专利名称：一种多晶硅刻蚀中的干法清洗工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多晶硅刻蚀中的干法清洗工艺。
背景技术：
在半导体制程中，刻蚀是使用最多的步骤之一，其中多晶硅刻蚀是影响器件性能的最关键的步骤。在实际的生产过程中，为了保证同一批产品多晶硅刻蚀的结果一致，普遍采用的方法是在每片晶圆之后进行无硅片自清洗(waferless auto clean)，又名干法清洗(dry clean)。这样每片晶圆进入腔室时，工艺条件才可以保持不变，从而保证ER(刻蚀速率)，SEL(选择比)，Unif(均匀性)等参数不会发生漂移。
干法清洗就是在没有晶圆的情况下，不开启下电极，只用上电极启辉，在刻蚀气体的化学作用下，将淀积(depostion)在腔室壁上的副产物(byproducts)去除掉。
在多晶硅刻蚀的相关工艺过程中产生的副产物有两层，一层是氟炭(CF)类化合物，主要是在硬掩膜层刻蚀(Hardmask open)和贯穿刻蚀(Breakthrough)过程中产生的，另外一层则是SiOxCly化合物为主的氧化物，但是这两层并不是简单的覆盖，而是互相渗透，彼此交错的。当O2启辉后与氟炭类化合物发生反应，释放除F，所以F会卤硅氧化物发生反应从而去除掉所有的沉积物。
图1是使用FTIR(傅立叶红外光谱分析仪)的设备分析O2等离子体(plasma)环境下腔室中的气体组分，我们可以看到当O2启辉后，除了和CF的聚合物反应生成CO以外，还有COF2释放出来，这种气体在腔室中可以电离出F原子，并与SiOxCly化合物发生反应生成SiF4等产物。
现在普遍采用的干法清洗的工艺是高压条件(一般80mt)下，O2和SF6在一定比例条件下用高功率启辉(800W)，进行清洗副产物。具体工艺参数如下，腔室压力80mt、上电极功率800w、下电极功率为0W、O2流量20sccm、SF6流量100sccm、工艺时间15s。其中O2的使用主要是去除polymer(聚合物)，SF6的使用主要是去除Si的氧化物。
含F气体的使用在去除副产物的同时，也会对阳极氧化表面的腔室产生一定腐蚀作用，这种腐蚀不但会在工艺过程中增加金属颗粒数目，而且时间长了，会破坏腔室的绝缘性，导致放电，并减少MTBR(平均故障时间)等参数。所以仍需要对现有干法清洗工艺做进一步改进以克服其上述缺陷。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明的目的旨在提供一种新的干法清洗工艺，使其能够去除掉刻蚀工艺中产生的副产物的同时还能够降低对腔室的腐蚀，延长零件使用的时间。
(二)技术方案为实现上述目的，本发明提供了一种新的干法清洗工艺，它包括以下步骤点火步和清洗步。
其中所述点火步的工艺条件为腔室压力10-30mt，上电极功率300-500w，下电极功率0w，O2的流量30-70sccm，工艺时间3s-10s；优选的工艺条件为腔室压力15-20mt，上电极功率400-450W，下电极功率0w，O2的流量40-50sccm，工艺时间3-5s；最优选的工艺条件为腔室压力20mt，上电极功率400w，下电极功率0w，O2的流量50sccm，工艺时间5s。
其中所述清洗步的工艺条件为腔室压力10-30mt，上电极功率700-900w，下电极功率0w，O2的流量30-70sccm，工艺时间15s-60s；优选的工艺条件为腔室压力15-20mt，上电极功率700-800W，下电极功率0w，O2的流量40-50sccm，工艺时间20-30s；最优选工艺条件为腔室压力20mt，上电极功率800w，下电极功率0w，O2的流量50sccm，工艺时间30s。
本发明的工艺单纯使用O2代替传统的SF6和O2作为干法清洗的化学气体，就是因为O2和FC化合物发生发应生成COF2，COF2在腔室中电离出F，然后与卤硅氧化合物发生反应从而达到清除腔室表面沉积物质的作用。由于单纯使用O2的工艺主要依靠O2的停留时间来增强去除的效果，所以控制起来比较严格，一般采用高压和低流量。
在O2等离子体过程中，对于反应条件的控制要比传统的干法清洗的工艺来的严格，这主要是考虑的O原子的停留时间。一般说来，O原子的停留时间与压力成正比，与流量成反比。
本发明的工艺适用于所有栅刻蚀设备。
(三)有益效果由于本发明的干法清洗工艺中只是使用了O2，它对阳极氧化的腔室表面没有任何伤害，同时又可以保证腔室的工艺条件对于每一片进来的晶圆都是相同的。这样，它既能够维持工艺的稳定性，又降低了颗粒，延长的零件的使用寿命。这种方法简单易行，不仅避免了系统硬件设计所增加的变数、保证工艺的稳定性，还可以避免系统升级、节约大笔开支。
图1为O2等离子体环境下腔室中的气体组分，所用设备为FTIR(傅立叶红外光谱分析仪)，可以看到在26s处O2启辉，首先侦测到氟炭类化合物的反应物CO，然后出现了COF2，最后是COF2和硅的卤氧化合物的反应物SiF4。
图2为现有工艺所得硅片颗粒情况图3-6为本发明工艺所得硅片颗粒情况，可以看到改进后的干洗工艺，颗粒产生的数目明显减少。其中观察所用设备为KLA-TENCOR 6420颗粒检测仪。
具体实施例方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1工艺(刻蚀)设备感应耦合等离子体刻蚀机观测设备为KLA-TENCOR 6420颗粒检测仪。
工艺步骤贯穿刻蚀腔室压力7mt，射频源功率350w，下射频功率40w，刻蚀气体CF450sccm，5s。
主刻蚀腔室压力10mt，射频源功率350w，下射频功率40w，刻蚀气体Cl20sccm、HBr 190sccm、He/O215sccm，50s。
过刻蚀腔室压力60mt，射频源功率350w，下射频功率40w，刻蚀气体HBr 150sccm、He 100sccm、He/O215sccm，40s。
干法清洗(1)点火步，腔室压力80mt，上电极功率400w，下电极功率为0w，工艺气体为20sccm O2和100sccm SF6的混合气体，3s；(2)清洗步，腔室压力80mt，上电极功率为800w，下电极功率为0w，工艺气体为50sccm O2和100sccm SF6的混合气体，10s。
如图2所示，干洗后颗粒测试试验中，增加的颗粒数目是35颗(前值6颗)实施例2同实施例1的方法，其区别在于干法清洗步骤中工艺条件为(1)点火步，腔室压力20mt，上电极功率400w，下电极功率0w，O2的流量50sccm，5s；(2)清洗步，腔室压力20mt，上电极功率800w，下电极功率0w，O2的流量50sccm，30s。
如图3所示，干洗后颗粒测试试验中，增加的颗粒数目是6(前值4颗)实施例3
同实施例2的方法，其区别在于干法清洗步骤中工艺条件为(1)点火步，腔室压力10mt，上电极功率300w，下电极功率0w，O2的流量30sccm，3s；(2)清洗步，腔室压力30mt，上电极功率900w，下电极功率0w，O2的流量为70sccm，60s。
如图4所示，干洗后颗粒测试试验中，增加的颗粒数目是6颗(前值3颗)实施例4同实施例2的方法，其区别在于干法清洗步骤中工艺条件为(1)点火步，腔室压力30mt，上电极功率500w，下电极功率0w，O2的流量70sccm，10s；(2)清洗步，腔室压力20mt，上电极功率800w，下电极功率0w，O2的流量为40sccm，25s。
如图5所示，干洗后颗粒测试试验中，增加的颗粒数目是8颗(前值4颗)实施例5同实施例2的方法，其区别在于干法清洗步骤中工艺条件为(1)点火步，腔室压力15mt，上电极功率400W，下电极功率0w，O2的流量40sccm，4s；(2)清洗步，腔室压力15mt，上电极功率700W，下电极功率0w，O2的流量40sccm，20s。
如图6所示，干洗后颗粒测试试验中，增加的颗粒数目是7颗(前值是4颗)
权利要求
1.一种多晶硅刻蚀中的干法清洗工艺，包括以下步骤点火步和清洗步，其特征在于所用工艺气体为O2。
2.如权利要求1所述的干法清洗工艺，其特征在于所述点火步中腔室压力为10-30mt，上电极功率为300-500w，下电极功率为Ow，O2的流量为30-70sccm，工艺时间为3s-10s；所述清洗步中腔室压力为10-30mt，上电极功率为700-900w，下电极功率为Ow，O2的流量为30-70sccm，工艺时间为15s-60s。
3.如权利要求2所述的干法清洗工艺，其特征在于点火步中腔室压力为15-20mt，上电极功率为400-450W，下电极功率为Ow，O2的流量为40-50sccm，工艺时间为3-5s。
4.如权利要求2所述的干法清洗工艺，其特征在于点火步中腔室压力为20mt，上电极功率为400w，下电极功率为Ow，O2的流量为50sccm，工艺时间为5s。
5.如权利要求2-4任一所述的干法清洗工艺，其特征在于清洗步中腔室压力为15-20mt，上电极功率为700-800W，下电极功率为Ow，O2的流量为40-50sccm，工艺时间为20-30s。
6.如权利要求2-4任一所述的干法清洗工艺，其特征在于清洗步中腔室压力为20mt，上电极功率为800w，下电极功率为Ow，O2的流量为50sccm，工艺时间为30s。
全文摘要
本发明提供了一种多晶硅刻蚀中的干法清洗工艺，该工艺包括点火步和清洗步，其中工艺气体为单纯的O
文档编号H01L21/3065GK1847458SQ200510126458
公开日2006年10月18日 申请日期2005年12月9日 优先权日2005年12月9日
发明者白志民 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司