專利名稱：操作化學(xué)氣相沉積室的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種操作化學(xué)氣相沉積室的方法。特定言之，本發(fā)明是關(guān) 于一種可使得前驅(qū)物流體得以實(shí)質(zhì)上穩(wěn)定地導(dǎo)入化學(xué)氣相沉積室的操作方法。
背景技術(shù)：
化學(xué)氣相沉積(chemical vapor deposition )方法在半導(dǎo)體工藝中扮演一 個(gè)重要的角色。化學(xué)氣相沉積可以達(dá)成各種特定材料在晶片上建立與成長(zhǎng)一 層固態(tài)薄膜，例如多晶硅層、層間介電層(ILD)、金屬層間介電層(IMI))、淺 溝槽隔離(STI)、與保護(hù)層(passivation)等，其薄膜厚度范圍從低于0.5微米到 數(shù)微米不等，再配合適當(dāng)?shù)狞S光、蝕刻等工藝，便可使得所要的元件或是材 料層能夠順利建立在晶片上。
一般的化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)通常包含數(shù)個(gè)部分，例如沉積室、晶片轉(zhuǎn)移裝 置、晶片承載裝置與前驅(qū)物導(dǎo)入口。基材，例如晶片，經(jīng)由晶片轉(zhuǎn)移裝置進(jìn) 入與安置于沉積室中的晶片承載裝置上。前驅(qū)物流體則經(jīng)由前驅(qū)物導(dǎo)入口進(jìn) 入化學(xué)氣相沉積室中，然后再將包含有被沉積材料的原子的氣體經(jīng)由化學(xué)反 應(yīng)而得的材料均勻的沉積在基材上。
其中，影響化學(xué)氣相沉積工藝品質(zhì)的因素非常多。例如沉積室內(nèi)的壓力、 基材的溫度、氣體的流動(dòng)速率、氣體通過(guò)晶片的路程、氣體的化學(xué)成份、不 同種氣體的流量比、反應(yīng)中的中間過(guò)渡產(chǎn)物起的作用、是否需要外部能量來(lái) 加速或誘發(fā)想得到的反應(yīng)等，以及沉積室外部的能量來(lái)源諸如等離子體能 量、離子能(ionenergy)和基材上的射頻偏壓(RF bias)等都會(huì)影響沉積工藝的 品質(zhì)。而沉積薄膜中的變數(shù)，例如在整個(gè)基材內(nèi)厚度的均勻性和在圖形上的 覆蓋特性(step coverage),薄膜的化學(xué)配比(化學(xué)成份和分布狀態(tài))，結(jié)晶方向 和缺陷密度等也必須加以考慮。再者，薄膜的沉積速率也是一個(gè)重要的因素， 因?yàn)槠錄Q定沉積室的產(chǎn)能(throughput)，高的沉積速率常常要和薄膜品質(zhì)的好 壞做妥協(xié)(compromise)。上，這些材料與副產(chǎn)物同時(shí)也會(huì)累積在化學(xué)氣相沉積室的內(nèi)壁上造成污染。 此等累積在化學(xué)氣相沉積室內(nèi)壁的材料與副產(chǎn)物， 一方面造成化學(xué)氣相沉積
薄膜諸如微粒(particle)與剝落等的污染來(lái)源，另 一方面亦會(huì)影響化學(xué)氣相沉 積室的熱傳性質(zhì)。因此對(duì)沉積室進(jìn)行原位等離子體清洗(in-situ plasma clean) 的次數(shù)和徹底程度也是很重要的。為了解決此等問(wèn)題，傳統(tǒng)技術(shù)于是會(huì)在預(yù) 定的射頻功率使用小時(shí)(RF power hour)、預(yù)定的芯片處理數(shù)目或固定時(shí)間后， 對(duì)化學(xué)氣相沉積室進(jìn)行一預(yù)清潔步驟，清除多余的材料層。
例如美國(guó)專利申請(qǐng)案2005/0221020提出一種操作等離子體強(qiáng)化化學(xué)氣 相沉積系統(tǒng)的方法(plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) system )。此方法包含執(zhí)行一沉積室調(diào)節(jié)(seasoning )步驟，其包含一沉積室 清潔步驟， 一沉積室預(yù)涂布(pre-coating)步驟中的一個(gè)或兩個(gè)。而在沉積 步驟之后，可以再進(jìn)行一處理后沉積室清潔步驟(post-process chamber cleaning process )。
由于進(jìn)行過(guò)沉積室清潔步驟，當(dāng)系統(tǒng)再次對(duì)晶片進(jìn)行沉積步驟時(shí)，前驅(qū) 物流體當(dāng)然會(huì)再次經(jīng)由前驅(qū)物導(dǎo)入口進(jìn)入化學(xué)氣相沉積室中。然而，發(fā)明人 觀察到此等重新進(jìn)入化學(xué)氣相沉積室中前驅(qū)物流體會(huì)有流量不穩(wěn)的狀況，特 別是剛剛重新進(jìn)入化學(xué)氣相沉積室中的時(shí)候。如果此時(shí)在基材上沉積的是一 層厚度較薄的材料層時(shí)，材料層的厚度就會(huì)因?yàn)榍膀?qū)物流體不穩(wěn)定的流量而 產(chǎn)生明顯的變化，進(jìn)而造成產(chǎn)品品質(zhì)上嚴(yán)重的缺陷。
當(dāng)前的一種解決方法是，在進(jìn)行過(guò)沉積室清潔步驟后，先用測(cè)試片 (dummy wafers )測(cè)試材料層的沉積厚度，由此推知前驅(qū)物流體流量的穩(wěn)定 程度，或是以多片的測(cè)試片直接進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，以使前驅(qū)物流體不穩(wěn)定 的流量在經(jīng)歷此多次虛耗的化學(xué)氣相沉積工藝后漸趨穩(wěn)定，符合產(chǎn)品品質(zhì)上 的要求。但是要將測(cè)試片經(jīng)由晶片轉(zhuǎn)移裝置送入與送出化學(xué)氣相沉積室、抽 真空與破真空、進(jìn)行材料層的沉積與量測(cè)材料層的沉積厚度是一件復(fù)雜又浪 費(fèi)時(shí)間的工作，并且大大影響化學(xué)氣相沉積步驟的效率。
于是急需一種操作化學(xué)氣相沉積室的新穎方法，能夠在進(jìn)行過(guò)沉積室清 潔步驟后，盡快的讓前驅(qū)物流體的流量穩(wěn)定下來(lái)，以提升化學(xué)氣相沉積步驟 的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明揭示一種操作化學(xué)氣相沉積室的新穎方法。其優(yōu)點(diǎn)在于，在進(jìn)行 過(guò)化學(xué)氣相沉積室清潔步驟后，能夠用簡(jiǎn)單的方式盡快的讓前驅(qū)物流體的流 量穩(wěn)定下來(lái)，以提升化學(xué)氣相沉積步驟的效率。
本發(fā)明操作化學(xué)氣相沉積室的方法。首先，提供化學(xué)氣相沉積室、前驅(qū)
物導(dǎo)入座以及數(shù)字式液流控制器(digital liquid flow controller )。前驅(qū)物導(dǎo)入 座與化學(xué)氣相沉積室連接，而數(shù)字式液流控制器則與前驅(qū)物導(dǎo)入座連接，用 來(lái)控制前驅(qū)物流體經(jīng)由前驅(qū)物導(dǎo)入座導(dǎo)入化學(xué)氣相沉積室中。其次，對(duì)化學(xué) 氣相沉積室進(jìn)行預(yù)清潔步驟。之后，對(duì)數(shù)字式液流控制器進(jìn)行一穩(wěn)定化步驟， 使得前驅(qū)物流體得以實(shí)質(zhì)上穩(wěn)定地導(dǎo)入化學(xué)氣相沉積室中，此穩(wěn)定化步驟包 含持續(xù)開啟數(shù)字式液流控制器一預(yù)定的時(shí)間并關(guān)閉數(shù)字式液流控制器，此 包含了持續(xù)開啟與關(guān)閉的循環(huán)會(huì)進(jìn)行至少一次。接著，使用化學(xué)氣相沉積室 對(duì)至少 一基材進(jìn)行化學(xué)氣相沉積步驟。


第1圖示出本發(fā)明操作化學(xué)氣相沉積室方法的一優(yōu)選實(shí)施例。100化學(xué)氣相沉積系統(tǒng) 110化學(xué)氣相沉積室
120前驅(qū)物導(dǎo)入座 13 0前驅(qū)物流體
140數(shù)字式液流控制器 150前驅(qū)物流體供應(yīng)器
160管線
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種操作化學(xué)氣相沉積室的新穎方法。其優(yōu)點(diǎn)在于，在進(jìn)行 過(guò)化學(xué)氣相沉積室清潔步驟后，隨即對(duì)數(shù)字式液流控制器進(jìn)行一穩(wěn)定化步 驟，使得前驅(qū)物流體得以實(shí)質(zhì)上穩(wěn)定地導(dǎo)入化學(xué)氣相沉積室中。之后使用化 學(xué)氣相沉積室進(jìn)行沉積所得的材料層，就會(huì)因?yàn)榍膀?qū)物流體穩(wěn)定的流量而產(chǎn) 生均勻的厚度。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單又快速，可以大大提升化學(xué)氣相沉積步驟的 效率。
第1圖例示本發(fā)明操作化學(xué)氣相沉積室方法的一優(yōu)選實(shí)施例。首先，提 供一化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)100?；瘜W(xué)氣相沉積系統(tǒng)100包含化學(xué)氣相沉積室 110、前驅(qū)物導(dǎo)入座120、前驅(qū)物流體130、數(shù)字式液流控制器140以及前驅(qū)物流體供應(yīng)器150。而前驅(qū)物流體供應(yīng)器150、；數(shù)字式液流控制器140、前驅(qū) 物導(dǎo)入座120與化學(xué)氣相沉積室ll(M皮此之間經(jīng)由管線M0相連接。
來(lái)自前驅(qū)物流體供應(yīng)器150的前驅(qū)物流體130，經(jīng)由管線160與前驅(qū)物 導(dǎo)入座120導(dǎo)入化學(xué)氣相沉積室110。而與前驅(qū)物導(dǎo)入座120連接的數(shù)字式 液流控制器140,則用來(lái)控制前驅(qū)物流體130導(dǎo)入化學(xué)氣相沉積室110的流 量?；瘜W(xué)氣相沉積室110可以用來(lái)進(jìn)行一化學(xué)氣相沉積步驟，例如，等離子 體強(qiáng)化化學(xué)氣相沉積步驟。
化學(xué)氣相沉積室進(jìn)行沉積所使用的前驅(qū)物流體130通常包含一有機(jī)前驅(qū) 物流體，舉例而言，低介電常數(shù)前驅(qū)物流體，例如四乙氧基硅烷(tetraethoxy silane， TFX)S)。 一般而言，前驅(qū)物流體130通過(guò)數(shù)字式液流控制器140之前 為液體，而前驅(qū)物流體130在通過(guò)數(shù)字式液流控制器140之后，則經(jīng)由一閥 件(圖未顯示)而被轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w。
一般而言，在完成批次量產(chǎn)、設(shè)備維修或異常處理等程序之后，隨即便 要重新進(jìn)行化學(xué)氣相沉積以在基材上沉積一層所需的材料薄膜，但在使用化 學(xué)氣相沉積室進(jìn)行化學(xué)氣相沉積步驟之前，通常還要對(duì)化學(xué)氣相沉積室110 進(jìn)行一預(yù)清潔步驟，以清潔化學(xué)氣相沉積室。此等預(yù)清潔步驟，可以為原位 (in-situ )預(yù)清潔步驟或是異位(ex-situ )預(yù)清潔步驟；原位預(yù)清潔通常是使 用預(yù)清潔劑在能量的輔助下產(chǎn)生等離子體而進(jìn)行的，其中等離子體可于化學(xué) 氣相沉積室沖產(chǎn)生或于遠(yuǎn)端等離子體源處產(chǎn)生再送至化學(xué)氣相沉積室中，而 異位預(yù)清潔通常是手動(dòng)開啟沉積室并拆卸零組件而加以清潔的。
預(yù)清潔劑通常為一反應(yīng)性氣體，例如含氟氣體，像是NF3、 CI、、 C2F6、 C3F8、 C4F8、 SF6、 CHF3、 F2、 ，2或其組合，含氧氣體，像是02、 ()3、 CO、 NO、 N20、 C02或其組合，或是惰性氣體，像是氦、氮，氬或其組合。能 量通常是使用單一或多種能量源，例如熱能或射頻功率(RF power )、等離 子體等。通常是在無(wú)前驅(qū)物流體130導(dǎo)入下，進(jìn)行預(yù)清潔步驟。若使用反應(yīng) 性氣體結(jié)合等離子體來(lái)進(jìn)行預(yù)清潔步驟時(shí)，化學(xué)氣相沉積室IIO應(yīng)該要抽真工。
之后，在化學(xué)氣相沉積室IIO開始進(jìn)行化學(xué)氣相沉積步驟之前，因?yàn)橐?重新啟動(dòng)數(shù)字式液流控制器140，因此本發(fā)明還會(huì)對(duì)數(shù)字式液流控制器140 進(jìn)行一穩(wěn)定化步驟，以確定前驅(qū)物流體130可以實(shí)質(zhì)上穩(wěn)定地導(dǎo)入化學(xué)氣相 沉積室中110。值得注意的是，由于重新進(jìn)入化學(xué)氣相沉積室中前驅(qū)物流體，開始的時(shí) 候常常會(huì)有流量不穩(wěn)的狀況，為了流經(jīng)使數(shù)字式液流控制器的前驅(qū)物流體能
穩(wěn)定的進(jìn)入化學(xué)氣相沉積室中，以確保經(jīng)由化學(xué)氣相沉積室所形成的材料層 具有均勻的厚度，因此本發(fā)明會(huì)對(duì)數(shù)字式液流控制器進(jìn)行一穩(wěn)定化步驟。此 等穩(wěn)定化步驟，優(yōu)選者，可以持續(xù)開啟數(shù)字式液流控制器一預(yù)定的時(shí)間并關(guān)
持續(xù)開啟數(shù)字式液流控制器的預(yù)定時(shí)間視情況而定。在本實(shí)施例中，此 等持續(xù)開啟數(shù)字式液流控制器的預(yù)定時(shí)間可以是1-10秒，優(yōu)選者，此等持
續(xù)開啟數(shù)字式液流控制器的預(yù)定時(shí)間可以是5-6秒?；蛘?，可不計(jì)時(shí)間而連 續(xù)開啟并關(guān)閉數(shù)字式液流控制器數(shù)次，例如一次、七次或十次，而開啟與關(guān) 閉所構(gòu)成的循環(huán)所耗費(fèi)的時(shí)間則取決于設(shè)備本身的開啟與關(guān)閉速度。如此一 來(lái)，就可以消除流經(jīng)數(shù)字式液流控制器中前驅(qū)物流體的前段不穩(wěn)定的狀態(tài)， 以確保經(jīng)由化學(xué)氣相沉積室所形成的材料層具有均勻的厚度。
另一方面， 一見情況需要，在進(jìn)行上述穩(wěn)定化步驟前，本發(fā)明方法還可以 包含，先對(duì)化學(xué)氣相沉積室HO進(jìn)行一預(yù)沉積步驟。在進(jìn)行預(yù)沉積步驟時(shí)， 在化學(xué)氣相沉積室中可以有基材，也可以沒(méi)有基材。此時(shí)的基材可以是測(cè)試 片。
在完成穩(wěn)定化步驟后，前驅(qū)物流體就可以穩(wěn)定的通過(guò)數(shù)字式液流控制 器。接著，將基材置入化學(xué)氣相沉積室110便可以進(jìn)行化學(xué)氣相沉積室的首 要任務(wù)，亦即，使用化學(xué)氣相沉積室對(duì)基材進(jìn)行化學(xué)氣相沉積步驟?？梢允?用化學(xué)氣相沉積室對(duì)至少一基材進(jìn)行化學(xué)氣相沉積步驟，直到需要再次進(jìn)行 預(yù)清潔步驟。
換言之，在使用化學(xué)氣相沉積室對(duì)一定數(shù)量的基材進(jìn)行化學(xué)氣相沉積步 驟后，可以再次重復(fù)進(jìn)行前述的預(yù)清潔步驟，以再次清潔化學(xué)氣相沉積室。 清潔的方式可以如前所述。而在預(yù)清潔步驟之后，還可以視情況需要依序進(jìn) 行前述的預(yù)沉積步驟、穩(wěn)定化步驟、與繼續(xù)化學(xué)氣相沉積步驟。
本發(fā)明所提供的操作化學(xué)氣相沉積室的新穎方法，在每次進(jìn)行過(guò)化學(xué)氣 相沉積室清潔步驟后，對(duì)基材進(jìn)行化學(xué)氣相沉積步驟之前會(huì)對(duì)數(shù)字式液流控 制器進(jìn)行一穩(wěn)定化步驟。此等穩(wěn)定化步驟，可以使得前驅(qū)物流體得以實(shí)質(zhì)上 穩(wěn)定地導(dǎo)入化學(xué)氣相沉積室中，于是消除已知方法中所遭遇的流經(jīng)數(shù)字式液 流控制器中前驅(qū)物流體的前段不穩(wěn)定的狀態(tài)，以確保經(jīng)由化學(xué)氣相沉積室所形成的材料層具有均勻的厚度，提高工藝成品率。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單又快速， 可以大大提升化學(xué)氣相沉積步驟的效率。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的等同變 化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種操作化學(xué)氣相沉積室的方法，包含提供一化學(xué)氣相沉積室、與該化學(xué)氣相沉積室連接的一前驅(qū)物導(dǎo)入座，以及一數(shù)字式液流控制器，該數(shù)字式液流控制器系與該前驅(qū)物導(dǎo)入座連接以控制經(jīng)由該前驅(qū)物導(dǎo)入座導(dǎo)入該化學(xué)氣相沉積室中的一前驅(qū)物流體；對(duì)該化學(xué)氣相沉積室進(jìn)行一預(yù)清潔步驟；對(duì)該數(shù)字式液流控制器進(jìn)行一穩(wěn)定化步驟，使得該前驅(qū)物流體得以實(shí)質(zhì)上穩(wěn)定地導(dǎo)入該化學(xué)氣相沉積室中，其中該穩(wěn)定化步驟包含開啟該數(shù)字式液流控制器并關(guān)閉該數(shù)字式液流控制器至少一次；將一基材置入該化學(xué)氣相沉積室中；以及使用該化學(xué)氣相沉積室對(duì)該基材進(jìn)行一化學(xué)氣相沉積步驟。
2. 如權(quán)利要求1的搡作化學(xué)氣相沉積室的方法，其中該前驅(qū)物流體包含 一低介電常數(shù)前驅(qū)物流體。
3. 如權(quán)利要求1的操作化學(xué)氣相沉積室的方法，其中該前驅(qū)物流體包含 一四乙氧基珪烷前驅(qū)物流體。
4. 如權(quán)利要求1的操作化學(xué)氣相沉積室的方法，其中該預(yù)清潔步驟為一 原位預(yù)清潔步驟。
5. 如權(quán)利要求1的操作化學(xué)氣相沉積室的方法，其中該預(yù)清潔步驟為一 異位預(yù)清潔步驟。
6. 如權(quán)利要求1的操作化學(xué)氣相沉積室的方法，其中該預(yù)清潔步驟使用 一等離子體。
7. 如權(quán)利要求1的操作化學(xué)氣相沉積室的方法，其中該預(yù)清潔步驟使用 一反應(yīng)'性氣體。
8. 如權(quán)利要求1的操作化學(xué)氣相沉積室的方法，其中該預(yù)清潔步驟包含 抽真空。
9. 如權(quán)利要求1的操作化學(xué)氣相沉積室的方法，在該穩(wěn)定化步驟前還包含對(duì)該化學(xué)氣相沉積室進(jìn)行一預(yù)沉積步驟。
10. 如權(quán)利要求1的操作化學(xué)氣相沉積室的方法，其中該穩(wěn)定化步驟包 含持續(xù)開啟該數(shù)字式液流控制器1-10秒并關(guān)閉該數(shù)字式液流控制器，且施行由該持續(xù)開啟與關(guān)閉所構(gòu)成的循環(huán)至少 一次。
11. 如權(quán)利要求1的操作化學(xué)氣相沉積室的方法，其中該穩(wěn)定化步驟包含持續(xù)開啟該數(shù)字式液流控制器5-6秒并關(guān)閉該數(shù)字式液流控制器，且施 行由該持續(xù)開啟與關(guān)閉所構(gòu)成的循環(huán)至少一次。
12. 如權(quán)利要求1的操作化學(xué)氣相沉積室的方法，其中該穩(wěn)定化步驟包 含施行由連續(xù)開啟與關(guān)閉該數(shù)字式液流控制器所構(gòu)成的循環(huán)七次。
13. 如權(quán)利要求1的操作化學(xué)氣相沉積室的方法，其中該化學(xué)氣相沉積 步驟是一等離子體強(qiáng)化化學(xué)氣相沉積步驟。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種操作化學(xué)氣相沉積室的方法。首先，提供數(shù)字式液流控制器，用來(lái)控制前驅(qū)物流體導(dǎo)入化學(xué)氣相沉積室中。其次，對(duì)化學(xué)氣相沉積室進(jìn)行預(yù)清潔步驟。之后，對(duì)數(shù)字式液流控制器進(jìn)行穩(wěn)定化步驟，使得前驅(qū)物流體得以實(shí)質(zhì)上穩(wěn)定地導(dǎo)入化學(xué)氣相沉積室中。接著，使用化學(xué)氣相沉積室進(jìn)行化學(xué)氣相沉積步驟。
文檔編號(hào)C23C16/52GK101591776SQ20081010877
公開日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2008年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月29日
發(fā)明者張英毅, 曾姿錦, 賴建興 申請(qǐng)人:聯(lián)華電子股份有限公司