TW432631B - Method for producing tester control wafer for deposition of silicon oxide - Google Patents

Description

Γ1432631 五、發明說明（l) * " 5 -1發明領域： 本發明係有關於一種氤摻雜氧化矽沉積製程之 片的製作方法’特別有關於此測機控片的前處理方 5-2發明背景： 於半導體製程中，為保障製程及機台穩定，項 測其穩定性’其最常見的方法乃以一非產品用途的 (一般稱作為測機控片），取代產品晶片的角色去進 程。舉例來說，於一沉積製程中，沉積產品晶片一 後’要確認反應室或沉積環境之條件是否正常，能 善，以確保沉積品質的均一與穩定，所以取一測機 行沉積，再量測此控片上之沉積物（薄膜）的各種物 ，將所得出之數據與之前所作的數據相比較，得知 的fe圍，如此即可知該沉積機台的環境條件，進一 所應採取的措施。 如"7半導體對積集度要求日漸升高，元件的體 逐漸縮小的趨勢，具有低介電常數的介電層材料亦 所須，其中氟摻雜氧化矽（fluorine-d〇qM吐以 oxide)即重常乾i新物質，通^ 石夕玻璃（fluorine Silic〇n glass, FSG)。此種象 剩機控 法。 定期檢 矽晶片 行該製 段時間 事先改 控片進 理性質 所偏差 步判定 積也有 為時勢 稱為氟 摻雜氧

響所欲量測 矽則 使用的氣體 ，所解離出 或金屬及非 積此種薄膜 氮化矽層以 ，如第一圖 厚度、薄膜 目時，並未 直接侵蝕矽 粒1 0 2 (此處 加，往往超 者，導致採 而耽誤正常 正常之回收 用於薄膜之 成本增加。 化碎於此控 P' P4 32 6 3 1 五、發明說明（2) 化矽的薄膜成長所 此氣體形成電漿後 基板（substrate) 此在產品晶片上沉 推雜之氧化矽層或 中，由於測機控片 化矽103以量測其 粒（particles)數 使得解離之氟原子 ’使得所量測之顆 部分）數量大幅增 應室不乾淨所造成 無法解決問題，反 片之石夕晶片’若以 ’大都無法再度應 無法多次使用而使 形成的高均勻性氧 厚.度太#而嚴拿 以爐管來成長氣化 之疑慮。 @ 等含 來之氟原子對n 金屬薄触非常 時可墊一層厚度較 1¾絕此問題。至於 所示，在進行沉積 應力、折射率、氟 塾一層無氟之氧化 基板101而造成缺 之顆粒乃包括凸起 出所要求之規格而 用一些不必要之動 生產時間。再者， 流程去除含氟之氧 顆粒的量測方面， 若先g —般CVD沉 片表面作為，保 摻雜氧化矽之 本過高，且有污染 氟氣體， 體製程之 快速，因 薄的無氟 檢測程序 氟摻雜氧 含量及顆 矽，此將 陷或損害 或凹下的 誤認為反 作，不僅 已生成晶 化矽膜後 因此晶片 積方式所 ，其沉積 性質若 其他製程 根據上述之原因 必須發展 ，以避免矽曰y 悝叫狨控片的製作方法 而造成缺陷。 鼠摻雜氡化矽時被氟腐部

W Γ43ΐ§§1 五、發明說明（3) 5 - 3發明目的及概述： 鑒於上述之發明背景中’傳統製作氟摻雜氧化矽沉積 製程之測機控片的方法所產生的缺點，本發明的目的在防 止測機控片之矽表面於沉積氟摻雜氧化矽時被氟損害的情 形’以增加回收在利用率，降低成本。 根據以上所述之目的’本發明提供了一锸制从* JA 化矽沉積製程中之測機控片的前處 ^ 2 /雜 :驟。首先提含以下 :卜上“观於 八5化層、’且此氧化層處理i形^30至50埃 ^分解成具高度活性的氧原子，且與乃將氧氣 形成:此氧化層係用^以保石夕原于反 實際操作驗證的例、芋，以證明此法 2。甚且， 忒之效臬―輿可行性。 說明： ~4圖式簡單 第—圖係表示未以氧電漿處理過之,、 第二圖係表示以氧電漿處理過之測機技片截面圖。 a徑片結面圖。

>^4 326 3 1 五、發明說明 (4) 主要部分之代表符號： Π 石夕基板 12 氧化妙 13 氟摻雜氧化矽 101 矽基板 102 顆粒（包括凸起與凹下部分） 103 氟穆雜氧化石夕 5 - 5發明詳細說明： 在氟石夕玻璃（fluorine silicon glass， 雜氧化石夕（fluorine doped silicon oxide)為具有低介電 常數钓上在半導體之金屬化的製程中常'被 ，介電層的電容量。一般產品晶片上可用沉積法如電漿增 益化學氣相沉積法（plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)或高密度電漿化學氣相沉積法（[^社 nsity plasma chemical vapor deposition, HDPCVD ) 片於其他介電材料如敗化石夕（nitride silicon)層上形成 ，摻雜氧化矽的薄膜。在實行沉積的過程_，為確保沉積 ^犋品質，須常態性地製作測機控片，去檢測沉積機台 該2:確保製程穩定’即以一全新的矽晶控片）置於 ^ σ内，在與產品晶片相同的條件下，沉積氟摻雜仆 >臈，再量測此薄膜的物理或化學性質及機台特性如薄

第7頁 i43263 1 —丨·' —- 五、發明說明（5) ' ------- 膜厚度應力、折射率、氟含量、製程產生的顆粒（ Particles)數目、沉積速率等。 本發明乃在氟1摻雜氧化矽沉積之前，於測機控片之矽 基板11的矽表面（此表面曝露於外）上先形成一氳1梦層 1 2，以隔絕沉積氟摻雜氧化矽丨3時的高反應性氟原子對此 矽表®的侵蝕或損害，如第二圖所示。形成此氧化矽層的 方法乃利用氧電漿處理程序，且可於電漿增益化學氣相沉 積（PECVD)或高密度電漿化學氣相沉積（high density plasma chemical vapor deposition， HDPCVD)的機台中 進行之。將一全新的矽晶片在PECVD反應室中且於，利用 低能量（power )之$電漿’以高溫及電漿離+指Li效應來 清除原先吸附於晶含氫氧基之原生（native)氧化 石夕’同時使解離之反應性氧原子與乾淨之石夕表面產生均勻 氧化反應，而生成高品質及厚度均勻性佳之氧化矽薄膜， 此氧化矽包含二氧化石夕或富含矽之氧化物（s i 1 i con-r i ch oxide)其厚度約為30至50埃（angstroms)，且可大量減 少因氟原子的侵蝕而產生的顆粒數。其中機台的條件範圍 約為：溫度於300至500度左右，壓力於3至5托耳（torr) 左右，能量（P〇wer)密度於0.08至0.24 W/cm2左右，氧 氣流量於至3 0 0 0sccm左右’處理時間為3分鐘以上。 以下所述皆為實際操作之實驗結果’表一為在上述條 件範圍之中所選取的—組操作條件。

r £432631 五、發明說明（6) 表一：氧電漿處理時的操作條件 温度（c) 壓力（torr} 能量密度（W / c m 2 > 氧氣流量（s c c m > 時問（分《 ) 400 5 5 0.12 10 00 4 表二為六片新的砂晶片樣品（1 ~ 6 )於氧電毁處理前後之顆 粒數目（直徑> 0. 2 μ m者）、所形成之氧化石夕厚度及均勻 度的結果。由表二得知此處理可成長約4 2埃之氧化矽，其 厚度均勻度約小於1 %，且顆粒數量並無明顯增加情形。其 中之平均度為（最大厚度-最小厚度）/兩倍之平均厚度。 表二：樣品於氧電漿處理前後之特性 樣品 4理前ΪΜ粒數 矻理後邛粒數 氣化矽厚度（埃） 均句度（％ ) 1 9 8 41.026 0.98 2 4 3 4 1.28 0.96 3 2 3 4 1.32 0.95 4 3 4 4 1.50 0.91 5 2 1 42.30 0.96 6 3 4 4 1,90 0.97 接者，取有經過及無經過乳電黎處理之全新晶片各六 片為樣品（卜1 2 )，於高密度電漿化學氣相沉積（HDPCVD )機台中，使用S i F4、S i H4及02等氣體以標準之沉積程式 進行氟摻雜氧化矽的沉積。由表三可見，經氧電漿處理後 之晶片其沉積後之顆粒增加數目已明顯降至3 0顆以下，而

4326 3 五、發明說明（7) ίίΐ者之顆報數目均在150顆以上’其中所統計之顆粒 均，A二匕；t析得知Ϊ經氣《處理之顆粒 穆雜氧切之介面中，G氧化膜内，且於基板與氣 —初，氟對矽表面侵蝕所二推知此顆粒來源是於薄膜成長 '電漿處理後之晶片所成^缺陷或堆積。同時驗證經 缺陷產生。由表三之其它γ1薄層氧化矽確實可防止此種 以外，其餘特性未變。导骐特性可知除厚度均勻度轉佳 各種晶片 沉積之氣 厚度（€ -t 穆雜氣化矽薄膜之相關特性

表

化矽沉積之θ 氧化矽及氣；將：標準之10:1氫氟酸3 顆粒數I κ處理成長之30〜50埃章

苐10頁 '。由表四之結杲得之經氧電 4 326 3 五、發明說明（8) 理過之晶片可以一般回收流程回收再次利用以量測因製程 產生之顆粒數目；而未經處理者則因缺陷過多，無法藉一 般回收流程清除，使得回收後之顆粒數過高，僅能作為一 般量測厚度之測機控片。隨著沉積次數增加其缺陷增加快 速，亦減短其使用之壽命。 表四：已沉積氟摻雜氧化矽之晶片經1 0 : 1氫氟酸（HF )浸 泡處理去除薄膜前後所量測之顆粒數目（直徑> 0. 2以m者 後品 氧電漿處 理 浸·;包前乙顆粒It 浸泡悛之賴粒數 1 是 12 15 2 否 15 8 2 0 1 3 是 7 17 4 否 2 5 3 2 3 1 5 是 15 8 6 否 15 7 3 0 5 7 是 9 7 8 否 2 11 1 9S 9 是 2 3 12 I 0 否 2 0 1 10 7 1 I 是 14 7 1 2 否 15 9 408

第11頁 P4 32 6 3 1 五、發明說明（9) _

SiFJ等氣體解離之含氟成份（如 控片）表面之侵姓或反應，而後子專夕晶片（測機 時之顆粒的產生；且由於此 續氟摻雜氧化矽沉積 不會影響對氟摻雜氧化矽層性的、剌f度，使得此氧化層 同時將原本疏水性之石夕表面轉J親水處理流程亦可 摻雜氧化矽沉積薄膜之厚声垃二 ' *轉換可改善氟 沉積狀況，並增加晶片（列又機£:二’ U利實際模擬產品之 ，此經氧電衆處理過的：曰機乂片）回收之再利用率。更者 的製程。 >曰曰片亦可適用於無氟摻雜氧化石夕 以上所述僅為本發明夕私 之較佳實施例而已，並北、 定本發明之申請專利範圍. 非用以限 ^ ㈤’凡其它未脫離本發明所捃-一 精神下所完成之等效改變忐故t 疗揭不夕 V, 夂或修飾，均應包含在下述之由Λ 專利範圍内。 < 之申？

Claims (1)

1. ^14326 六、申請專利範園 1 至;=作刚氧化砂沉積製糕中之測機控片的方法， 升1 & 一 I = 2，遠石夕晶片之〆矽表面係曝露於外； 以保護該該矽晶片之該矽表面上’該氧化層用 雜氧：ί層-於該氧化層上，藉量測該敦摻 積製'程的穩定性。化子性質’可料妨雜氧化石夕沉 2_如申請專利範圍第i g @命μ & 弟1項之方法，其中上述之氧化層係以 ^ 5法形成，其將氧氣分子分解成具高度活性的氧 原子，且/、該矽表面的矽原子反應而形成該氧化層。 2 !2利範圍第2項之方法，其中上述以氧電衆處理 法形成該氧化層時’係於下列之條件下進行：溫度於3〇〇 至5 0 0度左右，壓力於3至5托耳（t〇rr)左右，能量（口⑽冗 )密度於0.08至〇_24W/cm2左右，氧氣流量於1〇〇〇至3〇〇〇 seem左右’處理時間為3分鐘以上。 4·如申請專利範圍帛工項之方法，其中上述之氧化層係以 熱氧化法（thermal oxidation)形成。 5.如申請專利範圍第丄項之方法，其中上述之氧化層至少 包含二氧化石夕。

   第13頁 Γ P4326 3 1 六、申請專利範圍 6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之氧化層至少 包含富含矽的氧化物（silicon-rich oxide)。 7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之氧化層的厚 度範圍約在3 0至5 0埃之間。 8，如申s青專利範圍第1項之方法，其中上述之乾摻雜氧化 矽層係以沉積法來形成。 9.如申請專利範圍第8項之方法’其中上述之沉積法至少 包έ電水增扭化學氣相沉積法（plasffla enhanced chemical vapor deposition, PECVD)。 10, 一種氧化矽沉積製程之測機控片的前處理方法，至少 包含： 提供 一 .../日日；ή % 7日日乃心一矽录面係曝露於 垃J Γ :晶片之該矽表面上形成一厚度範圍約為30至50 矣的乳化層’該氧化層係以氧電漿處理法形成 分子分解成具高度活性的氧原子 ：虱軋 反應而形成該氧化，，該氧化層係用工原子 11·如申請專利範圍第1 0項之方法，盆 、， 積製程至少可用以沉積鉦氟株八上述之氧化矽沉 …軋镠雜的氧化矽。

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   第15頁 Γ IP4 32 6 3 1 六、申請專利範圍 理法形成該氧化層時，處理時間為3分鐘以上。 19. 如申請專利範圍第1 0項之方法，其中上述之氧化層至 少包含二氧化矽。 20. 如申請專利範圍第1 0項之方法，其中上述之氧化層至 少包含富含石夕的氧化物（silicon-rich oxide)。

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