TW200822188A - Film formation apparatus and method for using the same - Google Patents

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Kazuhide Hasebe
Kazuya Yamamoto
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Description

200822188 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種成膜裝置， 如，-半導體晶圓)上形成—膜之;用導 於-種使用該裝置之方法。本文所=體二：且亦係關 人尸/Γ用術# ” +導體製程， 括各類製程，實施該等製程可製 手泠體I置或可藉由 以下方式在-目標基板上製造一具有擬連結至一半導體裝 f ϋ 置之佈線層、電極及類似物之結構：在該目標基板上，例 如’在用於一 FPD (平板顯示器，例如，一 LCD (液晶顯示 益)之半導體晶圓或玻璃基板上，按照預定圖案形成半導 體層、絕緣層及導電層。 【先前技術】 在製造半導體裝置之過程中，會實施一用於在一目標基 板（例如，一半導體晶圓，簡單地，下文亦可稱之為”晶圓，，) 之表面上形成一氮化矽膜之製程。氮化矽膜廣泛地使用， 此乃因其與氧化矽膜相比具有更佳之絕緣性質，且其可充 分地用作蝕刻停止膜或中間位階絕緣膜。舉例而言，可以 CVD (化學氣相沈積）使用矽烷族氣體（例如，二氯矽烷 (sm/l2: DCS))與氨氣（NH3)之間的反應來形成一氮化矽 膜0 於一加熱處理裝置中，隨著重複實施一形成氮化矽膜之 製程’副產物膜會沈積及逐漸累積在該處理容器（反應室） 及晶圓支架上。在該累積膜之厚度到達一預定厚度之後， 如此形成之副產物會在隨後加熱處理中加熱該處理容器之 120979.doc 200822188 内ρ才π刀地剝離及產生顆粒。該等顆粒可能會掉在半導 體晶圓上，且會降低所製造半導 該等副產物膜可能會發出在晶圓上導致反::由=圓 上沈積非合意組分之氣體。 、 6,573，178 B1揭示一種應對上述問題之技術。根據該 • ㈣’當—成膜製程之累積膜厚度到達-默厚度時，會 f自處理容H卸載經處理晶gjw之後*在將隨後未經處理 f ® w載入至處理谷器中之前實施-清除處理。舉例而 "右一成膜製程之目標膜厚度大於該預定厚度，則每次 成膜製程之後皆需進行清除處理。根據該清除製程，當將 一不活潑氣體（例如，氮氣）供應至該處理容器中時，該處 '、器之内σ卩會自成膜温度冷卻下來。此意在主動地對處 理谷器内之副產物膜施加熱應力以使該等膜破裂，且由此 使其主動地剝離及移除該等膜之表面部分。該清除處理所 移除之膜部分係沈積於處理容器内且處於容易變成顆粒之 t, 狀態之膜的表面部分。然而，若該等部分經移除，則在該 清除處理隨後實施之成膜製程中，氣體及/或顆粒的產生 會得到抑制。 ' 在最近幾年中，由於對於半導體積體環路小型化及整合 • 之要求提高，需要減輕製造步驟中半導體之受熱歷程，由 此改善該等裝置之特性。對於垂直處理裝置，還需要根據 上述要求改善半導體處理方法。 US 7,094,708 B2揭示一種用於實施一分子層沈積方法之 垂直處理裝置之結構，其使用電漿作為輔助以進一步減小 120979.doc 200822188 製程溫度。根據該裝置，舉例而言，若分別 啊及皿3用㈣院族氣體及氮化氣體以形成一氮化： 膜（SlN)，則可如下地實施該㈣。具，以以 間歇（有清除週期介於其間）之古攸η 間）之方式將DCS及ΝΗ3氣體供應 至一處理容器中。當供應^1時， τ 她加一 RF (無線電頻率）
Ο 以產生電漿以促進氮化反應。更具體而言，當將Dcs供應 至處理容器中時’ 一個或一個以上分子厚度之Dcs層吸附 至該晶圓表面。在該清除週期期Μ，移除該多餘之DCS。 然後，供應NH3並產生電漿，由此實施低溫氮化以形成一 氮化石夕膜。重複該等依序步驟以完成一具有預定厚度之膜。 【發明内容】 本發明之一目的，係提供一種用於一半導體製程之成膜 裝置及一種用於使用該成膜裝置之方法，其可在氮化矽膜 或氮氧化矽膜之成膜製程期間抑制顆粒污染。 根據本發明之弟一態樣，提供一種使用一成膜裝置之方 法，其包括： 於該成膜裝置反應室内，在一目標基板上實施產品膜之 成膜，該產品膜係選自由氮化矽膜及氮氧化矽膜所組成之 群組； 自該反應室卸載該目標基板； 然後，在一後處理温度下加熱該反應室之内表面，而同 時將一用於氮化之後處理氣體供應至該反應室内，由此對 沈積於反應室内表面上之副產物膜實施氮化； 在該氮化之後，自該後處理溫度快速冷卻該反應室之内 120979.doc 200822188 表面’由此藉由熱應力使該副產物膜破裂且使該副產物膜 自該反應室之内表面剝離；及 強制性地使氣體自該反應室内部排出，以藉由一氣流攜 載自内表面如此剝離之副產物膜’由此自該反應室排出該 副產物膜。 根據本發明一第二態樣，提供一種成膜裝置，其用於在 -目標基板上對-選自由-氮切膜及—氮氧化妙膜組成 之群組之產品膜實施成膜，該裝置包括： 一反應室，其配置以裝納該目標基板； 一傳送機構，其配置以加載該目標基板至該反應室及自 其卸載該目標基板； 一加熱器，其配置以加熱該反應室之内部； 一排氣系統，其配置以自反應室内部排出氣體； 一成膜氣體供應環路，其配置以將用於形成該產物膜之 成膜氣體供應至該反應室内； 一後處理氣體供應環路，其配置以將一用於使沈積於反 應室内表面上之副產物膜氮化之後處理氣體供應至該反應 室内；及 一控制區’其配置以控制該裝置之作業， 其中该控制區執行： 於該反應室内，在一目標基板上，對該產品膜實施成 膜； 自该反應室卸載該目標基板； 然後，在該後處理溫度下加熱該反應室之内表面，而同 120979.doc 200822188 時將該後處理氣體供應至該反應室内，由此對沈積於該反 應室内表面上之副產物膜實施氮化； 在該氮化之後，自該後處理溫度快速冷卻該反應室之内 表面’由此藉由熱應力使該副產物膜破裂且使該副產物膜 自該反應室之内表面剝離；及 強制性地使氣體自該反應室内部排出，以藉由一氣流攜 載自内表面如此剝離之副產物膜，由此自該反應室排出該 副產物膜。 f、 根據本發明之一第三態樣，提供一種包含在一處理器上 執行之程式指令之電腦可讀媒體，當由該處理器執行時， 該等程式指令致使該成膜裝置執行： 於該成膜裝置之反應室内，在一目標基板上實施產品膜 之成膜，該產品膜係選自由氮化矽膜及氮氧化矽膜組成之 群組； 自δ亥反應室卸載該目標基板； (, 然後，在一後處理溫度下加熱該反應室之内表面，而同 時將一用於氮化之後處理氣體供應至該反應室内，由此對 反應室内表面上所沈積之副產物膜實施氮化； _ 在該氮化之後，將該反應室之内表面自該後處理溫度快 速冷卻，由此藉由熱應力使該副產物膜破裂且使該副產物 膜自該反應室之内表面剝離；及 強制性地使氣體自該反應室内部排出，以藉由一氣流攜 載自内表面如此剝離之副產物膜，由此自該反應室排出該 副產物膜。 120979.doc -11 - 200822188 本發明之額外目的及優點將在下文說明中加以闡述，且 其中部分該等額外目的及優點自下文說明將顯而易見，而 其餘之頟外目的及優點可在實踐本發明的過程中獲知。可 仏助下文具體指自之手段及組合來實？見及獲得本發明之目 的及優點。 【實施方式】 在開發本發明之過程中，本發明者對上述專利文件1及2 中所揭7F之技術巾所導致之問題進行研究。結果，本發明 者有以下給出之發現。 2體而言，將專利文件1中經佈置以冷卻處理容器内部 之：除處理應用於專利文件2之成膜方法，並沒有在該成 、製私中達成所期望之顆粒數量減少。藉由研究該問題， I見主要原因在於··由於使用電漿輔助之成膜方法所特有 之一個因素而導致該處理容器内之具體環境較不均勻。具 體而:，由於氨（NH3)之活化位準在晶圓所放置之處理區 :係最佳’故在該處理區周圍之某些區域處(例如，處理 容器排氣口附近的位置），自由基會失活或減少。在該等 ^域中’氨切之反應係低，且因此該處理容H中沈積之 ^產物膜（其包含氮化料為主要組分（此意味著50%或以 、）)係有低含量氮及高含量石夕之富含石夕膜。冑由經佈置 X㈣| ^各|| Μ部之清除處理幾乎不能使該等臈剝離。 因此在清除處理隨後而實施之成膜製程中，晶圓上所沈 積之顆粒數量並沒有減少。 見在將參照附圖冑一於以上所給發現的基礎上達成之 120979.doc -12- 200822188 本务明實施例進行闡述。於以下說明中，具有大致相同功 月b及佈置之組成元件由相同之參考編號表示，而僅當必要 時方進行重複性說明。 圖1係一根據本發明一實施例之剖視圖，其顯示一垂直 電漿處理裝置（垂直電漿成膜裝置）。圖2係一顯示部分圖i 所不裝置之剖視平面圖。圖3係一剖視圖，其示意地顯示 圖1所示裝置中之處理容器與一覆蓋該容器之殼體之間的 關係。成膜裝置2具有一處理區，其配置以有選擇地供應 以·一第一處理氣體，其包含二氯矽烷（DCS)氣體作為矽 烷私氣體，一第二處理氣體，其包含氨氣作為氮化 ^體，一辅助氣體，其包含一諸如N2之不活潑氣體。成膜 裝置2配置以藉由CVD在該處理區内之目標基板上形成一 氮化矽膜。 裝置2包括一處理容器（反應室）4，其形狀為一具有一頂 及-敞開底冑之圓柱形柱巾一處職5經界定以裝納 及處理複數個間隔堆疊之半導體晶圓（目標基板）。處理容 器4整體係由諸如石英所製成。處理容器4之頂部設置有一 石英頂板6以氣密地密封該頂部。處理容器4之底部藉由一 密封部件1G(例如’—⑽環）連接至_圓柱形歧管8。該處 理容器可整體地由-圓柱形石英柱來形成，其中無單獨形 成之歧管8。 。。舉例而t ’圓柱形歧管8由不銹鋼製成，且支撐處理容 器之底口 p自石英製成之晶舟12在歧管8之底部人口處上 下移動，以將晶舟12載入至處理容器4内或自處理容器4卸 120979.doc -13- 200822188 載晶舟12。若干目標基板或半導體晶圓w堆疊在晶舟 上。舉例而言，在該實施例中，晶舟12具有支柱12A，該 等支柱可沿垂直方向以本質上規則之間隔支撐（例如）5〇至 100個直徑為300 mm之晶圓。 晶舟12經由一由石英製成之絕熱圓柱體14而放置於一平 皇16上。平臺16由一旋轉軸2〇支撐，該旋轉軸穿過一封蓋 18 ’該封蓋由諸如不銹鋼製成且用於敞開/關閉歧管8之底 部入口。 封蓋1 8中;ί疋轉軸20穿過之部分設置有（例如）磁流體密封 22 ’以使旋轉轴2〇可旋轉地支樓於一氣密密封狀態中。封 蓋1 8之周邊與歧管8之底部之間插入一密封部件24，以使 處理容器4之内部可保持密封。 旋轉軸20附裝在臂26之末端處，臂26由一諸如盤提升裝 置之提升機構25支撐。提升機構乃使晶舟12及封蓋18—同 上下移動。可將平臺1 6固定至封蓋1 8，以便在不旋轉晶舟 12之情形下處理晶圓w。 一氣體供應區連接至歧管8之側部以將預定之處理氣體 供應至處理容器4内之處理區5。具體而言，該氣體供應區 包括一第二處理氣體供應環路28、一第一處理氣體供應環 路30及一輔助氣體供應環路32。第一處理氣體供應環路30 經佈置以供應一包含石夕烧族氣體之第一處理氣體，例如， DCS (二氯矽烷SiH2Cl2)氣體。第二處理氣體供應環路28經 佈置以供應一包含一氮化氣體之第二處理氣體，例如，氨 氣（NH3)。輔助氣體供應環路32經佈置以供應一諸如N2氣 120979.doc 14 200822188 之=活潑乳體作為清除氣體或用於調節塵力之辅助氣體。 視而要帛—及帛二處J里氣體之每一者皆可與一適量之載 體氣體（例如，n2氣）混合。然而，為方便解釋，下文將不 會提及該種載體氣體。 更八體而吕，第二處理氣體供應環路28、第一處理氣體 供應環路30及辅助㈣供應環路32㈣包括氣體分配喷嘴 34 3 6及38，其每一者皆由一石英管形成，該等石英管自 外邠牙過歧管8之侧壁並轉而向上延伸（參見圖2)。氣體分 配喷嘴34、36及38分別具有複數個氣體喷孔34A、36八及 38A每組噴孔沿縱向方向（垂直方向）以預定間隔形成 於晶舟12之所有晶圓w上方。 喷嘴34、36及38分別經由氣體供應線路（氣體通道）42、 44及46，分別連接至ΝΑ氣、DCS氣及A氣之氣體源28s、 30S及32S。氣體供應線路42、44及46分別設置有開關閥 42Α、44Α和46Α及流速控制器42Β、44Β及46Β，例如，質 量流量控制器。藉由此佈置，可以控制之流速來供應ΝΗ3 氣、DCS氣及N2氣。 一氣體激發區5 0沿垂直方向形成於處理容器4之側壁 處。藉由沿（例如）垂直方向切割處理容器4之側壁，一用於 真二排出$亥内部氣氣之細長排氣口 5 2形成於處理容器4中 與氣體激發區50對置之側部上。 具體而言，氣體激發區50具有一藉由沿垂直方向切割處 理谷器4中一預定寬度之側壁而形成之垂直細長開口 54。 開口 54覆蓋有一氣密連接至處理容器4之外表面之石英蓋 120979.doc -15- 200822188 蓋6八有/σ垂直方向之細長形狀且具有一凹形橫截 面，因此其自處理器容器4向外伸出。 氣體激發區50按照該佈置形成，因此，其自處理容器* Η 土向外伸出並在另一側連接至處理容器*之内部。換 言之，氣體激發區50之内部空間經由開口 Μ與處理容器4 内之處理區5連通。開口 54具有—充分之垂直長度以沿該 垂直方向覆蓋晶舟12上之所有晶圓w。 一對細長電極58設置於蓋56之對置外表面上並面向彼 此，而同時沿縱向方向延伸（該垂直方向）。電極58經由供 電線路62連接至_RF(無線電頻率）電源6〇以產生電漿。將 (例如）13.56 MHz之RF電壓施加至電極58以在電極58之 間形成一激發電漿之RF電場。尺1?電壓之頻率並非侷限於 13.56 MHz，而可將其設定在另一頻率，例如，4〇此犯。 第二處理氣體之氣體分配喷嘴34在一比晶舟12之最下部 晶圓W更低之位置處沿處理容器4之徑向方向向外彎曲。 然後，氣體分配喷嘴34在氣體激發區50之最深位置處（距 處理容器4之中心最遠的位置）垂直地延伸。亦如圖2中所 示，氣體分配噴嘴34自一介於電極對58之間的區域向外分 開’ e亥區域係其中rf電場強度最大之位置，亦即，其中實 際上產生大部分電漿之電漿產生區域PS。包含nh3氣之第 二處理氣體自氣體分配噴嘴34之氣體喷孔34A噴向電漿產 生區域PS。然後，在電漿產生區域ps中激發（分解或活化） 該第二處理氣體，並經由開口 54以此狀態將其供應至晶舟 12上之晶圓W上。 120979.doc 200822188 一由（例如）石英製成之絕緣保護蓋64附裝至並覆蓋蓋56 之外表面。一冷卻機構（未顯示）設置於絕緣保護蓋64内且 包括分別面向電極5 8之冷卻劑通道。給該等冷卻劑通道供 應一諸如冷卻氮氣之冷卻劑以冷卻電極5 8。絕緣保護蓋64 覆蓋有一設置於外表面上之屏障（未顯示）以防止RF汽露。
ϋ 第一處理氣體及輔助氣體之氣體分配噴嘴36及38向上延 伸且在氣體激發區50之開口 54附近及外侧之位置處（亦 即，處理容器4中之開口 54外部之兩側）面向彼此。包含 DCS氣體之第一處理氣體及包含a氣之辅助氣體分別自氣 體分配噴嘴36及38之氣體噴孔36A及38A噴向處理容器4之 中心。氣體喷孔36A及38A形成於晶舟12上晶圓貿之間的位 置處，以沿水平方向本質上均勻地分別遞送第一處理氣體 (包含DCS)及辅助氣體⑺2氣），以形成與晶圓臂平行之氣 流0 另-方面’與氣體激發區5G對置形成之排氣口 52覆蓋有 -排氣口覆蓋部件66。排氣口覆蓋部件66由石英製成且且 有-U形橫截® ’且藉由銲接來進行附裝。排氣口覆蓋部 件66沿處理容器4之側壁向上延伸，且在處理容器4之頂部 處具有—氣體出口 68 °氣體出口 68連接至-真转氣系統 GE (其包括-真空幫浦等）。真空排氣系統ge具有一連接 至氣體出口 68之排氣通道84， ♦照自上游側之順序，該排 氣通道上設置有一閥單元（一敞 汁 乂徘 故開桎度調節閥）8ό、一直空 幫浦88及一用於移除非合意物質之除害單元89。 ’、 如圖3中顯不’處理容器4由殼體7。本質上氣密地環繞。 120979.doc -17- 200822188 殼體70在内表面上設置有一加熱器72以加熱處理容器4内 之氣氛及晶圓W。舉例而言，加熱器72由碳絲形成，其不 會造成污染且具有升溫及降溫之良好特性。一熱電偶（未 顯示）設置於處理容器4内之排氣口 52附近以控制加熱器 72。一環形氣體供應口 74設置於殼體70之底部上且連接至 一冷卻氣體供應源75。一冷卻氣體排出通道76連接至殼體 70之頂部。
成膜裝置2進一步包括一諸如由一電腦形成之主控制區 48以控制該整個裝置。主控制區48可根據預先儲存於其記 憶體内之成膜處理製程配方（其與待形成的膜之膜厚度及 組成有關），來控制下述成膜製程。在該記憶體中，處理 氣體流速與該膜厚度及組成之間的關係亦預先儲存為控制 資料。因此，主控制區48可基於儲存之製程配方及控制資 料來控制提升機構25、氣體供應環路28、3〇及32、排氣系 統GE (包括閥單元86)、氣體激發區5〇、加熱器72等等。 圖7係一方塊圖，其示意地顯示圖丨中所示裝置中使用之 主控制區48之結構。主控制區48包括—連接至儲存區212 之CPU 210、-輸入區214及一輸出區216。儲存區212儲存 製程程式及製程配方。輸人區214包括用於與操作者相互 作用之輸入裝置，例如，一鍵盤、一指向裝置及一儲存媒 體驅動裝置。冑出區216輸出用於控制處理裝置之組件之 控制信號。圖7亦顯示一以可抽換狀態附裝至該 存媒體218。 器上執行之程式指令 可將下述成膜方法寫成在一處理 120979.doc 200822188 將其寫入至一擬應用於一半導體處理裝置之電腦可讀儲存 媒體中。另一選擇係，可藉由通信媒體來發射此類程式指 令，且由此可將其應用於一半導體處理裝置。該儲存媒體 之實例係磁碟（軟磁碟、硬碟（儲存區2 12内所包含硬碟之代 表）、光碟（CD、DVD等））、一磁光碟（“◦等）及一半導體記 k體。一用於控制該半導體處理裝置作業之電腦讀取該儲 存媒體中所儲存之程式指令，並在一處理器上執行該等程 式指令，由此來實施一對應之下述方法。 接下來，將解釋一在圖1中所示之裝置中實施之成膜方 法，其被稱為MLD (分子層沈積）成膜法。概括而言，該成 膜方法經佈置，以交替地將一第一處理氣體（其包含二氯 矽烷（DCS)氣體作為一矽烷族氣體）及一第二處理氣體（其 包含氨氣（NH3)作為氮化氣體）供應至裝納晶圓界之處理區 5，以藉由CVD在晶圓w上形成一氮化矽膜。此時，將製 程壓力（處理區5之壓力）設定在〇·2至1 Torr (27至133 Pa(l Torr = 133·3 Pa))之範圍内。該製程溫度低於普通CVD製 程之彼溫度，且其被設定在25〇至7〇〇°C之範圍内。 首先’將支撐若干（50至1〇〇)個直徑為30〇 mm之晶圓之 室溫晶舟12加載至以預定溫度加熱之處理容器4中。然 後，以真空方式排空處理容器4之内部並將其保持在一預 疋之處理;C力下，且將晶圓溫度升而至用於成膜之處理溫 度（例如，630。〇。此時，該裝置處於一等待狀態直至該溫 度穩定為止。然後，自相應的氣體分配噴嘴36、34及38以 受控流速間歇性地供應包含DCS氣體之第一處理氣體、包 120979.doc -19- 200822188 a nh3氣體之第_處理氣體及由Μ!氣組成之輔助氣體。 ’、體而。自氣體分配噴嘴36之氣體喷孔供應包含 D C S氣體之第一處理翁辦，1、； ji/ «χ、t 風體以形成與晶舟12上之晶圓W平 4亍之氣流。當供應時，Dpς $ ^ \ 1 T 體之分子及由其分解物產生 之分解產物之分子和原子會吸附在晶圓w上。 另一方面，自氣體分配噴嘴34之氣體噴孔34A供應包含 nh3氣之第二處理氣體，以形成朝向開口 54之水平氣流。 對第二處理氣體進行有選擇地激發，且在其通過電極對W 之間的電漿產生區域Ps時將其部分變成電漿。此時，舉例 而言，會產生諸如N*、nh*、NH2*及NH3*之自由基（活化 物質），符號「*」表示其係一自由基）。該等自由基自氣體 激發區50之開口 54流出至處理容器4之中心，且以一層流 狀態供應至晶圓W之間的間隙中。 該等自由基與吸附於晶圓|表面上之DCS氣體分子反 應，因此該等晶圓W上形成一氮化矽膜。另一選擇係，當 DCS氣體流至吸附於晶圓w表面上之自由基時，會導致同 樣之反應，因此該等晶圓W上形成一氮化矽膜。 在供應包含DCS氣體之第一處理氣體之步驟之後，且在 供應包含NH3氣體之第二處理氣體之步驟之後，立即將由 A氣組成之辅助氣體作為清除氣體供應至處理區$中。自 氣體分配噴嘴38之氣體分配孔38A供應該輔助氣體以形成 與晶舟12上之晶圓W平行之氣流。該如此形成之辅助氣體 用於強制性地移除處理區5内之殘留組分，例如，Dcs氣 體及其分解產物或NH3氣體及其分解產物。 120979.doc -20- 200822188 具體而言，根據該實施例之成膜方法經佈置以交替地重 複第一至第四步驟T1至T4。重複包括第一至第四步驟T1 至T4之循環達若干次，且層壓相應循環所形成之氮化矽 膜’由此達成一具有一目標厚度之氮化矽膜。 δ亥第一步驟T1係配置以實施將第一處理氣體（包含DCS) 供應至處理區5，而同時停止第二處理氣體（包含NH3氣）及 辅助軋體（N2)至處理區5之供應。第二步驟丁2係配置以實 施將辅助氣體供應至處理區5，而同時停止將第一及第二 處理氣體供應至處理區5。第三步驟T3係配置以實施將第 一處理軋體供應至處理區5，而同時停止將第一及輔助氣 體供應至處理區5。進一步，在第三步驟T3中間，將rf電 源60設定為導通狀態以藉由氣體激發區5〇將第二處理氣體 轉變為電漿，以在一子步驟T3b期間將處於激發狀態之第 二處理氣體供應至處理區5。第四步驟T4係配置以將輔助 軋體供應至處理區5’而同時停止第一及第二處理氣體至 ^j 處理區5之供應。在第一步驟T1至第四步驟T4之整個過程 中，真工排氣糸統GE經由排氣通道84連續地真空排空處 理區5。 . 在該成膜製程完成之後，自氣體分配喷嘴38將由N2組成 之輔助氣體以一預定流速供應至處理容器4中，以使處理 容器4内之壓力返回至大氣壓力。然後，提升機構25使封 蓋18向下移動，由此自處理容器4一同卸載晶舟12及晶圓 W 〇 當實施該成膜製程時，成膜反應所產生之氮化矽不僅沈 120979.doc -21 - 200822188 積（黏著）於晶圓w表面上，而且沈積於處理容器4之内表面 等上而作為副產物膜。因此，在該成膜製程之後，實施一 用於移除该等副產物膜之後處理。可在每次實施該成膜製 程時或在重複該成膜製程達預定次數之後實施該後處理。 圖4係一根據該實施例之時序圖，其顯示後處理之配方。 圖5係一視圖，其顯示該處理容器、晶舟及晶圓在成膜製 程及後處理期間的關係。 若在卸載晶圓W之後實施該後處理，則將先前處理中使 用之晶舟12設定於一沒有晶圓w支撐於其上之空載狀態並 將其加載至處理容器4中。然而，可在不將晶舟12載入處 理容器4之情形下實施以下製程。於該種情形下，處理容 器4之入口（歧管8之底部入口）由一設置於入口附近之擋板 以一習知之方式來關閉。 然後，真空幫浦88以400 pa (3 Torr)/秒真空排空處理容 器4之内部，以將處理容器4内之壓力設定在一預定真空位 (j 準，例如，1 ·33 Pa (〇·01 Torr)。開始真空排空之同時，將 處理容器4内之溫度自成膜溫度4〇〇至65〇〇c(例如，63(rc) 升向至一較兩的後處理溫度600至850°C (800°c )。在處理容 • 器4内之壓力到達一預定真空位準之後，而同時處理容器4 内之設定溫度升高時，經由氣體分配喷嘴34自氣體供應源 73以一預定流速將包含NH3氣之第二處理氣體供應至處理 容器4。此時，在後處理溫度下（8〇(rc )下，將1^出氣體之 分壓設定為 8,000 至 40,000 pa (60 至 3〇〇 T〇rr)，例如 16,〇〇〇
Pa (120 Torr)。保持該狀態達一預定時間（例如，5〇分鐘） 120979.doc -22- 200822188 以實施該後處理。 如上所述，該成膜製程會在處理容器4内（例如，在處理 容器4之内表面及晶舟12)形成包含氮化矽作為主要組分之 副產物膜。由於成膜製程溫度相對較低（例如，約63〇。^， 故在内表面上之其中氨自由基大致失活之區域（例如，處 理容器之排氣口 88附近之位置）中所沈積之副產物膜係氮 _ 含量較低而矽含量較高之富含矽之膜。該後處理係配置以 使該等副產物膜與設定為高分壓及較高溫度（相比於成膜 製程之彼分壓及溫度）之NH3氣反應，由此提高副產物膜之 氮化（氮化步驟）。 然後，例如，經由氣體供應埠74自冷卻氣體供應源乃將 設為室溫或較高溫度之空氣供應至殼體7〇中，且自排氣通 道7排出。藉由该作業，自外部快速地冷卻處理容器*，以 使處理容器4内之溫度以1〇s25t：/min之冷卻速率（例如， 快速冷卻步驟20 °C /min)自後處理溫度快速地降至一小於 〇 4〇〇°c之預定溫度（例如，30(rc)。此時，真空幫浦88會將 處理容器4之内部真空排空至一預定之真空位準，例如， 1.33 Pa (0·01 Torr) 〇 • 當處理容器4之内部快速冷卻時，如此氮化形成於處理 • 容器4之内表面及晶舟12上之副產物膜會由於熱應力（由於 讜等氮化矽膜與由石英製成之處理容器4之間的熱收縮差） 而部分地破裂並自處理容器4之内表面剝離。包含Μ%氣體 或NH3氣及川氣之第二處理氣體之氣流會攜載自處理容器 4之内表面剝離之副產物膜顆粒，並將其自處理容器4之内 120979.doc -23- 200822188 部排出（排出步驟）。在該快速冷卻步驟期間，藉由真空幫 浦88及由此形成之上述氣流強制性排空處理容器4之内 部。因此’該排氣步驟與該快速冷卻步驟重疊進行。 此後，將處理容器4内之設定溫度自3〇〇。(：升高至（例 如）63〇°C。然後，經由氣體分配喷嘴38自氣體供應環路32 以一預定之流速將由仏氣組成之輔助氣體供應至處理容器 4内，以使處理容器4内之壓力返回至大氣壓力。 然後’自處理容器4卸載沒有晶圓W支撐於其上之空载 晶舟12。然後’將擬對其實施成膜製程之成品晶圓貨傳送 至加載區域内（未顯示）之晶舟丨2上，且隨後以上述之方式 實施該成膜製程。 根據上述實施例，在一氮化矽膜之成膜製程之後，處理 容器4内之溫度會自成膜溫度升高至後處理溫度。進一 步，將NH3氣供應至處理容器4内以具有一甚為高的分壓， 例如，16,0〇〇 pa (12〇 T〇rr)。藉由該後處理，進一步氮化 副產物膜’且由此增加該等副產物膜與由石英製成之處理 容器4之間的熱收縮差。因此，此後快速冷卻處理容器4之 内部時’大的熱應力會作用於處理容器4内所沈積之副產 物薄膜。此能夠可靠地使沈積於處理容器内之薄膜中處於 容易變為顆粒之狀態的表面部分剝離。 在上述使用電漿來激活NH3氣體之成膜製程中，則其中 NH3氣活化位準係低之處理容器4之區域内，氮化會變得不 充分。於該等區域中，副產物膜會形成為僅藉由快速冷卻 而難以使其剝離之薄膜。然而，該後處理經佈置以進一步 120979.doc -24- 200822188 氮化該等副產物薄膜，因此可藉由快速冷卻即可容易地使 其剝離。因此，此後，可實施該成膜製程，且同時可抑制 由於處理容器4之内表面及晶舟12上所沈積之副產物薄膜 所引起之氣體產生及顆粒污染。 、 • 於上述實施例中，活化包含NH3氣之第二處理氣體，但 亦可活化包含DCS氣之第一處理氣體。具體而言，可交替 實施將DCS氣體自由基吸附至晶圓w表面上之步驟及將 Γ ΝΗ3氣自由基吸附至晶圓W表面上之步驟。另一選擇係， ^ 可以一預定速率同時將皆處於一活化狀態之第一及第二處 理氣體供應、至處理容器4内以在晶圓贾表面上形成—氮^ 矽薄膜。可藉由將第一處理氣體供應環路3〇之氣體分配喷 嘴36設置於氣體激發區5〇内來達成此方法。 、 可將本發明應用於在晶圓W表面上形成—氮切薄膜之 熱CVD製程。於一熱CVD製程中，可將處於非活化狀態之 包含DCS氣體之第一處理氣體及包含腿3氣體之第二處理 j t體多:欠交替地供應至言免定於-狀溫度下之處理容器4 中。於另-熱CVD製程中，可同時將第一及第二處理氣體 供應至處理容器4中。 於上述實施例中，該第-處理氣體包含DCS氣體作為石夕 烷族氣體。關於該態樣，該矽烷族氣體可係一種或多種選 自由如下組成之群組的氣體··二氯矽烷（Dcs)、六氯二矽 甲烧（HCD)、甲㈣_4)、乙錢（μα)、六甲基二石夕 氮烷（HMDS)、三氣矽烷（Tcs)、六甲基二矽亞胺⑴sa、三 甲矽烷基氨（TSA)及雙第三丁基胺基矽烷（BTBAS)。 120979.doc -25- 200822188 斤 弟一處理軋體包含氨（nh 氮化氣體。關於該態樣，除焉 作為 ^ 除虱（NH3)以外，該氮化氣體可 選自諸如⑽、恥請2之氧化氮。若❹氧化氮氣=了 則相依於製程條件，該成膜繫 八 々 、製私所形成之膜會變為氮化矽 得1 w乳之51切膜（a氧切膜）。若在該成膜製程中 使用乳化氮氣體，則可在該後處理中使用同—氧化氮 替代氨氣來作為氮化氣體。 f
於上述實施例中，係以石英部件來舉例說明處理容器4
及晶舟12。關於該態樣，該等部件可由碳化矽製成。D <實驗> (本發明第一實例PE1) 使用圖1及2中所示之成膜裝置，對晶扣所支撐之晶圓 w實施-氮化賴之成膜製程。在卸載其上支撐有晶圓w 之晶舟12之後，在同一裝置中執行圖4中所示之序列以在 成膜製程之後實施一針對處理容器4之内部的後處理。然 後，將其上支撐有新晶圓w之晶舟12加載至該裝置中，且 實施同一成膜處理。於該成膜製程中，將該處理容器4内 之溫度設定在630°C，且將DCS氣及氨氣用作成膜氣體。 於該等後處理中，將處理容器4内之溫度設在8〇〇它，且將 氨氣用作一後處理氣體。在該後處理溫度下，將氨氣之分 壓设在1，200 Pa (10 Torr)。在該後處理之後，將處理容器4 内之設定溫度快速地自800°c降至3〇(rc，而同時真空排空 處理容器4之内部。 (本發明第二實例PE2) 120979.doc -26- 200822188 除了在後處理中將氨氣之分壓設定在8,000 pa (6〇 T〇rr) 之外’在與本發明第—實例PE1中之彼等處理條件相同之 處理條件下實施該成膜製程、後處理及成膜製程。 (本發明第三實例PE3) 除了在後處理中將氨氣之分壓設定在16,000 Pa (120
Torr)之外，在與本發明第—實例pEi中之彼等處理條件相 同之處理條件下實施該成臈製程、後處理及成膜製程。 (比較實例CE) 除了將A氣用作後處理氣體之外，在與本發明第二實例 PE2之彼等處理條件相同之處理條件下實施該成膜製程、 後處理及成膜製程。 (觀察） 在本發明實例及比較實例之每一者中，在實施該第二成 膜製程之後’當用光照射該表面時，會觀察到〇 〇 65芦瓜或 更多的顆粒沈積在卸載晶圓w樣本之表面上。分別自晶舟 12之頂部（T0P)，中心（CTR)及底部（BTM)選擇三個晶圓作 為樣本晶圓W。 (結果及檢查） 圖6係一圖表，其顯示與本發明實例及比較實例中顆粒 數置相關之實驗之結果。如圖6中顯示，相比於比較實 例’本發明第一至第三實例PE1至pE3可使沈積於晶圓 (TOP、CTR、BTM)表面上之顆粒數量大大減小。根據該 結果，可證實作為供應至處理容器4内之後處理氣體， 氣比N2氣更加有效。 120979.doc •27- 200822188 相比於本發明第一實例PEI，本發明第二及第三實例 PE2及PE3可使沈積於晶圓表面（TOP、CTR、BTM)上之顆 粒數量大大減小。根據該結果，可證實在後處理中，處理 容器4内之氨氣分壓較佳地應設為8,000 Pa或更高。關於該 態樣，即使在後處理中NH3氣之分壓非常高，似乎亦不會 為獲得本發明上述效果帶來任何優勢。 熟習此項技術者易於想出本發明之額外優點及修改。因 此本發明之見廣悲樣並非侷限於本文所示及所閣述之特 定細節及代表性實施例。因此，可在不背離隨附申請專利 範圍及其等效内容所定義的一般發明概念之精神與範疇之 前提下，對本發明做各種修改。 【圖式簡單說明】 該等附圖圖解Μ釋本發明之實施例且與上文所給出之概 述及實施例詳細說明一同用於解釋本發明之原理，該等附 圖倂入且構成本說明書之一部分。 、 圖H㈣本發明-實施例之剖視圖， 電漿處理裝置； 1置 圖2係一顯示部分圖1所示裝置之剖視平面圖； 圖3係一剖視圖，苴示音- 命奸 /、不心地顯不圖1所示裝置中之處理容 為/、一覆盍該容器之殼體之間的關係； 圖4係一根據該實施例之時 ^ 圑 其顯不一用於銘哈石丨丨
產物膜的後處理之配方； 用於移除田丨J 圖5係一視圖，其顯示圖丨 成膜處理與後Μ理4、晶舟與晶圓在 /、傻慝理期間之關係； 120979.doc -28- 200822188 圖6係一圖表，其顯示有關當前實例中及一比較實例中 顆粒數量之實驗結果；及 圖7係一方塊圖，其示意地顯示圖1中所示裝置中使用之 主控制區之結構。 【主要元件符號說明】 2 成膜裝置 4 處理容器、反應室 5 處理區
Ο 6 石英頂板 8 圓柱形歧管 10 密封部件 12 晶舟 12Α 支柱 14 絕熱圓柱體 16 平臺 18 封蓋 20 旋轉軸 22 磁流體密封 24 密封部件 25 提升機構 26 臂 28 第二處理氣體供應環路 28S 氣體源 30S 氣體源 120979.doc -29- 200822188
32 氣體供應環路 32S 氣體源 34 氣體分配喷嘴 34A 氣體喷孔 36 氣體分配噴嘴 36A 氣體喷孔 38 氣體分配噴嘴 38A 氣體喷孔 42 氣體供應線路 42A 開關閥 42B 流速控制器 44 氣體供應線路 44A 開關閥 44B 流速控制器 46 氣體供應線路 46A 開關閥 48 主控制區 50 氣體激發區 52 細長排氣口 54 垂直細長開口 56 石英蓋 58 細長電極 60 無線電頻率電源 62 供電線路 120979.doc -30 200822188 64 絕緣保護蓋 66 排氣口覆蓋部件 68 氣體出口 70 殼體 72 加熱器 74 環形氣體供應口 75 冷卻氣體供應源 76 冷卻氣體排出通道
84 排氣通道 86 閥單元 88 真空幫浦 89 除害單元
210 CPU 212 儲存區 214 輸入區 216 輸出區 218 儲存媒體 120979.doc •31 ·

Claims (1)

  1. 200822188 十、申請專利範圍： 1· 一種使用一成膜裝置之方法，其包括： 於該成膜裝置之一反應室内，在一目標基板上實施產 品膜之成膜’該產品膜係選自由氮化矽膜及氮氧化矽膜 所組成之群組； 自該反應室卸載該目標基板； 其後’在一後處理溫度下加熱該反應室之一内表面， 同時將一用於氮化之後處理氣體供應至該反應室内，由 f \ k 此對該反應室之内表面上所沈積之副產物膜實施氮化； 在該氮化後，將該反應室之内表面自該後處理溫度快 速冷卻，由此藉由熱應力使該副產物膜破裂並使該副產 物膜自該反應室之内表面剝離；及 強制性地將氣體自該反應室内部排出，以藉由氣流攜 —載自内表面如此剝離之副產物膜，由此自該反應室排出 該副產物膜。 2·如請求項1之方法，其中該後處理氣體包含一選自由氨 及氧化氮所組成之群組之氣體。 3·如請求項1之方法，其中該後處理氣體包含氨氣，而一 ♦ 田j產物膜之氮化包括將該氣氣設定為在該反應室内具有 一 8,000 Pa或更大之分壓。 4·如請求項1之方法，其中該氣流係由該後處理氣體所形 成。 5·如請求項1之方法，其中藉由CVD實施一產品膜之成 膜，同時將該目標基板設定在一成膜溫度，且將包含一 120979.doc 200822188 含矽氣體之第一成膜氣體及包含一氮化氣體或氮氧化氣 體之第二成膜氣體供應至該反應室内。 6·如=求項5之方法，丨中將該等第一及第二成膜氣體之 至少者供應至該反應室内，同時藉由電漿使其活化。 7·如明求項5之方法，其中將該後處理溫度設定為高於該 成膜溫度。 月求項5之方法，其中該後處理氣體包含與該第二成 膜氣體相同之氣體。 9.如明求項丨之方法，其中該反應室之内表面包含一選自 由石英及碳化矽所組成之群組之材料作為一主要組分。 1〇·如請求们之方法，其中-產品膜之成膜包括將該目標 基板支撐於一支架上，前述卸載該目標基板包括自該反 應室卸载其上支撐有目標基板之支架，且該方法進一步 —包括在一副產物膜之氮化之前將沒有目標基板支撐於其 上之支架載入該反應室中。 11.如請求項1〇之方法，其中該支架係配置為於一垂直方向 間隔地支撐複數個目標基板。 12·如明求項i之方法，其中將該後處理溫度設定為⑼〇至 850〇C。 如請求項12之方法，其中前述將該内表面自後處理溫度 快速冷卻包括以H)至25t/min之冷卻速率將該内表面自 該後處理溫度冷卻至一低於4〇〇之溫度。 14.如請求項5之方法，其中將該成膜溫度設定為4〇〇至65〇 〇C。 120979.doc 200822188 15·如請求項〗之方法，其中一副產物膜之氮化包括藉由一 ^置於該反應室周圍之加熱器自外部加熱該反應室之内 4 且則述將該反應室之内表面快速冷卻包括藉由一冷 卻氣體自外部冷卻該反應室之内表面。 16.如請求項15之方法，其中前述將該反應室之内表面快速 • 冷卻包括將該冷卻氣體自下方供應至一環繞該反應室及 該加熱器之殼體，且自該殼體之頂部排出該冷卻氣體。 ( 17· 一種成膜裝置’其用於在-目標基板上實施產品膜之成 膜，該產品膜系選自由氮化矽膜及氮氧化矽膜所組成之 群組；該裝置包括·· 一反應室，其配置以裝納該目標基板； 一傳送機構，其配置以將該目標基板裝載至該反應室 及自该反應室卸載該目標基板； 一加熱器，其配置以加熱該反應室之内部； 一排氣系統，其配置以自該反應室内部排出氣體； 〇 一成膜氣體供應環路，其配置以將用於形成該產品膜 之成膜氣體供應至該反應室内； 一後處理氣體供應環路，其配置以將一後處理氣體供 ‘ 應至該反應室内，該後處理氣體係用於氮化該反應室内 . 表面上所沈積之副產物膜者；及 一控制區，其配置以控制該裝置之作業； 其中該控制區執行： 於該反應室内’在一目標基板上實施該產品膜之成 膜； 120979.doc 200822188 自該反應室卸載該目標基板； 其後，在一後處理溫度下加熱該反應室之内表面，同 時將該後處理氣體供應至該反應室内，由此對該反應室 内表面上所沈積之副產物膜實施氮化； 在該氮化之後，將該反應室之内表面自該後處理溫度 快速冷卻，由此藉由熱應力使該副產物膜破裂且使該副 產物膜自該反應室之内表面剝離；及 強制性地將氣體自該反應室内部排出，以藉由一氣流 攜載自内表面如此剝離之副產物膜，由此自該反應室排 出該副產物膜。 18.如請求項17之裝置，其中： 該加熱器設置於該反應室周圍以自外部加熱該反應室 之内部’且該裝置進一步包括：一環繞該反應室及該加 熱器之殼體；一冷卻氣體供應環路，其配置以將一冷卻 氣體自下方供應至該殼體中；及一冷卻氣體排出通道， 其連接至該殼體之頂部。 19·如請求項π之裝置，其中該傳送機構係配置以將一其上 支撐有目標基板之支架裝載至該反應室及將該支架自該 反應室卸載。 20·如請求項19之裝置，其中該支架係配置為於一垂直方向 間隔地支撐複數個目標基板。 21· —種電腦可讀取之儲存媒體，其包含用於在一處理器上 執行之程式指令，其中當以處理器執行時，係使該成膜 裝置執行： 120979.doc 200822188 於該成膜裝置之反應室内，在一目標基板上實施產品 膜n _產品膜係選自由氮化賴及氮氧化石夕膜所 組成之群組； 自該反應室卸載該目標基板； 其後在一後處理溫度下加熱該反應室之一内表面， 同時將一用於氮化之後處理氣體供應至該反應室内，由 此對該反應室内表面上所沈積之副產物膜實施氮化； 在邊氮化之後’將該反應室之内表面自該後處理溫度 快速冷卻’由此藉由熱應力使該副產物膜破裂且使該副 產物膜自該反應室之内表面剝離；及 強制性地將氣體自該反應室内部排出，以藉由一氣流 攜載自内表面如此剝離之副產物膜，由此自該反應室排 出該副產物膜。 120979.doc
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