TW414927B - The method and apparatus of reducing particle contamination of the wafers - Google Patents

Description

414927 五、發明說明α) 5 -1發明領域： =明係有關於一種半導體製程的方法及相關的裝置 二特別疋關係到在一半導體製程反應爐裏一種減少微塵污 染（partlCle contaminati〇n)於晶圓之方法及相關的裝置 5-2發明背景： 一反應爐係半導體製造程序中一基本的要素，而製程 中一般的步驟如氧化，擴散，沉積，及回火都在反應爐中 執行。 晶圓加工所使用之反應爐管（t ube )經長時間之升降溫 使反應爐管本身因熱應力而剝離產生微塵（particle)，再 者，反應氣體之反應物或副產物也可演變為殘留之微塵。 這些微塵會於製程中因氣體切換或是流量改變而產生擾流 (turbulent flows)且造成揚塵，使上述微塵污染晶圓及 降低產品的良率。 因由微塵污染晶圓而導致成一典型的問題及有害的影 響係沉積層之拙劣的附著，微塵污染不單只降低產品的良 率，甚至製成的元件之可靠性也會隨著降低。例如，微塵

414927 五、發明說明（2) 污染會造成錯誤的圖案定義，會建立不規則或凹凸不平的 表面’會經由絕緣層招致漏電流使其元件功能失效或縮短 元件壽命。 微塵污染如在元件上佔超過一最小特徵尺寸的一半， 其具有導致一毀滅性的缺陷.之潛能，這也是眾所認知的β 上述缺陷也許會造成一元件功能全面性的失效，一較小的 缺陷如發生在一重要的部位，其對元件也具有相當大的破 壞力’例如，一微塵污染物在一電晶體的閘氧化層裏。 微塵污染於晶圓的問題對於一低壓化學氣相沉積（丨〇 w pressure chemical vapor deposition，LPCVD)反應爐來 說係特別的嚴重。在一連串的反應步驟發生於一低壓化學 氣相沉積反應爐之後，隨即抽出未反應的氣體於反應爐管 ，之後，執行破真空，也就是使反應爐管内的氣壓回復至 大氣壓。同時’ 一擾流形成於反應爐管内即造成更嚴重的 揚塵於低壓化學氣相沉積反應爐内。 如第一圖所示’一簡單化的傳統水平管（h〇riz〇ntal tube)低壓化學氣相沉積反應爐iq，其至少包含提供一具 有兩個開口處1 2和1 3之石英管11，開口處之一係一氣體注 入口，而另—則是一氣體排出口。例如，開口處1 2係一氣 體注入口，則開口處1 3係一氣體排出口。反應爐1 〇更加包 含一晶卉承载器1 4連接著一石英門1 5，且還有一晶舟1 6放

第5頁 414927 五、發明說明（3) η 2載器之上’晶舟16内放置著待加工處理的晶 3封的石英管内一擾流18造成一更嚴重的揚 丄 :刀帶電荷的微塵1 9被吸附至加工處理中的晶圓 1 7裏。而最終的結果就是微塵污染晶圓。 曰曰 ,因此，本發明—最主要的目的係提供一種減少或防，t 微塵污染晶圓之方法及相關的较置。不僅如此，_ Ο 需附加幾樣裝置於現有的系㉟’並且不需增加任何‘體： 5~3發明目的及概述： ，於上述之發明背景中，傳統的氣相沉積反廡 ^的諸=缺點，本發明係提供—改良半導體爐管^ 直 ^，一靜電式晶舟承載器用以排斥帶有相同極性‘微^ ”離加工處理中的晶圓於反應爐内，藉以減少； =。本發明的理念適用於任何一種半導體爐管^ = 理氣相沉積（PVD)反應爐。 订—種物 第二圖顯示本發明較佳的實施例，—改良 乳相沉積系統之主要的裝置。上述減少微塵污染晶= 良低壓化學氣相沉積系統至少包含一反應爐連接至 一混合反應氣體於一氣體注入口處及一待加工處理的晶圓

第6頁 414927 五、發明說明（4) 。反應爐本身至少包含一石英反應爐管，及一石英門連 至一晶舟承載器。再者，形成一絕緣層覆蓋於晶舟承 之四周表面上，還有，放置一些晶舟於晶舟承載器之上°， 且其内存放著上述之晶圓。

除了上述反應爐之外，該改良低壓化學氣相沉積系統 更包含本發明一些極重要的裝置，如一靜電產生器用以提 供極電荷或負極電荷，一傳導性環狀結構連接於晶舟承 載器，且位於反應爐管之外。還有，一傳導線連繫於上述 傳導性Ϊ狀結構和靜電產生器之間，其用以傳導電荷從靜 電產生器至分佈於晶舟承載器外表面之絕緣層上。 .本發明亦針對一種減少微塵污染待加工處理之晶圓的 方法’其至少包含一套裝置及一操作程序。所需裴置係上 述改良，導體爐管系統，既是上述改良低壓化學氣相沉積 系統°該操作程序至少包含’提供一石英鬥封密住一石英 反f爐管，及執行一製程反應步驟於該密封的反應爐管内 二隨之而來地，開啟—靜電產生器使晶舟承載器佈滿適當 極性之電荷在執行該製程反應步驟之後，藉以排斥帶有相 同極性之微塵使其遠離加工處理中的晶圓。例如第二圖所 示，產生正極靜電電荷排斥帶有正極電荷之微塵。最後， 在取出晶圓於晶舟承載器之前關掉靜電產生器。 5 - 4圖式簡單說明：

414927 五、發明說明 ⑸ 第一 圖顯示一簡單化的傳統水平管低壓化學氣相沉積 反應爐之結構圖。 第二 圖顯示本發明一較偏好的實施例之系統結構圖。 主要部分之代表符號： 10 低壓化學氣相沉積反應爐 11 反應爐管 12 氣體注入口 13 氣體排出口 14 晶舟承載器 15 石英門 16 晶舟 17 晶圓 18 擾流 19 微塵 200 改良低壓化學氣相沉積反應爐 205 靜電產生器 210 傳導線 220 傳導性環狀結構 230 反應爐管

五、發明說明（6) 240 石英門 250 晶舟承載器 2 6 0 絕緣層 270 晶舟 28 0 晶圓 29 0 靜電電荷 30 0 微塵 5 - 5發明詳細說明： 本發明提供一種減少微塵污染晶圓在一半導體爐管系 統中的方法及相關的裝置，該系統至少裝備有一反應爐及 一靜電產生器。 在本發明的舉例說明中，採用一低壓化學氣相沉積反 應爐以例證本發明較佳的實施例。本實施例選擇採用低壓 化學氣相沉積反應爐以便於說明本發明方法，主要是因其 具有簡易的結構及圖案。總之，有一點必須了解及再確認 ，本發明的應用並不會只限於任何一種特定沉積法。 —經改良的低壓化學氣相沉積反應爐2 0 0顯示於第二 圖中，其結合一靜電產生器2 0 5，一傳導線2 1 0，及一傳導 性環狀結構2 2 0形成一減少微塵污染晶圓之半導體爐管系

414927 五、發明說明（7) 統。上述靜電產生|§ 205可以是一般供應於市場上的靜電 產生益’抵要其能產生正極及負極兩種不同的電荷，以排 斥帶有相同極性之微塵。傳導線2 1 0及傳導性環狀結構2 2 0 聯合構成一運輸管道，使電荷能從靜電產生器2〇5移至反 應爐2 0 0。傳導性環狀結構2 2 0可以採用任何—種具傳導性 的材質，然而本實施例係採用銅。

上述低壓化學氣相沉積反應爐2 0 0，其本身至少包含 一石英反應爐管2 30及一石英門240連接至一晶舟承載器 250。在一沉積程序中’石英門240係用來密封該反應爐管 2 3 0 ’且垂直地連接於晶舟承載器2 5 〇，再者該晶舟承載器 貫穿石英門2 4 0於該石英門的中心。晶舟承載器2 5 〇可以是 水平操作之槳狀承載器（padd 1 e )，或是垂直操作的臺座狀 承載器（pedestal) ’ 一般是由碳化石夕（sj_iicon carbide) 所製成。 形成一絕緣層260覆蓋於晶舟承載器25〇之四周表面的 一部分，該絕緣層係一氧化層，或更明確地，係一介電層 ’其至少包含氧化石夕（silic〇ri 〇Xide) ^形成此介電層的 主要目的係提供一表面於晶舟承载器2 5 〇，以給予產生的 靜電電荷290 —移動的空間。還有，放置一些晶舟270於晶 舟承載器250之上’且其内存放著加工處理中的晶圓280。 本發明所提供減少微塵污染晶圓的方法，其至少包含

第10頁 五、發明說明（8) '--- 一套裝置及一操作程 管系統，如第二圓所序。所需裝置係一經改良的半導體爐 供一石英門240封密住不°上述操作程序至少包含，首先提 程序於該密封的反應V/内英反應爐管23。’及執行一沉積 在沉積程序之德Η + 俊且在下一個步驟之前，也就是在開啟 一靜電產生器205之前"，+丄，丄 + 引抽出未反應氣體長達大約5分鐘的 被抽出，可以由密封反應爐管 曰τΓ間。未反應氣體是否完全_ 的一氣壓讀數來決定。 其-人，於 >儿積程序之後開啟靜電產生器2 〇 5，產生第 一極性，例如正極，之電荷經由傳導線21〇及傳導性環狀 結構220從靜電產生器傳導至晶舟承載器25〇。這些電荷均 勻散佈於晶舟承載器250，晶舟27〇，及晶圓28〇之所有裸 露表面上，其作用係排斥帶有相同極性之微塵。第二圖顯 示已產生的正極靜電電荷290 ’用以排斥帶有正極電荷之 微塵3 0 0，使其遠離加工處理中的晶圓28〇。微塵的極性係 經由實驗而測定的，其相當依賴製程的種類，且在—製程 中通常只會出現單一極性之微塵。 玉 隨之而來地’引入氮或氮氣體於該密封的反應爐管内 ’使反應爐管内的氣壓回歸至大氣壓，此即所謂的、破 空"步驟，上述之步驟係於抽出晶舟承載器25〇之前及在 產生靜電電荷之後執行。最後，在取出晶圓於晶舟承載器—

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Claims (1)

1. 414927 六、申請專利範圍 L 一減少微塵污染於晶 包含： 圓之改良t 導體壚管系統，苴至少 一反應爐連接至可接收一 晶：=至少包含-反“Ϊ應氣體及-待處理的 絕緣層至少覆蓋於 分； 該晶舟承載器 晶舟放置於該晶舟承 圓； 裁器之 上， 及一碟狀結構連接 之四周表面的一部 且其内存放著該晶 …荷; 應爐管之外；及 承栽器，且位於該反 間，：繫於該傳導性環狀結樽和該靜電產生器之 。/、用U傳導該電荷從該靜電產纟器至該晶舟承載器上 2自::！請專利範圍第1項之系統’其中上述之反應爐係選 % 化學氣相冰積反應爐以及—物理氣相沉積反應爐 所組成的族群中的元素。 L如申請專利範圍第1項之系統，其中上述之碟狀結構係 閉門’其至少包含石英’該閘門有密封該反應爐管之作 用β

   4149S7 六、申請專利範圍 4. 如申請專利範圍第3項之系統，其中上述之閘門係垂直 地連接於該晶舟承載器，且該晶舟承載器貫穿該閘門於該 閘門的中心。 5. 如申請專利範圍第1項之系統，其中上述之反應爐管至 少包含石英。

   6. 如申請專利範圍第1項之系統，其中上述之晶舟承載器 係選自於由一槳狀承載器（padd 1 e )以及一臺座狀承載器 (p e d e s t a 1 )所組成的族群中的元素。 7. 如申請專利範圍第1項之系統，其中上述之絕緣層係選 自於由一氧化層以及一介電層所組成的族群中的元素。 8. 如申請專利範圍第7項之系統，其中上述之絕緣層至少 包含氧化碎。 9. 如申請專利範圍第1項之系統，其中上述之晶舟至少包 含石英。 1 〇.如申請專利範圍第1項之系統，其中上述之傳導性環狀 結構至少包含銅。 11. 一減少微塵污染於晶圓之程序，其至少包含下列之步

   第14頁 414927 六、申請專利範圍 驟： 反應壚，其至少包含 石英反 提供一 應爐管； 執行—製程反應步驟於今a立7 產生靜電電荷使談B在f θθ舟承載器上的晶圓； 執行該製程反應步驟= 八载器佈滿適當極性之電荷在 抽出該晶奋系# 於該晶舟承載益反應爐管裏，且在取出該晶圓 別，關掉一靜電產生器。 加包含月專利範圍第1 1項之程序，I中t tΘ g # G 3 —石箪石度此AJ_ 7…、〒上述之反應爐更 央碟狀結構連接於該晶舟承載器。 步驟至：：i利範圍第n項之程序，#中上述之製程反應 ，—氣相以下幾項：引入一混合反應氣體，一熱反應 ’ L積，及—冷卻步驟。 係產生；^ Γ專利範圍第1 1項之程序’其中上述之靜電電荷 結構於、,；5亥靜電產生器，且經由一傳導線及一傳導性環狀 月1造至該晶舟承載器之表面上。 废=观中3奢專利範圍第11項之程序’更加包含一抽出未反 $ Ί體之步驟在該製程反應步驟之後且在產生靜電電荷之 414927

   六、申請專利範圍 16,如申請專利範園第11項之程序，更加包含—引入氮戋 氬氣體於該反應爐管之步驟’使該反應爐管内的氣壓回歸 至大氣壓，上述之步驟係於抽出該晶舟承载器之前及在產 生靜電電荷之後執行。 17 · 一改良晶圓承載少包含： 一絕緣層至少該晶圓承載器之四周表面的一邻 分； ，^ —晶舟放置於該晶圓承載器之上’且其内存放著一曰 圓； 考' 日曰 一靜電產生器用以提供正極電荷或負極電荷. 一傳導性環狀結構連接於該晶圓承載器， 應爐管之外；及 位於一反 項之晶圓承載自於由一槳 臺座狀承載器（t a 1 )所組成 1 8，如申請專利範圍第i 7 狀承載器（paddle)以及一 的族群中的元素。 19.如申請專利範圍第1 7項之曰囿π甚盛 ^ .、、 緣層係選自於由—氧化層 阳（。 ，、中上述 元素。 乳化層以及一介電層所組成的族群

   第16頁 414927 六、申請專利範圍 20. 如申請專利範圍第1 9項之晶圓承載器，其中上述之絕 緣層至少包含氧化梦。 21. 如申請專利範圍第1 7項之晶圓承載器，其中上述之晶 舟至少包含石英。 22. 如申請專利範圍第1 7項之晶圓承載器，其中上述之傳 導性環狀結構至少包含銅。 Ο

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