TWI839386B - 電漿處理腔室的調節方法 - Google Patents

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Abstract

本文係提供一種包含卡盤之電漿處理腔室的調節方法。該方法包含複數個循環，其中每一循環包含清洗電漿處理腔室之內部以及卡盤；以及於電漿處理腔室之內部上以及卡盤上形成矽氧化物基塗層。該矽氧化物基塗層具有第一層及第二層。

Description

電漿處理腔室的調節方法
[相關申請案之交互參照] 本申請案主張2018年9月21日申請之美國專利申請案第62/734,844號的優先權，為了所有目的而將其揭露內容併於此作為參考。
本揭露內容係關於在半導體晶圓上形成半導體裝置的方法。更具體而言，本揭露內容係關於調節用於基板處理之腔室。
在形成半導體裝置時，可以使用電漿處理腔室來處理基板。殘留物會沉積在電漿處理腔室內。殘留物可以在每個基板的處理之間去除。
為了實現前述目的並且根據本揭露內容的目的，提供一種用於調節包含卡盤之電漿處理腔室的方法。該方法包含複數個循環，其中每一循環包含清洗電漿處理腔室之內部以及卡盤，且於電漿處理腔室之內部上以及卡盤上形成矽氧化物基塗層。該矽氧化物基塗層具有第一層及第二層。
在下面的詳細描述以及結合以下附圖，將更詳細地描述本揭露內容的這些和其他特徵。
現在將參考附圖中所示的一些較佳實施例來詳細描述本發明。在以下描述中，闡述了許多具體細節以便提供對本揭露內容的透徹理解。然而，對於熟習本技藝者顯而易見的是，可以在沒有這些具體細節中的一些或全部的情況下實踐本揭露內容。在其他情況下，不詳細描述為人熟知之處理步驟及/或結構，以免不必要地模糊本揭露內容。
圖1為用於處理基板之一實施例的高階流程圖。在一示範性實施例中，將基板放置在電漿處理腔室中（步驟104）。該基板可以是矽晶圓。在將基板放置到電漿處理腔室中之後，對基板進行處理（步驟108）。該處理可以是蝕刻處理。蝕刻處理可以蝕刻介電層或導電層。此種處理可以提供蝕刻氣體。蝕刻氣體會被形成為電漿。該電漿會蝕刻基板上的層或可蝕刻基板。蝕刻處理可能會產生蝕刻產物。蝕刻產物可能會如蝕刻殘留物而沉積在電漿處理腔室的內部上。在其他實施例中，該處理可以是沉積處理。沉積處理可以使用沉積反應物，其可能沉積在電漿處理腔室的內部上。接著自該電漿處理腔室移出基板（步驟112）。
清洗電漿處理腔室的內部（步驟116）。由於在本實施例中，基板已被移除（步驟112）且新的基板尚未被放置到電漿處理腔室中，所以此清洗處理為無晶圓清洗。在一些實施例中，電漿處理可能會在電漿處理腔室的內表面上沉積含氮殘留物或例如碳基聚合物殘留物的其他殘留物。如果沒有將殘留物從電漿處理腔室的內表面清除，則殘留物可能會污染下一個要處理的基板。因此，在將下一個基板放進電漿處理腔室中進行處理之前，要清洗電漿處理腔室。在本實施例中，將清洗氣體流入電漿處理腔室中（步驟404）。在本實施例中，為了清洗SiOx ，清洗氣體包含 30 sccm至 500 sccm的三氟化氮（NF3 ）以及 0 sccm至 200 sccm的氬（Ar）。從清洗氣體中產生電漿。在本實施例中，可以藉由在2000瓦特下提供一個13.6 兆赫（MHz ）的激發射頻（RF）來實現。在一實施例中，為了清洗碳，該清洗氣體包含 40-200 sccm的氧（O2 ）。藉由在1000瓦特下以13.6 MHz的頻率提供激發RF，可從清洗過程氣體中產生電漿。在本實施例中，藉由在0 千瓦（kW）至 1 kW 下提供具有400 千赫（kHz）至13.6兆赫（MHz）之頻率的RF來提供大小在0伏至400伏的偏壓。然後停止清洗處理。
在電漿處理腔室的內部上形成多層矽氧化物（SiO2 ）基的塗層（步驟120）。圖2為一更詳細的流程圖，說明用於一實施例中形成多層矽氧化物基塗層的步驟。該多層矽氧化物基塗層包含第一矽氧化物基層以及第二矽氧化物基層。在第一壓力下提供第一矽氧化物基沉積處理（步驟204），以形成第一矽氧化物基層。在此例中，第一矽氧化物基沉積製程流入100 sccm的四氯化矽（SiCl4 ）、200 sccm的O2 、以及300 sccm的Ar的沉積氣體。透過提供在13.6 MHz的1000瓦變壓器耦合電漿（TCP）功率而將該沉積氣體轉化成電漿。提供1變壓器耦合電容性調諧（TCCT）匹配。腔室壓力為 50 mTorr。
接著在第二壓力下提供第二矽氧化物基沉積處理（步驟208），以形成第二矽氧化物基層。在此例中，第二矽氧化物基沉積製程流入100 sccm的SiCl4 、200 sccm的O2 、以及300 sccm的Ar的沉積氣體。透過提供在13.6 MHz的1000瓦 TCP功率而將該沉積氣體轉化成電漿。提供1變壓器耦合電容性調諧（TCCT）匹配。提供之腔室壓力為 10 mTorr。在諸多實施例中，第一壓力係大於第一閾值壓力 20 mTorr，而第二壓力係小於第二閾值壓力20 mTorr。在其它實施例中，第一壓力係大於第一閾值壓力 40 mTorr，而第二壓力係小於第二閾值壓力20 mTorr。
清洗電漿處理腔室（步驟116）移除了在基板處理期間（步驟108）所沉積的污染物。多層矽氧化物基塗層的形成（步驟120）會塗覆在電漿處理腔室的內部以及卡盤，以進一步中和電漿處理腔室內的任何污染物。在多層矽氧化物基塗層形成（步驟120）之後，處理返回到將另一基板放置在電漿處理腔室中的步驟（步驟104），並且重複該循環。根據需要或期望將前述循環重複多次。
第一矽氧化物基層比第二矽氧化物基層之密度更高。此兩個矽氧化物基層的密度可經調節而使污染最小化，並提供較佳的基板脫卡(dechucking)。於先前技術中將塗佈最佳化以降低污染的作法被發現具有脫卡的問題。此種脫卡的問題是因基板黏附於卡盤而引起。此種黏附會讓基板移除更困難。藉由在第一壓力下形成第一矽氧化物基層（步驟204）以及在第二壓力下形成第二矽氧化物基層（步驟208），該第一及第二壓力均可經設定以使污染物減少以及容易脫卡兩者最佳化。在一個較低壓力下的矽氧化物基沉積提供了每單位時間較厚的沉積。在一個較低壓力下的矽氧化物基沉積處理提供了更容易剝落的沉積，進而產生顆粒問題。在較高壓力下的矽氧化物基沉積製程提供了一個具有未終結鍵或懸空鍵（unterminated or dangling bonds）的較薄沉積。未終結鍵會黏附在基板上。
圖3為一更詳細的流程圖，說明另一實施例中形成多層矽氧化物基塗層（步驟120）的步驟。在初始壓力（步驟304）下提供初始矽氧化物基沉積製程以形成初始的矽氧化物基層。在此例中，初始矽氧化物基沉積製程流入100 sccm的SiCl4 、200 sccm的O2 、以及300 sccm的Ar的沉積氣體。透過提供在13.6 MHz的1000瓦的TCP功率而將該沉積氣體轉化成電漿。提供1變壓器耦合電容性調諧（TCCT）匹配。提供10 mTorr的腔室壓力。在此實施例中，在較低壓力下的初始矽氧化物基沉積製程提供了改善的附著力及較厚的沉積。
接著在第一壓力（步驟308）下提供第一矽氧化物基沉積處理，以形成第一矽氧化物基層。在此例中，第一矽氧化物基沉積製程流入100 sccm的SiCl4 、200 sccm的O2 、以及300 sccm的Ar的沉積氣體。透過提供在13.6 MHz的1000瓦 TCP功率而將該沉積氣體轉化成電漿。提供1變壓器耦合電容性調諧（TCCT）匹配。提供之腔室壓力為 50 mTorr。在較高壓力下的矽氧化物基層提供了較不易剝落的較薄層。該第一矽氧化物基層傾向黏附於該基板。
接著在第二壓力下提供第二矽氧化物基沉積處理（步驟312），以形成第二矽氧化物基層。在此例中，第二矽氧化物基沉積製程流入100 sccm的SiCl4 、200 sccm的O2 、以及300 sccm的Ar的沉積氣體。透過提供在13.6 MHz的1000瓦 TCP功率而將該沉積氣體轉化成電漿。提供1變壓器耦合電容性調諧（TCCT）匹配。提供之腔室壓力為 10 mTorr。在諸多實施例中，該初始壓力小於 20 mTorr，而第一壓力大於 20 mTorr，第二壓力小於 20 mTorr。在其它實施例中，第一壓力大於 40 mTorr，而初始壓力以及第二壓力小於 20 mTorr。於較低壓力下沉積第二矽氧化物基層，以降低該沉積層對基板的黏附。
圖4是另一實施例的高階流程圖。在一示範性實施例中，將一基板放置在電漿處理腔室中（步驟404）。該基板可以是矽晶圓。在將基板放置到電漿處理腔室中之後，對基板進行處理（步驟408）。該處理可以是蝕刻處理或沉積處理。在處理基板之後，接著自該電漿處理腔室移出基板（步驟412）。
接下來，清洗電漿處理腔室（步驟416）。在一些實施例中，電漿處理會在電漿處理腔室的表面上沉積殘留物。在本實施例中，為了清洗SiOx ，清洗氣體包含 30 sccm至 500 sccm的NF3 以及 0 sccm至 200 sccm的Ar。從清洗氣體中產生電漿。在本實施例中，可以藉由在2000瓦特下提供一個13.6 兆赫（MHz）的激發射頻（RF）來實現。在一實施例中，為了清洗碳，該清洗氣體包含 40-200 sccm的O2 。藉由在1000瓦特下以13.6 MHz的頻率提供激發RF，可從清洗氣體中產生電漿。在本實施例中，藉由在0 千瓦（kW）至 1 kW 下提供具有400 kHz至13.6 MHz之頻率的RF來提供大小在0伏至400伏的偏壓。然後停止清洗處理。清洗電漿處理腔室（步驟416）會移除基板處理（步驟408）所沉積的污染物。在清洗（步驟416）期間的氧氣燃燒移除了處理基板（步驟408）時的任何沉積或污染。清洗（步驟416）期間的NF3 燃燒則移除了基板處理（步驟408）時所留存的剩餘矽氧化物沉積。
在電漿處理腔室的內部上沉積SiO2 基塗層（步驟420）。在此例中，該矽氧化物基沉積製程流入100 sccm的SiCl4 、200 sccm的O2 、以及300 sccm的Ar的沉積氣體。透過提供在13.6 MHz的1000瓦 TCP功率而將該沉積氣體轉化成電漿。提供1變壓器耦合電容性調諧（TCCT）匹配。提供50 mTorr之腔室壓力。在諸多實施例中，腔室壓力為至少40 mTorr。該矽氧化物基塗層為每個進入的晶圓提供了一致的腔室條件。提供矽氧化物基塗層（步驟420）消除或最小化了第一晶圓效應以及腔室調節問題。提供矽氧化物基塗層（步驟420）亦保護了腔室部件，從而延長了它們的壽命。否則，腔室部件可能被電漿蝕刻而具有相應的較短壽命。提供矽氧化物基塗層（步驟420）進一步減少或避免了來自可能被蝕刻之腔室部件的污染。在電漿處理腔室清洗（步驟416）之後，該矽氧化物基塗層（步驟420）便被沉積在乾淨的腔室表面並具有可靠的厚度及一致性。
提供對矽氧化物基塗層之氧基燃燒（oxygen based burn）（步驟424）。在本例中，該氧基燃燒流入200 sccm 的O2 及 300 sccm 的Ar 的燃燒氣體。透過提供在13.6 MHz的1000瓦 TCP功率而將該燃燒氣體轉化成電漿。提供50 mTorr之腔室壓力。該矽氧化物基塗層的沉積（步驟420）會塗覆在電漿處理腔室的內部以及卡盤，以在下一個基板處理的循環期間進一步中和電漿處理腔室內的任何污染物。矽氧化物基塗覆（步驟420）以及氧基燃燒（步驟424）使污染最小化，並改善了基板脫卡的情形。
氧基燃燒（步驟424）會使沉積之矽氧化物基塗層上的任何懸空鍵或未終結鍵形成連接而形成終結鍵，從而防止任何懸空鍵黏附至基板背面。在諸多實施例中，氧基燃燒（步驟424）期間的偏壓小於400 伏。例如，偏壓等於0伏。該處理返回到放置另一基板到電漿處理腔室中的步驟（步驟404），並且根據需要或期望將前述循環重複多次。氧基燃燒（步驟424）會使塗層表面改性，以獲得更大的均勻性以及較佳性能。氧基燃燒（步驟424）也可以去除鬆散結合的矽氧化物團塊。結果，該矽氧化物基塗層具有未被氧氣燃燒改變的該矽氧化物基塗層之第一層以及被氧氣燃燒改變之該矽氧化物基塗層的第二層。此外，氧氣燃燒使第二層更堅固或更硬。
圖5示意性地說明電漿處理系統500之一例。電漿處理系統500可根據一實施例而用於處理基板501。電漿處理系統500包含電漿反應器502，該電漿反應器502中具有由腔室壁562所圍住之電漿處理腔室504。由匹配網路508調諧之電漿電源506乃供電至位於功率窗512附近的TCP線圈510，以藉由提供電感耦合電力而在電漿處理腔室504中產生電漿514。TCP線圈（上部電源）510可以被配置為在電漿處理腔室504內產生均勻的擴散分佈。例如，TCP線圈510可以被配置為在電漿514中產生螺旋狀功率分佈。功率窗512的設置係用以將TCP線圈510與電漿處理腔室504分離，同時允許能量從TCP線圈510傳遞到電漿處理腔室504。由匹配網路518調諧的晶圓偏壓電源516提供電力至電極520，以設定基板501上的偏壓。電極520提供用於基板501的卡盤，其中電極520用作為靜電卡盤。基板溫度控制器566係可控地連接至帕爾帖加熱器/冷卻器(Peltier heater/cooler) 568。控制器524係為電漿電源506、基板溫度控制器566以及晶圓偏壓電源516設定複數點。
電漿電源506以及晶圓偏壓電源516可以被配置為在特定的射頻下操作，例如 13.56 MHz、27 MHz、2 MHz、1 MHz、400 kHz、或其前述之組合。電漿電源506和晶圓偏壓電源516可設成適當的尺寸以提供一定範圍的功率，以便達成期望之處理性能。例如，在一實施例中，電漿電源506可以提供50至5000瓦範圍內的功率，而晶圓偏壓電源516可以提供20至2000 V範圍內的偏壓。此外，TCP線圈510及/或電極520可以包含兩個或更多個子線圈或子電極。該兩個或更多個子線圈或子電極可以由單一電源供電或由多個電源供電。
如圖5所示，電漿處理系統500還包含氣體源530。氣體源530提供氣體或遠端電漿至噴嘴形式的進料部536。經由壓力控制閥542以及泵544而從電漿處理腔室504去除處理氣體和副產物。壓力控制閥542和泵544還用來保持電漿處理腔室504內的特定壓力。氣體源530係由控制器524所控制。加州弗里蒙特的Lam Research Corp. 的Kiyo®可以用於實踐一實施例。
圖6顯示電腦系統600的高階方塊圖，電腦系統600適於實現實施例中使用的控制器524。該電腦系統可以具有許多實體形式，範圍從積體電路、印刷電路板、小型手持裝置到大型超級電腦。電腦系統600包含一或多個處理器602、且還可以包含電子顯示裝置604（用於顯示圖像、文字和其他資料）、主記憶體606（例如隨機存取記憶體（RAM））、儲存裝置608 （例如硬碟）、可卸除式儲存裝置610（例如光碟機）、使用者介面裝置612（例如鍵盤、觸控式螢幕、小鍵盤、滑鼠或其他指向裝置等）以及通信介面614（例如無線網路介面）。通信介面614允許軟體和資料經由連結而在電腦系統600和外部裝置之間傳輸。該系統還可以包含上述裝置/模組所連接到的通信基礎設施616（例如通信匯流排、交越帶(cross-over bar)或網路）。
經由通信介面614所傳輸之資訊可例如為下列信號形式：電子、電磁、光、或其他能經由通信連結（其可傳送信號且可使用電線或電纜、光纖、電話線、行動電話連結、射頻連結、及/或其他通信通道來實現）而被通信介面614所接收之信號。有了此類通信介面，預期一或更多之處理器602在執行上述方法步驟的過程中，可從網路接收資訊或可輸出資訊到網路。此外，本發明之方法實施例可僅於這些處理器上執行、或可在網路（如網際網路）上會同遠端處理器（其分擔一部分的處理）來執行。
用語「非暫時性電腦可讀媒體（non-transient computer readable medium）」一般用於指示如主記憶體、輔助記憶體、可卸除式儲存器、以及儲存裝置(例如硬式磁碟機、快閃記憶體、磁碟機記憶體、CD-ROM、以及其他形式之永久記憶體)之媒體，而且不應理解為涵蓋暫時性標的（例如：載波或信號）。電腦碼的例子包含：例如由編譯器產生之機器碼、以及由電腦利用直譯器所執行之含有較高階編碼的檔案。電腦可讀媒體亦可為藉由包含在載波中之電腦資料信號來傳送並代表由處理器所執行之指令序列的電腦碼。
圖7是ESC 704之一部分的示意性橫剖面圖，該ESC 704具有根據圖4所示之實施例形成的矽氧化物基塗層。該矽氧化物基塗層包含第一層708和第二層712。第一層708是矽氧化物基塗層中未被氧氣燃燒改變的部分。第二層712則是矽氧化物基塗層中被氧氣燃燒所改變了的部分。如上所述，吾人已經發現第二層712比第一層708更堅固。另外，吾人已經發現使用氧氣燃燒來提供增韌的第二層712會減少晶圓與ESC 704之間的黏附。晶圓黏附到ESC 704對於高溫處理會是一個問題。晶圓黏附可能會導致高動態對準偏移誤差。因此，使用氧氣燃燒來減少顆粒/缺陷程度以及動態對準偏移誤差。
雖然已經根據幾個較佳實施例描述了本揭露內容，但是仍有著落入本揭露內容範圍內的變更、修改、置換和各種替代等效物。 吾人亦應注意到有許多實現本揭露內容的方法和裝置的替代方式。 因此意圖將以下所附之申請專利範圍解釋為包含落入本揭露內容之真實精神及範圍內的所有此等變動、修改、置換和各種替代等效物。
104:步驟 108:步驟 112:步驟 116:步驟 120:步驟 204:步驟 208:步驟 304:步驟 308:步驟 312:步驟 404:步驟 408:步驟 412:步驟 416:步驟 420:步驟 424:步驟 500:電漿處理系統 501:基板 502:電漿反應器 504:電漿處理腔室 506:電漿電源 508:匹配網路 510:TCP線圈 512:功率窗 514:電漿 516:晶圓偏壓電源 518:匹配網路 520:電極 524:控制器 530:氣體源 536:進料部 542:壓力控制閥 544:泵 562:腔室壁 566:基板溫度控制器 568:帕爾帖加熱器/冷卻器 600:電腦系統 602:處理器 604:顯示裝置 606:主記憶體 608:儲存裝置 610:可卸除式儲存裝置 612:使用者介面裝置 614:通信介面 616:通信基礎設施 704:ESC 708:第一層 712:第二層
本揭露內容係利用舉例而非限制性的方式在所附圖示中說明，且其中類似的參考編號係指類似的元件，其中：
圖1為一實施例之高階流程圖；
圖2為一更詳細的流程圖，說明用於一實施例中之形成多層矽氧化物基塗層的步驟；
圖3為一更詳細的流程圖，說明用於另一實施例中之形成多層矽氧化物基塗層的步驟；
圖4是另一實施例的高階流程圖；
圖5是可以用於一實施例中之蝕刻室的示意圖；
圖6是可用於實現一實施例之電腦系統的示意圖；
圖7為一示意性橫剖面圖，說明靜電卡盤（ESC）之一部分以及根據圖4所示之實施例所形成之矽氧化物基塗層。
104:步驟
108:步驟
112:步驟
116:步驟
120:步驟

Claims (11)

  1. 一種包含卡盤之電漿處理腔室的調節方法，該方法包含複數個循環，其中每一該循環包含：清洗該電漿處理腔室之內部以及該卡盤；於該電漿處理腔室之該內部上以及該卡盤上形成矽氧化物基塗層，該矽氧化物基塗層具有第一矽氧化物基層及第二矽氧化物基層，其中形成該矽氧化物基塗層之該步驟包含：於該電漿處理腔室之該內部上以及該卡盤上沉積矽氧化物基塗層；以及對該矽氧化物基塗層提供氧基燃燒，以將該矽氧化物基塗層形成為未被氧氣燃燒所改變的該矽氧化物基塗層之該第一矽氧化物基層以及被氧氣燃燒所改變的該矽氧化物基塗層之該第二矽氧化物基層；在形成該矽氧化物基塗層之後，於該電漿處理腔室中放置一基板；於該電漿處理腔室中對該基板進行電漿處理，其中於該基板之該電漿處理期間，該矽氧化物基塗層會保護該電漿處理腔室之該內部以及該卡盤；以及自該電漿處理腔室移除該基板。
  2. 如請求項1之包含卡盤之電漿處理腔室的調節方法，其中提供氧基燃燒之該步驟包含：提供包含氧的燃燒氣體；以及將該燃燒氣體轉化成電漿。
  3. 如請求項2之包含卡盤之電漿處理腔室的調節方法，其中氧基燃燒之該步驟乃調節該矽氧化物基塗層之該第二矽氧化物基層，以改善均勻性。
  4. 如請求項2之包含卡盤之電漿處理腔室的調節方法，其中提供氧基燃燒之該步驟更包含提供低於400瓦的偏壓。
  5. 如請求項1之包含卡盤之電漿處理腔室的調節方法，其中清洗該電漿處理腔室之該內部以及該卡盤之該步驟為無晶圓清洗，該無晶圓清洗步驟包含：提供清洗氣體；以及將該清洗氣體轉化為電漿，其中該電漿會移除該電漿處理腔室之該內部上以及該卡盤上之殘留物。
  6. 一種包含卡盤之電漿處理腔室的調節方法，該方法包含複數個循環，其中每一該循環包含：清洗該電漿處理腔室之內部以及該卡盤；以及於該電漿處理腔室之該內部上以及該卡盤上形成矽氧化物基塗層，該矽氧化物基塗層具有第一矽氧化物基層及第二矽氧化物基層，其中形成該矽氧化物基塗層的該步驟包含：於第一壓力下將該第一矽氧化物基層沉積於該電漿處理腔室之該內部上以及該卡盤上，其中該第一壓力為大於20mTorr；以及於第二壓力下，將該第二矽氧化物基層沉積於該電漿處理腔室之該內部上以及該卡盤上之該第一矽氧化物基層上方，其中該第二壓力為小於20mTorr。
  7. 如請求項6之包含卡盤之電漿處理腔室的調節方法，其中沉積該第一矽氧化物基層之該步驟包含：提供沉積氣體，該沉積氣體包含含矽成分以及含氧成分；以及 於大於第一閾值壓力之壓力下，將該沉積氣體轉化成電漿，其中該第一閾值壓力為40mTorr，其中該電漿會使該第一矽氧化物基層沉積於該電漿處理腔室之該內部上以及該卡盤上。
  8. 如請求項7之包含卡盤之電漿處理腔室的調節方法，其中沉積該第二矽氧化物基層之該步驟包含：提供包含該含矽成分以及該含氧成分之該沉積氣體；以及於小於第二閾值壓力之壓力下，將該沉積氣體轉化成電漿，其中該第二閾值壓力為20mTorr，且其中該電漿會使該第二矽氧化物基層沉積於該電漿處理腔室之該內部上以及該卡盤上。
  9. 如請求項6之包含卡盤之電漿處理腔室的調節方法，其中形成該矽氧化物基塗層的該步驟更包含於沉積該第一矽氧化物基層之前，在初始壓力下將初始矽氧化物基層沉積於該電漿處理腔室之該內部上以及該卡盤上，其中該初始壓力係小於20mTorr，且其中該第一矽氧化物基層係沉積於該初始矽氧化物基層上方。
  10. 如請求項9之包含卡盤之電漿處理腔室的調節方法，其中該第一壓力為大於40mTorr。
  11. 如請求項6之包含卡盤之電漿處理腔室的調節方法，其中該第一壓力為大於40mTorr。
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