[发明专利]调控等离子体反应腔室环境的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种调控等离子体反应腔室环境的方法。

背景技术

目前，随着消费者对电子产品的尺寸、性能以及功耗等方面的要求越来越高，集成电路中的半导体器件结构变得越来越复杂，特征尺寸也在不断的缩小。通过等离子体刻蚀工艺，在大面积衬底上获得均匀的具有纳米量级特征尺寸的结构变得愈加困难。众所周知，当等离子体工艺完成后，一般会在工艺腔室内壁沉积有残留物质。随着工艺的不断进行，残留物质也会随着时间的增加而不断累积，这样，就会导致在连续加工过程中，不同晶圆之间所处的腔室环境发生变化，等离子体中活性粒子在腔壁处的复合率也会相应发生变化，从而使等离子体中的化学环境发生改变，并最终在工艺结果中表现出来，例如特征尺寸、刻蚀速率、刻蚀均匀性、刻蚀形貌、选择比等，即造成工艺漂移。所以，保持等离子体反应腔室环境清洁，对晶圆间特征尺寸刻蚀加工的一致性和重复性有着非常重要的作用。

传统的保持等离子体反应腔室环境清洁，避免腔壁沉积物质的持续积累方法有两种，一种是采用“自清洗”工艺，即在工艺步骤中原位引入能够去除沉积物的化学成分，在实现工艺过程的同时抑制工艺本身带来的非挥发性产物的沉积率；另一种是在每个晶圆工艺步骤之间插入干法清洗步骤，使得每次工艺开始之前，腔壁的沉积物能够较为完全的被清除，从而使得每次工艺步骤开始时，腔室环境都处于相同的状态。

上述第一种方法的“自清洗”作用十分有限，只能去除特定工艺的沉积产物，而无法适应多步复杂工艺流程；第二种方法使得每次工艺步骤开始时，腔室环境都处于相同的状态，能够有效改善工艺稳定性和平均清洗时间间隔。但是这种干法清洗仍然很难完全清除腔室内所有的沉积物，特别是对于需要在同一腔室内加工多种材料的情况，此时的沉积产物具有多样性。而且在清洗步骤采用含氟的气体等离子体时，会对腔室内壁材料产生较强的腐蚀作用，并且产生AlFx或者YFx等难以挥发的沉积物，该种含氟沉积物的长时间堆积，一方面容易造成该沉积物从腔壁剥离，对工艺结果造成污染和缺陷，另一方面，工艺过程中，氟会从沉积物中释放出来，从而使得对氟敏感度高的工艺发生明显漂移。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术的缺陷和不足，提供一种调控等离子体反应腔室环境的方法，不仅可以为每片晶圆加工提供相同的初始环境，维持较好的工艺稳定性，又能减轻甚至消除在晶圆清洗过程中由于含氟化学物质的引入所导致的腔室内壁和基片台的腐蚀现象。

为实现本发明目的而提供的调控等离子体反应腔室环境的方法，包括以下步骤：

在晶圆进入等离子体反应腔室前，在所述等离子体反应腔室的内壁和位于所述等离子体反应腔室内部的基片台的表面制备富碳材料涂层；

在所述晶圆在所述等离子体反应腔室中完成等离子体加工处理，并离开所述等离子体反应腔室后，向所述等离子体反应腔室中通入第一清洗气体，去除所述等离子体加工处理过程中吸附在所述富碳材料涂层表面的反应产物；

向所述等离子体反应腔室中通入第二清洗气体，去除所述等离子体反应腔室的内壁和所述基片台表面的所述富碳材料涂层，使所述等离子体反应腔室恢复到清洁状态。

其中，所述在等离子体反应腔室的内壁和位于所述等离子体反应腔室内部的基片台的表面制备富碳材料涂层，包括以下步骤：

向所述等离子体反应腔室通入沉积富碳材料涂层的气体，利用等离子体激发沉积方法或气体分子聚合沉积方法，在所述等离子体反应腔室的内壁和所述基片台的表面制备所述富碳材料涂层；

所述沉积富碳材料涂层的气体为含碳含氢类气体中的一种或多种；

所述富碳材料涂层的成分为碳氢聚合物中的一种或多种；

所述富碳材料涂层的厚度为3～100nm。

其中，所述富碳材料涂层的成分为非晶碳和/或聚对二甲苯。

其中，所述富碳材料涂层的成分为石墨。

其中，所述第一清洗气体为含氟气体和/或含氧气体。

其中，所述第二清洗气体为含氧气体、和/或含氮气体、和/或惰性气体。

其中，所述等离子体加工处理为等离子体刻蚀加工、等离子体气相沉积加工或等离子体注入加工。

其中，所述向等离子体反应腔室通入沉积富碳材料涂层的气体，利用等离子体激发沉积方法，在所述等离子体反应腔室的内壁和所述基片台的表面制备所述富碳材料涂层，包括如下步骤：