物理氣相沉積系統(tǒng)與應(yīng)用其的物理氣相沉積方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種物理氣相沉積系統(tǒng)與應(yīng)用其的物理氣相沉積方法，物理氣相沉積系統(tǒng)包含腔室、蓋板、臺(tái)座與準(zhǔn)直器。蓋板置于腔室上以用于固持靶材。臺(tái)座置于腔室中以用于支撐晶圓。準(zhǔn)直器安裝在蓋板與臺(tái)座之間。準(zhǔn)直器包含多個(gè)側(cè)壁板，側(cè)壁板共同形成多個(gè)通道。至少一通道具有入口及與入口相對(duì)的出口。入口面對(duì)蓋板，且出口面對(duì)臺(tái)座。一側(cè)壁板在入口的厚度比側(cè)壁板在出口的厚度薄。因準(zhǔn)直器的至少一側(cè)壁在入口的厚度比此側(cè)壁板在出口的厚度薄，或至少一通道的剖面面積大于此通道在出口的剖面面積，原子不會(huì)很快阻塞通道，以使得準(zhǔn)直器的使用壽命可延長(zhǎng)，及可減少工藝維護(hù)頻率，從而留下更多時(shí)間用于制造。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
物理氣相沉積系統(tǒng)與應(yīng)用其的物理氣相沉積方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種物理氣相沉積系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]物理氣相沉積(physical vapor deposit1n；PVD)一般用于半導(dǎo)體工業(yè)內(nèi)，以及用于太陽(yáng)能、玻璃涂層及其他工業(yè)內(nèi)。PVD系統(tǒng)用以在諸如半導(dǎo)體晶圓的定位在真空等離子體腔室中的基板上沉積金屬層。PVD工藝用以在半導(dǎo)體晶圓上沉積諸如鈦或氮化鈦的靶材。在典型的PVD系統(tǒng)中，待涂覆的靶材置于真空腔室中，此腔室包含諸如氬的惰性氣體。金屬層可用作擴(kuò)散阻障層、黏附層或種晶層、主要導(dǎo)體、抗反射涂層、蝕刻停止層，等等。
[0003]理論上，靶材相對(duì)于半導(dǎo)體晶圓應(yīng)為極寬，以使得相對(duì)于半導(dǎo)體晶圓的粒子沉積面而言，靶材為無(wú)限源平面。遺憾的是，靶材具有有限尺寸，此尺寸通常與半導(dǎo)體晶圓的尺寸具有相同數(shù)量級(jí)。逐出或?yàn)R射的靶原子趨于在所有方向留下靶材，然后彼此相撞及散射，從而以多種角度到達(dá)半導(dǎo)體晶圓。因此，金屬層不均勻地形成半導(dǎo)體晶圓中的蝕刻區(qū)域內(nèi)，從而導(dǎo)致蝕刻側(cè)壁上的側(cè)向?qū)酉鄬?duì)較厚，及蝕刻底部的層較薄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一態(tài)樣提供一種物理氣相沉積系統(tǒng)，包含腔室、蓋板、臺(tái)座與準(zhǔn)直器。蓋板置于腔室上以用于固持靶材。臺(tái)座置于腔室中以用于支撐一晶圓。準(zhǔn)直器置于蓋板與臺(tái)座之間。準(zhǔn)直器包含多個(gè)側(cè)壁板。側(cè)壁板共同形成多個(gè)通道。至少一該些通道具有一入口與相對(duì)于入口的一出口。入口面對(duì)蓋板，且出口面對(duì)臺(tái)座。至少一側(cè)壁板在入口的厚度比側(cè)壁板在出口的厚度薄。
[0005]本發(fā)明的另一態(tài)樣提供一種物理氣相沉積系統(tǒng)，包含腔室、蓋板、臺(tái)座與準(zhǔn)直器。蓋板置于腔室上以用于固持靶材。臺(tái)座置于腔室中以用于支撐一晶圓。準(zhǔn)直器置于蓋板與臺(tái)座之間。準(zhǔn)直器包含多個(gè)側(cè)壁板。側(cè)壁板共同形成多個(gè)通道。至少一通道具有一入口及一出口。入口面對(duì)蓋板，且出口面對(duì)臺(tái)座。一通道在入口的剖面面積大于通道在出口的剖面面積。
[0006]本發(fā)明的再一態(tài)樣提供一種用于物理氣相沉積一晶圓的方法，包含將靶材置于蓋板，蓋板置于腔室上。將晶圓置于腔室中的臺(tái)座上。在腔室中安裝及定向一準(zhǔn)直器，其中準(zhǔn)直器包含多個(gè)側(cè)壁板。側(cè)壁板共同形成多個(gè)通道。至少一通道具有一入口及一出口。入口面對(duì)蓋板，且出口面對(duì)臺(tái)座。至少一側(cè)壁板在入口的厚度比側(cè)壁板在出口的厚度薄。自靶材中逐出原子，使得原子在由準(zhǔn)直器過(guò)濾之后沉積在晶圓上。
[0007]在上述實(shí)施方式中，因準(zhǔn)直器的至少一側(cè)壁在入口的厚度比此側(cè)壁板在出口的厚度薄，或至少一通道的剖面面積大于此通道在出口的剖面面積，原子不會(huì)很快阻塞通道，以使得準(zhǔn)直器的使用壽命可延長(zhǎng)，及可減少工藝維護(hù)頻率，從而留下更多時(shí)間用于制造。
[0008]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是依據(jù)一些實(shí)施方式的物理氣相沉積系統(tǒng)的示意圖；
[0010]圖2是依據(jù)一些實(shí)施方式的圖1中準(zhǔn)直器的示意圖；
[0011]圖3是沿圖2中線(xiàn)段3-3的剖視圖；
[0012]圖4A與圖4B是根據(jù)一些其他實(shí)施方式的圖2中準(zhǔn)直器的剖視圖；
[0013]圖5A是根據(jù)又一些其他實(shí)施方式的圖2中準(zhǔn)直器的剖視圖；
[0014]圖5B及圖5C是根據(jù)又一些其他實(shí)施方式的圖2中準(zhǔn)直器的剖視圖；
[0015]圖6是沿圖2中線(xiàn)段6-6的剖視圖；
[0016]圖7是依據(jù)一些實(shí)施方式用于物理氣相沉積晶圓的方法的流程圖；
[0017]圖8是依據(jù)一些實(shí)施方式用于物理氣相沉積晶圓的方法的流程圖。
[0018]其中，附圖標(biāo)記
[0019]100:準(zhǔn)直器350:靶材
[0020]110:側(cè)壁板400:臺(tái)座[0021 ]122:漸縮邊緣 450:支撐晶圓
[0022]123a:尖端500:直流電電源
[0023]123b、123c:末端550:磁場(chǎng)產(chǎn)生器
[0024]124:扁平邊緣600:磁鐵
[0025]132:主表面650:射頻偏壓電源
[0026]160:通道3-3、6_6:線(xiàn)段
[0027]162:入口A1、A2:剖視面積
[0028]164:出口D1、D2:深度
[0029]200:腔室T1、T2:厚度
[0030]300:蓋板Θ:角度[0031 ]SlO、S20、S30、S40、S42、S44、S46:操作步驟
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下
【發(fā)明內(nèi)容】
提供眾多不同的實(shí)施方式或范例以用于實(shí)施本發(fā)明提供的標(biāo)的物的不同特征。下文中描述組件及排列的特定范例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。組件及排列當(dāng)然僅為范例，及不意欲進(jìn)行限制。例如，在下文的描述中，第一特征在第二特征上方或之上的形成可包含其中第一特征與第二特征以直接接觸方式形成的實(shí)施方式，及亦可包含其中在第一特征與第二特征之間形成額外特征以使得第一特征與第二特征無(wú)法直接接觸的實(shí)施方式。此外，本發(fā)明在多個(gè)范例中可重復(fù)元件符號(hào)及/或字母。此重復(fù)用于實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化與明晰的目的，及其自身并不規(guī)定所論述的多個(gè)實(shí)施方式及/或配置之間的關(guān)系。
[0033]此外，本發(fā)明中可使用諸如「下方(beneath)」、「以下(below)」、「下部(lower)」、「上方(above)」、「上部(upper)」等等的空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)在以便于描述，以描述一個(gè)元件或特征與另一或更多個(gè)元件或特征的關(guān)系，如圖式中所圖示?？臻g相對(duì)術(shù)語(yǔ)意欲包含在使用或操作中的裝置除圖式中繪示的定向以外的不同定向。或者，設(shè)備可經(jīng)定向(旋轉(zhuǎn)90度或其他定向)，及本發(fā)明中使用的空間相對(duì)描述詞同樣可相應(yīng)地進(jìn)行解釋。
[0034]除非另行定義，否則本發(fā)明中使用的全部術(shù)語(yǔ)(包含技術(shù)及科學(xué)術(shù)語(yǔ))具有相同意義，如本發(fā)明所屬于的技術(shù)的一般技術(shù)者所通常理解。將進(jìn)一步理解，術(shù)語(yǔ)(如常用詞典中定義的彼等術(shù)語(yǔ))應(yīng)解釋為具有一意義，意義符合其在相關(guān)領(lǐng)域及本發(fā)明的上下文中的意義，及不應(yīng)以理想化或過(guò)度正式的意義解釋?zhuān)潜景l(fā)明中明確定義如此。
[0035]為增大逐出或?yàn)R射靶原子在半導(dǎo)體晶圓上的定向性，可使用準(zhǔn)直器。準(zhǔn)直器是具有多個(gè)通道以允許原子穿過(guò)的結(jié)構(gòu)。隨著原子向半導(dǎo)體晶圓行進(jìn)，實(shí)質(zhì)上不垂直于半導(dǎo)體晶圓的原子沖擊準(zhǔn)直器側(cè)壁及黏附至側(cè)壁。由此，準(zhǔn)直器僅允許遵循實(shí)質(zhì)垂直于半導(dǎo)體晶圓的路徑的原子穿過(guò)。然后，形成于半導(dǎo)體晶圓上金屬層因此而具有一般均勻的厚度。然而，隨著越來(lái)越多原子黏著在準(zhǔn)直器側(cè)壁上，原子可能阻塞通道及阻止原子進(jìn)入通道。最終，必須更換準(zhǔn)直器。因此，為延長(zhǎng)準(zhǔn)直器使用壽命，以下段落中提供使用準(zhǔn)直器的物理氣相沉積(physical vapor deposit1n;PVD)系統(tǒng)及PVD方法。
[0036]圖1是依據(jù)一些實(shí)施方式的物理氣相沉積系統(tǒng)的示意圖。物理氣相沉積系統(tǒng)包含準(zhǔn)直器100、腔室200、蓋板300與臺(tái)座400。蓋板300置于腔室200上以用于固持靶材350。臺(tái)座400置于腔室200中以用于支撐晶圓450。準(zhǔn)直器100安裝在蓋板300與臺(tái)座400之間。例如，準(zhǔn)直器100可經(jīng)由多個(gè)固定元件(如螺桿)而安裝在腔室200的壁上。
[0037]圖2是依據(jù)一些實(shí)施方式的圖1中準(zhǔn)直器100的示意圖，且圖3是沿圖2中線(xiàn)段3-3的剖視圖。準(zhǔn)直器100包含多個(gè)側(cè)壁板110，這些側(cè)壁板110共同形成多個(gè)通道160。至少一通道160具有入口 162及與入口 162相對(duì)的出口 164。至少一側(cè)壁板110于入口 162的厚度Tl比側(cè)壁板110于出口 164的厚度T2薄。換言之，至少一通道160于入口 162的剖面面積((^08 8-sect1nal area)Al大于通道160于出口 164的剖面面積A2。請(qǐng)參看圖1。通道160的入口 162面對(duì)蓋板300，且通道160的出口 164面對(duì)臺(tái)座400。
[0038]請(qǐng)參看圖1至圖3。準(zhǔn)直器100的功能將允許遵循相對(duì)垂直于晶圓450的路徑的原子穿過(guò)，且攔截相對(duì)不垂直于晶圓450的原子。此舉確保均勻的金屬材料層在晶圓450的表面上形成。逐出或?yàn)R射原子從通道160的入口 162進(jìn)入準(zhǔn)直器100且從出口 164離開(kāi)。在物理氣相沉積操作的期間，以較大角度散射的原子可沖射在準(zhǔn)直器100的側(cè)壁板110上。此橫向生長(zhǎng)可能導(dǎo)致在側(cè)壁板110頂部的過(guò)度生長(zhǎng)。然而，由于至少一側(cè)壁板110的厚度Tl比厚度T2薄，或至少一通道160的剖面面積Al大于剖面面積A2，原子不會(huì)很快阻塞通道160，以使得準(zhǔn)直器100的使用壽命可延長(zhǎng)，及可減少工藝維護(hù)頻率，從而留下更多時(shí)間用于制造。
[0039]在圖3中，至少一側(cè)壁板110具有毗鄰入口 162的漸縮(tapered)邊緣122。本發(fā)明中所使用的術(shù)語(yǔ)「漸縮邊緣」意謂著側(cè)壁板110的每一主表面132朝向彼此漸縮以形成銳利或尖銳邊緣，或主表面132向漸縮邊緣122的末端(例如圖3中的尖端123a)傾斜。換言之，通道160朝向出口 164漸窄。本發(fā)明中的主表面132與彼此相對(duì)及分別面對(duì)兩相鄰的通道160。原子主要黏著在這些主表面132上。
[0040]在圖3中，漸縮邊緣122具有尖端123a。因此，圖3中的側(cè)壁板110的剖視圖實(shí)質(zhì)上形成三角形。尖端123a具有角度Θ，范圍自約I度至約89度。在一些實(shí)施方式中，厚度Tl的范圍自約I毫米至約2厘米。
[0041]圖4A與圖4B是根據(jù)一些其他實(shí)施方式的圖2中準(zhǔn)直器100的剖視圖。在圖4A中，漸縮邊緣122具有圓形末端123b。例如，自剖視圖可見(jiàn)，漸縮邊緣122的末端是圓形。在圖4B中，漸縮邊緣122具有扁平末端123c。例如，自剖視圖可見(jiàn)，漸縮邊緣122具有扁平頂部。上文提及的漸縮邊緣122的末端形狀僅為說(shuō)明，且不會(huì)限制本發(fā)明所主張的范疇?；旧?，只要厚度Tl(請(qǐng)參看圖3)比厚度T2(請(qǐng)參看圖3)薄，則實(shí)施方式符合所主張的范疇。因圖4A及圖4B中的準(zhǔn)直器100的其他相關(guān)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)類(lèi)似于圖3中的準(zhǔn)直器100，因此將不再贅述。
[0042]圖5Α是根據(jù)又一些其他實(shí)施方式的圖2中準(zhǔn)直器100的剖視圖。在圖5Α中，至少一側(cè)壁板110更具有毗鄰出口 164的扁平(flat)邊緣124。詳細(xì)而言，圖5Α中的側(cè)壁板110具有毗鄰入口 162的漸縮邊緣122與毗鄰出口 164的扁平邊緣124。兩個(gè)主表面132中位于漸縮邊緣122區(qū)域中的部分向漸縮邊緣122末端(例如圖5A中的尖端123a)傾斜，且兩個(gè)主表面132中位于扁平邊緣124區(qū)域中的部分實(shí)質(zhì)上互相平行。在一些實(shí)施方式中，漸縮邊緣122的高度比扁平邊緣124短，如圖5A中所示。在一些其他實(shí)施方式中，漸縮邊緣122及扁平邊緣124具有實(shí)質(zhì)上相等的高度。在又一些其他實(shí)施方式中，漸縮邊緣122的高度比扁平邊緣124長(zhǎng)。因圖5A中的準(zhǔn)直器100的其他相關(guān)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)類(lèi)似于圖3中的準(zhǔn)直器100，因此便不再贅述。
[0043]圖5B及圖5C是根據(jù)又一些其他實(shí)施方式的圖2中準(zhǔn)直器100的剖視圖。在圖5B中，漸縮邊緣122具有圓形末端123b。例如，自剖視圖可見(jiàn)，漸縮邊緣122的末端是圓形。在圖5C中，漸縮邊緣122具有扁平末端123c。例如，自剖視圖可見(jiàn)，漸縮邊緣122具有扁平頂部。在一些實(shí)施方式中，漸縮邊緣122的高度比扁平邊緣124短，如圖5B及圖5C中所示。在一些其他實(shí)施方式中，漸縮邊緣122及扁平邊緣124具有實(shí)質(zhì)上相等的高度。在又一些其他實(shí)施方式中，漸縮邊緣122的高度比扁平邊緣124長(zhǎng)。上文提及的漸縮邊緣122的末端形狀僅為說(shuō)明，及應(yīng)不限制本發(fā)明所主張的范疇?；旧?，只要側(cè)壁板110于入口 162的厚度Tl(請(qǐng)參看圖3)比側(cè)壁板110于出口 164的厚度T2(請(qǐng)參看圖3)薄，則實(shí)施方式符合本發(fā)明所主張的范疇。因圖5B及圖5C中的準(zhǔn)直器100的其他相關(guān)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)類(lèi)似于圖3中的準(zhǔn)直器100，因此便不再贅述。
[0044]請(qǐng)?jiān)俅螀⒄請(qǐng)D2及圖3。側(cè)壁板110可為一體成型。或者，在其他實(shí)施方式中，側(cè)壁板110可組裝在一起以形成準(zhǔn)直器100 O側(cè)壁板110可由青銅、鋼、鋁、鈦、不銹鋼、合金，或其他適合材料制成。在一些實(shí)施方式中，通道160具有六邊形的橫剖視配置，如圖2中所示。因此，通道160共同形成蜂巢外觀。對(duì)于六邊形通道160而言，進(jìn)入通道160的原子具有較低可能性黏附在通道160的角落。因此，準(zhǔn)直器100的使用壽命可延長(zhǎng)。然而，在一些其他實(shí)施方式中，亦可制造具有其他橫剖視配置的通道160，如三角形、正方形、矩形、其他可成巢狀的形狀，或上述的組合。
[0045]圖6是沿圖2中線(xiàn)段6-6的剖視圖。在圖6中，通道160在準(zhǔn)直器100中心區(qū)域的深度Dl比通道160在準(zhǔn)直器100的邊界區(qū)域的深度D2深。更詳細(xì)而言，靶材350的原子的逐出或?yàn)R射方向較廣。大量原子進(jìn)入準(zhǔn)直器100中心區(qū)域，且少數(shù)原子進(jìn)入準(zhǔn)直器100的邊界區(qū)域。穿過(guò)通道160的原子量依據(jù)通道160的深度而定。通道160的深度D2并不比深度Dl深，因此較少原子在邊界區(qū)域被過(guò)濾，從而產(chǎn)生過(guò)濾原子的均勻空間分布。
[0046]請(qǐng)?jiān)俅螀⒖磮D1。在圖1中，準(zhǔn)直器100靠近蓋板300且遠(yuǎn)離臺(tái)座400。例如，準(zhǔn)直器100可置于腔室200的上半部分中。此配置阻止由準(zhǔn)直器100過(guò)濾的原子由于準(zhǔn)直器100的圖案(例如圖2中的蜂巢圖案)而在晶圓450上形成圖案化層。
[0047]在一些實(shí)施方式中，物理氣相沉積系統(tǒng)更包含電性連接至蓋板300的直流電(direct current;DC)電源500。直流電電源500確定腔室200與安裝在蓋板300上的靶材350之間的電壓電位。直流電電源500的負(fù)端可連接至蓋板300，且正端可接地至腔室200。一負(fù)偏壓被施加至蓋板300，同時(shí)使腔室200保持接地電位。如此一來(lái)，腔室200中可產(chǎn)生電場(chǎng)。
[0048]在物理氣相沉積系統(tǒng)中藉由將等離子體饋氣引入腔室200產(chǎn)生等離子體，饋氣如氬。電子與等離子體饋氣的原子碰撞以產(chǎn)生離子。由直流電電源500施加的負(fù)偏壓吸引離子前往靶材350。離子以高能量碰撞靶材350。換言之，蓋板300上的負(fù)偏壓加速所形成的等離子體中的正離子前往革El材350以自革El材350派射原子。藉由直接動(dòng)量轉(zhuǎn)移而自革El材350表面逐出濺射原子。濺射原子可或可不離子化，且部分的濺射原子隨后穿過(guò)準(zhǔn)直器100并到達(dá)晶圓450上。在一些實(shí)施方式中，靶材350可由鋁、鉭、鈦、銅或其他適合靶材制成。
[0049]在一些實(shí)施方式中，物理氣相沉積系統(tǒng)可更包含置于腔室200周?chē)拇艌?chǎng)產(chǎn)生器550，磁場(chǎng)產(chǎn)生器550恰好位于臺(tái)座400上方的區(qū)域中，以用于在腔室200中產(chǎn)生磁場(chǎng)。磁場(chǎng)用以藉由使得電子螺旋形穿過(guò)等離子體而增長(zhǎng)電子滯留時(shí)間。藉由改變磁場(chǎng)產(chǎn)生器550的磁場(chǎng)形狀，可定向控制等離子體。因此，等離子體饋氣的離子化位準(zhǔn)亦提高。在一些實(shí)施方式中，磁場(chǎng)產(chǎn)生器550可為共軸電磁線(xiàn)圈(包含螺線(xiàn)管)，或永久性磁鐵的適當(dāng)排列，或電磁線(xiàn)圈與永久性磁鐵的組合，如熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者將理解。可向磁場(chǎng)產(chǎn)生器550施加直流電及/或射頻偏壓以產(chǎn)生磁場(chǎng)。等離子體均勻性(尤其是晶圓450附近的等離子體均勻性)由磁場(chǎng)產(chǎn)生器550控制且由射頻或直流電偏壓供應(yīng)。此外，由于晶圓450通常為圓形晶圓，因此可使用同心電磁線(xiàn)圈。
[0050]在一些實(shí)施方式中，為控制涂覆金屬層的密度及分布，可操縱靶材350周?chē)拇艌?chǎng)。因此，物理氣相沉積系統(tǒng)可更包含置于蓋板300上方的磁鐵600。當(dāng)物理氣相沉積系統(tǒng)正在操作時(shí)，由磁鐵600產(chǎn)生的磁場(chǎng)促使磁場(chǎng)與靶材350表面相交的處發(fā)生電弧，由此影響涂布層形成之處。磁鐵600可懸垂在蓋板350上。改變磁鐵600的位置即提供對(duì)電弧的定位，以用于控制氣相沉積。盡管磁鐵600在本發(fā)明中描述為單個(gè)磁鐵，但應(yīng)理解，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行最低程度修改后亦可使用磁鐵組合件或永久性磁鐵與電磁體的某個(gè)組合。
[0051 ] 在一些實(shí)施方式中，臺(tái)座400可為靜電卡盤(pán)(electrostatic chuck;ESC)以用于將晶圓450靜電固持就位，然而本發(fā)明所主張的范疇不限定于此。盡管靜電卡盤(pán)在設(shè)計(jì)方面有所不同，但這些卡盤(pán)基于向卡盤(pán)中的一或更多個(gè)電極施加電壓以便分別誘發(fā)晶圓450與電極中的反向極性電荷的原理。相反電荷之間的靜電吸引力壓住晶圓450以抵對(duì)卡盤(pán)，由此夾持晶圓450。此外，臺(tái)座400的額外功能可包含在沉積及濺射期間的晶圓溫度控制。
[0052]在一些實(shí)施方式中，物理氣相沉積系統(tǒng)可更包含電氣連接至臺(tái)座400的射頻偏壓電源650。由射頻偏壓電源650施加射頻頻率以便將能量耦合至動(dòng)能電子，以激發(fā)晶圓450附近的等離子體離子。通常，由于電子的較低質(zhì)荷比，射頻偏壓電源650的功率頻率是超高頻(very high frequency ;VHF)。于再派射步驟中使用在晶圓450附近形成的VHF親合等離子體的離子。然而，在其他實(shí)施方式中，臺(tái)座400可接地或保持電浮動(dòng)。
[0053]圖7是依據(jù)一些實(shí)施方式用于物理氣相沉積晶圓的方法的流程圖。為明晰描述，此方法可用于但不應(yīng)僅限于圖1的物理氣相沉積系統(tǒng)。請(qǐng)參看圖1及圖7。如操作步驟SlO中所示，靶材350置于蓋板300，此蓋板300置于物理氣相沉積系統(tǒng)的腔室200上。在一些實(shí)施方式中，靶材350可由鋁、鉭、鈦、銅或其他適合靶材制成。
[0054]如操作步驟S20所示，晶圓450置于腔室200中的臺(tái)座400上。在一些實(shí)施方式中，臺(tái)座400可為靜電卡盤(pán)(electrostatic chuck;ESC)以用于將晶圓450靜電固持就位，然而本發(fā)明所主張的范疇不限定于此。
[0055]如操作步驟S30所示，準(zhǔn)直器100經(jīng)安裝及定向在腔室200中。請(qǐng)參看圖1及圖3。更詳細(xì)而言，準(zhǔn)直器100可由多個(gè)固定元件(如螺桿)安裝在腔室200的壁上。準(zhǔn)直器100經(jīng)定向以使得其通道160的入口 162面對(duì)靶材350及蓋板300，而準(zhǔn)直器100的通道160的出口 164面對(duì)晶圓450及臺(tái)座400。至少一側(cè)壁板110在入口 162的厚度Tl比此側(cè)壁板110在出口 164的厚度T2薄，或至少一通道160在入口 162的剖面面積Al大于此通道160在出口 164的剖面面積A2o
[0056]請(qǐng)?jiān)俅螀⒖磮D1及圖7。如操作步驟S40所示，自靶材350逐出原子，使得原子在由準(zhǔn)直器100過(guò)濾之后沉積在晶圓450上。準(zhǔn)直器100的功能將僅允許遵循相對(duì)垂直于晶圓450的路徑的原子穿過(guò)，并攔截相對(duì)不垂直于晶圓450的原子。由于側(cè)壁板110在入口 162的厚度Tl(請(qǐng)參看圖3)比此側(cè)壁板110在出口 164的厚度T2(請(qǐng)參看圖3)薄，因此原子不會(huì)很快阻塞通道160，使得可延長(zhǎng)準(zhǔn)直器100的使用壽命，及可減少工藝維護(hù)頻率，從而留下更多時(shí)間用于制造。
[0057]圖8是依據(jù)一些實(shí)施方式用于物理氣相沉積晶圓的方法的流程圖。請(qǐng)參看圖1及圖
8。由于操作細(xì)節(jié)與圖7類(lèi)似，因此下文中將不重復(fù)在此方面進(jìn)行描述。在一些實(shí)施方式中，為從靶材350逐出原子，可在腔室200中提供諸如氬的等離子體饋氣，如操作步驟S42中所示。隨后，在腔室200中產(chǎn)生電場(chǎng)以用于控制等離子體饋氣的動(dòng)量，如操作步驟S44中所示。例如，圖1中的直流電電源500可電性連接至蓋板300以提供穿過(guò)腔室200中的等離子體饋氣的電場(chǎng)。因此，電子與等離子體饋氣的原子碰撞以產(chǎn)生離子。由直流電電源500施加的負(fù)偏壓吸引離子前往靶材350，以從靶材350濺射原子。
[0058]在一些實(shí)施方式中，如操作步驟S46中所示，在腔室200中產(chǎn)生磁場(chǎng)。例如，磁場(chǎng)產(chǎn)生器550可置于腔室200周?chē)杂糜谠谇皇?00中產(chǎn)生磁場(chǎng)。磁場(chǎng)用以藉由使得電子螺旋形穿過(guò)等離子體而增長(zhǎng)電子滯留時(shí)間。因此，等離子體饋氣的離子化位準(zhǔn)亦提高。
[0059]在一些實(shí)施方式中，可控制腔室200中的磁場(chǎng)分布。例如，圖1中的磁鐵600可置于蓋板300上方。在改變磁鐵600的定位時(shí)，磁場(chǎng)分布變更，由此控制氣相沉積。
[0060]在一些實(shí)施方式中，可操縱鄰近于晶圓450的等離子體部分。例如，射頻偏壓電源650可電性連接至臺(tái)座400以用于將能量耦合至動(dòng)力電子，以激發(fā)晶圓450附近的等離子體離子。
[0061]準(zhǔn)直器的功能為允許遵循相對(duì)垂直于晶圓的路徑的原子穿過(guò)，及攔截相對(duì)不垂直于晶圓的原子。此舉確保均勻的金屬材料層在晶圓表面上形成。逐出或?yàn)R射的靶原子從通道入口進(jìn)入準(zhǔn)直器及從出口離開(kāi)。在物理氣相沉積操作的期間，以較大角度散射的原子可能沖射在準(zhǔn)直器的側(cè)壁板上。此橫向生長(zhǎng)可能導(dǎo)致在側(cè)壁板頂部的過(guò)度生長(zhǎng)。然而，由于至少一側(cè)壁在入口的厚度比此側(cè)壁板在出口的厚度薄，或至少一通道的剖面面積大于此通道在出口的剖面面積，原子不會(huì)很快阻塞通道，以使得準(zhǔn)直器的使用壽命可延長(zhǎng)，及可減少工藝維護(hù)頻率，從而留下更多時(shí)間用于制造。
[0062]本發(fā)明的一態(tài)樣提供一種物理氣相沉積系統(tǒng)，包含腔室、蓋板、臺(tái)座與準(zhǔn)直器。蓋板置于腔室上以用于固持靶材。臺(tái)座置于腔室中以用于支撐一晶圓。準(zhǔn)直器置于蓋板與臺(tái)座之間。準(zhǔn)直器包含多個(gè)側(cè)壁板。側(cè)壁板共同形成多個(gè)通道。至少一該些通道具有一入口與相對(duì)于入口的一出口。入口面對(duì)蓋板，且出口面對(duì)臺(tái)座。至少一側(cè)壁板在入口的厚度比側(cè)壁板在出口的厚度薄。
[0063]本發(fā)明的另一態(tài)樣提供一種物理氣相沉積系統(tǒng)，包含腔室、蓋板、臺(tái)座與準(zhǔn)直器。蓋板置于腔室上以用于固持靶材。臺(tái)座置于腔室中以用于支撐一晶圓。準(zhǔn)直器置于蓋板與臺(tái)座之間。準(zhǔn)直器包含多個(gè)側(cè)壁板。側(cè)壁板共同形成多個(gè)通道。至少一通道具有一入口及一出口。入口面對(duì)蓋板，且出口面對(duì)臺(tái)座。一通道在入口的剖面面積大于通道在出口的剖面面積。
[0064]本發(fā)明的再一態(tài)樣提供一種用于物理氣相沉積一晶圓的方法，包含將靶材置于蓋板，蓋板置于腔室上。將晶圓置于腔室中的臺(tái)座上。在腔室中安裝及定向一準(zhǔn)直器，其中準(zhǔn)直器包含多個(gè)側(cè)壁板。側(cè)壁板共同形成多個(gè)通道。至少一通道具有一入口及一出口。入口面對(duì)蓋板，且出口面對(duì)臺(tái)座。至少一側(cè)壁板在入口的厚度比側(cè)壁板在出口的厚度薄。自靶材中逐出原子，使得原子在由準(zhǔn)直器過(guò)濾之后沉積在晶圓上。
[0065]前述內(nèi)容概括數(shù)個(gè)實(shí)施方式的特征，以便彼等熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者可更佳地理解本發(fā)明的態(tài)樣。彼等熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者應(yīng)了解，本發(fā)明可易于用作設(shè)計(jì)或修正其他工藝及結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)與本發(fā)明介紹的實(shí)施方式相同的目的及/或達(dá)到與其相同的優(yōu)勢(shì)。彼等熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者亦應(yīng)了解，等效構(gòu)造不脫離本發(fā)明的精神及范疇，及可在不脫離本發(fā)明精神及范疇的情況下在本發(fā)明中進(jìn)行多種變更、取代及更動(dòng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種物理氣相沉積系統(tǒng)，其特征在于，包含: 一腔室； 一蓋板，置于該腔室上以用于固持一靶材； 一臺(tái)座，置于該腔室中以用于支撐一晶圓；以及 一準(zhǔn)直器，置于該蓋板與該臺(tái)座之間，其中該準(zhǔn)直器包含: 多個(gè)側(cè)壁板，該些側(cè)壁板共同形成多個(gè)通道，其中至少一該通道具有一入口與相對(duì)于該入口的一出口，該入口面對(duì)該蓋板，且該出口面對(duì)該臺(tái)座，至少一該側(cè)壁板在該入口的一厚度比該側(cè)壁板在該出口的一厚度薄。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物理氣相沉積系統(tǒng)，其特征在于，至少一該側(cè)壁板具有毗鄰于該入口的一漸縮邊緣。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的物理氣相沉積系統(tǒng)，其特征在于，至少一該側(cè)壁板更具有兩個(gè)主表面，該些主表面分別面對(duì)兩毗鄰的該些通道，且該些主表面向該漸縮邊緣的一末端傾斜。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的物理氣相沉積系統(tǒng)，其特征在于，至少一該側(cè)壁板更具有毗鄰該出口的一扁平邊緣。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物理氣相沉積系統(tǒng)，其特征在于，至少一該通道向該出口漸窄。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物理氣相沉積系統(tǒng)，其特征在于，至少一該通道在該準(zhǔn)直器的一中心區(qū)域的一深度比該通道在該準(zhǔn)直器的一邊界區(qū)域的一深度大。7.一種物理氣相沉積系統(tǒng)，其特征在于，包含: 一腔室； 一蓋板，置于該腔室上以用于固持一靶材； 一臺(tái)座，置于該腔室中以用于支撐一晶圓；以及 一準(zhǔn)直器，置于該蓋板與該臺(tái)座之間，其中該準(zhǔn)直器包含: 多個(gè)側(cè)壁板，該些側(cè)壁板共同形成多個(gè)通道，其中至少一該通道具有一入口及一出口，該入口面對(duì)該蓋板，且該出口面對(duì)該臺(tái)座，一該通道在該入口的一剖面面積大于該通道在該出口的一剖面面積。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的物理氣相沉積系統(tǒng)，其特征在于，該準(zhǔn)直器靠近該蓋板且遠(yuǎn)離該臺(tái)座。9.一種用于物理氣相沉積一晶圓的方法，其特征在于，包含: 將一靶材置于一蓋板，其中該蓋板置于一腔室上； 將該晶圓置于該腔室中的一臺(tái)座上； 在該腔室中安裝及定向一準(zhǔn)直器，其中該準(zhǔn)直器包含: 多個(gè)側(cè)壁板，該些側(cè)壁板共同形成多個(gè)通道，其中至少一該通道具有一入口及一出口，該入口面對(duì)該蓋板，且該出口面對(duì)該臺(tái)座，至少一該側(cè)壁板在該入口的一厚度比該側(cè)壁板在該出口的一厚度薄；以及 自該靶材中逐出原子，使得該些原子在由該準(zhǔn)直器過(guò)濾之后沉積在該晶圓上。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，該逐出步驟包含: 在該腔室中提供等離子體饋氣；以及awfrIMsrss^rf蜮撕攙￥鋁屮旺益夠#1^ιφ側(cè)鉬攙坩Kc/C P 務(wù) 狀 hk Xl V 9SZ8890T Zo
【文檔編號(hào)】C23C14/34GK105887026SQ201510859862
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2015年11月30日
【發(fā)明人】紀(jì)志堅(jiān), 蘇鴻文, 李佩璇
【申請(qǐng)人】臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司