[发明专利]半导体薄膜制造中的变频微波（VFM）工艺及应用

说明书

本文描述了用于处理基板的方法及设备。真空多腔室沉积工具可包括具有加热机构及变频微波源两者的脱气腔室。本文所述的方法使用变频微波辐射以在不损害各部件的情况下提高脱气工艺的质量及速度。

背景

技术领域

本文所述实施方式大体涉及用于使用微波辐射进行基板处理的设备及方法。

相关技术描述

薄膜是半导体器件的主要部件。用于半导体工业的典型薄膜可呈多孔电介质、低电阻金属、聚合材料及高介电常数电介质的形式。在倒装芯片(flip chip) 及晶片级封装期间，大量聚合物被图案化且被用作凸块下金属化(Under-Bump Metallization；UBM)或再分配层(redistribution layer；RDL)金属化基本步骤 (element)之前的再钝化层。另一实例是高孔隙度(highly porous)及低介电常数的电介质，所述电介质广泛用作高性能半导体器件中的金属间介电膜。

经图案化的聚合物膜显影之后的典型工艺流程包括膜的固化及后续的 UBM/RDL的物理气相沉积(physical vapor deposition；PVD)。在典型处理中，在单独的设施上执行聚合膜固化及PVD阻挡部晶种沉积。固化工艺通常是在传统烘箱中以热方式完成的。此方式在工艺之间引入真空破除(vacuum break)，从而导致聚合膜中发生湿气吸附。

如果介电膜中所吸附的气体杂质(例如H₂O)在金属沉积之前未经移除，那么这些杂质将在PVD工艺期间由于在等离子体工艺期间所达到的更高的温度而发生逸气(outgas)。因此，基板应被脱气以防止逸出的杂质影响PVD 金属层的质量。例如，钽在存在某些杂质的情况下可形成氧化钽，氧化钽并非用以防止铜扩散的最优阻挡材料。在另一实例中，诸如为了封装金属化(例如 UBM应用)，如果在预清洁基本步骤(借助溅射蚀刻)之前未移除H₂O，那么将发生H₂O的逸气，从而导致诸如氧化铝之类的其他不需要的氧化物的形成。氧化铝可形成于铝接合焊盘(bondpad)上，从而产生不希望的高接触电阻。

由此，持续需要允许膜的高效固化同时将吸气及吸湿降至最低的方法及设备。

进一步地，由于化学气相沉积(chemical vapor deposition；CVD)工艺的性质(nature)，诸如来自残余气体或化学反应副产物之类的杂质的并入将显著影响所得膜的特性。例如，诸如湿气(H₂O)及CO之类的杂质可能被误并入多孔低介电常数电介质中，这将增大介电常数值。在典型的半导体工艺流程中，PVD 金属膜通常沉积在介电层或聚合缓冲层上。

如果介电膜中所吸附的气体杂质(例如H₂O)在金属沉积之前未经移除，那么这些杂质将在PVD工艺期间由于在等离子体工艺期间所达到的更高的温度而发生逸气。因此，逸出的杂质可影响PVD金属层的质量。例如，钽在存在某些杂质的情况下可形成氧化钽，氧化钽并非用以防止铜扩散的最优阻挡材料。在另一实例中，诸如为了封装金属化(例如UBM应用)，如果在预清洁基本步骤(借助溅射蚀刻)之前未移除H₂O，那么将发生H₂O的逸气，从而导致诸如氧化铝之类的其他不需要的氧化物的形成。氧化铝可形成于铝接合焊盘上，从而产生不希望的高接触电阻。

为避免在PVD工艺期间的逸气，在预清洁及金属化之前使用脱气基本步骤(借助对流加热)以从下层基板移除任何湿气。标准脱气程序一般包括将具有受影响层的基板加热一段时间，使得所吸附的气体及杂质可逸出而不影响在随后基本步骤中的沉积。通常借助电阻加热元件或灯产生热，及然后借助对流将热传递至基板及薄膜。然而，由于介电膜日益增大的孔隙率以及用于封装应用中的高湿气吸附聚合物的缘故，一般需要长的脱气时间以从膜中完全移除湿气。长脱气时间限制PVD工艺的生产率。进一步地，标准热处理可容易地使现代膜达到产生含氧二次气体(secondary gas)或导致层的玻璃化转变(glasstransition)的温度。