TW511187B - Etching method, processing apparatus and etching apparatus - Google Patents
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511187 A7 __ B7 五、發明説明(1 ) 發明背景 發明的技術領域 本發明有關一種蝕刻方法,其用於蝕刻含有多種金屬 (譬如鋇、緦、鈦等)之一複合金屬氧化物薄膜;一種處 理裝置,其用於將一複合金屬氧化物薄膜沉積在一基材上 ;以及一蝕刻裝置,其用於蝕刻一基材上所沉積之一複合 金屬氧化物。 相關技藝的描述 一般而言’爲了製造半導體元件,重覆進行一薄膜沉 積程序以及一圖案蝕刻程序,以製造所需要的半導體元件 。特別是在薄膜沉積技術中,其程序規格(亦即設計規則 )隨著半導體元件漸增的密集與整合而逐年變得嚴格。譬 如’對於很薄的氧化物薄膜(半導體元件中的電容器絕緣 薄膜及閘絕緣薄膜)係需要較薄構造且需要高度絕緣。 雖然可使用氧化矽薄膜、氮化矽薄膜等作爲這些絕緣 薄膜’近來的趨勢係採用金屬氧化物薄膜作爲呈現更優良 絕緣特徵的材料,譬如具有3 0至5 0左右的介電常數之 氧化組薄膜(T a 2 0 5 )。近來已考慮採用複合金屬氧化 物薄膜作爲絕緣薄膜,其中包括多種金屬,譬如具有比氧 化鉅更大介電常數(1 〇〇左右)的S rT i〇3 (下文稱 爲STO);以及具有200至300介電常數的 B a x S r ! — x T i〇3 (下文稱爲B S T〇),上述的 B S T Ο —般亦稱爲'' B S T "。 本紙張尺度適财關家標準(CNS ) Α4規格(21GX297公釐) "~-— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1^衣_
、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -4- 511187 A7 ____ B7 五、發明説明(2 ) 因爲具有比氧化矽薄膜及氧化鉅的薄膜的介電常數更 高之高介電常數,電容雖然因爲逐漸高度整合而具有微小 的面積,這些複合金屬氧化物薄膜仍能夠確實具有足夠的 電容。並且,因爲複合金屬氧化物薄膜很薄而呈現極可靠 的絕緣,這些薄膜特別可能作爲電容器絕緣薄膜之材料, 故可望在未來更頻繁地使用。 一般已瞭解,在將各種薄膜沉積在半導體晶圓上之薄 膜成形裝置中,規律或不規律地進行淸潔程序,以移除黏 附至處理容器內面之不需要的薄膜。關於淸潔程序,具有 習知的濕淸潔方法,其藉由一種淸潔液體(如酸液)淸潔 從該裝置脫離之處理容器;以及一'乾餓刻方法,其不需從 裝置移除即可藉由一淸潔氣體在''現場〃淸潔處理容器。 爲了孩良此裝置的產出,較佳採行上述的乾淸潔方法 。但是,在目前環境不損害構成處理容器的石英玻璃之情 形下,尙未產生可移除上述不需要的複合金屬氧化物薄膜 之乾淸潔方法。 此外,需要採行一種用於鈾刻半導體晶圓上所沉積之 複合金屬氧化物薄膜之有效的蝕刻方法。 發明槪論 因此,本發明之目的係提供一種用於蝕刻複合金屬氧 化物薄膜之有效的蝕刻方法,本發明之第二目的係提供一 種用於將一複合金屬氧化物薄膜沉積在一基材上之處理裝 置,以及一種用於蝕刻一基材上所沉積的一複合金屬氧化 ^紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) " "" ~ LI—·----— ^^衣-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -5- 511187 A7 B7 五、發明説明(3 ) 物薄膜之蝕刻裝置。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 爲了達成此目的,本發明提供一種蝕刻複合金屬氧化 物薄膜之方法,此薄膜含有多種金屬元素.,此方法包括以 下步驟:(1 )將一第一蝕刻氣體供應至薄膜,以從薄膜 移除至少一金屬元素;(i 1 )將一第二蝕刻氣體供應至 薄膜,以移除步驟(i )所移除的至少一金屬元件以外之 至少一種金屬元素。 一項實施例中,在步驟(1 )中移除的至少一種金屬 元素係爲一種鹼土金屬(譬如鋇、緦),第一鈾刻氣體爲 C 1 2氣,在步驟(i i )中移除的至少一種金屬元素係爲 鹼土金屬以外之一種金屬(譬如鈦),而第二蝕刻氣體爲 c 1 F 3 氣。 上述的蝕刻方法不但適用於蝕刻程序(譬如半導體元 件製造),亦適用於一種用於淸潔沉積裝置的處理容器或 類似物之淸潔程序。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明亦提供一種薄膜沉積用的處理裝置,其包括: 一處理容器,其界定可供一物體進行薄膜沉積程序之一處 理空間;一薄膜沉積氣體供應系統,其將一沉積氣體供應 入處理容器中;及一淸潔氣體供應系統,此系統包括一第 一子系統及一第二子系統,第一子系統將一第一淸潔氣體 供應入處理容器,第二子系統將一第二淸潔氣體供應入處 理容器,其中該淸潔氣體供應系統係能夠選擇性供應第一 及第二淸潔氣體。 本發明進一步提供一種蝕刻裝置,其包括:一處理容 1紙張尺度適用中國國家標準(€呢)八4規格(210><297公釐) ~ 511187 A7 ___ B7 五、發明説明(4 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 器,其界定可供一物體進行蝕刻程序之一處理空間;一蝕 刻热體供應系統’此系統包括一‘第—'子系統及一*第二子系 統,第一子系統將一第一蝕刻氣體供應入處理容器,第二 子系統將一第二蝕刻氣體供應入處理容器,其中該蝕刻氣 體供應系統能夠選擇性供應第一及第二蝕刻氣體。 藉由顯示本發明一項較佳實施例之下文描述、申請專 利範圍並參照圖式,可瞭解本發明的上述及其他特徵及優 點與發明本身。 圖式簡單說明 圖1顯示根據本發0月之一種處理裝置的結構圖; 圖2顯不採用C 1 2氣作爲淸潔氣體時緦與鈦各別殘留 量%與溫度之間的因變性之圖表; 圖3顯示採用C 1 2氣作爲淸潔氣體時緦與鈦各別殘留 量%與壓力之間的因變性之圖表; 圖4顯不採用C 1 F 3氣作爲淸潔氣體時緦與鈦各別殘 留量%與壓力之間的因變性之圖表; 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖5顯75採用C1F3氣作爲淸潔氣體時緦與鈦各別殘 留量%與壓力之間的因變性之圖表; 圖6顯示淸潔氣體所蝕除的石英量之圓表; 圖7顯示一薄膜沉積程序及一淸潔程序之流程圖; 圖8 A至8 C爲描述半導體元件製程之剖視圖。 較佳實施例的描述 現在參照圖式描述根據本發明之一種淸潔方法及處理 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) ~ '—'— - _7_ 511187 A7 B7 五、發明説明(5 ) 裝置的一項實施例。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖1顯示能夠根據本發明進行一種淸潔方法之一處理 裝置的結構。 主要元件對照表 2 :處理裝置 4 :內管 6 :外管 8 :處理容器 1 0 :晶舟 1 2 ··蓋 1 4 :磁性流體封件 .1 6 :旋轉軸 1 8 :旋轉台 2 0 :絕熱圓柱 2 2 :舟揚升器 2 4 :臂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 δ ··歧管 2 8 :排放璋 3 0 :排放路徑 3 2 :真空泵 3 4 :真空排放系統 3 Θ :絕熱材料 3 8 :加熱器 本紙張尺度適用中國國家標準( CNS ) A4規格(210X297公釐) -8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 511187 A7 B7 五、發明説明(6 ) 4 0 :處理氣體供應系統 4 2 :淸潔氣體供應系統 4 4 :處理氣體供應噴嘴 4 6 :流動控制器 48:處理氣體通道 5 0 :閥 5 2 :原料液體 5 4 :材料槽 5 6 :蒸發加熱器 5 8 :氧化氣體通道 6 0 :流動控制器 6 2 :開一關閥 .6 4 :氧化氣體源 6 6 :淸潔氣體供應噴嘴 6 8 :淸潔氣體通道 68A:第一淸潔氣體通道 68B:第二淸潔氣體通道 7 0 :第一子系統 7 2 :第二子系統 7 4 : C 1 2氣源 7 6 :流動控制器 7 8 :開一關閥 8 0 ·· C 1 F 3氣體源 8 2 :流動控制器 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) L·. ^ ---ΊΙ---IT—I--.--Aw. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -9- 511187 A7 B7 五、發明説明(7 ) 8 4 :開一關閥 9〇:密封構件 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 9 2 :密封構件 1〇1 :薄膜 1 0 2 :罩幕 1 1 0 :晶舟 W :半導體晶圓 s :處理空間 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此處理裝置2具有一垂直型的處理容器8,此處理容 器係具有構成雙管結構之一內管4及一外管6。管4及6 由石英製成,一晶舟1 0係容納在內管4的一處理空間s 中,晶舟1 0由石英製成且作爲承載所處理物體之構件。 半導體晶圓W以預定間隔在多階段中由晶舟1 0承載,一 蓋1 2的配置可開啓與關閉處理容器8之一最下方的開口 ,一旋轉軸1 6經由磁性流體封件1 4穿透此蓋1 2。旋 轉軸1 6的頂端上配置有一旋轉台1 8,旋轉台1 8上配 置有一石英製的絕熱圓柱2 0,晶舟1 0係安裝在絕熱圓 柱2 0上,旋轉軸1 6附接至能夠垂直移動之一舟揚升器 2 2的一臂2 4。因此,當致動舟揚升器2 2時,晶舟 10連同蓋12、軸16、台18及圓柱20 —起垂直移 動,使晶舟1 0能經由最下方開口裝入及卸出處理容器8 。由不錄鋼製的一歧管2 6係熔接至處理容器8的一最下 部。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -10- 511187 Α7 Β7 五、發明説明(8 ) 〜排放埠2 8係設置於外管6的一底側壁上,一真空 排放系統3 4連接至此排放埠2 8,真空排放系統3 4將 一真空泵3 2放入一排放路徑3 0之間,以排空處理容器 8的內部。 一絕熱材料3 6設置於處理容器8的外側,將一加熱 器3 8 (亦即加熱構件)配置於絕熱材料內以加熱其中的 處理容器8及晶圓W。 若假設所處理的晶圓W具有8吋尺寸且晶舟1 〇承載 約1 2 0片的晶圓數(包含約1 .〇 〇晶片產品及約2 0片 的假代(dummy )晶圓),內管4的直徑約爲2 6 0至 2 7 0公厘,外管6的直徑約爲2 7 5至2 8 5公厘,容 器8的高度約爲1 2 8 0公厘。 根據本發明之處理裝置2進一步具有一處理氣體(沉 積氣體)供應系統4 0以及一淸潔氣體供應系統4 2。 下文說明處理氣體供應系統4 0,一處理氣體供應噴 嘴4 4配置於歧管2 6上。包括一流動控制器4 6 (譬如 質量流動控制器)之一處理氣體通道4 8的一末端係連接 至噴嘴4 4。開一關閥5 0、5 0分別配置於流動控制器 4 6的上游與下游側,氣體通道4 8的一近端係與一儲存 有一原料液體5 2且具有一蒸發加熱器5 6之材料槽5 4 相連接’原料液體5 2受到一蒸發加熱器5 6加熱而蒸發 ,藉以產生一薄膜沉積氣體(亦即處理氣體)。 在沉積S T〇作爲被合金屬氧化物薄膜的情形中,可 採用依指定重量比例將S r ( D P Μ ) 2及 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公籍) ---!-----— (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -11 - 511187 A7 B7 五、發明説明(9 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
Ti (t— Buo)2(DPM)2(具有在正常溫度與壓 力時呈固體狀之有機金屬物質)溶解於譬如T H F (四氫 口夫喃:C 4 Η 5 0 )或醋酸丁酯等一溶劑所產生之一種原料 液體5 2 〇 或者,在沉積B S Τ〇作爲複合金屬氧化物薄膜的情 形中,可採用依指定重量比例將B a ( D Ρ Μ ) 2 (其爲在 正常溫度與壓力下呈固體狀之一有機金屬物質)溶解於上 述S Τ 0用的原料液體中所產生之一種原料液體。請注意 '' D Μ Ρ 〃代表 ''二特戊醯基甲烷化物〃 ,、、t 一 B u 0 〃代表〜第三丁醇鹽〃。爲了供應薄膜沉積氣體,可使用 一種惰性氣體(如氮氣)作爲載體氣體。 上文中,原料液體5 2係由兩或三種有機金屬溶於一 溶劑中所製成。但亦可提供複數個金屬槽,各金屬槽容納 有由一(或兩)種有機金屬溶於一溶劑中所製成之原料液 體,並可在各別的流動控制下將來自各別材料槽的材料氣 體供應至處理容器8。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在下游側閥5 0的下游側,將一氧化氣體通道5 8的 一遠端連接至處理氣體通道4 8,氧化氣體通道5 8具有 一流動控制器6 0 (譬如質量流動控制器)以及開-關閥 62、62。氧化氣體通道58的一近端係連接至一可供 應一氧化氣體(如氧氣)之氧化氣體源6 4。在修改方式 中,歧管2 6可具有另一噴嘴(除噴嘴4 4以外的噴嘴) 以與薄膜沉積氣體獨立無關的方式將氧化氣體供應入處理 容器8 〇 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -12- 511187 Μ ___ Β7 五、發明説明(ίο) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 下文說明淸潔氣體供應系統4 0 ,淸潔氣體供應系統 4 0包括用於供應一第一淸潔氣體之一第一子系統7 0以 及用於供應一*第一淸潔氣體之一第二子系統7 2。 一淸潔氣體供應噴嘴6 6係配置於歧管2 6上,淸潔 氣體通道6 8的一遠端連接至噴嘴6 6,淸潔氣體通道 6 8係分成有關第一子系統7 0之一第一淸潔氣體通道
6 8 A以及有關第二子系統之一第二淸潔氣體通道6 8 B 〇 對於第一子系統7 0,氣體通道6 8 A的一近端係連 接至儲存C 1 2氣(第一淸潔氣體)之一 C 1 2氣源7 4, 一流動控制器7 6 (譬如質量流動控制器)及開一關閥 78、78係配置於氣體通道68A中。 同樣地,對於第二子系統7 2,氣體通道6 8 B的一 近端係連接至儲存C 1 F 3氣(第二淸潔氣體)之一 C 1 F 3氣體源8 0,一流動控制器(譬如質量流動控制器 )8 2及開—關閥8 4、8 4係配置於氣體通道6 8 B中 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如下文所詳細描述,在淸潔程序中將上述兩種淸潔氣 體選擇性導入容器8中,利用C 1 2氣來移除鹼土金屬(譬 如鋇及緦),並利用C 1 F 3氣體移除鈦(T 1 )。 當經由噴嘴4 4或6 6供應氣體(C 1 2氣或C 1 F 3 氣)時,將在內管4中於處理空間3上升,並隨後在容器 8的天花板轉而向下。然後,氣體將在內管4與外管6之 間隙中往下降低,最後從處理容器8排出。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) ^ -13- 511187 A7 _______B7 五、發明説明(11 ) (.請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖1中,編號9 0代表一密封構件(譬如〇型環)以 在蓋1 2與歧管2 6之間予以密封,編號9 2代表一密封 構件(譬如0型環),以在歧管2 6與外管6的最下方端 點之間予以密封。 接下來描述均藉由上述處理裝置所進行之薄膜沉積程 序以及後續執行之淸潔程序。 首先描述薄膜沉積程序,在多階段以相等間隔由晶舟 1 0承載數個半導體晶圓(未經處理)W。晶舟1 〇經由 絕熱管2 0安裝在台1 8上,然後,舟揚升器2 2的臂往 上移動時,將晶舟1 0插入處理容器6中並關上容器6。 提早加熱處理容器8,在晶圓W插入之後,將加熱器 3 8供應動力的電壓升高以將晶圓W溫度升至指定的處理 溫度,並藉由一真空排放系統3 4排空處理容器8。 然後,經由處理氣體供應系統4 0的噴嘴4 4將氧氣 及薄膜沉積氣體導入處理容器8,同時控制氧氣及薄膜沉 積氣體之各別的流率。過程中,在薄膜沉積程序期間並未 供應淸潔氣體。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 導入處理容器8中之薄膜沉積氣體在容器8上升的同 時受到氧化,使得S T〇或B S T 0組成的複合金屬氧化 物薄膜沉積在晶圓W表面上。請注意,係在晶圓中溫度爲 4 0 0至5 0 0 °C以及數百帕壓力左右之條件下進行此薄 膜沉積程序。 完成預定時程的薄膜沉積程序之後,處理氣體供應系 統4 0的閥5 0及閥6 2 —起閉合以停止供應處理氣體與 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210 X 297公釐) -14- 511187 A7 B7 五、發明説明(12 ) 氧氣,而完成薄膜沉積程序。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 然後,藉由一未圖不的氣體供應系統供應N 2氣來沖洗 處理容器8內部,並使容器8中的壓力恢復正常壓力。隨 後,操作舟揚升器2 2時將承載有處理晶圓W之晶舟1 〇 卸出處理容器8之外。從晶舟1 1 0移除經處理的晶圓W ,並收納在一未圖示的晶圓載體中。 然後描述淸潔程序,此淸潔程序係用於移除在薄膜沉 積程序中沉積在晶舟1 0及處理容器8等內表面上之不需 要的複合金屬氧化物薄膜。 在連同處理容器8 —起淸潔晶舟1 0的情形中,不含 晶圓之空晶舟1 0係安裝在絕熱圓柱2 0上。然後,晶舟 1 1裝入容器8中,藉由蓋1 2將容器8的最下方開口予 以氣密性關閉。若不淸潔劑晶舟1 0,則從絕熱圓柱2 0 移除。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 首先,以下述方式執行一項使用C 1 2氣的第一淸潔步 驟,處理容器8及其內部保持在5 0 0至9 0 0 t:、較佳 7 0 0至9 0 0 °C範圍內的溫度。容器8內部保持在1千 帕(7 · 7托耳)至8 0千帕(6 1 5托耳)、較佳1 0 千帕至5 5千帕範圍內的壓力。在關閉第二子系統7 2的 閥8 4同時開啓第一子系統7 0的閥7 8時,將受到流動 控制之C 1 2氣進給入處理容器8 —段預定時程。 因此,作爲B S T 0薄膜中所包含的鹼土金屬之鋇或 緦將與C 1 2氣起反應,藉以產生鋇及緦的氯化合物。上述 的處理條件下,化合物將受到蒸發且從沉積在晶舟1 〇及 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -15- 511187 A7 _ B7 五、發明説明(13 ) 處理容器8表面上之薄膜移除。 在不含鋇的S T 〇薄膜情形中,僅有緦受到氯化而從 薄膜移除,鋇及緦均爲鹼土金屬故在化學反應中具有大致 相同的表現。 完成第一淸潔步驟之後,如下述方式進行使用C 1 F 3 氣之第二淸潔步驟。 關閉第一子系統7 0的閥7 8時,停止供應C 1 2氣, 並沖洗處理容器8內部。處理容器8及其內部保持在 3 0 0至7 0〇t:、較佳3 0 0至5 0 0 °C範圍內的溫度 。容器8內部保持在0 · 1千帕(0 · 7托耳)至5 4千 帕(4 1 5托耳)、較佳1千帕至2 5千帕範圍內的壓力 。然後,開啓第二子系統7 2的閥8 4時,將受到流動控 ..制之C 1 F 3氣進給入處理容器8 —段預定時程。 因此,在已經移除緦(及鋇)的薄膜中所殘留之鈦將 與C 1 F 3氣起反應,藉以產生一或多種鈦的氯化合物。上 述的處理條件下,化合物將受到蒸發且從沉積在晶舟1 〇 及處理容器8表面上之薄膜移除。 兀成弟一‘及弟一^淸潔步驟之後,已移除了薄膜中所包 含的所有金屬,亦即鋇、緦及鈦(B S T〇薄膜中)、或 緦及鈦(S T 0薄膜中),可大致完整地移除不需要的複 合金屬氧化物薄膜。根據上述程序,處理容器8爲石英製 ,晶舟1 0及絕熱圓柱2 0並未受損。 應瞭解,依需要可使用一惰性氣體(氮、氬、氨等) 作爲載體氣體,以在第一及第二淸潔步驟中供應淸潔氣體 本紙張尺度適用巾國g家標準(CNS ) A4規格(21GX297公釐)一 " ' 一 I— ^-----— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -16- 511187 A7 B7 五、發明説明(14 ) 〇 上文中,利用C 1 2氣移除緦、鋇之第一淸潔步驟係發 生於利用c 1 F 3氣移除鈦之第二淸潔步驟之前。在修改方 式中,此順序可能相反,亦即可在使用C 1 2氣之第一淸潔 步驟之前先進行使用C 1 F 3氣之第二淸潔步驟,但此情形 中應瞭解可能因爲C 1 F 3氣與鋇及緦元素起反應而產生氟 化物的殘留,這將很難藉由後來的C 1 2氣流動所移除。由 此觀點可知,較佳在使用C 1 F 3氣之第二淸潔步驟之前先 進行使用C 1 2氣之第一淸潔步驟。 現在描述吾人關於作爲淸潔氣體之C 1 F 3氣與C 1 2 氣對於複合金屬氧化物薄膜中之緦及鋇元素的影響以及石 英結構(譬如處理容器)之硏究與估計,請注意當確認鋇 元素呈現出類似緦元素的表現時,則發現鋇的殘留重量大 致等於緦的重量。 實驗結果顯示於圖2至6中,圖2顯示當使用C 1 2氣 作爲淸潔氣體時鈦與緦的各別移除量與溫度之因變性的圖 表。圖4顯示當使用C 1 F 3氣作爲淸潔氣體時鈦與緦的各 別移除量與溫度之因變性的圖表。圖3顯示當使用C 1 2氣 作爲淸潔氣體時鈦與緦的各別移除量與壓力之因變性的圖 表。圖5顯示當使用C 1 F 3氣作爲淸潔氣體時鈦與緦的各 別移除量與壓力之因變性的圖表。請注意在各圖中,垂直 軸線代表、、殘留量% 〃 ,亦即、、淸潔之後薄膜中所含之一 元素的重量〃相對於、、淸潔之前薄膜中所包含此元素的初 始重量〃之百分比。藉由I C P 一 A E S (感應電漿原子 本^^適用中國國家標準(CNS ) A4規格(ηοχ297公釐) ^ L.-I.-----ΛΨΙ, (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -17- 511187 A7 B7 五、發明説明(15 ) (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 發射顯微鏡檢查)來量測薄膜中所含的.元素重量。圖2及 4中共同顯示,水平軸線標示有1 0 〇 〇 / T,其中T爲 測試件的絕對溫度。圖2至5的相關實驗中,藉由一 S T 0薄膜沉積在石英製的一基材上而構成所採甩的各個 測試件。 圖6顯示石英損壞程度相對於淸潔狀況的圖,在圖6 相關的實驗中,所採用的測試件爲石英製且其上沒有任何 薄膜。圖6中,以“毫克”爲單元表示因暴露於淸潔氣體而造 成原有預定重量的石英測試件所減少之重量。 如圖2所示,使用C 1 2氣時,在5 0 0 °C時並未明顯 移除緦(鋇)(殘留量%約爲1 0 0 % )。同時當溫度從 5 0 0 °C升高至8 6 0 °C時,緦(鋇)的殘留量%逐漸降 低。特別是,在8 6 0 °C時,緦(鋇)的殘留量%約爲 3 0 %。圖2顯示:當使用C 1 2氣作爲淸潔氣體時,溫度 愈升高,愈能有效移除緦(鋇),請注意處理壓力爲1 3 千帕。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 相反地,鈦的殘留量%在5 〇 0至8 6 0 °C溫度時係 處於1 0 0至8 0 %範圍內。已發現C 1 2氣對於鈦不具有 淸潔能力,圖2亦顯示:對於鈦甚至在9 0 〇 t:亦不預期 具有淸潔效果。應瞭解,如圖6所示,採用以C 1 2氣氣進 行淸潔程序及處於1 3千帕壓力與8 6 0 °C溫度條件之下 時,石英具有極小的重量降低(〇 · 〇 6毫克)。因此, 已發現石英測試件保持大致未受損害。 參照圖3,當採用C 1 2氣作爲淸潔氣體,壓力從 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐1 " 511187 A7 B7 五、發明説明(16 ) 〇 · 1千帕變成1 3千帕時,鈦的殘留量%僅從1 0 0 % (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 變成8 0 % ’淸潔溫度爲8 6 0 °C。由圖2及3所示結果 可發現C 1 2氣無法有效地移除鈦。 相反地,當壓力從〇 · 1 3千帕變成1 3千帕時,緦 (鋇)的殘留量%從約6 0 %大幅變成約3 0 %,亦即明 顯改善淸潔效率。 參照圖3所示的結果,發現緦(鋇)的殘留量%可依 需要小於約4 0 %,壓力應大於1千帕。請注意,考慮習 知的此類處理裝置的可操作壓力時,壓力上限約爲8 0千 帕(6 1 5托耳)。 由上文可發現:爲了以可能的方式升高壓力及溫度, 較佳利用C 1 2氣來移除緦(鋇)元素。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如圖4所示,使用C 1 F 3氣時,在5 0 0 °C時鈦的殘 留量%爲5 0%。並且當溫度從5 0 Ot:升高至8 6 Ot: 時,鈦的殘留量%明顯降低。特別是,鈦的殘留量%分別 在7 0 0 °C時約爲1 0 %、在8 6 0 t:時約爲〇 %。因此 發現:溫度愈升高,C 1 F 3氣愈能有效移除鈦。根據另一 項未圖示的實驗發現:即使在3 0 0 t時,C 1 F 3氣亦能 夠充分地移除鈦。 相反地,在5 0 0 °C時大致並未移除緦(鋇)(殘留 量%約爲1 0 0 % )。在7 0 0 °C時移除少量的鈦元素而 有約7 0 %的殘留量%。並且,在8 6 0 °C溫度似乎因爲 殘留量%降低至2 0 %而能有效地進行淸潔,但事實上石 英在8 6 0 °C溫度會嚴重受損(見圖6 )。檢測測試件時 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(2⑴X297公釐) 511187 A7 B7 五、發明説明(17 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 可發現:複合金屬氧化物薄膜隨著石英基材表面一起剝離 ,因此明顯地降低殘留量%。亦即發現C 1 F 3氣不能夠從 複合金屬氧化物薄膜有效地移除緦(鋇),因此,c 1 F 3 氣不能有效地作爲移除緦(鋇)之淸潔氣體。 參照圖5,當採用C 1 F 3氣作爲淸潔氣體時,雖然壓 力從0 · 1千帕變成1 3千帕,殘留量並未顯著改變且約 爲1 0 0 % ’同時淸潔溫度設爲5 〇 〇 X:。由圖4及5所 示結果可發現C 1 F 3氣根本不能移除鈦。 相反地’當對於鈦元素的壓力從〇 · 1 3千帕變成 1 3千帕時,殘留量%從約5 0 %大幅變成約1 〇 %,而 明顯改善淸潔效率。圖5顯示:在5 4千帕壓力時殘留量 %降低至約0 %。 因此,在圖4及5中建議:較佳盡可能升高壓力及溫 度以藉由C 1 F 3氣來移除鈦,但可從圖6得知過度升高溫 度及壓力將會造成石英的嚴重損害。特別是,在〇 · 1 3 千帕壓力及8 6 0 °C溫度時,將使石英的重量不良地減少 3 6 · 8 6毫克。因此,若將石英的減重上限設爲約1 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 毫克’則可容許的溫度在〇 · 1 3千帕壓力時爲3 0 0至 7 0 0 °C、在1 3千帕壓力時則爲3 0 0至5 0 0 °C,因 此發現溫度上限雖然會受壓力影響但大約爲7 Ο Ο t:。 現在參照圖7描述根據本發明包括淸潔程序之處理裝 置2的操作程序的一項範例,B S T 0或S T〇薄膜係在 4 5 0 C形成於晶圓W上。在已進行多次薄膜沉積程序之 後,B S T 0或S T 0係沉積在處理容器8上,然後進行 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) ~ " -20- 511187 A7 B7 五、發明説明(18 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 淸潔程序,在淸潔程序中,採用c 1 2氣以9 0 0 °c進行第 一淸潔步驟,然後採用C 1 F 3氣以5 0 0 °C進行第二淸潔 步驟。完成淸潔之後,再度開始B S T〇或S T 0的薄膜 沉積程序。. 在圖7所示的程序修改中,可以大致相同的溫度執行 上述兩項淸潔步驟以縮短處理時間,此外,可以與淸潔程 序相同的溫度(譬如5 0 0 t )進行薄膜沉積程序。 本發明的方法所淸潔之複合金屬氧化物薄膜並不限於 B S T〇及S T〇薄膜,亦可能譬如爲S B T〇 (8『:6 12丁82〇9)薄膜、31^〇(311^11〇3)薄 膜、L S C〇(L a i - x S r X C 〇〇3 )薄膜等。這些情 形中雖然使用各別薄膜所含的適合各金屬之淸潔氣體,但 可進行一淸潔程序,其中供應多種選用的淸潔氣體以連續 及選擇性移除相對應的金屬,而與上述實施例相類似。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此外,本發明亦適合使用元素週期表中位於不同列的 三種或更多種金屬來淸潔一複合金屬氧化物薄膜,此情形 中,僅依情況需要讓三種或更多種淸潔氣體連續選擇性流 動。 已經以一次能夠處理複數個晶圓之批次型處理裝置作 爲範例來描述本發明,當然,本發明亦適用於逐一處理晶 圓之單一晶圓處理裝置。 待處理物體並不只限於半導體晶圓,當然,本發明亦 適用於處理L C D -基材、玻璃基材等。 上文中使用'、淸潔〃名稱,但、、淸潔〃複合金屬氧化 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) "" -21 - 511187 A7 B7 五、發明説明(19 ) 物薄膜與、、蝕刻〃複合金屬氧化物薄膜並無不同,因此, 上述淸潔方法亦適用於蝕刻程序,其中將沉積在基材上之 複合金屬氧化物薄膜予以蝕刻。 圖8顯示半導體元件製程所包含之部份的處理步驟。 如圖8 A所示,一複合金屬氧化物薄膜1 〇 1係沉積 在晶圓W上。 然後,如圖8 B所示,一具有預定圖案之罩幕1 〇 2 係形成於薄膜1 0 1上,罩幕1 〇 2可由對於C 1 2氣與 C 1 F 3氟具有抗腐飩性的任何材料(譬如矽氧化物或光阻 劑)製成。然後進行一項使用C 1 2氣的第一蝕刻步驟,隨 後進行一項使用C 1 F 3氣的第二蝕刻步驟。接下來移除罩 幕1 0 2 (見圖8 C ),對於第一及第二餽刻步驟之蝕刻 條件分別與上述第一及第二淸潔步驟相同。 熟悉此技藝者由上文可瞭解:圖1所示的裝置不但可 用於薄膜沉積,亦可用於蝕刻基材上所沉積之薄膜。 (請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社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -22-
Claims (1)
- 511187 A8 Βδ C8 D8 六、申請專利範圍 1 . 一種蝕刻一複合金屬氧化物薄膜之方法,該薄膜 含有多種金屬元素,該方法包括以下步驟: (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) (i )將一第一鈾刻氣體供應至該薄膜,以從該薄膜 移除至少一金屬元素; (i i )將一第二蝕刻氣體供應至該薄膜,以移除步 驟(i )所移除的至少一金屬元件以外之至少一金屬元素 ° 4义' 2 .如申請專利範圍第1項之方 其中在步驟(i )中移除的至少一 元素係爲鹼 土金屬,且該第一蝕刻氣體爲C 12氣,及 其中在步驟(i i )中移除的至少一種金屬元素係爲 鹼土金屬以外之一種金屬’且該第二蝕刻氣體爲C 1 F 3氣 〇 3 .如申請專利範圍第2項之方法,其中在完成步驟 (i )之後進行步驟(1 i )。 4 ·如申請專利範圍第2項之方法,其中在完成步驟 (i i )之後進行步驟(1 )。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5 .如申請專利範圍第2項之方法,其中該複合金屬 氧化物薄膜係爲含有緦作爲鹼土金屬且含有鈦作爲鹼土金 屬以外的金屬之一 S T〇薄膜。 6 ·如申請專利範圍第2項之方法,其中該複合金屬 氧化物薄膜係爲含有鋇與緦作爲鹼土金屬且含有鈦作爲鹼 土金屬以外的金屬之一 B S T 0薄膜。 7 ·如申請專利範圍第2項之方法,其中該複合金屬 本紙張尺度逋用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -23- 511187 A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 氧化物薄膜係含有鋇及緦的其中至少一者作爲鹼土金屬且 含有鈦作爲鹼土金屬以外之金屬。 8 ·如申請專利範圍第7項之方法,其中步驟(i ) 中的一處理溫度係介於5 0 〇至9 0 〇 t之間,步驟( 1 i )中的一處理溫度介於3 0 0至7 0 〇 t:之間。 9 ·如申請專利範圍第7項之方法,其中步驟(i ) 中的一處理壓力係介於1千帕(7 · 7托耳)至8 〇千帕 (6 1 5托耳)之間,步驟(i i )中的一處理壓力介於 0 · 1千帕(〇 · 7托耳)至54千帕(41 5托耳)之 1 0 ·如申請專利範圍第7項之方法,其中步驟(i )中的一處理溫度係介於5 0 0至9 0 0 °c之間,步驟( 1 1 )中的一處理溫度介於3 0 0至7 〇 〇 t:之間,及其 中步驟(i )中的一處理壓力係介於1千帕(7 . 7托耳 )至8 0千帕(6 1 5托耳)之間,步驟(i i )中的一 處理壓力介於〇 · 1千帕(〇 · 7托耳)至5 4千帕( 4 1 5托耳)之間。 1 1 ·如申請專利範圍第2項之方法,其中該触刻方 法所蝕刻之該複合金屬氧化物薄膜係爲該薄膜沉積用之一 處理裝置的一組件的一表面上所沉積之~複合金屬氧化物 薄膜,且爲了淸潔該組件而進行該蝕刻方法。 1 2 ·如申請專利範圍第2項之方法,其中該蝕刻方 法所蝕刻之該複合金屬氧化物薄膜係爲一基材(譬如半導 體晶圓、L C D基材或類似物)的一表面上所沉積之一複 本紙張尺度逋用中國國家標準(CNS〉A4規格(210X297公釐) !11----#! (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -0 f 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 24- 511187 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 合金屬氧化物薄膜。 1 3 . —種薄膜沉積用之處理裝置,其包含: (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一處理容器,其界定可供一物體進行一薄膜沉積程序 之一處理空間; 一薄膜沉積氣體供應系統,其將一薄膜沉積氣體供應 入該處理容器中;及 一淸潔氣體供應系統,其包括: ——一第一子系統,其將一第一淸潔氣體供應入該處 理容器;及 一一 一第二子系統,其將一第二淸潔氣體供應入該處 理容器, --其中該淸潔氣體供應系統能夠選擇性供應該第一 及該第二淸潔氣體。 1 4 .如申請專利範圍第1 3項之處理裝置,其中該 第一淸潔氣體爲C 1 2氣而該第二淸潔氣體爲C 1 F3氣。 1 5 . —種蝕刻裝置,其包含: 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一處理容器,其界定可供一物體進行一蝕刻程序之一 處理空間; 一蝕刻氣體供應系統,其包括: ——一第一子系統,其將一第一蝕刻氣體供應入該處 理容器;及 ——一第二子系統,其一第二鈾刻氣體供應入該處理 容器, --其中該蝕刻氣體供應系統能夠選擇性供應該第一 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -25- 511187 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 及該第二蝕刻氣體。 1 6 ·如申請專利範圍第1 5項之處理裝置,其中該 第一蝕刻氣體爲C 1 2氣而該第二蝕刻氣體爲C 1 F3氣體 (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 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)
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