[發明專利]高密度等離子體化學氣相沉積設備腔體刻蝕清洗方法

有效

• 申請號: 201210144425.0
• 申請日: 2012-05-10
• 公開（公告）號: CN103388127A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 成鑫華
• 申請（專利權）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: C23C16/00
• 分類號: C23C16/00;H01L21/67
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 戴廣志

技術領域

本發明涉及半導體集成電路領域，特別是涉及一種提高高密度等離子體化學氣相沉積（HDPCVD，High?Density?Plasma?Chemical??Vapor??Deposition）設備腔體刻蝕清洗效率的方法。

背景技術

采用高密度等離子體化學氣相沉積方法制作的二氧化硅或摻雜的二氧化硅，由于其良好的薄膜特性，溝槽的填充能力以及和后續工藝的集成性，在技術節點小于0.25微米以下得到了廣泛的應用。根據HDPCVD薄膜的應用不同，又分為淺溝槽隔離（Shallow?Trench?Isolation），金屬層間隔離（Inter?metal?Dielectric）和鈍化層（Passivation）薄膜。典型的沉積膜厚為3K?～10K?。同時，為了保證硅片片內和面內薄膜性能的均一性，在薄膜總體沉積厚度到達一定范圍時，必須對腔體進行刻蝕清洗。目前的腔體清洗技術主要是用三氟化氮（NF₃）經過解離后的氟離子和二氧化硅反應，生成四氟化硅，并通過腔體的排氣系統加以清除來實現。反應方程式為：SiO₂+F^-=SiF₄+副產物。

典型的HDPCVD設備腔體中是沒有加熱源的，腔體溫度上升主要是由于在沉積薄膜時的離子轟擊造成的。根據薄膜應用的不同，腔體溫度范圍為360℃到600℃之間。但是，在腔體進行清洗時，由于沒有離子的轟擊，腔體的溫度會急劇下降，如圖1所示（圖1中點劃線左側的區域為質量傳輸控制區域，點劃線右側的區域為表面反應控制區域）。由于溫度的下降，清洗反應速率也發生了變化。在高溫下，由于反應溫度比較高，清洗反應的速率主要是由反應氣體的傳輸量來決定；而當溫度降低到一定程度時，清洗反應的速率主要是由反應發生區域的溫度決定。換言之，在高溫時，反應氣體的量越大，反應速率越快；而在低溫時，由于表面溫度較低，反應氣體量的增大對反應速率的提高就沒有很大的改善，反而會由于過量氣體的流入造成不必要的浪費。

為了對HDPCVD設備腔體進行徹底的刻蝕清洗，通常的做法是保持刻蝕的清洗條件不變，增加刻蝕時間。但是，當腔體溫度降低到一定程度時，清洗反應的機理會發生變化，降低了清洗的效率。這時，反應時間的增加不但不能提高清洗的效率，反而造成了反應氣體的浪費。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種高密度等離子體化學氣相沉積設備腔體刻蝕清洗的方法，既能提高清洗的效率，又能節約成本。

為解決上述技術問題，本發明的高密度等離子體化學氣相沉積設備腔體刻蝕清洗的方法，包括如下步驟：先對設備腔體加熱到設定時間；然后分兩步對設備腔體進行兩次刻蝕清洗。

傳統的刻蝕清洗方法沒有加熱的步驟，只有腔體設備的刻蝕清洗這一步工藝步驟。采用本發明的方法，在對腔體設備加熱到設定的時間后，將刻蝕清洗分為兩步進行，能夠縮短刻蝕清洗所需的時間，提高刻蝕清洗的效率；另外，刻蝕清洗所需的氣體三氟化氮的使用量大幅減少，降低了成本。

附圖說明

下面結合附圖與具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明：

圖1是腔體溫度與清洗時間的關系示意圖；

圖2是硅片溫度與加熱時間的關系示意圖；

圖3是腔體刻蝕清洗速率與加熱時間的關系示意圖；

圖4是兩種不同刻蝕清洗方式所用時間對比圖；

圖5是兩種不同刻蝕清洗方式所用氣體對比圖。

具體實施方式

參見圖2所示，設備腔體的溫度（設備腔體溫度是由硅片的測試溫度來反應的）隨著加熱時間的增加逐漸上升，在加熱時間為60秒時，穩定在480℃左右。

再參見圖3所示，設備腔體的清洗速率隨著腔體加熱時間的增加而上升，在加熱到60秒時穩定在1.2微米/每分鐘左右。另外，由圖2可以發現，在設備腔體加熱到40秒時，設備腔體的清洗速率基本可以滿足要求。

根據上述分析所得到的結果，一種優化的實施方案是將設備腔體的清洗方式從傳統的“對設備腔體進行刻蝕清洗”變更為“先對設備腔體加熱到設定的時間，然后分兩步對設備腔體進行兩次刻蝕清洗”。