TWI292591B

TWI292591B - Integration of silicon etch and chamber cleaning processes

Info

Publication number: TWI292591B
Application number: TW090122941A
Authority: TW
Inventors: Liu Wei; Williams Scott; Yuen Stephen; David Mui; Shen Meihua
Original assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2000-09-15
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2008-01-11
Also published as: WO2002023611A2; US6566270B1; WO2002023611A3; CN100386851C; KR20030031190A; KR100848522B1; EP1320876A2; CN1717787A; JP2004509464A

Description

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、發明說明（ ‘tjg領域：本發明係關於—種石夕明係關於一種矽蝕列及_ 更特定而言，本發刻及處理室潔淨處理的整合方法。 ι明背景：製造諸多積體電路時 * 而㈣虚理為-基礎步驟。而㈣處理之再現性（repeat祕ty)為—重要考量，因為壬何文處理的基材必須具铰人広丄. 双的蝕刻圖案，以 =之精確設計標準。此外，刻處理之再現性非吊繁雜’因為㈣刻處理-般屬於「不潔淨」過程，此「不潔淨」過程產生的副產物（例如：二氧化石夕）會附著至姓刻處理室内表面上。此種在該内表面上的附著行為會發生於任何連續…刻處理中，並使處理室狀態產生變化。除非定期將處理室施以潔淨處理，否則最後該 ^理室變得不潔淨而導致再現性不佳的結$。舉例而言’ 一早期處理之基材的#刻圖案可能會不同於稍後處理室不潔而受處理的基材者。為解決有關於這些及其他副產物堆積的問題，必須在數次蝕刻處理之間定期執行處理室的潔淨處理。舉例而θ ’處理一至三個晶圓容置匣盒（每一晶圓容置匣盒約包含25基材）中的基板後，再執行一乾式潔淨處理。一般乾式潔淨處理步驟包含將一未經處理之（duinmy)基材送入處理室中’且該處理室中的潔淨混合氣體形成電漿。該電襞可移除附著於處理室内表面上的副產物，以使處第5頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公餐） (請先M讀背面之注意事項本頁) 訂：經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Ϊ292591 A7

理室回復至一相對潔淨狀態。 (請先¾讀背面之注意事項由於乾式潔淨處理無法有效潔淨整個處理室，因而而定期再加以濕式潔淨處理，例如：在處理完i 5 〇〇片美材後，週期性執行一濕式潔淨處理。其中，濕式潔淨處理步驟包含打開處理室並人工方式使用溶劑以清理處理室。此種濕式潔淨處理通常需耗費4-8小時。在濕式潔淨處理後’處理室受到「調整」（SeaS〇ned)而能獲得良好的再現性。其中調整的進行係藉由將一未經處理之基材送入處理室中，並接繼以的潔淨混合氣體形成電漿而達成。 1S7· 經由上述說明能輕易瞭解習用潔淨處理技術的缺點，尤其是濕式潔淨處理，其降低蝕刻系統生產率及減少產出量。因此，一種在兩濕式潔淨步驟之間能處理更多基材，使處理室停機時間減至最少的方法確實有其發展之必要性。

A 發明目的及概沭：經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本發明提供一種較佳的矽蝕刻方法。本發明實施例將現場（in-suit)潔淨動作整合至一矽蝕刻處理中，因而不需要另外執行乾式潔淨處理動作。本發明方法能在處理室之潔淨步驟間執行更多的溝渠蝕刻處理，並可用於任何的矽蝕刻處理上。本發明一實施例中，提供一種處理一基材處理室中一基材的方法，其步驟包含轉送基材至基材處理室中。其中’使用之基材處理室包含一電源功率器。該電源功第6頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） 1292591 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（） •率器施加射頻（RF)能量使一第一蝕刻氣體形成電漿，並施加一偏壓使該電漿靠近基材，暴露於該電漿中的基材上因而钱刻出一溝渠。此外，不需施加偏壓功率或微量偏壓功率，附著於基材處理室内表面的副產物則藉由一 •第二蝕刻氣體所形成的電漿加以移除。其中，該第二蝕刻氣體包含位於基材處理室中的一 _素源。執行上述步驟後，從處理室中移出基材。對處理室施以一濕式或乾式潔淨處理前，至少已經有1 00片以上基材進行過一溝渠蝕刻步驟及蝕刻副產物移除之步驟。另一實施例中，提供一種基材處理及處理室潔淨步驟的整合方法，其步驟包含轉送基材至製程處理室。經由對製程處理室施加射頻（RF)功率電源，暴露於第一處理氣體所產生之電聚中的基材受到姓刻作用。此外，附著於製程處理室内表面的副產物，其係以將製程處理室内部暴於一第二電漿解離成的離子及原子團中的方式而移除，而不需施加偏壓功率或微量偏壓功率至製程處理室。其中，第二電漿由包含一鹵素源之一第二處理氣體所產生。執行上述步驟後，從處理室中移出基材。對該處理室施以一濕式或乾式潔淨處理前，至少已經有3 000 片以上基材進行過基材暴露步驟及蝕刻副產物移除步驟的處理。另一實施例中，提供一種在一基材處理室.中的一石夕基材上形成一溝渠之方法。其中，此方法使用之基材處理室具有一電源功率器，其步.驟包含暴露基材於第一蝕第7頁 (請先M讀背面之注意事項 ϋ · 1 ϋ 本頁) la· --線」本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1292591 A7 B7 五、發明說明（刻氣體所產生之電漿中，一也/原功率哭系你量於該第-蝕刻氣體而形。。糸、加射，能叫邊冤漿。偏壓功率，電漿受到偏壓 " 理室施以 …溝渠。此外，第二. ：：:『，以在基材上 .材處理室中必要之CL、I、及心* 、之電漿係由基需施加偏壓功率或微量偏壓功率至'：體成分所組成。不就能移除附著於基材處理室内冑程處理室，該電默 .^ RS 至内表面的副產物。本發明這些及其他實施例之優中附加圖例詳細說明之。特徵，將以下文圖式簡單説: 第1 A圖所示為本發明方法所 m ^ 胃進行之一半導體晶圓處理糸統範例的部分剖面示意圖；化第圖所示為第1圖中半導第2AF!所_ & 岭體日日囫處理系統的區塊圖；第2A圖所不為具有一圖案化 Λ單幕之一半導體基材的剖面簡化示意圖；第2Β圖所示為第2Α圖的半導體基材在其上蝕刻出一溝渠後所得的剖面簡化示意圖；第2C圖所示為第2β圖的半導體基材在執行軟式潔淨處理步驟後所得的剖面簡化示意圖；· 第3圖所示為本發明一實施例所執行之製程的流程圖；第4Α及4Β圖所示為使用第3圖中的製程範例於基材長期處理時所得之粒子數；第5Α至5Β圖所示為使用第· 3圖之製程以處理第一基第8頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先B3讀背面之注意事ΐ 『本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1292591 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（）材，形成於該第一基材上的溝渠型態之SEM簡要不意圖，第6A及6B圖所示為使用第3圖之製程以處理第三千片基材，形成於該第三千片基材上的溝渠型態之 SEM簡示圖；第7A圖所示為使用傳統溝渠蝕刻處理所得之一溝渠表面型態之SEM簡要示意圖；第7B圖所示為使用第3圖之製程所得之一溝渠表面型態之SEM簡要示意圖；第8圖所示為本發明另一實施例所執行之製程的流程圖；第9A圖所示為具有一經圖案化光阻之半導體基材的簡化剖面圖；及第9B圖所示為第9A圖中的該半導體基材經由一現場淺溝渠隔離處理後，所得之該半導體基材的簡化剖面圖。為使本發明能被更容易了解，於詳細說明中附加圖示說明之。圖號對照說明： 50 基材 52 經圖案化的氧化物塾層 53 經圖案化的硬式罩幕層 54 自然氧化物層 56 純化層 70 基材 72 氧化物墊層 7.4 氛化物層第9頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先Μ讀背面之注意事項

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五、發明說明（） I29259l 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 •離子，晶圓11 〇因而獲得一負偏壓。該負偏壓使電漿中的帶正電離子朝向晶圓110加速移動。採用一射頻訊號 (例如：400 KHz或13.56 MHz)使基座107產生一偏麼，且該晶圓間接產生偏壓，該偏壓訊號經由偏壓電源供靡器106輸出至基座107。電漿130中的離子密度主要由輸送至天線1 0 2之訊號加以控制’而該離子能量主要由輸送至基座1 07的訊號加以控制。製程處理室1 0 1中的溫度控制部分係以其圓柱狀側壁1 11及頂部1 03内部的分離式熱交換通路（未顯示）中的流動循環流體（例如：水基乙二醇）為之。被蝕刻基材之溫度控制係於基板背部施加一氣體而通過基座丨〇7内部通路（未顯示）、並使基座1 07内部一熱交換通路（未顯示）中一流體循環的結合方式為之。一製程監視器108用以監視製程處理室ι01内部的狀態。該製程監視器可為任何用於量測製程處理室i 〇 t 内部一製程狀態的感測器、或感測器之組合，端視該製程處理室1 0 1内進行的製程而定。舉例而言，製程監視器108可為一光學激發光谱儀（〇ES)。其中，〇ES用以監視電漿輻射之激發行為，而電漿輻射則依據製程處理室 1 〇 1中的製程進度而有所不同。另外，製程監視器丨〇8也包含一用以量測高度之干涉計，例如··量測一晶圓表面蝕刻出的溝渠縱深。該干涉計以量測溝渠頂部及底部所反射之干涉光而計算出溝渠縱深。當製程監視器丨〇8為一〇 E S或干涉计時’處理室内部的輪射通過一透明孔（例第12頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -I n n n ϋ l·— n n —h n n n I · n n (請先M讀背面之注意事項再Ipt本頁) OISJ·- -線· 1292591 A7 五、發明說明（） .如：藍寶石或石英頂冑103)而輕合至該製程監視器。此外’設以另一窗口於頂部103或圓柱狀側壁⑴以達到同一目的。製程監視器1 0 8及久鐘糸祕t a 及各種糸統100組件皆耦合至系統 •控制器1 4 0。系統控制器J 4 〇句 σσ 1 U包含提供必要訊號的硬體，以開始、監視、調節、終止製程處理室ι〇ι中的製程。舉例而言，製程處理室101可為一去輕合電浆源（Dps)電聚處理室，丨由美國應用材料公司所製造。其中，製程處理室101包含處理一半導體晶圓之必要元件。製程處理室101外部典型上處於大氣壓力狀態，而繫程處理室101内部在處理進行時維持減壓狀態。-排氣系統109用以調節製程處理室1〇1内部的壓力。一氣體平板12〇藉由-氣體管線122及一問門124輸送處理氣體至製程處理室1〇1。在一處理中（例如：一蝕刻處理），對該處S氣體施加一射頻功率130形成於製程處理室101中。射頻電源供應器105施加能量至天線1〇2, 以激發電漿並使處理室中的電漿得以維持。熟習此項技術者能了解到於一處理室中激發一電聚必須使用到數個步驟’亦即供應一處理氣體、供庫湄經濟部智慧財產局員工消費合作社印製礼篮仏應源功率至天線、供應偏壓功率至基座等裝置。這些處理步驟為熟習此項技術者能加以實施，在此不再作進一步說明解释。本發明能在一處理器系統控制器（例如：第丨八圖中的系統控制器140)控制下的一系統中執行。第ib圖所示為第1A圖中一半導體晶圓處理系統1〇〇之區塊圖。其第13頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1292591 A7 B7 五、發明說明（）請先Μ讀背面之注意事項再本頁) •中，半導體晶圓處理系統1 00具有此類系統控制器1 40，使其具有控制該系統之能力。系統控制器1 40包含一可程式化之中央處理單元（CPU) 160，該中央處理單元 160 可對一電腦可讀取之記憶體1 62、一巨型儲存裝置1 64、 •一輸入控制單元、及一顯示單元1 6 8加以操作。該系統控制器更包含眾所皆知的支援電路1 72，例如：電源供應 174、同步脈衝176、快取記憶體178、輸入/輸出（I/O)電路1 80等。系統控制器140也包含藉由處理室中的處理室感測器1 8 1以監視晶圓處理的硬體。感測器用於量測系統參數，例如：晶圓溫度、處理室壓力及此類參數。上述全部裝置皆耦合至一控制系統匯流排1 70。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製記憶體162包含CPU 160執行之指令，以控制製程系統1 5 8的操作。記憶體1 62中的指令為程式碼形式，執行本發明方法所的電腦·程式1 90即為程式碼形式。該程式碼符合於一些不同程式語言之任一者，例如：該程式碼能以C，C + +，BASIC，Pascal或其他不同程式語言所寫成。電腦程式 190包含一些不同的副程式，例如：某一實施例中，電腦程式1 90包含用於一多處理室系統中一處理室的一製程選擇副程式、一製程排序副程式、及製程管理副程式。此外，電腦程式1 90也包含用以控制每製程處理室101之各組件的副程式，例如：一基材置放副程式、一處理氣體控制副程式、一壓力控制副程式、一温度控制副程式、及一電漿控制副程式等。具有此項基礎技藝能力者能輕易了解，本發明也能使用其他第14頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1292591 A7 ______ B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（） •處理室控制副程式，端視製程處理室中欲進行的製程而定。該製程選擇副程式用以界定（i)所欲執行之製程處理室（如果製程處理室101為一多處理室系統的一部份）、（ii) 所欲操作之製程參數組，其用於操作製程處理室以進行所欲執行的製程。用於執行某一製程之製程參數與製程條件（如：處理氣體成分及流率、溫度、壓力等）、電漿條件（如射頻功率等級及低頻率射頻、冷卻氣體之壓力、及處理室壁的溫度等）相關。這些參數係以一參數組的形式提供予使用者，並可利用輸入控制單元166以輸入這些參數。該製程排序副程式包含用以接收已界定的製程處理室程式碼 '製程選擇副程式所送出製程參數的程式碼、及用以控制一多處理室系統中各種製程處理室操作的程式碼。經由多位使用者輸入的製程組編號及製程處理室編號、或一使用者輸入多組製程編號及製程處理室編號’排序副程式得以將該選擇性製程排定於所欲之排程次序中。此外，排序副程式以包含下列程式碼者為更佳：監視製程處理室運作、以決定處理室是否正在使用中的程式碼；決定處理室中正在進行何種製程的程式碼、及根據某一製程處理室的存在與否及能被執行的製程類型為基礎，執行所欲進行製程的程式碼。也能使用傳統的製程處理室監視方法（例如：輪詢法（p〇lling))。當排序欲執行之製程時’排序副程式可將正在進行的製程處理室第15頁 (請先W讀背面之注意事項再 --- 本頁) ·- --線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公f 1292591

、…里中的所欲進行的製程條#、或任何* 要求的時間、…希望用以決定排程性。私式重要因子比對的結果納入考量，卩決定4 排序副程式決定出將要執行的下一個製组合時’經由傳送該製程參數組至某一式，排序副程式得以開始執行該製程參處理室管理副程式係依據排序副程式所以控制某製程處理室的多工製程任務。處理器管理副程式選擇性排定或呼叫正組合相關的製程組件副程式。典型而言程式用以監視各種處裡室組件，以欲執基礎而決定需要運作何種組件，以在監開始執行個別的·處理室組件副程式。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製條件與一用者輸入任何系統程。只要室及製程管理副程其中，該製程組合過程中，的某製程器管理副程組合為定步驟後具有室組件副控制處理基座107 及基材至材的目的巨型器可讀取令。舉例機、磁帶程處理處理室數組。決定之在操作在執行，處理行之製視及決一處理含用以基材至升基庙此項基礎技藝能力者能了解如何執行每程式。舉例而言，基材置放副程式可包至組件的程式碼，這些組件為用以負載上；此外，這些處理室組件也可包含舉製程處理室101中一預定高度者以達到儲存裝置1 64用以儲存數據及指令並從—處理媒體（例如：磁片或磁帶）中擷取數據及程式碼拍而言，巨型儲存裝置164可為一硬碟機、軟靖機、或光碟機等。巨型儲存裝置丨64在接收麥第16頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 1292591

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 CPU160之指示後，以儲在乂骑畀及擷取指令之方式回應里健存I i 1 64所儲存及摘取的數據及程式碼指八巨央處理…60使用’以操作半導體晶圓處理系：中由巨型儲存裝S 164從一媒體處先擷取出數據及〇。指令，且接繼傳送至記憶體162以供cpui6〇使用\式螞輸入控制單元166耦合一數據輸入裝置（例如·一盤、滑鼠、或一光筆）至中央處理單元16〇，鍵〃、一處理至使用者輸入參數。在CPU 16〇控制下，顯示單 . 卞71 68 提供圖像及數字與符號顯示資訊於該處理室使作者。控制系統匯流排1 7 〇提供與其耦合之所有元件之的數據傳輸及控制訊號。雖然該控制匯流排作為—直連接於CPU 160中的元件的單一匯流排，但該控制系匯流排1 70也能作為一匯流排集合。舉例而言，顯示元168、輸入控制單元166及巨型儲存裝置164能耦合一輸入-輸出周邊匯流棑，而CPU 160及記憶體IQ執至一區域處理匯流排。區域處理匯流排及輸入-輸出周匯流排耦合而形成控制系統匯流排1 7 〇。系統控制器140經由控制系統匯流排1 70及1/〇電 180耦合至半導體晶圓處理系統100之各裝置，於本發之蝕刻處理中採用。這些裝置包含數個闊門（如第1 A 中所示的閘門124)、製程監視器1〇8、排氣系統109、源供應器1 05、偏壓電源供應器1 〇6、開縫閘門1 1 4、體平板120、機器人手臂11 2、處理室感測器1 8 1及一擇性混合區塊1 84(第1 A圖中未顯示，但其可連接至氣第17頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）間接早至人邊路明圖電氣選體面丨丨丨丨丨l·丨丨h!丨-裝i · (請先W讀背面之注意事項再Λ本頁) 訂_ ;線. 1292591 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 - ~___-——五、發明說明（）平板120或製程處理室101之一者）。系統控制器1 40提供訊號至各種處裡室裝置，以預設方式操作這些元件以在一製程處理室1 〇 1中執行一預定製程。雖然本發明此處說明係以軟體方式實施，並在一般用迷電上執行，但熟習此項技術者能了解本發明也可使用硬體（例如··一特殊應用積體電路（ASIC)或硬體電路）方式加以實施。因此，應當了解的是本發明也能完全以軟體、或完全以硬體實施，或也可由軟、硬體相輔為用的方式加以實施。熟習此項技術者也能了解到選擇一合適的電腦系統以控制基材處理系統，不過是一般所需使用的技術。 II·本發明之石夕處理本發明之矽蝕刻方法能廣泛應用於基材處理室中的各種矽钱刻處理（如上述說明的之處理室範例）中。然而，本發明為達到說明目的，下文中採用一用於淺溝渠隔離處理、而在一矽基材上蝕刻出溝渠的方式進行說明。下文說明中所採用的參考標示數字，其用於參照第i A圖及第1 B圖中處理室實施例的組件。請參閱第2A-C圖及第3圖。圖中，一製程200(第3 圖）包含置放一基材50(第2A圖）至製程處理室1〇1的基座107上（步驟201)。其中，該基材具有一經圖案化的氧化物墊層52及一經圖案化的硬式罩幕層53(例如：一氮第18頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先M讀背面之注意事項再9本頁) -裝：去 L5J- •線· 1292591 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 R7 五、發明說明（）化矽層），該層係使用眾所皆知的技術形成於該基材上。形成於基材上的氧化物墊層用以提供硬式罩幕層一良好附著性表面。暴露基材5 0於空氣中，一自然氧化物層5 4 因氧化形成於該基材的暴露部位上。首先，採用眾所皆知的钱刻技術稱為破除（b r e a k t h r 〇 u g h)步驟（步驟2 0 2)以移除自然氧化物層5 4。隨後，使用眾所皆知的非等方向性姓刻技術（步驟204)蝕刻出一溝渠，如第2B圖所示。該非等方向性蝕刻技術涉及施加一偏壓電源，使離子垂直朝向基材移動’並使複合成分氣體（例如：氧氣及氮氣）流動至製程處理室1〇1中，使正在蝕刻的溝渠其壁上形成一鈍化層56。一般使用上，電漿被施加至少25〇瓦特 (〇·80瓦特/平方公分）的偏壓，以使離子加速垂直朝向義材移動。該純化層逐漸在溝渠之底部角緣處變細，亦即，在側壁高處的鈍化層厚度·大於側壁低處者。在一溝渠蝕刻處理實施例中，使用—蝕刻組成氣體 (Ch 、Ν2及〇2)以敍刻出厚度為4000埃的溝渠，其使用的製程參數如纟i所示。在^用以表示偏壓電源供應器1〇6所提供的偏壓電源；Ws用以表示電源供應器105所提供的電源；而壓力用以表示蝕刻處理中處二室内部的壓力值。表1 製程參數溝渠蝕刻壓力 —------- 30.亳托耳 —-__ 第19頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

1292591 A7 B7五、發明說明（）

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製第3圖中的非等方向性#刻技術（步騍2〇4)被稱為不潔式（dirty process)#刻處理，因為聚合作用及離子義擊而產生的副產物會附著於製程處理室1 〇丨内表面。除非定期移除這些副產物’否則這些副產物會堆積於處理室内部，因而改變處理室狀態。此外，離子轟擊會造成基材外圍表面處的晶體結構損傷，形成一厚度為2〇-1〇〇埃之損傷層（未顯示於第2 B圖中）’因而改變基材電性及其他性質。再者，離子轟擊也會造成基材表面不平整，而使表面之階梯增加、表面產生反射、並可能形成裂缝。形成溝渠後，執行一軟式潔淨步驟（步驟206)以移除附著於處理室表面的副產‘ ’而不會造成溝渠主要樣气 (亦即，溝渠之寬度、深度、及斜度）之明顯變化。傳統半導體製程範例中，工程師深怕基材蝕刻樣式.改變及損傷到基材，因而只有從處理室移出處理過的基材後，再執行、、絮淨步驟。然而，本案發明人不預期地發現到整合軟式潔淨步驟至矽蝕刻處理中時（亦即對處理室中的基材施以軟式潔淨步驟），能帶來諸多不預期效益。舉例而言，本案發明人所發現之#刻整合處理使兩濕式潔淨步驟較傳統方第20頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） {請先¾讀背面之注意事項再裝--- iPl本頁) -丨線* [292591

、發明說明（經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 $知以處理較多的晶圓數量。另外，一些實施例中的軟式 ?爭^驟甚至能減緩乾式潔淨步驟的需求。軟式潔淨步驟主要包含一化學製程，亦即關閉或施加微里偏壓電源至製程處理室丨〇丨（例如：少於2〇瓦特或 •06瓦特/平方公分），以消除物理蝕刻產生的副產物或至 ^使該曰彳產物最少量化。由於鈍化層56保護溝渠的上 #，軚式潔淨步驟因而不會使溝渠的主要樣式產生明顯變、卜因為鈍化層在溝渠的底部角緣處逐漸變細，執行軟式潔淨步驟可使該底部角緣產生圓化作用。該溝渠底部角緣處的圓滑化作用能改善階梯覆蓋(step c〇verage)能力及元件效能。再者，軟式潔淨步驟也能在移除副產物及圓滑化底部角緣之同時，移除基材表面的損傷層。軟式潔淨步驟使用之化學物質相異於非等向性蝕刻者。其中，軟式潔淨步驟包含—具有—或Η素源（例如： CF4、C2F6、C3F8、C4F8、NF3 及 CHF3)的處理氣體。處理氣體以包含一擗改上& ^ a 曰強_素源解離之源（例如··氧氣源）或-改變電聚分佈樣式之源（例如：氬氣）、或上述二源皆有者為更佳。使氯U 更彳使乳礼原及此類源能增強_素源之解離’但會導致副產物的產生。 a片产、因此，用於某—處理氣體的虱軋源或此類源最佳數量視 — 里細視所抹用的處理氣體而疋。以某一軟式潔淨處理為例列作為_素源之CF4為處理氣體的必要組成，本案發明人已決定出02的氣體流率範圍約為CF4氣體流率的10，％者為佳，又以丄氣體流率“CF4氣體流率的1G者為更佳…惰性氣體（例如：氬氣）能包含於一處理务辦慝理軋體中，以使處理室中的第21頁 (請先Μ讀背面之注意事項再丨裝---ipt本頁) 幻· ••線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21^7^7^· 1292591 A7 -----B7 _ 五、發明說明（） ------\----：--丨-裝--- 請先Μ讀背面之注意事項再Μ本頁) • i素源更能均勻分佈。軟式潔淨步驟之處理時間則端視不同的溝渠钱刻處理而定。舉例而言，對於產生更多量副產物的ϋ刻處理’必須進行更長時間的軟式潔淨步驟。 -線- 在執行軟式潔淨步驟後，從處理室中移出基材驟 2 07)。由於副產物堆積的影響，必須先決定處理室是否需要以一濕式潔淨處理加以清理（步驟2 〇 8)。此種決定可由下列方式達成之。本發明一實施例在執行製程2〇〇前，先決定出處理室在每η次處理後仍然保持潔淨，其中η 為任何整數，並由實驗決定之。依據一實施例，處理室甚至在執行1〇〇00次處理後也不需要進行濕式潔淨處理’因此η為一大於1〇〇〇〇的數字，其明顯優於傳統方法（通常在每1 500次或處理次數後執行一濕式潔淨步驟）°此外，此種改良結果亦可使濕式潔淨處理之間不需再執行任何乾式潔淨步驟.。請向前參閱步驟2〇8，如果處理至不需加以清理時（亦即’已執行之處理次數少於η)，另一基材被負載進入處理室及重複步驟2〇 υογ。在另一方面，如果處理室需要加以清洗（亦即，已執行η次處理），處理室可以一乾式潔淨步驟或濕式潔淨步驟、或上述二步驟進行清理（步驟212)。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製此處指的與潔淨處理相關之乾式潔淨步驟或乾式處理，從處理室移出處理基材後再執行者，執行的動作為於處理室中以一潔淨混合氣體點燃一電漿以移除附著於姓刻系統内表面上的副產物。一般而言，在點燃該「潔 ’爭電漿」之前，先送入一未處理（dummy)晶圓進入處理室第2項本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐1 ---------- 1292591 A7 _B7__五、發明說明（） •中。與潔淨處理相關之濕式潔淨步驟或濕式處理以在空置之處理室中進行，並使用一潔淨液體移除附著於蝕刻系統内表面上的副產物者為佳。請向前參閱軟式潔淨步驟，下列表2中列出本發明 ‘一軟式潔淨步驟實施例中可接受的處理室壓力、偏壓電源、源電源、及此種參數範圍。 (請先¾讀背面之注意事項再 -裝--- jpi本頁) ιδ. --線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製第23頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1292591 A7 B7 五、發明說明（表2 製程參數 ---— _____ 軟式潔淨步驟壓力 2-100釐托耳 wb r^二^瓦特（0-0.16瓦特/平方公八、 Ws ~ -----—____^ ) 300-1500 瓦 cf4 10-400 seem Ar ~-- 0-400 seem 〇2 —~~~--- 0-200 seem 時間 ""----- 5 -1 0 0秒鐘 (請先1H讀背面之注意事項再 -裝--- 本頁) 3 5 4 Ϊ 理軟秒處以經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 J 接程該態耗潔一實施例中，在美國應用材料公司所製造的Dsp +處 g (8吋晶圓用）中使用下列製程參數以執行製程2〇〇之尤潔淨步驟。其中，軟式潔淨步驟之處理時間維持2( 童；處理室壓力維持於低壓（例如：1 〇毫托耳）·节入里室的一處理氣體’其CF4流率為60 seem、02流率為 seem 、而Ar流率為120 seem ;控制電源供應器ι〇ί 12.56 MHz的頻率供應1200瓦特之射頻功率至天線 :，以經由處理氣體點燃一電漿；將偏壓電源供應器丨〇( 也，使離子高速轟擊至基材的程度減為最低。執行製 200約3 000次’而不施加任何乾式或濕式潔淨步驟。 ^理室甚至在執行過3000次處理後也依然保持潔淨狀。此實驗僅執行至3 000次’因為此時基材供給量已被 t。本案發明人以執行過3000次蝕刻處理後的處理室爭狀態為基礎，本案發明人相信製程200能再執行第24頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ·- --線- 1292591 A7 B7五、發明說明（）經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5000-10000次處理，而不需要進行任何乾式或濕式潔淨處理。相對而言，如上述解釋之一不施加軟式潔淨步驟的典型#刻處理’其通常必須在執行每20-75次處理後進行乾式潔淨處理’並在執行約每丨5 〇〇次處理後進行濕式潔淨處理。第4A及4B圖所示為使用上述討論之製程2〇〇執行長寸門土材處理所得粒子數量的示意圖。其中，圖例之X轴表示所執行之基材數量，而圖例之y軸表示在一式驗基材上么現的粒子附著物數量。其中，粒子附著物係“在執m列試驗後’於試驗基材上所發現到寬度大於〇·2微米的粒子或副產品。第4a圖所示為本案發明人執行機械式粒子數試驗所得之結果，此試驗涉及使用製 j 2〇0於更長時間的處理。在處理過每50片基材後，將 -具有N個粒子數量的潔淨基材置人處理室中，並將其移出處理室。上社[她JI. ,, · 機械式移動使一些附著於處理室内側掉落至試驗基材上。寬度大力02微米的副產所，二：：广粒子的數目者視為經由機械式移動方式了卞里（亦即，粒子之增加數目 5〇次基材處理後即重福、隹，、、、。果。執仃母基材德n 重複心丁上述試驗’直到處理3000片暴材後停止。如第4A圖中 . 乃理期門is目 ’、广目於3 0 0 Θ次處，間並未呈現任何顯著的凸增現象，』基材處理期間仍維持潔淨狀態。 &至在長請參閱第4B圖所示的—粒子施此為眾所皆知的實驗，ιμ 耵頰之效能試驗，此試驗也顯示出處理室在執行第25頁國家標準（cns)A4 規^——______ (請先la讀背面之注意事項再 —裝i I ipt本頁) -<:o· --線- 1292591 A7 經濟部智慧財 .產局員工消費合作社印五、發明說明（） • 3 000次處理後仍然維持潔淨狀態。此試驗涉、 ^ 人1文用製程 200以執行一長期基材處理。在處理過每 υ月基材後，將一具有Ν個粒子數量的一試驗基材置入 ^ 免里至中。對處理室施加一源功率維持一短時間以點燃處理— 至内的雷漿，並隨後關閉電源。而後從處理室移出試驗美材.、在該試驗基材上計數粒子增加量。重複執行上並，直到處理第3000片基材後停止。如第4β 子數目於3000次基材處理期間並未呈現擗 ’、 ^ 曰呪泵，而表不處理室在此基材處理期間仍維持潔淨狀態。此外，上述說明的製程200能提供良好的再現性。第5A及5B圖表示經處理之第一基材的溝渠樣式。其中。，第5A圖及第5B圖各別表示基材中心、、運緣處所形成的溝渠樣式。形成於第一基材中心處的溝 ^ j /再木樣式大致上與第三千基材者完全相同。.同樣地，形成於第_基材邊緣處的溝渠樣式大致上與第三千基材者完全相同。本案發明人也發現到執行上述軟式潔淨步驟能提供 -平坦表面的溝渠。一般相信處理氣體中的氬氣能研磨因離子轟擊而造成溝渠蝕刻階梯之粗糙表面。亦即，使用零或微量偏壓功率之氬氣，使該氕 & /乳孔在基材上以相當缓慢的流動速率研磨基材表面。第7 二乐/A圖所不為一傳統蝕刻處理所形成之一溝渠圖像。第· / ΰ圖所不為執行製程 200形成一溝渠之圖像，其中製 ^包含上述說明的軟式潔淨步驟。第7Β圖所示的溝渠表 # 衣曲遇較平坦於第7Α 圖中所示者。第26頁 ί請先¾讀背面之注意事項再 i — 本頁) 訂· 線

五、 I29259l 發明說明（）另一實施例中，結合上述說明的軟式潔淨步驟及一現场淺溝渠隔離之成形技術。請參閱第9圖及第9A_9B 圖’ 一製程3 00(第8圖）包含置放一基材7〇於製程處理室101之基座107上（步驟3〇1)。該基材上具有一氧化物墊層72，氧化物墊層上具有一氮化物層74，且在氮化物層上具有一經圖案化之光阻7 6。接續之，使用眾所皆知的技術以使該氮化物層及該氧化物層開孔（步驟3〇2及 304)。一溝渠78係使用一眾所皆知的非等方向性蝕刻技術钱刻所得（步驟306)。而後，執行一軟式潔淨步驟以移除附著於處理室内表面的副產物（步驟3〇8)。此外，可於任何處理次序中執行該軟式潔淨以移除副產物步驟進行時間亦可為它者，例如：在氮化物層移除步驟之前或之後執行式潔淨步驟。然而，敖彳、知、< ^ ^ 1人式潔淨步驟以在溝渠蝕刻步驟實施後再執行為較佳者，以從〜往首以獲得如移除溝渠78側壁上的損傷石夕層及圓化溝渠7 8之庙立r & a , #木’ δ <展部角緣的額外效益。執行軟式潔淨步驟後，你* 傻攸處理室移出基材（步驟 3 10)。而後決定是否要清洗虛f a 月无恩理至以移除累積的副產物 (步驟3 12)。此決定可由多種方式、運成，下文現明其中一方法。此方法以實驗為基礎，並扒疋卫於執行製程300前決定出處理室在每η次處理（如：100〇 w ιυυ〇次處理）後仍然保持潔淨。在步驟312 _，如果已執行的處理次數少於η次，則載入另一基材進入處理室並重複步驟3〇ΐ3ι〇。另一方面’如果已執行完η次處理，則私> & b 1 、則執行一乾式或濕式潔淨步驟、或上述二者以潔淨處理室。第27頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公餐） ------I ——：----裝· II (請先M讀背面之注意事項再8本頁) tSJ· - ί線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 1292591 B7_ 五、發明說明（）此處說明之氣體流率及射頻功率級數係基於之美國應用材料公司所生產之8吋晶圓用的DP S +處理室。具此項基礎技術者皆了解如使用其他設計或容積之處理室時，這些用於處理室之參數值將有所變化。上述說明係針對特定之較佳實施例加以課明，本發明其他或另外的實施例並不脫離本發明之基本範圍。舉例而言，一實施例能在溝渠蝕刻步驟之前，先執行軟式潔淨步驟。另一實施例中，軟式潔淨步驟能用於一深溝渠ϋ刻處理或其他碎餘刻處理上。上述這些替代實施例、與其他替代及等效實施例係包含於本發明之範圍内。

Tf ϋ n ΡΜβ - (請先Μ讀背面之注意事項再 I · I I 本頁) . --線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製第28頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims

1292591 I 一 _ D8 六、申請專利範圍 1 · 一種用以處理設置於一基材處理室中一矽基材的方法，該基材處理室具有一源功率系統及一偏壓功率系統，該方法至少包含下列步驟：傳送該基材進入該基材處理室；暴露該基材於一第一蝕刻氣體所形成之電漿下在該基材上餘刻出一溝渠，其係藉由自源功率系統供給射頻能量並施加偏壓予朝向該基材之電漿來進行；. ·· 藉由點燃一第二蝕刻氣體所形成之電漿移除附著於該基材處理室内表面的触刻副產物，而未實質餘^ 該基材或實質改變溝渠之上方部份的輪廓，該第二餘刻氣體包含該基材處理室内的一 _素源，且其中該移除步驟並未施加偏壓功率或施加不超過〇·〇6瓦特/平方公分的偏壓功率；及而後，從該處理室中移出該基材。 2·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述_素源、係自 sf6、CF4、C2F6、C3F8、C4F8、CHF3 及 Nf3 所級成之群組中選出。 • …· ' ί:*· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述，:、參麵刻氣體包含一增強齒素源解離的源，該_素源係人於第二蝕刻氣體中。 4·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述第二第29頁本紙張尺度適用中國國家標準（cns)A4規格（210 X 297公釐） 1292591 A8B8C8D8 六、申請專利範圍物之步驟加以處理 12.如申請專利範圍第11項所述之方法，其中至少10000 片的基材在執行該處理室之乾式或濕式潔淨步驟前，經由蝕刻一溝渠之步驟及移除蝕刻副產物之步驟加以處理。 1 3 ..·如申請專利範圍第1項所述之方法，其更包含在執行該處理室之乾式或濕式潔淨步驟前，經由暴露基材步驟及移除蝕刻副產物步驟處理1 〇〇〇〇片之基材。讀背之注意項再填本 •頁經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 14. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第二蝕刻氣體實質上係由CF4、02、及Ar所組成。 15. —種在一基材處理室中一矽基材上蝕刻出一溝渠的方法，該基材處理室具有一源功率系統及一偏壓功率系統，該方法至少包含下列步驟： (a) 傳送該基材至該基材處理室中； (b) 使用非等方向性電漿蝕刻處裡在該基材i蝕刻出一溝渠；：七 (c) 而後，暴露該經蝕刻之溝渠於一電漿中，該電漿實質上係以一氧氣源、一鹵素源、及一惰性氣體組成，其中不須施加偏壓予朝向該基材之電漿； (d) 將該基材傳送出該處理室；及第31頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1292591 A8B8C8D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製六、申請專利範圍 (e)使用上述（a)-(d)步驟處理至少 1 00-1000片的基材，而不須執行乾式或濕式潔淨步驟。 16.如申請專利範圍第 1 5項所述之方法，其中至少 1 000- 1 0000片的基材經由（a)-(d)步驟進行處理，而不須執行乾式或濕式潔淨步驟。 17·:如申請專利範圍第15項所述之方法，其中上述非等方向性蝕刻處理包含下列步驟：施加偏壓功率至該處理室，以偏壓朝向該基材之電漿；將實質上由Cl2、N2、及02組成的一混合氣體流入該處理室中；及由該混合氣體產生一電漿。 1 8 .如申請專利範圍第1 5項所述之方法，其中上述（c)步驟包含下列步驟：關閉正在施加於該處理室之偏壓功率；流動實質上由CF4、02、及Ar組成的一蝕刻體; 及，乂從該蝕刻氣體產生一電漿。第32頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱）先讀背面之注意項 I •頁訂線