半导体工艺腔室的清洗方法与流程 专利技术说明

环保节能,再生,污水处理设备的制造及其应用技术1.本技术属于半导体加工技术领域，具体涉及一种半导体工艺腔室的清洗方法。背景技术：2.在半导体制造工业领域，晶圆加工工艺过程中会产生副产物颗粒，该颗粒将沉积在工艺腔室的内壁上污染腔室环境，尤其在化学气相沉积工艺中，由于其沉积的台阶覆盖率高于物理气相沉积，因此，对于化学气相沉积的副产物的清除是行业内关注的重要问题。3.由于沉积的副产物的量较大，很难彻底清除，并且原位干洗不能去除等离子体接触不到的区域，而等离子体中的离子成分引起的充放电和物理轰击作用又容易对工艺腔室的硬件造成一定程度的损伤。因此，通常采用rps(remote plasma system，远程等离子体系统)对工艺腔室进行清洗，而rps基于电感应耦合等离子体原理工作，气体分子的离化率较高，分子也能够被分裂的较彻底，其可以离化超过95％的反应气体，能够更加快速、高效和彻底的清洗工艺腔室；并且，由于rps的远程输送作用，可以输送气体至工艺腔室中原本不能接触的区域进行清洗，且输送过程中湮灭了等离子体中的离子成分，也不会对工艺腔室产生损伤。然而，由于rps启动较慢，且rps清洗后对工艺腔室进行预沉积的时间较长，因此频繁进行rps清洗将导致晶圆的产能较低。技术实现要素：4.本技术实施例的目的是提供一种半导体工艺腔室的清洗方法，该半导体工艺腔室用于执行晶圆的加工工艺，能够解决目前工艺腔室的产能较低的问题。5.为了解决上述技术问题，本技术是这样实现的：6.本技术实施例提供了一种半导体加工工艺，应用于半导体工艺设备，所述半导体工艺设备包括工艺腔室，所述加工工艺包括：7.当前工艺周期内所述工艺腔室在执行完当前所述晶圆的加工工艺之后，对所述工艺腔室执行片后干洗工艺；8.直至已执行加工工艺的所述晶圆的第一总数量大于或者等于第一预设值时，对所述工艺腔室执行片后远程等离子体清洗工艺。9.在本技术实施例中，当需要进行加工工艺的晶圆的数量较多时，将多个晶圆划分为多个工艺周期进行加工，在其中一个工艺周期内，对每一片晶圆执行加工工艺后对工艺腔室执行片后干洗工艺，直至已执行加工工艺的晶圆的第一总数量大于或等于第一预设值时，对工艺腔室执行片后远程等离子体清洗工艺，从而高效、彻底地清除工艺腔室内的沉积物，也就是说，在一个工艺周期内，对每一片晶圆执行完加工工艺后需对工艺腔室进行片后干洗工艺，在当前工艺周期所对应的所有晶圆都加工完成后，对工艺腔室进行高效、彻底的片后远程等离子体清洗工艺，从而减少片后远程等离子体清洗的次数，进而提高晶圆生产效率。附图说明10.图1至图2为本技术实施例公开的半导体工艺腔室的清洗方法的流程示意图；11.图3为本技术实施例公开的半导体工艺设备和远程等离子体系统的装配结构示意图。12.附图标记说明：13.110-工艺腔室、111-中心进气孔、112-边缘进气孔、120-静电卡盘、130-射频线圈、140-下电极、150-直流吸附电源、160-第二射频电源、170-第二射频匹配器、180-真空泵；14.200-远程等离子体系统；15.300-第一射频电源；16.400-第一射频匹配器。具体实施方式17.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。18.本技术的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。19.下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本技术实施例提供的半导体工艺腔室的清洗方法进行详细地说明。20.参考图1至图3，本技术实施例公开一种半导体工艺腔室的清洗方法，该半导体工艺腔室用于执行晶圆的加工工艺，该清洗方法包括：21.s110、当前工艺周期内工艺腔室110在执行完当前晶圆的加工工艺之后，对工艺腔室110执行片后干洗工艺。22.该当前晶圆为当前工艺周期内的某一个晶圆，在工艺腔室110内对该晶圆执行加工工艺，该加工工艺可以为沉积工艺、刻蚀工艺等工艺，本技术实施例不作具体限制。这里的工艺周期具体指针对一批多个需要执行加工工艺的晶圆，以执行其中几个晶圆的加工工艺为一个工艺周期，从而将该批晶圆划分为多个工艺周期执行。23.每片晶圆在工艺腔室110内执行完加工工艺后，将该晶圆传输至工艺腔室110之外，由于在对晶圆执行加工工艺的过程中产生的副产物会沉积在工艺腔室110上，而沉积物会污染工艺腔室110环境，故需要对工艺腔室110执行片后干洗工艺，从而清除工艺腔室110内的沉积物，为下一片晶圆执行加工工艺提供良好的腔室环境。24.s120、直至已执行加工工艺的晶圆的第一总数量大于或等于第一预设值时，对工艺腔室110执行片后远程等离子体清洗工艺。25.每一个工艺周期需要对多个晶圆执行加工工艺，在执行加工工艺的过程中，需要对当前工艺周期已执行加工工艺的晶圆的第一总数量进行记录，并判断已执行加工工艺的晶圆的第一总数量是否大于或等于第一预设值，这里的第一预设值指每一工艺周期内需要执行加工工艺的所有晶圆的数量，需要说明的是，这里的第一预设值可以根据实际需要进行选择，本技术实施例对此不作具体限制。26.当第一总数量大于或等于第一预设值时，则表示一个工艺周期已执行完，此时需要对工艺腔室110执行片后远程等离子体清洗工艺，从而高效、彻底地对工艺腔室110内的沉积物进行清除，进而为下一工艺周期的晶圆提供良好的腔室环境。27.在本技术实施例中，当需要进行加工工艺的晶圆的数量较多时，将多个晶圆划分为多个工艺周期进行加工，在其中一个工艺周期内，对每一片晶圆执行加工工艺后对工艺腔室110执行片后干洗工艺，直至已执行加工工艺的晶圆的第一总数量大于或等于第一预设值时，对工艺腔室110执行片后远程等离子体清洗工艺，从而高效、彻底地清除工艺腔室110内的沉积物，也就是说，在一个工艺周期内，对每一片晶圆执行完加工工艺后都需对工艺腔室110进行片后干洗工艺，在当前工艺周期所对应的所有晶圆都加工完成后，对工艺腔室110进行高效、彻底的片后远程等离子体清洗工艺，从而减少片后远程等离子体清洗工艺的次数，进而提高晶圆生产效率。28.一种可选的实施例中，所有工艺周期内已执行加工工艺的晶圆的总数量为第二总数量，该清洗方法还包括：29.s130、在工艺腔室110执行加工工艺之前，将第一总数量的初始值设为1，将第二总数量的初始值设为0。30.在开始执行第一个工艺周期时，当前正在执行加工工艺的晶圆的数量设为1，其为第一总数量的初始值，而已执行加工工艺的晶圆的数量设为0，其为第二总数量的初始值，当然，也可以将第一总数量和第二总数量的初始值设为其它数，这里不作具体限制。31.s140、当第一总数量小于第一预设值时，判断第二总数量是否等于第二预设值。32.在执行当前工艺周期时，当第一总数量小于第一预设值时，需要进一步判断之前工艺周期已执行加工工艺的晶圆数量和当前工艺周期内已执行加工工艺的晶圆数量的总和是否等于第二预设值，第二预设值为该批所有需要执行加工工艺的晶圆数量，需要说明的是，这里的第二预设值可以根据实际需要进行选择，本技术实施例对此不作具体限制。33.s150、当第二总数量小于第二预设值时，将第一总数量递增1，工艺腔室110对当前工艺周期内的下一晶圆执行加工工艺。34.当第二总数量小于第二预设值时，则表示当前工艺周期还未执行完，且还存在需要执行加工工艺的晶圆，需要对当前工艺周期内剩余的晶圆继续执行加工工艺。此实施例通过赋值的方式随时更新第一总数量和第二总数量的值，从而便于快速判断第一总数量和第二总数量是否满足对应的要求，从而进一步加快晶圆的加工工艺。35.该实施例可以精确判断所有晶圆是否执行完加工工艺，以防止因划分工艺周期而导致最后一个工艺周期所对应的晶圆少于其他工艺周期所对应的晶圆时，该最后一个工艺周期内的晶圆未执行加工工艺就结束该批晶圆的加工工艺的情况。36.另一可选的实施例中，步骤s120之后，该清洗方法还包括：37.s160、将前一工艺周期的第二总数量与当前工艺周期的第一总数量之和赋值给第二总数量。38.当已执行加工工艺的晶圆的第一总数量大于或者等于第一预设值时，通过该步骤对当前工艺周期的第一总数量与前一工艺周期的第二总数量进行累加，并赋值给第二总数量，以便于执行下一工艺周期时进行累计计算。39.s170、判断第二总数量是否小于第二预设值。40.s180、当第二总数量小于第二预设值时，将第一总数量设为1，半导体工艺腔室110对下一工艺周期内的晶圆执行加工工艺。41.当第二总数量小于第二预设值时，则表示当前工艺周期已执行完，但该批所有需要执行加工工艺的晶圆还未执行完，需要开始执行下一工艺周期，继续对剩余的晶圆执行加工工艺。因此，该实施例通过数据的累积计算，可以准确判断晶圆是否加工完毕，以防出现被遗漏而未执行加工工艺的晶圆。42.另一可选的实施例中，该清洗方法还包括：43.s190、当第二总数量等于第二预设值时，对工艺腔室110执行片后远程等离子体清洗工艺。44.当第一总数量小于第一预设值，且第二总数量等于第二预设值时，则表示当前工艺周期还未执行完，但是该批所有需要执行加工工艺的晶圆均已经执行完加工工艺，即该周期为该批晶圆的最后一个周期，此时可以对工艺腔室110执行片后远程等离子体清洗工艺，从而对工艺腔室110内的沉积物进行高效、彻底的清除，以便于为下一批需要执行加工工艺的晶圆提供良好的腔室环境。45.又一可选的实施例中，该清洗方法还包括：46.s210、在对工艺腔室110执行片前远程等离子体清洗工艺之后，且在工艺腔室110执行当前工艺周期的加工工艺之前，对工艺腔室110执行周期前预沉积工艺。47.在执行当前批晶圆的加工工艺之前，先通过片前远程等离子体清洗工艺对工艺腔室110内的沉积物进行高效、彻底的清除，从而为执行当前批晶圆的加工工艺提供良好的腔室环境。并且，在工艺腔室110执行当前工艺周期的加工工艺之前，通过对工艺腔室110执行周期前预沉积工艺，以使工艺腔室110满足工艺条件，从而为晶圆执行加工工艺提供较好的腔室环境，提高晶圆加工工艺的成功率。这里的当前工艺周期具体可以为该批晶圆的第一个工艺周期，也可以为第二个工艺周期、第三个工艺周期等，这里不作具体限制。也就是说，每一个工艺周期开始之前均可以对工艺腔室执行预沉积工艺。48.进一步可选的实施例中，步骤s110具体包括：49.s111、对工艺腔室110执行第一辅助清洗工艺。50.该步骤主要用于清除沉积在工艺腔室110上的氮化物和氧化物等副产物。51.s112、对工艺腔室110执行片后预沉积工艺。52.执行片后预沉积工艺主要用于为加工下一片晶圆提供良好的工艺环境。53.s113、对工艺腔室110执行第二辅助清洗工艺。54.对工艺腔室110执行片后预沉积工艺后，再对工艺腔室110执行第二辅助清洗工艺，从而进一步带走附着在工艺腔室110上的副产物，以稳定片后预沉积工艺后的工艺腔室110的气氛，进而为执行晶圆加工工艺提供稳定的腔室环境。55.可选的实施例中，经周期前预沉积工艺得到的膜以及经片后预沉积工艺得到的膜均与晶圆上经加工工艺所得到的膜类型相同，这里的类型可以包括所得到的膜的组分等，也就是说，周期前预沉积工艺的工艺配方和片后预沉积工艺的工艺配方均与执行晶圆的主沉积工艺的工艺配方相同，以便于提升晶圆加工工艺的成功率。56.可选地，片后预沉积工艺的工艺时间可以比周期前预沉积工艺的工艺时间长，或者短，也可以相等。当执行完第一辅助清洗工艺后，执行片后预沉积工艺的主要目的是修复工艺腔室110的工艺环境，故片后预沉积工艺的工艺时间比周期前预沉积工艺的工艺时间短，在满足执行下一片晶圆加工条件的基础上，有利于提高晶圆的加工效率。57.又一可选的实施例中，步骤s111具体包括：58.s1111、对工艺腔室110执行第一清洗步骤，第一清洗步骤所采用的工艺气体包括nf3和氧气。59.s1112、对工艺腔室110执行第二清洗步骤，以去除工艺腔室110内经第一清洗步骤后残留的nf3，第二清洗步骤所采用的工艺气体包括氧气。60.该实施例中，当工艺腔室110上的沉积物为氮化硅时，氧气主要用于提升氮化硅的清除效率，以生成氮氧类产物；当工艺腔室110上的沉积物为氧化硅时，氧气则不是必须气体。该实施例通过第一清洗步骤和第二清洗步骤实现工艺腔室的清洗，清洗效果更好。61.进一步可选的实施例中，当工艺腔室110内的沉积物含有氧化硅时，步骤s1111所采用的工艺气体还包括氮气，以形成no亚稳态产物，从而提升反应物的化学反应速率，进而提升清洗效率，有利于提升晶圆的产能。62.再一可选的实施例中，该清洗方法还包括：63.s220、获取工艺腔室110内的沉积物类型。64.沉积物可以为氧化硅或氮化硅，当然也可能为其它类型的沉积物，这里不作具体限制。65.s230、当沉积物含有氧化硅时，预沉积工艺所采用的工艺气体包括sih4，sih4的流量为第一流量，工艺腔室110内的静电卡盘120的中心氧气流量和边缘氧气流量均大于0。66.s240、当沉积物含有氮化硅时，预沉积工艺所采用的工艺气体包括sih4和nh3，sih4的流量为第二流量，nh3的流量为第三流量，工艺腔室110内的静电卡盘120的中心氧气流量和边缘氧气流量均为0，其中，第二流量和第三流量均小于第一流量。67.当沉积物为其它物质时，片后预沉积工艺所采用的工艺气体可以根据实际需要进行调整。68.又一种可选的实施例中，步骤s120之后，该清洗方法还包括：69.s250、对工艺腔室110执行批后干洗工艺。70.当该批所有需要执行沉积工艺的晶圆已经全部执行完，且对工艺腔室110执行完片后远程等离子体清洗工艺后，然后对工艺腔室110执行批后干洗工艺，且在执行批后干洗工艺中可以对工艺腔室110执行周期前预沉积工艺，在等待下一批晶圆输入的过程中以保护工艺腔室110。71.当然，在步骤s190之后，也可以对工艺腔室110执行批后干洗工艺，即最后工艺周期的晶圆执行完加工工艺，且对工艺腔室110执行完片后远程等离子体清洗工艺后，对工艺腔室110执行批后干洗工艺，且在执行批后干洗工艺中可以对工艺腔室110执行周期前预沉积工艺，在等待下一批晶圆输入的过程中以保护工艺腔室110。72.如图2所示，当需要对一批晶圆进行加工工艺时，先将该批晶圆划分为多个周期，将已执行加工工艺的晶圆设为第一总数量，第一总数量的初始值设为1，所有工艺周期内已执行加工工艺的晶圆的总数量设为第二总数量，第二总数量的初始值设为0，并对工艺腔室110执行批前干洗工艺进行暖腔。接着，在对工艺腔室执行片前远程等离子体清洗工艺之后，且在工艺腔室执行当前工艺周期的加工工艺之前，对工艺腔室执行周期前预沉积工艺，然后将晶圆传输至该工艺腔室内。当前工艺周期内工艺腔室在执行完当前晶圆的加工工艺之后，对工艺腔室执行片后干洗工艺，该片后干洗工艺具体包括对工艺腔室先执行第一辅助清洗工艺，接着执行片后预沉积工艺，然后执行第二辅助清洗工艺。当已执行加工工艺的晶圆的第一总数量大于或者等于第一预设值时，对工艺腔室执行片后远程等离子体清洗工艺，并将前一工艺周期的第二总数量与当前工艺周期的第一总数量之和赋值给第二总数量，接着判断第二总数量是否小于第二预设值，当第二总数量小于第二预设值时，将第一总数量设为1，此时半导体工艺腔室需对下一工艺周期内的晶圆执行加工工艺。当第一总数量小于第一预设值时，判断第二总数量是否小于第二预设值，当第二总数量小于第二预设值时，表示当前工艺周期还未执行完，将第一总数量递增1，工艺腔室对当前工艺周期内的下一晶圆执行加工工艺；当第二总数量等于第二预设值时，对工艺腔室执行片后远程等离子体清洗工艺，此时该批所有的晶圆均已执行完加工工艺。73.如图3所示，进一步可选的实施例中，片前远程等离子体清洗工艺、片后远程等离子体清洗工艺、周期前预沉积工艺、第一辅助清洗工艺、第二辅助清洗工艺、批后干洗工艺和片后预沉积工艺均采用相等的工作频率。片前远程等离子体清洗工艺和片后远程等离子体清洗工艺的执行主体为远程等离子体系统200，第一辅助清洗工艺、第二辅助清洗工艺和批后干洗工艺的执行主体为半导体工艺设备的射频系统，即工艺腔室110进行原位清洗，当片前远程等离子体清洗工艺、片后远程等离子体清洗工艺、第一辅助清洗工艺、第二辅助清洗工艺、周期前预沉积工艺和片后预沉积工艺均采用相等的工作频率时，远程等离子体系统200和半导体工艺设备的射频系统可以共用同一套射频源，即共用半导体工艺设备的射频系统的射频源，以便于减少节省成本。可选地，远程等离子体系统200和半导体工艺设备的射频系统的频率可以均为400khz或者2mhz。74.可选地，工艺腔室110与晶圆相对的顶板设有中心进气孔111和边缘进气孔112，中心进气孔111与晶圆的中心区域相对设置，边缘进气孔112与晶圆的边缘相对设置，以便于通入工艺腔室110内的气体均匀地分布于晶圆的中心区域和边缘区域。可选地，边缘进气孔112的数量为至少两个，各边缘进气孔112沿顶板的边缘间隔设置，以便于气体通入工艺腔室110内均匀地与晶圆接触。75.可选地，当远程等离子体系统200和半导体工艺设备的射频系统共用同一套射频源时，远程等离子体系统200的射频线圈和半导体工艺设备的射频系统的射频线圈可以共用第一射频电源300和第一射频匹配器400，以节省成本。76.可选地，半导体工艺设备的射频系统包括射频线圈130，射频线圈130嵌设于工艺腔室110内。77.可选的实施例中，第一射频匹配器400上连接有单刀双掷开关，在高电流时产生较大的电磁力，使得金属条发生形变，从而切换/断开电路，并且，在断路器中需要添加sf6以辅助灭弧，sf6具有良好的导热性，以及较高的电负性，可以迅速熄灭电弧，从而避免打火现象发生。78.可选地，半导体工艺设备还包括下电极140、直流吸附电源150、第二射频电源160、第二射频匹配器170和真空泵180，下电极140设置于静电卡盘120的下方，直流吸附电源150和第二射频匹配器170均与下电极140相连，第二射频电源160与第二射频匹配器170相连，用于为第二射频匹配器170提供电能。真空泵180与工艺腔室110相连通，用于调节工艺腔室110内的气压值，以满足晶圆加工工艺的条件。79.可选地，片后远程等离子体清洗工艺配方可以为表1所示。80.表1[0081][0082]其中，工艺腔室110内的气压范围500～20000mtorr，远程等离子体清洗工艺功率范围500～15000w，nf3流量范围10～1000sccm，ar流量范围10～1000sccm，静电卡盘120冷却液温度范围-15～100℃(优选50℃)。[0083]可选地，周期前预沉积工艺配方如表2所示。[0084]表2[0085][0086]其中，工艺腔室110内的气压范围1～200mtorr，上电极中心功率范围500～15000w，上电极边缘功率范围500～15000w，下电极140功率范围0～15000w，中心nf3流量范围10～1000sccm，中心sih4流量范围10～1000sccm，边缘o2流量范围10～1000sccm，边缘o2流量范围10～1000sccm，静电卡盘120冷却液温度范围-15～100℃(优选50℃)。[0087]可选地，晶圆加工工艺配方以主沉积配方为例，如表3所示。[0088]表3[0089][0090]其中，工艺腔室110内的气压范围1～200mtorr，上电极中心功率范围500～15000w，上电极边缘功率范围500～15000w，下电极140功率范围0～15000w，中心nf3流量范围10～1000sccm，中心sih4流量范围10～1000sccm，边缘o2流量范围10～1000sccm，边缘h2流量范围10～1000sccm，静电卡盘120冷却液温度范围-15～100℃(优选50℃)。[0091]可选地，片后干洗工艺配方如表4所示。[0092]表4[0093][0094]其中，清洗步1为第一清洗步骤，清洗步2为第二清洗步骤，预沉积1为沉积物为氧化硅时对应的片后预沉积工艺，预沉积2为沉积物为氮化硅时对应的片后预沉积工艺，清洗步3为第二辅助清洗工艺。工艺腔室110内的气压范围1～200mtorr，上电极中心功率范围500～15000w，上电极边缘功率范围500～15000w，下电极140功率范围0～500w(当施加下电极功率时，需要传入一片假片以保护esc)，sih4流量范围10～1000sccm，nh3流量范围10～1000sccm，中心nf3流量范围10～1000sccm，边缘nf3流量范围10～1000sccm，中心o2流量范围10～1000sccm，边缘o2流量范围10～1000sccm，静电卡盘120冷却液温度范围-15～100℃(优选50℃)。[0095]上面结合附图对本技术的实施例进行了描述，但是本技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本技术的启示下，在不脱离本技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本技术的保护之内。









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