TWI753494B - 一種在無晶圓的真空反應腔内鍍膜的方法及晶圓處理方法 - Google Patents

一種在無晶圓的真空反應腔内鍍膜的方法及晶圓處理方法 Download PDF

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Abstract

本發明係一種在無晶圓的真空反應腔內鍍膜的方法及晶圓處理方法，該鍍膜方法包含以下步驟：步驟S1：向無晶圓的真空反應腔內輸送沉積氣體並點燃使其形成沉積氣體等離子體，在暴露於沉積氣體等離子體的真空反應腔內壁及內部部件表面沉積一定厚度的保護膜；步驟S2：向無晶圓的真空反應腔內輸送刻蝕氣體並點燃使其形成蝕刻氣體等離子體，蝕刻氣體等離子體對步驟S1沉積的保護膜進行修飾處理；步驟S3：重複步驟S1-步驟S2複數次以得到高緻密度的保護膜。本發明藉由重複沉積-刻蝕的方式在真空反應腔內表面所形成緻密的保護膜，藉以减小晶圓表面顆粒的尺寸和數量，製程簡單，易於實現。

Description

一種在無晶圓的真空反應腔內鍍膜的方法及晶圓處理方法
本發明涉及半導體製造製程，具體涉及一種在無晶圓的真空反應腔內鍍膜的方法及晶圓處理方法。
真空反應腔內的等離子體與晶圓發生進行製程反應時，會在真空反應腔的內壁及其部件表面產生聚合物沉積，產生沉澱物，污染晶片。
通常在晶圓完成製程處理後會移出真空反應腔，隨後在真空反應腔內進行無晶圓自動清潔(Waferless Auto Clean，簡稱WAC)製程，利用清潔氣體產生的等離子體對暴露在等離子體中的真空反應腔內壁和其他部件表面進行刻蝕清潔。清潔步驟目的旨在减少真空反應腔內的殘餘物(如聚合物)以减少殘餘物導致的腔室記憶效應並降低缺陷率。
然而，隨著積體電路製程的發展，真空反應腔內處理晶圓精度越來越高，對刻蝕表面雜質顆粒(particle)的數目和尺寸的控制越來越嚴格，習知技術已經無法滿足晶圓製程處理的需要。
本發明的目的是提供一種在無晶圓的真空反應腔內鍍膜的方法及晶圓處理方法，以避免等離子體對暴露在等離子體中的真空反應腔內壁及其他部件造成腐蝕，並藉以對晶圓表面雜質顆粒的數目和尺寸進行嚴格的控制。
為達到上述目的，本發明提供了一種在無晶圓的真空反應腔內鍍膜的方法，其包含以下步驟：步驟S1：向無晶圓的真空反應腔內輸送沉積氣體並點燃使其形成沉積氣體等離子體，在暴露於沉積氣體等離子體的真空反應腔內壁及內部部件表面沉積一定厚度的保護膜；步驟S2：向無晶圓的真空反應腔內輸送刻蝕氣體並點燃使其形成刻蝕氣體等離子體，刻蝕氣體等離子體對步驟S1沉積的保護膜進行修飾處理；步驟S3：重複步驟S1-步驟S2複數次以得到高緻密度的保護膜。
上述的在無晶圓的真空反應腔內鍍膜的方法，其中，步驟S1中，所述沉積氣體為含矽的氣體以及O2。
上述的在無晶圓的真空反應腔內鍍膜的方法，其中，所述含矽的氣體為SiF4和SiCl4中的至少一種。
上述的在無晶圓的真空反應腔內鍍膜的方法，其中，步驟S1中，保護膜沉積的厚度為300Å-600Å。
上述的在無晶圓的真空反應腔內鍍膜的方法，其中，步驟S1採用沉積反應壓强為30mT~60mT、沉積反應時間為3s-5s的條件進行。
上述的在無晶圓的真空反應腔內鍍膜的方法，其中，步驟S2中，保護膜被刻蝕的深度為100Å-200Å。
上述的在無晶圓的真空反應腔內鍍膜的方法，其中，步驟S2所使用的刻蝕氣體為NF3。
上述的在無晶圓的真空反應腔內鍍膜的方法，其中，步驟S2所使用的刻蝕氣體為NF3和Ar；NF3和Ar在真空反應腔內混合後再對步驟S1沉積的保護膜進行修飾處理。
上述的在無晶圓的真空反應腔內鍍膜的方法，其中，步驟S2所使用的刻蝕氣體為NF3和Ar；先向真空反應腔內通入NF3對步驟S1沉積的保護膜進行修飾處理，之後再向真空反應腔內通入Ar對步驟S1沉積的保護膜進行修飾處理。
上述的在無晶圓的真空反應腔內鍍膜的方法，其中，步驟2採用刻蝕反應壓强為30mT~60mT、刻蝕反應時間為3s-5s的條件進行。
本發明還提供了一種晶圓處理方法，所述方法在一真空反應腔內進行，其包括以下步驟：鍍膜步驟，包括步驟S1：向無晶圓的真空反應腔內輸送沉積氣體並點燃使其形成沉積氣體等離子體，在暴露於沉積氣體等離子體的真空反應腔內壁及內部部件表面沉積一定厚度的保護膜；步驟S2：向無晶圓的真空反應腔內輸送刻蝕氣體並點燃使其形成刻蝕氣體等離子體，刻蝕氣體等離子體對步驟S1沉積的保護膜進行修飾處理；重複步驟S1-步驟S2至少兩次以得到高緻密度的保護膜；晶圓處理步驟，將待處理的晶圓移入所述真空反應腔內，向所述真空反應腔內輸送反應氣體，完成對晶圓的製程處理，將所述晶圓移出真空反應腔； 清潔步驟，向無晶圓的真空反應腔輸送清潔氣體，實現對暴露於沉積氣體等離子體以及刻蝕氣體等離子體的真空反應腔內壁及內部部件表面的清潔；保護膜移除步驟，利用清潔步驟中的清潔氣體產生的清潔氣體等離子體對保護膜進行刻蝕移除，然後利用上述鍍膜步驟重新在暴露於沉積氣體等離子體以及刻蝕氣體等離子體的真空反應腔內壁及內部部件表面設置一定厚度的保護膜。
相對於習知技術，本發明具有以下有益效果：為了改善晶圓處理方法以最佳化晶圓表面顆粒的表現，本發明所提供的在無晶圓的真空反應腔內鍍膜的方法及晶圓處理方法，對暴露於沉積氣體等離子體以及刻蝕氣體等離子體的真空反應腔內壁及內部部件表面藉由循環複數次沉積-刻蝕步驟以形成一定厚度的保護膜，所形成的保護膜具有緻密、一致和穩定的特點，避免了晶圓處理時等離子體對暴露在等離子體中的真空反應腔內壁及其他部件造成腐蝕的問題。由於真空反應腔內的表面本身的粗糙度不同以及沉積過程中的均一性存在差別，先通入沉積氣體並點燃使其形成沉積氣體等離子體以沉積一定厚度的保護膜；再通入刻蝕氣體藉由物理轟擊將沉積後多餘的保護膜刻蝕掉，藉以獲得一個較為平坦的表面。以此類推，在此基礎上藉由重複沉積和刻蝕步驟，最終獲得高緻密度的保護膜，藉以解决晶圓表面出現大尺寸顆粒的問題，實現對晶圓表面雜質顆粒的數目和尺寸進行嚴格的控制。
1:真空反應腔
2:靜電夾盤
3:保護膜
S1~S3:步驟
第1圖為本發明所述真空反應腔結構示意圖；第2圖為本發明一較佳實施例流程示意圖；第3圖為本發明一較佳實施例步驟S1的實施示意圖；第4圖為本發明一較佳實施例步驟S2的實施示意圖；第5圖為本發明一較佳實施例在第一次沉積-刻蝕後再進行沉積的示意圖。
下面將結合示意圖對本發明的具體實施方式進行更詳細的描述。根據下列描述和申請專利範圍，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
為了清楚，不描述實際一實施例的全部特徵。在下列描述中，不詳細描述習知的功能和結構，因為它們會使本發明由於不必要的細節而混亂。應當認為在任何實際一實施例的開發中，必須作出大量實施細節以實現開發者的特定目標，例如按照有關系統或有關商業的限制，由一實施例改變為另一實施例。另外，應當認為這種開發工作可能是複雜和耗費時間的，但是對於本領域技術人員來說僅僅是常規工作。
需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明一實施例的目的。
第1圖示出一種處理晶圓的真空反應腔1的結構示意圖，該真空反應腔1可以為等離子體刻蝕反應腔，也可以為其他可能在反應腔內壁產生聚 合物，需要進行清潔防護預處理的真空反應腔1。本實施例將以等離子體刻蝕反應腔為例進行介紹。
在對晶圓進行製程處理時，真空反應腔1內的等離子體不僅會對晶圓進行處理，還會對暴露在等離子體中的真空反應腔1內壁及其他部件造成腐蝕，儘管這些內壁和部件表面都設置有耐等離子體腐蝕的塗層，但由於真空反應腔1的內壁及部件多為氧化鋁基底材料，當暴露在等離子體環境中時，有發生金屬污染的風險。同時由於反應腔內部件在加工製作時難以保證完全一致，為了實現不同批次的晶圓之間有良好的均一性處理，本發明在晶圓移出反應腔後增加一步鍍膜製程。
具體而言，本發明提供了一種在無晶圓的真空反應腔1內鍍膜的方法，如第2圖所示，其包含以下步驟：步驟S1：如第3圖所示，向無晶圓的真空反應腔1內輸送沉積氣體並點燃使其形成沉積氣體等離子體，在暴露於沉積氣體等離子體的真空反應腔1內壁及內部部件表面沉積一定厚度的保護膜3；具體地，本發明所提供的鍍膜方法的應用範圍是：只要是真空反應腔1內，能够暴露於等離子體下的表面均採用本發明所提供的高緻密度鍍膜方法進行處理。例如整個真空反應腔1內，也包括真空反應腔1內的絕緣窗體、內襯及靜電夾盤2等零件表面均有採用本發明所提供的方法獲得的保護膜3覆蓋。
上述步驟S1中所使用的沉積氣體可以是本領域中常見的各種沉積氣體。在一較佳的實施例中，可以將含矽的氣體以及O2作為步驟S1所述的沉積氣體。進一步地，所述含矽的氣體較佳為SiF4和SiCl4中的至少一種。在一 較佳的實施例中，可以選擇SiCl4和O2的組合。在該實施例中，真空反應腔1內的沉積物主要就是在等離子體條件下生成的SiOClx，其中x為大於0之自然數。該沉積過程必須在真空反應腔1處於等離子體模式的情况下由SiCl4和O2解離反應得到。
上述步驟S1中等離子體化學氣相沉積較佳實施例的製程參數可以選擇為：SiCl4的氣體流量為50-100sccm，O2的氣體流量為250-500sccm，沉積反應壓强為30mT~60mT，沉積反應時間為3s-5s，保護膜3沉積的厚度為300Å-600Å。在此給出的具體製程參數僅是說明本發明沉積製程較佳方案，具體的參數範圍可以藉由試驗最佳化得到，利用本實施例的30mT~60mT較高壓强可以在較短的時間得到厚度較大的保護膜，但此時保護膜的緻密度和光滑度都不夠理想，因此需要步驟S2進行修飾。
步驟S2：如第4圖所示，向無晶圓的真空反應腔1內輸送刻蝕氣體並點燃使其形成刻蝕氣體等離子體，刻蝕氣體等離子體對步驟S1沉積的保護膜3進行修飾處理。
上述步驟S2中所使用的刻蝕氣體較佳NF3和Ar的混合氣體，此時真空反應腔1選擇處於刻蝕模式。該步驟中藉由使用NF3和Ar的混合氣對步驟S1新形成的保護膜3進行刻蝕，其中NF3可以修正沉積製程所得保護膜3生長過程中表面的粗糙度，Ar的物理轟擊可以使保護膜3更穩定牢固。值得注意的是，該步驟S2主要是對前一步驟S1沉積形成的保護膜3進行修飾。該步驟S2並不產生新的保護膜3，只是起到刻蝕修飾的作用。NF3和Ar是一個既有化學刻蝕能力又有物理轟擊能力的氣體組合。能夠去除沉積所形成保護膜3的過度殘餘，提高保護膜3的平整度，物理轟擊也可以夯實保護膜3，提高保護膜3 的緻密度。該步驟S2可以僅使用NF3氣體，效果上更注重化學刻蝕，同樣也能夠提高保護膜3的平整度和緻密度。
上述步驟S2的實施例中等離子體刻蝕製程一較佳實施例的製程參數可以選擇為：NF3的氣體流量為250-500sccm，Ar的氣體流量為250-500sccm，刻蝕反應壓强為30mT~60mT，刻蝕反應時間為3s-5s，保護膜3被刻蝕的深度為100Å-200Å。在此給出的具體製程參數僅是說明本發明刻蝕製程較佳方案，具體的參數範圍可以藉由試驗最佳化得到。
作為上述步驟S2的實施例變形，刻蝕步驟可以改成兩個步驟S2.1及S2.2：先向真空反應腔1內通入NF3進行等離子體刻蝕製程，之後再向真空反應腔1內通入Ar進行等離子體刻蝕製程。
步驟S2.1：僅使用NF3進行刻蝕製程，目的是化學去除沉積所形成保護膜3的過度殘餘，提高保護膜3的平整度。一較佳實施例的刻蝕反應製程的具體參數為：NF3的氣體流量為250-500sccm，刻蝕反應壓强為30mT~60mT，刻蝕反應時間為3s-5s。在此給出的具體製程參數僅是說明本發明刻蝕製程較佳方案，具體的參數範圍可以藉由試驗最佳化得到。
步驟S2.2：僅使用Ar進行刻蝕製程，目的是藉由物理轟擊夯實保護膜3以提高緻密度。一較佳實施例的刻蝕反應製程的具體參數為：Ar的氣體流量為250-500sccm，刻蝕反應壓强為30mT~60mT，刻蝕反應時間為3s-5s。在此給出的具體製程參數僅是說明本發明刻蝕製程較佳方案，具體的參數範圍可以藉由試驗最佳化得到。
在一較佳的實施例中，上述步驟S2.1和步驟S2.2對保護膜3刻蝕的總深度為100Å-200Å。沉積保護膜3的刻蝕深度可以根據實際沉積製程所獲得保護膜3的表面情况進行選擇。
實驗結果表明，步驟S2中的刻蝕步驟無論是單獨僅使用刻蝕氣體NF3，還是NF3和Ar混合後再進行刻蝕，以及NF3和Ar先後進行刻蝕，這三種較佳方式均可以實現去除沉積所形成保護膜3的過度殘餘以及夯實保護膜3，最終提高保護膜3的緻密度和平整度。
步驟S3：重複步驟S1-步驟S2複數次以得到高緻密度的保護膜3。
在上述步驟S2之後，即如第5圖所示，在經過刻蝕修飾的保護膜3基礎上再進行新的沉積，以重複沉積-刻蝕的步驟，複數循環後即可獲得穩定性和均一性增强的保護膜3，在一較佳實施例中，藉由本發明鍍膜方法所得到的保護膜3的厚度較佳為1000Å-2000Å。
除此之外，本發明還公開了一種晶圓處理方法，所述方法包括以下步驟：按照上文描述的方法進行的鍍膜步驟，包括步驟S1：向無晶圓的真空反應腔1內輸送沉積氣體並點燃使其形成沉積氣體等離子體，在暴露於沉積氣體等離子體的真空反應腔1內壁及內部部件表面沉積一定厚度的保護膜3；步驟S2：向無晶圓的真空反應腔1內輸送刻蝕氣體並點燃使其形成蝕刻氣體等離子體，刻蝕氣體等離子體對步驟S1沉積的保護膜3進行修飾處理；重複步驟S1-步驟S2至少兩次以得到高緻密度的保護膜3；晶圓處理步驟，將待處理的晶圓移入所述真空反應腔1內，向所述真空反應腔1內輸送反應氣體，完成對晶圓的製程處理，將所述晶圓移出真空反應腔1； 清潔步驟，向無晶圓的真空反應腔1輸送清潔氣體，實現對暴露於沉積氣體等離子體以及刻蝕氣體等離子體的真空反應腔1內壁及內部部件表面的清潔；保護膜3移除步驟，利用清潔步驟中的清潔氣體產生的清潔氣體等離子體對保護膜3進行刻蝕移除，然後利用上述鍍膜步驟重新在暴露於沉積氣體等離子體以及刻蝕氣體等離子體的真空反應腔1內壁及內部部件表面設置一定厚度的保護膜3。
為了改善習知的晶圓處理方法，最佳化晶圓表面顆粒的表現，降低晶圓的缺陷率，本發明藉由一種重複沉積-刻蝕的鍍膜方式來控制真空反應腔1內鍍膜的緻密度、均一性和穩定性。為了減少晶圓表面顆粒的尺寸和數量，降低晶圓的缺陷率，在晶圓處理前增加鍍膜步驟，以及本發明所提供的高平整度和緻密度的鍍膜方法與減少晶圓表面顆粒的因果關係皆是本申請發明人付出了創造性工作才發現的。
由於真空反應腔1內的表面的粗糙度不同，在比較快的沉積速率下，成膜的質量也會凹凸不平，本發明再進一步使用蝕刻氣體等離子體(例如NF3和Ar為主體)藉由物理轟擊將多餘的保護膜3殘餘刻蝕掉，藉以獲得一個較平坦的表面。以此類推，接著以沉積-刻蝕的方式重複複數次，能夠獲得高緻密度的保護膜3，藉以解决晶圓表面存在大尺寸顆粒的問題，藉以減少晶圓表面顆粒的尺寸和數量，降低晶圓的缺陷率。
綜上所述，本發明所提供的在無晶圓的真空反應腔內鍍膜的方法及晶圓處理方法，對真空反應腔內在刻蝕處理期間等離子體的真空反應腔內壁 及內部部件的表面藉由循環採用沉積和刻蝕的步驟，來提高所形成保護膜的緻密性、一致性和穩定性，藉以解决晶圓表面大尺寸雜質顆粒的問題。
儘管本發明的內容已經藉由上述較佳實施例作了詳細介紹，但應當瞭解到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。
S1~S3:步驟

Claims (9)

  1. 一種在無晶圓的真空反應腔內鍍膜的方法，其包含以下步驟：步驟S1：向無晶圓的一真空反應腔內輸送一沉積氣體並點燃使其形成一沉積氣體等離子體，在暴露於該沉積氣體等離子體的該真空反應腔內壁及內部部件表面沉積一定厚度的一保護膜；其中，該沉積氣體為一含矽的氣體以及O2；步驟S2：向無晶圓的該真空反應腔內輸送一刻蝕氣體並點燃使其形成一蝕刻氣體等離子體，該蝕刻氣體等離子體對步驟S1沉積的該保護膜進行修飾處理；其中，該刻蝕氣體包括NF3；步驟S3：重複步驟S1-步驟S2複數次以得到高緻密度的該保護膜。
  2. 如請求項1所述的在無晶圓的真空反應腔內鍍膜的方法，其中，步驟S1中，該含矽的氣體為SiF4和SiCl4中的至少一種。
  3. 如請求項1所述的在無晶圓的真空反應腔內鍍膜的方法，其中，步驟S1中，該保護膜沉積的厚度為300Å-600Å。
  4. 如請求項1所述的在無晶圓的真空反應腔內鍍膜的方法，其中，步驟S1採用沉積反應壓强為30mT~60mT、沉積反應時間為3s-5s的條件進行。
  5. 如請求項1所述的在無晶圓的真空反應腔內鍍膜的方法，其中，步驟S2中，該保護膜被刻蝕的深度為100Å-200Å。
  6. 如請求項1所述的在無晶圓的真空反應腔內鍍膜的方法，其中，步驟S2所使用的該刻蝕氣體還包括Ar；NF3和Ar在該真空反應腔 內混合後再對步驟S1沉積的該保護膜進行修飾處理。
  7. 如請求項1所述的在無晶圓的真空反應腔內鍍膜的方法，其中，步驟S2所使用的該刻蝕氣體還包括Ar；先向該真空反應腔內通入NF3對步驟S1沉積的該保護膜進行修飾處理，之後再向該真空反應腔內通入Ar對步驟S1沉積的該保護膜進行修飾處理。
  8. 如請求項1所述的在無晶圓的真空反應腔內鍍膜的方法，其中，步驟S2採用刻蝕反應壓强為30mT~60mT、刻蝕反應時間為3s-5s的條件進行。
  9. 一種晶圓處理方法，所述方法在一真空反應腔內進行，其包括以下步驟：鍍膜步驟：包括步驟S1：向無晶圓的該真空反應腔內輸送一沉積氣體並點燃使其形成一沉積氣體等離子體，在暴露於該沉積氣體等離子體的該真空反應腔內壁及內部部件表面沉積一定厚度的一保護膜，其中，該沉積氣體為一含矽的氣體以及O2；步驟S2：向無晶圓的該真空反應腔內輸送一刻蝕氣體並點燃使其形成一蝕刻氣體等離子體，刻蝕氣體等離子體對步驟S1沉積的該保護膜進行修飾處理，其中，該刻蝕氣體包括NF3；重複步驟S1-步驟S2至少兩次以得到高緻密度的該保護膜；晶圓處理步驟：將待處理的一晶圓移入該真空反應腔內，向該真空反應腔內輸送一反應氣體，完成對該晶圓的製程處理，將該晶圓移出該真空反應腔；清潔步驟：向無晶圓的該真空反應腔輸送一清潔氣體，實現對暴露於該沉積氣體等離子體以及該刻蝕氣體等離子體的該真空反應腔內壁及內部部件表面的清潔； 保護膜移除步驟：利用清潔步驟中的該清潔氣體產生的一清潔氣體等離子體對保護膜進行刻蝕移除；利用上述鍍膜步驟重新在暴露於該沉積氣體等離子體以及該刻蝕氣體等離子體的真空反應腔內壁及內部部件表面設置一定厚度的該保護膜。
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