專利名稱：改善晶圓表面平坦度的方法
技術領域：
本發明是有關于一種改善晶圓表面平坦度方法，特別是有關一種在晶圓的主動表面以化學氣相沉積法(chemicl vapor deposition；CVD)沉積復數層薄膜時，改善上述薄膜表面的平坦度的方法。
背景技術：
如圖1所示，是一俯視示意圖，是顯示晶圓100在一CVD薄膜沉積設備(未繪示于圖面)的反應腔室200內。其中，反應腔室200具有八個反應氣體注入口210，以環狀且均勻排列于晶圓100的上方。當CVD反應開始時，一反應氣體(未繪示于圖面)從反應氣體注入口，進入反應腔室200內，發生化學反應形成所要在晶圓100上所沉積薄膜的構成物質(未繪示于圖面)，例如為一介電質，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，例如為一介電質層。在上述薄膜沉積過程中，因反應氣體注入口210附近具有濃度較大的反應氣體，因此在晶圓100的表面中，與反應氣體注入口210距離愈近之處，所沉積的薄膜110厚度愈厚，因此薄膜110呈現不平整的表面。雖然可以例如化學機械研磨法(chemical mechanical polishing；CMP)將薄膜110的表面作平坦化，但是仍無法達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表面的最高點與最低點的落差。
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。傳統半導體制程中，例如金屬化制程中，分階段在晶圓100上沉積復數層的薄膜時，晶圓100通常是以固定的位置與方位在反應腔室200內進行薄膜沉積的步驟，例如晶圓100在各自具有反應腔室200的不同的薄膜沉積設備進行各層的薄膜沉積時，缺口101與各反應氣體注入口210的相對位置關系均一致，因此在沉積各層薄膜時，晶圓100上距離反應氣體注入口210較近與較遠的位置均固定的情況下，上述薄膜110所呈現不平整的表面的高低落差的情形會隨著所沉積的薄膜層數的增加而累加。而在半導體的金屬化制程中，沉積到最后一層的薄膜時，其表面的高低落差可達2000。
如圖2B所示，在薄膜110上沉積一薄膜120，例如為介電質層。在沉積薄膜120時，是使用同樣具有反應腔室200的另一CVD薄膜沉積設備(未繪示于圖面)，且缺口101與各反應氣體注入口210的相對位置關系與沉積薄膜110時相同。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亦較薄；再加上沉積薄膜120時，薄膜110的表面較高處會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執行平坦化之后，薄膜120表面的最高點與最低點的落差會大于上述H值的2倍，而在定義薄膜120的圖形時，上述薄膜120不平整的表面會導致定義薄膜120的圖形時，因無法聚焦而導致圖形尺寸控制不佳的問題，對半導體制程的良率與所制造的半導體芯片的可靠度有不良影響。
發明內容
本發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氣相沉積法(chemical vapor deposition；CVD)沉積復數層的薄膜，可有效地改善沉積復數層薄膜之后的晶圓表面平坦度，因而改善習知技術中隨著薄膜層數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所面臨因晶圓上所沉積的薄膜表面平坦度不佳而無法聚焦的問題，可改善上述薄膜圖形的尺寸控制，提升半導體制程的良率與所制造的半導體芯片的可靠度。
為達成本發明的上述目的，本發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氣相沉積法(chemical vapor deposition；CVD)沉積復數層的薄膜，包括提供一晶圓；將上述晶圓置入一第一薄膜沉積設備中，以化學氣相沉積法沉積一第一層薄膜，其中上述第一薄膜沉積設備具有至少一第一反應氣體注入口(injector)，且上述晶圓相對上述第一反應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備中，以化學氣相沉積法沉積一第二層薄膜，其中上述第二薄膜沉積設備具有至少一第二反應氣體注入口(injector)，而上述第二反應氣體注入口的數量與排列方式與上述第一反應氣體注入口的數量與排列方式大體相同，且上述晶圓相對上述第二反應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，使上述第二反應氣體注入口在上述晶圓上的投影點與上述第一反應氣體注入口在上述晶圓上的投影點不同。
圖1為一俯視示意圖，是顯示傳統在晶圓沉積復數層薄膜時，晶圓相對于薄膜沉積設備的固定方向；圖2A-2B為一系列的剖面圖，是顯示傳統在晶圓沉積復數層薄膜時，因薄膜層的增加而使晶圓表面高低落差增加的問題；圖3A-3D為一系列的俯視示意圖，是顯示本發明較佳實施例的步驟；圖4A-4D為一系列的剖面圖，是顯示本發明較佳實施例的步驟與成效。
圖號說明100、600-晶圓101、601-缺口
110、120-薄膜200、300、500-反應腔室210、310、510-反應氣體注入口400-晶圓方向控制設備610、620、630、640-薄膜具體實施方式
為了讓本發明的上述和其它目的、特征、和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，并配合所附圖示，作詳細說明如下如圖3A至3D所示，是一系列的俯視示意圖，用以說明本發明較佳實施例的流程。
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備(未繪示于圖面)的反應腔室300內，而上述第一薄膜沉積設備是一CVD薄膜沉積設備。其中，反應腔室300具有八個反應氣體注入口310，以環狀且均勻排列于晶圓600的上方。而在晶圓600當CVD反應開始時，一反應氣體(未繪示于圖面)從反應氣體注入口，進入反應腔室300內，發生化學反應形成所要在晶圓600上所沉積薄膜的構成物質(未繪示于圖面)，例如為一介電質，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設計，例如為缺口(notch)601，以方便來辨識晶圓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，例如為一介電質層。在上述薄膜沉積過程中，因反應氣體注入口310附近具有濃度較大的反應氣體，因此在晶圓100的表面中，與反應氣體注入口310距離愈近之處，所沉積的薄膜610厚度愈厚，因此薄膜610呈現不平整的表面。雖然可以例如化學機械研磨法(chemical mechanical polishing；CMP)將薄膜610的表面作平坦化，但是仍無法達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備(未繪示于圖面)的反應腔室500內，其中反應腔室500內的反應氣體注入口510的數量與排列方式與反應腔室300內的反應氣體注入口310的數量與排列方式大體相同。因此，使用上述第二薄膜沉積設備在薄膜610上沉積一例如為一介電質層的薄膜620(繪示于圖4C)時，晶圓600的方向必須作改變；亦即，晶圓600相對于各反應氣體注入口310的方向與各反應氣體注入口510的方向必須不一樣較好是使晶圓300上原先距離反應氣體注入口310較近而具有較厚的薄膜610之處，距離反應氣體注入口510較遠而沉積厚度較薄的薄膜620；而原先距離反應氣體注入口310較遠而具有較薄的薄膜610之處，距離反應氣體注入口510較近而沉積厚度較厚的薄膜620。如此使相近層數的薄膜厚度可以互補，而使晶圓600的表面能漸趨平坦而改善如習知技術中的晶圓100的表面高低落差隨著所沉積的薄膜層數增加而漸次增加的問題。
比較圖3A與圖3B，圖3B中晶圓600較圖3A中的晶圓600旋轉了一角度θ，可比較圖3A與圖3B中缺口601位置的差異來作識別。角度θ值的決定較好是根據各薄膜沉積設備的反應氣體注入口的數量、排列方式等因素來決定，另外所要沉積的薄膜層數亦為另一可列入考慮的因素。例如在反應氣體注入口310、510為均勻的環狀排列的情形下，角度θ值較好為約(360°/(2×N))或其奇數倍，其中N是反應氣體注入口310的數量；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，而使晶圓600的表面高低落差可控制在一可接受的范圍內，而上述的“可接受的范圍內”即是在定義每層薄膜的圖形時，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的景深；晶圓600的表面高低落差在上述的景深范圍內，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是該些第一反應氣體注入口的數量；M是預計在晶圓600上所沉積薄膜的層數的不為1的因子；A是不為0的整數且A不等于M以及M的倍數；例如預計在晶圓600上沉積6層薄膜時，6的因子為1、2、3、6，因此M可為2、3、6；而在M值為3時，即表示連續的3層絕緣層彼此厚度的不同之處可以互補；但是此時A值就不可以是0、3、與3的倍數，A值為0時，等于晶圓600的方向沒有變化，而A值為3或3的倍數時，以沉積薄膜620為例，原本晶圓600距離反應氣體注入口310最近之處，又被轉到距離反應氣體注入口510最近之處又沉積了最厚的薄膜620，又回到原先習知技術所遇到的問題。
在本發明較佳實施例中，角度θ值為約(360°/(2×N))，而反應氣體注入口的數量為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大的改善。
如圖3C所示，如果實施本發明者所擁有的薄膜沉積設備不具有控制晶圓方向的功能，例如旋轉晶圓的功能，可使用一晶圓方向控制設備400來改變晶圓600的方向，例如可將晶圓600置入晶圓方向控制設備400，再使晶圓600轉動一大體等于上述的角度θ，在本發明的較佳實施例中是轉動約22.5°，轉動后的晶圓600的方向繪示于圖3D中。
如圖4D所示，重復上述沉積薄膜620的方法，并分別使用具有與上述第二薄膜沉積設備相同數量與排列方式的反應氣體注入口的一第三薄膜沉積設備(未繪示于圖面)及一第四薄膜沉積設備，在晶圓600上陸續沉積例如為介電質層的薄膜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，是達成上述本發明的主要目的。
另外，薄膜沉積設備的反應氣體注入口的數量與排列方式，會因設備型號與制造商的不同，而有不同的數量與排列方式，本發明較佳實施例所使用的具有八個呈均勻環狀排列的反應氣體注入口的第一至第四薄膜沉積設備僅是其中的一個例子，例如尚有另一品牌的薄膜沉積設備是具十二個呈均勻環狀排列的反應氣體注入口、或是具有其它的薄膜沉積設備是具有不同的反排列方式與數量的反應氣體注入口；熟悉此技藝者可在不脫離本發明的精神和范圍內，依據其所使用的薄膜沉積設備的反應氣體注入口的數量與排列方式，而將本發明較佳實施例所揭露的方法稍作變化。
權利要求
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氣相沉積法(chemical vapor deposition；CVD)沉積復數層的薄膜，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備中，以化學氣相沉積法沉積一第一層薄膜，其中該第一薄膜沉積設備具有至少一第一反應氣體注入口(injector)，且該晶圓相對該第一反應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備中，以化學氣相沉積法沉積一第二層薄膜，其中該第二薄膜沉積設備具有至少一第二反應氣體注入口(injector)，而該第二反應氣體注入口的數量與排列方式與該第一反應氣體注入口的數量與排列方式大體相同，且該晶圓相對該第二反應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，使該第二反應氣體注入口在該晶圓上的投影點與該第一反應氣體注入口在該晶圓上的投影點不同。
2.根據權利要求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備是具有復數個以環狀且均勻排列的該第一反應氣體注入口。
3.根據權利要求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是該些第一反應氣體注入口的數量；M是預計在該晶圓上所沉積薄膜的層數的不為1的因子；A是不為0的整數且A不等于M以及M的倍數。
4.根據權利要求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))的奇數倍，其中N是該第一反應氣體注入口的數量。
5.根據權利要求2所述的改善晶圓表面平坦度的方法，其中該些第一反應氣體注入口的數量為8或12。
6.根據權利要求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備與該第二薄膜沉積設備的動線大體相同；而在該晶圓置入該第二薄膜沉積設備中之前更包含提供一晶圓方向控制設備；使用該晶圓方向控制設備，將該晶圓旋轉一第二角度，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備旋轉該晶圓之前，該晶圓的方向大體為該第一方向。
7.根據權利要求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層。
8.根據權利要求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設計。
9.根據權利要求8所述的改善晶圓表面平坦度的方法，其中該定位辨識設計為一缺口(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氣相沉積法(chemical vapor deposition；CVD)沉積復數層的薄膜，包括提供一晶圓；將該晶圓置入一第一薄膜沉積設備中，以化學氣相沉積法沉積一第一層薄膜，其中該第一薄膜沉積設備是具有復數個以環狀且均勻排列的第一反應氣體注入口(injector)，且該晶圓相對該些環狀排列的第一反應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備中，以化學氣相沉積法沉積一第二層薄膜，其中該第二薄膜沉積設備是具有復數個第二反應氣體注入口(injector)，該些第二反應氣體注入口的數量與排列方式與該些第一反應氣體注入口大體相同，而該晶圓相對該些環狀排列的第二反應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，使該些第二反應氣體注入口在該晶圓上的投影點與該些第一反應氣體注入口在該晶圓上的投影點皆不同。
11.根據權利要求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備與該第二薄膜沉積設備的動線大體相同；而在該晶圓置入該第二薄膜沉積設備中之前更包含提供一晶圓方向控制設備；使用該晶圓方向控制設備，將該晶圓旋轉一第二角度，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備旋轉該晶圓之前，該晶圓的方向大體為該第一方向。
12.根據權利要求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是該些第一反應氣體注入口的數量；M是預計在該晶圓上所沉積薄膜的層數的不為1的因子；A是不為0的整數且A不等于M以及M的倍數。
13.根據權利要求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))的奇數倍，其中N是該些第一反應氣體注入口的數量。
14.根據權利要求10所述的改善晶圓表面平坦度的方法，其中該些第一反應氣體注入口的數量為8或12。
15.根據權利要求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層。
16.根據權利要求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設計。
17.根據權利要求16所述的改善晶圓表面平坦度的方法，其中該定位辨識設計為一缺口(notch)。
全文摘要
本發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氣相沉積法(chemical vapor deposition；CVD)沉積復數層的薄膜，包括一晶圓；將晶圓置入一第一薄膜沉積設備中，以化學氣相沉積法沉積一第一層薄膜，其中第一薄膜沉積設備具有至少一第一反應氣體注入口(injector)，且晶圓相對第一反應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備中，以化學氣相沉積法沉積一第二層薄膜，其中第二薄膜沉積設備具有至少一第二反應氣體注入口(injector)，而第一、第二反應氣體注入口的數量與排列方式大體相同，且晶圓相對第二反應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，使第二反應氣體注入口在晶圓上投影點與第一反應氣體注入口在晶圓上投影點不同。
文檔編號C23C16/00GK1538505SQ0312197
公開日2004年10月20日 申請日期2003年4月18日 優先權日2003年4月18日
發明者詹前慶, 歐陽允亮, 盧永偉, 亮 申請人:矽統科技股份有限公司