一种延长刻蚀腔体开腔保养时间间隔的保养方法

摘要

本发明公开了一种延长刻蚀腔体开腔保养时间间隔的保养方法，在刻蚀腔体闭合状态下去除腔体内堆积的聚合物，所述方法包括：使用低压大流量大功率气体和高压小流量大功率的各向同性等离子刻蚀分别去除腔体下部和内部边角的聚合物，然后通过大流量气体抽放的动作和后续的抽空将腔体内由于刻蚀反应产生的以及悬浮的颗粒排出腔体。定期对腔体采用上述的等离子清洗工艺，可以保证刻蚀腔体内部聚合物堆积量处于较低水平，有效控制颗粒的产生，降低由于颗粒产生的产品缺陷，明显延长开腔保养的时间间隔，实现进一步提高产能，降低制造成本的最终目的。

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种延长刻蚀腔体开腔保养时间间隔的保养方法。

背景技术

刻蚀是集成电路制造中的重要工艺，其刻蚀腔体的内部状况直接影响刻蚀质量。刻蚀腔体本身精密度高，结构复杂，加上刻蚀气体，反应物材质的多样性，在刻蚀过程中沉积在腔体内部的聚合物也比较复杂。

现有技术中，为减少腔体内刻蚀反应所产生的聚合物，刻蚀每片硅片时都会在腔体内进行硅片本身自带的清洗，一般的自带清洗需要用时1～2分钟、每片。但这种方式并不能够把聚合物清洗干净，聚合物仍会随着腔体的刻蚀(即射频功率RF工作)时数不断堆积，越来越多，最终在进行刻蚀工艺时，堆积的聚合物会被等离子刻蚀掉落到不同刻蚀进程中的硅片上，形成颗粒，造成产品缺陷。为彻底清除腔体内部的聚合物，现有技术中还开发出由累计刻蚀时间，即使用射频功率RF进行等离子刻蚀的时间，触发的需要开腔的强力清洗方式，即湿法清洗，作为常规的腔体维护保养手段。

通常各种刻蚀工艺所需的触发开腔维护保养的刻蚀时数各不相同，大多由经验值和腔体内颗粒监控曲线trend-up的拐点共同决定；一般的，STI刻蚀，RF累计200小时；Poly和Spacer刻蚀，RF累计300小时，对应设备需要进行开腔保养。开腔保养时，需要对腔体内的所有部件进行湿法清洗，一次清洗需要14小时左右。这段时间该刻蚀设备无法正常生产。可见高频次的开腔保养对产能和制造成本浪费明显。

因此，在保证腔体满足刻蚀工艺需要的前提下，需要开发一种延长刻蚀腔体开腔保养时间间隔的保养方法，实现进一步提高产能，降低制造成本的最终目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，在保证腔体满足刻蚀工艺需要的前提下，延长刻蚀腔体开腔保养的时间间隔，实现进一步提高产能，降低制造成本的最终目的。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种延长刻蚀腔体开腔保养时间间隔的保养方法，在刻蚀腔体闭合状态下去除腔体内堆积的聚合物，所述方法步骤如下：

步骤01：清除腔体下部深层次聚合物；

步骤02：关闭射频，通入大量气体抽放腔体；

步骤03：关闭气源，直接进行腔体抽空；

步骤04：清除腔体内部边角处的聚合物；

步骤05：关闭射频，通入大量气体抽放腔体；

步骤06：关闭气源，直接进行腔体抽空；

循环上述的所有步骤，并按聚合物堆积程度调整步骤次序；

可选的，步骤01中以低压大流量大功率的各向同性的等离子干法刻蚀清除聚合物，其具体工艺参数为：腔体内压力小于10mToor，上部电极功率大于1200W，通入流量大于等于300sccm的氧气，通入流量大于等于700sccm的含氟气体，氧气和含氟气体可以分开通入，也可以合并后一起通入，腔体上方的通气孔可以同时打开，向腔体的中间和边缘通气，也可以分别打开，或者只打开中间或边缘的通气孔，干法刻蚀持续时间为4～12分钟；

优选的，所述氧气和含氟气体各自持续通入时间为的每种气体2～6分钟，合并后通入的持续时间为2～6分钟；

优选的，所述含氟气体为CF4，也可以是NF3或SF6；

可选的，步骤02中所述大量气体包含：氧气和氮气并掺入流量为300～500sccm的惰性气体He，腔体抽放持续时间为30～60秒；

可选的，步骤03或步骤06中，腔体直接抽空持续时间10～30秒；

可选的，步骤04中以高压小流量大功率的各向同性等离子干法刻蚀清除聚合物，其具体工艺参数为：腔体内压力大于50mToor，上部电极功率大于1200W，通入总流量小于50sccm的氧气和含氟气体，氧气和含氟气体可以分开通入，也可以合并后一起通入，腔体上方的通气孔可以同时打开，向腔体的中间和边缘通气，也可以分别打开，或者只打开中间或边缘的通气孔，干法刻蚀持续时间为40～100秒；

优选的，所述氧气和含氟气体各自持续通入时间为的每种气体20～50秒，合并后通入持续时间为20～50秒；

优选的，所述含氟气体为CF4，也可以是NF3或SF6，所述通入的氧气与含氟气体比例为0.7～1.1；

可选的，步骤04中，为深度去除腔体内部边角处的聚合物，可增加一个步骤：关闭射频，然后腔体中通入少量低浓度氟化氢蒸汽；

优选的，通入的氟化氢蒸汽浓度为2％～5％，时间持续30～90秒；

可选的，步骤01～06需要连续循环大于等于6次。

现有技术中，各种刻蚀腔体开腔维护保养所需的刻蚀时数各不相同，大多由经验值和腔体内颗粒监控曲线trend-up的拐点共同决定，因此本发明针对去除可能聚集成颗粒的聚合物，提供一种刻蚀工艺对腔体定期进行清洗，即干法清洗，不需要打开刻蚀腔体，直接通过等离子刻蚀方法将刻蚀腔体内由刻蚀反应生成的聚合物定期进行清除，有效地延长刻蚀腔体需要开腔进行湿法清洗保养的时间间隔。这种等离子干法清洗方式包括，一是使用低压大流量的氧气和含氟气体，采用大功率上部电极的各向同性刻蚀，去除腔体下部深层次的无机和有机聚合物，二是关闭射频后，通入大流量的氧气和氮气进行抽放的动作，将腔体内由于上步刻蚀后反应产生的颗粒以及由于射频发生时悬浮在腔体内的颗粒排出腔体，三是进一步关闭所有气体，继续对腔体进行抽空，把残留的颗粒以及滞留在管路的颗粒抽走，四是使用高压小流量的氧气和含氟气体，采用大功率上部电极的各向同性刻蚀，去除腔体内部结构边角部位的无机和有机聚合物，五是关闭射频后，通入大流量的氧气和氮气进行抽放的动作，将腔体内由于上步刻蚀后反应产生的颗粒以及由于射频发生时悬浮在腔体内的颗粒排出腔体，六是进一步关闭所有气体，继续对腔体进行抽空，把残留的颗粒以及滞留在管路的颗粒抽走。多次循环上述1～6步骤，减少可能聚集成颗粒的聚合物。

为达到更好的效果，本发明提出了优化方案：在向腔体通入大量气体时，还可以通过控制腔体上部的通气孔，对腔体中心和边缘部位分开通气，或者根据刻蚀工艺的特性，针对性地对聚合物堆积较多的腔体中心或边缘部位单独通气，以避免气体发生扰流，提高等离子干法清洗的效果。

本发明还提出了深度清除腔体边角的聚合物的优化方案，在完成高压小流量大功率的等离子清洗步骤后，关闭射频，腔体通入低浓度的氟化氢蒸汽，通过氟化氢的强酸特性进一步去除腔体内堆积的无机和有机聚合物。

由上述描述可知，定期对腔体采用上述的等离子清洗工艺，可以保证刻蚀腔体内部聚合物堆积量处于较低水平，有效控制颗粒的产生，延迟腔体内颗粒监控曲线trend-up的拐点的发生，降低由于颗粒产生的产品缺陷。无需通过频繁的刻蚀腔体开腔保养就能保持腔体内部聚合物处于低水平。使用本发明的保养方法，能够使刻蚀腔体开腔保养的时间间隔从目前200/300小时延长至300/500小时，保养间隔时间增加50％～75％，实现进一步提高产能，降低制造成本的最终目的。

附图说明

图1是本发明方法中单循环步骤的示意图。

图2a～e是本发明方法实施时刻蚀腔体的内部状态示意图。

图3是实施本发明方法前后颗粒度监控的数据比较图。

图4是实施本发明方法后各工艺开腔保养间隔变化比较图。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

其次，本发明利用示意图进行详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本发明的限定。

图1为本发明方法单次循环的步骤示意图。下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

如图2a所示为本实施例实施前刻蚀腔体内的状态：除了放置硅片的静电吸盘ESC-D以外，构成刻蚀腔体的内部部件：石英盘A，上电极B，腔体腔体顶部的通气孔E和观察窗F以及腔体侧壁和边缘C均堆积有聚合物polymer-P，同时通过颗粒度监控可知，腔体内颗粒数值已经临近trend-up的拐点。

第一步使用低压大流量大功率的各项同性的等离子刻蚀，去除腔体下部深层次聚合物：腔体内压力小于10毫托，氧气流量300sccm，含氟的气体可以采用NF3，气体流量700sccm，氧气和含氟气体混合后通入腔体，通气时间持续4分钟，同时上部电极上加射频RF 1200W，等离子刻蚀时间4分钟。刻蚀后腔体内polymer剩余状态如图2b所示，腔体中大面积平摊的表面上堆积的polymer已被去除，在腔体边沿拐角以及腔体顶部的部件连接处和观察窗附近还有残留，而且存在等离子刻蚀反应剥离的polymer所形成的颗粒悬浮在腔体内部。

第二步，关闭射频，使用刻蚀设备purge管道的大流量的氧气和氮气，同时掺入流量为500sccm的氦气；进行腔体抽放，持续时间60秒，将悬浮在腔体内部颗粒抽排出腔体，如图2c所示。

第三步，保持射频关闭，关闭气源，利用刻蚀设备的真空泵把残留在管路和腔体中反应残余polymer和颗粒抽走，腔体抽空持续时间30秒。

第四步去除腔体内部边角处聚合物，使用高压小流量的氧气和含氟气体，压力大于50毫托，混合的氧气和NF3总流量小于50sccm，其中氧气与NF3流量的比例为1:1，同时上部电极上加射频RF 1200W，进行各向同性刻蚀，以去除腔体内部结构边角部位的无机和有机聚合物，刻蚀持续时间100秒。如图2d所示，刻蚀后，腔体内壁以及内部部件上基本没有polymer粘附，但腔体内部仍有少量等离子刻蚀剥离的polymer形成的颗粒悬浮。

第五步与第二步相同，关闭射频，使用刻蚀设备purge管道的大流量氧气和氮气进行抽放的动作，同时掺入氦气进行抽放的动作，He氦气流量为500sccm，持续时间60秒。

第六步关闭所有气体和射频，继续把残留在管路和腔体中的颗粒随气体带走，腔体抽空持续时间30秒。

循环上述1～6的步骤6次后，可以将堆积在腔体内部的polymer基本去除，再进行一次颗粒度监控，可知本发明方法实施后，腔体内颗粒数量较明显降低，回归正常基准水平，此时腔体状态如图2e所示。

图3所示为采用实施本发明前后的颗粒度监控数据。可见，本发明方法对各种大小的颗粒均能有效去除。本发明对于提高烘烤腔清洗效率的有益效果，即其实用性显而易见。

每2天，使用上述方法对刻蚀腔体进行保养,可以显著延长腔体的开腔保养的时间间隔。使用本方法后，各刻蚀工艺开腔保养的间隔变化如图4所示，均有50％～75％的增加。

上述描述仅是对本发明实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。