TWM498379U

TWM498379U - 乾蝕刻機台

Info

Publication number: TWM498379U
Application number: TW103218553U
Authority: TW
Inventors: jian-liang Jiang
Original assignee: Zenith Materials Technology Corp
Priority date: 2014-10-20
Filing date: 2014-10-20
Publication date: 2015-04-01

Description

乾蝕刻機台

本創作係有關於一種乾蝕刻機台，特別是一種關於半導體製程中用以對晶圓或半導體進行乾蝕刻的乾蝕刻機台。

半導體工業的製造方法是在矽半導體上製造電子元件(產品包括：動態記憶體、靜態記億體、微虛理器…等)，而電子元件之完成則由精密複雜的積體電路(Integrated Circuit，簡稱IC)所組成。IC之製作過程是應用晶片氧化層成長、微影技術、蝕刻、清洗、雜質擴散、離子植入及薄膜沉積等技術，所須製程多達二百至三百個步驟。隨著電子資訊產品朝輕薄短小化的方向發展，半導體製造方法亦朝著高密度及自動化生產的方向前進；而IC製造技術的發展趨勢，大致仍朝向克服晶圓直徑變大，元件線幅縮小，製造步驟增加，製程步驟特殊化以提供更好的產品特性等課題下所造成的良率控制因難方向上前進。

傳統上，針對半導體的乾蝕刻製程上，多會使用氫氟酸(氟化氫，Hydrofluoric acid，化學式HF)、氨氣(化學式NH₃ )、氮氣、二氧化硫等化學物質，來參與半導體工件的化學製程反應。但，上述反應物在半導體的乾蝕刻製程中，便容易產生下列化學反應：

SiO₂ +4HF → SiF₄ +2H₂ O...................................[a]

SiF₄ +2NH₃ +2HF → (NH₄ )₂ SiF₆ ...........................[b]

其中，上述化學式[b]的產物：(NH₄ )₂ SiF₆ (英文Ammonium fluorosilicate)為「氟矽酸銨」，或別稱六氟矽酸銨。「氟矽酸銨」具有毒性，是一種白色的結晶固體，其對眼睛、皮膚和上呼吸道有強烈刺激作用，如果不慎食入，短期症狀會造成口腔、咽喉、鼻燒傷並出血。此外，該氟矽酸銨的固體結晶一般會堆積在半導體工件的上表面，亦會阻隔、阻擋該半導體工件的後續製程。因此，為了使該半導體工件能夠順利地進行後續製程，一般而言，需要將堆積、形成在該半導體工件上方的氟矽酸銨之固體結晶，予以加熱，使其分解而產生下列方程式[c]的反應：(NH₄ )₂ SiF₆ → HF+NH₃ +H₂ O+N₂ +SiF₄ +H₂ .........[c]

由上述方程式[c]可知，在方程式右邊的所有產物均為氣體；亦即，該氟矽酸銨的固體結晶在加熱之後，即可透過馬達或泵浦等機器，將上述方程式[c]的產物抽離，進而除去半導體工件上方堆積的氟矽酸銨之固體結晶。

然而，傳統上進行氟矽酸銨之固體結晶的去除作業，需另外透過機器、儀器，才能進行加熱、抽氣的目的；因此，在半導體產業的實務上，既耗時間又浪費成本。所以，如何在半導體製程中簡易、方便地解決氟矽酸銨之固體結晶去除問題，是本領域具有通常知識者努力的目標。

本創作主要目的在半導體產業中，順利方便地對氟矽酸銨之固體結晶施以加熱，使其分解而產生氣體，以便於氟矽酸銨的去除作業。

本創作另一目的在簡易地將半導體工件蝕刻後的氣體去除。

為了解決上述及其他問題，本創作提供一種乾蝕刻機台，其用以對一半導體工件進行乾蝕刻動作，該乾蝕刻機台包括有一腔室、一抽氣泵浦、一抽氣管道、一噴灑頭、至少一加熱元件、至少一吸氣孔及一半導體承載基台。其中，該腔室為一封閉的空間，該抽氣泵浦位於該腔室之外，該抽氣管道連接導通該腔室與該抽氣泵浦，該噴灑頭位於該腔室內，該加熱元件設置於該噴灑頭周邊，該吸氣孔設置於該噴灑頭的側邊表面上，該半導體承載基台用以承載一半導體工件，該半導體承載基台鄰設於該噴灑頭周邊，該半導體承載基台包括有一本體，該本體的上側面具有一承載表面。

如上所述的乾蝕刻機台，其中，該噴灑頭為圓柱或圓盤狀，該加熱元件位於該噴灑頭的徑向側邊；在進一步的實施例中，該加熱元件為複數個，且多個加熱元件均勻地分佈在該噴灑頭周邊。

如上所述的乾蝕刻機台，其中，該噴灑頭為圓柱或圓盤狀，該吸氣孔位於該噴灑頭的軸向側邊，在進一步的實施例中，該吸氣孔為複數個，且規則或均勻地分佈於該噴灑頭上。

如上所述的乾蝕刻機台，其中，該噴灑頭內更設置有至少一通氣管道，該通氣管道與該吸氣孔相連接；在進一步的實施例中，該通氣管道與該吸氣孔均為複數個，多個通氣管道互相獨立或互相導通。

藉此，本創作所述的乾蝕刻機台，可以在半導體產業中，順利方便地對半導體工件表面上的氟矽酸銨之固體結晶施以加熱，使其分解而產生氣體，之後再予以升溫、燃燒廢氣，以便於氟矽酸銨的去除作業。

為使能更進一步瞭解本創作之特徵及技術內容，請參閱以下有關本創作之詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本創作加以限制者。為使能更進一步瞭解本創作的特徵及技術內容，請參閱以下有關本創作的詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本創作加以限制。

1‧‧‧半導體承載基台

11‧‧‧抽氣泵浦

111‧‧‧抽氣管道

12‧‧‧承載表面

15‧‧‧本體

16‧‧‧吸氣孔

17‧‧‧通氣管道

18‧‧‧噴灑頭

19‧‧‧加熱元件

91‧‧‧半導體工件

8‧‧‧乾蝕刻機台

82‧‧‧腔室

圖1A所繪示為本創作第一實施例的乾蝕刻機台的示意圖。

圖1B所繪示為本創作第一實施例的半導體承載基台的立體圖。

圖1C所繪示為本創作第一實施例的半導體承載基台與噴灑頭、加熱元件的使用狀態圖。

圖1D所繪示為本創作第一實施例的噴灑頭、加熱元件的使用時的剖面圖。

圖1E所繪示為本創作第一實施例的噴灑頭、加熱元件的示意圖。

圖2所繪示為本創作第二實施例的噴灑頭與加熱元件剖面圖。

<第一實施例>

請參閱圖1A，圖1A所繪示為本創作第一實施例的乾蝕刻機台的示意圖。如圖所示，本創作所述的乾蝕刻機台8，可用以對一半導體工件91進行乾蝕刻動作，該半導體工件91可以是半導體材料、半導體的半成品、或是晶圓(wafer)、晶片。特別說明，本創作可適用於半導體的處理製程，特別是在一半導體工件91的基板上形成矽氧化模(silicon oxide)或氟矽酸銨固體的相關蝕刻製程；但，本創作所適用之製程並不侷限於蝕刻製程，有可能還可以是半導體的蒸著(蒸鍍)或洗淨製程。該乾蝕刻機台8包括有一腔室82、一抽氣泵浦11、一抽氣管道111、一噴灑頭18、多個加熱元件19及一半導體承載基台1；其中，該腔室82為一封閉的空間，該抽氣泵浦11位於該腔室82之外，該抽氣管道111連接導通該腔室82與該抽氣泵浦11。如此一來，該抽氣泵浦11即可透過該抽氣管道111而對該腔室82內進行抽真空的動作，使該腔室82內部的半導體工件91免於受到空氣中各種雜質、污染物的影響而降低該半導體工件91的良率或製程品質。該噴灑頭18位於該腔室82內，可用以噴灑HF(氫氟酸)氣體和NH₃ (氨氣)氣體，使該HF氣體和NH₃ 氣體用以蝕刻該半導體承載基台1上方的半導體工件91，藉以去除該半導體工件91表面上的矽氧化模(silicon oxide)。另外，該加熱元件19設置於該噴灑頭18的周邊，可隨著該噴灑頭18的上下移動而靠近該半導體工件91；或者，當該半導體承載基台1承載著該半導體工件91而上下移動時，該加熱元件19即可靠近該半導體工件91。

請再同時參閱圖1B與圖1C，圖1B所繪示為本創作第一實施例的半導體承載基台的立體圖，圖1C所繪示為本創作第一實施例的半導體承載基台與噴灑頭、加熱元件的使用狀態圖。如圖1A所示，該乾蝕刻機台8 的半導體承載基台1鄰設於該噴灑頭18周邊；如圖1B、圖1C所示，該半導體承載基台1可用以承載一半導體工件91，且該半導體承載基台1包括有一本體15，該本體15的上側面具有一承載表面12。該半導體工件91可置放於該半導體承載基台1之上，該半導體承載基台1可上下移動，並靠近於該半導體工件91的上方周邊；或者是，該噴灑頭18與多個加熱元件19可同時向下移動，使該半導體工件91鄰靠該噴灑頭18。

如圖1D所示，該噴灑頭18包括有至少一吸氣孔16；在此，本實施例的噴灑頭18包括有八個加熱元件19及四個吸氣孔16。該噴灑頭18為圓柱或圓盤狀，多個加熱元件19位於該噴灑頭18的徑向側邊，多個吸氣孔16則位於該噴灑頭18的軸向側邊(亦即該噴灑頭18的下表面)。在較佳實施例中，該加熱元件19例如可以是鎢絲燈泡、鹵素燈泡、水銀燈泡、陶瓷加熱器、電阻加熱器或其他可以快速產生高溫、快速降溫的發熱物體或發熱元件。如此一來，當該半導體工件91上方產生氟矽酸銨(化學式(NH₄ )₂ SiF₆ ，英文Ammonium fluorosilicate)的白色晶體堆積或矽氧化膜時，即可將該噴灑頭18往下移動靠近該半導體工件91，再將多個加熱元件19打開，藉由該加熱元件19所產生的高溫來加熱該噴灑頭18，使該噴灑頭18溫度升高至足以使該氟矽酸銨昇華的溫度；然後，該噴灑頭18靠近該半導體工件91，在近距離的條件下以”熱輻射加熱”的方式將熱量傳遞給該半導體工件91，讓該半導體工件91上表面的氟矽酸銨升溫，進而昇華。之後，昇華後所產生的氣體即可透過多個吸氣孔16的吸氣動作，而被抽離，同時達到去除氟矽酸銨晶體的目的。如圖1E所示，多個吸氣孔16較佳乃是規則且均勻地分佈於該噴灑頭18上，如此一來，可使該氣體去除的效率最佳化。再來，如圖1D所示，本實施例的噴灑頭18包括有多個通氣管道17，每一通氣管道17均與一吸氣孔16相連接，且，多個通氣管道17互相導通、匯集；如此一來，僅需透過一個馬達或泵浦(未繪示)即可進行多個吸氣孔16的抽氣、吸氣動作。

或者，當前述的半導體工件91被蝕刻完畢後，即可將該噴灑頭18向下移動(或者是使該半導體承載基台1向上移動)，使該噴灑頭18、該加熱元件19同時與該半導體工件91互相靠近；然後，開啟該加熱元件19，使該加熱元件19的溫度高於該腔室82內氣體(例如可以是HF或NH₃ 氣體)之燃點。如此一來，該腔室82內的氣體即可因為高溫而燃燒殆盡，不會污染該半導體工件91。藉此，於該腔室82內的HF或NH₃ 氣體的蝕刻動作完成之後，即可直接讓該加熱元件19升溫、燃燒廢氣，而無需另外將該半導體工件91取出，減少該半導體工件91受到外界空氣污染的機率，故可節省時間成本，且提昇良率；另外，因為乾蝕刻與蝕刻後的廢氣燃燒均同在該腔室82內進行，因此無需額外的裝置來抽離廢氣，也無需額外的步驟來清除廢氣所造成的污染，所以亦可節省整體系統的硬體建置成本，非常實用。

在較佳實施例中，該腔室82內更可以設置一控制系統(未繪示)，用以控制該半導體工件91的移送和處理製程條件，譬如上述HF氣體和NH₃ 氣體的噴射量、溫度、壓力及該半導體工件91暴露於氣體的時間(製程時間)等。各半導體工件91的初期狀態數據可由事先檢測確知，並藉由該控制系統將此環境及條件的數據予以儲存並控制。在此，該半導體工件91的初期狀態是指該晶圓或半導體工件91在處理之前的狀態；因此，本創作的乾蝕刻機台8，可以視該晶圓或半導體的初期狀態及半導體工件91的製程條件來調控或變更；譬如，若是於蝕刻矽氧化模的製程情形，本創作的乾蝕刻機台8則可以依半導體工件91上已形成的矽氧化膜的厚度(也就是初期狀態)而變更應蝕刻的量，並進一步地決定製程條件。該半導體工件91的初期狀態在標準範圍內，可以依實際狀況而個別處理或同時處理多件半導體工件91，因此可維持高度的生產性，並保持於固定製程品質水準及良率。另外，該乾蝕刻機台8可適用的半導體處理製程之種類，包括但不限於半導體工件91上所形成矽氧化模(silicon oxide)的相關蝕刻製程；其還可以包括例如半導體的蒸著(蒸鍍)或洗淨等製程。

<第二實施例>

在其他實施例中，如圖2所示，該噴灑頭18上的多個通氣管道17與與多個吸氣孔16相連接，但多個通氣管道17互相分離而獨立；因此，每一通氣管道17可透過不同的馬達或泵浦來進行局部的吸氣，加強局部吸氣的效果。藉此，本實施例亦可達到前述功效。

綜上所述，本創作所述的乾蝕刻機台8，可以在半導體產業中，順利方便地對半導體工件表面上的矽氧化膜或氟矽酸銨之固體結晶施以加熱，使其分解而產生氣體，之後再予以升溫、燃燒廢氣，以便於該矽氧化膜或氟矽酸銨的去除作業，非常方便。

本創作以實施例說明如上，然其並非用以限定本創作所主張之專利權利範圍。其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。凡本領域具有通常知識者，在不脫離本專利精神或範圍內，所作之更動或潤飾，均屬於本創作所揭示精神下所完成之等效改變或設計，且應包含在下述之申請專利範圍內。