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TW201409563A - 蝕刻方法 - Google Patents

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TW201409563A
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史帝芬Ｒ 柏吉斯
艾力克斯 索德休
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Ｓｐｔｓ科技公司
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Abstract

本發明提供一種在一感應耦合電漿腔室中的一平台上蝕刻連續基板的方法，其中該蝕刻製程導致該腔室內碳質的沉積，該方法包括：(a)中斷該基板的蝕刻製程；(b)使氧氣或含氧電漿於該腔室內流動並移除氣體的副產物；以及(c)恢復該基板的蝕刻製程其特徵在於，該方法還包含以下步驟：(d)在步驟(b)之後，使一氬電漿在腔室內流動並伴隨平台偏移。

Description

蝕刻方法 發明領域
本發明係有關於一種在一腔室中之一平台上蝕刻過多基板的方法，其中該蝕刻製程導致該腔室中碳質的沉積。
發明背景
某些蝕刻製程可能會導致碳質沉積於該蝕刻腔室中。當對鍍有聚醯亞胺的矽晶圓(其被廣泛地應用在半導體和其它相關產業中)加工時，尤為真實。為了確保一高品質的金屬/金屬介面，在金屬沉積之前，一般及理想上係藉由一濺鍍蝕刻製程(通常使用氬)，以自該晶圓表面移除材料。此步驟一般係於一物理氣相沉積(PVD)預清潔模組中執行。然而，透過該PVD預清潔模組之PI晶圓的延長的或頻繁的蝕刻可導致一濺鍍材料積增在該腔室蓋和腔室壁的周圍。該碳質材料會累積至一程度而使得顆粒會變得鬆動且開始移動於該腔室，特別是在加工過程中，這些碳質材料可能會掉落在晶圓上並汙染該晶圓。
企圖藉由一氧電漿的頻繁使用以解決上述問題是已知的技術。該氧氣的步驟可以是相對較短的(例如：60 秒)，且可以作為一不需要平台偏移的條件步驟。據信，將氧電漿引入至碳化腔室中會促進碳的氧化而產生CO/CO2，其等可以很容易地被抽走。該材料的移除降低顆粒數目。
在圖1中可以看出，本申請人利用光譜學監控整個製程。在氧電漿的起始階段期間，腔室內的O2水平低而CO水平呈現高的狀態。推測在達到平衡之前，氧氣會將由PI蝕刻而存在之碳的物種轉換成CO。
該氧電漿處理的頻率傾向於由客戶依據其所經歷的顆粒形成速率和其它他們可能有的任何需求而選擇。然而，對於一典型的氬濺鍍清洗蝕刻(其中在接下來的沉積步驟之前，150-300Å的SiO2(或同等物)會被移除)來說，可能的是，在50至100 PI的鍍層晶圓內，一氧電漿的清洗是需要的。雖然該步驟提供有效的顆粒控制，本申請人已發現，在這樣的氧處理之後會直接有一急遽之蝕刻速率的降低。該蝕刻速率的降低量已被測量為20%至30%之間。這顯然會導致連續晶圓間之均一性的明顯缺乏，且許多半導體製造商不會接受起始的蝕刻速率下降或是生成物產量的下降，如果他們已經意識到了這個問題。
發明概要
本發明有關於一種在一腔室中之平台上蝕刻連續基板的方法，其中該蝕刻製程導致該腔室內之碳質沉積，該方法包括： (a)中斷該基板的蝕刻製程；(b)使含氧電漿的氧氣於該腔室內流動並移除氣體的副產物；以及(c)恢復該基板的蝕刻製程。
其特徵在於，該方法還包含以下步驟：(d)在步驟(b)之後，使一氬電漿在腔室內流動並伴隨平台偏移。
較佳地，步驟(d)持續500秒至1200秒之間，且特別佳地進行步驟(d)約600秒。
該平台較佳地被RF偏移，於此例子中，該RF偏壓功率可介於400瓦特至1000瓦特之間。一約800瓦特之RF偏壓功率是特別佳的。
合宜地，該氬電漿為一感應耦合電漿。
雖然本發明已被定義如上，應被理解的是其包括任何上述或在以下描述中的特徵的發明性組合。
本發明可以各種方式執行，且他們現在將以實施例、具體實施例的方式並參照附圖來說明，其中：圖1為在PI製程後，氧電漿處理期間的CO對O2的圖；圖2為氧電漿處理前後的蝕刻速率圖，其中氧電漿處理為單獨使用或是和隨後的氬處理一起使用；圖3為應用在本發明具體實施例中之PVD腔室的概要圖；圖4顯示在特定條件下蝕刻速率的比較圖； 圖5顯示在一以偏壓或是電漿密度為因子之蝕刻速率圖；圖6說明本發明具體實施例的利用所造成的蝕刻速率穩定性；以及圖7顯示在不同偏壓條件下，該比較性蝕刻速率的復原。
較佳實施例之詳細說明
正如圖1所指，碳質沉積的問題可利用一間斷的氧電漿步驟成功地解決。但是，如同在圖2中的左手側所證明，假如執行一標準的氧電漿蝕刻，則蝕刻速率會明顯地下降。不過，申請人已經確定，令人驚訝地，假如一腔室經過偏壓氬電漿處理，由圖2的右手側可以看到，蝕刻速率的下降幾乎是可忽略的。
特別是，在O2之後，一氬電漿在腔室中撞擊，且該平台遭受偏移。
一PVD預清潔模組的示意圖係說明於圖3。該模組，一般以10表示，包含一具有一進氣口12之陶瓷腔室11、一平台13(其可於一晶圓負載位置和一加工位置之間移動)、一環繞帶14用於以一已知方式感應耦合該腔室中之一電漿15、以及一排氣孔。該平台與一RF供應器17連接，以偏移一平台。
在一PVD系統中，該模組被用在一金屬沉積步驟前清潔一晶圓。一晶圓被放置在該真空腔室中的平台組件 上，其利用該環繞帶14觸擊一電漿，該環繞帶14連接至一RF電源(沒有圖示)，且該RF供應至該平台。
以含氬電漿濺鍍蝕刻該聚醯亞胺晶圓後，該陶瓷壁和腔室蓋被佈上碳沈積物(其自高碳表面放射)。該碳沈積物藉由如前所述的氧基底的電漿步驟而移除。在氧處理後，一些氧很可能會留在內部腔室的陶瓷內和腔室頂部的氣體入口點；在電漿加工過程中，氧氣可能會因溫度上升而被攪動，並因此擴散至該腔室中，改變電漿的性質且因此降低蝕刻速率。
氬復原電漿藉由暴露該腔室於高溫下而作用，並導致困在腔體中的氧氣在氣體狀況下擴散至電漿中。在一定的時間後，足夠的氧氣係已自陶瓷壁移除，以恢復蝕刻速率至其原始值。此製程係與一虛擬晶圓一起執行，或在一可以被蝕刻之塗佈有陶瓷的平台上執行。
氬濺鍍蝕刻與氬條件步驟具有非常相似的加工條件。該氬條件步驟較佳在厚的陶瓷平台(例如：數mm厚)上執行，以為了不需使用一條件晶圓。
在一給定時間內之腔室的蝕刻數據可以藉由在一SiO2晶圓上執行一測試來確定，其測試為測量在已知的電漿蝕刻期間前後的厚度。Pi製程的不同階段的結果顯示如下：表1：在整個製程的不同階段之蝕刻速率變化的數據。
可看見，約30%的蝕刻速率下降係起因於氧電漿處理，且在600秒之偏壓氬復原電漿後可完全恢復至其原始值。
在圖4中可以看見該平台偏移的重要性，即，假如氬處理是在無偏移下進行，會有很低的恢復速率。
一600秒偏壓電漿可導致大於99%的復原。一般已知該蝕刻速率和電漿的密度有關，且因此與晶圓表面處之離子流有關。電漿密度可利用一光學顯微鏡監控以檢測發射的光強度。通常利用一光學發光分光計以在不同頻率下用以檢測發射的光強度，例如在圖5中，O2=772 nm且Ar=763 nm。對於一非偏移波峰，該與旋轉通量有關之整體電漿強度通常大於偏移之案例。然而，當一非偏壓電漿的強度藉由增強該氣體流量(600sccm)與線圈功率(1500w)來增加以和該偏壓電漿的密度相當時，該蝕刻速率仍不被改善。
圖5顯示在氬和氧電漿加工期間得到的光譜，該 高強度非偏壓氬復原步驟係被強調且測量的蝕刻速率亦被顯示。
在這個例子中，該復原步驟觀察到的電漿強度些微地高於偏壓氬電漿，但該復原的蝕刻速率仍然不像一相等的偏壓電漿一樣好。這因此顯現，與增強的電漿強度有所區別，該平台偏移在實現無可預期的蝕刻速率復原上扮演一角色。
圖6說明600秒偏壓氬電漿的蝕刻速率復原的穩定性。其顯示以氧/氬復原步驟(其發生於每50片晶圓後)加工處理550pi晶圓所得到的結果。該蝕刻速率具有晶圓對晶圓之1.65的非均勻性1σ(%)，這是大多數客戶要求的規格。
圖7的表格說明復原和偏壓之間的關係。偏壓的增加改善復原的速率，但在400瓦特至800瓦特之間增加的改善是有限的，較佳製程係在600瓦特下進行。

Claims (7)

  1. 一種在一感應耦合電漿腔室中的一平台上蝕刻連續基板的方法，其中該蝕刻製程導致該腔室內碳質的沉積，該方法包括：(a)中斷該基板的蝕刻過程；(b)使氧氣或含氧電漿於該腔室內流動並移除氣體的副產物；和(c)恢復該基板的蝕刻製程其特徵在於，該方法還包含以下步驟：(d)在步驟(b)之後，使一氬電漿在腔室內流動並伴隨平台偏移。
  2. 如請求項1之方法，其中步驟(d)延續500秒至1200秒之間。
  3. 如請求項2之方法，其中步驟(d)延續約600秒。
  4. 如前述任一請求項之方法，其中該平台被RF偏移。
  5. 如請求項4之方法，其中該RF偏壓功率介於400瓦特至1000瓦特之間。
  6. 如請求項5之方法，其中該RF偏壓功率約800瓦特。
  7. 如前述任一請求項之方法，其中該氬電漿為一感應耦合電漿。
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