[發(fā)明專利]一種半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備腔室的清洗方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710063224.7
• 申請日: 2007-01-04
• 公開（公告）號: CN101214487A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 付春江
• 申請（專利權(quán)）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
• 主分類號: B08B7/00
• 分類號: B08B7/00;H01L21/00;H01L21/3065
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 練光東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及腔室的清洗方法，具體的說，涉及一種半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備腔室的清洗方法。

背景技術(shù)

刻蝕是指集成電路制造工藝中用物理或化學(xué)的方法從晶片上去除不需要部分的工藝。通常分為濕法刻蝕和干法刻蝕兩大類，其中濕法刻蝕是指利用液態(tài)化學(xué)試劑或溶液通過化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行刻蝕的方法；而干法刻蝕則主要是利用低壓放電產(chǎn)生的等離子體的離子或游離基通過轟擊等物理作用或發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而達(dá)到刻蝕材料的目的。

等離子體刻蝕是集成電路制造中的關(guān)鍵工藝之一，其目的是完整地將掩膜圖形復(fù)制到硅片表面，其范圍涵蓋前端CMOS柵極(Gate)大小的控制，以及后端金屬鋁的刻蝕及Via和Trench的刻蝕。在今天沒有一個集成電路芯片能在缺乏等離子體刻蝕技術(shù)情況下完成。刻蝕設(shè)備的投資在整個芯片廠的設(shè)備投資中約占10％～12％比重，它的工藝水平將直接影響到最終產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)技術(shù)的先進(jìn)性。

等離子刻蝕具有選擇性好、對襯底的損傷較小，各項異性好等特點，其原理可以概括為以下幾個步驟：

(1)在低壓下，反應(yīng)氣體在射頻功率的激發(fā)下，產(chǎn)生電離并形成等離子體，等離子體是由帶電的電子和離子組成，反應(yīng)腔體中的氣體在電子的撞擊下，除了轉(zhuǎn)變成離子外，還能吸收能量并形成大量的活性基團(tuán)(Radicals)。

(2)活性反應(yīng)基團(tuán)和被刻蝕物質(zhì)表面形成化學(xué)反應(yīng)并形成反應(yīng)生成物。

(3)反應(yīng)生成物脫離被刻蝕物質(zhì)表面，并被真空系統(tǒng)抽出腔體。

在等離子體刻蝕工藝過程中，刻蝕過程會產(chǎn)生非揮發(fā)性副產(chǎn)物沉積于反應(yīng)腔室壁表面。隨著刻蝕工藝進(jìn)行，腔室壁沉積物不斷堆積開裂造成以下兩方面的問題：

(1)沉積物的堆積使得工藝過程中的腔室環(huán)境不斷變化，這種變化影響到刻蝕速率(etch?rate)及其均勻性(uniformity)等工藝參數(shù)，造成刻蝕工藝的漂移。

(2)沉積物開裂會在反應(yīng)腔室內(nèi)產(chǎn)生大量的顆粒，使得產(chǎn)品良率(yield)顯著降低。

為了有效的提高產(chǎn)率，同時保證同一產(chǎn)品刻蝕結(jié)果的一致性，業(yè)界普遍采用的方法是在每片晶圓刻蝕工藝結(jié)束后對反應(yīng)腔室進(jìn)行干法清洗(dry?clean)。所謂干法清洗就是在反應(yīng)腔室中沒有晶圓的情況下，通入清洗用反應(yīng)氣體，在不開啟下電極的同時開啟上電極生成等離子體，這種等離子體同腔室表面的沉積物發(fā)生各向同性的化學(xué)刻蝕，生成易揮發(fā)性物質(zhì)，通過真空系統(tǒng)抽出腔體，從而達(dá)到去除腔室表面沉積物的作用。

現(xiàn)有干法清洗工藝大體分為一步法和兩步法兩種，其原理基本相同：在上電極啟輝的條件下，通入含氟氣體(SF₆、NF₃等)和氧氣。其中含氟氣體在等離子條件下同沉積物中硅類化合物反應(yīng)生成易揮發(fā)物排出腔室，O₂在等離子條件下同碳類化合物反應(yīng)生成易揮發(fā)性物質(zhì)排出腔室，同時在兩步法的含氟氣體都加入少量O₂也有助于氟元素的解離，提高清洗效率。其具體工藝參數(shù)如下：

表1一步法干法清洗典型工藝參數(shù)

表2兩步法干法清洗典型工藝參數(shù)

無論是一步法還是兩步法干法清洗工藝都需要在等離子體啟輝的條件下進(jìn)行，在等離子體條件下含氟氣體在去除沉積物的同時也會對陽極氧化的金屬腔體表面進(jìn)行刻蝕，這種刻蝕會降低零件壽命，同時會在腔室內(nèi)產(chǎn)生金屬顆粒，降低產(chǎn)品良率。而且清洗中的啟輝過程需要大功率射頻(RF)電流，以上都使得晶圓加工過程中的CoO(Cost?ofOwnership)提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種在非等離子條件下對半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備腔室進(jìn)行清洗的方法。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備腔室的清洗方法，該方法在非等離子條件下對半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備腔室進(jìn)行清洗，包括如下步驟：

1)采用ClF₃和惰性氣體組成的混合氣體對半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備腔室進(jìn)行清洗。

采用ClF₃和惰性氣體組成的混合氣體，目的是去除反應(yīng)腔室壁上的沉積物。由于ClF₃具有極強(qiáng)的反應(yīng)活性，可以在常溫非等離子體條件下同沉積物中所有物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，生成易揮發(fā)的氟化物或氯化物，通過真空系統(tǒng)排出，達(dá)到清潔腔室的目的。同時ClF₃也可以同金屬腔室壁表面發(fā)生反應(yīng)生成致密的金屬氟化物表面層，阻止氣體同金屬腔室內(nèi)壁的進(jìn)一步接觸，實現(xiàn)對腔室內(nèi)壁的保護(hù)，從而有效的提高腔室內(nèi)部零件的壽命，降低腔室內(nèi)部顆粒數(shù)目，提高產(chǎn)品良率。

所述惰性氣體優(yōu)選為He、Ne或Ar。