[发明专利]等离子体反应器及清除等离子体反应腔室颗粒污染的方法

说明书

本发明公开了一种等离子体反应器及清除等离子体反应腔室颗粒污染的方法。该等离子体反应器包括喷头电极，围绕喷头电极设置有吸附负电颗粒的装置。该方法包括以下步骤：通过围绕等离子体反应腔室内的喷头电极设置的吸附负电颗粒的装置来吸附负电颗粒。本发明的发明人发现，等离子体反应腔室内造成污染的颗粒绝大数是带负电的颗粒，因此，应用本发明的技术方案，围绕喷头电极设置吸附负电颗粒的装置，就可以有效的将造成污染的颗粒吸附清除。

技术领域

本发明涉及半导体制备技术领域，具体而言，涉及一种等离子体反应器及清除等离子体反应腔室颗粒污染的方法。

背景技术

随着对超大规模集成电路的集成度和性能的需求逐渐增加，器件的特征尺寸为适应更高集成度和更高性能的要求不断缩小，尘埃颗粒在等离子体反应器中的存在可能导致晶片的污染，从而严重地降低所得到的产品的质量。在半导体集成电路制造过程中，表面颗粒污染是良率损失的重要因素之一，这就使控制微电子制造过程中的表面污染变得越来越关键。在造成污染的颗粒中，等离子体产生的颗粒是最主要的污染源。

高密度等离子体化学气相沉积(HDP CVD)以其卓越的填孔能力、稳定的沉积质量、可靠的电学特性等诸多优点被广泛采用，其最大的特点在于在同一个反应腔室中同步地进行沉积和刻蚀工艺。HDP CVD技术通常用于浅沟槽隔离(STI)制作技术当中，用于在沟槽中进行反复填充-刻蚀的过程。

硅片的等离子体刻蚀原理是：在低压下，工艺气体在射频功率的激发下，产生电离并形成等离子体，等离子体是由带电的电子和离子组成，刻蚀腔中的工艺气体在电子的撞击下，除了转变成离子外，还能吸收能量并形成大量的活性基团；活性反应基团和被刻蚀硅片表面形成化学反应并形成反应生成物；反应生成物脱离被刻蚀表面，并被真空系统抽出反应腔室。

而在等离子体刻蚀工艺中，刻蚀过程会产生非挥发性副产物沉积于反应腔室内壁表面。随着刻蚀工艺进行，反应腔室内壁沉积物不断堆积，使得工艺过程中的反应腔室环境不断变化，这种变化影响到刻蚀速率及其均匀性等工艺参数，造成刻蚀工艺参数的漂移。另外，沉积物附着在腔室表面后会产生开裂的现象，从而会在反应腔室内产生大量的颗粒使得半导体晶片的良品率显著降低。

由于沉积物开裂会在反应腔室内产生大量的杂质颗粒，而对于刻蚀设备来说，颗粒的多少是衡量机台性能的指标之一，因此如何改善刻蚀过程中的颗粒状况是提高刻蚀工艺的一个重要方面。影响刻蚀过程中颗粒状况的因素很多，除了上述的等离子体放电过程之外，还有诸如晶片从平台传输到腔室的过程中的机械振动和摩擦、反应聚合物的剥落以及等离子体的瞬间关闭而产生的颗粒等。所产生的颗粒带来的刻蚀污染是造成刻蚀工艺产率下降的重要因素之一。颗粒通常粘附在晶片的表面，造成工艺缺陷，直接影响下一道工艺的进行。例如，颗粒会使多晶硅层互相搭连，造成短路。

在刻蚀工艺中，一般每个刻蚀步骤之间等离子体都会关闭，会在很短的时间内依次关闭下电极电源、上电极电源以及各种工艺气体等。而瞬间关掉等离子体会使得带电的颗粒仍然维持原来的方向，从而大量的颗粒会落在晶片的表面，对工艺会产生很大的危害。

目前，传统的解决颗粒状况的方法有以下几种。一种是等离子体工艺后的清除，优化泵的条件，其中包括气体流量、压力、射频、吹扫和泵时间微调等，但仍不能消除所有等离子体工艺中产生的颗粒。

另一种方法是在刻蚀工艺前对反应腔室进行清洗。例如干法清洗，即在反应腔室中没有晶片的情况下，通入清洗用反应气体，在不开启下电极的同时开始上电极形成等离子体，这种等同腔室表面的沉积物发生各向同性刻蚀，生成易挥发性物质，通过真空系统抽出腔室，从而达到去除腔室表面沉积物的作用。但现有技术中的清洗方法，清洗完反应腔室后，腔室内仍存在一定数量的颗粒，不能对反应腔室中的颗粒进行彻底清除。