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    • 专利摘要:
    本發明旨在提供一種半導體裝置之製造方法，可抑制半導體裝置之生產力降低，並同時抑制於晶圓背面產生起因於平台之損傷。在平台140經加熱之狀態下，在平台140上載置半導體晶圓10(步驟S10)。又，經過第1時間後，控制部400提高真空容器100內之壓力P1為高於第1壓力之第2壓力(步驟S40)。在平台140上載置半導體晶圓10後，設定真空容器100內之壓力P1，與吸附口144內之壓力P2之差壓P3為半導體晶圓10不在凸部141、142上滑動之最小值。且於步驟S40，亦維持差壓P3為半導體晶圓10不在凸部141、142上滑動之最小值。
    公开号:TW201304031A
    申请号:TW101106998
    申请日:2012-03-02
    公开日:2013-01-16
    发明作者:Misato Sakamoto；Yoshitake Katou；Youichi Yamamoto；Takashi Kyouno；Chikara Yamamoto；Terukazu Motosawa；Mitsuo Maeda；Hiroshi Itou
    申请人:Renesas Electronics Corp；
    IPC主号:H01L21-00
    专利说明:
    半導體裝置之製造方法
    本發明係關於半導體裝置之製造方法。
    在減壓氛圍下對形成半導體裝置之晶圓進行處理，例如成膜處理時，有時會加熱晶圓至既定溫度。於如此處理所使用之半導體製造裝置在真空容器內具有包含加熱機構之平台。於此平台設有吸附口與支持晶圓之凸部。
    又，專利文獻1中記載，進行成膜處理時，若在自使其呈減壓狀態起至實施包含CVD之一連串程序期間內，使腔室內壓力大致一定，即可使在經成膜之膜所產生之應力減小。 【先前技術文獻】 【專利文獻】 【專利文獻1】
    日本特開平10-189489號公報
    本案發明人發現，以具有包含吸附口及凸部之平台之半導體製造裝置處理晶圓時，有時於晶圓會發生破損。又，本案發明人檢討其原因，結果認為於晶圓背面會產生起因於平台凸部之損傷，晶圓以此損傷為起點破損。在此本案發明人開始檢討如何抑制半導體裝置之生產力降低，並同時使起因於平台之損傷不產生於晶圓背面。
    依本發明，可提供一種半導體裝置之製造方法，使用包含下列者之半導體製造裝置製造半導體裝置：真空容器；及平台，配置於該真空容器內，於表面具有凸部，包含吸附晶圓之吸附口，且具有加熱機構；該半導體裝置之製造方法之特徵在於包含：初期程序，在該平台經加熱之狀態下，在該平台上載置晶圓，設定該真空容器內之壓力為第1壓力，且保持第1時間；及加熱程序，在該初期程序後，於該平台經加熱之狀態下，提高該真空容器內之壓力為高於該第1壓力之第2壓力，加熱該晶圓。
    依本發明，在經加熱之平台上載置晶圓後，設定真空容器內之壓力為第1壓力。又，在加熱程序中，設定真空容器內之壓力為高於第1壓力之第2壓力。因此，藉由降低第1壓力，可抑制於晶圓背面產生起因於平台之損傷。且於加熱程序，藉由提高真空容器內之壓力，可在短時間內加熱晶圓整體。因此，可抑制半導體裝置之生產力降低。
    依本發明，可抑制半導體裝置之生產力降低，並同時抑制起因於平台之損傷產生於晶圓背面。
    以下，使用圖式說明關於本發明實施形態。又，於所有圖式中，對相同構成要素賦予相同符號，省略適當說明。 (第1實施形態)
    圖1係顯示依第1實施形態之半導體裝置製造方法之剖面圖。此圖所示之方法在絕緣膜20上形成導體膜30。
    首先，將半導體晶圓10導入半導體製造裝置真空容器內，在平台上載置之。如圖1(a)所示，於半導體晶圓10，預先形成絕緣膜20及凹部22。絕緣膜20亦可具有堆疊複數絕緣膜之疊層構造。又，凹部22之底面亦可位於經堆疊之絕緣膜界面。又，凹部22可用來形成具有例如溝槽構造之電容器，亦可用來嵌入通孔。係後者時，凹部22為嵌入通孔之配線層間絕緣膜中之穿通孔。且係後者時，凹部22亦可係藉由雙重金屬鑲嵌法一體形成之配線槽及導通孔。
    接著，在凹部22底面、側壁及絕緣膜20上表面上形成導體膜30。導體膜30可藉由CVD法形成，亦可藉由ALD法形成。導體膜30係例如TiN等金屬膜。凹部22用來形成電容器時，導體膜30係電容器之下部電極。且凹部22用來嵌入通孔時，導體膜30係金屬阻障膜。
    其後，去除形成在絕緣膜20上表面上的導體膜30中不要的部分。
    圖2係顯示圖1所示之程序中使用之半導體製造裝置之構成圖。此半導體製造裝置包含真空容器100及平台140。平台140配置於真空容器100內部。平台140內建加熱器等加熱機構146。控制加熱機構146之輸出，俾平台140之溫度為一定值。此控制亦可由後述之控制部400進行。
    且平台140包含凸部141、142及吸附口144。半導體晶圓10經載置在凸部141、142上。為吸附半導體晶圓10於平台140設置吸附口144，該吸附口144經由配管230連接真空泵300。於配管230設有流量控制部232、234，藉由流量控制部232、234控制來自吸附口144之排氣量。且在配管230中流量控制部232與流量控制部234之間，經由流量控制部236連接配管238。配管238經由流量控制部234對配管230導入惰性氣體(例如稀有氣體)。
    於真空容器100中，除平台140外，尚設有噴淋頭120。本說明書中，統稱係將氣體導入真空容器100內之構件，設有一個或複數氣體導入口者為噴淋頭。噴淋頭120將用來處理半導體晶圓10之製程氣體導入真空容器100內部。經由配管210對噴淋頭120供給製程氣體。於配管210設有流量控制部212。藉由流量控制部212，控制對真空容器100內製程氣體之供給量。
    且真空容器100經由配管220連接真空泵300。於配管220設有流量控制部222及節流閥224。藉由流量控制部222及節流閥224，控制來自真空容器100之排氣量。
    又，真空容器100內之壓力P1藉由壓力計102測定，吸附口144內之壓力P2藉由壓力計104測定。且流量控制部212、222、232、234、236及節流閥224藉由控制部400控制。壓力計102、104之測定值對控制部400輸出之。控制部400藉由控制此等者，控制真空容器100內之壓力P1及吸附口144內之壓力P2為所希望之值。使用流程圖等於後述控制部400於何時機控制壓力P1、P2為何值。
    圖3係顯示平台140凸部141、142佈局一例之俯視圖。本圖中省略吸附口144。凸部141沿平台140邊緣全周設置。且橫跨41內側區域全面，相互脫離設置複數凸部142。凸部141與凸部142之高度相互相等。換言之，平台140除凸部141、142外下陷，此下陷之區域連接吸附口144。
    其次，使用圖4，說明以圖2所示之半導體製造裝置形成導體膜30之方法。平台140預先加熱至既定溫度。此既定溫度宜在300℃以上，在340℃以上更佳。作為導體膜30形成TiN膜時，平台140之溫度維持於在340℃以上400℃以下之間之既定範圍內。
    在平台140經加熱之狀態下，載置半導體晶圓10在平台140上(步驟S10)。半導體晶圓10係例如直徑300mm之矽晶圓。惟半導體晶圓10可係直徑200mm之矽晶圓，亦可係直徑6英吋之矽晶圓。
    又，控制部400設定真空容器100內之壓力P1為第1壓力，設定吸附口144內之壓力P2為既定壓力。藉此，控制真空容器100內之壓力P1，與吸附口144內之壓力P2之差壓P3為設定值(步驟S20)。預先決定此設定值。決定此設定值之處理與圖4所示之處理分別進行，關於其詳細情形後述。藉由真空容器100內之壓力P1，與吸附口144內之壓力P2之差壓P3，半導體晶圓10抵緊平台140。
    吾人認為此時，差壓P3愈小，於半導體晶圓10背面愈難以產生損傷。另一方面，差壓P3若過小，在處理半導體晶圓10途中半導體晶圓10可能在凸部141、142上滑動。本實施形態中，設定差壓P3為半導體晶圓10在凸部141、142上不滑動之最小值。此差壓P3之最小值在例如3Torr以上5Torr以下，亦即400Pa以上665Pa以下。惟差壓P3亦可為此最小值超過1倍並在1.5倍以下的值。
    以此狀態，擱置半導體晶圓10第1時間(步驟S30)。藉此，加熱半導體晶圓10(初期程序)。
    經本案發明人檢討，結果確定半導體晶圓10背面中可能形成損傷之部分與凸部141、142接觸之部分一致。又，經本案發明人檢討，結果如後述，確定初期程序中真空容器100之壓力P1若高，於半導體晶圓10背面即會產生損傷，隨著壓力P1降低，即可抑制損傷產生於半導體晶圓10背面。
    雖未確定其理由，但可如以下推定。經本案發明人檢討，結果得知如圖7所示，半導體晶圓10之昇溫速度會隨壓力P1升高變快。因此，吾人認為隨著壓力P1降低即可抑制損傷產生於半導體晶圓10背面係因半導體晶圓10之昇溫速度降低。
    特別是在本實施形態中，平台140經加熱至預先決定之溫度。因此，在載置半導體晶圓10至平台140後，半導體晶圓10中接觸凸部141、142之部分會馬上局部性地較其他部分更急速地熱膨脹。因此，吾人認為於初期程序若提高壓力P1，特別會易於在半導體晶圓10背面產生損傷。
    在此於本實施形態中，某程度降低係壓力P1之設定值之第1壓力。設定例如第1壓力，俾自將半導體晶圓10載置在平台140上至5秒後止半導體晶圓10之平均昇溫速度在0.2℃/秒以下。
    又，第1時間在例如1秒以上15秒以下。初期程序之條件中若因半導體晶圓10之昇溫速度變慢，導致第1時間過長，半導體晶圓10之處理時間即會過長。此時，半導體裝置之製造成本會上昇。且吾人認為第1時間若過短，即無法獲得設定初期程序之效果，無法抑制於半導體晶圓10背面損傷之產生。
    經過第1時間後，控制部400即將真空容器100內之壓力P1提高至高於第1壓力之第2壓力(步驟S40)。藉此，半導體晶圓10之昇溫速度變快(加熱程序)。在此狀態下經過第2時間(步驟S50)，加熱半導體晶圓10至既定溫度。其後，自噴淋頭120導入成膜用製程氣體，對半導體晶圓10進行成膜處理(步驟S60)。又，在步驟S20~步驟S50止期間內，自噴淋頭120對真空容器100內導入加熱處理用製程氣體。第2壓力例如在5Torr以上15Torr以下，亦即在665Pa以上2000Pa以下。且第二壓力亦可例如超過第1壓力1倍並在3.75倍以下。
    又，加熱程序中，除真空容器100內之壓力P1外，亦宜提高吸附口144內之壓力P2。藉此，可抑制壓力P1與壓力P2之差壓P3上昇至必要以上，半導體晶圓10在必要以上以強力抵緊凸部141、142。藉此，可更抑制於半導體晶圓10背面產生損傷。
    又，控制部400宜使加熱程序中之差壓P3在例如初期程序中差壓P3之100%以上120%以下，係與初期程序中之差壓P3相等之值則更佳。
    圖5係顯示圖4變形例之流程圖。本實施形態中，除使步驟S50之時間較圖4短外，更將真空容器100內之壓力P1提高至高於第2壓力之第3壓力(步驟S52)。藉此，半導體晶圓10之昇溫速度更快(第2加熱程序)。在此狀態下經過第3時間(步驟S54)。如此，半導體晶圓10加熱至既定溫度止之時間即會縮短。又，加熱半導體晶圓10至既定溫度後，自噴淋頭120導入成膜用製程氣體，對半導體晶圓10進行成膜處理(步驟S60)。又，在步驟S20~步驟S54止期間內，自噴淋頭120對真空容器100內導入加熱處理用製程氣體。
    圖6係顯示圖4及圖5步驟S20中，決定真空容器100內之壓力P1與吸附口144內之壓力P2之差壓P3的設定值之處理之流程圖。在平台140上載置半導體晶圓10。又，控制部400設定真空容器100中之各種條件為適用於圖4步驟S60之條件。又，進行以下步驟S120~步驟S150所示之處理。
    首先控制部400設定差壓P3為某值(步驟S120)。又，暫時擱置半導體晶圓10後，判斷半導體晶圓10是否會在凸部141、142上滑動(步驟S130)。步驟S130所示之處理使用例如半導體製造裝置包含之滑動偵測用感測器進行。又，變更差壓P3(步驟S150)，並同時進行步驟S120及步驟S130所示之處理，至調查到係調查對象之差壓P3全範圍(步驟S140)止。
    其後，根據於步驟S130獲得之資料，決定差壓P3之設定值(步驟S160)。此設定值例如上述，設定為半導體晶圓10在凸部141、142上不滑動之最小值。惟亦可設定差壓P3之設定值為超過此最小值1倍並在1.5倍以下的值。
    又，進行圖6所示之程序，決定差壓P3之設定值後，更換半導體晶圓10並同時重複複數次圖4或圖5所示之程序。
    圖8顯示真空容器100內之壓力P1，與在半導體晶圓10背面觀察到的損傷(損害痕跡)的數量的關係。在此損傷如自此曲線圖所得知者，壓力P1為30Torr時，損傷數多。另一方面，壓力P1為15Torr時，相較於壓力P1為30Torr時損傷數少。且壓力P1為8Torr及4Torr時，不產生損傷。又，吸附口144之壓力P2為1Torr。
    圖9顯示自將半導體晶圓10載置在平台140凸部141、142上起至5秒後半導體晶圓10之平均昇溫速度，與在半導體晶圓10背面是否產生損傷之關係。又，設定平台140之溫度為上述範圍中之一定溫度。又，昇溫速度如圖7所示可藉由變更真空容器100之壓力P1變更之。
    由此圖確定，初期程序中真空容器100之壓力P1在自將半導體晶圓10載置於平台140起至5秒後半導體晶圓10之平均昇溫速度為0.2℃/秒以下時，於半導體晶圓10背面不會產生損傷，或即使產生亦不會造成問題。
    圖10顯示初期程序中真空容器100之壓力P1，與在半導體晶圓10背面是否產生損傷之關係。又，真空容器100之壓力P1與吸附口144內之壓力P2之差壓P3皆在3Torr以上5Torr以下，且係同一值。
    由此圖確定，真空容器100之壓力P1未滿15Torr時，可抑制在半導體晶圓10背面產生損傷。且由此圖確定，真空容器100之壓力P1在8Torr以下時，於半導體晶圓10背面不產生損傷，或即使產生亦不造成問題。
    又，圖9及圖10中，「○」顯示無法於半導體晶圓10背面確認損傷之情形，「△」顯示於半導體晶圓10背面雖產生損傷但不造成問題之情形，「×」顯示於半導體晶圓10背面產生損傷而造成問題之情形。
    且於初期程序在10秒以上時，於半導體晶圓10背面是否產生損傷與初期程序之時間無關。
    以上，依本實施形態，在將半導體晶圓10載置在平台140上而昇溫時，可抑制於半導體晶圓10背面產生損傷。 (第2實施形態)
    圖11係顯示依第2實施形態之半導體裝置製造方法之剖面圖。此半導體裝置製造方法包含於絕緣膜20形成凹部24之程序。
    首先如圖11(a)所示，在半導體晶圓10上形成絕緣膜20。接著在絕緣膜20上形成遮罩圖案40(例如光阻圖案)。
    接著如圖11(b)所示，以遮罩圖案40為遮罩，對絕緣膜20進行乾蝕刻。藉此，形成凹部24。又，凹部24係例如配線槽、導通孔、接觸洞或用來嵌入電容元件之溝槽。
    圖11所示之程序中所使用之半導體製造裝置與圖2所示之半導體製造裝置構成相同。惟噴淋頭120及平台140亦用作為用來產生電漿之電極。又，使用與第1實施形態相同之方法，藉由平台140加熱半導體晶圓10至既定溫度。
    依本實施形態，將半導體晶圓10載置在平台140上而昇溫時，亦可抑制於半導體晶圓10背面產生損傷。 (實施例1)
    圖4步驟S20中真空容器100內之壓力P1為4Torr，吸附口144內之壓力P2為1Torr。步驟S30中之第1時間為10秒。在步驟S40中昇壓後，真空容器100內之壓力P1為10Torr，吸附口144內之壓力P2為7Torr。步驟S50中之第2時間為30秒。且步驟S20~步驟S50期間內自噴淋頭120朝真空容器100流動之氣體流量為7000sccm。
    在此條件下，即使在進行圖4步驟S60之處理後，於半導體晶圓10亦不發生破損。 (實施例2)
    圖5步驟S20中真空容器100內之壓力P1為4Torr，吸附口144內之壓力P2為1Torr。步驟S30中之第1時間為10秒。在步驟S40中昇壓後，真空容器100內之壓力P1為10Torr，吸附口144內之壓力P2為7Torr。步驟S50中之第2時間為10秒。且在步驟S52中昇壓後，真空容器100內之壓力P1為30Torr，吸附口144內之壓力P2為10Torr。步驟S54中之第3時間為8秒。且步驟S20~步驟S54期間內自噴淋頭120朝真空容器100流動之氣體流量為7000sccm。
    在此條件下，即使在進行圖5步驟S60之處理後，於半導體晶圓10亦不發生破損。
    以上，雖參照圖式敘述關於本發明之實施形態及實施例，但此等者係本發明之例示，亦可採用上述以外之各種構成。
    P1、P2‧‧‧壓力
    P3‧‧‧差壓
    S10~S160‧‧‧步驟
    10‧‧‧半導體晶圓
    20‧‧‧絕緣膜
    22、24‧‧‧凹部
    30‧‧‧導體膜
    40‧‧‧遮罩圖案
    100‧‧‧真空容器
    102、104‧‧‧壓力計
    120‧‧‧噴淋頭
    140‧‧‧平台
    141、142‧‧‧凸部
    144‧‧‧吸附口
    146‧‧‧加熱機構
    210、220、230、238‧‧‧配管
    212、222、232、234、236‧‧‧流量控制部
    224‧‧‧節流閥
    300‧‧‧真空泵
    400‧‧‧控制部
    圖1(a)(b)係顯示依第1實施形態之半導體裝置製造方法之剖面圖。
    圖2係顯示圖1所示之程序中所使用之半導體製造裝置之構成圖。
    圖3係顯示平台凸部佈局一例之俯視圖。
    圖4係說明使用圖2所示之半導體製造裝置形成導體膜之方法之流程圖。
    圖5係顯示圖4變形例之流程圖。
    圖6係顯示圖4及圖5之步驟S20中，決定真空容器內壓力P1與吸附口內壓力P2之差壓P3設定值之處理的流程圖。
    圖7係顯示半導體晶圓昇溫速度與真空容器內壓力P1的關係的曲線圖。
    圖8係顯示真空容器內壓力P1，與於半導體晶圓背面所觀察到的損傷(損害痕跡)數之關係圖。
    圖9係顯示自在平台凸部上載置半導體晶圓起至5秒後半導體晶圓之平均昇溫速度，與於半導體晶圓背面是否產生損傷之關係圖。
    圖10係顯示初期程序中真空容器之壓力P1，與在半導體晶圓背面是否產生損傷之關係圖。
    圖11(a)(b)係顯示依第2實施形態之半導體裝置製造方法之剖面圖。
    S10~S60‧‧‧步驟
    权利要求:
    Claims (11)
    [1] 一種半導體裝置之製造方法，使用一半導體製造裝置以製造半導體，該半導體製造裝置包含：真空容器；及平台，配置於該真空容器內，於表面具有凸部，包含吸附晶圓之吸附口，且具有加熱機構；該半導體裝置之製造方法之特徵在於包含：初期程序，在該平台經加熱之狀態下，於該平台上載置晶圓，將該真空容器內之壓力設定為第1壓力，且保持第1時間；及加熱程序，在該初期程序後，於該平台經加熱之狀態下，提高該真空容器內之壓力至高於該第1壓力之第2壓力，加熱該晶圓。
    [2] 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中，於該初期程序，設定該第1壓力，俾自將該晶圓載置於該平台上起到5秒後為止，該晶圓之平均昇溫速度在0.2℃/秒以下。
    [3] 如申請專利範圍第1或2項之半導體裝置之製造方法，其中，於該初期程序，使該真空容器內之壓力與該吸附口內之壓力的壓力差為該晶圓不在該凸部上滑動之最小值。
    [4] 如申請專利範圍第1或2項之半導體裝置之製造方法，其中，預先在該半導體製造裝置之該晶圓處理條件下，變更該真空容器內之壓力與該吸附口內之壓力之壓力差，而調查載置該晶圓於該平台時該晶圓是否會在該凸部上滑動，根據此調查結果決定該壓力差之設定值，其後，對於複數該晶圓重複進行該初期程序及該加熱程序，於該初期程序，設定該壓力差為該設定值。
    [5] 如申請專利範圍第1或2項之半導體裝置之製造方法，其中，於該初期程序，該真空容器內之壓力與該吸附口內之壓力的壓力差，在400Pa以上665Pa以下。
    [6] 如申請專利範圍第3至5項中任一項之半導體裝置之製造方法，其中，於該加熱程序，該真空容器內之壓力與該吸附口內之壓力的壓力差，為該初期程序中之值的100%以上120%以下的值。
    [7] 如申請專利範圍第6項之半導體裝置之製造方法，其中，該加熱程序中之該壓力差等於該初期程序中的值。
    [8] 如申請專利範圍第1至7項中任一項之半導體裝置之製造方法，其中，於該初期程序，令該平台在300℃以上。
    [9] 如申請專利範圍第1至8項中任一項之半導體裝置之製造方法，其中，該第1時間在2秒以上15秒以下。
    [10] 如申請專利範圍第1至9項中任一項之半導體裝置之製造方法，其中，於該加熱程序後，在該晶圓上進行成膜處理。
    [11] 如申請專利範圍第1至9項中任一項之半導體裝置之製造方法，其中，於該加熱程序後，在該晶圓上進行乾蝕刻處理。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    CN102683172B|2017-05-17|
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    TWI544560B|2016-08-01|
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    引用文献:
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    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP2011055284A|JP5606970B2|2011-03-14|2011-03-14|半導体装置の製造方法|
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