专利名称：可去除累积在基底上的电荷的连续沉积多层膜的方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体元件的工艺方法，尤其涉及一种在含等离子体 的化学气相沉积机台中连续沉积多层膜的方法。
背景技术：
化学气相沉积工艺是一种将反应气体导入高温的反应腔室之中，藉由 反应气体之间的化学反应来沉积薄膜的技术。化学气相沉积工艺是许多半 导体工艺中经常使用的 一种沉积方法。化学气沉积工艺可包括低压化学气
相沉积(LPCVD)、常压化学气相沉积(APCVD)、等离子体增强型化学气相 沉积(PECVD)以及高密度等离子体化学气相沉积(HDPCVD)等工艺，其中等 离子体增强型化学气相沉积工艺和高密度等离子体化学气相沉积工艺因为 工艺的温度低而被广泛应用。
以化学气相沉积工艺来连续沉积多层膜时，仅需将不同的反应气体通 入反应室中进行化学反应，即可得到所需的堆叠膜层。然而，以含有等离 子体的化学气相沉积工艺来沉积多层膜时，工艺中的电荷会因为静电吸附 而残留在晶片上，导致下一膜层在沉积过程中射频延迟(RF delay)以及反射 功率(reflective power)过高，使得所沉积的膜层的品质变差。另一方面，也 有可能因为晶片上累积过多的电荷，而在沉积结束以顶针顶起晶片时，造 成晶片破片的情形。
发明内容
本发明的目的是提供一种以含有等离子体的化学气相沉积工艺来连续 沉积多层膜的方法，其可以减少电荷累积在基底上。
本发明的目的是提供一种以含有等离子体的化学气相沉积工艺来连续 沉积多层膜的方法，其可以提升沉积膜的品质。
本发明的又一 目的是提供一种以含有等离子体的化学气相沉积工艺来 连续沉积多层膜的方法，其可以避免晶片在沉积结束取出时发生破片。
本发明提出 一种在含等离子体的化学气相沉积机台中连续沉积多层膜 的方法。此方法包括在化学气相沉积机台中进行第 一等离子体沉积工艺，
以在基底上形成第一膜层；进行第二等离子体沉积工艺，以在第一膜层上 形成一第二膜层；以及进行一电荷去除步骤。电荷去除步骤包括通入一钝
气，再抽去钝气。
依照本发明实施例所述，上述在含等离子体的化学气相沉积机台中连 续沉积多层膜的方法中，钝气选自于惰性气体、氢气、氮气、氧气、二氧 化碳、氨气、 一氧化二氮及其组合所组成的族群。
依照本发明实施例所述，上述在含等离子体的化学气相沉积机台中连
续沉积多层膜的方法中，钝气的流量为10-1000sccm,时间持续1-10秒。 依照本发明实施例所述，上述在含等离子体的化学气相沉积机台中连
续沉积多层膜的方法，还包括在通入钝气之后，抽去钝气之前，点燃一等
离子体，在持续一段时间后再关掉等离子体。点燃等离子体的功率为5-1000
瓦特，优选的是10-200瓦特。
依照本发明实施例所述，上述在含等离子体的化学气相沉积机台中连
续沉积多层膜的方法中，在通入钝气之前，还包括抽去化学气相沉积机台
中的气体。
依照本发明实施例所述，上述在含等离子体的化学气相沉积机台中连 续沉积多层膜的方法中，电荷去除步骤是在形成第一膜层与形成第二膜层 之间进行，及/或在形成第二膜层之后进行。
依照本发明实施例所述，上述在含等离子体的化学气相沉积机台中连 续沉积多层膜的方法中第二膜层为该多层膜的最后 一层膜。
依照本发明实施例所述，上述在含等离子体的化学气相沉积机台中连 续沉积多层膜的方法中，第一膜层与第二膜层其中之一为一含氮膜层，且 电荷去除步骤是在形成含氮膜层之后进行。
依照本发明实施例所述，上述在含等离子体的化学气相沉积机台中连 续沉积多层膜的方法中第 一膜层/第二膜层包括氧化硅层/无机抗反射层、氮 化硅层/无机抗反射层、阻障层/低介电常数材料层、氮化硅层/氧化硅介电层 或氮氧化硅/氧化硅介电层。
依照本发明实施例所述，上述在含等离子体的化学气相沉积机台中连 续沉积多层膜的方法中，阻障层的材质选自于氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、
碳氧化硅(SiCO)、碳氮化硅(SiCN)、碳氮氧化硅(SiCNO)及其组合所组成的族群。
依照本发明实施例所述，上述在含等离子体的化学气相沉积机台中连 续沉积多层膜的方法中，还包括在形成第二膜层之后，在基底上形成一第 三膜层。
依照本发明实施例所述，上述在含等离子体的化学气相沉积机台中连 续沉积多层膜的方法中，还包括在形成该第三膜层之后，进行另一电荷去 除步骤。
依照本发明实施例所述，上述在含等离子体的化学气相沉积机台中连 续沉积多层膜的方法中，中该第 一膜层/该第二膜层/该第三膜层包括氧化硅 层/氮化硅层/氧化硅层。
本发明提出 一种在机台中去除等离子体工艺后累积在基底上的电荷的 方法，此方法是在机台中通入一钝气，再抽去钝气。
依照本发明实施例所述，上述在机台中去除等离子体工艺后累积在基 底上的电荷的方法中，钝气选自于惰性气体、氢气、氮气、氧气、二氧化 碳、氨气、 一氧化二氮及其组合所组成的族群。
依照本发明实施例所述，在机台中去除等离子体工艺后累积在基底上 的电荷的方法中，钝气的流量为10-1000sccm,时间持续1-10秒。
依照本发明实施例所述，上述在机台中去除等离子体工艺后累积在基 底上的电荷的方法，还包括在通入钝气之后，抽去钝气之前，点燃一等离 子体，再关掉等离子体。等离子体的功率为5-1000瓦特，优选的是10-200 瓦特。
依照本发明实施例所述，在机台中去除等离子体工艺后累积在基底上 的电荷的方法中，在通入钝气的步骤之前，还包括抽去化学气相沉积机台 中的气体。
本发明的连续沉积多层膜的方法可以减少电荷累积在基底上，提升沉 积膜的品质，避免晶片在沉积结束取出时发生破片。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举 优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。
图1是依照本发明实施例所绘示的一种在含等离子体的化学气相沉积
机台中连续沉积双层膜的方法的流程图1A绘示本发明实施例的一种电荷去除步骤的流程图1B绘示本发明实施例的另 一种电荷去除步骤的流程图1C绘示本发明实施例的又一种电荷去除步骤的流程图2是依照本发明实施例所绘示的一种具有双层堆叠膜层的基底的剖
面示意图3是依照本发明实施例所绘示的一种应用双层堆叠膜层的双重金属 镶嵌工艺的剖面示意图4是依照本发明实施例所绘示的一种应用双层堆叠膜层的接触窗工 艺的剖面示意图5是依照本发明实施例所绘示的一种应用双层堆叠膜层的保护层的 剖面示意图6是依照本发明实施例所绘示的一种在含等离子体的化学气相沉积 机台中连续沉积三层堆叠膜的方法的流程图7是依照本发明实施例所绘示的一种具有三层堆叠膜层的基底的剖 面示意图。
主要元件符号说明
200、 700:基底
202、 204、 702、 704、 706:膜层 10~18、 102- 108、 602 ~ 612:步骤
具体实施例方式
本发明的沉积多层膜的方法，是在最后一层膜层沉积之后，及/或是在 进行相邻两膜层的沉积工艺之间，进行一电荷去除步骤，以减少累积在基 底上的电荷。其详细说明如下。
图1是依照本发明实施例所绘示的一种在含等离子体的化学气相沉积 机台中连续沉积双层膜的方法的流程图。图2是依照本发明实施例所绘示
的一种具有双层堆叠膜层的基底的剖面示意图。
请参照图1与图2，步骤102,首先，在基底200上形成一第一膜层202。 其工艺方法是在一含有等离子体的化学气相机台，例如是等离子体增强型
化学气相沉积机台或是高密度等离子体沉积机台的反应腔室之中通入反应
气体以及载气，当压力稳定之后，点燃(ignite)等离子体，进行等离子体沉 积工艺，以在基底200上形成一第一膜层202,之后，关掉等离子体。
接着，请参照步骤104，进行一电荷去除步骤，以去除基底200上累积 的电荷。请参照图1'A,在一实施例中，电荷去除步骤可以在机台的反应腔 室之中通入钝气，步骤12，在一段时间之后，再利用泵将此钝气抽除，步 骤18。反应腔室的温度为摄氏350度至450度。通入的钝气选自于惰性气 体、氢气、氮气、氧气、二氧化碳、氨气、 一氧化二氮及其组合所组成的 族群。惰性气体例如是氦气、氖气。所通入的钝气的流量约为10-1000sccm。 时间持续约1-10秒。请参照图1B，在另一实施例中，电荷去除步骤可以在 机台的反应腔室之中通入钝气，步骤12。之后，先点燃等离子体，持续一 段时间，步骤14。之后，关掉等离子体，步骤16，再将钝气抽除，步骤18。 等离子体的功率约为5-1000瓦特，优选的是约为10-200瓦特。请参照图1C， 在又一实施例中，电荷去除步骤是先抽去反应腔室中残留的气体，步骤IO, 再通入钝气，步骤12。之后，先点燃等离子体，持续一段时间，步骤14。 之后，关掉等离子体，步骤16，再利用泵将钝气抽除，步骤18。等离子体 的功率约为5-1000瓦特，优选的是约为10-200瓦特。点燃该等离子体的时 间持续约1-10秒。
进行步骤106，在基底200上形成一第二膜层204。此工艺是在反应腔 室之中通入反应气体以及载气，当压力稳定之后，点燃等离子体，进行另 一次的等离子体沉积工艺，以在基底上形成一第二膜层，之后，关掉等离 子体。
进行步骤108,再次进行一电荷去除步骤，以去除基底200上累积的电 荷。在一实施例中，电荷去除步骤可以在机台的反应腔室之中通入钝气， 在一段时间之后，再利用泵将此钝气抽除。反应腔室的温度为摄氏350度 至450度。通入的钝气选自于惰性气体、氬气、氮气、氧气、二氧化碳、 氨气、 一氧化二氮及其组合所组成的族群。惰性气体例如是氦气、氖气。 所通入的钝气的流量约为10-1000sccm。时间持续约1-10秒。在另一实施例 中，电荷去除步骤可以在机台的反应腔室之中通入钝气之后，先点燃等离 子体，持续一段时间之后，关掉等离子体，再利用泵将钝气抽除。等离子 体的功率约为5-1000瓦特，优选的是约为10-200瓦特。在又一实施例中，
电荷去除步骤是先抽去反应腔室中残留的气体，再通入钝气，之后，先点 燃等离子体，持续一段时间之后，关掉等离子体，再将钝气抽除。等离子
体的功率约为5-1000瓦特，优选的是约为10-200瓦特。点燃该等离子体的 时间持续约1-10秒。
在连续沉积双层膜的实例中，在基底200上的第一膜层202/第二膜层 204的实例例如是作为双层硬掩模(dual hard mask)的氧化硅层/无机抗反射 层(DARC)或氮化硅层/无机抗反射层。请参照图3，上述第一膜层202/第二 膜层204例如是双重金属镶嵌工艺中，形成在介电层310上方，光致抗蚀 剂层316下方，由氧化硅层312/无机抗反射层(DARC)314或氮化珪层312/ 无机抗反射层314所构成的双层硬掩模。在另一实施例中，请参照图3，第 一膜层202/第二膜层204例如是双重金属镶嵌工艺中的阻障层308/低介电 常数材料层310，其中阻障层308的材质例如是氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、 碳氧化硅(SiCO)、碳氮化硅(SiCN)、碳氮氧化硅(SiCNO)等，低介电常数层 310例如是氟掺杂硅玻璃(FSG)与聚对二曱苯(Parylene)等。在又一实施例中， 请参照图4,第一膜层202/第二膜层204例如是接触窗工艺中的氮化硅蚀刻 终止层420/氧化硅内层介电层(ILD)422或氮氧化硅蚀刻终止层420/氧化硅 内层介电层422。在又一实施例中，请参照图5，第一膜层202/第二膜层204 例如是金属内连线形成之后覆盖在基底上的保护层中的氧化硅层530/氮化 石圭层532。
上述的多层膜的制造流程是在每一膜层沉积之后，均进行一次的电荷 去除步骤。然而，在实际应用时，并不限于此，其可以依照需要来加以调 整。
在一实施例中，在第一膜层沉积之后，基底上的残留电荷不会在第二 膜层的沉积过程中造成射频延迟以及反射功率过高而使得所沉积的膜层的 品质变差时，则在沉积第二膜层之前，可以不需要施行电荷去除步骤，而 仅需在第二膜层沉积之后施行电荷去除步骤。
图6是依照本发明实施例所绘示的一种在含等离子体的化学气相沉积 机台中连续沉积三层膜的方法的流程图。图7是依照本发明实施例所绘示 的一种具有三层堆叠膜层的基底的剖面示意图。
请参照图6与图7,步骤602，在一含有等离子体的化学气相沉积机台， 例如是等离子体增强型化学气相沉积机台或是高密度等离子体沉积机台的
反应腔室之中通入反应气体以及载气，当压力稳定之后，点燃(ignite)等离 子体，进行等离子体沉积工艺，以在基底700上形成一第一膜层702，之后， 关掉等离子体。
接着，请参照步骤604，进行一电荷去除步骤，以去除基底700上累积 的电荷。在一实施例中，电荷去除步骤可以在机台的反应腔室之中通入钝 气，在一段时间之后，再利用泵将此钝气抽除。反应腔室的温度为摄氏350 度至450度。通入的钝气选自于惰性气体、氢气、氮气、氧气、二氧化碳、 氨气、 一氧化二氮及其组合所组成的族群。惰性气体例如是氦气、氖气。 所通入的钝气的流量约为10-1000sccm。时间持续约1-10秒。在另一实施例 中，电荷去除步骤可以在机台的反应腔室之中通入钝气之后，先点燃等离 子体，持续一段时间之后，关掉等离子体，再将钝气抽除。等离子体的功 率约为5-1000瓦特，优选的是约为10-200瓦特。在又一实施例中，电荷去 除步骤是先抽去反应腔室中残留的气体，再通入钝气，之后，先点燃等离 子体，持续一段时间之后，关掉等离子体，再利用泵将钝气抽除。等离子 体的功率约为5-1000瓦特，优选的是约为10-200瓦特。点燃该等离子体的 时间持续约1-10秒。
进行步骤606，在反应腔室之中通入反应气体以及载气，当压力稳定之 后，点燃等离子体，进行另一次的等离子体沉积工艺，以在基底700上形 成一第二膜层704,之后，关掉等离子体。
进行步骤608，再次进行一电荷去除步骤，以去除基底700上累积的电 荷。在一实施例中，电荷去除步骤可以在机台的反应腔室之中通厶钝气， 在一段时间之后，再利用泵将此钝气抽除。反应腔室的温度约为摄氏350 度至450度。通入的钝气选自于惰性气体、氢气、氮气、氧气、二氧化碳、 氨气、 一氧化二氮及其组合所组成的族群。惰性气体例如是氦气、氖气。 所通入的钝气的流量约为10-1000sccm。时间持续约1-10秒。在另一实施例 中，电荷去除步骤可以在机台的反应腔室之中通入钝气之后，先点燃等离 子体，持续一段时间之后，关掉等离子体，再利用泵将钝气抽除。等离子 体的功率约为5-1000瓦特，优选的是约为10-200瓦特。在又一实施例中， 电荷去除步骤是先抽去反应腔室中残留的气体，再通入钝气，之后，先点 燃等离子体，持续一段时间之后，关掉等离子体，再将钝气抽除。等离子 体的功率约为5-1000瓦特，优选的是约为10-200瓦特。点燃该等离子体的
时间持续约1-10秒'。
步骤610，在反应腔室之中通入反应气体以及载气，当压力稳定之后，
点燃等离子体，进行又一次的等离子体沉积工艺，以在基底700上形成一 第三膜层706,之后，关掉等离子体。
步骤612，再次进行一电荷去除步骤，以去除基底700上累积的电荷。 在一实施例中，电荷去除步骤可以在机台的反应腔室之中通入钝气，在一 段时间之后，再利用泵将此钝气抽除。反应腔室的温度为摄氏350度至450 度。通入的钝气选自于惰性气体、氢气、氮气、氧气、二氧化碳、氨气、 一氧化二氮及其组合所组成的族群。惰性气体例如是氦气、氖气。所通入 的钝气的流量约为10-1000sccm。时间持续约1-10秒。在另一实施例中，电 荷去除步骤可以在机台的反应腔室之中通入钝气之后，先点燃等离子体， 持续一段时间之后，关掉等离子体，再将钝气抽除。等离子体的功率约为 5-1000瓦特，优选的是约为10-200瓦特。在又一实施例中，电荷去除步骤 是先抽去反应腔室中残留的气体，再通入钝气，之后，先点燃等离子体， 持续一段时间之后，关掉等离子体，再将钝气抽除。等离子体的功率约为 5-1000瓦特，优选的是约为10-200瓦特。点燃该等离子体的时间持续约1-10 秒。
若是多层膜为更多层，则可以再进行或重复进行步骤610与612。 请参照图7，在连续沉积双层膜的实例中，在基底700上的第一膜层
702/第二膜层704/第三膜层706的实例例如是氧化层/氮化层/氧化层
(0,/N/02)堆叠层，其可以作为氮化硅型非易失性存储元件的电荷储存层或
是快闪存储元件的多晶硅层间介电层等。
上述的多层膜的制造流程是在每一膜层沉积之后，均进行一次的电荷
去除步骤。然而，在实际应用时，并不限于此，其可以依照需要来加以调整。
在一实施例中，在第一膜层沉积之后，基底上的残留电荷不会在第二 膜层的沉积过程中造成射频延迟以及反射功率过高而使得所沉积的膜层的 品质变差时，则在沉积第二膜层之前，可以不需要施行电荷去除步骤。举 例来说，在沉积氧化硅/氮化硅/氧化硅(0,/N/02)时，若是在进行沉积底层的 氧化硅层O,之后，在沉积下一层氮化硅时，并不会受到任何的影响，而使 其膜层的品质维持不变，则可以不需进行电荷去除步骤。而沉积氮化硅层
之后，其对于沉积下一层的氧化硅层02会有影响，则可以藉由电荷去除步 骤来改善其膜层的品质。在许多的实验证明，多层膜中若含氮膜层例如是 氮化硅层，则在氮化层沉积之后，其下一层的膜层的品质会受其影响。这 可能是因为在沉积氮化硅时所通入的反应气体中包含氨气，在等离子体点 燃之后，氨气变成含氮的自由基等因素有关。
在另一实施例中，若是在沉积各层膜时，后一层的沉积品质均不会受 到前一层沉积工艺的影响，则可以不需在两个膜层的沉积工艺之间进行电 荷去除步骤，而仅需在最后一层膜层的沉积工艺之后进行电荷去除步骤， 以去除基底上的电荷，防止基底在沉积结束被顶针顶起时发生破片。
综合以上所述，本发明的连续沉积多层膜的方法可以减少电荷累积在 基底上，提升沉积膜的品质，避免晶片在沉积结束取出时发生破片。
权利要求
1.一种在含等离子体的化学气相沉积机台中连续沉积多层膜的方法，包括在该化学气相沉积机台中进行第一等离子体沉积工艺，以在基底上形成第一膜层；进行第二等离子体沉积工艺，以在该第一膜层上形成第二膜层；以及进行电荷去除步骤，包括通入钝气；以及抽去该钝气。
2. 如权利要求1所述的在含等离子体的化学气相沉积机台中连续沉积 多层膜的方法，其中该钝气选自于惰性气体、氢气、氮气、氧气、二氧化 碳、氨气、 一氧化二氮及其组合所组成的族群。
3. 如权利要求1所述的在含等离子体的化学气相沉积机台中连续沉积 多层膜的方法，其中该钝气的流量为10-1000sccm。
4. 如权利要求1所述的在含等离子体的化学气相沉积机台中连续沉积 多层膜的方法，还包括在通入该钝气之后，抽去该钝气之前，点燃等离子体；以及 关掉该等离子体。
5. 如权利要求4所述的在含等离子体的化学气相沉积机台中连续沉积 多层膜的方法，其中点燃该等离子体的功率为5-1000瓦特。
6. 如权利要求5所述的在含等离子体的化学气相沉积机台中连续沉积 多层膜的方法，其中点燃该等离子体的功率为10-200瓦特。
7. 如权利要求4所述的在含等离子体的化学气相沉积机台中连续沉积 多层膜的方法，其中点燃该等离子体的时间持续1-10秒。
8. 如权利要求4所述的在含等离子体的化学气相沉积机台中连续沉积 多层膜的方法，其中在通入该钝气之前，还包括抽去该化学气相沉积机台 中的气体。
9. 如权利要求1所述的在含等离子体的化学气相沉积机台中连续沉积 多层膜的方法，其中该电荷去除步骤是在形成该第一膜层与形成该第二膜 层之间进行，及/或在形成该第二膜层之后进行。
10. 如权利要求9所述的在含等离子体的化学气相沉积机台中连续沉积多层膜的方法，其中该第二膜层为该多层膜的最后一层膜。
11. 如权利要求9所述的在含等离子体的化学气相沉积机台中连续沉 积多层膜的方法，其中该第一膜层与该第二膜层其中之一为含氮膜层，该 电荷去除步骤是在形成该含氮膜层之后进行。
12. 如权利要求9所述的在含等离子体的化学气相沉积机台中连续沉 积多层膜的方法，其中该第 一膜层/该第二膜层包括氧化硅层/无机抗反射 层、氮化硅层/无机抗反射层、阻障层/低介电常数材料层、氮化硅层/氧化硅 内层介电层或氮氧化硅/氧化硅内层介电层。
13. 如权利要求12所述的在含等离子体的化学气相沉积机台中连续 沉积多层膜的方法，其中该阻障层的材质选自于氮化硅、氮氧化硅、碳化 硅、碳氧化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅及其组合所组成的族群。
14. 如权利要求9所述的在含等离子体的化学气相沉积机台中连续沉 积多层膜的方法，还包括在形成该第二膜层之后，在该基底上形成第三膜 层。
15. 如权利要求14所述的在含等离子体的化学气相沉积机台中连续 沉积多层膜的方法，还包括在形成该第三膜层之后，进行另一电荷去除步骤。
16. 如权利要求14所述的在含等离子体的化学气相沉积机台中连续 沉积多层膜的方法，其中该第 一膜层/该第二膜层/该第三膜层包括氧化硅层 /氮化硅层/氧化硅层。
17. —种在机台中去除等离子体工艺后累积在基底上的电荷的方法，包括在该机台中通入钝气；以及抽去该钝气。
18. 如权利要求17所述的在机台中去除等离子体工艺后累积在基底 上的电荷的方法，其中该钝气选自于惰性气体、氢气、氮气、氧气、二氧 化碳、氨气、 一氧化二氮及其组合所组成的族群。
19. 如权利要求17所述的在机台中去除等离子体工艺后累积在基底 上的电荷的方法，其中该钝气的流量为10-1000sccm。
20. 如权利要求17所述的在机台中去除等离子体工艺后累积在基底上的电荷的方法，还包括在通入该钝气之后，抽去该钝气之前，点燃等离子体；以及 关掉该等离子体。
21. 如权利要求20所述的在机台中去除等离子体工艺后累积在基底 上的电荷的方法，其中该等离子体的功率为5-1000瓦特。
22. 如权利要求20所述的在机台中去除等离子体工艺后累积在基底 上的电荷的方法，其中该等离子体的功率为10-200瓦特。
23. 如权利要求20所述的在机台中在含等离子体的化学气相沉积机 台中连续沉积多层膜的方法，其中点燃该等离子体的时间持续1-10秒。
24. 如权利要求17所述的在机台中去除等离子体工艺后累积在基底 上的电荷的方法，其中在通入该钝气之前，还包括抽去该化学气相沉积机 台中的气体。
全文摘要
一种连续沉积多层膜的方法，是在最后一层膜层沉积之后，及/或是在进行相邻两膜层的沉积工艺之间，进行一电荷去除步骤，此电荷去除步骤是在机台的反应腔室之中通入钝气，在一段时间之后，再将此钝气抽除。
文档编号H01L21/00GK101202207SQ20061016692
公开日2008年6月18日 申请日期2006年12月12日 优先权日2006年12月12日
发明者姜兆声, 杨钦伟, 林平伟 申请人:联华电子股份有限公司