蚀刻用的高压无晶片自动清洗制造技术

本发明专利技术提供了用于清洗工艺处理室的方法。该方法起始于将含氟的气体混合物导入工艺处理室。然后，在工艺处理室内，由该含氟的气体混合物形成等离子体。接着，形成处理室压力，该压力对应的离子能量阈值能使该等离子体的离子清洗工艺处理室的内表面的同时不留下残留物。本发明专利技术还提供了用于实施现场清洗程序的等离子体处理系统和用于实质上清除残留氟化铝微粒的方法，该氟化铝微粒是因半导体工艺处理室的现场清洗程序而沉积的。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要涉及清洗工艺处理室的设备和方法，可用于移除先前沉积而积聚在设备内表面上的处理室残留物。具体而言，本专利技术涉及用于清除所述工艺处理室内壁上的残留物的高压无晶片等离子体清洗方法。
技术介绍
对于半导体装置来说，其几何形状趋小的持续趋势使得越来越难以保持其关键尺寸的一致性和精确性。此外，为了确保各晶片之间的关键尺寸的偏差仍在可接受的范围之内，越来越重要的是，工艺处理室内的环境应保持清洁和一致。如本领域的技术人员所知，在半导体工艺处理室内进行的许多工艺步骤会在该工艺处理室的内表面上留下沉积物。当这些沉积物逐渐积聚后，它们将成为微粒污染物的来源，一旦这些微粒污染物剥落并沉降到正在处理中的基板的表面，将会损害基板。此外，在处理室内表面上的沉积物的积聚会导致环境前后不一致，而不一致的环境会影响进行中的处理操作。也即，沉积物的积累会随着各处理操作而增多。因此，各连续的处理操作并不是以相同的处理室条件开始的。于是，各连续处理操作的起始条件的改变将导致最终超出可接受限度的偏差，所述的偏差会造成蚀刻速度的漂移、关键尺寸的漂移和板型的漂移等问题。解决此类问题的一种方法是试图在处理操作之间运行现场清洗程序。然而，这些清洗程序易于留下其本身的残留物。因此，试图清洗工艺处理室中的一种污染物的结果是，该清洗程序留下了另一种残留物，所留下的残留物将逐渐积聚并最终剥落而掉到半导体基板上。另外，由于没做到蚀刻处理室的完全清洗，这将影响下一半导体基板的处理。也即，各晶片间的蚀刻速度的再现性和重复性将逐渐受到影响，从而使得必须对该工艺处理室进行湿式清洗，以便在可接受的限度内进行处理。由此，因为湿式清洗之间的平均时间受限，所以将使系统产能受到不利影响。图1A是蚀刻室的简化横截面图。蚀刻室100包括配置在窗部104的射频(RF)线圈102。窗部104具有一个底面104a和顶面104b。待处理的半导体基板106置于基板支座108上。在各处理操作之间，可进行无晶片自动清洗(WAC)程序，以使蚀刻室100的内表面上的残留物的积聚达到最小化。然而，据观察，在窗部104的底面104a上，WAC程序本身留下了灰尘即微粒或残留物的薄环。图1B是图1A的窗部104的仰视图。在此，显示了沿着窗部104的周边的灰尘环。随着窗部104上的残留物越积越多，对处理操作例如蚀刻操作的影响也会因窗部的残留物积聚而变得越来越严重。另外，窗部104上的残留物会将各晶片间的蚀刻操作的差异增至不可接受的高水平。鉴于上述问题，需要一种不留下任何残留物的现场清洗工艺处理室的方法和设备，从而延长湿式清洗之间的平均时间。
技术实现思路
本专利技术提供了一种设备和方法，所述设备和方法可用于提供实质上无残留物的无晶片自动清洗程序。应当理解的是，本专利技术可以多种方式进行实施，包括作为设备、系统、装置或方法等方式。以下将描述本专利技术的各实施方案。在一个实施方案中，提供一种清洗工艺处理室的方法。该方法是以将含氟的气态混合物导入工艺处理室而开始的。然后，由所述工艺处理室内的含氟的气态混合物产生等离子体。接着，形成一个处理室压力，所述压力对应的离子能量阈值使得所述等离子体的离子清洗所述工艺处理室而不留下残留物。在本专利技术的另一实施方案中，提供了用于实质上清除残留的氟化铝颗粒的一种方法，所述氟化铝颗粒是对至少一部分由铝形成的半导体工艺处理室实施现场清洗程序而沉积的。该方法是以对置于半导体工艺处理室内的半导体基板实施处理操作而开始的。然后，在完成所述处理操作和移去所述半导体基板时，启动现场清洗程序。所述现场清洗程序的启动包括使含氟的气体流入所述工艺处理室。然后，在所述工艺处理室内形成一个压力，其中，所述的压力可使由所述含氟的气体形成的等离子体清洗沉积在所述工艺处理室的内表面的硅副产物，而不会溅射所述工艺处理室的任何含铝部分。接着，在所述工艺处理室内产生含氟的等离子体，以清洗所述的硅副产物。在另一实施方案中，提供了一种用于实施现场清洗程序的等离子体处理系统。所述的等离子体处理系统包括一个铝基的工艺处理室，在现场清洗操作期间，设定所述的工艺处理室在高压下进行操作，以便实质上清除该现场清洗操作期间形成的氟化铝。所述的工艺处理室包括用于导入含氟的清洗气的一个气体入口，所述的含氟清洗气被最优化，以便移除沉积在所述工艺处理室的内表面的硅类副产物；以及用于由所述的含氟的清洗气形成等离子体以进行现场清洗程序的顶部电极。所述处理室还包括一个可变电导计，设置所述的可变电导计，使其可控制该工艺处理室内的压力，使该压力与处理气体的流速无关。所述的可变电导计置于工艺处理室的一个出口处。所述处理室还包括一个光学发射分光计(OES)，用以检测在所述工艺处理室内实施的所述现场清洗程序的各个步骤的终点。所述的OES与所述工艺处理室连接。所述处理室还包括一个泵系统，用以在所述现场清洗程序的各步骤之间抽空所述工艺处理室。结合考虑以下的详细描述和以举例的方式说明本专利技术要旨的附图，本专利技术的其他方面和优点也是显而易见的。附图说明通过以下的结合附图的详细描述以及表示类似要素的类似参照数字，可以很容易地理解本专利技术。图1A是蚀刻室的简化横截面图。图1B是图1A的窗部104的仰视图。图2是微粒材料的能量分散X射线(EDX)光谱图，该图显示了该微粒物质的元素组成主要是AlFx。图3是等离子蚀刻系统的简化横截面示意图，设置该系统是为了实施依照本专利技术的一个实施方案的双步骤清洗程序。图4是依照本专利技术的一个实施方案，实施双步骤的、副产物移除的无晶片自动清洗(WAC)技术的方法操作的流程图。图5是有关图4所述的移除硅副产物的方法操作的更详细的流程图。图6是有关图4所述的移除碳副产物的方法操作的更详细的流程图。图7是描述依照本专利技术的一个实施方案的WAC程序对蚀刻速度性能的影响的图。图8是描述使用多栅极释放(Polygate Release)方法的蚀刻速度重复性的图，其中，依照本专利技术的一个实施方案，在各晶片之后实施WAC。图9是有关实施依照本专利技术的一个实施方案的高压WAC程序之前和之后，出现在处理室内表面上的硅类副产物的比较图。图10是将图9中的Si-O峰下的面积作为依照本专利技术的一个实施方案的高压WAC时间的函数而制成的图。图11是在实施依照本专利技术的一个实施方案的两步骤高压WAC程序之前和之后，硅类副产物和碳类副产物的比较图。具体实施例方式所述的本专利技术提供了一种最优化的无晶片自动清洗(WAC)程序，该程序在实质上是无残留物的，即不会留下与清洗机理或清洗气相关的残留物。但对于本领域的技术人员来说显而易见的是，本专利技术可在没有某些或全部具体细节的情况下进行实施。在其他的实例中，为了突出本专利技术的要点，没有详细描述公知的程序操作。“
技术介绍
”部分中描述了图1A和1B。当前在工艺处理室中运行的无晶片自动清洗(WAC)程序可通过采用含氟的等离子体来清洗由所述工艺处理室内进行的处理操作而产生的内表面的残留物。所述的WAC程序是在低压即低于50毫托(mT)下运行的。在工艺处理室内运行重复的WAC程序后，在用于隔离处理室和位于处理室顶部的射频(RF)线圈的窗部上可观察到微粒状膜。在其他处理室部分也能观察到所述的微粒状膜。微粒材料是易于在窗部上呈现褐色或白色的灰尘，通过能量分散X射线(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于实质上清除残留的氟化铝微粒的方法，所述的氟化铝微粒是因至少部分地由铝形成的半导体工艺处理室的现场清洗程序而沉积的，所述方法包括：对置于半导体工艺处理室内的半导体基板实施处理操作；以及完成所述处理操作并移走所述半导体基 板后，启动现场清洗程序，所述的启动包括：使含氟的气体流入所述工艺处理室；以及在所述工艺处理室内形成压力，所述压力使由所述含氟的气体形成的等离子体能清洗沉积在所述工艺处理室内表面的硅类副产物而不溅射所述工艺处理室的任何含铝部分 。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2001-5-4 60/288,6811.一种用于实质上清除残留的氟化铝微粒的方法，所述的氟化铝微粒是因至少部分地由铝形成的半导体工艺处理室的现场清洗程序而沉积的，所述方法包括对置于半导体工艺处理室内的半导体基板实施处理操作；以及完成所述处理操作并移走所述半导体基板后，启动现场清洗程序，所述的启动包括使含氟的气体流入所述工艺处理室；以及在所述工艺处理室内形成压力，所述压力使由所述含氟的气体形成的等离子体能清洗沉积在所述工艺处理室内表面的硅类副产物而不溅射所述工艺处理室的任何含铝部分。2.如权利要求1所述的方法，其中所述的完成所述处理操作并移走所述半导体基板后，启动现场清洗程序的方法操作还包括移除所述硅副产物后，在保持压力的同时使含氧的气体流入所述的工艺处理室；以及由所述的含氧气体形成等离子体来移除沉积在所述工艺处理室的内表面的碳类副产物。3.如权利要求1所述的方法，其中所述的含氟的气体选自由SF6、NF3、CF4和C2F6组成的组。4.如权利要求1所述的方法，其中所述的压力介于约60毫托至约90毫托之间。5.如权利要求1所述的方法，其中所述的含氟的气体包括用于移除碳类副产物的氧。6.如权利要求1所述的方法，其中所述的处理操作选自由多晶硅蚀刻和晶体硅蚀刻组成的组。7.如权利要求1所述的方法，其还包括限定程序参数，该程序参数包括所述工艺处理室的温度、应用于变压器耦合的等离子体(TCP)线圈的功率和含氟的气体混合物的流速。8.如权利要求7所述的方法，其中所述的温度为约60℃，所述的功率为约800瓦，所述的流速介于约100至约500立方厘米每分钟之间。9.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈密特辛格，约翰E多尔蒂，绍拉巴赫J乌拉尔，
申请(专利权)人：拉姆研究公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]