清洗操作的時(shí)間為5-10秒。5、如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述進(jìn)行清洗操作的時(shí)間為5秒。6、如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，針對(duì)含氟氣體XyFz，z/y大于等于2。7、如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述含氟氣體為SF6，或者NF"或者二者的混合物。8、如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述氧氣的流量為200sccm標(biāo)況毫升每分。9、如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述刻蝕工藝步驟為零層刻蝕工藝步驟。10、一種刻蝕工藝的等離子處理系統(tǒng)，包括具有進(jìn)氣口和抽氣系統(tǒng)的腔室，其特征在于，還包括排氣控制裝置，用于在具體刻蝕工藝步驟完成后開始清洗之前，以及清洗完成后，通過腔室的進(jìn)氣口通入惰性氣體，并通過抽氣系統(tǒng)抽空腔室，以排走腔室中的殘氣；清洗控制裝置，用于通過腔室的進(jìn)氣口通入清洗氣體，并通過控制工藝條件形成等離子體，對(duì)腔室進(jìn)行清洗操作；所述清洗氣體由氧氣和含氟氣體組成，其中，含氟氣體/氧氣的流量比率為0%-15%。11、如權(quán)利要求IO所述的等離子處理系統(tǒng)，其特征在于，所述清洗氣體中含氟氣體/氧氣的流量比率為5%;所述進(jìn)行清洗操作的時(shí)間為5秒；所述氧氣的流量為200sccm標(biāo)況毫升每分。12、如權(quán)利要求IO或11所述的等離子處理系統(tǒng)，其特征在于，所述含氟氣體為SF6,或者NFs，或者二者的混合物；所述刻蝕工藝步驟為零層刻蝕工藝步驟。全文摘要本發(fā)明公開了一種去除腔室副產(chǎn)物的等離子清洗方法和一種刻蝕工藝的等離子處理系統(tǒng)，其中，所述等離子清洗方法在具體刻蝕工藝步驟完成后，可以包括以下步驟排空腔室中的殘氣；通入清洗氣體，以形成等離子體進(jìn)行清洗操作；所述清洗氣體由氧氣和含氟氣體組成，其中，含氟氣體/氧氣的流量比率為0％-15％；清洗完成后，排空腔室中的殘氣。本發(fā)明可以應(yīng)用在主要產(chǎn)生碳基副產(chǎn)物的刻蝕工藝之后，由于本發(fā)明在清洗氣體中增加了適量的含氟氣體，將通常的兩步清洗過程改進(jìn)為一步清洗過程，縮短片間的針對(duì)碳基副產(chǎn)物的清洗時(shí)間，提高清洗效率；并且由于減少了進(jìn)入腔室的含氟氣體，可以減少對(duì)機(jī)臺(tái)的損傷，提高機(jī)臺(tái)的保養(yǎng)周期。文檔編號(hào)H01L21/3213GK101540272SQ200910082929公開日2009年9月23日申請(qǐng)日期2009年4月24日優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日發(fā)明者吳桂龍申請(qǐng)人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司