[發明專利]一種半導體設備的清洗系統及清洗方法

有效

• 申請號: 201711267826.4
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN109868458B
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 丁安邦;師帥濤;史小平;陳鵬;李春雷;蘭云峰;王勇飛;王洪彪
• 申請（專利權）人: 北京北方華創微電子裝備有限公司
• 主分類號: C23C16/44
• 分類號: C23C16/44;C23C16/455
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 陶金龍;張磊

本發明公開了一種半導體設備的清洗系統及清洗方法，清洗系統包括反應腔室、遠程等離子體源、原位等離子體源、第一清洗通道和第二清洗通道，可通過第一清洗通道對反應腔室內的反應區域通入激發態清洗氣體進行清洗，以及通過第二清洗通道對反應腔室內的非反應區域通入激發態清洗氣體進行清洗。本發明通過把遠程等離子體清洗方法和原位等離子體清洗方法相結合，采用先用大功率的遠程等離子體清洗反應腔室，再用小功率的原位等離子體清洗腔室的方法；或者采用同時使用高氣壓的遠程等離子體和低氣壓的原位等離子體對腔室進行清洗的方法，可精確控制清洗時間，減少清洗氣體的使用量，降低生產成本，并可延長人工PM周期，節約維護成本。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，更具體地，涉及一種半導體設備的清洗系統及清洗方法。

背景技術

在半導體行業中，隨著電子器件的幾何尺寸不斷減小以及器件的密集度不斷提高，特征尺寸和高寬比變得越來越有挑戰性。原子層沉積(Atomic layer deposition，ALD)就是為了應對這種挑戰而提出的一種新的薄膜沉積方法。原子層沉積以其獨特的自限制性生長模式，使其具有薄膜生長厚度精確可控、優異的保形性、成分可控等優點，越來越受到全世界科技工作者的關注。

在原子層沉積和等離子體增強原子層沉積(PEALD)的生產工藝中，都需要定期清洗反應腔室的內表面、氣體分配板、等離子體約束環，基座表面等，避免因此產生的污染影響薄膜的性能。現有的清洗工藝主要有噴砂、化學清洗、原位等離子體(in situ plasma)清洗、遠程等離子體(remote plasma source，RPS)清洗等。

由于噴砂、化學清洗等工藝都需要進行開腔處理，不僅清洗時間需要占用大量的設備時間，也易引起腔室內部部件的損壞，因此現在的反應腔清洗方面，主要采用原位等離子體清洗或者遠程等離子體清洗方式。

使用原位等離子體進行清洗時，需要單獨配置一臺大功率電源，并且原位等離子體對清洗氣體(如：NF₃)的解離能力僅約為遠程等離子體解離能力的三分之一，最終導致清洗時間過長，直接影響產能。

使用遠程等離子體清洗時，電源功率高，對清洗氣體的解離率接近100％，清洗效率高，并且對腔體內部工件的損傷小。

一種典型的容性耦合PEALD反應腔室100的具體結構可如圖1所示：遠程等離子體源(RPS)110通過主管道121直接與氣體分配板(showerhead)111連接。射頻饋入115將射頻直接加載在氣體分配板111上；氣體分配板111既是上電極結構，同時還具有對工藝氣體勻流的作用。清洗氣體、清掃氣體通過清洗氣體和清掃氣體管道112通入主管道121。氣體分配板111周圍通過絕緣環125與腔室上蓋119相連。氣體分配板上方通過覆蓋在腔室上蓋上的絕緣板117與外界隔離。基座114位于氣體分配板下方的反應腔室內；基座114可通過轉軸122連接驅動電機。在基座周圍設有約束環116，約束環用于將RPS產生的等離子體束縛在反應區域127內。反應區域是指約束環116以內、氣體分配板11和基座114之間的空間區域；而約束環116和腔室內壁120之間的空間區域則為非反應區域128。在腔室底部還設有工藝排氣系統113。

請參與圖2，圖2為對上述容性耦合PEALD反應腔室采用遠程等離子體源進行常規清洗時的工藝流程圖。如圖2所示，常規清洗時的工藝流程通常包括：采用惰性氣體吹掃遠程等離子體源RPS、清掃管道和反應腔室；啟動遠程等離子體源，使通過遠程等離子體源激發清洗氣體后形成的激發態活性清洗氣體經過由主管道、氣體分配板組成的吹掃管道進入反應腔室進行清洗；之后，再次利用惰性氣體吹掃遠程等離子體源RPS、清掃管道和反應腔室；當判斷未清洗干凈時，可重復執行上述清洗過程，直至清洗干凈，則結束清洗。