暖机方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010147538.0 (22)申请日 2020.03.05 (71)申请人 北京北方华创微电子装备有限公司 地址 100176 北京市大兴区北京经济技术 开发区文昌大道8号 (72)发明人 徐龙江张君 (74)专利代理机构 北京思创毕升专利事务所 11218 代理人 孙向民廉莉莉 (51)Int.Cl. H01J 37/32(2006.01) H01L 21/67(2006.01) (54)发明名称 一种暖机方法 (57)摘要 本发明公开了一种暖机方法， 包括： 向刻蚀 。

2、腔室内通入第一刻蚀气体， 对置于所述刻蚀腔室 内的暖机片进行刻蚀； 其中， 所述第一刻蚀气体 能够与所述光胶暖机片发生反应形成含碳副产 物， 并覆盖所述刻蚀腔室内石英窗的表面； 向所 述刻蚀腔室内通入第二刻蚀气体， 对所述暖机片 进行刻蚀， 形成刻蚀副产物并覆盖于所述刻蚀腔 室内壁。 本发明的有益效果在于， 第一刻蚀气体 与含有碳元素的暖机片反应， 生成碳或含碳的固 体化合物， 碳或含碳的固体化合物沉积在刻蚀腔 体的石英盖上， 对石英盖板起到隔离保护作用， 防止第二刻蚀气体与石英盖反生反应， 延长石英 盖的使用寿命。 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 CN 111370283 A 2020。

3、.07.03 CN 111370283 A 1.一种暖机方法， 用于半导体刻蚀工艺， 其特征在于， 所述方法包括： 向刻蚀腔室内通入第一刻蚀气体， 对置于所述刻蚀腔室内的暖机片进行刻蚀； 其中， 所 述第一刻蚀气体能够与所述暖机片发生反应形成含碳副产物， 并覆盖所述刻蚀腔室内石英 窗的表面； 向所述刻蚀腔室内通入第二刻蚀气体， 对所述暖机片进行刻蚀， 形成刻蚀副产物并覆 盖于所述刻蚀腔室内壁。 2.根据权利要求1所述的暖机方法， 其特征在于， 所述第一刻蚀气体为含有氧气和氮气 的混合气体。 3.根据权利要求1所述的暖机方法， 其特征在于， 在通入所述第一刻蚀气体的过程中， 逐渐降低所述刻蚀腔室。

4、的压力以及所述第一刻蚀气体的通入量， 直至在所述刻蚀腔室内壁 和所述石英窗上均形成第一预定厚度的所述含碳副产物。 4.根据权利要求3所述的暖机方法， 其特征在于， 所述第一预定厚度为3-30微米。 5.根据权利要求3所述的暖机方法， 其特征在于， 在通入所述第一刻蚀气体的过程中， 依次采用以下工艺参数： 压力为45-55毫托， 所述第一刻蚀气体通入量为180-220毫升/分钟， 刻蚀时间为5-7分 钟； 压力为25-35毫托， 所述第一刻蚀气体通入量为180-220毫升/分钟， 刻蚀时间为4-6分 钟； 压力为8-12毫托， 所述第一刻蚀气体通入量180-220毫升/分钟， 刻蚀时间为5-7分。

5、钟； 压力为4-6毫托， 所述第一刻蚀气体通入量130-170毫升/分钟， 刻蚀时间为6-8分钟； 压力为2-4毫托， 所述第一刻蚀气体通入量80-120毫升/分钟， 刻蚀时间为7-9分钟。 6.根据权利要求1所述的暖机方法， 其特征在于， 还包括： 向所述刻蚀腔室内通入第二刻蚀气体之前， 提高所述刻蚀腔室的压力。 7.根据权利要求1所述的暖机方法， 其特征在于， 所述第二刻蚀气体为含有三氯化硼或 含有三氟甲烷与三氯化硼的混合气体。 8.根据权利要求1所述的暖机方法， 其特征在于， 在通入所述第二刻蚀气体的过程中， 逐渐降低所述刻蚀腔室的压力以及所述第二刻蚀气体的通入量， 直至在所述刻蚀腔室内。

6、壁 上形成第二预定厚度的刻蚀副产物。 9.根据权利要求8所述的暖机方法， 其特征在于， 所述第二预定厚度大于2微米。 10.根据权利要求8所述的暖机方法， 其特征在于， 在通入所述第二刻蚀气体的过程中， 依次采用以下工艺参数： 压力为45-55毫托， 所述第二刻蚀气体通入量为180-220毫升/分钟， 刻蚀时间为5-7分 钟； 压力为25-35毫托， 所述第二刻蚀气体通入量为180-220毫升/分钟， 刻蚀时间为4-6分 钟； 压力为8-12毫托， 所述第二刻蚀气体通入量180-220毫升/分钟， 刻蚀时间为5-7分钟； 压力为4-6毫托， 所述第二刻蚀气体通入量130-170毫升/分钟， 刻。

7、蚀时间为6-8分钟； 压力为2-4毫托， 所述第二刻蚀气体通入量80-120毫升/分钟， 刻蚀时间为7-9分钟。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111370283 A 2 一种暖机方法 技术领域 0001 本发明涉及半导体工艺领域， 更具体地， 涉及一种暖机方法。 背景技术 0002 ICP(Inductive Coupled Plasma， 电感耦合等离子体)刻蚀工艺是制造诸如LED (Light-Emitting Diode， 发光二极管)等半导体器件的过程中常用的一种干法刻蚀工艺。 在ICP刻蚀工艺中， 在对基片进行刻蚀前一般需要进行暖机(Season)步骤， 暖机步骤是指将 暖机片。

8、(即表面具有一层光刻胶的基片， 暖机片经过了涂胶和烘烤， 但未经过曝光和显影) 置于刻蚀腔室中， 对暖机片进行刻蚀， 使刻蚀反应生成的聚合物覆盖整个刻蚀腔室内壁， 以 使刻蚀腔室达到刻蚀工艺所需的工作状态的步骤。 0003 暖机步骤是ICP刻蚀工艺中一项重要的工艺步骤， 尤其对于从未使用的全新的刻 蚀腔室、 进行周期性维护(PM)后的刻蚀腔室和空闲时间(Idle)过长的刻蚀腔室均需进行暖 机步骤， 以提高刻蚀腔室的稳定性及片间均匀性。 实验表明， 经过暖机的刻蚀腔室比未经暖 机的刻蚀腔室， 刻蚀速率高30左右， 刻蚀选择比(对基片的刻蚀速率与对光刻胶的刻蚀速 率之比)高3050。 这是由于： 。

9、刻蚀腔室表面， 尤其是内衬表面， 在微观尺度下不平， 会 导致等离子体在刻蚀腔室表面发生较多的非弹性碰撞， 损失较多。 经过暖机步骤后， 对暖机 片进行刻蚀生成的聚合物沉积在刻蚀腔室的表面， 弱化了刻蚀腔室表面不平的现象， 使得 等离子体在刻蚀腔室表面发生的非弹性碰撞减少， 弹性散射的比例增大， 等离子体密度增 大， 刻蚀速率提高。 并且， 根据勒沙特列原理， 刻蚀腔室中存在聚合物会使得在对基片进行 刻蚀时， 基片上与聚合物成分相近的光刻胶的刻蚀速率降低， 从而刻蚀选择比提高。 0004 暖机步骤中与暖机片发生反应生成聚合物的气体主要是三氯化硼， 腔室的石英窗 的成分包含二氧化硅， 三氯化硼和。

10、二氧化硅能够发生化学反应， 即在暖机的过程中， 石英窗 会被刻蚀， 进而影响石英窗的使用寿面， 且当石英窗的使用寿命低于约3000RF小时就需更 换石英窗。 尤其当刻蚀蓝宝石衬底时， 通入的气体也为三氯化硼， 石英窗被刻蚀的现象将更 为严重。 0005 因此， 如何在暖机的过程中或在刻蚀衬底的过程中降低石英窗的刻蚀， 延长石英 窗的寿命， 降低成本， 是目前面临的主要问题。 发明内容 0006 本发明的目的是提出一种暖机方法， 解决在暖机过程中或在刻蚀衬底的过程中， 石英窗被刻蚀的问题， 所述方法包括： 0007 向刻蚀腔室内通入第一刻蚀气体， 对置于所述刻蚀腔室内的暖机片进行刻蚀； 其 中，。

11、 所述第一刻蚀气体能够与所述暖机片发生反应形成含碳副产物， 并覆盖所述刻蚀腔室 内石英窗的表面； 0008 向所述刻蚀腔室内通入第二刻蚀气体， 对所述暖机片进行刻蚀， 形成刻蚀副产物 并覆盖于所述刻蚀腔室内壁。 说明书 1/5 页 3 CN 111370283 A 3 0009 作为可选方案， 所述第一刻蚀气体为含有氧气和氮气的混合气体。 0010 作为可选方案， 在通入所述第一刻蚀气体的过程中， 逐渐降低所述刻蚀腔室的压 力以及所述第一刻蚀气体的通入量， 直至在所述刻蚀腔室内壁和所述石英窗上均形成第一 预定厚度的所述含碳副产物。 0011 作为可选方案， 所述第一预定厚度为3-30微米。 0。

12、012 作为可选方案， 在通入所述第一刻蚀气体的过程中， 依次采用以下工艺参数： 0013 压力为45-55毫托， 所述第一刻蚀气体通入量为180-220毫升/分钟， 刻蚀时间为5- 7分钟； 0014 压力为25-35毫托， 所述第一刻蚀气体通入量为180-220毫升/分钟， 刻蚀时间为4- 6分钟； 0015 压力为8-12毫托， 所述第一刻蚀气体通入量180-220毫升/分钟， 刻蚀时间为5-7分 钟； 0016 压力为4-6毫托， 所述第一刻蚀气体通入量130-170毫升/分钟， 刻蚀时间为6-8分 钟； 0017 压力为2-4毫托， 所述第一刻蚀气体通入量80-120毫升/分钟， 刻。

13、蚀时间为7-9分 钟。 0018 作为可选方案， 所述暖机方法还包括： 0019 向所述刻蚀腔室内通入第二刻蚀气体之前， 提高所述刻蚀腔室的压力。 0020 作为可选方案， 所述第二刻蚀气体为含有三氯化硼或含有三氟甲烷与三氯化硼的 混合气体。 0021 作为可选方案， 在通入所述第二刻蚀气体的过程中， 逐渐降低所述刻蚀腔室的压 力以及所述第二刻蚀气体的通入量， 直至在所述刻蚀腔室内壁上形成第二预定厚度的刻蚀 副产物。 0022 作为可选方案， 所述第二预定厚度为大于2微米。 0023 作为可选方案， 在通入所述第二刻蚀气体的过程中， 依次采用以下工艺参数： 0024 压力为45-55毫托， 所。

14、述第二刻蚀气体通入量为180-220毫升/分钟， 刻蚀时间为5- 7分钟； 0025 压力为25-35毫托， 所述第二刻蚀气体通入量为180-220毫升/分钟， 刻蚀时间为4- 6分钟； 0026 压力为8-12毫托， 所述第二刻蚀气体通入量180-220毫升/分钟， 刻蚀时间为5-7分 钟； 0027 压力为4-6毫托， 所述第二刻蚀气体通入量130-170毫升/分钟， 刻蚀时间为6-8分 钟； 0028 压力为2-4毫托， 所述第二刻蚀气体通入量80-120毫升/分钟， 刻蚀时间为7-9分 钟。 0029 本发明的有益效果在于： 向刻蚀腔体内通入第一刻蚀气体， 第一刻蚀气体刻蚀含 有碳元素。

15、的暖机片， 第一刻蚀气体与含有碳元素的暖机片反应， 生成碳或含碳的固体化合 物， 所述碳或含碳的固体化合物沉积在刻蚀腔体的石英盖(成分含有二氧化硅)上， 对石英 盖板起到隔离保护作用， 在后期通入第二刻蚀气体时， 防止第二刻蚀气体与石英盖反生反 说明书 2/5 页 4 CN 111370283 A 4 应， 延长石英盖的使用寿命。 0030 本发明的方法具有其它的特性和优点， 这些特性和优点从并入本文中的附图和随 后的具体实施方式中将是显而易见的， 或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式 中进行详细陈述， 这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。 附图说明 0031 通过结合。

16、附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述， 本发明的上述以及其它 目的、 特征和优势将变得更加明显。 0032 图1示出了根据本发明一实施例的一种暖机方法的步骤流程图。 具体实施方式 0033 下面将更详细地描述本发明。 虽然本发明提供了优选的实施例， 然而应该理解， 可 以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。 相反， 提供这些实施例是为 了使本发明更加透彻和完整， 并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。 0034 本发明一实施例提供了一种暖机方法， 图1示出了根据本发明一实施例的一种暖 机方法的步骤流程图。 请参考图1， 该暖机方法包括： 0035 向刻蚀腔室内。

17、通入第一刻蚀气体， 对置于刻蚀腔室内的暖机片进行刻蚀； 其中， 第 一刻蚀气体能够与暖机片发生反应形成含碳副产物， 并覆盖刻蚀腔室内石英窗的表面； 0036 向刻蚀腔室内通入第二刻蚀气体， 对暖机片进行刻蚀， 形成刻蚀副产物并覆盖于 刻蚀腔室内壁。 0037 具体地， 刻蚀腔室为封闭的腔室， 腔室内部包括石英窗(成分含有二氧化硅)， 当对 刻蚀腔室进行暖机处理时， 需要通入三氯化硼气体， 三氯化硼与二氧化硅发生化学反应， 对 石英窗产生了刻蚀， 反应式为： BCl3+SiO2SiClX+BOCly。 反应生成的物质为本领域技术人 员公知。 本发明中， 在通入三氯化硼气体之前， 先通入第一刻蚀气。

18、体， 第一刻蚀气体可以与 暖机片(即表面具有一层光刻胶的基片， 暖机片经过了涂胶和烘烤， 但未经过曝光和显影) 发生反应， 但不与二氧化硅反生化学反应。 本实施例中暖机片表面的光刻胶含有CHO的聚和 物。 第一刻蚀气体与暖机片发生化学反应， 生成碳单质或者含碳的固体化合物， 所述碳单质 或者含碳的固体化合物以薄膜的形式沉积在刻蚀腔室的内壁、 石英窗、 内衬、 卡盘表面。 沉 积厚度约3-30微米。 关于此层薄膜沉积厚度的具体数值， 可从两个方面考量， 一方面能够达 到保护石英窗的目的， 另一方面此层薄膜的厚度和后续形成的聚合物薄膜的厚度之和能够 达到工艺要求。 如有的工艺要求薄膜总厚度为5微米。

19、以上， 有的工艺要求10微米以上， 本实 施例对此层薄膜的厚度不做具体限定， 以能够达到两方面要求为准。 本实施例中第一刻蚀 气体为氧气和氮气的混合物。 氧气、 氮气与暖机片的化学反应式为： O2+N2+CxHyOzC+COx+ H2O+NxOy。 反应生成的物质为本领域技术人员公知。 再通入三氯化硼气体时， 二氧化硅不直 接与三氯化硼接触， 避免了三氯化硼对石英窗的刻蚀， 延长了石英窗的使用寿命。 0038 形成在石英窗表面的碳单质或者含碳的固体化合物达到预设厚度后， 向刻蚀腔室 内通入第二刻蚀气体， 对光刻胶进行刻蚀， 第二刻蚀气体可以与暖机片发生反应但不与沉 积在石英窗上的碳单质或者碳的。

20、化合物发生化学反应。 第二刻蚀气体通常为三氯化硼与三 氟甲烷的混合物或三氯化硼， 第二刻蚀气体刻蚀暖机片的目的为在刻蚀腔室内部表面形成 说明书 3/5 页 5 CN 111370283 A 5 聚合物沉积层， 弱化刻蚀腔室表面不平的现象， 使得等离子体在刻蚀腔室表面发生的非弹 性碰撞减少， 弹性散射的比例增大， 以提高刻蚀衬底的速率， 提高刻蚀选择比。 0039 在通入第一刻蚀气体的过程中， 可以通过改变刻蚀腔室的压力， 使反应生成的碳 单质或者碳的固体化合物均匀沉积在刻蚀腔室内部表面的不同位置。 因为压力较高时， 分 子平均自由程短， 碳单质或者碳的固体化合物沉积位置位于产生区不远的区域， 。

21、即石英窗 及其下部， 当压力较低时， 分子平均自由程长， 可以达到内衬和腔室的底部， 在压力逐渐变 化的过程中， 刻蚀腔室的内部不同区域都覆盖形成碳单质或者碳的固体化合物。 改变刻蚀 腔室的压力可以采用逐渐降低压力的方式也可以采用逐渐升高压力的方式。 0040 在本实施例中， 采用逐渐降低刻蚀腔室的压力的方式。 最高压力设置为45-55毫 托， 最低压力设置为2-4毫托， 在改变刻蚀腔室压力的同时改变第一刻蚀气体(本实施例中 为氮气和氧气)的通入量， 以及在当前压力下的刻蚀时间， 直至在刻蚀腔室内壁、 石英窗表 面形成预定厚度的碳单质或碳的固体化合物。 具体地， 本实施例中， 刻蚀暖机片的方法。

22、为： 设置上电极射频功率为1000瓦特-1200瓦特； 设置下电极射频功率为250瓦特-350瓦特； 设 置腔室内温度为0摄氏度-20摄氏度； 保持以上参数不变， 依次执行以下步骤： 0041 S01： 压力为45-55毫托， 氮气和氧气通入量为180-220毫升/分钟， 刻蚀时间为5-7 分钟； 0042 优选方案中， 刻蚀腔室压力为50毫托， 氮气和氧气通入量为200毫升/分钟， 刻蚀时 间为6分钟。 0043 S02： 压力至25-35毫托， 氮气和氧气通入量为180-220毫升/分钟， 刻蚀时间为4-6 分钟； 0044 优选方案中， 调整刻蚀腔室压力至30毫托， 氮气和氧气通入量为2。

23、00毫升/分钟， 刻 蚀时间为5分钟。 0045 S03： 压力至8-12毫托， 氮气和氧气通入量180-220毫升/分钟， 刻蚀时间为5-7分 钟； 0046 优选方案中， 调整刻蚀腔室压力至10毫托， 氮气和氧气通入量为200毫升/分钟， 刻 蚀时间为6分钟。 0047 S04： 压力至4-6毫托， 氮气和氧气通入量130-170毫升/分钟， 刻蚀时间为6-8分钟； 0048 优选方案中， 调整刻蚀腔室压力至5毫托， 氮气和氧气通入量150毫升/分钟， 刻蚀 时间为7分钟。 0049 S05： 压力至2-4毫托， 氮气和氧气通入量80-120毫升/分钟， 刻蚀时间为7-9分钟。 0050 。

24、优选方案中， 调整刻蚀腔室压力至3毫托， 氮气和氧气通入量100毫升/分钟， 刻蚀 时间为8分钟。 0051 在刻蚀腔室内部形成设定厚度的碳单质或碳的固体化合物后， 通入第二刻蚀气 体， 对暖机片进行刻蚀， 在通入第二刻蚀气体的过程中， 可以通过改变刻蚀腔室的压力， 以 在刻蚀腔室的内部不同区域形成聚合物沉积。 聚合物沉积的厚度大于2微米。 关于聚合物沉 积厚度， 可参照前文的描述， 此处聚合物沉积的厚度为工艺要求的薄膜沉积总厚度减去已 形成的碳单质或者含碳的固体化合物薄膜的厚度。 本实施例中， 通入第二刻蚀气体之前刻 蚀腔室的压力较低(2-4毫托)， 在通入第二刻蚀气体之前将腔室压力提高至4。

25、5-55毫托， 再 通过逐渐降低刻蚀腔室压力的方式， 使刻蚀腔室内部的不同区域均覆盖聚合物层。 本实施 说明书 4/5 页 6 CN 111370283 A 6 例中， 在通入所述第二刻蚀气体的过程中， 依次采用以下工艺参数： 0052 S01： 压力为45-55毫托， 三氟甲烷与三氯化硼通入量为180-220毫升/分钟， 刻蚀时 间为5-7分钟； 0053 优选方案中， 刻蚀腔室压力为50毫托， 三氟甲烷与三氯化硼通入量为200毫升/分 钟， 刻蚀时间为6分钟。 0054 S02： 压力为25-35毫托， 三氟甲烷与三氯化硼通入量为180-220毫升/分钟， 刻蚀时 间为4-6分钟； 005。

26、5 优选方案中， 调整刻蚀腔室压力至30毫托， 三氟甲烷与三氯化硼通入量为200毫 升/分钟， 刻蚀时间为5分钟。 0056 S03： 压力为8-12毫托， 三氟甲烷与三氯化硼通入量180-220毫升/分钟， 刻蚀时间 为5-7分钟； 0057 优选方案中， 调整刻蚀腔室压力至10毫托， 三氟甲烷与三氯化硼通入量为200毫 升/分钟， 刻蚀时间为6分钟。 0058 S04： 压力为4-6毫托， 三氟甲烷与三氯化硼通入量130-170毫升/分钟， 刻蚀时间为 6-8分钟； 0059 优选方案中， 调整刻蚀腔室压力至5毫托， 三氟甲烷与三氯化硼通入量150毫升/分 钟， 刻蚀时间为7分钟。 006。

27、0 S05： 压力为2-4毫托， 三氟甲烷与三氯化硼通入量80-120毫升/分钟， 刻蚀时间为 7-9分钟。 0061 优选方案中， 调整刻蚀腔室压力至3毫托， 三氟甲烷与三氯化硼通入量100毫升/分 钟， 刻蚀时间为8分钟。 0062 在另一个实施例中， 采用逐渐升高刻蚀腔室压力的方式， 当第一刻蚀气体刻蚀暖 机片时采用逐渐降低刻蚀腔室压力的方式时， 最后的压力为2-4毫托， 在通入第二刻蚀气体 时， 可以在压力为2-4毫托的基础上逐渐升高压力。 0063 暖机步骤完成后， 就可以对衬底进行刻蚀， 本发明尤其适用于刻蚀蓝宝石衬底的 情形， 因为刻蚀蓝宝石衬底采用的刻蚀气体也为三氯化硼， 有效避免了三氯化硼对石英窗 的刻蚀。 0064 以上已经描述了本发明的各实施例， 上述说明是示例性的， 并非穷尽性的， 并且也 不限于所披露的各实施例。 在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下， 对于本技 术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。 说明书 5/5 页 7 CN 111370283 A 7 图1 说明书附图 1/1 页 8 CN 111370283 A 8 。