CN100362633C - 一种去除刻蚀工艺后硅片表面颗粒的等离子体清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种去除刻蚀工艺后硅片表面残留颗粒的等离子体清洗方法，它包括以下步骤：首先进行气体冲洗流程，然后进行该气体等离子体启辉。本发明所述的去除硅片表面颗粒的等离子体清洗方法过程控制容易，清洗彻底，无反应物残留，所需工艺气体无毒，成本低，劳动量小，工作效率高。

Description

一种去除刻蚀工艺后硅片表面颗粒的等离子体清洗方法
技术领域
本发明涉及刻蚀工艺领域，具体地涉及一种去除刻蚀工艺后硅片表面残留颗粒的等离子体清洗方法。
背景技术
在刻蚀过程中，颗粒的来源很多：刻蚀用气体如Cl2、HBr、CF4等都具有腐蚀性，刻蚀结束后会在硅片表面产生一定数量的颗粒；反应室的石英盖也会在等离子体的轰击作用下产生石英颗粒；反应室内的内衬(liner)也会在较长时间的刻蚀过程中产生金属颗粒。刻蚀后硅片表面残留的颗粒会阻碍导电连接，导致器件损坏。因此，在刻蚀工艺过程中对颗粒的控制很重要。
目前，常用的去除硅片表面颗粒的方法有两种：一种是标准清洗(RCA)清洗技术，另一种是用硅片清洗机进行兆声清洗。
RCA清洗技术所用清洗装置大多是多槽浸泡式清洗***。其清洗工序为：一号液(SC-1)(NH4OH+H2O2)→稀释的HF(DHF)(HF+H2O)→二号液(SC-2)(HCl+H2O2)。其中，SC-1主要是去除颗粒沾污(粒子)，也能去除部分金属杂质。去除颗粒的原理为：硅片表面由于H2O2氧化作用生成氧化膜(约6nm，呈亲水性)，该氧化膜又被NH4OH腐蚀，腐蚀后立即发生氧化，氧化和腐蚀反复进行，附着在硅片表面的颗粒也随腐蚀层而落入清洗液内。自然氧化膜约0.6nm厚，与NH4OH和H2O2的浓度及清洗液温度无关。SC-2是用H2O2和HCL的酸性溶液，它具有极强的氧化性和络合性，能与未被氧化的金属作用生成盐，并随去离子水冲洗而被去除，被氧化的金属离子与CL-作用生成的可溶性络合物亦随去离子水冲洗而被去除。
RCA清洗技术存在以下缺陷：需要人工操作，劳动量大，操作环境危险；工艺复杂，清洗时间长，生产效率低；清洗溶剂长期浸泡容易对硅片过腐蚀或留下水痕，影响器件性能；清洗剂和超净水消耗量大，生产成本高；去除粒子效果较好，但去除金属杂质Al、Fe效果欠佳。
用硅片清洗机进行兆声清洗是将硅片吸附在静电卡盘(chuck)上，清洗过程中硅片不断旋转，清洗液喷淋在硅片表面。可以进行不同转速和喷淋时间的设置，连续完成多步清洗步骤。典型工艺为：兆声→氨水+双氧水(可以进行加温)→水洗→盐酸+双氧水→水洗→兆声→甩干。
用硅片清洗机进行兆声清洗的缺陷表现为：只能进行单片清洗，单片清洗时间长，导致生产效率较低；清洗剂和超净水消耗量大，生产成本高。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种有效去除刻蚀工艺后硅片表面残留颗粒的等离子体清洗方法。
(二)技术方案
等离子体清洗方法的原理为：依靠处于“等离子态”的物质的“活化作用”达到去除物体表面颗粒的目的。它通常包括以下过程：a.无机气体被激发到等离子态；b.气相物质被吸附在固体表面；c.被吸附基团与固体表面分子反应生成产物分子；d.产物分子解析形成气相；e.反应残余物脱离表面。
本发明所述的等离子体清洗方法，它包括以下步骤：首先进行气体冲洗(purge)流程，然后进行该气体等离子体启辉。
所用工艺气体选自O2、Ar、N2中的任一种。优选地，所用工艺气体选O2。
本发明所述的等离子体清洗方法，气体冲洗流程的工艺参数设置为：腔室压力10-40毫托，工艺气体流量100-500sccm，时间1-5s；启辉过程的工艺参数设置为：腔室压力10-40毫托，工艺气体流量100-500sccm，上电极功率250-400W，时间1-10s。
优选地，气体冲洗流程的工艺参数设置为：腔室压力10-20毫托，工艺气体流量100-300sccm，时间1-5s；启辉过程的工艺参数设置为：腔室压力10-20毫托，工艺气体流量100-300sccm，上电极功率250-400W，时间1-5s。
更优选地，气体冲洗流程的工艺参数设置为：腔室压力15毫托，工艺气体流量300sccm，时间3s；启辉过程的工艺参数设置为：腔室压力15毫托，工艺气体流量300sccm，上电极功率300W，时间5s。
(三)有益效果
本发明所述的去除硅片表面颗粒的等离子体清洗方法过程控制容易，清洗彻底，无反应物残留，所需工艺气体无毒，成本低，劳动量小，工作效率高。
附图说明
图1等离子体清洗前后的CD-SEM(关键尺寸量测仪器)图片；
其中，CD：Critical dimension关键尺寸。
图2等离子体清洗前后的FE-SEM(场发射显微镜)图片；
其中，FE：field emission场发射。
图3等离子体清洗前后的particle(粒子)图片。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
在进行完BT(break through自然氧化层去除步骤)、ME(Main Etch主刻步骤)、OE(过刻步骤)的刻蚀过程后，立即在北方微电子公司ICP等离子体刻蚀机(PM2)中进行以下气体等离子体冲洗和启辉流程：首先，进行O2的清洗过程，去除上一步的残留气体，腔室压力设置为15毫托，O2流量为300sccm，通气时间为3s；然后，进行含有O2的启辉过程：腔室压力设置为15毫托，O2流量为300sccm，上RF的功率设置为300W，启辉时间为5s。
采用本工艺有效去除了刻蚀工艺后硅片表面残留的颗粒。
实施例2
在进行完BT、ME、OE的刻蚀过程后，立即在北方微电子公司ICP等离子体刻蚀机(PM2)中进行以下气体等离子体冲洗和启辉流程：首先，进行Ar的清洗过程，去除上一步的残留气体，腔室压力设置为10毫托，Ar流量为100sccm，通气时间为5s；然后，进行含有Ar的启辉过程：腔室压力设置为10毫托，Ar流量为100sccm，上RF的功率设置为400W，启辉时间为10s。
采用本工艺有效去除了刻蚀工艺后硅片表面残留的颗粒。
实施例3
在进行完BT、ME、OE的刻蚀过程后，立即在北方微电子公司ICP等离子体刻蚀机(PM2)中进行以下气体等离子体冲洗和启辉流程：首先，进行N2的清洗过程，去除上一步的残留气体，腔室压力设置为40毫托，N2流量为500sccm，通气时间为5s；然后，进行含有N2的启辉过程：腔室压力设置为40毫托，N2流量为500sccm，上RF的功率设置为250W，启辉时间为10s。
采用本工艺有效去除了刻蚀工艺后硅片表面残留的颗粒。

Claims (5)

1.一种去除刻蚀工艺后硅片表面残留颗粒的等离子体清洗方法，它包括以下步骤：首先进行气体冲洗流程，然后进行该气体等离子体启辉；所用气体选自O2、Ar、N2中的任一种；气体冲洗流程的工艺参数设置为：腔室压力10-40毫托，工艺气体流量100-500sccm，时间1-5s；启辉过程的工艺参数设置为：腔室压力10-40毫托，工艺气体流量100-500sccm，上电极功率250-400W，时间1-10s。
2.如权利要求1所述的等离子体清洗方法，其特征在于所用气体为O2。
3.如权利要求1或2所述的等离子体清洗方法，其特征在于气体冲洗流程的工艺参数设置为：腔室压力15毫托，工艺气体流量300sccm，时间3s；启辉过程的工艺参数设置为：腔室压力15毫托，工艺气体流量300sccm，上电极功率300W，时间5s。
4.如权利要求1或2所述的等离子体清洗方法，其特征在于气体冲洗流程的工艺参数设置为：腔室压力10-20毫托，工艺气体流量100-300sccm，时间1-5s；启辉过程的工艺参数设置为：腔室压力10-20毫托，工艺气体流量100-300sccm，上电极功率250-400W，时间1-5s。
5.如权利要求4所述的等离子体清洗方法，其特征在于气体冲洗流程的工艺参数设置为：腔室压力15毫托，工艺气体流量300sccm，时间3s；启辉过程的工艺参数设置为：腔室压力15毫托，工艺气体流量300sccm，上电极功率300W，时间5s。
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