TW417230B - Method for improved sputter etch processing - Google Patents

Description

Λ7 B7 五、發明說明（） 發明領迪，：_ 本發明關於半導體基材處理，更明白地說，關於一種 用以改良夾持及處理於一濺擊蝕刻處理系統中之半導體 晶圓之方法0 發明背景： 半導體處理典型係被執行於特殊設備中，諸設備包含 多數室’於諸室中，諸晶圓係被沉積及各種半導體材料多 數層之處理於單一環境中。多數處理室及預備室係被策略 地安排以經由多數順序步驟，來處理基材（即半導體晶 圓）’以生產積體電路。 電漿為主反應室已經於此等特殊設備中被加強利 用，其係用以精確地控制薄膜蝕刻及沉積。例如，於電感 韓式電漿源（IP S)渡擊蚀刻室中’一電漿係用以啟始晶圓處 理狀況》於此一室中’ 一托架支撐一靜電夾盤並同時作為 —RF電力之陰極。該室壁典型地形成一 RF陽極。靜電失 盤（例如一陶瓷靜電夹盤）創造一靜電吸引力，以於處理 時，保持晶圓於一固定位置。一電壓係施加至内藏於一陶 瓷體内之一或多數電極中，以便分别於晶園及電極中感應 相反極性之電荷。相反電荷將晶圓推向夾盤支撐表面，藉 以靜電地夾持住晶圓。 於IPS室蓋外表面上之另一線圈是被供電以一 RF電 源’該電源電感搞合經由蓋部進入室中產生於陽極及陰 極間之電場沿著電感耦合電源，由線圈激能一被引入室中 第4頁 (請先閱讀背面之沒意事項再填寫本頁) 裝 訂---------線 經濟部智慧財產局員4消費合作社印製 Λ7 B7 五、發明說明（） 之反應氣體，以產生電漿。來自電漿之離子轟擊晶圓，以 創造（蝕刻）一想要囷案β 電氣偏壓托架及晶圓作為陰極加強了晶圊處理，但 是，其同時創造某些不想要之狀況發生。特別地，具有相 當厚（例如1微米）之晶面中’氧化物塗層將傾向於處理時 累積電荷^電荷主要為RF感應，及吾人相信它們是被夫 持晶圓之靜電吸引力所捕陷。因此，即使於夾持電壓被 去除後，晶圓係被夾盤所以某些程度夾持。晶圓必須機械 地被托架所強迫，而導致破裂或粒子形成；這兩情況均不是 想要的° 一第二問題是行經晶圓之電氣暫態（再次是因為RF電 力之結果。這些暫態使得晶囿被區域地改變其偏壓，藉以 減弱或完全排斥夾盤力量》被累積之電荷係有害的，因為 它們降低了用以央持一晶圓之可用吸引力量。這狀況最後 造成較差處理條件β例如’一降低夹盤力量可以造成於晶 圓下之一不均勻背面氣體壓力。此一不等力量使得晶圓移 位或彈出，並妥協溫控制’而造成較差蚀刻處理狀況或粒 子污染。 因此，於本技藝中需要一方法，用以適當地控制一賤 擊蝕刻晶圓處理之處理參數，以降低於基材中之殘留電荷 保留，並允許改良之基材釋放。 發明目的及概述： 相關於先前技藝之缺點係以本發明加以克服，本發明 第5肓 木紙張尺度適用中四卜31丨ί爷（CNS)AI觇洛匕mu X 公,¾ ) (請先閱讀背面之注意ί項再填寫本頁： 裝--------訂---------線 經濟部智慧財I局員工消费合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印t 417230 Λ7 . ；------------ 五、發明說明（） 具有一方法’用以處理於室中半導體基材’其包含步驟： 建立預處理狀態於室中，執行一兩步驟電漿激發，處理該 基材’執行一兩步驟電漿功率下·降及執行一兩步驟基材釋 放。建立預處理狀態包含施加—夾盤電壓至基材，以約 4seem之流速’使一背面氣體流動至基材約〖〇秒，以建立 是面氣壓’引入第一處理氣禮流，以約l〇〇sccjn之流速’ 引入一第二處理氣想流’以約5 s c c m之流速及降低背面氣 體流量至約1 s c c m約5秒。 該兩步驟電漿激發包含施加—約2〇〇瓦之RF偏壓電 源及約13·56ΜΗζ頻率至室中，及約〇 5秒後施加约300 瓦之RF線圈電源以約4〇〇KHz之頻率至室中。該RF偏壓 電源係然後增知至約300瓦’第一流量之處理氣體係然後 降至Oseem約60秒，或其他足夠時間，以處理基材（即完 成想要之氧化物去除）。 該兩步驟電漿電源功率包含增加Rf線圏功率至約 500瓦及降低背面氣體流至約〇sccni約2秒，然後，rf偏 歷功率係被降低至約！50瓦約2秒。該兩步驟釋放包含減 少RF偏壓電源至約1瓦約6秒’然後，降低釋放電壓至 約1伏約5秒。該室可以然後被洗淨，副產物被抽出’使 得該室環境可以適於另一處理執行。 由本改良方法所實現之益處有一電装之，，軟”激發，這 降低了於基材上之直流偏壓尖波《降低直流偏壓尖波降低 了處理異常’例如於去除夾盤電壓及晶圓互斥力後之過量 電荷保留於晶圓上’及於處理時之電漿之不連續。另外， 第6頁 本紙5¾义度通用中囚囚孓丨V?- {CNSM.l坭洛GUhLW公朵) ' ------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 ----訂---------線 , Λ7 ___137_ 五、發明說明（） 於處理後之電漿下降允許了適當時間I可用以放電於晶圓 中之殘留電荷，這充許更可靠之基材由室中移開（釋放 本發明之教導可以由以下之詳細說明配合上附圖而 加以迅速了解。 圖式簡單說明： 第1圖描述一處理室，本發明之方法可以執行於其中。 第2圖為本發明之方法之流程圖。 為了容易了解起見，相同參考號已經儘可能使用，以 《請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印焚 指出 圖式中之相同元件。 圖號針照說明： 100 濺擊蝕刻處理室 102 壁面 1 04 底座 106 圓頂蓋 108 處理腔 1 10 基材支撐件 1 12 托架 1 14 風箱組件 1 16 靜電夾盤 1 18 工件 120 電極 122 夾盤電源供應 124 射頻電源供應 126 蓋環 128 射頻線圈 130 諧振外殼 132 射頻線圈電源 134 處理氣體源 136 電漿 138 壓力控制裝置 -----訂---------線 1r 4172 3 Ο " Λ7

五、發明說明（） 發明詳細說明： (請先閱讀背面之江意事項再填窵本頁} 經濟部智慧財產局員工消費合作社印ΜΛ 一種用以處理於一半導體晶圓處理系統中之半導體 晶圓之改良方法係被揭示β該方‘法可以例如被實施於滅聲 蝕刻處理室，例如由美國加州聖塔卡拉應用材料公司所販 賣與製造之Preclean ΙΙ/e處理室之中。明白地說第1圖 描述上述之滅聲蚀刻處理室100之示意圖。室1〇〇包含多 數壁面102’由底座104向上延伸.一圓頂形蓋ι〇6包圍 該室100之處理腔108。於該腔丨〇8内，一基材支撐件π〇 係被安置，以支撐及夾持一例如半導體晶圓之工件i丨8。 基材支撐件110更包含一托架112包裹於風箱组件114之 内。風箱組件U4允許基材支撐件110移動於處理腔1〇8 内’同時’維持一真空狀況於該密封室】〇 8内。一靜電失 盤116係安置於托架112之上端，用以夾持工件118於其 上。工件118係以靜電夾盤所靜電夾持，藉由連接至一夹 盤電源供應1 22(例如一高功率直流源）之一或多數電極 1 20 »另外，基材支撐件1 1 〇經由至一射頻電源供應1 24 之連接’操作為一射頻陰極。該室包含一或多數沉積屏 故’蓋環等126’其包圍住各種室元件，以防止於此等元 件及離子化處理材料間之不想要之反應β 為了 Jl生用以處理基材118之想要電聚，一射頻線圈 128係提供於室100中。明白地說，線圈128係安置於一 諧振外殼1 30内，該外殼係安置於蓋丨〇6上。線圏1 28係 垂直地對準室100之壁面102，並被一射頻線圈電源132

I 所供電。處理氣體（例如氬）係被由一處理氣體源134引入 第8貫 經濟部智慧財產局員工消費合作社印 A7 ____________Ii7_______ 五、發明說明（） 至室100中。一電漿136係當射頻線圈被電感耦合來自電 源132之功率至於室中之處理氣體時被創造於處理腔108 中。一背面氣體同時經由基材支.撐件11〇被經由一背面氣 體源136’提供至晶園118之背面。背面氣體作用為於基 材支撐件110及晶圓118間之導熱媒體.為了建立及保持 所需環境於室1 00中，一壓力控制裝置1 3 8係被連接至室 100。壓力控制裝置例如為一增壓泵或其他類似泵，其能 建立接近真空狀況（即於毫托耳範圍之室壓 第2圖描述用以控鬥於室100中之處理狀況之方法步 驟200。此方法降低了殘留電荷，以及，降低需要以釋放 一晶圓之時間及加強缺陷效能。明白地說，方法200啟始 於步驟202並進行至下一步驟，即步騾204，其中一基封（即 一半導體晶圓）係被夾住至一基材支撐件。該基材支撐件 例如為一陶瓷靜電夾盤，其包含一或多數電極被埋入於陶 瓷夾頭體內。電極係被一電源所激能，其順序地創造一強 吸引力，於夾盤及基材之間。於本發明之一較佳實施例 中，一高壓直流電源係用以創造適當夾盤電壓及靜電力以 夾持基材於夾盤上》較佳地，夾盤電壓約250伏直流。 •於步驟204中，基材被適當地央持於夾盤上後，一背 面氣想係由基材後面加以供給。氣趙流至基材之背面確保 了一足夠熱能係由基材傳送至夾盤*該夾盤係被各種方法 所冷卻（即水流經於夾盤表面下方之導管）。較佳地，背面 氣體係為一惰性氣體，例如被施加至晶困背面之氬，以約 4sccm之流速約10秒。實驗顯示背面氣體之1〇秒間距造 第9頁 本紙張尺度適丨H中囚囚家揉;丨1 (CNS)A.U見恪（21() X '/>朵） ---------訂----I I--- /{. --•請先閱讀背面之^意事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 4172 30 Λ7 _____B7____ 五、發明說明（） 成所得背面壓力約5托耳3這值係相當足以於處理狀態 中，冷卻基材，同時允許洩漏。 於加壓步郫206後，室環境係被穩定於步驟208中· 明確地說，穩定步驟包含引入第一流量之處理氣體，約5 秒，以於lOOsccm，以及第二流量之處理氣體進入室中， 以約5 s c c m之速率及約5秒。第一流量之處理氣體係主要 用以創造為了電漿激勵所需之高壓條件*以及，第二流量 之處理氣體係主要用以如以下所詳述地維持於室内之這 些處理條件。另外，背面氣體之流速係被降低至約1 sccin， 以維持背面氣體壓力條件’如以上所述。即，基材已經適 當地被夾持，背面氣體壓力係足夠用以熱傳送但並未足以 使得晶圓移位，移動或彈出靜電夹盤。然雨，一些戌漏可 能發生，而降低了背面氣體壓力低於5托耳之值；因此， 1 seem之背面氣體流量補償了任一洩漏。 於室環境已經穩定於步驟208後，一電漿之高恩，，軟" 激勵已經被執行《明白地說，一第一電漿上升步驟已經被 執行於步驟210中。第一電漿上升步驟係藉由施加一 RF 偏壓至靜電夹盤加以執行。明確地說，一约2〇〇瓦之射頻 功率及13.56MHZ之頻率之信號係經由—電源供應被施加 至靜電夾盤，以偏壓該夾盤以吸引正離子β於第一電衆上 升步戰後’一第一電萊上升步鄉212係被執行^該第二電 漿上升步驟施加一射頻電源至線圏，該線圏係佈置於一蓋 部之外侧，該蓋係密封該室，以離子化該處理氣體成為於 室内之電漿《明白地說，第二電漿上升步驟發生於第一電 第10頁 (cns)vvi , )-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂---------線 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印ΜΛ Λ7 H7__ 五、發明說明（〉 漿上升步驟後0.5秒，藉由施加約300瓦之射頻電源，約 400KHZ之頻率之信號至線圈。來自線圈之射頻電源電感 耦合經由蓋部至於穩定步驟20.8中被注入室中之處理氣 體，並於晶圆上創造一電漿，該晶圓係適用以處理（即自 晶圓上蝕刻一氧化物層至約300-500埃之厚度）<由步驟 210及212所代表之高壓"軟"激勵減緩了於靜電夾盤表面 上之直流偏壓尖波。減緩直流偏壓尖波干擾是重要的，因 為過量之尖波造成於夾盤及基材間之場發射。這些場發射 引入過量電荷於基材中’這會捕獲及造成基材沾黏或於夾 持電壓電源被移開後之殘餘夾持力。 於電漿被激勵後’處理200持續於步驟214，其係為 一標準麵刻處理’其能經由於氧化層及電漿處理氣體之能 量分子間之互相作用’而能自基材上去除一氧化層。對於 最佳蚀刻條件’ 8毫托耳之室壓係藉由引入約1 00至〇Sccm 之第’ 一處理氣體流，同時維持第二處理氣體流於約 5sccra ’維持背面氣體流於1 sccna，增加射頻偏壓電源至約 300瓦並維持射頻線圈電源於約3〇〇瓦，而被設定於室 中。於本發明之較佳實施例中，蚀刻步驟2丨4係被執行約 60秒。 於想要之蝕刻步驟被完成，基材（即半導體晶圓）係被 放開並由室中去除。然而，為了適當釋放晶困，一兩步驟 電漿下降必須被執行，以故電保留於該晶圆上之殘留電 荷。明白地說，於步驟216中，一第一電漿下降步驟係被 執行’其中射頻線圏電源係被增加至約5 0 0瓦，同時維持 _ 第 111Γ 械張尺度綱中關孓慄枣(CNS)A丨祕(L)lUx:)97公,¾ ) ~ ------------、 裝---------訂---------^線 ί Jit (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4ΠΖ3 0 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 Λ7 B7 五、發明說明（） 射頻偏壓電源於約300瓦並降低背面氣體流至Osccm，約 2秒之時間。於第一電漿下降步驟216被執行後’ 一第二 電漿下降步驟218係被執行^ 白地說，第二電漿下降步 驟係被藉由維持射頻線圈功率，並降低射頻偏壓電源至約 1 5 0瓦約 2秒之時間而加以執行。降低背面氣體流，降低 了經由加壓氣體被施加至基材之向上力量。增加射頻線圈 電源作用以維持電漿並藉以拉下於晶圓中之過量電荷至 接地室壁面，因而降低了於晶圓上之直流偏壓。於步驟218 中之降低射頻偏壓電源降低了離子轟擊之數量，隨後降低 了衝擊晶圓之熱量。另外，建立於晶圓中之殘留電荷也會 減少，更降低了直流偏壓^ 於第一及第二電漿分別於步驃2丨6及2 1 g下降後，一 第一低功率釋放步驟220係被執行。更明白地說，射頻偏 壓功率係由約1 5 0瓦被降低至約1瓦，其中離子轟擊係被 降至幾乎為零’並且，任一殘留電荷可以由該晶圓去除。 另外’背面氣體係由該晶圓背面抽出，以消除任何之殘留 向上力量。該第一低功率釋放步驟220係被執行約6秒。 再者’一第二低功率釋放步驟222係被執行。明確地說， 射頻偏壓電源及射頻線囷電源係被分別維持於i瓦及5〇〇 瓦’及夾持電壓係被由約2 5 0伏降低至約1伏，於約5秒 之時間。於此點’幾乎所有殘留電荷及背面氣壓已經被去 除’及晶圓可以由室經由典型機械機構，例如延伸進入室 中之機械手傳送臂移開。 於第二低功率釋放步驟222，一室洗淨步鄉224係被 第12頁 本紙張义度過旧十网W miMCNS)A 1规烙（liiu 公μ ) /V (請先閱請背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂---------線 1 . Μ _________l]7__ 五、發明說明（） 執行》明白地說，一惰性氣體係以約2 5 s c c m之流速流入 室中’以及射頻偏壓電源及射頻線圏電源係被調整至〇瓦 約5秒。這洗淨步驟允許殘留處理氣體粒子被搗動於室 内’隨後被於抽出步驟226中被抽出。明確地說，抽出步 驟226係被執行約5秒，其令，惰性處理氣趙被關閉及一 室壓控制裝置(即一輪機泵)係被作動。該泵抽出殘留處理 氣趙粒子及惰性洗淨氣體，使得該處理可以以幾乎相同於 處理剛開始之條件言新胡私。Λ ^ 干里祈開始也就是說’於晶圖之批次製 程中，所有於該特定虛理夕於 . a孖疋處理之前，（後及其間之條件應相同 或接近。 雖然各種併入本發明之教導之實施例已經示出並詳 每說明於其中，但熟習於本技藝者可以迅速導出於本案教 導範圍内之各種實施例， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3 本紙張適丨Η中阀1¾，幻:Vf- (CNS)A.丨規洛（:_!U)xL>97 )

Claims (1)

1. 4172 3 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財是馬員工消費合作社印製 、申請專利範圍 種用以處理於一室内之半導體基材之方法，至少包含 步驟： (a) 建立預處理條件於該室中； (b) 執行一兩步驟電漿激勵； (c) 處理該基材； (£〇執行一兩步驟電漿功率下降；及 (e)執行一兩步驟基材釋放。 2. 如申請專利範圍第〗項所述之方法，其中上述之步驟（a) 更包含步驟： (i) 夹持該基材； (ii) 流入一背面氣體至基材，以建立一背面氣體壓 力；及 (iii) 穩定室中之氣氛。 3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中上述之步騾⑴ 更包含施加一 250伏之夾持電壓至室内之基材支撐件 上。 4. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中上述之步驟（ii) 更包含以4sccm之流速流動背面氣雜持續10秒。 5. 如申請專利範圍第2項所述之方法其中上述之步驟（i i i) 更包含： 第Η頁 本紙张CNS) A4^ ( ^297^ ' '~ 装------訂.----^---束 (请先Μ讀背面之注意亊項再4!寫本貰) (

   穴、申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 引入lOOsccm流速之第一處理氣體流； 引入5sccm流速之第二處理氣體流： 降低背面氣體流至Isccm持磧5秒》 6·如申請專利範園第1項所述之方法，其中上述之步驃（b) 更包含施加一射頻偏壓電源及一射頻線圏電源至該室 中。 7·如申請專利範圍第6項所述之方法，其中上述之射頻偏 壓電源係200瓦及於13·56ΜΗζ之頻率，及射頻線圈係 300瓦於4〇〇kHz之頻率。 8.如申請專利範圍第6項所述之方法，其中上述之射頻線 圏電源係於射頻偏壓電源被施加〇. 5秒後被施加。 9·如申請專利範困第7項所述之方法，其中上述之步驟（c) 更包含增加射頻偏壓電源至300瓦及降低第一處理氣體 流至Osccm持續60秒。 經濟部智慧財廑局員工消贫合作社印製 10.如申請專利範困第7項所述之方法，其中上述之步驟（d) 更包含增加射頻線圏電源至500瓦，及降低背面氣體流 至Osccm持續約2秒。 1 1，如申請專利範圍第1 〇項所述之方法，其中上述之步驟 __笫15頁 本紙用中家標率（CNS ) A4*U*· ( 210X297公ji：)〜~ 4172 30 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 (d)更包含降低射頻偏壓電源至1 5 0瓦持續2秒 ---------^ ! (請先聞讀背面之注意事項再<寫本頁) 12.如申請專利範圍第7項所述之方法，其中上述之步驟（e) 更包含降低射頻偏壓電源至1秒，持續6秒° 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中上述之步贺 (e)更包含降低夾持電壓至1伏持續5秒。 14.如申請專利範圍第丨項所述之方法，更包含步驟： (f) 洗淨該室；及 (g) 柚出室内氣體》 15_如申請專利範圍第項所述之方法，其中上述之步驟 (0更包含流入一洗淨氣體至室中，以25seem之流速持 續5秒。 16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中上述之洗淨 氣體為氬。 經濟部智慧財凌局員工消費合作社印製 17. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中上述之室被 抽氣持續5秒。 18. —種用以處理於室内之半導體基材之方法，至少包含步 驟： »16頁 本紙法尺度遙用中國國家揉準（CNS ) A4JBt格·（ 210X297公釐） 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印" Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 U)夾持該基材； (b) 以4sccm之流速之背面氣體流至基材，持續10 秒； (c) 引入於1 00 seem之第一處理氣體流至該室中； (d) 引入於5sccm之第二處理氣雜流至該室中； (e) 降低背面氣體流至I seem，持續5秒； (0施加一 200瓦及頻率13·56ΜΗζ之射頻偏壓電源 至該室中，並於施加射頻偏整電源0.5秒後，施加—射 頻線圈電源，該射頻線圏電源係 300瓦及頻率為 400ΚΗζ； (g) 增加射頻偏壓電源至300瓦，並降低第一處埋氣 趙流至0 s c c tn ; (h) 處理該基材； (i) 增加射頻線圈電源至500瓦，及降低背面處理氣 體流至Oseem，持續2秒； (j) 降低射頻偏壓電源至1 50瓦，持績2秒： (k) 降低射頻偏壓電源至1瓦，持續6秒； (l) 降低夾持電壓至1伏，特續5秒； (m) 以25sccm之流速流入一洗淨氣體至該室中，持 續5秒：及 (η)由該室抽氣，持續5秒。 1 9.如申請專利範囷第1 8項所述之方法，其中上述之步項； (c)被進行5秒。 —__第17貫 本適财isai家樣準（CNS ) Α4ΛΜ4· ( 2丨ΰχ297公釐) ' " I------訂— I I ! I I 展 (請先W讀背面之注意事項再^寫本頁) { 4172 A8 BS C8 D8 >申請專利範圍2 0.如申請專利範圍第1 8項所述之方法，其中上述之步驟 (h)被進行60秒。 裝-------訂—------康 (請先閲讀背面之注意事項再说寫本頁) ί 經濟部智慧財產局員工消费合作社印货 笫18頁 本紙伕尺度遑用中國a家梂準（CNS ) Α4说格（210Χ297公釐）