TW541612B - Method for surface treatment of semiconductor - Google Patents

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 541612 五、發明說明（i ) 技術領域 本發明係有關於在半導體之半面處理方法，如更詳而 a之係有關於在石夕晶圓製造半^體座驟其中，除去在埋入 夕日日矽、一重多晶矽、金屬、TiSi2、（二矽化鈦）、WSi2(二 矽化鎢、ΤιΝ(氮化矽）等之電極材料之接觸孔内曝露之矽等 I成之自然氧化膜、或抗鍅劑與石夕反應而生成之潰淳等之 乾姓刻方法。 背景技術 接觸孔内自然氧化膜之除去以前雖藉化學乾蝕刻、 IPA(異丙醇）洗淨等施行，但隨著接觸孔之微細化或縱橫比 之增大，變成不能以該等之方法對應。 如按照特開平5-275392號公報，已示出半導體矽晶圓 (以下稱為「晶圓」）之枚葉式自然氧化膜除去裝置，按照 此裝置、一邊將晶圓透過感受器冷卻到173絕對溫度（攝氏 -100度）程度、一邊將等離子激發之NF3(三氟化氮）與1^(氫） 之混合氣藉以下行流式流入反應室内而蝕刻自然氧化膜。 再者’由於如在晶圓形成（NH4)2SiF6(氟石夕酸錢）等時姓刻即 停止’藉照射惰性等離子化之氬再開始蝕刻。 再者，也已發表使用NFS(三氟化氮）與NH3(氨）之二氧 化石夕自然氧化膜姓刻方法（1999乾法冶金論文集，就地觀測 從事於加熱NH3(氨）/NFs(三氟化氮）曝露，以除去矽自然氧 化物，小川與其他，頁次273-278)。在該論文藉將晶圓上 之（NHdjiF6(氟矽酸銨）在超過攝氏100度之溫度離解而除 去自然氧化膜；有考慮氣體之反應生成物為NH4F .HF(氟 -I - 11-----^ -------I I ^^^^1 (請先閱讀背面之注意事項再瑣寫本頁)

541612 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Λ； 157 五、發明說明（2 ) 化叙氫氟酸）或nh4f(氟化銨）之說明。原料氣體之反應生成 物在以下之說明稱為蝕刻氣體。 習知之枚葉式自然氧化膜除去方法自冷卻、等離子蝕 刻及反應生成物之除去形成之反應時間係每一張晶圓有4 分4里程度’在此加上施行晶圓出入之管理（經常）時間則合 計有7分鐘程度。因而，由於是在生產線加算每次之管理（經 常）時間’自然氧化膜除去已變成全體生產線之瓶頸。將自 然氧化膜除去以如減壓C V D (化學汽相澱積）法之縱型分批 法施行時，雖可解決如此的問題，但習知解決策之研究並 未能完成。更且，由於習知之枚葉式自然氧化膜除去法非 提高钱刻率縮短處理時間不可，晶圓透過感受器冷卻至2 9 3 絕對溫度以下為不可缺之事。因此冷卻機構就複雜化起來。 發明概述 本發明係解決上述之問題，將一次5〇張以上，特別是 100張以上之晶圓在1〜2小時以内可再現性良好的處理作 為目的。 有關於本發明第1方法係在接觸孔内配置自然氧化 膜、渣滓等存在之半導體矽晶圓反應室，以自藉微波激發 之氫、氨及氮選擇至少一種之第1氣體與自不含碳及氧，含 有氟之化合物構成之第2氣體之反應生成物處理半導體表 面之方法，其特徵在於將保持在323絕對溫度以下且縱方向 的配列之複數張半導體矽晶圓一邊旋轉、一邊將反應生成 物沿著反應室縱方向的延伸且内部壓力透過比反應室内壓 力高之室實際的水平方向的導入反應室内，接著將前述半 本紙張反度適用中國國家標學（CNS)Ai規格（210x297公釐） ； · ^ 裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 541612 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（3 ) 導體矽晶圓加熱至373絕對溫产以μ甘— ^ Τ/皿度以上，其實施態樣係， (1) 沿著反應室縱方向的延伸， (2) 將開口於下述第2官童 步至之禝數第1喷出口導入第1氣體 至縱方向的配列構成之第i室， (3) 沿著反應室縱方向的延伸， ⑷將開口於反應室之複數第2噴出口縱方向的配列， (5)在内部壓力係第1室内壓力與反應室内壓力中間之 第2室導入第2氣體之方法。 再者’本發明第2方法其特徵在於保持如絕對溫度以下且 縱方向的配列之複數張半導體矽曰 卞等篮矽日日圓正在旋轉，其實施態 樣係 (1) 沿著反應室縱方向的延伸， (2) 將開口於反應室之福备笛彳奋 至1後数弟1贺出口縱方向的配列形 成， (3) 在内部壓力比反應室内壓力高之第i室導入第磉 體，且 (4) 沿著反應室縱方向的延伸， (5) 將開π於反應室之複數第2噴出口縱方向的配列， (6) 與第1室鄰近， ⑺在内部壓力比反應、室内壓力高之第2室導人第以 體’接著將前述半導體秒晶圓加熱至373絕對溫度以上作為 特徵。 以下詳細的說明本發明。 本發明法係處理譬如50張〜150張縱向配列之晶圓。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂---------線赢 6 541612 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印 B7 五、發明說明（4 ) 習知之枚葉處理，為提高蝕刻速度雖將晶圓譬如朝丨73 絕對溫度（攝氏-100度）冷卻，但由於分批處理的情形只要 疋在323絕對溫度以下不會引起生產量上之問題，特別是沒 有必要冷卻。因微波回路之阻抗不整合致引起升溫至323 絕對溫度以上，冷卻變成必要時，由於如習知方法透過感 文器冷卻有困難，在本發明藉使用液體氮之氣化氣體等氣 體冷卻’理想的係在303到318絕對溫度之溫度冷卻晶圓。 由於以該方法可實現的晶圓最低溫度為235絕對溫度，本發 明雖在253〜323絕對溫度之溫度範圍施行表面處理，但通 $在至/jel到3 2 3絕對溫度之溫度範圍施行表面處理將冷媒 導入每反應系，供給比晶圓溫度（373絕對溫度以上）足夠低 溫之冷媒，更且將反應系壓力與排氣泵之壓力保持一定之 關係時，能控制再現性良好的晶圓溫度。 替代氣體冷卻，在構成第1及第2室任一方或兩方之壁 體内流入水等之冷媒，也可將第丨及/或第2氣體間接冷卻至 3 2 3絕對溫度以下。 本發明其中在蝕刻使用之（第丨、第2)室因為在内部之 氣體相互的具有壓力差，即使面對反應室内氣體也能具有 壓力差，進一步流入氣體，一次儲存、接著可噴出之管、 箱體等。如此賦予壓力差時在室内之自由基、分子、原子 等之分布變成均一。在第丨及第2室内氣體壓差譬如在 400Pa(帕）(3托）〜1.3千帕（1〇托）時，幾乎是同一濃度之氣體 面向複數之晶圓喷出。該等之室雖透過共通之透孔相互的 連通，或透過獨立的透孔與減壓下之反應室内連通，但藉 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)Al規格（210 X 297公f )

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五、發明說明（5 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 該等透孔之直徑設定較小可具有壓力差。此外，反應室内 氣壓通常為133帕（1托）〜400帕（3托）。 再者，藉將第1及第2室縱方向的，理想的係以與晶圓 配列南度大致同樣長度延伸，在立式之各晶圓變成可在最 短距離均一的給送蝕刻氣體。因此在各室之縱方向形成複 數之透孔，氣體實際上在水平方向的導入，構成在最短距 離到達晶圓面較為理想。該等室之喷出口如對應於晶圓之 配列高度可上下的配列。 作為第1氣體與第2氣體之混合方式可如下。 (1) 以到達室配管之途中，混合第1及第2氣體、或將第 1氣體流入第2室，將在此生成之蝕刻氣體喷出至反應室空 間（第1發明之方法）。在此方式係第丨室之壓力作成比第2室 之壓力高，第2室之壓力作成比反應室内之壓力還高。該方 式有必要將第2室配置於晶圓之近旁，理想的係2公分以下 之間隔。 (2) 將自第1喷出口噴出之第1氣體與自第2噴出口噴出 之第2氣體在反應容器内空間混合接觸（第2發明之方法）。 該方式雖有所謂蝕刻氣體生成以後與晶圓之接觸孔的接觸 時間可短之優點，但蝕刻氣體之上下分流比例變多。 自然氧化膜之膜厚在8〜12对晶圓通常係2 0埃以下，膜 厚誤差係2〜10埃程度。譬如膜厚自〇到5埃之自然氧化膜在 接觸孔内形成時，施行5埃之餘刻作為目標。自然氧化膜厚 時在第1氣體混合氬，將微波激發之氬作為媒介以提高反應 速度。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21ϋ x 297公釐） --·----------^^裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 541612

經濟部智慧財產局員工消費合作社印W、 i、發明說明（6 ) 接著，藉餘刻氣體排氣後在反應室内加熱至373絕對溫 度以上以離解上述（NHdjiF6(氟矽酸銨）等之配位化合 物，該結果除去配位化學物之外在矽表面形成氫氣鏈（石夕_ 氫結合）。 圖式之簡單的說明 苐1圖表示實施本發明之第1方法裝置之一例縱剖面 圖； 第2圖係沿著第1圖之A-A線剖面圖； 第3圖表示實施本發明之第2方法裝置之一例縱剖面 圖； 第4圖係為說明間接冷卻氣體之方法，將第1圖之第1 室部份的擴大之斜視圖； 第5圖係第4圖之V-V剪形符號之剖面圖。 為實施發明最佳之形態 以下，參照表示第1發明方法實施態樣之第1圖、第2 圖及表示第2發明方法實施態樣之第3圖施行說明。 為容易看圖式，將比實際處理張數逐少的晶圓張數在 圖示之第1圖及第2圖中，5為壓力在0·8千帕（5托）〜1.3千帕 (10托）程度之第1室、1〇為晶圓、2〇為壓力在〇·ΐ3帕（1〇·3托) 〜1.3千帕（1〇托）程度之反應室、22為壓力在4〇〇帕（3托）〜 600帕（5托）程度之第2室。 譬如以10〜50公厘間隔縱向複數12吋晶圓1〇之反應室 2〇係以底板12堵住上部封閉之鋁管體8底部之構造。晶圓 由固定於旋轉軸9a之夾具9縱向配置，為與蝕刻氣體之反應 (210 X 297 公釐） —；—.------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 541612

五、發明說明（7) 均一，藉旋轉軸9a順利旋轉。第丨氣體譬如氫、氮自流入口 1流入譬如1公升/分鐘之流量至壓力設定在665帕（5托）〜 26千帕（20托）程度之第1室5内。在此6及7分別是構成第i室 5之間壁板及箱體外部，為抑制質點之發生，由鋁材構成 的。藉穿越设置於其上部之蔚藍色窗4輸出4〇〇瓦、2·45兆 赫之微波激發第1氣體。此外3是微波導管。一方面，第2 氣體自流入口2，譬如以1〇〇〜3〇〇立方公分/分鐘之流量流 入由非導電性且也具有耐蝕性之氧化鋁板丨6與鋁板6形成 間壁之第2室22。第！氣體係在第1室5之間壁板6，由上下方 向的複數個形成之直徑係〇·5〜1〇公厘程度之透孔（第 出口）6a流入第2室22,同樣的由上下方向的複數個形成之 透孔（第2喷出口）22a流入反應室2〇内。透孔2仏到晶圓丨❻之 距離係10〜20公厘，透孔22a之個數係與晶㈣數同數以 下’晶圓張數之1/3以上較為理想。 在該導入期雖蝕刻氣體之流動係些微的上下流動，但 由於實際上變成水平方向，反應性高發生初期之餘刻氣體 給送至各晶圓ίο,自然氧化膜除去速度係透過22a到晶圓1〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 之距離為10〜20公厘時藉晶圓間隔（d)而影響，d=15〜3〇 公厘時為0.5牛頓米（5埃）〜i牛頓米（_)/分。由於石夕/自缺 氧化膜I虫刻選擇比為1/6程度需將餘刻之誤差取大與接 觸作大&應後之|虫刻氣體一旦被集中突出於反應室2〇外 側之相體11，接著經過連通於泵之排氣管13與閥14排出。 此外15為壓力計。 在自然氧化朕除去之前，由氣體流入口丨及/或2或特別 541612 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Λ7 B7 五、發明說明（8) 設置之氣體流入口（圖未表示）流入液體氮之氣化氣體等之 冷卻氣體可將晶圓10冷卻至室溫以下。再者，藉配置於自 然氧化膜與蝕刻氣體反應後，反應室内之燈30將晶圓10加 熱至3 73絕對溫度程度時，促進配位化合物之離解並可防止 質點發生。或將晶圓10移至另外之裝置也可施行加熱。 第3圖係在與第1、第2圖同樣的構件附上相同參照符 號’表示第2方法之實施態樣，將作為管體構成之第2室22 配置於反應室20内第1室5之近旁，理想的係5〜1 〇公厘之間 隔。圖中，25為微波發生器。 第1氣體及第2氣體係在水平方向流動之途中生成混合 之蝕刻氣體，此係透過晶圓10間空間在被吸引至排氣管13 之途中與晶圓10反應。 在第4圖及第5圖由形成於室壁體内之冷媒流路32流入 283絕對溫度〜288絕對溫度之冷卻水，圖解冷卻反應生成 物或氣體之方法。冷媒流路32係在第1室5之間壁板6内包圍 喷出口6a逆U字狀的形成。由冷卻水間接冷卻之微波激發 氣體未失去激發狀態，與NF3(三氟化氮）等在第2室22反 應。因而，反應生成物也以弱室溫之溫度與晶圓1〇接觸。 產業上之利用性 由於如以上說明按照本發明以分批處理可實施自然氧 化膜之除去，在半導體裝置製造之生產量有很大的貢獻。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------^^裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 11 541612 五、發明說明（9 ) 元件標號對照 2".流入口 3.. .微波導管 4.. .蔚藍色窗 5.··第1室 6.. 。間壁板 6a...透孔（第1喷出口） 7.. .箱體外部 8.. .鋁管體 9…夾具 9a...旋轉軸 10.. .晶圓 11…箱體 12…底板 13.. .排氣管 14···閥 15··.壓力計 16…氧化I呂板 2 0...反應室 22.. .第2室 22a...透孔（第2噴出口） 25.. .微波發生器 30···燈（反應室内） 32.. .冷媒流路 --1---«------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事頂*填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)Ai規格U10 X 297公f )

Claims (1)

1. 541612

   90107526號專利申請案申請專利範圍修正本91年12月25曰 1. 一種半導體之表面處理方法，係以在接觸孔内配置自然 氧化膜、渣滓等存在之半導體矽晶圓之反應室内，藉由 微波激發之氫、氨及氮中所選擇之至少一種之第1氣體與 由不含碳及氧、而含氟之化合物構成之第2氣體之反應生 成物來處理半導體矽表面之方法， 裝 訂 其包含：在保持於323度絕對溫度以下之前述反應 室内，使縱方向配列之複數半導體矽晶圓〇〇)一邊旋轉 (9a)、一邊將前述反應生成物沿著反應室（2〇)縱方向地 延伸且透過内部壓力比反應室内壓力高之室（5、22)在 實際上水平方向上導入反應室（20)内，接著，將前述反 應室加熱至373度絕對溫度以上。 2·如申請專利範圍第1項半導體之表面處理方法，包含： (1) 沿著前述反應室縱方向地延伸； (2) 將前述第1氣體導入第1室（5)，該第1室係由縱向 配列開口於下述第2室（22)之複數第1噴出口（6a)而構成 者； (3) 沿著前述反應室（20)縱方向地延伸； (4) 縱向配列開口於前述反應室（20)之複數第2嘴出 口（22a); (5) 將第2氣體導入内部壓力為第1室（5)内壓力與反 應室（20)内壓力中間的第2室（22)。 3. —種半導體之表面處理方法，係在配置自然氧化膜、洁 滓等存在於接觸孔内之半導體矽晶圓之反應室中，藉由 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4·規格（210X297公釐） 13 541612 A8 B8 C8 __08 六、申請專利範圍 微波激發之氫、氨及氮所選擇之至少一種之第1氣體與由 不含碳及氧、含氟之化合物構成之第2氣體之反應生成物 來處理半導體石夕表面之方法， 其包含：保持於323度絕對溫度之前述反應室内， 使縱方向配列之複數張半導體矽晶圓（10) —邊旋轉 (9a)；

   裝 (1) 一邊沿著反應室（20)縱方向地延伸； (2) 縱方向地配列形成開口於反應室（20)之複數第1 噴出口； (3) 將第1氣體導入内部壓力比反應室壓力高之第i 室（5); 訂 (4) 沿著反應室（22a)縱方向地延伸； (5) 縱向配列開口於反應室（2〇)之複數第2噴出口 (22a)； (6) 接近前述第1室（5);及 (7) 將第2氣體 導入内部壓力比反應室内壓力還高 之苐2至（22) ’接著將前述半導體反應室加熱至323度絕 對溫度以上。 4.如申請專利範圍第1或2項之半導體之表面處理方法，其 中： 則述373絕對溫度以上之加熱係藉配置於反應室 (20)内之燈（3〇)施行。 5·如申請專利範圍第3項之半導體之表面處理方法，其中： 前述373絕對溫度以上之加熱係藉配置於反應室 L本紙張尺度用巾μ規格⑵似撕公楚)-- 14 541612 A8 B8 C8

   7T、申叫專利範圍 (2〇)内之燈（3〇)施行。 6. 如申睛專利範圍第項之半導體之表面處理方法，包 含： 在構成第1及第2室任一者或兩者之壁體内流入冷 媒（32)而將第1及/或第2氣體間接冷卻至323度絕對溫 度以下。 7. 如申請專利範圍第3或5項之半導體之表面處理方法，包 含·· 在構成第1及第2室任一者或兩者之壁體内流入冷 媒（32)而將第1及/或第2氣體間接冷卻至323度絕對溫 度以下。 8·如申請專利範圍第丨或2項之半導體之表面處理方法，包 含： 在將反應生成物導入前述反應室（2〇)之前，先將冷 卻氣體導入反應室。 9.如申請專利範圍第3或5項之半導體之表面處理方法，包 含·· 在將反應生成物導入前述反應室（2〇)之前，先將冷 卻氣體導入反應室。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210Χ297公复了 15