专利名称：单片式晶片清洁工艺的制作方法
技术领域：
本发明关于一种单片式晶片清洁工艺，尤指一种于一灰化反应槽内操作 的干式清洁工艺，其中该干式清洁工艺在晶片维持在顶起状况下进行，用以 移除晶片表面的高分子物质微粒。
背景技术：
超大型集成电路(VLSI)、极大型集成电路(ULSI)或微机fe系统(MEMS) 的制作是利用一半导体基底，如硅晶片，并反复经历数百道的薄膜沉积、氧 化、光刻、蚀刻与掺杂等不同工艺加以形成。在蚀刻反应的过程中，难免会 产生些副产物，例如高分子物质微粒，这些高分子物质微粒会粘附在晶片表 面，因此，在蚀刻工艺完成后，通常会进行一清洁工艺将该些高分子物质微 粒自晶片表面移除，确保所制作的MOS元件的电性表现，以利后续其他工 艺的施4亍。
请参考图1，图1为一习知半导体工艺的流程示意图，该半导体工艺包 含一光刻工艺、 一蚀刻工艺、 一灰化工艺以及一湿式清洁工艺。如图1所示， 习知半导体工艺通常包含下列步骤
步骤10:进行一光刻工艺，在一晶片表面的一薄膜上形成一光阻图案；
步骤12:在一蚀刻反应槽内进行一蚀刻工艺，以该光阻图案为硬掩模， 移除未被该光阻图案遮盖的该薄膜；
步骤14:进行一灰化工艺，在高温环境下通入高温氧气到蚀刻反应槽中， 以移除该光阻图案；
步骤16:进行一湿式清洁工艺，将晶片浸泡在至少一盛有清洁药剂的清 洁溶液槽内，目的是要移除粘附在晶片表面(包括在晶面、晶背与晶边上等 区域)的高分子物质^f鼓粒，然后再利用去离子水(DI water)冲洗晶片，完成晶 片的湿式清洁工艺。
上述步骤16的湿式清洁工艺为习知常用的清洁晶片的方法，然而由于 清洁溶液槽内的清洁药剂浓度会随着浸泡次数而改变，因此对于不同批次的
晶片而言，后一批次的晶片的清洁效果往往较前一批次的晶片的清洁效果来 的差，造成了工艺品质控制不易。对于小尺寸晶片而言，由于工艺线宽较宽 且元件集成度不高，因此利用湿式清洁工艺清洁晶片为 一 可接受的量产作 法。然而随着12寸晶片厂的建构，由于工艺线宽不断缩小且元件集成度不' 断提升，必须以单片式方法进行清洁方能确保晶片的清洁效果。
承上所述，大尺寸晶片由于对工艺精密度的要求更为严格，因此必需采 取单片式方式进行清洁工艺方能确保清洁效果，然而若利用一般旋转的湿式 清洁工艺清洁晶片，便会造成晶片的晶背与晶边的上仍残留有高分子物质
(polymer)或有机化合物(organic component)等微粒，不但洗洁效果不佳，而 且这些残留的高分予物质微粒更是后续反应槽(chamber)的污染来源，严重影 响后续工艺品质与成品率。
近来，美国专利号第6，235，640号揭露了一种以干式清洁工艺清洗晶片 的方法，在同一蚀刻反应槽内，同时蚀刻以形成接触洞并移除用于蚀刻工艺 的光阻图案。请参考美国专利号第6,235,640号，Ebel在图4中揭露了一种 蚀刻暨光阻灰化的工艺方法，包含以下步骤
步骤402:工艺开始；
步骤404:在一等离子体反应槽中进行一蚀刻主工艺，蚀穿一氧化层 (oxide layer)并停止于一石圭层(silicon layer);
步骤406:在同 一等离子体反应槽中通入包含碳氟化合物(fluorocarbon) 及氧气之蚀刻气体，以进行一软式蚀刻(soft etch)和光阻剥除(stripping)工艺；
以及
步骤408:工艺结束。
另外请参考美国专利号第6,235,640号图5, Ebel更进一步说明该光阻 剥除工艺的子步骤，包含
步骤500:工艺开始； .
步骤502:进行一重度轰击(high bombardment)工艺；
步骤504:分离欲蚀刻的一基底(substrate)及承载该基底的吸盘；
步骤506:利用吸盘上的顶针(pin)顶起该基底；
步骤508:工艺结束。
如美国专利号第6,235,640号第4栏第45行至第5栏第9行的说明，在 蚀刻工艺中，将欲蚀刻的一基底置于一蚀刻反应槽的一晶片载具(carrier)上，
例如一静电吸盘(electrostatic chuck);接着如第6栏第4-19行所述，在进行 光阻剥除时利用顶针顶起该基底，使得该基底自该静电吸盘脱离，由于被顶 起的该基底与该静电吸盘并未紧密接触，此时该基底的温度较顶起前来的 高，将可更有效率地进行光阻剥除工艺。
总结Ebd的工艺方法具有两大特点。首先，该蚀刻和光阻剥除工艺是 于同一等离子体蚀刻反应槽中进行，且该基底置于一装载有冷却系统的晶片 载具上，例如一静电吸盘，使得基底在蚀刻工艺中可以保持在低温的状态。 一般来说，进行蚀刻工艺的工艺温度介于-20。C到60。C之间，以避免光阻图 案在高温环境下产生崩毁。其次，该光阻剥除工艺在该基底被顶起的状态下 进行，因此与晶片载具分离的该基底可具有较高的温度，更有利于光阻剥除 工艺的进行。
发明内容
因此本发明的一目的在于提供一种单片式晶片清洁工艺，是在一灰化反 应槽内操作，且在晶片被顶起且具有较低温度的情况下，移除附着在晶片上
的高分子物质微粒。
为达上述目的，本发明提供一种单片式晶片清洁工艺，包含以下数个步 骤。首先，提供已蚀刻晶片(etched wafer),且该已蚀刻晶片的晶面包含有光 阻图案，然后进行灰化工艺(ashing process),以去除该光阻图案，最后顶起 (pin up)该蚀刻晶片以降低该已蚀刻晶片的温度，并对该已蚀刻晶片进行干式 清洁工艺。
此外，本发明另提供一种单片式晶片清洁工艺，其包含以下步骤。首先， 提供已蚀刻晶片，且该已蚀刻晶片的晶面包含有光阻图案，接着将该已蚀刻 晶片置于灰化反应槽内，并将该已蚀刻晶片置于该灰化反应槽内的热垫板载 具上，然后进行灰化工艺，移除该光阻图案，之后利用该热垫板载具上的顶 针将该已蚀刻晶片顶起，保持该已蚀刻晶片在顶起状况下，再进行干式清洁 工艺。 '
由于本发明的方法是于顶起已蚀刻晶片且已蚀刻晶片处于冷却的状况 下进行干式清洁工艺，因此可有效去除附着于已蚀刻晶片的晶背与晶边的高 分子物质微粒，以维持已蚀刻晶片的洁净度。
为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳
实施方式，并配合所附图式，作详细说明如下。然而如下的较佳实施方式与 图式仅供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。
图1为一习知半导体工艺的流程示意图。
图2-5是依据本发明的一较佳实施例所绘示的一干式清洁工艺的流程示
图6为本发明另一较佳实施例利用干式清洁工艺清洁晶片的方法示意
主要元件符号说明
10、 12、 14、 16习知半导体工艺之力^呈步骤 40
42 灰化反应槽 44
46 薄膜图案 48
50 高分子物质微粒 52
54 等离子体 56
58 原子团 60
已蚀刻晶片
热垫板载具
光阻图案
顶针
滤片
热氧化保护层
具体实施例方式
请参考图2-5,图2-5是依据本发明的一较佳实施例所绘示的一干式清 洁工艺的流程示意图。如图2所示，首先将一完成蚀刻工艺的晶片(以下称 已蚀刻晶片)40置于一灰化反应槽42的热垫板载具(hot plate carrier)44上， 其中已蚀刻晶片40的晶面设有一薄膜图案46与用以定义薄膜图案46的一 光阻图案48。灰化反应槽42的热垫板载具44可对晶片40加热，使得晶片 40的温度维持在一定的范围之内，之后将在后续的灰化工艺中，移除晶片 40晶面的光阻图案48。可预见的是，已蚀刻晶片40表面残留有许多蚀刻工 艺中无可避免的副产物，例如高分子物质微粒50附着在已蚀刻晶片40的晶 面、晶背与晶边等区域上，已蚀刻晶片40表面因而遭受微粒污染。
如图3所示，进行一灰化工艺，例如通入氧气、联胺(N2H》、臭氧等气 体或利用氧-四氟化碳(02-CF4)等离子体、氮-氧(N2-02)等离子体，在150。C至 300°C的环境下，去除已蚀刻晶片40晶面的光阻图案48。在本较佳实施例中， 灰化工艺的温度将设定在250°C，线圈功率(RF power)为900瓦(Watt,以下
以W表示)及等离子体轰击时间(RF time)则设定在20秒左右，灰化反应槽 42内的气体压力约为1.1托(Torr),氧气及联胺的流量分别为5000每分钟标 准毫升(standard cubic centimeter per minute, 以下以 seem表示)以及 200sccm,在灰化工艺中，光阻图案48将会被通入的该些等离子体所移除， 且灰化工艺的实施并不受限于本较佳实施例所述的反应参数。
如图4所示，在灰化工艺完成后，利用热垫板载具44的顶针52将已蚀 刻晶片40顶起，并在灰化反应槽42内原位(in-situ)进行一干式清洁工艺，例 如在灰化反应槽42内通入含氧气或是含有联胺的气体，并施于一定的线圈 功率，以形成等离子体54,并进行该干式清洁工艺。
于本较佳实施例中，该干式清洁工艺的各项反应参数与前一步骤的灰化 工艺相同，其工艺温度设定在25(TC,线圈功率为900 W，等离子体轰击时 间则设定在20秒左右，灰化反应槽42内的气体压力约为1.1托，氧气及联 胺的流量分别为5000sccm表示以及200sccm,且该些反应参数可视需求调 整。等离子体54不仅可去除附着于已蚀刻晶片40的晶面上的高分子物质微 粒50，亦可有效去除附着于晶背与晶边上的高分子物质微粒50。被顶起的 已蚀刻晶片40被顶针52顶起而自热垫板载具40脱离，在干式清洁工艺中 被顶起的已蚀刻晶片40会逐渐降温，其温度会较在前一步灰化工艺时来的 更低。
除前述的优点外，在被顶起的已蚀刻晶片40背面将会开)成一热氧化保 护层。如图5所示，粘附于已蚀刻晶片40的晶面、晶背与晶边的高分子物 质微粒50已被等离子体所移除。在已蚀刻晶片40被顶起的状态下，已蚀刻 晶片40的晶背并未与热垫板44完全接触，因而暴露出来。在此情况下，在 干式清洁工艺进行的时候，已蚀刻晶片40的晶背会发生氧化，在已蚀刻晶 片40整个晶背上形成一热氧化保护层60。相较于已蚀刻晶片40，热氧化保 护层60具有较佳的抗碱性(alkali-resistant),因此可以保护已蚀刻晶片40的 晶背，免于遭受后续工艺中，例如湿式清洁工艺中所使用的碱性溶液的损害； 而且，完整而平滑的晶背可确保后续光刻工艺对准(alignment)的准确度。
上述的干式清洁工艺并不限以等离子体来清除高分子物质微粒50,其他 适用于移除高分子物质微粒50的方法都可适用于本发明。举例来说，可通 入含有氧气、臭氧或联胺的气体，而非前述实施例所用的等离子体，在高温 下(例如在150。C到300。C的环境下)将黏附在晶面、晶背与晶边的高分子物
质微粒50燃烧殆尽。此外，等离子体的主要成份包含带电离子(charged ions)、 原子团(radicals)、分子及电子，因此在进行干式清洁工艺时时，亦可只选择 其中的一部分来进行轰击蚀刻晶片40,以便提高其清洁效率。
请参考图6,图6为本发明另一较佳实施例利用干式清洁工艺清洁晶片 的方法示意图。为便于说明，图6中与图2-5相同的元件，将沿用图2-5的 图示符号。如图6所示，与上述实施例不同之处在于，本实施例的作法是利 用原子团58轰击已蚀刻晶片40,因此于进^f亍千式清洁工艺时于已蚀刻晶片 40的上方另设置有一滤片(filter)56,用以过滤等离子体54的其他成分而仅 容许等离子体54的原子团58通过，藉以清除附着于蚀刻晶片40的晶面、 晶背与晶边上的高分子物质微粒50。
值得注意的是，进行千式清洁工艺的目的，是要在已蚀刻晶片被顶起时， 将粘着在晶面、晶背与晶边上的高分子物质微粒移除。至于灰化工艺本身亦 为一干式工艺，用以去除蚀刻晶片晶面上的光阻图案。然而，本发明的干式 清洁工艺亦可于一低压艙内，在已蚀刻晶片于被顶起的状况下，仅利用单一 等离子体工艺以同时去除光阻图案与高分子物质微粒。除此之外，为确保已
蚀刻晶片的洁净度，亦可视需要于本发明的干式清洁工艺结束后，再进行一 湿式清洁工艺，以进 一 步去除已蚀刻晶片之晶背与晶边所残留的少量高分子 物质微粒，由于此时已蚀刻晶片的表面仅可能残留少量的高分子物质微粒， 因此并不致产生习知方法中清洁药剂因与大量高分子物质微粒反应所导致 的浓度变化的问题。此外，在干式蚀刻工艺中将已蚀刻晶片顶起，除可略微 降低已蚀刻晶片的温度外，亦可在已蚀刻晶片的晶背形成一热氧化保护层以 保护晶背。
由于习知方法是利用湿式清洁工艺以清除高分子物质^:粒，其清洁能力 会随着清洁药剂的浓度变化而有所差异，因此对于讲究精细度的大尺寸晶片 而言并非较佳的方法。相较于习知技术，本发明的方法由于是利用干式清洁 工艺，并于已蚀刻晶片于被顶起状态下进行，因此可有效去除附着于已蚀刻 晶片的晶面、晶背与晶边的高分子物质微粒，并维持稳定的清洁能力。与 Ebd所揭露的方法相比，Ebel的晶片被举起后温度会略为上升，而本发明在 灰化反应槽内进行干式蚀刻工艺时，被顶起的已蚀刻晶片的温度反而较被顶 起前更低。
以上所述仅为本发明之较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变 化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种单片式晶片清洁工艺，其包含有提供一已蚀刻晶片，且该已蚀刻晶片的晶面包含有光阻图案；进行灰化工艺，去除该光阻图案；以及顶起该已蚀刻晶片以降低该已蚀刻晶片的温度；并在该已蚀刻晶片冷却时对被顶起的该已蚀刻晶片进行干式清洁工艺。
2. 如权利要求1所述的单片式晶片清洁工艺，其中该已蚀刻晶片于晶面、 晶背与晶边上包含多个蚀刻后所产生的残留高分子物质微粒。
3. 如权利要求2所述的单片式晶片清洁工艺，其中该干式清洁工艺用以 去除附着于该已蚀刻晶片的晶面、晶背与晶边的该高分子物质微粒。
4. 如权利要求1所述的单片式晶片清洁工艺，其中该干式清洁工艺包含 氧气等离子体工艺，其利用氧气等离子体加以实施该干式清洁工艺。
5. 如权利要求4所述的单片式晶片清洁工艺，其中在该已蚀刻晶片被顶 起的状态下，该氧气等离子体工艺在该已蚀刻晶片背面形成氧化保护层。
6. 如权利要求4所述的单片式晶片清洁工艺，其中该氧气等离子体包含 有氧气的带电离子、原子团、分子及电子。
7. 如权利要求6所述的单片式晶片清洁工艺，其中在进行该干式清洁工 艺时，利用设置于该已蚀刻晶片上方的滤片，以仅容许该氧气等离子体的该 等原子团通过。
8. 如权利要求1所述的单片式晶片清洁工艺，其中该灰化工艺以及该干 式清洁工艺于同 一反应槽中原位进行。
9. 如权利要求8所述的单片式晶片清洁工艺，于该干式清洁工艺后，另 包含湿式清洁工艺。
10. 如权利要求1所述的单片式晶片清洁工艺，其中该已蚀刻晶片利用 一热垫板载具的顶针将该蚀刻晶片顶起。
11. 一种单片式晶片清洁工艺，其包含有提供已蚀刻晶片，且该已蚀刻晶片的晶面包含有光阻图案； 将该已蚀刻晶片置于灰化反应槽内，并将该已蚀刻晶片置于该灰化反应 槽内的热垫板载具上；进行灰化工艺，移除该光阻图案； 利用该热垫板载具上的顶针将该已蚀刻晶片顶起；以及 在该已蚀刻晶片保持顶起状态下，进行干式清洁工艺。
12. 如权利要求11所述的单片式晶片清洁工艺，其中该已蚀刻晶片的晶面、晶背与晶边有多个高分子物质^L粒附着。
13. 如权利要求12所述分单片式晶片清洁工艺，其中该干式清洁工艺用以去除附着于该已蚀刻晶片的晶面、晶背与晶边的该高分子物质微粒。
14. 如权利要求11所述的单片式晶片清洁工艺，其中该干式清洁工艺包 含氧气等离子体工艺，其利用氧气等离子体加以实施该干式清洁工艺。
15. 如权利要求14所述的单片式晶片清洁工艺，其中在该已蚀刻晶片被 顶起的状态下，该氧气等离子体工艺在该已蚀刻晶片背面形成氧化保护层。
16. 如权利要求14所述的单片式晶片清洁工艺，其中该氧气等离子体包 含有氧气的带电离子、原子团、分子及电子。
17. 如权利要求16所述的单片式晶片清洁工艺，其中在进行该干式清洁 工艺时，利用设置于该已蚀刻晶片上方的滤片，以容许该氧气等离子体的该 等原子团通过。
18. 如权利要求11所述的单片式晶片清洁工艺，其中该灰化工艺以及该 干式清洁工艺于同 一 反应槽中原位进行。
19. 如权利要求18所述的单片式晶片清洁工艺，在该干式清洁工艺后， 另包含湿式清洁工艺。
20. 如权利要求11所述的单片式晶片清洁工艺，其中利用该热垫板载具 上的顶针将该蚀刻晶片顶起，使该已蚀刻晶片降温。 '
全文摘要
一种单片式晶片清洁工艺，包含有下列步骤首先提供一已蚀刻晶片，该已蚀刻晶片的一晶面具有光阻图案，接着进行灰化工艺以移除该光阻图案，然后将该已蚀刻晶片顶起，使该已蚀刻晶片降温，最后在该已蚀刻晶片保持顶起的状态下，进行干式清洁工艺。
文档编号H01L21/3065GK101369517SQ20071018491
公开日2009年2月18日 申请日期2007年10月29日 优先权日2007年8月13日
发明者廖琨垣 申请人:联华电子股份有限公司