TW544805B - High purity radical process system - Google Patents

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544805 A7 B7 五、I明説明（ 發明領域 本發明係有關於電聚中之離子去除，特別是有關於 用高純度自由基之製程系統。 使 i明背景： 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 隨著積體電路技術的曰新月異，半導體元件所要求的 集積度越來越大時’使得具有高介電常數以及很低漏電流 的超薄閘極介電層之需求也越來越高。# 0.18微米（/z m)以下時，閘極介電層的厚度就已降到μ至 4 0埃以下。更進—步，當半導體製程進入〇· i微米時，問 極介電層的厚度小於2〇埃。如何製作此種超薄閘極介電層 兼顧其厚度之均一性（uniformity)與其較佳之抗崩潰電壓能 力（breakdown resistance)，係為製造此種超薄閘極介電層 重要之關鍵技術。 傳統直接以熱氧化法所形成之閘極氧化層的介電常數 約在3.9左右’且其結構上常有針孔（pin hole)等結構缺 ^ ^成有直接牙透電流（direct-tunneling current)之問 題，所以無法用來直接製作超薄閘極介電層。 而使用電聚氧化製程所形成之閘極氧化層，因為基材 表面直接承受電装的離子轟擊（I〇n Bombardment)，將造成基 才才表面的結構損傷’在〇.丨微米製程中，閘極氧化層之厚 度已小於20埃，離子轟擊的結果，造成所形成之半導體元 度適用中國國家標準(CNS)A4規格(2ΐ〇χ 297公楚） .............f ; f請先閱讀背面之;i意事項再場寫本頁) 訂 氧 544805 A7 B7 五、考蒼明説明（） 件產生可靠度的問題。 所以在小於0 · 1微米的半導體生產製程中，如何降低 離子轟擊所引起之可靠度的問題，即提高半導體元件的穩 定度及生產高品質的半導體元件，已成為半導體製造廠商 重要的目標。 發明目的及概述： 鑒於上述之發明背景中，在小於0 · 1微米的半導體生 產製程中，因為離子轟擊將造成半導體元件可靠度的問 題’如何提高半導體元件的穩定度及生產高品質的半導體 元件，已成為半導體製造廠商重要的目標。 本發明的目的之一，利用電漿離子過濾器將電漿中的 離子濾除，使形成高純度自由基之電漿。 本發明的另一目的，使用高純度自由基電漿進行晶圓 表面處理，降低離子轟擊對晶圓表面造成損傷。 本發明的再一目的，使用高純度自由基電漿進行晶圓 表面處理，形成高品質的超薄閘極氧化層，提高元件的可 靠度。 根據以上所述之目的，本發明係一種高純度自由基製 ί呈系統，包含電漿產生器、電漿過濾器及製程反應室。電 聚產生器，係用來產生製程所需之包含離子與自由基電 纸。電漿過濾器，則用來將電漿中之離子濾除，使形成高 系屯度自由基電漿。製程反應室，利用上述之高純度自由基 本紙張尺L度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210Χ 297公釐) (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 544805 A7 B7 五、發明説明（） 電漿進行晶圓的表面處理。其中製程反應室使用旋轉晶圓 夹持器，在製程進行中具有旋轉的功能，使上述之高純度 自由基電漿，均勻的在晶圓上進行處理。而電漿過濾器係 由至少一組鈍性材料所構成前栅欄及後柵欄結合而成，例 女〇石英材料或石墨材料等。電漿過濾器更可包含一外加電 場，以增加離子濾除之能力。 因此’使用本發明之高純度自由基製程系統，利用離 子柵攔將電漿中具有轟擊能力的離子加以濾除，使用高純 度自由基電漿，改善離子轟擊對基材之損傷，使元件品質 與可靠度提高，更降低製程的熱預算，及增加成長速率。 本發明之另一態樣，亦是一自由基電聚產生器，透過 离隹子柵欄將電漿中的離子濾除，保留電漿中的自由基，以 提供後續製程所需之高純度自由基電漿。 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，其中： 第一圖為本發明之高純度自由基製程系統之較佳實施 例不意圖， 第二圖為第一圖中之本發明之較佳實施例之電漿產生 及過濾器之示意圖；及 第三圖為第二圖中之本發明之較佳實施例之過濾器之 本紙張尺L度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公爱) (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 544805 A7 B7 五 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明説明（） 原理說明示意圖。 圖號對照說明： 1 〇〇 製 程 氣 體 管路 1 10 電 漿 產 生 及 過 濾、 trxy 1 20 製 程 反 應 室 130 純 度 白 由 基 電 漿 1 40 晶 圓 150 晶 圓 夾 持 器 2 10 製 程 氣 體 入口 220 電 漿 產 生 器 2 30 電 漿 過 濾 器 235 過 濾' 元 件 3 10 白 由 基 320 離 子 3 30 離 子 柵 攔 335 前 柵攔 3 36 後 柵 才闌 發明詳細說明： 由上述之發明背景中可知，在0.1微米製程之超薄閘 極介電層之半導體元件生產時，因為熱氧化法無法提供所 需品質的閘極氧化層，而使用電漿製程所形成之閘極氧化 層，因為離子轟擊的原因，造成基材表面的結構損傷，故 形成元件之可靠度的問題。如何在小於0.1微米的半導體 之製程中，生產超薄閘極介電層，以提高半導體元件的穩 度及生產南品質的半導體元件，為半導體製程一重要之 關鍵與進步。 本發明係在電漿氧化製程或電漿氮化製程中，提供高 本紙張尺^度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 544805 A7 五、發明說明（ 純度自由基之製程系統， 以降低形成閘極介電層時， 中之離子轟擊對基材所 τ 电水 、 所形成之彳貝傷，而使元件品質不穩定 的現象，且更增加介電；&纟 . ^ ΜI ^ 度，u M w Μ 自由基電漿以取代傳絲夕為g π在•丨 ”，、 衣程，故使得製程的埶預 算因而降低。 … 以下將以圖示及本於明妒 — ^ 車乂 k貫施例，詳細說明本發 明之精神’如熟悉此技術夕人昌产Μ 议術之人貝在瞭解本發明之較佳實施

例後’當可由本發明所教干少姑I 敦不之技術，加以改變及修飾，其 不脫離本發明之精神斑圖。奋ag Μ 月吁共粑圍。參閱第一圖為本發明之高 純度自由基製程系統之軔件杏妳如—立_ 罕又1土貝她例不意圖。如圖中所示， 使用本發明之高純度自由基製程系統，利用製程氣體管路 100’將所需的製程氣體引導進入電漿產生及過濾器11〇之 中，此时絰由毛漿產生裝置，一般使用如射頻（radi〇 frequency，RF)、微波（Microwave)、電子迴旋共振（Electr〇n

Cydotron Resonance ; ECR)、誘發耦合電漿（Inductive

Coupled Plasma ; ICP)等等各種方式產生所需的電漿。接著 電漿產生及過濾器1 1 0再將產生的電漿加以過濾，使電漿 中之離子被過濾，而電漿中之自由基則可穿越過濾器，故 幵3成高純度自由基電漿1 3 0。 本發明之高純度自由基製程系統，即是利用此高純度 自由基電衆1 j 0 ’進〗亍所需的閘極介電層的製造。由於可 i^：成離子轟擊的離子電衆，在過濾器的阻擔下，不會進入 製程反應室1 20中’故僅有不具有離子轟擊能力的自由基 電漿，進入製程反應室12 0中。因此高纯度自由基電漿 本紙張尺L度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇χ297公釐) .............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 544805 A7 B7 五、發明說明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 3 0，將晶圓1 4 0的表面氧化或是氮化，以形成氧化石夕或是 氮化矽薄膜之超薄閘極介電層。且晶圓1 4 0的表面不會產 生離子轟擊的損傷，故元件的可靠度更因此而提升。 在本實施例中，此系統之晶圓夾持器1 5 0，更具有旋轉 之功能，故能使作用在其上的高純度自由基電漿1 3 0能均 勻的分佈在晶圓1 4 0的表面各處。 參見第二圖’為電聚產生及過遽器之示意圖。如圖中 所示，電漿產生及過濾器約可分為三部分，包括製程氣體 入口 210，電漿產生器220及電漿過濾器230。其中電漿產 生器220係用來產生製程中所需之電漿，而電漿過濾器 2 3 0，則係由至少一組的過濾元件23 5所構成之過濾器，其 功能在將電漿中的離子部分加以阻隔，使其不會進入製程 反應室中。由於僅有不具有離子轟擊能力的自由基可通過 過濾器，故形成高純度的自由基電漿進入製程反應室中， 以生產高品質與高可靠度的半導體元件。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如何將電漿中的離子加以過濾，使其不會通過過濾 器，如第三圖中所示’為第二圖中之本發明之較佳實施例 之過濾器之原理說明示意圖。當製程氣體，因電漿產生器 作用而形成電漿後，電漿中包含如圖中以空心圓所代表的 自由基3 1 0及以實心圓所代表的離子3 2 0。而由於離子轟 擊將造成基材表面的損傷，故需將離子3 20加以過濾。本 發明係使用離子柵欄3 3 0，利用其所形成之過濾通道，使 離子3 20在通過前柵欄3 3 5後，撞擊在後柵欄3 3 6，而自 甴基3 1 0則較易穿過前柵欄3 3 5及後柵欄3 3 6，所以電漿 本紙張尺L度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 544805 、發明說明（） 在迫過後柵欄3 3 6之後，形成高 為更進-步提高本發明之自Γ;::由基電聚。 之高純度自由基製程系統，亦可使;=的純度，本發明 將電f中之離早，，Λ 夕、’且的離子栅襴3 3 0

將电水中之雒子32〇加以過濾，其去 hU 基電裝濃度而定，並不限定本發明之範圍#王：所而之自由 之離子栅欄330,係使用純性材料所。本發明所使用 欄過渡器，此鈍性材料可使 之父錯形式的栅 造。本發明之離子撕搁330,更或石墨材料來製 離子渡除的效果更為掸加。本匕3外加電場，以使 更為曰加纟發明之另一態樣’亦可說是 ，自由基電漿產生哭，安梦於+ 疋 °女Α於电装流經之路徑上，透過離 手桃爛將電聚中的離子遽除，保留電t中的自由基，心 供後續製程所需之高純度自由基電装。 本發明係利用離子柵欄將電漿中具有轟擊能力的離子 力口以過濾，以提供高純度且更具有高密度之自由基電漿， 不僅改善離子轟擊對基材之損傷，更使元件品質可靠度提 高。本發明適用在對離子轟擊敏感的任何製程中，降低電 漿中離子轟擊的損害，尤其在超薄閘極介電層的生產提供 重要的改善。如熟悉此技術之人員所瞭解的，以上所述僅 為本發明之較佺實施例而已，並非用以限定本發明之申清 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。 本紙張反度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公楚) (請先閲讀背面之注意事項再場寫本頁)

Claims (1)

1. A BCD 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 544805 六、申請專利範圍 1 . 一種高純度自由基製程系統，至少包含： 一電漿產生器，產生製程所需之電漿，其中該電漿包 含離子與自由基； 一電漿過濾器，連接於該電漿產生器，用來將該電漿 中之離子濾除，使該電漿形成高純度自由基電漿； 及 一製程反應室，連接於該電漿過濾器之後，使用該高 純度自由基電漿進行一晶圓的表面處理。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之高純度自由基製程系統， 其中上述之製程反應室更包含，一旋轉晶圓夾持器具有旋 轉的功能，使該晶圓均勻的進行表面處理。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之高純度自由基製程系統， 其中上述之表面處理包含，在該晶圓表面進行高純度自由 基氧化製程。 4 ·如申請專利範圍苐1項所述之南純度自由基製程系統， 其中上述之表面處理包含，在該晶圓表面進行高純度自由 基氮化製程。 5 ·如申請專利範圍第1項所述之高純度自由基製程系統， 其中上述之電聚產生器包含，電子迴旋共振（Electron 本紙張尺^度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公爱) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

   544805 A B CD 六、中請專利範圍 Cyclotron Resonance ； ECR) 〇 6 ·如申請專利範圍第1項所述之高純度自由基製程系統， 其中上述之電漿產生器包含，誘發耦合電漿（Inductive Coupled Plasma ; ICP)。 統 。 系件 程元 製慮 基過 由漿 自電 度組 純一 高少 之至 述， 所含 項包 1 器 第濾 圍過 範漿 利電 專之 請述 申上 如中7其 統 。 系 欄 程栅 製後 基一 由及 自欄 度 樹 純前 高 一 之， 述含 所包 項件 7 元 第濾 圍過 範漿 利 電 專之 請述 申上 如中 8 其 之係 述料 所材 項之 1 器 第濾 圍過 範漿 利電 專之 請述 申上 如中 9 其 高 為 統 系 程 製 基 由 自 。 度英 純石 其 第 圍 Ji£將水 利電 專之 請述 申上 如中 ο 古冋 之 述 所 項 統 系 程 製 基 由 自 度墨 屯 纟 石 為 係 料 材 之 器 慮 過 經濟部智惡財產局員工消費合作社印製 第 圍 Λ-巳 I 漿 利 專 請 申 如 電 之 述 上 中其 慮 過 統 程 製 基 由 自 度 純 古冋 之- 述含 所包 項更 *-1* 器 場 電 加 外 2 種 高 造 製 由高器 自該生 度中產 純其漿 ， 電 製 基 度 產 屯 ， 層 電 介 ； 極：漿 閘含電 薄包之 超少基 於至由 用統自 使系與 係程子 製 離 統基含 系由包 程自生 ο (請先閲讀背面之;i意事項再場寫本頁)

   本紙張&度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) 544805 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 至少一電漿過濾元件，連接於該電漿產生器，係使用 鈍性材料所製造，用來將該電漿中之離子濾除，使 該電漿形成高純度自由基電漿，每一該電漿過濾元 件包含一前栅襴及一後柵欄；及 一製程反應室，連接於該電漿過濾元件之後，使用該 高純度自由基電聚進行一晶圓的表面處理，其中該 製程反應室更包含，一旋轉夾持器用來夾持該晶圓 於製程中旋轉，使該高純度自由基電漿均勻的分佈 在該晶圓的表面。 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項所述之高純度自由基製程系 、统，其中上述之表面處理包含，在該晶圓表面進行高純度 自由基氧化製程。 1 4 ·如申請專利範圍第1 2項所述之高純度自由基製程系 、统，其中上述之表面處理包含，在該晶圓表面進行高純度 自由基氮化製程。 1 5 .如申請專利範圍第1 2項所述之高純度自由基製程系 統，其中上述之電漿產生器包含，電子迴旋共振（Electron Cyclotron Resonance ; ECR) 〇 1 6 ·如申請專利範圍第1 2項所述之高純度自由基製程系 乡充’其中上述之電聚產生器包含，誘發轉合電聚（Inductive 本紙張尺^Λ適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

   544805 A B CD 六、申請專利範圍 Coupled Plasma ; ICP) 〇 1 7.如申請專利範圍第1 2項所述之高純度自由基製程系 、统，其中上述之電漿過濾元件的材料係為石英。 1 8.如申請專利範圍第1 2項所述之高純度自由基製程系 、統，其中上述之電漿過濾元件的材料係為石墨。 1 9.如申請專利範圍第1 2項所述之高純度自由基製程系 系先’其中上述之電衆過慮元件更包含一外加電場。 20.—種南純度自由基產生裝置，係自一電聚產生器產生之 電漿中，分離出高純度自由基電漿，其中該高純度自由基 產生裝置至少包含： 至少一離子柵欄，位於該電漿流經之通道上，用來將 該電漿中之離子濾除，使該電漿形成該高純度自由 基電漿，該離子柵攔係使用鈍性材料所製造。 2 第 圍 範 利 專 請 申 如 2 經濟部智惡財產局員工消費合作社印製 裝 生 產。 基欄 由柵 自後 度 一 純及 高爛 之柵 述前 所一 項含 J包 ο 9..¾ 極 栅 子 之 述 上 中 其 第 圍 範 利 專 請 申 如 2 2 所 項 置官 裝應其 生反 ， 產程理 基製處 由一面 自接表 度連的 屯更 圓 β 古冋置晶 之裝 一 述生行 產進 基漿 由 電 自基 度由 純自 高 度 之純 述高 上該 中 用 其 使 2 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

   本紙張&度適用中國國家標準(CNS)A4規格(2i〇x297公釐) 544805 A BCD 六、申請專利範圍 中該製程反應室更包含’一旋轉夾持器用來夾持一晶圓於 製程中旋轉’使該高純度自由基電漿均勻的分佈在該晶圓 白勺表面。 2 3 .如申請專利範圍第2 0項所述之高純度自由基產生裝 置，其中上述之電漿產生器包含，電子迴旋共振（Electron C y c 1 〇 t r ο n R e s 〇 n a n c e ; E C R) 〇 2 4 .如申請專利範圍第2 0項所述之高純度自由基產生裝 置，其甲上述之電漿產生器包含，誘發耦合電漿（Inductive C oupled Plasma ； ICP) 〇 第 圍 範 利 專 請 申 如 5 2 詈 柵 子 隹 ¾ 之 述 上 中 其 裝 生 產 基 由 自 度 。 純英 高石 之為 述係 所料 項材 ο之 2 爛 圍 範 利 專 請 申 如 6 2 之 述 上 中 其 裝 生 產 基 由 自 度 。 純墨 高 石 之為 述係 所料 項材 ο之 2 搁 第柵 子 項 ο 2 第 圍 範 利 專 請 申 如 7 2 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 包 更 樞 柵 子 之 述 上 中 其 置 裝 生 產 基 由 〇 度場 純電 高加 之外 述一 所含 3 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

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