TW448499B - Surface treatment method and surface treatment apparatus - Google Patents

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4 484 9 9 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 Δ7 B7 五、發明說明（l ) [發明之詳述的說明] [發明所屬之技術領域] 本發明有關於被處理譬如形成於半導體晶片表面之氧 化膜、粘著之污染物等’特別是用以除去自然氧化膜或粘 著氧化物之表面處理方法及用於表面處理之表面處理裝置 〇 [習知之技術] 一般’半導體集成電路（以下稱為半導體元件）之製造 步驟其中，對被處理體之半導體晶片等的基板，反復實施 一定的成膜處理與圊形蝕刻處理等，在該基板上形成多數 之半導艘元件。 如此對被處理體，實施一定之處理時，被處理逋（例 如’半導體晶片（以下稱為”晶片’’)有必要在各處理裝置間 搬送。因此’避免晶片曝露於大氣，實際上有困難。晶片 曝露於大氣時*晶片的表面係與大氣中的氧氣或水分反應 ’其結果’在其表面容易發生所謂自然氧化膜。再者，在 各種處理t，起因於大氣、處理氣體或處理液等，晶片之 表面上有粘著所謂化學氧化物等有污染物之虞。 如此的自然氧化膜及污染物係變成劣化半導體元件之 特性’譬如電氣的特性之原因a為避免該廣因，作為對晶 片成膜處理等之敢處理施行表面處理，用以除去晶片表面 上之自然氧化膜等。 以往，一般採用作為用以除去自然氧化膜等之前述表 面處理係將晶片浸潰於藥液争，除去晶片表面之自然氧化 本紙張尺度通用中國國私標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 4 ---I I J! I 1 I I ! illlm --I I I I » ^ 1 ~ - (諝先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 五、發明説明（2 ) —--- 膜等=所謂濕式洗淨隨著车 . 政考+導體兀件之向積成化進展， +尺寸舌如接觸孔之縱橫比變大’同時變為其徑係為 〇·2〜_ΰ'3微米程度’或其以下（譬如，0.12微米）：為該微 的疋4構⑨上述濕式洗淨其中，產生了所謂藥液未充 份的浸入如此微細的接觸孔内，或進入接觸孔中之藥液為 '、表面張力自底部無法排出之事態。因此’產生不能充份 ㈣去形成在㈣孔底部之自職化膜，產生水位標等重 大的問題點。 具有由複數層構成的層疊構造之被處理體濕式洗淨時 ，由於構成其接觸孔壁面之各層蝕刻率的不同’產生孔壁 面變成凹凸等之問題點a 第8 A圖及第8B圖係形成於晶片w上之積層構造，所 不之接觸孔302，用以電氣的接觸排池或水源。 第8A圖所示之孔徑D係0.2〜0.3微米程度。該孔302之 壁面係如第8A圖所示’藉複數之成膜步驟形成的由氡化 娃膜（SiO)構成之多層構造，譬如是三層構造。該三層構 造中，譬如’第1層之氧化硅膜304藉熱氧化形成膜，第2 層之二氧化硅膜306係藉旋塗法形成之摻雜磷之玻璃，第3 層之氧化珪獏308係藉石英玻璃形成之膜。如第8A圖所示 ，自然氧化膜310發生於接觸孔302之底部。 . 在如此多層構造之成膜層，對於用以濕式洗淨之藥液 之蝕刻速度各層分別不同的。用以除去自然氧化膜3 10實 施濕式洗淨之後，如第8B圖所示，左孔302之側壁係起因 於前述li Si速度之差發生凹凸3 0 9，或由於藥液容易浸入 良紙揖（度適用國國家標搫:_ CNS ) Μ規格..；M0; 1 I i Ί I 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本ϊ ) 4484 9 9 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（3 ) 各層間之境界部份，所謂該境界部份過度的敍刻（參照切 入部份）之問題點，以往的濕式洗淨也有的β 在以往的濕式洗淨為解诀如此的問題點，係使用蝕刻 氧體除去被處理體上之自然氡化膜之方法，有提案所謂乾 式洗淨（蝕刻）法（譬如，參照特開平5-275392號公報，特開 平6-338478號、特開平9-106977號公報）。 第9圖表示如上述特開平5_275392號公報所示將以往 的二氧化硅膜乾式蝕刻之方法。說明使用該乾式蝕刻方法 ，除去被處理體上自然氧化膜之乾式洗淨方法。第9圖之 乾式蝕刻裝置其中，關閉開關閥45〇，來自氬氣源454之氬 氣就照舊遮斷開啟開關閥436、43 8，來自氟化氮氣源444 與氫氣源446 ’透過藉流量控制器（mf c)440、442之流量 調整’朝配管432送入NF 3氣與氫氣。配管432中，兩個 氣體，變成警如氟化氮/氩氣混合比1 : 2、全壓0.2托之混 合氣。來自磁控管之頻率數2.45千兆赫、電力50瓦之微波 透過微波導波管448供給’混合氣係在配管432内等離子化 。該等離子化中生成之氟化活性種F*氩氣活性種H*、氮 氣活性種N*係由該配管432内向室410移動，進入室410内 之緩衝室430，通過該多孔板428供給載置於下游狀的載置 台412上之晶片从上。該晶片W係自冷卻媒體供給裝置448 供給至載置台412 ’藉冷卻至常溫以下.之冷卻媒體冷卻。 藉等離子活性化之活性種F*、Η*、係降下至冷卻之晶 片W上，被晶片W表面上之自然氧化膜吸附氧化硅反應。 由該反應之生成物係氧化自設置於室410底部之排氣孔460 本紙張尺度適用中gj國家標隼（CNS ) A4规格（210X297公釐} ---------------装------訂------4!— (請先閱讀背面之注意事項存填寫本買) 6 五'發明説明（4) 被真空泵466吸引朝系外排氣。 *如此藉以往等離子生成之氟活性種氣*、氩氣活性氳 、氡氣活性氮、除去冷卻之晶片表面之自然氧化膜之 方法（待開平5-275392號公報）係藉氟化氮等離子化分解， 其：果’為形成氟、氮*，不能有致的形成襄化氣之活 性乳3再者，由於氫氣在單獨狀態係具有難以維持等離子 狀心之特性，未必難以獲得充分的蝕刻率以除去自然氧化膜。 ^再者，藉其他乾式洗淨除去自然氧化膜之方法（特開 平M38478號，特開平9]_77號公報）係由於全部單獨 使用氫氣，為確保充分的除去自然氧化膜必要之蝕刻率是 有困難。 經濟部智慧財產局员工消費合作社印挺 π本發明之表面處理方法及其裝置係為解決以往除去自 然乳化膜等氧化膜之方法的問題點作為目的。本發明其中 為自被處理體之表面除去丨0〜20埃程度膜厚之氧化獏， 將氫氣與Hit作為轉子氣，在料離子化之料没合氣 之:舌性種之流動中’添加氟化氮氣(反應氣)。被處理體被 冷卻至常溫以下，被處理體上之氧化膜係與該反應氣反應 ’形成反應膜。其i，被處理體被加熱至—定溫度以上， 除去形成在被處理表面之反應膜。 [為解決謂題之手段] 按照本發明之第一觀點。 提供-種表面處理方法’其特徵在於包含由下列步驟 形成： 搬入步驟’用以將其表面上具有氧化物之被處理體搬 衣紙残尺度通月中國國家褚龙； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4484 9 9 A7 B7 五、發明説明（5 ) 入處理容器内； 排氣步驟，用以將處理容器内排氣成真空； 形成步驟’用以將含氮與氫之氣體導入等離子發生部 ，及藉該氣體因等離子化而活性化，形成各自之活性氣種； 形成步與’用以藉該活性氣種向被處理體流動，及在 流動之該活性氣種添加氟化氮氣’形成氟化氮氣之活性化 氣： 冷卻步驟’用以藉該氟化氮氣之活性化氣與該被處理 趙表面上之該氧化物反應，將該氧化物變質* 該表面處理方法其中，該含氮與氩之氣體係氮氣與氩 氣之昆合氣， 接著，將該乾化物變質之步驟，進一步具有下列者較 為理想： 昇華步驟，用以停止真空排氣及將除去氧化膜之被處 理體自該處理容器搬出。 再者’該表面處理方法其中，冷卻該被處理體之一定 溫度在常溫以下較為理想》 再者’該表面處理方法其中，冷卻該被處理體之一定 溫度在攝氏20度乃至-20度之範圍較為理想。 再者，該表面處理方法其中，冷卻該被處理體之一定 .溫度在攝氏10度乃至-20度之範圍較為理想》 再者，該表面處理方法其中，將該反應膜昇華之一定 加熱溫度在攝氏100度以上之溫度較為理想。 按照本發明之第二觀點。 本紙張尺度it财國國访準（CNS > A4規格（21QX29X^丨 *- I---------装------1T------^ I - - (請先閲讀背面之注意1*'項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消费合作杜印製 A7 ------B7 五、發明説明（6 ) ~' -- 提供一種表面處理裝置，包含有： 等離子發生部，用以將等離子形成用氣體等離子化； 處理各器，用以連接於該等離子發生部，在其内部設 置載置被處理體之載置台： 冷卻裝置，用以載置於該載置台之被處理體冷卻至一 定溫度； 升降裝置，用以在該處理容器内將該被處理體上升至 ' 加熱位置；以及 加熱裝置，用以將該被處理體在該加熱位置加熱至一 定溫度。 再者，该表面處理裝置係為除去在被處理體表面形成 的自然氧化膜之裝置較為理想， 再者，該表面處理裝置更且具有， 等離子形成用氣體導入部’用以在該等離子發生部供 給作為等離子形成用氣體之氮氣與氫氣；以及 乱化氣策供給部，用以在該等離子發生部活性化。向 被處理體流動之氮氣與氩氣之活性氣種添加氟化氮氣= 在此’藉添加該氟化氮氣，形成氟化氮氣之活性化氣 體'將該釓化氮氣之活性化氣與該被處理體上之表面層反 應’將該表面層變質，較為理想。 . 再者’該表面處理裝置其中，將載置於該載置台之被 處理體冷卻之一定溫度在常溫以下較為理想。 再者·該表面處理裝置其中，將載置於該載置台之被 處理體冷卻之一定溫度是在攝氏20度乃至-20度之範圍較為 尺度適用士國國家樣箪：CNS A4規格；2!〇.<29,公釐

Q ---------神衣------ΪΤ----- <請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 448499 A7 ___ B7 五、發明說明（7 ) 理想》 再者’該表面處理裝置其中，將載置於該載置台之被 處理體冷卻之一定溫度在攝氏10度乃至-20度之範圍較為 理想》 再者’該表面處理裝置其中，將該被處理體在該加熱 位置加熱之一定溫度在攝氏1〇〇度以上之溫度較為理想。 再者’該表面處理裝置其中，該氟化氮氣供給部包含 設置於該處理容器内壁的多數之喷氣孔較為理想。 再者’該表面處理裝置其中，該氟化氮氣供給部係具 有設置於該處理容器内多數之喷氣孔，譬如包含有環狀或 格子狀之蓮蓬頭較為理想。 再者，該表面處理裝置其中，該氟化氮氣供給部係在 自該等離子發生部端至被處理體方向至少離開有2〇公分位 置，將氟化氮氣添加於該活性氣種較為理想。 再者，該表面處理裝置其中，該加熱裝置係設置於該 被處理體上方之熱放射裝置較為理想。 再者，該表面處理裝置其中，該加熱裝置係設置於該 被處理體上方之加熱燈較為理想。 按照本發明之第三觀點，在該第二觀點之表面處理裝 置、透過搬送室，將一個或複數個之金屬配線形成室，加 熱室及載荷室，在非反應性環境氣體中可搬送被處理那樣 ，提供設置之聚合裝置。 該聚合裝置其中，透過搬送室’將一個或複數個之金 屬配線形成室，加熱室、冷卻室及載荷室設置成在非反應 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公爱） .1〇 . (請先閱讀背面之泣意事項再填寫本頁) 裝！—--訂-------- A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印裝 •五、發明說明（8) 性環境氣體中可搬送被處理體那樣較為理想。 再者’該聚合裝置其中，該金屬配線形成室係用以形 成鋁、钦、氮化鈦、硅、鎢、氮化鎢、銅、钽、氮化钽、 氮化娃内中至少一種膜之室較為理想。 再者’該聚合裝置其_，該金屬配線形成室係具有至 少在攝氏100度以上溫度可加熱該被處理體之裝置較為理 想。 [圖式之簡單的說明] 附上之圖式係與說明書之一部份連繫，且構成其—部 份’表示本發明較佳的實施形態。而且該圖式係藉上述之 一般的記述與在以下說明有關於較佳的實施形態之詳細的 說明’有助於本發明之說明。 第1圖係本發明之表面處理裝置之一實施形態之模式 構成圖。 第2A圖及第2B圖表示可用於第1圖所示表面處理裝置 的晶片升降機構之一例’第2 A圖係其平面圖、第2B圖係 其側面圖。 第3A圖及第3B圖係可用於第1圊所示之表面處理裝置 、表示氟化氮氣供給部（蓮蓬頭）之代替例，第3A圖係環狀 之蓮蓬頭’係由晶片載置台側所視平面圖。 第4圖表示有關本發明之表面處理方法實施形態之各 步驟之流程圖。 第5A圖、第5B圖及5C圖係藉本發明之表面處理方法 ，除去氧化物譬如是自然氧化膜之步驟表示圖。第5A圊 -------------裝----—---訂··--------線 (諝先閱讀背面之注t事項再填窝本頁)

II 4484 9 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消费合作杜印製 五、發明説明（9 ) 係枯著於晶片之自然氧化膜的粘著狀態之擴大圖，第5B 圏係形成於晶片表面之反應膜擴大圖，第5C圖藉來自燈 之加熱自保護膜昇華除去混合錫、氮、氫、氟、氧氣之狀 態的擴大模式圖。 第6圖係將第1圖所示本發明之表面處理裝置作為自然 氡化膜除去裝置使用，與加熱裝置及配線形成裝置和組合 構成之真空聚合裝置之概念圖。 第7圖係將第1圊所示本發明之表面處理裝置作為自然 氣化膜除去裝置及冷卻裝置組合構成之真空聚合裝置之概 念圖。 第8A圊及第8B圈係說明除去自然氧化膜已往之表面 處理方法圊，第8A圖表示生成於晶片接觸孔底部的自然 氧化膜枯著狀態擴大圖’第8B圖表示在接觸孔之側壁， 將起因於钱刻速度之差而形成凹凸等之狀態擴大模式圖。 第9圊係藉以往的氟化氮氣與氫氣混合之中性氣種之 钱刻’使用除去自然氧化膜方法的蝕刻裝置之模式圖。 第10圖係可用於本發明之表面處理裝置，表示氟化氮 氣供給部之代替例概念圖β 第11圖係在本發明之表面處理裝置，冷卻晶片之溫度 與蝕刻速度之關係表示圖β .[發明之實施形態] 以下’面參照附上囷式一面說明本發明之表面處理 方法及表面處理裝置之實施形態。 現說明表面處理（除去氧化物）裝置之實施形態。 ------^111. ^------訂------竦— (请先閎讀背面之注意事項再填寫本頁)

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五 ， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明説明（10 ) 第1圖係本發明之表面處理裝置之概念構成圖。該表 面處理裝置可用於除去發生於被處理體（例，半導體晶片）( 以下’稱為—晶片w」）之表面，膜厚係10〜20埃以下之 污染物（例，自然氧化膜、或無意圖的目然粘著於其表面 或形成之化學氧化物）（以下 > 稱為「自然氧化膜」）。第1 圖所示表面處理裝置1係包含有將氮氣之混合氣等離子化 ，將活性化該氣體之等離子形成管30，為除去發生於晶片 W表面之自然氡化膜之處理容器10與自氟化氮氣源供給氟 化氮氣(:反應氣）至處理容器10内之反應氣供給管26。 處理容器10可由鋁材料構成’藉其内壁設置石英（Si0，) 製内襯13、14 ’可保護來自金屬污染、浸蝕等。該處理裝 置10係可作筒狀之摹框體，其橫斷面可圓形、方形、多角 型等種種之形狀。該處理容器10之底部係固定著一定厚之 底板12。該底部12上係可配罝29。該基台29上係可設置圊 筒狀之晶片載置台20 〇晶片W係載置於晶片載置台2〇之上 面’藉石英製之炎緊圈21可扣合。圓筒狀之載置台2〇之内 部係設置收容冷卻媒體（冷媒介質）之外套（或管）22與熱交 換體23 =外套（或管）22與熱交換體23 —體的設置也可。自 冷卻媒體供給裝置42透過冷卻管路43供給冷卻媒體至外套 (或管）2 2内’晶片W係冷卻至一定溫度，譬如常溫以下， 載置台20係如後述，可設置晶片升降裝置。該晶片升 降裝置係當加熱晶片W時，將晶片W自載置台20上升至一 定的加熱位置（L2) ' —定的處理之後，將晶片w再度下降 回到載置台之機構’可包含有銷驅動機構25'支持銷24a --------ί^------IT--------線 (請先Η讀背面之注意事項再填寫本頁) 4484 9 9 Λ7 Α7 Β7 五、發明説明（11 ) 、及臂24。該晶片升降裝置之一例係第2A圖、第2B圖所 示。在設置於處理容器10下部之基台29下面’配設液壓缸 25(驅動機構），其氣缸桿25a之頂端部固定馬蹄形狀之支 持片24b。自該支撐片24b向半徑方向内方延出的臂24之一 定處所（例、3處）固定支撐銷24a。支撐銷24a係可在上方 突出之頂端部具有尖頭部，在該尖頭部以三點水平的支撐 晶片W。错熱放射裝置（例，加熱燈）19加熱晶片時’晶片 W係藉晶片升降裝置，上升至第1圖所示之加熱位置（L2) 〇 固定於處理容器10底部之底板12之周緣部係可設置排 氣管（例、4個排氣管）40。藉連接於該等排氣管40之排氣 裝置（例、真空泵）41處理容器10内可真空排氣。 處理容器10之上部可固定頂板11(例，鋁材製）。頂板 Π係透過密封構件（例，橡皮製〇型環）17，可設置包含有 凸緣部16的石英製之革子（圓頂）15。革子15可與石英製之 等離子形成管30—體的形成，其形狀係不只圓頂形，亦可 作平坦的形狀，等種種的形狀。設置密封構件17之密封部 可配置壓力感應器等之監視機器。藉該等的監視機器。可 '監視密封部之壓力，來自密封部之氣體有無漏洩等。 作為用以從上面加熱晶片W之熱放射裝置，在罩子15 之上方可設置多數之加熱燈19。為使加熱燈19能急速的加 熱晶片W，可用鹵素燈。自該等加熱燈19放出之熱線係透 過透明的石英製圓頂罩15,射入上升到加熱位置之晶片W 表面，將晶片W加熱至攝氏100度以上之溫度（例，攝氏120 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） ---- n Krl - I---^裝-3 (請先闐讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 咬 經濟部智慧財產.局貝工消贽合作社印製 14 經濟部智慧財羞扃員工湞費舍作社印製 A7 B7 五、發明說明（u) 度）。 藉加熱燈19由金屬等構成之蓋18覆蓋可遮斷自加熱燈 〇朝外部放射之熱線及光線，同時假定即使有石英製之圓 頂罩15破損時，也可防止等離子氣體或反應氣朝外部擴散 ，或漏出。 處理谷器10之側壁係没置與撤送室，載荷室等連通之 間閥10a。閘閥l〇a在搬出入晶片w時開閉。 氟化氮氣由於幾手未钱刻金屬面，通常無需藉石英保 護閘閥10a之内面。一般，藉石英被覆處理容器之金屬内 面係為實施防止在金屬表面以等離子活性化之活性化種的 备命變短。此意味著，閘閥l〇a之内面也以石英被覆較為 理想》 為形成等離子氣石英製之等離子形成管3〇係在石英製 之罩子15之上部中央藉溶融接合等可一體化的設置，等離 子形成管30係在罩子15尹央在處理容器⑺開口，等離子係 自開口導入處理容器10 為形成及導入等離子氣，作為可 能均一的表面處理，也能採用任何的構成。譬如，自罩子 1)之中央，自移動位置導入等離子之構成或自處理容器1〇 之側部導入等離子之構成也可採用。 該等離子形成管30之上端部係連接等離子形成用氣體 之導入部33。自氮氣源35及氫氣源36透過流量控制器 (mfc)34，供給氮氣與氫氣至氣體通路33a 3該等之混合氣 (氮氣了氫氣）係通過導入部33 ,供給等離子空腔3丨内部等 離子形成管30之等離子發生部。 I 1-----------I ---------訂--------- (請先閲讀背面之沒意事項再填寫本頁) b紙張义S適用+國國家標準（CNS)A4規格 J97 公餐 448499 A7 B7 經濟部智慧財產局員工涓費合作社印製 五、發明説明（13 ) 等離子空腔31可連接微波發生源32»以該微波發生源 32發生之微波（例，2.45千兆赫之微波）係施加於等離子空 腔31 ’在等離子形成管30内激發等離子形成用氣體，將氮 氣與氩氣之混合氣活性化，形成氮基與氩基之活性氣種。 該等之活性氣體係自等離子形成管30之開口部30a供給至 處理容器10内。 在等離子形成管30之開口部30a下方位置！^設置供給 氟化氮氣之多數的喷氣孔26a。該位置1^係自等離子形成 管30(等離子發生部）之等離子空腔31下端至少20公分以上 之位置較為理想，且在30公分以上之位置更是理想。透過 包圍氟化氮氣源28，流量控制器（MFC)27、導通管26、處 理容器10之外壁周圍設置之配管26b及貫通處理容器10之 壁設置之導通管26c，可供給一定流量的氟化氮氣至喷氣 孔 26a。 第1围中，喷氣孔26a在自處理容器10之内壁面略微内 方作為突出之構造表示，不過，該喷氣孔26a及自導通管26 到達喷氣孔26a之氣體供給構造係不限定於第1圊所示構造 ，第10圖說明其他之實施態樣。第10圖中，配管26b及導 通管26c係設置於可以用鋁製造的處理容器10之壁内部。 該配管26b及導通管26c係在處理容器10之壁内部中，與該 壁可作為一體的構造。第10®其中，嘖氣扎26a係作成未 突出處理容器10内壁面之構造。該構造可將氣體均一的擴 散於處理容器内，同時未捷亂來自上流的等離子氣之流動 1 -- - - I —^1 - - - - I Hi I— l. n (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS )八4規格（2〖ΟΧ 297公釐） 16 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 -----~~--- B7 五、發明説明（〖4 ) —作！第1圖所示噴氣孔2心之代替的構造，係第3A圖 ::之蓮蓬頭261b。該蓮蓬頭2仙係環狀，由石英作成， 連逢頭26 lb具有多數的噴氣孔261a =該等之喷氣孔26U係 I在蓮逄頭261b之圓周上，面向下方(載置台2〇之方向)、 橫)方向，或傾钭方向設置。導通管26i連接於環狀之蓮蓬 a °玄蓮蓮頭26丨a係水平的配設於處理容器^ 〇内之一 疋位置，供給氟化氮氣至處理容積10内3 第3B圖表717具有多數的喷氣孔262a的格子狀之蓮蓬 頭-6_b即使忒格子狀之蓮蓬頭262b ’喷氣孔262a面向下 方，橫方向或傾斜方向也可設置。 更且，等離子形成管3〇之開口部3〇a可設置調整等離 子乱流動之裝置（圖示表示）。該調整裝置可作為自開口部 3〇a面向載置台20開口之圓筒狀或傘狀之罩子。 接著說明表面處理（除去自然氧化膜）方法3 如以上構成之表面處理（除去自然氧化膜）裝置其中， 本發明之表面處理（除去自然氧化膜）方法係以第4圖之流 程圖為準以說明。 步驟（a)，開放第1圖所示表面處理裝置丨之閘閥1〇& , 一張晶片认自搬送室通過閘閥}〇a ,在非反應性環境氣體 中（洌，真空中）搬入處理容器1〇内，載置於載置台2〇上， 藉夾緊圈21扣合於載置台2〇。該晶片w上係以前步驟形成 接觸孔302(參照第8 A圖）等，在該孔底部之表面3 步驟(b)，晶片W係如第5 a圖所示形成氧化物(例，自 然氧化獏）80 '插入處理容器丨〇内之後，關閉閘間丨〇a，處 _仁帙迕尺度適用中國國家樣準：C乂S Λ4規格： I--------^------------0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4484 9 9 A7 B7 經濟部智慧財產局負工消費合作社印製 五、發明説明（I5 理容器10内係透過排氣管藉真空泵41柚真空，處理容器1〇 内係變成真空環境氣體（例，1兆托以下（133帕斯卡以下》。 步驟（c )，藉冷卻自冷卻媒體供給裝置42供給載置台 之冷卻媒體，晶片W變成在常溫以下。 步驟（d) ’來自氮氣源3 5及氫氣源36之氮氣及氩氣係 以流量控制器（MFC)34控制製流量，供給氣體通路33a， 作成遇合氣（氮+氫），自作為等離子形成用氣體之等離子 氣導入部33朝等離子形成管30内供給。 步驟（e)，來自微波發生源32之微波（2.54千兆赫）導入 設置於等離子形成管30的等離子發生部周圍之空腔藉微波 ’供給至等離子發生部之氮氣與氫氣之混合氣即等離子化 ’活性化’形成活性氣體之氮*基與氫*基a特別是，不 谷易等離子化之氩氣係藉助I氣有效的等離子化，且可活 性化。該等之活性氣種氮*與氫*係被處理容器丨〇内之真 空環境氣體吸過來’自等離子形成管30内之等離子發生部 流向其開口（流出口）30a。 步驟（f);自設置於處理容器10之外側之氟化氮氣源28 ，透過流量控制器（MFC)27，供給反應氣氟化氮至反應氣 供給管26，自多數之嘴氣孔26a蓮蓬狀的供給至處理容器1〇 内。供給之氟化氮氣係添加於藉自等離子形成管3〇之開口 部30a流過來之氮氣與氩氣的等離子化形成之活性氣種氣 氺與氩*基°該結果，添加之氟化氮氣係與流過來之活性 氣種氮氺與氫*活性化9 步驟（g)，藉該氟化氮氣之活性化氣與流過來之活性 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) A4说格（210X 297公釐） ---.---^---^-I 士衣------，玎------^ 1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 18 - 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 A7 _________ B7__________ 五、發明説明（16) 氣種氮*與氫*之增效作用，第5 A圖所示晶片W之自然 氧化膜80是變質，如第5B圖所示，形成混合硅、氮、氫 、氟、氧之反應暝82。該自然氧化膜80變質之階段係藉第 1圖所示之冷卻媒體供給裝置42供給冷卻媒體（例，乙二醇） 至載置台20内 > 載置台2〇上之晶片w係冷卻至常溫以下。 由該冷卻’藉氟化氮活性氣之蝕刻率變高。再者，該 時之加工條件’氣體之流量係氩氣、氟化氮氣、氮氣分別 為10標準立方公厘/分、3 0標準立方公厘/分、1 〇 〇標準立 方公厘/分、加工壓力係3托，等離子電力係50瓦，加工時 間約3分鐘較為理想3 由於藉氟化氮氣與氫等離子氣之反應形成之钱刻種的 轴刻速度慢’可決定該等氣體被吸附於反應表面之反應速 度。藉晶片冷卻於常溫以下之低溫，上述吸附速度會上升 ，反應速度可上升。 如上述’藉氟化氤氣之活性氣化，活性氣種氮*及氫 *之增效作用，將晶片W上之自然氧化膜8〇變質之步騍係 在常溫以下之溫度施行較為理想。第u圖係表示在該步驟 冷卻溫度與反應速度之關係。第u圖纟中，縱度座標轴係 蝕率，橫座標轴係表示在該步驟開始時晶片W之冷卻溫 度=第U圖其中，有關於6之情形，雖表示冷卻速度與姓 刻率之關係，但從該圓，由於冷卻溫度超過攝氏20度時姓 刻率之控制特性變成不安定，在室溫以下是較理想，且在 攝氏U)度至零下20度之範圍最為理想3該第n圖所示之數 據求得之實驗條件係如下。（自然氧化膜變質之步驟）氣 CNS ) A4規格 i9 ----------抽衣-----------1^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局员工消費合作社印製 4484 9 9 Δ7 Α7 Β7 五、發明説明（17) 氣/氟化氮氣/氮氣之比例300/60/400標準立方公厘/分，屋 力4托、電力30瓦、處理時間1分鐘’（昇華步驟）溫度攝氏 140度，昇華步驟之時間1分鐘，昇華步棘之環境氣體真空。 步驟（h)，氧化膜變質之後，停止供給氩氣、氮氣、 氣化亂氣’也停止驅動微波發生源32，也停止朝等離子形 成管30導入微波。處理容器10内係自排氣管進一步抽真空。 步驟（i) ’驅動晶片升降裝置，晶片W上升自晶片載置 台20至少離5公厘以上之加熱位置。 步驟(j)，點亮加熱燈19 ’自上方加熱晶片w，其表面 自室溫急速的加熱至攝氏100度以上（例，約攝氏120度）。 步驟（k)，藉加熱燈19加熱、混合硅、氮、氫、瓦、 氧之反應膜82係如第5c圖所示，變成混合硅、氮 '氫 '氟 、氡之氣體昇華，除去’自排氣管40排氣》藉該昇華，自 晶片W除去自然氧化膜80(反應膜82)，在晶片w之表面顯 示硅面。該時之加工條件係加工壓力在1兆托以下，加工 時間約要兩分鐘較為理想。 步驟⑴，熄加熱燈19。 步驟（m)，最後停止抽真空。 步騍（η) *開放閘閥l〇a，同時駆動晶片升降裝置，使 晶片下降回到晶片載置台20上。自處理容器ι〇内搬出除去 自然氧化膜之晶片W，在真空環境氣體令搬送至m接的室 (例，搬送室h 此外，成為本發明表面處理方法對象之氧化膜除了 Si〇2(二氧.化碟）以外，也包含在鎮、鈦、銘、錄、姑及該 ----------A------ir------41- * (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 20 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ___B7_ 五、發明説明（18 ) 等矽化物上成長的極薄之（1 〇〜20埃程度）氧化膜。 本發明之表面處理裝置係組裝別的處理裝置（例，金 屬配線形成室，加熱室，冷卻室’搬送室及載荷室）等， 可構成多室方式之聚合裝置。現說明聚合裝置之構成， 第6圖所示之真空聚合裝置丨〇〇 ,係作為在非反應性環 境氣體（例’真空環境氣體）中可能搬送晶片之裝置〗〇〇。 該真空聚合裝置其中，本發明之表面處理（除去自然氧化 膜）裝置係自然氧化膜除去室丨(Π ’在該裝置透過搬送室[〇5 ，設置加熱至102，一台或複數台之金屬配線形成室1〇3及 載荷室104 ,金屬配線形成室1〇3係藉金屬化學汽相澱積將 鋁、鈦、氮化鈦、硅、鎢、氮化鎢、銅、鈕、氮化硅之金 屬配線形成於被處理體上。各室間係設置閘閥1〇7 ’同時 在搬送室105内設置搬送機器人1〇6。 收容晶片之晶片匣係移送至載荷室1〇4，在搬送室1〇5 该晶片係將折牌作為基準施行對準等。開放閘閥丨〇7晶 片一張一張的藉搬送機器人1〇6搬入自然氧化獏除去室1〇1 ，除去晶片表面的氧化膜之後’在加熱室1〇2予先加熱， 在一台或複數台的金屬配線形成室1〇3内，晶片之接觸礼 内，藉金屬化學氣相澱積等形成鋁，鈦等之金屬配線，最 後搬出晶片W至載荷室〖〇 4。 第7圖所示真空聚合裝置2〇〇係同樣在非反應性環境氣 體中可能搬送晶片。在本發明之自然氧化膜除去室2〇丨透 過搬送室2G6.包含有加熱室2G2,—台或複數台的金屬配 線形成室203、冷细室204及載荷室205 ,在各室間設置閘 CNS : Μ規格：ί〇 ~.^衣 ，1Τ------線 (請先鬩讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^ 4 S 4 9 9 A7 B7 五、發明說明（l9 ) 閥208，搬送室206内係設置搬送機器人207。 通常自加熱至約攝氏500度溫度之金屬配線形成室203 將配線形成後之晶片朝載荷室205搬送時，有必要將晶片 的溫度下降至載荷室205可能接受之溫度（約攝氏150度）。 因此，該真空聚合裝置200特別具有冷卻室204。 此外’第6圖與第7圖所示真空聚合裝置其申，加熱室 102及202具有加熱至攝氏1〇〇度以上溫度之裝置時，可省 略自然氧化膜除去室101、201之加熱裝置。 如以上藉由真空聚合裝置，可防止因在大氣中搬送晶 片而再生成自然氧化膜。變成不需要自除去自然氧化膜到 成膜之時間管理’也可防止水位標之發生，就地可除去晶 片之自然氧化膜，能大幅的提高生產量等的效果見效。 發明之效果》 如以上說明，根據本發明之表面處理方法及其裝置， 將含氮及氩之氣體藉等離子活化，形成活性氣種，藉該活 性氣種活化反應氣（氟化氮氣），一邊將被處理體冷卻至常 溫以下’ 一邊將該等三種氣體與發生於被處理表面之氧化 膜反應並變質，形成反應膜’藉加熱昇華該反應膜，可以 極有效率且很高的蝕刻率除去被處理體表面之氧化膜，譬 如自然氧化膜》 實施之形態其中，雖採用氮氣與氫氣作為含氮與氩之 氣體，但作為含氮舆氫之氣體，也可使用氨等別的氣體。 再者，作為本發明喷出活性化氣之蓮蓬頭，雖說明環狀及 格子狀之構造，但作為該蓮蓬頭，可以採用任一別的構造 本紙張尺度適財闕家標準（CNS)A4規格（210 x 297公£7 22 --------------I 裝 ----!— 訂·-------—線 — (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁> A7 五' 發明説明 B7 (20 再者，本發明之表面處理裝置與別的處理裝置在非反 :性環境謝’譬如在真空中，由於可能真空搬送被處 理體聚合化，故在搬送中不發生氧化骐 '整體而言則提高 了生產量。 進一步的特徵及更改，該技術領域之業者有可構想之 地’所以本發明係站在更寬的觀點，並不限定於特定之詳 細的說明及在此宣告代表性的實施例3因而，在附上之申 讀'專利範圍定義之寬廣的發明概念及其均等物之解釋與範 圍其中’未離該寬廣的觀點，可施行種種的更改。 m^Jl kr^Er rt m- m 1^—i^s ^~~V ; ----^—tr fvta— (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 29,公釐） 夂氓铁尺度遠呵々國國家榡準.CNS j Λ4说格 4484 9 9 A7 B7 五、發明說明（21 ) 經濟部智慧財產局貝工消费合作社％製 10.. .處理容器 10a...閘閥 11.. .頂板 12.. .底板 15.. .罩子 16.. .凸緣部 17.. .密封構件 18··.蓋 19.. .放射裝置，加熱燈 20.. .載置台 22.. .外套 23.. .熱交換體 24."臂 24a...支撐銷 25.. .液壓缸 26.. .導通管 2 6 a...喷氣孔 26b...配管 Z6c...導通管 27.. .流量控制器 28.. .氣化氮氣源 29.. .基台 元件標號對照 30··.等離子形成管 30a...開口部 32.. .微波發生源 33.. .導入部 33a...氣體通路 34.. .流量控制器 3 5...氣氣源 36.. .氫氣源 40.. .排氣管 41.. .真空泵 42···冷卻媒體供給裝置 80…自然氧化膜 82.. .反應膜 100…真空聚合裝置 101.. .氧化膜除去室 103…金屬配線形成室 104.. .載荷室 105.. .搬送室 106.. .機器人 107.. .閘閥 200.. .真空聚合裝置 201.. .氧化膜除去室 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^1' -¼ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 24 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ___^_Β7五、發明說明（22 ) 202.. ..加熱室 412... 載置台 203.. ..金屬配線形成室 428... 多孔板 204.. .冷卻室 430... 緩衝室 205.. _.載荷室 432... 配管 206., ^搬送室 436... 開關間 207.. ..機器人 438... 開關閥 208.. ..閘閥 444... 氟化氮氣源 302.. ..接觸孔 446... 氩氣源 304.. ..氧化硅膜 448... 微波導波管 306.. ..二氧化硅膜 450... 開關閥 308.. ..氧化硅膜 454... 氫氣源 309., 凹凸 460... 排氣孔 310.. ..自然氡化膜 466... 真空泵 410., ..室 -! n It n - _n 1^1 n ^1- n ^^1 I 1 ^^1 i 1^1 n an 一 rT I H^i It* - H4 I 1 - - I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) k紙張弋.受適用士國國家標準：CNS)A4規烙（2丨G X 297

Claims (1)

1. 4484 9 9 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種表面處理方法’其特徵在於由下列步驟構成： 搬入步驟’用以將其表面具有氧化物之被處理體 搬入處理容器内； 排氣步驟，用以將前述處理容器内真空排氣； 形成步驟一，用以導入含氮與氩之氣體至等離子 發生部’及藉該氣體等離子化、活性化，形成各目的 活性氣種； 形成步驟二，用以將前述活性氣種流向被處理體 ’及藉在流動之前述活性氣種添加氟化氮氣，形成氟 化氮體之活性化氣體； 冷卻步驟’用以將前述被處理體冷卻至一定的溫 度以下；以及 變質步驟，用以藉該氟化氮氣活性化之氣體與該 被處理體表面上之該氧化物反應，將前述氧化物變質 〇 2·如申請專利範圍第1項之表面處理方法，其中 前述含氮與氫之氣體係氮氣與氩氣之混合氣， 緊接前述氧化物之變質步驟，更且具有： 昇華步.驟’係停止朝前述處理容器供給前述氮氣 ，氩氣及氟化氮氣，及用以藉前述被處理體加熱至一 定之溫度，將前述反應膜昇華；以及 搬出步驟，用以自前述處理容器搬出除去氧化膜 之前述被處理體。 3.如申請專利範圍第1項之表面處理方法，其特徵在於： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱> n n n i I 1 n I n I n I 1 I -. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 26 遲08 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 將前述被處理體冷卻之一定溫度係在常溫以下。 4‘如申請專利範圍第1項之表面處理方法，其特徵在於· 將前述被處理體冷卻之一定溫度係在攝氏20度乃 至攝氏零下20度之範圍》 5·如申請專利範圍第1項之表面處理方法，其特徵在於： 將前述被處理體冷卻之一定溫度係在攝氏1〇度乃 至攝氏零下20度之範圍。 6·如申請專利範圍第2項之表面處理方法，其特徵在於· 將前述反應臈昇華之一定加熱溫度係攝氏1〇〇度以 上之溫度。 7. —種表面處理裝置，其特徵在於包含有： 等離子發生部，用以將等離子形成用氣體等離子 化； 處理容器，係連接於前述等離子發生部’用以在 其内部設置載置被處理體之載置台； 冷卻裝置，用以將載置於前述載置台之被處理體 冷卻至一定之溫度； 升降裝置，用以在前述處理容器内將前述被處理 體上升至加熱位置；以及 加熱裝置，用以在前述加熱位置將前述被處理體 加熱至一定之溫度。 8. 如申請專利範圍第7項之表面處理裝置，其特徵在於： 前述表面處理裝置係用以除去形成於被處理體表 面的自然氧化膜之裝置= 本紙張尺度適用中國國家標準（CNSM4規格（2]〇χ 297公爱） ^ — ---------^ <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 27 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 484 9 9 六、申請專利範圍 9，如申請專利範圍第7項之表面處理裝置，其中更包含有 等離子形成用氣體導入部，用以供給作為等離子 形成用氣體之氣體之氮氣與氩氣至前述等離子發生部 ;以及 氟化氮氣供給部，用以在前述等離子發生部活性 化’流向被處理體的氮氣與氫氣之活性種，添加氣化 氤氣。 在此，藉添加前述氟化氮氣，形成氟化氮氣活性 化之氣體，前述氟化氮氣之活性化氣體與前述被處理 體上之表面層反應，而將該表面層變質。 10·如申請專利範圍第7項之表面處理裝置，其特徵在於： 將載置於前述載置台之被處理體冷卻之一定溫度 係在常溫以下。 11. 如申請專利範圍第7項之表面處理裝置，其特徵在於： 將載置於别述載置台之被處理趙冷卻之一定溫度 係在攝氏20度乃至攝氏零下20度之範圍。 12. 如申清專利範圍第7項之表面處理裝置，其特徵在於·· 將载置於前述載置台之被處理體冷卻之一定溫度 係在攝氏10度乃至攝氏零下20度之範圍。 13. 如申請專利範圍第7項之表面處理裝置，其特徵在於： 在前述加熱位置將前述被處理體加熱之一定溫度 係在攝氏100度以上之溫度。 14·如申請專利範圍第9項之表面處理裝置，其特徵於： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21Q χ 297公爱〉 !--1 I ----------—-----線 <請先聞讀背面之注意事項再填窝本頁) 28 8 05899 ARCD 經濟部智慧財產局員工消費合作社印絮 六、申請專利範圍 前述氟化氮氣供給部具有設置於前述處理容器内 壁之多數的噴氣孔。 15. 如申請專利範圍第9項之表面處理裝置，其特徵在於· 前述氟化氮氣供給部包含有設置於前述處理容器 内具有多數的喷氣孔之蓮蓬頭。 16. 如申請專利範圍第9項之表面處理裝置，其特徵在於： 前述氟化氮氣供給部係在自前述等離子發生部端 向被處理方向至少離有20公分之位置，添加前述氟化 氮氣於前述活性氣體。 17. 如申請專利範圍第7項之表面處理裝置，其特徵在於： 前述加熱裝置係設置於前述被處理體上方之熱放 射裝置。 18. 如申請專利範圍第7項之表面處理裝置，其特徵在於： 前述加熱裝置係設置於前述被處理體上方之加熱 燈。 19. 一種聚合裝置，其中： 在申請專利範圍第7項之表面處理裝置，透過搬送 室，一個或複數個之金屬配線形成室，加熱室及載荷 室’構成在非反應性環境氣體中可搬送被處理體。 2〇. —種聚合裝置，其中： 在申請專利範圍第7項之表面處理裝置，透過搬送 室，一個或複數個之金屬配線形成室、加熱室、冷卻 室及載荷室，構成在非反應性環境氣體中可搬送被處 理體= 本紙fe、.t適用令國國家標準（CNS)/Vi規格（210 x 297公釐） 29 — 111 — — —------ · I I I f ! 訂--— — — — — — (請先M讀背面之注意事項再填寫本I) A8B8C8D8 4484 9 9 六、申請專利範圍 21. 如申請專利範圍第19或20項之聚合裝置，其特徵在於 前述金屬配線形成室係用以形成在鋁、鈦、氮化 鈦、硅、鎢、氮化鎢、銅、钽、氮化鈕、氮化硅之内 至少有一種膜之形成室。 22. 如申請專利範圍第或20項之聚合裝置，其特徵在於 前述金屬配線形成室係具有加熱裝置，用以將前 述被處理體加熱到至少攝氏100度以上之溫度。 n —4 n I n li i·— I , _ (請先M讀背面之注意事項再填寫本I) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 30 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公爱