TW476106B - Method for removing residual fluorine gas from high density plasma chemical vapor phase deposition chamber - Google Patents

Description

476106 五、發明說明（1) 發明領域： 本發明係有關於半導體製程高密度電漿化學氣相沉積 室殘留氣體之處理方法，特別是指一種去除殘留氟氣體之 方法。利用導引化學氣體與氟氣反應，搭配微波擾動以使 沉積室内頑固沉積膜產生裂縫，在抽出反應氣體後再以具 有富矽的氧化矽層吸收殘留的氟氣之方法。 發明背景： 隨著積體電路製程邁入ULS I紀元，使元件尺寸縮小’ 以提高單位面積之產能，不但可以降低單位成本，又可增 加速度甚至減少功率消耗。因此，幾已成業界提高與對手 競爭的不二法門。會隨著元件尺寸縮小，不僅僅是元件本 身將面臨像熱載子效應（hot carrier effect)，和透穿效 應（punchthrough)等問題之挑戰，用以連接元件各電極的 内連線密度，也將因元件密度提高而提高。此時有兩種因 應之道，一為導線寬度降低，厚度加大；另一者是導線之 間的間隙（spacing)減少，以因應設計規範。前者增加電 阻值，而後者，則是增加寄生電容值（上下層導線及相鄰 導線之間），此外，更會造成導線間的介電層之填隙性的 問題。 為使得化學氣相沉積法之填隙能力提升，及降低介電 476106 五、發明說明（2) 香菇 性 層之介電常數，含氟矽酸玻璃（FSG)搭配高密度電漿化學 氣相沉積 （HDP-CVD)技術是常被使用的技術。因為這種 ^ =術除了沉積以外，並具有削角的功能以減少填隙時 gj 屋生。不過fsg中之氟離子具有對金屬之腐蝕 SG^ ’有些時候，則以不具腐蝕性之USG (undoped 導入^、之。這兩種介電材料，具高度替換性。只要更換 八氧體絲、 製程 裡類，及相關參數即可，因此多數業者，係使用

室。視製程需要再調整沉積USG或FSG ^般而一 室進行、主5、，在由FSG製程轉換為USG後，便需要對製程 零 數，及$除殘留氟氣的步驟，以防止殘留氟氣影響製程參 |驟，包括麵金屬。傳統技術，典型降低氟原子之方法步 - 洗後，再“、式’月’糸（即停機’開沉積室（0 P e n c h a m b e r )刷 低殘留，用控片（control wafer)多次處理，才得以降 ： 控片沉積一般而言’十二片至二十四片或更高數量的 準以下。、般不含氟的氧化層，才得以將殘留氟氣降至基 大此傳統製程相當浪費時間及控片使用量。 有鑑 時間 之方法 於^此，本發明將提供一種有效縮短清除 殘留氟氣 發明 目的及概述：

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五、發明說明（3) -I

I

氟氣體之方法。 I m\ 本發明之另一目的係提供快速省時地轉換FSG沉積至 USG沉積室之方法。 本發明揭露一種去除高密度電漿化學氣相沉積室殘存 氟氣體之方法，至少包含以下步驟；首先，調節高密度電 漿化學氣相沉積室之壓力至40-60 mT，並以射頻微波擾動 丨 高密度電漿化學氣相沉積室内表面頑垢以使其產生裂痕或 小洞，此表面頑垢係由於該高密度電漿化學氣相沉積室曾 使用以沉積含氟矽酸玻璃所致；本步驟係同時導入矽甲烷 氣體及氧氣以形成氧化膜，並將反應室殘留之氟氣滲於形 ▲ 成的裂痕或小洞中。接著，再導入氮氟氣體至該高密度電 j i漿化學氣相沉積室，並與沉積室内表面之頑垢及氧化膜形 成矽氟氣體；再將該矽氟氣體以真空幫浦抽出；最後，再 載入一矽基板於該高密度電漿化學氣相沉積室，在約4-6

I mT之低壓環境下，同時控制SiH4/0疯量比，在約大於1.5 比1的條件下，沉積富石夕氧化層於石夕基板上。由此比例所 沉積的氧化層係具有斷鍵或懸浮鍵（d a n g 1 i n g鍵）的富石夕氧 化層，可用以進一步吸收殘存氟氣體濃度。 _ 發明詳細說明： 有鑑於如發明背景所述，傳統清除FSG沉積室之殘留

第7頁 476106 五、發明說明（4) 氟氣，以更換成USG沉積室，係屬於耗0主 不但需 ’才可能 守的程處， 要濕式清潔，且需利用控片，做多次犧牲、斤 降低殘留氟氣，本發明可以解決上述問題式〉冗積 本發明步驟僅需三個步驟，更重要且 全部過程只要十分鐘就可有效將殘留更有價值的是， 下，方法如下：首先，請參考圖一的示礼降至基準線以 甲烧氣體於待處理之化學氣相沉積室圖^首先導入石夕 40-6 0 mt〇rr(典型值約5〇mt〇rr)， f力調節至約 約350 0瓦側壁射頻i瓦的功率產生i ^F)係以頂部射頻 此壓力及微波的目 2 · 2 Μ Η z頻率。利用 頂表面之沉i: ,ν糸使得長川 反應而形成矽氧龜入矽甲烷（S 1 Η 4)可以和氟原子及氧氣 110。這層氧化、、化合物（Si0F)而沉積於圓頂表面 的裂痕或小洞中、。進步將反應至殘留之氟氣滲於形成 隨後，請參考 相沉積室110， 固一’再導入氮氟氣體（NF 3)至化學氣 矽氟（Si F4)氣體·M和石夕氧氟的化合物（Si OF)反應而形成 幫浦將矽氟氣，二如此’便可以使用機台原本配置之真空 、賵自出口 130抽出。 (control wafer)140適當控制氧 / 於矽的氧化層1 5 0於其上。例如，

第8頁 476106 五、發明說明（5) 此氧化層可以藉由控制S i Η 4/ 〇疯量加以控制。例如S i Η 4/ 0 流量比大於1. 5就可獲致上述的富矽氧化層。富矽氧化層 由於具有較多的懸浮鍵（dangling bond)，因此不是安定 的鍵結，而可用以吸收殘餘未被真空幫浦抽出的氟原子， 而形成穩定鍵結。 經過上述步驟後，可 氣相沉積室幾乎相同的低 的曲線1 60為使用於FSG之 本發明之程序處理後沉積 (SIMS)之氟原子濃度分析 間，相當於縱深。另一曲 密度電漿化學氣相沉積室 之氟含量幾乎相同。兩曲 處理，通常仍需要氫氟酸 實是，經過本發明程序處 積室，不會使晶圓增加氟 以獲致與一般的高密度電漿化學 殘留氟濃度，如圖四所示。圖四 高密度電漿化學氣相沉積室經過 USG氧化層之二次質譜儀分析 圖。縱軸係濃度，而橫軸係時 線1 70為一般USG氧化層沉積之高 所沉積之晶圓之分析圖。兩曲線 線仍有氟含量，係由於晶圓之前 處理的緣故。圖中曲線說明的事 理F S G之高密度電漿化學氣相沉 濃度。 以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限 定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之 精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請 專利範圍内。

第9頁 476106 圖式簡單說明 < 本發明的較佳實施例將於往後之說明文字中輔以下列 圖形做更詳細的闡述： 圖一顯示依據本發明技術在較高壓及運用射頻微波將 殘留氟氣封在圓頂表面有裂縫之頑垢中。 圖二顯示依據本發明技術，導入氮氟氣體以產生矽氟 反應氣體，再以真空幫浦抽出的示意圖。 ! 圖三顯示依據本發明技術'以一控片沉積富矽氧化層 | 或已沉積富矽氧化層之晶片，於低壓條件下吸收殘留之氟 氣體之示意圖。 圖四顯不以二次質譜儀分析兩晶片之殘留氣濃度的比 較圖，其中之一曲線係來自分析經本發明程序處理過之 FSG高密度電漿化學氣相沉積室，另一曲線係來自分析一 -般USG高密度電漿化學氣相沉積室。

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Claims (1)

1. 476106 六、申請專利範圍 < 1. 一種去除化學氣相沉積室殘存氟氣體之方法，該方法 至少包含以下步驟； 導入矽曱烷氣體於一啟動微波裝置之化學氣相沉積室 内，該化學氣相沉積室係曾使用以沉積含氟矽酸玻璃層之 i 沉積室； 丨 導入氮氟氣體至該化學氣相沉積室，以形成矽氟氣 體； 將該矽氟氣體抽出；及 載入一矽基板於該化學氣相沉積室，並控制S i Η 4/0疯 量比以沉積富矽氧化層於矽基板上，該具有富矽氧化層的 0 矽基板，係用以進一步下降殘存氟氣體濃度。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之化學氣相沉 積室至少包含高密度電漿化學氣相沉積室。 I i 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之微波裝置係 用以產生1. 8 - 2 . 2 MHZ頻率，附著於該化學氣相沉積室壁 表面之頑垢震出裂痕，上述之頑垢係該化學氣相沉積室曾 使用以沉積含氟矽酸玻璃層所致之副產品。 I 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之矽甲烷氣體 導入步驟中該化學氣相沉積室壓力約4 0 - 6 0 mT。 5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之富矽氧化層 476106 六、申請專利範圍 - 沉積步驟係在4-6 mT的壓力下進行。 ♦ 6 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之S i Η 4/0瘫量 比值係控制於大於1. 5的條件。 丨 7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之富矽氧化層 | 係含有比SiO更多之dangling鍵。 ! ! 8. —種去除高密度電漿化學氣相沉積室殘存氟氣體之方 ! 法，該方法至少包含以下步驟； Φ 調節高密度電漿化學氣相沉積室之壓力至40-60mT， 並以射頻微波擾動該高密度電漿化學氣相沉積室内表面頑 i 垢，該表面頑垢係由於該高密度電漿化學氣相沉積室曾使 用以沉積含氟矽酸玻璃所致； 導入氮氟氣體至該高密度電漿化學氣相沉積室，以形 成矽氟氣體； 將該石夕氟氣體抽出；及 載入一矽基板於該高密度電漿化學氣相沉積室，並控 制S i Η 4/ 0瘫量比，以沉積富矽氧化層於矽基板上，該具有 富矽氧化層的矽基板，用以進一步下降殘存氟氣體濃度。_1 9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中上述之調節高密度 電漿化學氣相沉積室之壓力步驟係以矽甲烷氣體導入該化 學氣相沉積室以加以調節。

   第12頁 476106 六、申請專利範圍 1 0 ·如申請專利範圍第8項之方法，其中上述之富矽氧化 層沉積步驟係在4-6 mT的壓力下進行。 1 1 ·如申請專利範圍第8項之方法，其中上述之S i Η 4/ 0瘫 量比值係控制於大於1. 5的條件。 1 2 ·如申請專利範圍第8項之方法，其中上述之富矽氧化 層係含有比SiO更多之danglin g鍵。

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