專利名稱：在氟化氧化物沉積工藝中減少半導(dǎo)體器件污染的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，更具體地，涉及在半導(dǎo)體器件制造工藝中減少半導(dǎo)體器件污染問題發(fā)生的方法。
背景技術(shù)：
污染是半導(dǎo)體制造工藝中遇到的常見問題。半導(dǎo)體器件制造工藝包括通過將晶片暴露于由前體的硅和氟組成的高密度等離子體(HDP)中，在多層半導(dǎo)體晶片的表面上沉積氟硅酸鹽玻璃(FSG)，從而在晶片中的導(dǎo)體之間形成層間介質(zhì)。HDP工藝可能包括濺射沉積和典型地用于在半導(dǎo)體晶片上形成大約16,000埃的介質(zhì)層的化學(xué)成分。FSG的濺射可以通過對晶片施加電偏置而控制。當(dāng)晶片高偏置時，由于濺射去除一些沉積物，所以具有低沉積速率。一旦介質(zhì)已經(jīng)填充在晶片的導(dǎo)體線之間，外加偏置就可以減少或關(guān)閉，使得沉積速率提高，因為低偏置不再導(dǎo)致表面上的材料的高速離子撞擊并且濺射減小。濺射可能要求偏置以填充導(dǎo)體線之間的間隙。在該工藝中使用FSG也會發(fā)生化學(xué)蝕刻。
在沉積工藝中使用的典型介質(zhì)是SiH4+O2，以及某些時候的氬氣。當(dāng)SiF4被加入到氣體混合物中時，則實際的介質(zhì)變成SixOxF2。FSG降低了介質(zhì)的介電常數(shù)，改善了這些半導(dǎo)體的電特性。例如，使用FSG可以使介電常數(shù)從大約4降低到大約3.7。在HDP工藝中，典型地引入氧和/或氬等離子體，設(shè)計成將晶片加熱到大約400攝氏度(℃)。HDP工藝可以僅由氧、僅由氬或二者的結(jié)合來進(jìn)行。
使用FSG作為介質(zhì)而產(chǎn)生的問題之一是FSG可以釋放出氟，氟將從介質(zhì)中擴(kuò)散出來并損害金屬或半導(dǎo)體的其它層。氟也存在于表面上和沉積室中沉積的副產(chǎn)物內(nèi)，使得隨后在室中進(jìn)行的晶片處理可能導(dǎo)致氟污染。該問題的一個解決方案是在室中的晶片表面上涂敷富硅氧化層，如SiO1.9，用作氟擴(kuò)散的擴(kuò)散阻擋層。另一個解決方案降低所沉積的FSG層中的氟含量，但該解決方案可能是不需要的，因為它會限制FSG的能力，降低該層的介電常數(shù)到所需的值。
已經(jīng)表現(xiàn)出防止氟對室中處理的晶片的污染的另一個解決方案是采用蝕刻氣體清潔HDP室，使得氟污染被去除。在清潔之后，可以使用硅烷氣體清洗室，以吸收任何殘留的氟，然后對室壁涂敷二氧化硅以保護(hù)室壁并覆蓋壁上和處理組件上的任何其它剩余氟化合物。
當(dāng)已經(jīng)如上所述清潔室時，晶片可以在室中進(jìn)行處理，而不會暴露于污染物。為了節(jié)省時間，在處理第一晶片之后，可以處理第二晶片而不清潔室。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不清潔室而處理第二晶片可能被氟污染，導(dǎo)致第二晶片的高電故障率。相信該問題可能由高密度等離子體與含氟的室壁和室部件之間的反應(yīng)而產(chǎn)生，導(dǎo)致在FSG沉積之前在晶片上沉積不需要的含氟材料。例如，在未清潔的室中引入等離子體加熱第二晶片之后，室被用來在晶片的金屬上沉積富硅層，該富硅層設(shè)計成保護(hù)金屬不受FSG中的活性氟的影響。然而，由于初始的加熱步驟可能已經(jīng)導(dǎo)致室中的氟沉積在金屬上，因此富硅層可能涂敷在已經(jīng)處于金屬上的氟上面。
圖1說明由在高密度等離子體操作中于第二晶片10上發(fā)生的由富硅層下面形成的富氟薄膜引起的污染物12的結(jié)果。圖2表示通過蝕刻掉富硅氧化物引起的另一污染物12的形成。對在未清潔的室中處理的第二晶片的失效分析已經(jīng)確定晶片失效主要在繞晶片邊緣的電路圖案中發(fā)生，而不是在晶片上均勻散布。該圖案顯示污染可能來自不同于室壁的來源。
在該問題的進(jìn)一步分析中，注意到室壁分別是金屬和陶瓷材料，如鋁和氧化鋁，當(dāng)晶片被放置在室中時，它被放置在支撐晶片的夾具上，夾具的暴露部分由氧化鋁陶瓷環(huán)保護(hù)不受等離子體影響。由于夾具的陶瓷覆蓋部分是環(huán)形并延伸越過置于室中的晶片的邊緣，本申請人假設(shè)晶片表面的缺陷圖案顯示污染材料可能是從陶瓷夾具中提取出的氟而不是從室壁中提取出的氟。更具體地，申請人確定陶瓷固定夾具或晶片的處理組件的表面區(qū)域由于粗糙度而增加，并在使用組件時俘獲比可以沉積到晶片上的氟更多的氟。圖3-6是在高密度等離子體室中用于支撐晶片的處理組件14的照片，并說明由氟污染材料剝落引起的各種污染物12數(shù)量。圖7說明在其中處理晶片的室16并表示污染物的出現(xiàn)局限于陶瓷處理組件。
如上所注意到那樣，當(dāng)在完成室的清潔之前在室中處理第二或其它的晶片時，出現(xiàn)了問題。然而，前述的清潔處理對于提高產(chǎn)量和降低制造晶片的成本是必需的。本發(fā)明涉及該問題的解決，允許多個晶片被處理，而沒有在各個晶片之間進(jìn)行室清潔步驟。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種用于提高在高密度等離子體室中的半導(dǎo)體晶片沉積工藝的產(chǎn)量的方法，包括將第一晶片放置在高密度等離子體室中；對第一晶片施加第一電偏置；將第一晶片暴露于第一功率值的高密度等離子體；在將第一晶片暴露于第一功率值的高密度等離子體期間在室中沉積氟硅酸鹽玻璃，以沉積介質(zhì)層；對第一晶片施加小于第一電偏置的第二電偏置；將第一晶片暴露于大于第一功率值的第二功率值的高密度等離子體，使得第二功率值足夠高，以燒掉在之前的沉積步驟期間沉積的氟殘留物；去除第一晶片；將第二晶片放置在高密度等離子體室中；對第二晶片施加第一電偏置；將第二晶片暴露于第一功率值的高密度等離子體；在將第二晶片暴露于高密度等離子體期間向室內(nèi)沉積氟硅酸鹽玻璃；以及在沉積介質(zhì)層期間，在將第二晶片暴露于第一功率值的高密度等離子體之前引入硅酸鹽玻璃。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于提高在高密度等離子體室中的半導(dǎo)體晶片沉積工藝的產(chǎn)量的方法，包括將第一晶片放置在高密度等離子體室中；將第一晶片暴露于高密度等離子體；在將第一晶片暴露于高密度等離子體期間向室內(nèi)引入氟硅酸鹽玻璃以沉積介質(zhì)層；去除第一晶片；將第二晶片放置在高密度等離子體室中；在不加熱第二晶片的情形下在室中沉積氟阻擋層；在室中形成無氧氣氛；加熱第二晶片；將第二晶片暴露于高密度等離子體；以及在沉積介質(zhì)層期間，在將第二晶片暴露于高密度等離子體期間向室內(nèi)引入氟硅酸鹽玻璃。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于提高在高密度等離子體室中的半導(dǎo)體晶片沉積工藝的產(chǎn)量的方法，包括使用包括高功率足以燒掉室中的氟硅酸鹽玻璃殘留物的工藝，在高密度等離子體室中處理第一晶片；以及去除第一晶片，并使用相同的工藝處理附加的晶片，在晶片之間不清潔室。


圖1說明由在高密度等離子體操作中在第二晶片上發(fā)生的在富硅層下面形成富氟層而引起的污染的結(jié)果。
圖2表示由蝕刻掉富硅氧化物引起的另一污染形成。
圖3-6是用于覆蓋晶片卡具的暴露部分的處理組件的照片，并說明由氟污染材料的剝落而引起的污染物的不同數(shù)量。
圖7說明在其中處理晶片的室，并表示污染的出現(xiàn)局限于陶瓷處理組件。
圖8表示在氟化氧化物沉積工藝中減少晶片污染的流程圖。
圖9表示在氟化氧化物沉積工藝中減少晶片污染的流程圖。
應(yīng)當(dāng)理解的是，以下的詳細(xì)說明只是示例性的和解釋性的，不被看作是對所要求的本發(fā)明的限制。在瀏覽以下對優(yōu)選實施方式和權(quán)利要求之后，本發(fā)明的這些和其它方面、特征和優(yōu)點將是明顯的。
具體實施例方式
本發(fā)明人已經(jīng)開發(fā)出有創(chuàng)造力的解決方案，通過減少氟化氧化物沉積工藝中的晶片污染，具體地，對于在第一晶片之后HDP室中被處理的第二或附加的晶片，而改善高密度等離子體室中半導(dǎo)體晶片沉積工藝的產(chǎn)量。在本發(fā)明的一個實施方式中，用于減少污染的工藝包括在將第二晶片放置在室內(nèi)之前，使室暴露到氧等離子體。盡管該方法可以去除室中的材料內(nèi)已經(jīng)俘獲的任何FSG或自由氟，或與之反應(yīng)，該工藝可能影響室的制造工藝產(chǎn)量，因為它需要在處理每一個晶片之后清潔室。
在另一個實施方式中，用于降低污染的工藝包括在將第二晶片放置在室內(nèi)之前沉積未摻雜的二氧化硅薄膜。該工藝只要求在去除第一晶片時，關(guān)閉室并將未摻雜的二氧化硅引入到等離子體室中，使得它沉積和“調(diào)整”(“season”)室中的所有其它材料，以提供保護(hù)薄膜，并防止氟或其它的污染物在隨后的高密度等離子體操作中釋放出來，如FSG沉積工藝。
在圖8所描述的另一個實施方式中，用于減少污染的工藝包括使用兩步驟的FSG工藝。具體地，該工藝涉及在使用HDP的第一步驟中引入FSG，以及隨后的第二步驟，在第二步驟中，對晶片施加的電偏置減少，并引入未摻雜的硅玻璃或FSG。第二步驟可以在高得多的功率和較低的電偏置下進(jìn)行，使得高功率足以燒掉來自處理的第一部分中的FSG的任何室內(nèi)的殘留物，從而去除污染。使用這樣的兩步驟FSG工藝，不要求中斷整個半導(dǎo)體制造工藝，也沒有任何附加的時間添加到整個工藝中。
如圖8所示，該方法包括將第一晶片放置在高密度等離子體室18中，對第一晶片20施加第一電偏置，然后將第一晶片暴露于第一功率值的高密度等離子體22。該方法還包括在將第一晶片暴露于第一功率值的高密度等離子體期間將氟硅酸鹽玻璃沉積到室內(nèi)，以沉積介質(zhì)層24，對第一晶片26施加小于第一電偏置的第二電偏置，將第一晶片暴露于比第一功率值大的第二功率值的高密度等離子體28，使得第二功率值足夠高以燒掉在前面的沉積步驟期間沉積在室內(nèi)的氟殘留物。
在燒掉氟殘留物之后，該方法包括去除第一晶片30并將第二晶片放置在高密度等離子體室32中。然后，該方法包括對第二晶片34施加第一電偏置，將第二晶片暴露到第一功率值的高密度等離子體36，并在沉積介質(zhì)層38期間，在將第二晶片暴露到第一功率值的高密度等離子體期間向室內(nèi)沉積氟硅酸鹽玻璃。在所需的沉積時間之后，在介質(zhì)層40的沉積期間，該方法在將第二晶片暴露到第二功率值的高密度等離子體期間引入硅酸鹽玻璃。
在圖9的另一實施方式中，用于提高產(chǎn)量并減少污染的工藝包括在將第二晶片放置在室中稍后以及在HDP工藝中加熱該晶片之前沉積氟阻擋層，如使用氟硅酸鹽的沉積之前。氟阻擋層可以是富硅層，如SiO1.9，并且可以使用高密度等離子體工藝沉積。該步驟之后，在無氧的等離子體中進(jìn)行晶片加熱，使得富硅層不氧化，并改變其氟擴(kuò)散阻擋的性能。例如，加熱步驟可以在氬等離子體中進(jìn)行。在進(jìn)行上述的兩步驟FSG處理之前也可以使用氟阻擋層工藝。
如圖9所示，該方法包括將第一晶片放置在高密度等離子體室42中，使第一晶片暴露到高密度等離子體44，在將第一晶片暴露于高密度等離子體期間將氟硅酸鹽玻璃引入到室內(nèi)從而沉積介質(zhì)層46，并在所需的沉積完成之后去除第一晶片48。
該方法還包括將第二晶片放置在高密度等離子體室50中，在不加熱第二晶片52的情形下在室中沉積氟阻擋層，并在室54中形成無氧氣氛。該方法還包括加熱第二晶片56，將第二晶片暴露于高密度等離子體58；并在沉積介質(zhì)層60期間，在將第二晶片暴露于高密度等離子體期間向室內(nèi)引入氟硅酸鹽玻璃。
盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的幾個實施方式及其優(yōu)點。但應(yīng)當(dāng)理解，在不背離本發(fā)明的教授的情形下，可以進(jìn)行變更、改變、替換、轉(zhuǎn)換、修改、變動及改動，本發(fā)明的精神和范圍由權(quán)利要求書來描述。
權(quán)利要求
1.一種用于提高在高密度等離子體室中的半導(dǎo)體晶片沉積工藝的產(chǎn)量的方法，包括將第一晶片放置在高密度等離子體室中；對第一晶片施加第一電偏置；將第一晶片暴露于第一功率值的高密度等離子體；在將第一晶片暴露于第一功率值的高密度等離子體期間在室中沉積氟硅酸鹽玻璃，以沉積介質(zhì)層；對第一晶片施加小于第一電偏置的第二電偏置；將第一晶片暴露于大于第一功率值的第二功率值的高密度等離子體，使得第二功率值足夠高，以燒掉在之前的沉積步驟期間沉積的氟殘留物；去除第一晶片；將第二晶片放置在高密度等離子體室中；對第二晶片施加第一電偏置；將第二晶片暴露于第一功率值的高密度等離子體；在將第二晶片暴露于高密度等離子體期間向室內(nèi)沉積氟硅酸鹽玻璃；以及在沉積介質(zhì)層期間，在將第二晶片暴露于第一功率值的高密度等離子體之前引入硅酸鹽玻璃。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述硅酸鹽玻璃是未摻雜的硅酸鹽玻璃。
3.權(quán)利要求1的方法，還包括在將第二晶片暴露于第一功率值的高密度等離子體之前在室中沉積氟阻擋層。
4.權(quán)利要求3的方法，其中所述阻擋層包括富硅的氧化層。
5.權(quán)利要求1的方法，還包括去除第二晶片；以及清潔室。
6.一種用于提高在高密度等離子體室中的半導(dǎo)體晶片沉積工藝的產(chǎn)量的方法，包括將第一晶片放置在高密度等離子體室中；將第一晶片暴露于高密度等離子體；在將第一晶片暴露于高密度等離子體期間向室內(nèi)引入氟硅酸鹽玻璃以沉積介質(zhì)層；去除第一晶片；將第二晶片放置在高密度等離子體室中；在不加熱第二晶片的情形下在室中沉積氟阻擋層；在室中形成無氧氣氛；加熱第二晶片；將第二晶片暴露于高密度等離子體；以及在沉積介質(zhì)層期間，在將第二晶片暴露于高密度等離子體期間向室內(nèi)引入氟硅酸鹽玻璃。
7.權(quán)利要求6的方法，其中所述氟阻擋層包括富硅的氧化層。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述富硅氧化層包括SiO1.9。
9.權(quán)利要求6的方法，其中形成無氧氣氛包括向室內(nèi)引入氬氣。
10.權(quán)利要求1的方法，還包括去除第二晶片；以及清潔室。
11.一種用于提高在高密度等離子體室中的半導(dǎo)體晶片沉積工藝的產(chǎn)量的方法，包括使用包括高功率足以燒掉室中的氟硅酸鹽玻璃殘留物的工藝，在高密度等離子體室中處理第一晶片；以及去除第一晶片，并使用相同的工藝處理附加的晶片，在晶片之間不清潔室。
全文摘要
一種用于提高在高密度等離子體室中的半導(dǎo)體晶片沉積工藝的產(chǎn)量的方法，包括使用包括高功率足以燒掉室中的氟硅酸鹽玻璃殘留物的工藝，處理高密等離子體室中的第一晶片。該方法還包括去除第一晶片和使用相同的工藝處理附加的晶片，在晶片之間不清潔室。
文檔編號H01L21/469GK1655330SQ200510007849
公開日2005年8月17日 申請日期2005年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月5日
發(fā)明者萊昂納德·J·奧爾默, 托馬斯·詹姆斯·拉海, 蒂莫西·斯科特·坎貝爾, 羅伯特·威廉·山澤爾, 戴維·馬克·沙特爾沃斯 申請人:艾格瑞系統(tǒng)有限公司