專利名稱：改善晶圓表面平坦度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種改善晶圓表面平坦度方法，特別是有關(guān)一種在晶圓的主動(dòng)表面以化學(xué)氣相沉積法(chemicl vapor deposition；CVD)沉積復(fù)數(shù)層薄膜時(shí)，改善上述薄膜表面的平坦度的方法。
背景技術(shù)：
如圖1所示，是一俯視示意圖，是顯示晶圓100在一CVD薄膜沉積設(shè)備(未繪示于圖面)的反應(yīng)腔室200內(nèi)。其中，反應(yīng)腔室200具有八個(gè)反應(yīng)氣體注入口210，以環(huán)狀且均勻排列于晶圓100的上方。當(dāng)CVD反應(yīng)開始時(shí)，一反應(yīng)氣體(未繪示于圖面)從反應(yīng)氣體注入口，進(jìn)入反應(yīng)腔室200內(nèi)，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成所要在晶圓100上所沉積薄膜的構(gòu)成物質(zhì)(未繪示于圖面)，例如為一介電質(zhì)，沉積于晶圓100的表面上。
如圖2A所示，是顯示在圖1中完成薄膜沉積及平坦化后的晶圓100沿弧線AA的剖面圖，其中薄膜110是上述以CVD法沉積于晶圓100上的薄膜，例如為一介電質(zhì)層。在上述薄膜沉積過(guò)程中，因反應(yīng)氣體注入口210附近具有濃度較大的反應(yīng)氣體，因此在晶圓100的表面中，與反應(yīng)氣體注入口210距離愈近之處，所沉積的薄膜110厚度愈厚，因此薄膜110呈現(xiàn)不平整的表面。雖然可以例如化學(xué)機(jī)械研磨法(chemical mechanical polishing；CMP)將薄膜110的表面作平坦化，但是仍無(wú)法達(dá)到完全平坦化的程度，圖2A中的H是指在上述的平坦化步驟之后，薄膜110表面的最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的落差。
在圖1中，晶圓100具有一缺口(notch)101，作為定位晶圓100的參考點(diǎn)。傳統(tǒng)半導(dǎo)體制程中，例如金屬化制程中，分階段在晶圓100上沉積復(fù)數(shù)層的薄膜時(shí)，晶圓100通常是以固定的位置與方位在反應(yīng)腔室200內(nèi)進(jìn)行薄膜沉積的步驟，例如晶圓100在各自具有反應(yīng)腔室200的不同的薄膜沉積設(shè)備進(jìn)行各層的薄膜沉積時(shí)，缺口101與各反應(yīng)氣體注入口210的相對(duì)位置關(guān)系均一致，因此在沉積各層薄膜時(shí)，晶圓100上距離反應(yīng)氣體注入口210較近與較遠(yuǎn)的位置均固定的情況下，上述薄膜110所呈現(xiàn)不平整的表面的高低落差的情形會(huì)隨著所沉積的薄膜層數(shù)的增加而累加。而在半導(dǎo)體的金屬化制程中，沉積到最后一層的薄膜時(shí)，其表面的高低落差可達(dá)2000。
如圖2B所示，在薄膜110上沉積一薄膜120，例如為介電質(zhì)層。在沉積薄膜120時(shí)，是使用同樣具有反應(yīng)腔室200的另一CVD薄膜沉積設(shè)備(未繪示于圖面)，且缺口101與各反應(yīng)氣體注入口210的相對(duì)位置關(guān)系與沉積薄膜110時(shí)相同。因此依然在薄膜110較厚之處，薄膜120亦較厚；而薄膜110較薄之處，薄膜120亦較?。辉偌由铣练e薄膜120時(shí)，薄膜110的表面較高處會(huì)更容易累積沉積粒子；而使在沉積薄膜120與薄膜110使用相同的沉積條件下，最后在薄膜120執(zhí)行平坦化之后，薄膜120表面的最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的落差會(huì)大于上述H值的2倍，而在定義薄膜120的圖形時(shí)，上述薄膜120不平整的表面會(huì)導(dǎo)致定義薄膜120的圖形時(shí)，因無(wú)法聚焦而導(dǎo)致圖形尺寸控制不佳的問(wèn)題，對(duì)半導(dǎo)體制程的良率與所制造的半導(dǎo)體芯片的可靠度有不良影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種改善晶圓表面平坦度的方法，適用在一晶圓上以化學(xué)氣相沉積法(chemical vapor deposition；CVD)沉積復(fù)數(shù)層的薄膜，可有效地改善沉積復(fù)數(shù)層薄膜之后的晶圓表面平坦度，因而改善習(xí)知技術(shù)中隨著薄膜層數(shù)的累積造成晶圓表面高低落差增加，而使在定義上述薄膜圖形時(shí)所面臨因晶圓上所沉積的薄膜表面平坦度不佳而無(wú)法聚焦的問(wèn)題，可改善上述薄膜圖形的尺寸控制，提升半導(dǎo)體制程的良率與所制造的半導(dǎo)體芯片的可靠度。
為達(dá)成本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供一種改善晶圓表面平坦度的方法，適用在一晶圓上以化學(xué)氣相沉積法(chemical vapor deposition；CVD)沉積復(fù)數(shù)層的薄膜，包括提供一晶圓；將上述晶圓置入一第一薄膜沉積設(shè)備中，以化學(xué)氣相沉積法沉積一第一層薄膜，其中上述第一薄膜沉積設(shè)備具有至少一第一反應(yīng)氣體注入口(injector)，且上述晶圓相對(duì)上述第一反應(yīng)氣體注入口具有一第一方向；以及將上述晶圓置入一第二薄膜沉積設(shè)備中，以化學(xué)氣相沉積法沉積一第二層薄膜，其中上述第二薄膜沉積設(shè)備具有至少一第二反應(yīng)氣體注入口(injector)，而上述第二反應(yīng)氣體注入口的數(shù)量與排列方式與上述第一反應(yīng)氣體注入口的數(shù)量與排列方式大體相同，且上述晶圓相對(duì)上述第二反應(yīng)氣體注入口具有一第二方向，上述第二方向與上述第一方向具有一第一角度，使上述第二反應(yīng)氣體注入口在上述晶圓上的投影點(diǎn)與上述第一反應(yīng)氣體注入口在上述晶圓上的投影點(diǎn)不同。


圖1為一俯視示意圖，是顯示傳統(tǒng)在晶圓沉積復(fù)數(shù)層薄膜時(shí)，晶圓相對(duì)于薄膜沉積設(shè)備的固定方向；圖2A-2B為一系列的剖面圖，是顯示傳統(tǒng)在晶圓沉積復(fù)數(shù)層薄膜時(shí)，因薄膜層的增加而使晶圓表面高低落差增加的問(wèn)題；圖3A-3D為一系列的俯視示意圖，是顯示本發(fā)明較佳實(shí)施例的步驟；圖4A-4D為一系列的剖面圖，是顯示本發(fā)明較佳實(shí)施例的步驟與成效。
圖號(hào)說(shuō)明100、600-晶圓101、601-缺口
110、120-薄膜200、300、500-反應(yīng)腔室210、310、510-反應(yīng)氣體注入口400-晶圓方向控制設(shè)備610、620、630、640-薄膜具體實(shí)施方式
為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，并配合所附圖示，作詳細(xì)說(shuō)明如下如圖3A至3D所示，是一系列的俯視示意圖，用以說(shuō)明本發(fā)明較佳實(shí)施例的流程。
如圖3A所示，是一俯視示意圖，是顯示晶圓600在一第一薄膜沉積設(shè)備(未繪示于圖面)的反應(yīng)腔室300內(nèi)，而上述第一薄膜沉積設(shè)備是一CVD薄膜沉積設(shè)備。其中，反應(yīng)腔室300具有八個(gè)反應(yīng)氣體注入口310，以環(huán)狀且均勻排列于晶圓600的上方。而在晶圓600當(dāng)CVD反應(yīng)開始時(shí)，一反應(yīng)氣體(未繪示于圖面)從反應(yīng)氣體注入口，進(jìn)入反應(yīng)腔室300內(nèi)，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成所要在晶圓600上所沉積薄膜的構(gòu)成物質(zhì)(未繪示于圖面)，例如為一介電質(zhì)，沉積于晶圓600的表面上。另外，晶圓600較好為具有一定位辨識(shí)設(shè)計(jì)，例如為缺口(notch)601，以方便來(lái)辨識(shí)晶圓600的方向。
如圖4A所示，是顯示在圖3A中完成薄膜沉積及平坦化后的晶圓600沿弧線BB的剖面圖，其中薄膜610是上述以CVD法沉積于晶圓600上的薄膜，例如為一介電質(zhì)層。在上述薄膜沉積過(guò)程中，因反應(yīng)氣體注入口310附近具有濃度較大的反應(yīng)氣體，因此在晶圓100的表面中，與反應(yīng)氣體注入口310距離愈近之處，所沉積的薄膜610厚度愈厚，因此薄膜610呈現(xiàn)不平整的表面。雖然可以例如化學(xué)機(jī)械研磨法(chemical mechanical polishing；CMP)將薄膜610的表面作平坦化，但是仍無(wú)法達(dá)到完全平坦化的程度。
如圖3B所示，是一俯視示意圖，是顯示晶圓600在一第二薄膜沉積設(shè)備(未繪示于圖面)的反應(yīng)腔室500內(nèi)，其中反應(yīng)腔室500內(nèi)的反應(yīng)氣體注入口510的數(shù)量與排列方式與反應(yīng)腔室300內(nèi)的反應(yīng)氣體注入口310的數(shù)量與排列方式大體相同。因此，使用上述第二薄膜沉積設(shè)備在薄膜610上沉積一例如為一介電質(zhì)層的薄膜620(繪示于圖4C)時(shí)，晶圓600的方向必須作改變；亦即，晶圓600相對(duì)于各反應(yīng)氣體注入口310的方向與各反應(yīng)氣體注入口510的方向必須不一樣較好是使晶圓300上原先距離反應(yīng)氣體注入口310較近而具有較厚的薄膜610之處，距離反應(yīng)氣體注入口510較遠(yuǎn)而沉積厚度較薄的薄膜620；而原先距離反應(yīng)氣體注入口310較遠(yuǎn)而具有較薄的薄膜610之處，距離反應(yīng)氣體注入口510較近而沉積厚度較厚的薄膜620。如此使相近層數(shù)的薄膜厚度可以互補(bǔ)，而使晶圓600的表面能漸趨平坦而改善如習(xí)知技術(shù)中的晶圓100的表面高低落差隨著所沉積的薄膜層數(shù)增加而漸次增加的問(wèn)題。
比較圖3A與圖3B，圖3B中晶圓600較圖3A中的晶圓600旋轉(zhuǎn)了一角度θ，可比較圖3A與圖3B中缺口601位置的差異來(lái)作識(shí)別。角度θ值的決定較好是根據(jù)各薄膜沉積設(shè)備的反應(yīng)氣體注入口的數(shù)量、排列方式等因素來(lái)決定，另外所要沉積的薄膜層數(shù)亦為另一可列入考慮的因素。例如在反應(yīng)氣體注入口310、510為均勻的環(huán)狀排列的情形下，角度θ值較好為約(360°/(2×N))或其奇數(shù)倍，其中N是反應(yīng)氣體注入口310的數(shù)量；如此晶圓600上薄膜610最厚之處所沉積的薄膜620的厚度就最薄，而晶圓600上薄膜610最薄之處所沉積的薄膜620的厚度就最厚，使相鄰的二層薄膜610、620的厚度可立即互補(bǔ)，而使晶圓600的表面高低落差可控制在一可接受的范圍內(nèi)，而上述的“可接受的范圍內(nèi)”即是在定義每層薄膜的圖形時(shí)，因所使用的光源、阻劑、與圖形的特征尺寸等因素所決定的曝光時(shí)的景深；晶圓600的表面高低落差在上述的景深范圍內(nèi)，每層薄膜的圖形尺寸就可以得到良好的控制。而角度θ值亦可以為約A×(360°/(M×N))，其中N是該些第一反應(yīng)氣體注入口的數(shù)量；M是預(yù)計(jì)在晶圓600上所沉積薄膜的層數(shù)的不為1的因子；A是不為0的整數(shù)且A不等于M以及M的倍數(shù)；例如預(yù)計(jì)在晶圓600上沉積6層薄膜時(shí)，6的因子為1、2、3、6，因此M可為2、3、6；而在M值為3時(shí)，即表示連續(xù)的3層絕緣層彼此厚度的不同之處可以互補(bǔ)；但是此時(shí)A值就不可以是0、3、與3的倍數(shù)，A值為0時(shí)，等于晶圓600的方向沒(méi)有變化，而A值為3或3的倍數(shù)時(shí)，以沉積薄膜620為例，原本晶圓600距離反應(yīng)氣體注入口310最近之處，又被轉(zhuǎn)到距離反應(yīng)氣體注入口510最近之處又沉積了最厚的薄膜620，又回到原先習(xí)知技術(shù)所遇到的問(wèn)題。
在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，角度θ值為約(360°/(2×N))，而反應(yīng)氣體注入口的數(shù)量為8，因此角度θ值為約22.5°。在圖3B中，在弧線BB上所沉積的薄膜620的厚度值分布圖繪示于圖4B，因此圖4C所顯示圖3B的晶圓600沿弧線BB的剖面圖中，相較于圖2B的晶圓100，在晶圓600上沉積薄膜620之后，其表面平坦度就得到相當(dāng)大的改善。
如圖3C所示，如果實(shí)施本發(fā)明者所擁有的薄膜沉積設(shè)備不具有控制晶圓方向的功能，例如旋轉(zhuǎn)晶圓的功能，可使用一晶圓方向控制設(shè)備400來(lái)改變晶圓600的方向，例如可將晶圓600置入晶圓方向控制設(shè)備400，再使晶圓600轉(zhuǎn)動(dòng)一大體等于上述的角度θ，在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中是轉(zhuǎn)動(dòng)約22.5°，轉(zhuǎn)動(dòng)后的晶圓600的方向繪示于圖3D中。
如圖4D所示，重復(fù)上述沉積薄膜620的方法，并分別使用具有與上述第二薄膜沉積設(shè)備相同數(shù)量與排列方式的反應(yīng)氣體注入口的一第三薄膜沉積設(shè)備(未繪示于圖面)及一第四薄膜沉積設(shè)備，在晶圓600上陸續(xù)沉積例如為介電質(zhì)層的薄膜620、630后，晶圓600的表面平坦度不因薄膜層的增加而有表面高低落差變大的情形，是達(dá)成上述本發(fā)明的主要目的。
另外，薄膜沉積設(shè)備的反應(yīng)氣體注入口的數(shù)量與排列方式，會(huì)因設(shè)備型號(hào)與制造商的不同，而有不同的數(shù)量與排列方式，本發(fā)明較佳實(shí)施例所使用的具有八個(gè)呈均勻環(huán)狀排列的反應(yīng)氣體注入口的第一至第四薄膜沉積設(shè)備僅是其中的一個(gè)例子，例如尚有另一品牌的薄膜沉積設(shè)備是具十二個(gè)呈均勻環(huán)狀排列的反應(yīng)氣體注入口、或是具有其它的薄膜沉積設(shè)備是具有不同的反排列方式與數(shù)量的反應(yīng)氣體注入口；熟悉此技藝者可在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，依據(jù)其所使用的薄膜沉積設(shè)備的反應(yīng)氣體注入口的數(shù)量與排列方式，而將本發(fā)明較佳實(shí)施例所揭露的方法稍作變化。
權(quán)利要求
1.一種改善晶圓表面平坦度的方法，適用在一晶圓上以化學(xué)氣相沉積法(chemical vapor deposition；CVD)沉積復(fù)數(shù)層的薄膜，其特征在于所述的改善晶圓表面平坦度的方法包括提供一晶圓；將該晶圓置入一第一薄膜沉積設(shè)備中，以化學(xué)氣相沉積法沉積一第一層薄膜，其中該第一薄膜沉積設(shè)備具有至少一第一反應(yīng)氣體注入口(injector)，且該晶圓相對(duì)該第一反應(yīng)氣體注入口具有一第一方向；將該晶圓置入一第二薄膜沉積設(shè)備中，以化學(xué)氣相沉積法沉積一第二層薄膜，其中該第二薄膜沉積設(shè)備具有至少一第二反應(yīng)氣體注入口(injector)，而該第二反應(yīng)氣體注入口的數(shù)量與排列方式與該第一反應(yīng)氣體注入口的數(shù)量與排列方式大體相同，且該晶圓相對(duì)該第二反應(yīng)氣體注入口具有一第二方向，該第二方向與該第一方向具有一第一角度，使該第二反應(yīng)氣體注入口在該晶圓上的投影點(diǎn)與該第一反應(yīng)氣體注入口在該晶圓上的投影點(diǎn)不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善晶圓表面平坦度的方法，其中該第一薄膜沉積設(shè)備是具有復(fù)數(shù)個(gè)以環(huán)狀且均勻排列的該第一反應(yīng)氣體注入口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的改善晶圓表面平坦度的方法，其中該第一角度大體為A×(360°/(M×N))，其中N是該些第一反應(yīng)氣體注入口的數(shù)量；M是預(yù)計(jì)在該晶圓上所沉積薄膜的層數(shù)的不為1的因子；A是不為0的整數(shù)且A不等于M以及M的倍數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的改善晶圓表面平坦度的方法，其中該些第一角度大體為(360°/(2×N))的奇數(shù)倍，其中N是該第一反應(yīng)氣體注入口的數(shù)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的改善晶圓表面平坦度的方法，其中該些第一反應(yīng)氣體注入口的數(shù)量為8或12。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善晶圓表面平坦度的方法，其中該晶圓在該第一薄膜沉積設(shè)備與該第二薄膜沉積設(shè)備的動(dòng)線大體相同；而在該晶圓置入該第二薄膜沉積設(shè)備中之前更包含提供一晶圓方向控制設(shè)備；使用該晶圓方向控制設(shè)備，將該晶圓旋轉(zhuǎn)一第二角度，其中該第二角度大體等于該第一角度；其中該晶圓在沉積該第一薄膜之后與使用該晶圓方向控制設(shè)備旋轉(zhuǎn)該晶圓之前，該晶圓的方向大體為該第一方向。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善晶圓表面平坦度的方法，其中該些薄膜為介電質(zhì)層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善晶圓表面平坦度的方法，其中該晶圓更包含一定位辨識(shí)設(shè)計(jì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的改善晶圓表面平坦度的方法，其中該定位辨識(shí)設(shè)計(jì)為一缺口(notch)。
10.一種改善晶圓表面平坦度的方法，適用在一晶圓上以化學(xué)氣相沉積法(chemical vapor deposition；CVD)沉積復(fù)數(shù)層的薄膜，包括提供一晶圓；將該晶圓置入一第一薄膜沉積設(shè)備中，以化學(xué)氣相沉積法沉積一第一層薄膜，其中該第一薄膜沉積設(shè)備是具有復(fù)數(shù)個(gè)以環(huán)狀且均勻排列的第一反應(yīng)氣體注入口(injector)，且該晶圓相對(duì)該些環(huán)狀排列的第一反應(yīng)氣體注入口具有一第一方向；將該晶圓置入一第二薄膜沉積設(shè)備中，以化學(xué)氣相沉積法沉積一第二層薄膜，其中該第二薄膜沉積設(shè)備是具有復(fù)數(shù)個(gè)第二反應(yīng)氣體注入口(injector)，該些第二反應(yīng)氣體注入口的數(shù)量與排列方式與該些第一反應(yīng)氣體注入口大體相同，而該晶圓相對(duì)該些環(huán)狀排列的第二反應(yīng)氣體注入口具有一第二方向，該第一方向與該第二方向具有一第一角度，使該些第二反應(yīng)氣體注入口在該晶圓上的投影點(diǎn)與該些第一反應(yīng)氣體注入口在該晶圓上的投影點(diǎn)皆不同。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的改善晶圓表面平坦度的方法，其中該晶圓在該第一薄膜沉積設(shè)備與該第二薄膜沉積設(shè)備的動(dòng)線大體相同；而在該晶圓置入該第二薄膜沉積設(shè)備中之前更包含提供一晶圓方向控制設(shè)備；使用該晶圓方向控制設(shè)備，將該晶圓旋轉(zhuǎn)一第二角度，其中該第二角度大體等于該第一角度；其中該晶圓在沉積該第一薄膜之后與使用該晶圓方向控制設(shè)備旋轉(zhuǎn)該晶圓之前，該晶圓的方向大體為該第一方向。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的改善晶圓表面平坦度的方法，其中該第一角度大體為A×(360°/(M×N))，其中N是該些第一反應(yīng)氣體注入口的數(shù)量；M是預(yù)計(jì)在該晶圓上所沉積薄膜的層數(shù)的不為1的因子；A是不為0的整數(shù)且A不等于M以及M的倍數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的改善晶圓表面平坦度的方法，其中該第一角度大體為(360°/(2×N))的奇數(shù)倍，其中N是該些第一反應(yīng)氣體注入口的數(shù)量。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的改善晶圓表面平坦度的方法，其中該些第一反應(yīng)氣體注入口的數(shù)量為8或12。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的改善晶圓表面平坦度的方法，其中該些薄膜為介電質(zhì)層。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的改善晶圓表面平坦度的方法，其中該晶圓具有一定位辨識(shí)設(shè)計(jì)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的改善晶圓表面平坦度的方法，其中該定位辨識(shí)設(shè)計(jì)為一缺口(notch)。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種改善晶圓表面平坦度的方法，適用在一晶圓上以化學(xué)氣相沉積法(chemical vapor deposition；CVD)沉積復(fù)數(shù)層的薄膜，包括一晶圓；將晶圓置入一第一薄膜沉積設(shè)備中，以化學(xué)氣相沉積法沉積一第一層薄膜，其中第一薄膜沉積設(shè)備具有至少一第一反應(yīng)氣體注入口(injector)，且晶圓相對(duì)第一反應(yīng)氣體注入口具有一第一方向；將晶圓置入一第二薄膜沉積設(shè)備中，以化學(xué)氣相沉積法沉積一第二層薄膜，其中第二薄膜沉積設(shè)備具有至少一第二反應(yīng)氣體注入口(injector)，而第一、第二反應(yīng)氣體注入口的數(shù)量與排列方式大體相同，且晶圓相對(duì)第二反應(yīng)氣體注入口具有一第二方向，第二方向與該第一方向具有一第一角度，使第二反應(yīng)氣體注入口在晶圓上投影點(diǎn)與第一反應(yīng)氣體注入口在晶圓上投影點(diǎn)不同。
文檔編號(hào)C23C16/00GK1538505SQ0312197
公開日2004年10月20日 申請(qǐng)日期2003年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月18日
發(fā)明者詹前慶, 歐陽(yáng)允亮, 盧永偉, 亮 申請(qǐng)人:矽統(tǒng)科技股份有限公司