一種去除腔室副產物的等離子清洗方法和等離子處理系統的制作方法

專利名稱：：一種去除腔室副產物的等離子清洗方法和等離子處理系統的制作方法
技術領域：
：本發明涉及半導體制造工藝過程的
技術領域：
，特別是涉及一種在工藝過程中，去除腔室副產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。
背景技術：
：隨著半導體工業中集成電路的尺寸不斷的縮小，對于集成電路制造的等離子刻蝕工藝來說，片間的刻蝕的穩定性成為一個主要的考慮因素。而腔室中的沉積的化合物將是對工藝的漂移(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)產生非常重要的影響。具體的，隨著對晶圓的刻蝕會在腔室壁上形成一些副產物的沉積，這種沉積的副產物在后續的刻蝕過程中，會放出對后面晶圓刻蝕有影響的其他氣體，或者通過反應消耗掉正常刻蝕所需的反應氣體，這對工藝的穩定性來說是很不利的。因此設備供應商一直致力研究控制腔室環境的自動清洗步驟(WAC)，其目的就是增加機臺的穩定性、提高機臺的保養周期(MTBC)。一種典型的硅刻蝕設備的反應腔室如圖l所示。在進行刻蝕工藝時，硅片102被傳入工藝腔室101內，硅片被放置在靜電卡盤(ESC)103上，當靜電卡盤完成對硅片的吸附后，工藝氣體由噴嘴104通入工藝腔室，并對工藝氣體施加RF功率，使之產生等離子體105，從而實現對硅片102的刻蝕。而在刻蝕之后，就會隨著各種具體工藝的不同，產生各種可能的副產物沉積，其中碳基的副產物沉積是一個重要的副產物。現有技術方案中，在形成副產物沉積后，一般通過等離子清洗工藝對其進行消除。通常的等離子清洗工藝由兩個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產物；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產物。一般的，上述等離子清洗方法可以針對不同工藝形成的副產物沉積進行清除，如果沉積物較多的話，可以通過延長時間的方法來清洗副產物。但是這樣的話，在某種程度上會降低機臺的產能。同時，由于大量的含氟氣體引入腔室，而氟會對機臺腔室內部涂層進行^5皮壞，生成額外的副產物，影響腔室中的環境，影響工藝結果的穩定性。因此，目前迫切需要本領域技術人員解決的一個技術問題是如何能夠快速有效的去除腔室中的副產物，減少對腔室中環境的影響。
發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種去除腔室副產物的等離子清洗方法以及一種具有自動清洗功能的等離子處理泉統，其能夠快速有效的去除腔室中的碳基副產物，并且可以減少對機臺的損傷，提高機臺的保養周期。為了解決上述技術問題，本發明實施例公開了一種去除腔室副產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%。更優選的，所述清洗氣體中含氟氣體/氧氣的流量比率為5%。優選的，所述進行清洗操作的時間為5-10秒。更優選的，所述進行清洗操作的時間為5秒。優選的，針對含氟氣體XyFz，z/y大于等于2。優選的，所述含氟氣體為SF6，或者NF3，或者二者的混合物。優選的，所述氧氣的流量為200sccm標況毫升每分。優選的，所述刻蝕工藝步驟為零層刻蝕工藝步驟。依據本發明的另一實施例，還公開了一種刻蝕工藝的等離子處理系5統，包括具有進氣口和抽氣系統的腔室，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，通過腔室的進氣口通入惰性氣體，并通過抽氣系統抽空腔室，以排走腔室中的殘氣；清洗控制裝置，用于通過腔室的進氣口通入清洗氣體，并通過控制工藝條件形成等離子體，對腔室進行清洗操作；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%;所述進行清洗操作的時間為5秒；所述氧氣的流量為200sccm標況毫升每分。優選的，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。與現有技術相比，本發明具有以下優點本發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物，縮短片間的清洗時間，提高清洗效率，提高機臺產能。并且，本發明整個清洗過程中減少了進入腔室的含氟氣體，減少了對機臺內部涂層的損害，減少對機臺的損傷，提高機臺的保養周期。總之，本發明可以應用在主要產生》友基副產物的刻蝕工藝之后，將通常的兩步清洗過程改進為一步清洗過程，提高清洗效率，提高機臺保養周期。圖1是一種現有的典型的硅刻蝕設備的反應腔室示意圖；圖2是一種含氟氣體SF6的電離方式示意圖3是本發明的一種去除腔室副產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中圖形區域401的一種典型的膜層結構示意圖6是應用本發明進行片間清洗之后，^L臺刻蝕速率的測量值變化圖。具體實施例方式為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。通過研究發現，在清洗氣體中添加少量的含氟氣體可以促使氧氣的電離，提高對碳基副產物的清洗效果，但是大量的含氟氣體則可能和碳基副產物結合，生成難以去除的物質，而具體的比率則需要通過實驗確定的。參照圖2，示出了含氟氣體SF6的電離方式示意圖。本發明就是基于上述發現而提出的。參照圖3,示出了本發明一種去除腔室副產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，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；當然，采用惰性氣體的效果更佳。本發明具體的實驗方案是首先通過公認有效的清洗過程使腔室足夠'干凈，，然后進行零層刻蝕(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氣體)，刻蝕完成后，通入惰性氣體排走腔室中的殘氣，接著進行表l所示的各個參數下的清洗工藝，并通入惰性氣體排走腔室中的殘氣，最后進行刻蝕速率的測量。進而從多個實施例中，找出最有效的去除碳基副產物的等離子清洗程式，提高機臺的工藝穩定性。本發明的實驗方案針對零層刻蝕工藝之后的腔室進行清洗，其原因是其刻蝕后腔室壁上覆蓋的主要是碳基副產物，應用本發明的效果比較突出。下面對零層刻蝕工藝步驟進行簡單介紹。零層的刻蝕是半導體工藝中很必要的、4艮關鍵的一個刻蝕工藝，是大規模、超大規模集成電路制造的重要組成部分。零層的刻蝕工藝直接關系到半導體各層的曝光和對準，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物，這和其他層的刻蝕工藝來說有很大的不同。這也是本發明應用在對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。參照圖4，是一種典型的零層刻蝕工藝中硅片的示意圖，其中，黑色區域401用于標識零層刻蝕中有圖形的位置，剩余區域402整個完全由光阻(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，刻蝕完成后產生的基本都是碳基副產物。參照圖5，是圖4中圖形區域401的一種典型的膜層結構示意圖，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覆蓋的區域504就是需要在零層刻蝕工藝步驟中被刻蝕掉的區域。下面是本發明具體試驗方案的實例表格。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>在上面的5個實例中，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氣體進行零層刻蝕，刻蝕時間大約為120s。然后分別采用現有技術方案的兩步清洗過程，以及采用本發明不同的02/SFJ々配比進行試驗，以觀察其對清洗時間和刻蝕速率的影響。其中的清洗時間可以通過檢測清洗終點等方式得到(例如，通過光學發射光譜儀OES檢測反應終點而停止清洗，以得到清洗時間數值)；其中的刻蝕速率可以通過現有的光學檢測方法測量刻蝕前值，刻蝕后測量后值，然后用后值減去前值除以刻蝕時間，即可得到刻蝕速率。從上面的5個實例的具體數據中，可以看出，為了達到相對穩定的刻蝕速率，本發明的各個實現方案均可以獲得比現有技術更快的清洗時間。而由于實際應用中的清洗，都是在各個片間進行的，每次清洗縮短一些，整個機臺的產能將大大提高。需要說明的是，在本發明的試驗方案中，需要通過檢測終點的方式控制清洗過程，在具體的帶有自動清洗功能的刻蝕設備中，則可以直接通過時間來控制清洗過程，例如，直接設定為輸入清洗氣體的流量配比為200O2/10SF6,清洗時間為5s。另外，上述的各個試驗方案中，都是直接以氧氣的流量為200sccm(標況毫升每分)作為基準的，而實際上，在本發明中，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之間進行選擇，比較優選的是200sccm,因此在上面的試驗方案中均采用200sccm進行。由于氧氣的流量太大的話，會導致整個腔室的壓力比較難控制(例如，低壓效果)，從而會影響清洗效果，所以一般可以采用5O—500sccm之間的流量。在上述的各個試驗方案中，采用的是SF6作為含氟氣體和氧氣進行配合使用，而在實際應用中，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。再擴展一些，假設含氟氣體采用XyFz來表示，則只要z/y大于等于2，在本發明應用條件下為氣態的含氟化合物都可以作為本發明的含氟氣體進行使用，例如，C4F8。參照圖6，示出了應用本發明進行片間清洗之后，機臺刻蝕速率的測量值變化圖。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氣體進行零層刻蝕，刻蝕時間大約為120s;然后在片間采用本發明流量配比為200O2/10SF6,清洗時間為5s的清洗方案進行腔室的清洗，每完成一盒零層產品的刻蝕之后，對機臺的刻蝕速率進行測量，記錄形成圖6。從圖6可以看出，應用本發明作為片間的清洗方案，可以保持較好的刻蝕速率穩定性，不會造成工藝的漂移。對于本發明的各個試驗方案，在清洗時的腔室壓力以及功率等條件均可以采用和現有技術基本相似的條件，例如，清洗時的腔室壓力可以在2mTorr(mT)至40mTorr(mT)之間，優選的是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，最優的是IOOOW。由于本發明的清洗過程和現有技術比較接近，主要的改進是清洗氣體配比和清洗時間上，所以對于其他未詳細說明之處，應屬于本領域技術人員所熟知的，在此不再贅述。相應的，本發明還公開一種具有自動清洗功能的等離子處理系統實施例，包括具有進氣口和抽氣系統的腔室，其還具有射頻電源以產生輝光放電，從而形成等離子體以完成刻蝕或者清洗過程。本發明實施例的特點在于，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，通過腔室的進入口通入惰性氣體，并通過抽氣系統抽空腔室，以排走腔室中的殘氣；清洗控制裝置，用于通過腔室的進入口通入清洗氣體，并通過控制工藝條件形成等離子體，對腔室進行清洗操作；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%。上述兩個裝置可以采用計算機軟件的方式實現，通過計算機控制操作，而自動的在設定的晶片處理間隔中執行清洗操作。優選的，設定參數值為所述清洗氣體中含氟氣體/氧氣的流量比率為5%;所述進行清洗操作的時間為5秒；所述氧氣的流量為200sccm標況毫升每分。其中，所述含氟氣體可以為SF6，或者NF"或者二者的混合物。在本發明的一個優選應用中，在零層刻蝕工藝步驟后的自動清洗設置中采用本發明進行，而在其他硅基副產物較多的刻蝕工藝步驟之后，仍然采用現有的兩步清洗方式，即將本發明和現有技術結合使用，各取所長，既可以充分利用本發明提高機臺產能，又不會由于本發明對某些刻蝕工藝副產物清洗效果不佳而影響整個機臺的清洗效果和保養周期。本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。以上對本發明所提供的一種去除腔室副產物的等離子清洗方法以及一種具有自動清洗功能的等離子處理系統進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。權利要求1、一種去除腔室副產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、如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述進行清洗操作的時間為5-10秒。5、如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述進行清洗操作的時間為5秒。6、如權利要求l所述的方法，其特征在于，針對含氟氣體XyFz，z/y大于等于2。7、如權利要求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、如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述氧氣的流量為200sccm標況毫升每分。9、如權利要求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，包括具有進氣口和抽氣系統的腔室，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，通過腔室的進氣口通入惰性氣體，并通過抽氣系統抽空腔室，以排走腔室中的殘氣；清洗控制裝置，用于通過腔室的進氣口通入清洗氣體，并通過控制工藝條件形成等離子體，對腔室進行清洗操作；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、如權利要求IO所述的等離子處理系統，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%;所述進行清洗操作的時間為5秒；所述氧氣的流量為200sccm標況毫升每分。12、如權利要求IO或11所述的等離子處理系統，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。全文摘要本發明公開了一種去除腔室副產物的等離子清洗方法和一種刻蝕工藝的等離子處理系統，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。本發明可以應用在主要產生碳基副產物的刻蝕工藝之后，由于本發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為一步清洗過程，縮短片間的針對碳基副產物的清洗時間，提高清洗效率；并且由于減少了進入腔室的含氟氣體，可以減少對機臺的損傷，提高機臺的保養周期。文檔編號H01L21/3213GK101540272SQ200910082929公開日2009年9月23日申請日期2009年4月24日優先權日2009年4月24日發明者吳桂龍申請人:北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司