TWI536456B - 基板處理裝置及基板處理方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種基板處理裝置及基板處理方法。
為了製造半導體元件，執行各種製程，諸如光刻、蝕刻、離子植入、沈積及清潔。在此等製程中，蝕刻包括氧化物蝕刻。氧化物層可形成於元件隔離區域中，以用於隔離半導體元件之主動區域。另外，氧化物層可形成為絕緣層。氧化物層可為在執行製程期間不必要地形成的自然氧化物層。
此氧化物層經蝕刻以便形成圖案或改良半導體元件之操作特性。
本發明提供一種用於有效處理基板的基板處理裝置及方法。
本發明亦提供一種能夠蝕刻氧化物層的基板處理裝置及方法。
本發明亦提供一種允許保護層形成於氧化物層經移除的基板上的基板處理裝置及方法。
本發明之實施例提供基板處理方法，該基板
處理方法包括：提供基板，氧化層形成於該基板上；使用處於電漿狀態中的第一製程氣體處理該氧化物層，從而以副產物層替代該經處理氧化物層；以及加熱該基板以在高於第一加熱溫度且高於第二加熱溫度的溫度下移除該副產物層，該副產物層在該第一加熱溫度下分解，該第二加熱溫度為該副產物層分解時產生的附加副產物之沸點。
在一些實施例中，該第一製程氣體可包括氫氣、氧氣及自由基供應氣體。
在其他實施例中，該自由基供應氣體可為含有氟原子之化合物。
在其他實施例中，該副產物層可為在約100℃下分解的六氟矽酸銨。
在其他實施例中，該第二加熱溫度可不低於約240℃。
在甚至其他實施例中，該第二加熱溫度可不高於約500℃。
在進一步實施例中，以上基板處理方法可進一步包括將激發至電漿狀態的氫供應氣體供應至該基板，以在該氧化物層經移除的該基板上形成保護層。
在更進一步實施例中，該氫供應氣體可為選自氨氣、氫氣及甲烷氣體之一氣體。
在本發明之其他實施例中，基板處理裝置包括：第一製程模組，其使用處於電漿狀態中的第一製程氣體處理基板上的氧化物層，從而以副產物層替代該氧化物
層；以及第二製程模組，其加熱該基板以在高於第一加熱溫度且高於第二加熱溫度的溫度下移除該副產物層，該副產物層在該第一加熱溫度下分解，該第二加熱溫度為該副產物層分解時產生的附加副產物之沸點。
在一些實施例中，該第一製程模組可包括：腔室；基座，其安置在該腔室內；製程氣體供應單元，其將該第一製程氣體供應至該腔室上；以及電漿激發單元，其將該第一製程氣體激發至電漿狀態。
在其他實施例中，該第二製程模組可包括：製程腔室；基板支撐構件，其安置在該製程腔室內且具有下電極及加熱器；以及氣體供應構件，其將氣體供應至該製程腔室上。
在其他實施例中，該第一加熱溫度可為約100℃。
在其他實施例中，該第二加熱溫度可為約240℃。
包括隨附圖式以提供對本發明之進一步理解，且隨附圖式併入本說明書中且構成本說明書之一部分。圖式例示本發明之示範性實施例，且與描述一起用於解釋本發明之原理。
10‧‧‧第一製程模組
20‧‧‧第二製程模組
100‧‧‧腔室
101‧‧‧主體
102‧‧‧密封蓋
103‧‧‧排氣孔
104‧‧‧排氣線
105‧‧‧擴散空間
110‧‧‧基座
111‧‧‧偏壓電源
112‧‧‧加熱構件
120‧‧‧噴淋頭
121‧‧‧分配孔
130‧‧‧電漿激發單元
131‧‧‧振盪器
132‧‧‧波導管
133‧‧‧介電管
134‧‧‧製程氣體供應單元
210‧‧‧製程腔室/腔室
211‧‧‧排氣孔
212‧‧‧排氣線
220‧‧‧氣體供應構件
230‧‧‧基板支撐構件
231‧‧‧支撐板
232‧‧‧驅動軸
233‧‧‧驅動器
234‧‧‧加熱器
240‧‧‧空心陰極
241‧‧‧凹槽
242‧‧‧孔
250‧‧‧擋板
251‧‧‧注射孔
260‧‧‧下電極
271‧‧‧功率供應源/上功率供應源
272‧‧‧功率供應源/下功率供應源
300‧‧‧晶圓
305‧‧‧絕緣層
310‧‧‧氧化物層
315‧‧‧開口
320‧‧‧自然氧化物層/副產物層
S40‧‧‧步驟
A‧‧‧氣體引入部分
B‧‧‧第一電漿產生部分
C‧‧‧第二電漿產生部分
D‧‧‧區域
W‧‧‧基板
圖1為例示第一製程模組的示意圖；圖2為例示第二製程模組的示意圖；圖3為展示根據本發明之一實施例的基板處
理製程的流程圖；圖4為例示根據本發明之一實施例的將要處理的基板的橫截面圖；圖5為例示基板的橫截面圖，副產物層形成於該基板上；圖6為例示基板的橫截面圖，保護層形成於該基板上；以及圖7為圖6之區域「D」的詳細視圖。
在下文中，將參照隨附圖式詳細描述示範性實施例。本發明之實施例可以各種形式修改，且本發明之範圍不應被視為限於以下實施例。此等實施例提供來使得此揭示內容將本發明之概念更完整地傳達至熟習此項技術者。因此元件形狀經誇示，以用於更清楚的描述。
圖1為例示第一製程模組的示意圖，且圖2為例示第二製程模組的示意圖。
參照圖1及圖2，根據本發明之一實施例的基板處理裝置包括第一製程模組10及第二製程模組20。
第一製程模組10包括基座110、噴淋頭120及電漿激發單元130。
腔室100提供執行基板處理製程的空間。腔室100具有主體101及密封蓋102。主體101具有打開的上表面，及形成於該主體中的空間。藉以裝載或卸載基板(W)的開口(未示出)形成於主體101之側壁處，且由諸如狹
縫門(未示出)的打開/關閉構件打開或關閉。打開/關閉構件在基板(W)處理於腔室100中執行時關閉開口，且在將基板(W)裝載至腔室100中及自腔室100卸載至外側時打開開口。
排氣孔103形成於主體101之下側壁處。排氣孔103連接至排氣線104。腔室100之內壓力藉由排氣線104調整，且在製程中產生的反應副產物經排放至腔室100之外側。
密封蓋102耦接至主體101之上壁，且覆蓋主體101之打開的上表面以密封主體101之內側。密封蓋102的上端連接至電漿激發單元130。密封蓋102經形成為具有擴散空間105。因為擴散空間105更接近噴淋頭120，所以擴散空間105之寬度逐漸增加。例如，擴散空間105可具有反漏斗形狀。
基座110安置在腔室100內。基板經置放於基座110上。基座110可在其中提供有藉以循環冷卻流體的冷卻通道(未示出)。冷卻流體在沿冷卻通道循環時冷卻基座110。可將功率自偏壓電源111施加至基座以便調整將要由電漿處理的基板(W)之處理程度。由偏壓電源111施加的功率可為射頻(RF)電源。基座110可藉由由偏壓電源111供應的功率形成護皮，且在該區域中形成高密度電漿，因此改良製程能力。
加熱構件112可提供於基座110內。在一實例中，可以熱導線的形式提供加熱構件112。加熱構件112
將基板(W)加熱至預設溫度。
噴淋頭120耦接至主體101之上壁。噴淋頭120具有圓形板形狀且平行於基座110之頂表面而安置。噴淋頭120可由表面被氧化的鋁材料形成。噴淋頭120經形成為具有分配孔121。分配孔121可以恆定間隔形成於同心圓周上，以便均勻地供應自由基。在擴散空間105中擴散的電漿經引入分配孔121中。此時，諸如電子或離子的帶電粒子被限制於噴淋頭120內，且諸如氧自由基等的中性粒子通過分配孔121且隨後供應至基板(W)。另外，噴淋頭120可接地以形成用於電子或離子移動的通道。
電漿激發單元130產生電漿且將所產生電漿供應至腔室100。電漿激發單元130可提供於腔室100上。電漿激發單元130包括振盪器131、波導管132、介電管133及製程氣體供應單元134。
振盪器131產生電磁波。波導管132連接振盪器131與介電管133，以提供允許自振盪器131產生的電磁波傳遞至介電管133之內側的通道。製程氣體供應單元134將製程氣體供應至腔室100之上側。根據製程流程，所供應製程氣體可為第一製程氣體。供應至介電管133之內側的製程氣體由電磁波激發至電漿狀態。電漿經由介電管133引入擴散空間105中。
儘管以上實施例示範性地展示且描述了電漿激發單元130使用電磁波，但是在其他實施例中電漿激發單元130可提供為電感耦合電漿激發單元或電容耦合電漿
激發單元。
第二製程模組20包括製程腔室210、氣體供應構件220、基板支撐構件230、空心陰極240、擋板250、下電極260以及功率供應源271及272。
腔室210提供執行基板處理製程的空間。用於排放氣體的排氣孔211形成於製程腔室210之底部中。安裝了泵的排氣線212連接至排氣孔211，以排放製程腔室210中的副產物且將製程腔室210之內側維持在製程壓力處。氣體供應構件220將基板處理製程必需的氣體供應至製程腔室210之內側。
基板支撐構件230定位在製程腔室210之內側處。基板支撐構件230支撐基板(W)。基板支撐構件230具備下電極260。基板支撐構件230亦可具備用於加熱基板之加熱器234。可根據選擇固定、旋轉或垂直上下移動基板支撐構件230。基板支撐構件230包括支撐板231、驅動軸232及驅動器233，以便支撐基板(W)。基板(W)平行於支撐板231而置放在支撐板231上。驅動軸232之一端連接至支撐板231之下側，且驅動軸232之另一端連接至驅動器233。由驅動器233產生的旋轉力轉移至驅動軸232，且因此驅動軸232與支撐板231一起旋轉。
空心陰極240定位在製程腔室210內。空心陰極240經形成為具有用於氣體流動的孔242。空心陰極240在其底部處經形成為具有複數個下凹槽241，電漿係自該複數個下凹槽產生。
擋板250安置成與空心陰極240間隔開。擋板250經形成為具有複數個注射孔251。上功率供應源271將功率施加至空心陰極240，且下功率供應源272將功率施加至下電極260。擋板250接地。
氣體供應構件220定位在製程腔室210內的上側處，空心陰極240定位在氣體供應構件220下方，擋板250定位在空心陰極240下方，且基板支撐構件230定位在擋板250下方。
氣體供應構件220將氣體供應至氣體引入部分「A」。氣體引入部分「A」指示介於製程腔室210之頂表面與提供在製程腔室210上的空心陰極240之間的空間。
介於空心陰極240與擋板250之間的空間經提供為第一電漿產生部分「B」。自氣體引入部分「A」引入的氣體經供應至第一電漿產生部分「B」，且隨後由空心陰極240及擋板250激發至電漿狀態。
介於擋板250與基板支撐構件230之間的空間經提供為第二電漿產生部分「C」。在第一電漿產生部分「B」中產生的電漿氣體再次由擋板250及下電極260激發。因此，電漿密度在第二電漿產生部分「C」中比在其他部分中的密度高得多且更均勻。
如以上所述，將RF功率施加至空心陰極240及下電極260，且擋板250接地。在空心陰極240中產生的電漿通過形成於擋板250中的注射孔251，且朝向置放在基板支撐構件230上的基板(W)移動。此時，由於以上
所述擋板250之輔助功能，諸如電子或離子的帶電粒子藉由主要由鋁或陽極化鋁製作的擋板250阻止被引入第二電漿產生部分「C」中，且僅諸如氧自由基的中性粒子可到達基板支撐構件230上的基板(W)以處理基板(W)。
在另一實施例中，可省略上功率供應源271。因此，氣體可由感應至介於擋板250與基板支撐構件230之間的空間的電磁場激發至電漿狀態。
儘管以上實施例示範性地展示且描述了第二製程模組20藉由電感耦合方法將氣體激發至電漿狀態，但是第二製程模組可藉由使用電磁波或電容耦合方法將氣體激發至電漿狀態，類似於第一製程模組10。
圖3為展示根據本發明之一實施例的基板處理製程的流程圖，且圖4為例示根據本發明之一實施例的將要處理的基板的橫截面圖。
參照圖3及圖4，提供基板(W)，氧化物層310形成於該基板上。在一實例中，基板(W)可處於絕緣層305形成於晶圓300上的狀態中，該晶圓為為基礎基板。基板(W)可經形成為具有元件隔離區域及由該元件隔離區域界定的主動區域。基板(W)可處於已順序地執行以下製程的狀態中：形成絕緣層之製程、在絕緣層上形成光阻劑圖案之製程、蝕刻絕緣層之製程、移除光阻劑圖案之灰化製程及清潔製程。晶圓300之一部分經由開口315暴露，絕緣層305自該開口經蝕刻且與周圍氧反應以形成自然氧化物層320。另外，基板(W)可處於已執行以下製程以便形成圖
案的狀態中：沈積製程、顯影製程、蝕刻製程及清潔製程。另外，基板(W)可處於基板(W)在清潔製程被執行之後與周圍氧反應以形成自然氧化物層的狀態中。
第一製程模組10執行用於基板(W)的第一製程。製程氣體供應單元134首先供應第一製程氣體。第一製程氣體包括氫氣、氧氣及自由基供應氣體。自由基供應氣體可以含有氟原子的化合物之形式提供。例如，自由基供應氣體可以三氟化氮(NF3)、四氟化碳(CF4)、二氟甲烷、三氟甲烷等之形式提供。另外，自由基供應氣體可以選自三氟化氮(NF3)、四氟化碳(CF4)、二氟甲烷及三氟甲烷的至少兩種氣體的混合氣體之形式提供。第一製程氣體係在由電漿激發單元130激發至電漿狀態之後供應至基板(W)。
圖5為例示基板的橫截面圖，副產物層形成於該基板上。
參照圖5，激發至電漿狀態的第一製程氣體與氧化物層310反應，以形成副產物層320。詳細而言，第一製程氣體與氧化物層310反應以形成六氟矽酸銨及水。水以蒸汽形式經排放。六氟矽酸銨剩餘在基板(W)上作為副產物層320。
副產物層320藉由第二製程自基板(W)移除。將經受第一製程的基板(W)自第一製程模組10抽出且隨後裝載至第二製程模組20中。提供至基板支撐構件230的加熱器234在第二製程中將基板(W)加熱至設定溫度。當將基板(W)加熱至第一加熱溫度或更高時，副產物層320
自基板(W)移除。詳細而言，當將基板(W)加熱至高於1000℃時，副產物層320可分解成氟化氫銨、氨及四氟化矽(SiF4)。在此等產物中，氨及四氟化矽可以氣體狀態自腔室排出。
當加熱基板(W)時，可產生附加副產物。附加副產物之一可為在分解副產物層320的過程中產生的氟化氫銨。另外，剩餘在加熱的基板上的氧化物可與蒸汽反應以形成矽酸層。因為附加副產物甚至在副產物層320分解所在的溫度或更高溫度下亦以固體狀態存在，所以附加副產物可形成粒子。當將基板(W)加熱至第二加熱溫度或更高時，附加副產物自基板(W)移除。第二加熱溫度可提供為附加副產物之沸點。矽酸層之沸點為150℃。另外，氟化氫銨之沸點為240℃。因此，第二加熱溫度可為240℃，矽酸層及氟化氫銨兩者在240℃下皆為氣體狀態。根據溫度上升移除副產物層之效率之改良在500℃或更高之溫度下為極低或未顯出的。因此，將第二加熱調整至不高於500℃之溫度以因此根據製程處理改良能量效率。
圖6為例示基板的橫截面圖，保護層形成於該基板上，且圖7為圖6之區域「D」的詳細視圖。
參照圖6及圖7，經由第三製程在副產物層320經移除的基板(W)上形成保護層(S40)。氣體供應構件220將氫供應氣體供應至製程腔室210之內側。氫供應氣體可為包括氫原子的氣體，例如，氨氣、氫氣、甲烷體等。因為氫供應氣體經激發至電漿狀態，所以電漿狀態的氫經
供應至基板(W)上。電漿狀態的氫與基板(W)反應以在基板(W)之表面上形成保護層。
副產物層經移除的基板(W)之表面具有增加的化學反應性。詳細而言，懸鍵可形成於氧化物層310經移除的基板之一部分處。亦即，具有未經化學鍵結的最外層電子的矽原子存在於基板(W)之表面上。此類矽原子在氧化層310自基板(W)移除之後的後續製程之前接觸氧時形成自然氧化物層310。
另一方面，根據本發明之一實施例的基板處理裝置允許保護層形成於基板(W)之表面上，藉此能夠防止自然氧化物層310形成於基板(W)上。具體而言，電漿狀態的氫與具有高化學反應性的矽原子反應。
根據另一實施例之基板處理裝置可提供於單個製程模組中以順序地執行第一製程至第三製程。
根據本發明之實施例，可提供能夠有效處理基板的基板處理裝置及方法。
根據本發明之實施例，可提供能夠有效蝕刻氧化物層的基板處理裝置及方法。
根據本發明之實施例，基板處理裝置及方法允許保護層形成於氧化物層經移除的基板上。
以上描述提供來用於示範本發明。另外，已進行以上描述以用於例示及解釋本發明之較佳實施例，且可在其他組合、替選方案及環境中使用本發明。亦即，可在說明書揭示的發明性概念之範疇、等同於所述揭示內容
之範疇及/或該項技術中已知的技術或知識之範疇內改變或修改本發明。以上所述實施例提供來用於解釋實現本發明之技術精神的最佳模式，且在本發明之具體應用領域及使用中所需要的各種變化將為可能的。因此，以上詳細描述不欲將本發明限制於所揭示實踐模式。另外，隨附申請專利範圍應被視為包括其他實踐模式。
Claims (13)
- 一種基板處理方法，其包含：提供一基板，一氧化物層形成於該基板上；使用處於一電漿狀態中的一第一製程氣體處理該氧化物層，從而以一副產物層替代該經處理氧化物層；以及加熱該基板以在高於一第一加熱溫度且高於一第二加熱溫度的一溫度下移除該副產物層，該副產物層在該第一加熱溫度下分解，該第二加熱溫度為該副產物層分解時產生的一附加副產物之一沸點。
- 如請求項1之基板處理方法，其中，該第一製程氣體包含一氫氣、一氧氣及一自由基供應氣體。
- 如請求項2之基板處理方法，其中，該自由基供應氣體為含有氟原子之一化合物。
- 如請求項1之基板處理方法，其中，該第一加熱溫度為約100℃，六氟矽酸銨之該副產物層在該溫度下分解。
- 如請求項4之基板處理方法，其中，該第二加熱溫度不低於約240℃。
- 如請求項5之基板處理方法，其中，該第二加熱溫度不高於約500℃。
- 如請求項1之基板處理方法，其進一步包含將激發至一電漿狀態的一氫供應氣體供應至該基板，以在該氧化物層經移除的該基板上形成一保護層。
- 如請求項7之基板處理方法，其中，該氫供應氣體為選自一氨氣、一氫氣及甲烷氣體之一氣體。
- 一種基板處理裝置，其包含：一第一製程模組，其使用處於一電漿狀態中的一第一製程氣體處理一基板上的一氧化物層，從而以一副產物層替代該氧化物層；以及一第二製程模組，其加熱該基板以在高於一第一加熱溫度且高於一第二加熱溫度的一溫度下移除該副產物層，該副產物層在該第一加熱溫度下分解，該第二加熱溫度為該副產物層分解時產生的一附加副產物之一沸點。
- 如請求項9之基板處理裝置，其中，該第一製程模組包括：一腔室；一基座，其安置在該腔室內；一製程氣體供應單元，其將該第一製程氣體供應至該腔室上；以及一電漿激發單元，其將該第一製程氣體激發至一電漿狀態。
- 如請求項9之基板處理裝置，其中，該第二製程模組包含：一製程腔室；一基板支撐構件，其安置在該製程腔室內且具有一下電極及一加熱器；以及 一氣體供應構件，其將一氣體供應至該製程腔室上。
- 如請求項11之基板處理裝置，其中，該第一加熱溫度為約100℃。
- 如請求項11之基板處理裝置，其中，該第二加熱溫度為約240℃。
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