CN111952168B - 刻蚀工艺的切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种刻蚀工艺的切换方法，根据所要刻蚀的介质层的介质材料的不同，划分成不同的刻蚀工艺，包括以下步骤：按照所要刻蚀的介质材料的介电常数值的由大到小，对所述刻蚀工艺进行顺次排序；按照所述刻蚀工艺的排序，在同一反应腔内依次实施所述刻蚀工艺；在所述刻蚀工艺进行切换时，增加一恢复工艺，用于清除所述反应腔内壁和静电吸盘表面上的副产物，并恢复所述反应腔的内环境。本发明可以减少不同刻蚀工艺进行切换时，清除所述反应腔内壁和静电吸盘表面上的副产物的难度。通过恢复工艺对反应腔的内环境进行恢复，不用更换反应腔内的部件，可以提高生产效率，并且减少不同刻蚀工艺切换的成本。

Description

刻蚀工艺的切换方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种刻蚀工艺的切换方法。

背景技术

半导体集成电路遵循摩尔定律迅速发展，其发展的标志是所加工的CD(特征尺寸)的缩小、硅片尺寸的增加和芯片集成度的增加，其中特征尺寸的缩小最为关键，它代表着更快的器件速度、更小的体积、更强大的功能以及更低的功耗。工艺技术演进到深亚微米技术代后，逐步缩小的特征尺寸虽然使得器件门(栅极)延迟减小，但器件的互联性能急剧下降；造成这一结果的原因在于特征尺寸的缩小导致后段金属互联线横截面和间距减小，从而导致互联线电容、电阻、电感引起的寄生效应增加，这会严重影响器件的性能，包括信号传输延迟增加和信号传输噪声显著增大。

在进入到90mm工艺技术代之后，后段(BEOL)导线互联的RC(电阻电容耦合)延迟取代了门延迟成为器件延迟的主要因素。在器件尺寸确定的状况下，可以采用低介电常数(Low k)的介质材料来降低RC延时的影响。在40m及以下的技术中，为了进一步降低后段的电阻电容的寄生效应，可以采用超低介电常数(Ultra Low k)的介质材料来进一步的降低后段的电阻电容延迟效应。

由于低介电常数(Low k)介质材料及超低介电常数(Ultra Low k)介质材料的引入，在一体化刻蚀过程中会产生大量的副产物，副产物挥发性较差，会积聚并附着在反应腔的内壁表面上。

在一体化刻蚀中，会根据刻蚀的介质层的介质材料的不同，再细化成不同的刻蚀工艺。通常在不同刻蚀工艺之间不能直接在线切换，究其原因是因为反应腔的内壁表面上有副产物附着，不同的介质材料产生的副产物的量不同，副产物的类型也不同，造成反应腔的内环境不一致。为了对不同的刻蚀工艺进行切换，重建反应腔的内环境，需要对反应腔进行维护(PM)，才能继续下一个工艺。反应腔维护不但需要更换反应腔内的部件，而且需要耗费较多的时间，导致不同刻蚀工艺进行切换时会消耗较多的时间及产生较多的成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种刻蚀工艺的切换方法，能够让不同的刻蚀工艺直接在线切换，且在进行不同刻蚀工艺的切换时，可以不用更换反应腔内的部件，以减少不同的刻蚀工艺进行切换所消耗的时间及成本。

为了达到上述目的，本发明提供了一种刻蚀工艺的切换方法，包括：

在同一刻蚀设备中按照介质层的介电常数从高到低的顺序顺次对所述介质层进行刻蚀，每次刻蚀结束后，清除所述刻蚀设备中的副产物并恢复所述反应腔的内环境。

可选的，所述刻蚀设备包括反应腔及设置于所述反应腔内的静电吸盘，清除所述刻蚀设备中的副产物包括清除所述反应腔的内壁上的副产物和/或清除所述静电吸盘上的副产物。

可选的，清除所述反应腔的内壁上的副产物的步骤包括：

在所述反应腔内放置一遮挡片以遮盖所述静电吸盘；

将所述反应腔加热至第一温度，并维持第一设定时间；

向所述反应腔内通入第一工艺气体，将所述第一工艺气体激发成等离子态以清除所述反应腔内壁上的副产物。

可选的，所述第一温度为140℃～160℃。

可选的，所述第一工艺气体的流量为50sccm～1000sccm。

可选的，所述第一设定时间包括多个时间段，在多个时间段中，所述反应腔内的压强逐渐递减。

可选的，所述第一设定时间包括三个时间段。

可选的，三个时间段分别为2min～4min、3min～5min和2min～4min。

可选的，三个时间段内的压强的分别为280mtorr～400mtorr、180mtorr～300mtorr和80mtorr～200mtorr。

可选的，所述第一工艺气体为C4F8或O2。

可选的，清除所述刻蚀设备中的副产物包括反复执行9次～11次清除所述反应腔的内壁上的副产物的步骤。

可选的，清除所述反应腔的内壁上的副产物之后，清除所述静电吸盘上副产物，包括：

撤出所述静电吸盘上的遮挡片；

将所述反应腔加热至第二温度，并维持第二设定时间；

向所述反应腔内通入第二工艺气体，将所述第二工艺气体激发成等离子态，以清除所述静电吸盘上的副产物。

可选的，向所述反应腔内通入第二工艺气体时，所述反应腔内的压强为80mtorr～200mtorr。

可选的，所述第二工艺气体为C4F8。

可选的，所述第二工艺气体的流量为50sccm～1000sccm。

可选的，所述第二温度为40℃～60℃。

可选的，所述第二设定时间为6min～9min。

可选的，清除所述静电吸盘上的副产物包括反复执行4次-6次清除所述静电吸盘上副产物的步骤。

可选的，所述遮挡片为裸晶圆。

可选的，恢复所述反应腔内环境的步骤包括：

在所述反应腔内放置一裸晶圆；

使用下一介质层刻蚀所需的工艺参数及刻蚀气体，对所述裸晶圆进行刻蚀，以恢复所述反应腔的内环境。

本发明提供的一种刻蚀工艺的切换方法，在同一刻蚀设备中按照介质层的介质材料的介电常数从高到低的顺序顺次对所述介质层进行刻蚀，每次刻蚀结束后，清除所述刻蚀设备中的副产物并恢复所述反应腔的内环境。按照所要刻蚀介质层的介质材料的介电常数的由高到低，对所述刻蚀工艺进行顺次排序，并依次在同一反应腔内实施刻蚀工艺，可以减少不同地刻蚀工艺进行切换时，清除所述刻蚀设备中的副产物的难度。通过恢复反应腔的内环境，实现了让不同的刻蚀工艺直接在线切换，无需更换反应腔内的部件。本发明的刻蚀工艺的切换方法可以减少不同的刻蚀工艺的切换时间，提高生产效率，并且减少不同刻蚀工艺的切换成本，提高生产效益。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的刻蚀工艺的切换方法的流程图；

图2为本发明实施例中提供的清除反应腔内壁上副产物的步骤的流程图；

图3为本发明实施例中提供的清除静电吸盘表面上副产物的步骤的流程图；

图4为本发明实施例中提供的恢复反应腔内环境的步骤的流程图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

刻蚀设备工作一段时间后，其反应腔内壁及静电吸盘上会沉积副产物，副产物掉落则会影响在反应腔内进行刻蚀工艺处理的晶圆的表面质量。因此，在进行刻蚀工艺之后，需要更换反应腔内部的部件以恢复反应腔的内环境。本发明实施例提供的一种刻蚀工艺的切换方法，主要应用于对于不同的介质层进行刻蚀工艺的刻蚀设备(可以但不限于等离子体刻蚀机台)中的反应腔的内环境和静电吸盘进行恢复。恢复反应腔的内环境无需停机更换反应腔内部的部件，使得切换刻蚀工艺可以实现在线切换。

图1为本实施例中提供的刻蚀工艺的切换方法的流程图。如图1所示，所述刻蚀工艺的切换方法，包括：

S100：在同一刻蚀设备中按照介质层的介电常数从高到低的顺序顺次对所述介质层进行刻蚀，每次刻蚀结束后，清除所述刻蚀设备中的副产物并恢复所述反应腔的内环境。

详细的，介质层的介电常数越小，对其刻蚀时所产生的副产物越多，导致反应腔内壁及静电吸盘表面上附着的副产物也越难以清除。反之，介质层的介电常数越大，对其刻蚀时所产生的副产物越少，反应腔内壁及静电吸盘表面上附着的副产物越容易清除。因此，按照所要刻蚀介质层的介电常数的由大到小，对刻蚀工艺进行顺次排序，目的是为了在同一反应腔内依次进行不同的刻蚀工艺时，让所述不同的刻蚀工艺所产生的副产物的由少到多。也即，对产生副产物少的介质层优先进行刻蚀作业，对产生副产物多的介质层延后进行刻蚀作业。如此，可以减少不同刻蚀工艺进行切换时，清除反应腔内壁及静电吸盘表面上副产物的难度。

在刻蚀工艺进行切换时，清除反应腔内壁及静电吸盘表面上副产物，并再恢复反应腔的内环境。相对于现有技术中需要更换反应腔内的部件以恢复反应腔的内环境，本实施例中刻蚀工艺的切换方法通过恢复工艺对反应腔的内环境进行恢复，实现了让不同的刻蚀工艺直接在线切换，且不用更换反应腔内的部件。不但可以减少不同刻蚀工艺切换的时间，提高了生产效率，而且还减少不同刻蚀工艺切换的成本，提高了生产效益。

进一步的，所述刻蚀设备包括反应腔及设置于所述反应腔内的静电吸盘，清除所述刻蚀设备中的副产物包括清除所述反应腔的内壁上的副产物和/或清除所述静电吸盘上的副产物。

具体的，由于刻蚀不同的介质材料所产生的副产物不同，导致不同刻蚀工艺进行后，造成聚集在反应腔内壁和静电吸盘表面上的副产物也不同，不同的副产物之间的结合力也不一样。因此，若不清除上一刻蚀工艺遗留在反应腔内壁和静电吸盘表面上的副产物，容易造成后续刻蚀工艺在进行的过程中，粘附在反应腔内壁和静电吸盘表面上的副产物脱落，玷污刻蚀作业的晶圆，造成产品不良。所以，本实施例的恢复工艺需要先清除所述反应腔内壁和静电吸盘的副产物，再恢复反应腔的内环境。

图2为本实施例中提供的清除反应腔内壁上副产物的步骤的流程图。如图2所示，所述清除反应腔内壁上副产物的步骤包括：

S111：在所述反应腔内放置一遮挡片以遮盖所述静电吸盘；

S112：将所述反应腔加热至第一温度，并维持第一设定时间；

S113：向所述反应腔内通入第一工艺气体，将所述第一工艺气体激发成等离子态以清除所述反应腔内壁上的副产物。

现有的刻蚀设备通常使用静电吸盘固定晶圆后再进行刻蚀，静电吸盘用于承载晶圆的一面具有多个吸脚。为避免因为温度不均所造成的刻蚀不均的现象，会在所述吸脚间排布有气孔，用于供从静电吸盘背后通入的冷却气体对晶圆的背面进行冷却。上述冷却气体除用作冷却晶圆外，还可用来反映晶圆与静电吸盘之间是否接触良好，当冷却气体背压过大时，刻蚀设备就会产生报警提示晶圆与静电吸盘之间的接触有问题并宕机。如此，会导致在刻蚀设备里面进行刻蚀的晶圆返工或直接报废。

副产物堵塞吸脚间的气孔，会触发冷却气体背压报警而导致刻蚀设备宕机。在清除反应腔内壁上副产物时，需要避免反应腔内壁上副产物掉落进静电吸盘上的气孔。故而，在清除反应腔内壁上副产物时，需要在反应腔内放置一遮挡片，用于盖住反应腔内的静电吸盘。

优选的，在清除反应腔内壁上副产物的步骤中，第一工艺气体可以包括但不限于C₄F₈或O₂。被激发成等离子态C₄F₈或O₂可以与反应腔室内壁上残留的含C、H的副产物等进行反应，产生易挥发的产物(如水、氟化氢和二氧化碳等)可以被泵抽走。

在清除反应腔内壁上副产物时，第一工艺气体需要在达到一定量时能够起到较好的清除副产物的效果，但是向反应腔内通入过多的第一工艺气体也会造成气体浪费，增加成本。综合两方面影响，第一工艺气体的流量的取值范围可以为50sccm至1000sccm。使得在保证清除反应腔内壁上副产物的效果为前提下，适当节省第一工艺气体的用量，以降低清除副产物的成本。

在第一工艺气体与反应腔内壁上的副产物进行反应时，反应腔维持第一温度。应知道，维持较低的反应腔温度，第一工艺气体分子的运动速度较慢，反应速度也较慢，故清除反应腔内壁上副产物的效率也较慢。维持较高的反应腔温度，可以提高第一工艺气体分子的运动速率，继而提高第一工艺气体与副产物的反应速率，进一步增强对反应腔室内壁表面上副产物的清除效果。但是过高的反应腔温度会导致气体分子的自由运动过大，第一工艺气体与副产物反应所产生的易挥发的气体产物就不易被泵抽走，这是我们不希望的。综合考虑上述因素，优选的，本实施例中第一温度的取值范围为140摄氏度至160摄氏度。

可选的，所述第一设定时间包括多个时间段，在多个时间段中，所述反应腔内的压强逐渐递减。也即，将所述第一工艺气体与所述反应腔内壁上的副产物进行反应的时间分为多个时间段，所述多个时间段内，所述反应腔分别处在不同的压强等级，且所述压强等级递减。

应知道，反应腔内维持较高的压强，以提高第一工艺气体的反应速率，进而提升清除反应腔内壁上副产物的效率。

应知道，反应腔内压强越高，第一工艺气体清除积聚在反应腔内壁顶部的副产物的效果越好。反应腔内压强越低，第一工艺气体清除积聚在反应腔内壁底部的副产物的效果越好。综合考虑上述两方面因素，在第一工艺气体与所述反应腔内壁上副产物进行反应时间，分成多个时间段，在所述多个时间段内，反应腔内的压强值逐渐递减。如此，实现第一工艺气体对在反应腔内壁上副产物进行更为全面的反应，以提高对反应腔内壁上副产物的清除效果。

进一步的，所述时间阶段为三个，分别为第一时间段，第二时间段和第三时间段，所述压强等级为三个，分别为第一压强等级，第二压强等级和第三压强等级，且三个所述压强等级逐渐递减，在所述第一时间段内，所述反应腔处在所述第一压强等级，在所述第二时间段内，所述反应腔处在所述第二压强等级，在所述第三时间段内，所述反应腔处在所述第三压强等级。

可选的，所述第一工艺气体与所述反应腔内壁上的副产物进行反应时，所述第一时间段为2-4min。所述第二时间段为3-5min。所述第三时间段为2-4min。

可选的，所述第一压强等级的压强取值范围为280mtorr至400mtorr。所述第二压强等级的压强取值范围为180mtorr至300mtorr。所述第三压强等级的压强取值范围为80mtorr至200mtorr。

需要说明的是，上述清除反应腔内壁上副产物的步骤中的各项工艺参数，仅是本实施例的一种较优的实施方式，本实施例并不以此为限，只要能清除反应腔室内壁表面的副产物即可。

进一步的，清除所述刻蚀设备中的副产物包括反复执行9次～11次清除所述反应腔的内壁上的副产物的步骤。之后再执行清除所述静电吸盘表面上副产物的步骤。如此，确保反应腔的内壁上的副产物被清除干净。

图3为本实施例中提供的清除静电吸盘表面上副产物的步骤的流程图。如图3所示，清除所述静电吸盘表面上副产物的步骤包括：

S121：撤出所述静电吸盘上的遮挡片；

S122：将所述反应腔加热至第二温度，并维持第二设定时间；

S123：向所述反应腔内通入第二工艺气体，将所述第二工艺气体激发成等离子态，以清除所述静电吸盘上的副产物。

静电吸盘表面积聚有副产物时，若副产物附着在吸脚上，会影响静电吸盘对晶圆的吸附力，还使静电吸盘表面的温度产生严重不均匀。因此，需要对积聚在静电吸盘表面上的副产物进行清除。清除静电吸盘时需要敞露静电吸盘的表面及气孔，因此，静电吸盘上不放置遮挡片。也即，静电吸盘上不放置裸晶圆。

清除所述静电吸盘表面上副产物的步骤中，与清除反应腔内壁上副产物的步骤中的反应腔工艺参数的设定原理类似。在所述静电吸盘附作物清除步骤中，所述反应腔内的压强维持在80mtorr至400mtorr，所述第二温度在40-60摄氏度，所述静电吸盘的副产物清除步骤持续时间为6-9min。以保证静电吸盘表面上副产物的清除效率及清除效果。

所述第二工艺气体为C₄F₈。被激发成等离子态C₄F₈气体可以与反应腔室内壁的副产物等进行反应，产生易挥发的产物，并被泵抽走。

在静电吸盘的副产物清除步骤中，与清除反应腔内壁上副产物的步骤中的第一工艺气体的设定原理类似，。所述第二工艺气体的流量为50sccm至1000sccm。如此，能够起到较好的清除副产物的效果。

进一步的，清除所述静电吸盘上的副产物包括反复执行4次-6次清除所述静电吸盘上副产物的步骤。之后在执行反应腔的内环境再恢复的步骤。如此，以确保静电吸盘表面上的副产物被清除干净。

图4为本实施例中提供的恢复反应腔内环境的步骤的流程图。如图4所示，恢复所述反应腔内环境的步骤包括：

S131：在所述反应腔内放置一裸晶圆；

S132：使用下一介质层刻蚀所需的工艺参数及刻蚀气体，对所述裸晶圆进行刻蚀，以恢复所述反应腔的内环境。

使用下一介质层刻蚀所需的工艺参数及刻蚀气体，对所述裸晶圆进行刻蚀，目的是为了以使所述反应腔内壁形成一薄膜。

薄膜可以吸附后续工艺刻蚀所产生的副产物，可有效减少副产物颗粒的掉落的概率，预防后续晶圆刻蚀过程中，由于副产物掉落导致的晶圆表面产生颗粒污染等问题。此外，每次执行反应腔的内环境恢复的步骤后，所述反应腔内壁均会形成一薄膜，以使每次刻蚀工艺实施前，反应腔的内环境均一致，保证了刻蚀工艺的实施效果。

综上所述，本发明实施例中提供了一种刻蚀工艺的切换方法，在同一刻蚀设备中按照介质层的介质材料的介电常数从高到低的顺序顺次对所述介质层进行刻蚀，每次刻蚀结束后，清除所述刻蚀设备中的副产物并恢复所述反应腔的内环境。按照所要刻蚀介质层的介质材料的介电常数的由高到低，对所述刻蚀工艺进行顺次排序，并依次在同一反应腔内实施刻蚀工艺，可以减少不同地刻蚀工艺进行切换时，清除所述刻蚀设备中的副产物的难度。通过恢复反应腔的内环境，实现了让不同的刻蚀工艺直接在线切换，无需更换反应腔内的部件。本发明的刻蚀工艺的切换方法可以减少不同的刻蚀工艺的切换时间，提高生产效率，并且减少不同刻蚀工艺的切换成本，提高生产效益。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种刻蚀工艺的切换方法，其特征在于，包括：

在同一刻蚀设备中按照所要刻蚀的介质层的介电常数从高到低的顺序，对刻蚀所述介质层所需要的不同的刻蚀工艺进行顺次排序，并按照所述排序顺次进行所述不同的刻蚀工艺，以对所述介质层进行刻蚀，且在顺次进行所述不同的刻蚀工艺时，在上一刻蚀工艺结束后，先清除所述刻蚀设备中的副产物并恢复反应腔的内环境，后进行后一刻蚀工艺。

2.如权利要求1所述的刻蚀工艺的切换方法，其特征在于，所述刻蚀设备包括反应腔及设置于所述反应腔内的静电吸盘，清除所述刻蚀设备中的副产物包括清除所述反应腔的内壁上的副产物和/或清除所述静电吸盘上的副产物。

3.如权利要求2所述的刻蚀工艺的切换方法，其特征在于，清除所述反应腔的内壁上的副产物的步骤包括：

在所述反应腔内放置一遮挡片以遮盖所述静电吸盘；

将所述反应腔加热至第一温度，并维持第一设定时间；

向所述反应腔内通入第一工艺气体，将所述第一工艺气体激发成等离子态以清除所述反应腔内壁上的副产物。

4.如权利要求3所述的刻蚀工艺的切换方法，其特征在于，所述第一温度为140℃～160℃。

5.如权利要求3所述的刻蚀工艺的切换方法，其特征在于，所述第一工艺气体的流量为50sccm～1000sccm。

6.如权利要求3所述的刻蚀工艺的切换方法，其特征在于，所述第一设定时间包括多个时间段，在多个时间段中，所述反应腔内的压强逐渐递减。

7.如权利要求6所述的刻蚀工艺的切换方法，其特征在于，所述第一设定时间包括三个时间段。

8.如权利要求7所述的刻蚀工艺的切换方法，其特征在于，三个时间段分别为2min～4min、3min～5min和2min～4min。

9.如权利要求8所述的刻蚀工艺的切换方法，其特征在于，三个时间段内的压强的分别为280mtorr～400mtorr、180mtorr～300mtorr和80mtorr～200mtorr。

10.如权利要求3至9中的任一所述的刻蚀工艺的切换方法，其特征在于，所述第一工艺气体为C₄F₈或O₂。

11.如权利要求2所述的刻蚀工艺的切换方法，其特征在于，清除所述刻蚀设备中的副产物包括反复执行9次～11次清除所述反应腔的内壁上的副产物的步骤。

12.如权利要求2所述的刻蚀工艺的切换方法，其特征在于，清除所述反应腔的内壁上的副产物之后，清除所述静电吸盘上副产物，包括：

撤出所述静电吸盘上的遮挡片；

将所述反应腔加热至第二温度，并维持第二设定时间；

向所述反应腔内通入第二工艺气体，将所述第二工艺气体激发成等离子态，以清除所述静电吸盘上的副产物。

13.如权利要求12所述的刻蚀工艺的切换方法，其特征在于，向所述反应腔内通入第二工艺气体时，所述反应腔内的压强为80mtorr～200mtorr。

14.如权利要求12所述的刻蚀工艺的切换方法，其特征在于，所述第二工艺气体为C₄F₈。

15.如权利要求12所述的刻蚀工艺的切换方法，其特征在于，所述第二工艺气体的流量为50sccm～1000sccm。

16.如权利要求12所述的刻蚀工艺的切换方法，其特征在于，所述第二温度为40℃～60℃。

17.如权利要求12所述的刻蚀工艺的切换方法，其特征在于，所述第二设定时间为6min～9min。

18.如权利要求2所述的刻蚀工艺的切换方法，其特征在于，清除所述静电吸盘上的副产物包括反复执行4次-6次清除所述静电吸盘上副产物的步骤。

19.如权利要求3或12所述的刻蚀工艺的切换方法，其特征在于，所述遮挡片为裸晶圆。

20.如权利要求1所述的刻蚀工艺的切换方法，其特征在于，恢复所述反应腔内环境的步骤包括：

在所述反应腔内放置一裸晶圆；

使用下一介质层刻蚀所需的工艺参数及刻蚀气体，对所述裸晶圆进行刻蚀，以恢复所述反应腔的内环境。

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