[发明专利]高密度等离子体化学气相沉积设备腔体刻蚀清洗方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路领域，特别是涉及一种提高高密度等离子体化学气相沉积（HDPCVD，High Density Plasma Chemical  Vapor  Deposition）设备腔体刻蚀清洗效率的方法。

背景技术

采用高密度等离子体化学气相沉积方法制作的二氧化硅或掺杂的二氧化硅，由于其良好的薄膜特性，沟槽的填充能力以及和后续工艺的集成性，在技术节点小于0.25微米以下得到了广泛的应用。根据HDPCVD薄膜的应用不同，又分为浅沟槽隔离（Shallow Trench Isolation），金属层间隔离（Inter metal Dielectric）和钝化层（Passivation）薄膜。典型的沉积膜厚为3K?～10K?。同时，为了保证硅片片内和面内薄膜性能的均一性，在薄膜总体沉积厚度到达一定范围时，必须对腔体进行刻蚀清洗。目前的腔体清洗技术主要是用三氟化氮（NF₃）经过解离后的氟离子和二氧化硅反应，生成四氟化硅，并通过腔体的排气系统加以清除来实现。反应方程式为：SiO₂+F^-=SiF₄+副产物。

典型的HDPCVD设备腔体中是没有加热源的，腔体温度上升主要是由于在沉积薄膜时的离子轰击造成的。根据薄膜应用的不同，腔体温度范围为360℃到600℃之间。但是，在腔体进行清洗时，由于没有离子的轰击，腔体的温度会急剧下降，如图1所示（图1中点划线左侧的区域为质量传输控制区域，点划线右侧的区域为表面反应控制区域）。由于温度的下降，清洗反应速率也发生了变化。在高温下，由于反应温度比较高，清洗反应的速率主要是由反应气体的传输量来决定；而当温度降低到一定程度时，清洗反应的速率主要是由反应发生区域的温度决定。换言之，在高温时，反应气体的量越大，反应速率越快；而在低温时，由于表面温度较低，反应气体量的增大对反应速率的提高就没有很大的改善，反而会由于过量气体的流入造成不必要的浪费。

为了对HDPCVD设备腔体进行彻底的刻蚀清洗，通常的做法是保持刻蚀的清洗条件不变，增加刻蚀时间。但是，当腔体温度降低到一定程度时，清洗反应的机理会发生变化，降低了清洗的效率。这时，反应时间的增加不但不能提高清洗的效率，反而造成了反应气体的浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高密度等离子体化学气相沉积设备腔体刻蚀清洗的方法，既能提高清洗的效率，又能节约成本。

为解决上述技术问题，本发明的高密度等离子体化学气相沉积设备腔体刻蚀清洗的方法，包括如下步骤：先对设备腔体加热到设定时间；然后分两步对设备腔体进行两次刻蚀清洗。

传统的刻蚀清洗方法没有加热的步骤，只有腔体设备的刻蚀清洗这一步工艺步骤。采用本发明的方法，在对腔体设备加热到设定的时间后，将刻蚀清洗分为两步进行，能够缩短刻蚀清洗所需的时间，提高刻蚀清洗的效率；另外，刻蚀清洗所需的气体三氟化氮的使用量大幅减少，降低了成本。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是腔体温度与清洗时间的关系示意图；

图2是硅片温度与加热时间的关系示意图；

图3是腔体刻蚀清洗速率与加热时间的关系示意图；

图4是两种不同刻蚀清洗方式所用时间对比图；

图5是两种不同刻蚀清洗方式所用气体对比图。

具体实施方式

参见图2所示，设备腔体的温度（设备腔体温度是由硅片的测试温度来反应的）随着加热时间的增加逐渐上升，在加热时间为60秒时，稳定在480℃左右。

再参见图3所示，设备腔体的清洗速率随着腔体加热时间的增加而上升，在加热到60秒时稳定在1.2微米/每分钟左右。另外，由图2可以发现，在设备腔体加热到40秒时，设备腔体的清洗速率基本可以满足要求。

根据上述分析所得到的结果，一种优化的实施方案是将设备腔体的清洗方式从传统的“对设备腔体进行刻蚀清洗”变更为“先对设备腔体加热到设定的时间，然后分两步对设备腔体进行两次刻蚀清洗”。