[发明专利]一种半导体设备的清洗系统及清洗方法

说明书

本发明公开了一种半导体设备的清洗系统及清洗方法，清洗系统包括反应腔室、远程等离子体源、原位等离子体源、第一清洗通道和第二清洗通道，可通过第一清洗通道对反应腔室内的反应区域通入激发态清洗气体进行清洗，以及通过第二清洗通道对反应腔室内的非反应区域通入激发态清洗气体进行清洗。本发明通过把远程等离子体清洗方法和原位等离子体清洗方法相结合，采用先用大功率的远程等离子体清洗反应腔室，再用小功率的原位等离子体清洗腔室的方法；或者采用同时使用高气压的远程等离子体和低气压的原位等离子体对腔室进行清洗的方法，可精确控制清洗时间，减少清洗气体的使用量，降低生产成本，并可延长人工PM周期，节约维护成本。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，更具体地，涉及一种半导体设备的清洗系统及清洗方法。

背景技术

在半导体行业中，随着电子器件的几何尺寸不断减小以及器件的密集度不断提高，特征尺寸和高宽比变得越来越有挑战性。原子层沉积(Atomic layer deposition，ALD)就是为了应对这种挑战而提出的一种新的薄膜沉积方法。原子层沉积以其独特的自限制性生长模式，使其具有薄膜生长厚度精确可控、优异的保形性、成分可控等优点，越来越受到全世界科技工作者的关注。

在原子层沉积和等离子体增强原子层沉积(PEALD)的生产工艺中，都需要定期清洗反应腔室的内表面、气体分配板、等离子体约束环，基座表面等，避免因此产生的污染影响薄膜的性能。现有的清洗工艺主要有喷砂、化学清洗、原位等离子体(in situ plasma)清洗、远程等离子体(remote plasma source，RPS)清洗等。

由于喷砂、化学清洗等工艺都需要进行开腔处理，不仅清洗时间需要占用大量的设备时间，也易引起腔室内部部件的损坏，因此现在的反应腔清洗方面，主要采用原位等离子体清洗或者远程等离子体清洗方式。

使用原位等离子体进行清洗时，需要单独配置一台大功率电源，并且原位等离子体对清洗气体(如：NF₃)的解离能力仅约为远程等离子体解离能力的三分之一，最终导致清洗时间过长，直接影响产能。

使用远程等离子体清洗时，电源功率高，对清洗气体的解离率接近100％，清洗效率高，并且对腔体内部工件的损伤小。

一种典型的容性耦合PEALD反应腔室100的具体结构可如图1所示：远程等离子体源(RPS)110通过主管道121直接与气体分配板(showerhead)111连接。射频馈入115将射频直接加载在气体分配板111上；气体分配板111既是上电极结构，同时还具有对工艺气体匀流的作用。清洗气体、清扫气体通过清洗气体和清扫气体管道112通入主管道121。气体分配板111周围通过绝缘环125与腔室上盖119相连。气体分配板上方通过覆盖在腔室上盖上的绝缘板117与外界隔离。基座114位于气体分配板下方的反应腔室内；基座114可通过转轴122连接驱动电机。在基座周围设有约束环116，约束环用于将RPS产生的等离子体束缚在反应区域127内。反应区域是指约束环116以内、气体分配板11和基座114之间的空间区域；而约束环116和腔室内壁120之间的空间区域则为非反应区域128。在腔室底部还设有工艺排气系统113。

请参与图2，图2为对上述容性耦合PEALD反应腔室采用远程等离子体源进行常规清洗时的工艺流程图。如图2所示，常规清洗时的工艺流程通常包括：采用惰性气体吹扫远程等离子体源RPS、清扫管道和反应腔室；启动远程等离子体源，使通过远程等离子体源激发清洗气体后形成的激发态活性清洗气体经过由主管道、气体分配板组成的吹扫管道进入反应腔室进行清洗；之后，再次利用惰性气体吹扫远程等离子体源RPS、清扫管道和反应腔室；当判断未清洗干净时，可重复执行上述清洗过程，直至清洗干净，则结束清洗。