CN101591776A - 操作化学气相沉积室的方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种操作化学气相沉积室的方法。首先，提供数字式液流控制器，用来控制前驱物流体导入化学气相沉积室中。其次，对化学气相沉积室进行预清洁步骤。之后，对数字式液流控制器进行稳定化步骤，使得前驱物流体得以实质上稳定地导入化学气相沉积室中。接着，使用化学气相沉积室进行化学气相沉积步骤。

Description

操作化学气相沉积室的方法

技术领域

本发明是关于一种操作化学气相沉积室的方法。特定言之，本发明是关于一种可使得前驱物流体得以实质上稳定地导入化学气相沉积室的操作方法。

背景技术

化学气相沉积(chemical vapor deposition)方法在半导体工艺中扮演一个重要的角色。化学气相沉积可以达成各种特定材料在晶片上建立与成长一层固态薄膜，例如多晶硅层、层间介电层(ILD)、金属层间介电层(IMD)、浅沟槽隔离(STI)、与保护层(passivation)等，其薄膜厚度范围从低于0.5微米到数微米不等，再配合适当的黄光、蚀刻等工艺，便可使得所要的元件或是材料层能够顺利建立在晶片上。

一般的化学气相沉积系统通常包含数个部分，例如沉积室、晶片转移装置、晶片承载装置与前驱物导入口。基材，例如晶片，经由晶片转移装置进入与安置于沉积室中的晶片承载装置上。前驱物流体则经由前驱物导入口进入化学气相沉积室中，然后再将包含有被沉积材料的原子的气体经由化学反应而得的材料均匀的沉积在基材上。

其中，影响化学气相沉积工艺品质的因素非常多。例如沉积室内的压力、基材的温度、气体的流动速率、气体通过晶片的路程、气体的化学成份、不同种气体的流量比、反应中的中间过渡产物起的作用、是否需要外部能量来加速或诱发想得到的反应等，以及沉积室外部的能量来源诸如等离子体能量、离子能(ion energy)和基材上的射频偏压(RF bias)等都会影响沉积工艺的品质。而沉积薄膜中的变数，例如在整个基材内厚度的均匀性和在图形上的覆盖特性(step coverage)，薄膜的化学配比(化学成份和分布状态)，结晶方向和缺陷密度等也必须加以考虑。再者，薄膜的沉积速率也是一个重要的因素，因为其决定沉积室的产能(throughput)，高的沉积速率常常要和薄膜品质的好坏做妥协(compromise)。

此外，前驱物在经由化学反应所生成的材料不仅会均匀的沉积在基材上，这些材料与副产物同时也会累积在化学气相沉积室的内壁上造成污染。此等累积在化学气相沉积室内壁的材料与副产物，一方面造成化学气相沉积薄膜诸如微粒(particle)与剥落等的污染来源，另一方面亦会影响化学气相沉积室的热传性质。因此对沉积室进行原位等离子体清洗(in-situ plasma clean)的次数和彻底程度也是很重要的。为了解决此等问题，传统技术于是会在预定的射频功率使用小时(RF power hour)、预定的芯片处理数目或固定时间后，对化学气相沉积室进行一预清洁步骤，清除多余的材料层。

例如美国专利申请案2005/0221020提出一种操作等离子体强化化学气相沉积系统的方法(plasma enhanced chemical vapor deposition(PECVD)system)。此方法包含执行一沉积室调节(seasoning)步骤，其包含一沉积室清洁步骤，一沉积室预涂布(pre-coating)步骤中的一个或两个。而在沉积步骤之后，可以再进行一处理后沉积室清洁步骤(post-process chambercleaning process)。

由于进行过沉积室清洁步骤，当系统再次对晶片进行沉积步骤时，前驱物流体当然会再次经由前驱物导入口进入化学气相沉积室中。然而，发明人观察到此等重新进入化学气相沉积室中前驱物流体会有流量不稳的状况，特别是刚刚重新进入化学气相沉积室中的时候。如果此时在基材上沉积的是一层厚度较薄的材料层时，材料层的厚度就会因为前驱物流体不稳定的流量而产生明显的变化，进而造成产品品质上严重的缺陷。

当前的一种解决方法是，在进行过沉积室清洁步骤后，先用测试片(dummy wafers)测试材料层的沉积厚度，由此推知前驱物流体流量的稳定程度，或是以多片的测试片直接进行化学气相沉积，以使前驱物流体不稳定的流量在经历此多次虚耗的化学气相沉积工艺后渐趋稳定，符合产品品质上的要求。但是要将测试片经由晶片转移装置送入与送出化学气相沉积室、抽真空与破真空、进行材料层的沉积与量测材料层的沉积厚度是一件复杂又浪费时间的工作，并且大大影响化学气相沉积步骤的效率。

于是急需一种操作化学气相沉积室的新颖方法，能够在进行过沉积室清洁步骤后，尽快的让前驱物流体的流量稳定下来，以提升化学气相沉积步骤的效率。

发明内容

本发明揭示一种操作化学气相沉积室的新颖方法。其优点在于，在进行过化学气相沉积室清洁步骤后，能够用简单的方式尽快的让前驱物流体的流量稳定下来，以提升化学气相沉积步骤的效率。

本发明操作化学气相沉积室的方法。首先，提供化学气相沉积室、前驱物导入座以及数字式液流控制器(digital liquid flow controller)。前驱物导入座与化学气相沉积室连接，而数字式液流控制器则与前驱物导入座连接，用来控制前驱物流体经由前驱物导入座导入化学气相沉积室中。其次，对化学气相沉积室进行预清洁步骤。之后，对数字式液流控制器进行一稳定化步骤，使得前驱物流体得以实质上稳定地导入化学气相沉积室中，此稳定化步骤包含：持续开启数字式液流控制器一预定的时间并关闭数字式液流控制器，此包含了持续开启与关闭的循环会进行至少一次。接着，使用化学气相沉积室对至少一基材进行化学气相沉积步骤。

附图说明

第1图示出本发明操作化学气相沉积室方法的一优选实施例。

100 化学气相沉积系统    110 化学气相沉积室

120 前驱物导入座        130 前驱物流体

140 数字式液流控制器    150 前驱物流体供应器

160 管线

具体实施方式

本发明提供一种操作化学气相沉积室的新颖方法。其优点在于，在进行过化学气相沉积室清洁步骤后，随即对数字式液流控制器进行一稳定化步骤，使得前驱物流体得以实质上稳定地导入化学气相沉积室中。之后使用化学气相沉积室进行沉积所得的材料层，就会因为前驱物流体稳定的流量而产生均匀的厚度。本发明方法简单又快速，可以大大提升化学气相沉积步骤的效率。

第1图例示本发明操作化学气相沉积室方法的一优选实施例。首先，提供一化学气相沉积系统100。化学气相沉积系统100包含化学气相沉积室110、前驱物导入座120、前驱物流体130、数字式液流控制器140以及前驱物流体供应器150。而前驱物流体供应器150、数字式液流控制器140、前驱物导入座120与化学气相沉积室110彼此之间经由管线160相连接。

来自前驱物流体供应器150的前驱物流体130，经由管线160与前驱物导入座120导入化学气相沉积室110。而与前驱物导入座120连接的数字式液流控制器140，则用来控制前驱物流体130导入化学气相沉积室110的流量。化学气相沉积室110可以用来进行一化学气相沉积步骤，例如，等离子体强化化学气相沉积步骤。

化学气相沉积室进行沉积所使用的前驱物流体1 30通常包含一有机前驱物流体，举例而言，低介电常数前驱物流体，例如四乙氧基硅烷(tetraethoxysilane，TEOS)。一般而言，前驱物流体130通过数字式液流控制器140之前为液体，而前驱物流体130在通过数字式液流控制器140之后，则经由一阀件(图未显示)而被转变为气体。

一般而言，在完成批次量产、设备维修或异常处理等程序之后，随即便要重新进行化学气相沉积以在基材上沉积一层所需的材料薄膜，但在使用化学气相沉积室进行化学气相沉积步骤之前，通常还要对化学气相沉积室110进行一预清洁步骤，以清洁化学气相沉积室。此等预清洁步骤，可以为原位(in-situ)预清洁步骤或是异位(ex-situ)预清洁步骤；原位预清洁通常是使用预清洁剂在能量的辅助下产生等离子体而进行的，其中等离子体可于化学气相沉积室中产生或于远端等离子体源处产生再送至化学气相沉积室中，而异位预清洁通常是手动开启沉积室并拆卸零组件而加以清洁的。

预清洁剂通常为一反应性气体，例如含氟气体，像是NF₃、CF₄、C₂F₆、C₃F₈、C₄F₈、SF₆、CHF₃、F₂、COF₂或其组合，含氧气体，像是O₂、O₃、CO、NO、N₂O、CO₂或其组合，或是惰性气体，像是氦、氮，氩或其组合。能量通常是使用单一或多种能量源，例如热能或射频功率(RF power)、等离子体等。通常是在无前驱物流体130导入下，进行预清洁步骤。若使用反应性气体结合等离子体来进行预清洁步骤时，化学气相沉积室110应该要抽真空。

之后，在化学气相沉积室110开始进行化学气相沉积步骤之前，因为要重新启动数字式液流控制器140，因此本发明还会对数字式液流控制器140进行一稳定化步骤，以确定前驱物流体130可以实质上稳定地导入化学气相沉积室中110。

值得注意的是，由于重新进入化学气相沉积室中前驱物流体，开始的时候常常会有流量不稳的状况，为了流经使数字式液流控制器的前驱物流体能稳定的进入化学气相沉积室中，以确保经由化学气相沉积室所形成的材料层具有均匀的厚度，因此本发明会对数字式液流控制器进行一稳定化步骤。此等稳定化步骤，优选者，可以持续开启数字式液流控制器一预定的时间并关闭且进行此持续开启与关闭所构成的循环至少一次。

持续开启数字式液流控制器的预定时间视情况而定。在本实施例中，此等持续开启数字式液流控制器的预定时间可以是1-10秒，优选者，此等持续开启数字式液流控制器的预定时间可以是5-6秒。或者，可不计时间而连续开启并关闭数字式液流控制器数次，例如一次、七次或十次，而开启与关闭所构成的循环所耗费的时间则取决于设备本身的开启与关闭速度。如此一来，就可以消除流经数字式液流控制器中前驱物流体的前段不稳定的状态，以确保经由化学气相沉积室所形成的材料层具有均匀的厚度。

另一方面，视情况需要，在进行上述稳定化步骤前，本发明方法还可以包含，先对化学气相沉积室110进行一预沉积步骤。在进行预沉积步骤时，在化学气相沉积室中可以有基材，也可以没有基材。此时的基材可以是测试片。

在完成稳定化步骤后，前驱物流体就可以稳定的通过数字式液流控制器。接着，将基材置入化学气相沉积室110便可以进行化学气相沉积室的首要任务，亦即，使用化学气相沉积室对基材进行化学气相沉积步骤。可以使用化学气相沉积室对至少一基材进行化学气相沉积步骤，直到需要再次进行预清洁步骤。

换言之，在使用化学气相沉积室对一定数量的基材进行化学气相沉积步骤后，可以再次重复进行前述的预清洁步骤，以再次清洁化学气相沉积室。清洁的方式可以如前所述。而在预清洁步骤之后，还可以视情况需要依序进行前述的预沉积步骤、稳定化步骤、与继续化学气相沉积步骤。

本发明所提供的操作化学气相沉积室的新颖方法，在每次进行过化学气相沉积室清洁步骤后，对基材进行化学气相沉积步骤之前会对数字式液流控制器进行一稳定化步骤。此等稳定化步骤，可以使得前驱物流体得以实质上稳定地导入化学气相沉积室中，于是消除已知方法中所遭遇的流经数字式液流控制器中前驱物流体的前段不稳定的状态，以确保经由化学气相沉积室所形成的材料层具有均匀的厚度，提高工艺成品率。本发明方法简单又快速，可以大大提升化学气相沉积步骤的效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (13)

1.一种操作化学气相沉积室的方法，包含：

提供一化学气相沉积室、与该化学气相沉积室连接的一前驱物导入座，以及一数字式液流控制器，该数字式液流控制器系与该前驱物导入座连接以控制经由该前驱物导入座导入该化学气相沉积室中的一前驱物流体；

对该化学气相沉积室进行一预清洁步骤；

对该数字式液流控制器进行一稳定化步骤，使得该前驱物流体得以实质上稳定地导入该化学气相沉积室中，其中该稳定化步骤包含开启该数字式液流控制器并关闭该数字式液流控制器至少一次；

将一基材置入该化学气相沉积室中；以及

使用该化学气相沉积室对该基材进行一化学气相沉积步骤。

2.如权利要求1的操作化学气相沉积室的方法，其中该前驱物流体包含一低介电常数前驱物流体。

3.如权利要求1的操作化学气相沉积室的方法，其中该前驱物流体包含一四乙氧基硅烷前驱物流体。

4.如权利要求1的操作化学气相沉积室的方法，其中该预清洁步骤为一原位预清洁步骤。

5.如权利要求1的操作化学气相沉积室的方法，其中该预清洁步骤为一异位预清洁步骤。

6.如权利要求1的操作化学气相沉积室的方法，其中该预清洁步骤使用一等离子体。

7.如权利要求1的操作化学气相沉积室的方法，其中该预清洁步骤使用一反应性气体。

8.如权利要求1的操作化学气相沉积室的方法，其中该预清洁步骤包含抽真空。

9.如权利要求1的操作化学气相沉积室的方法，在该稳定化步骤前还包含：

对该化学气相沉积室进行一预沉积步骤。

10.如权利要求1的操作化学气相沉积室的方法，其中该稳定化步骤包含：持续开启该数字式液流控制器1-10秒并关闭该数字式液流控制器，且施行由该持续开启与关闭所构成的循环至少一次。

11.如权利要求1的操作化学气相沉积室的方法，其中该稳定化步骤包含：持续开启该数字式液流控制器5-6秒并关闭该数字式液流控制器，且施行由该持续开启与关闭所构成的循环至少一次。

12.如权利要求1的操作化学气相沉积室的方法，其中该稳定化步骤包含施行由连续开启与关闭该数字式液流控制器所构成的循环七次。

13.如权利要求1的操作化学气相沉积室的方法，其中该化学气相沉积步骤是一等离子体强化化学气相沉积步骤。

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