CN115110042A

CN115110042A - 物理气相沉积反应室及其使用方法

Info

Publication number: CN115110042A
Application number: CN202110301292.2A
Authority: CN
Inventors: 范致中; 吴昇颖; 林明贤; 叶书佑
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2021-03-22
Filing date: 2021-03-22
Publication date: 2022-09-27
Anticipated expiration: 2041-03-22
Also published as: CN115110042B

Abstract

本揭露的实施例为一种物理气相沉积反应室及其使用方法。物理气相沉积反应室的使用方法包含将基板移动至半导体处理腔室的基板支撑件上方，其中基板支撑件被沉积环环绕；执行沉积制程，沉积制程通过轰击半导体处理腔室内的靶材，使靶材的材料沉积至基板上方，其中在沉积制程期间，靶材的材料沉积至沉积环的沉积槽内，其中沉积材料与沉积环的底表面的最小垂直距离为约1.78mm至约1.82mm；以及停止沉积制程以及将基板移出半导体处理腔室。

Description

物理气相沉积反应室及其使用方法

技术领域

本揭露是关于一种物理气相沉积反应室及其使用方法。

背景技术

物理气相沉积(Physical vapor deposition；PVD)或溅射为用于制造电子元件的制程。PVD为在真空腔室中执行的电浆制程，其中负偏压的靶材暴露于具有相对重原子的惰性气体(例如，氩气(Ar))或包含此种惰性气体的气体混合物的电浆。惰性气体的离子对靶的轰击导致靶材的原子的喷射。所喷射的原子作为沉积膜累积在基板上，此基板是放置在设置于腔室内的基板支撑底座上。

发明内容

本揭露的实施例为一种物理气相沉积反应室的使用方法，包含将基板移动至半导体处理腔室的基板支撑件上方，其中基板支撑件被沉积环环绕；执行沉积制程，沉积制程通过轰击半导体处理腔室内的靶材，使靶材的材料沉积至基板上方，其中在沉积制程期间，靶材的材料沉积至沉积环的沉积槽内，其中沉积材料与沉积环的底表面的最小垂直距离为约1.78mm至约1.82mm；以及停止沉积制程以及将基板移出半导体处理腔室。

本揭露的实施例为一种物理气相沉积反应室的使用方法，包含将基板移动至半导体处理腔室的基板支撑件上方，其中基板支撑件被沉积环环绕；执行沉积制程，沉积制程通过轰击半导体处理腔室内的靶材，使靶材的材料沉积至基板上方，其中在沉积制程期间，靶材的材料具有第一部分沉积至基板的侧表面，以及第二部分沉积至沉积环的沉积槽内；调整半导体处理腔室上方的RF源的功率，其中在功率大于约2000千瓦时，材料的第一部分与第二部分仍保持分离；以及停止沉积制程以及将基板移出半导体处理腔室。

本揭露的实施例为一种物理气相沉积反应室，包含处理腔室；基板支撑件，配置于处理腔室内，并用于支撑基板；沉积环，配置于在沉积制程期间环绕基板支撑件，沉积环具有内周边表面，其中内周边表面的内直径为约294.10mm至约294.20mm，沉积环还包含至少一延伸部，延伸部径向地向内延伸，并配置于嵌合基板支撑件的凹陷，其中延伸部的厚度为约1.9mm至约2.1mm；以及RF源，配置于处理腔室的上方。

附图说明

当通过附图阅读时，自以下详细描述，最佳地理解本揭露内容的态样。注意，根据该行业中的标准实务，各种特征未按比例绘制。事实上，为了论述的清晰起见，可任意地增大或减小各种特征的尺寸。

图1为本揭露的部分实施例的半导体处理腔室的示意图；

图2A为本揭露的部分实施例的半导体处理腔室的组件的俯视图；

图2B为本揭露的部分实施例的半导体处理腔室的组件的放大图；

图2C为本揭露的部分实施例的半导体处理腔室的组件的剖面图；

图3为本揭露的部分实施例的半导体处理腔室的组件的剖面图；

图4为本揭露的部分实施例的操作半导体处理腔室的方法；

图5A至图5B为本揭露的部分实施例的半导体处理腔室的组件在不同制程步骤下的剖面图；

图6A及图6B为本揭露的部分实施例的计算机系统的示意图。

【符号说明】

100:半导体处理腔室

101:腔室主体

102:配接器

103:群集工具

104:侧壁

105:基板

106:底壁

108:上部处理组件

110:处理区域

120:底座组件

122:升举机构

123:升举销

124:波纹管

126:基板支撑件

126A:电极

126R:凹陷

127:基板接收表面

128:平台外壳

129:周边边缘

130:盖组件

132:靶材

133:溅射表面

134:背面区域

136:陶瓷靶材隔离件

140:功率源

141:阻抗控制器

142:气源

143:静电吸盘电源

144:导管

146:排气端口

147:闸阀

148:排气导管

149:排气泵

151:内环

152:外环

154:座

156:锥形部分

157:内圆周端部

159:外圆周表面

160:接地屏蔽

162:内部表面

170:交错覆盖环

171:唇部

173:涂层

180:沉积环

181:RF源

181A:RF功率源

181B:RF匹配器

182:DC源

182A:DC电源

184:中心馈电

185:导电壁

186:屏蔽罩

189:磁控系统

190:系统控制器

191:盖壳

193:马达

200:主体

202:底表面

210:内直径

220:外直径

230A,230B,230C:延伸部

235:圆周面

240:内周边表面

245:过渡表面

250:上部表面

260:沉积槽

261:上缘

262:表面

263:表面

264:表面

300:RF感应器

400A,400B,400C:部分

600:计算机系统

601:计算机

602:键盘

603:鼠标

604:显示器

605:光盘机

606:磁盘机

611:MPU

612:ROM

613:RAM

614:硬盘

615:总线

621:光盘

622:磁盘

X,Y,Z:方向

α,β:角度

θ:夹角

C-C:线

C:曲率中心

D1,D2,D3:距离

T1:厚度

R:曲率半径

具体实施方式

以下揭露内容提供许多不同实施例或实例，用于实施提供的标的的不同特征。以下描述组件及配置的具体实例以简化本揭露内容。当然，这些仅为实例，且并不意欲为限制性。举例而言，在接下来的描述中，第一特征在第二特征上方或上的形成可包括第一与第二特征直接接触地形成的实施例，且亦可包括额外特征可形成于第一与第二特征之间使得第一与第二特征可不直接接触的实施例。此外，在各种实例中，本揭露内容可重复参考数字及/或字母。此重复是为了简单且清晰的目的，且自身并不规定论述的各种实施例及/或组态之间的关系。

另外，为了易于描述，诸如“在……之下(beneath)”、“在……下方(below)”、“下部(lower)”、“在……上方(above)”及“上部(upper)”及类似者的空间相对术语可在本文中用以描述如在图中图示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。除了图中描绘的定向之外，这些空间相对术语意欲亦涵盖在使用或操作中的元件的不同定向。可将设备以其他方式定向(旋转90度或以其他定向)，且同样地可将本文中使用的空间相对描述词相应地作出解释。

本揭露的实施方式大致提供一种处理腔室，及一种用于执行物理气相沉积(PVD)制程的基板处理方法。处理腔室为真空腔室，其包含静电吸盘(electrostatic chuck,ESC)以支撑并保持基板，通过靶材的轰击而喷射的原子在PVD处理期间沉积在此些基板上。静电吸盘包含陶瓷球，此陶瓷球在其中具有一或更多个电极。向电极施加夹持电压以便以静电方式将基板保持至静电吸盘。PVD制程可导致再沉积，且再沉积材料(例如，AlO)在沉积环上的量可能影响PVD沉积的品质。

覆盖环、沉积环及接地屏蔽是设置在真空腔室中，以在真空腔室内相对于基板来界定处理区域。接地屏蔽与覆盖环交错以限制电浆。限制至处理区域的电浆及喷射原子限制了靶材在腔室中的其他部件上的沉积，并促成更高效地使用靶材，因为相对较高百分比的喷射原子被沉积在基板上。

静电吸盘(ESC)支撑沉积环且通过升举机构耦接至真空腔室的底部，此升举机构用以使静电吸盘(ESC)及沉积环在上部与下部位置之间移动。在操作期间，覆盖环亦被升高及降低。当升高时，覆盖环与接地屏蔽垂直分离开。当降低时，覆盖环的部分被接收在接地屏蔽的部分内。

当静电吸盘处于上升位置时，覆盖环及接地屏蔽彼此垂直地分离。在处理操作期间，来自靶材的沉积材料亦沉积在沉积环上。电弧(arcing)效应可能不经意地发生在基板与半导体处理腔室的其他组件之间，且发生的条件有许多种。举例来说，电弧可能发生在当沉积环上的沉积材料满出并接触到基板。并造成局部大电流。电弧可能对制程的品质是有害的，因此，如何降低或消除PVD制程中的电弧效应，是必须解决的问题。

图1绘示半导体处理腔室100，其包含一片式接地屏蔽160及覆盖环170。接地屏蔽160及覆盖环170包含用以处理设置在处理区域110或电浆区域中的基板105的处理套组，其亦包含支撑在底座组件120上的沉积环180。在一些实施方式中，半导体处理腔室100包含用于在基板105上沉积来自靶材132的单一成分或多成分材料的溅射腔室，亦称为物理气相沉积或PVD腔室。半导体处理腔室100亦可用以沉积铝、铜、镍、铂、铪、银、铬、金、钼、硅、钌、钽、氮化钽、碳化钽、氮化钛、钨、氮化钨、镧、氧化铝、氧化镧、镍铂合金，及钛，及/或其组合。预期其他处理腔室亦可适于受益于所揭露实施方式。沉积环180具有环绕基板支撑件126的环形形状，并将在后续作更深入讨论。在部分实施例中，沉积环180可由陶瓷或金属材料制成，像是，石英、氧化铝、不锈钢、钛或其他适当材料。覆盖环170由抗溅射电浆的侵蚀的材料制成，例如，金属材料或陶瓷材料。

半导体处理腔室100包含腔室主体101，其具有封闭处理区域110的侧壁104、底壁106及上部处理组件108。将处理区域110定义为在处理期间在基板支撑件126上方的区域(例如，当处于处理位置时在靶材132与基板支撑件126之间)。通过机械加工及焊接不锈钢板或通过机械加工单个铝块来制造腔室主体101。在一个实施方式中，侧壁104包含铝或电镀有铝，且底壁106包含或电镀有不锈钢。侧壁104通常含有狭缝阀，以提供基板105自半导体处理腔室100进出。与接地屏蔽160、底座组件120及覆盖环170协作的在半导体处理腔室100的上部处理组件108中的部件将在处理区域110中形成的电浆限制在基板105上方的区域中。

自半导体处理腔室100的底壁106支撑底座组件120。底座组件120在处理期间支撑沉积环180连同基板105。底座组件120通过升举机构122耦接至半导体处理腔室100的底壁106，此升举机构122用以在基板105上的靶材在沉积期间的上部处理位置与基板105被传送至底座组件120上的下部传送位置之间升高及降低底座组件120。另外，在下部传送位置处，升举销123移动经过底座组件120，以使基板105与底座组件120分隔开，以便于通过设置在半导体处理腔室100外部的基板传送机构(像是，单片机器人)来交换基板105。波纹管124通常设置在底座组件120与底壁106之间，以将腔室主体101的处理区域110与底座组件120的内部及腔室的外部隔离开。

底座组件120包含密封地耦接至平台外壳128的基板支撑件126。平台外壳128通常由金属材料制成，像是，不锈钢或铝。冷却板通常设置在平台外壳128内以热调节基板支撑件126。基板支撑件126由铝或陶瓷制成。基板支撑件126具有基板接收表面127，其在处理期间接收并支撑基板105，此基板接收表面127大体上平行于靶材132的溅射表面133。基板支撑件126亦具有周边边缘129，此周边边缘129在基板105的伸出边缘之前终止。

在一些实施方式中，基板支撑件126为静电吸盘、陶瓷主体、加热器或其组合。在一个实施方式中，基板支撑件126为包含介电主体的静电吸盘，此介电主体具有内嵌于其中的电极126A或导电层。介电主体由高热导率的介电材料制成，像是，热解氮化硼、氮化铝、氮化硅、氧化铝或均等材料。在一些实施方式中，电极126A经配置以使得当通过静电吸盘电源143将DC电压施加至电极126A时，设置在基板接收表面127上的基板105将以静电方式夹持至此些电极126A，以提高基板105与基板支撑件126之间的传热。在其他实施方式中，阻抗控制器141亦耦接至电极(导电层)126A，以使得可在处理期间维持基板上的电压以影响与基板105的表面的电浆相互作用。

在一些实施方式中，平台外壳128包含具有适当地与上覆基板支撑件126的热性质匹配的材料。举例来说，平台外壳128包含陶瓷与金属的复合物(像是，铝硅碳化物)，其与陶瓷相比提供了改良的强度及耐久性，且亦具有改良的传热性质。复合材料具有与基板支撑件126的材料匹配的热膨胀系数，以减少热膨胀失配。在一些实施方式中，复合材料包含具有被金属渗透的孔的陶瓷，此金属至少部分地填充此些孔以形成复合材料。陶瓷包含例如碳化硅、氮化铝、氧化铝或堇青石中的至少一者。陶瓷包含为总体积的约20体积％至约80体积％的孔体积，其余体积属于渗透金属。渗透金属包含添加有硅的铝，且亦含有铜。在一些实施方式中，复合物包含陶瓷及金属的不同成分，像是，具有分散的陶瓷颗粒的金属，或平台外壳128可仅由金属制成，像是，不锈钢或铝。冷却板设置在平台外壳128内以热调节基板支撑件126。

半导体处理腔室100受系统控制器190控制，此系统控制器190促进半导体处理腔室100的控制及自动化，且通常包含中央处理单元(CPU)、记忆体及支持电路(或I/O)。CPU可为用于工业设置中的任何形式的计算机处理器中的一者，用于控制各种系统功能、基板移动、腔室处理及支持硬件(例如，感测器、机器人、马达等)并监控制程(例如，基板支持温度、电源变量、腔室制程时间、I/O信号，等等)。记忆体连接至CPU，且可为易获记忆体中的一或更多者，像是，随机存取记忆体(RAM)、只读记忆体(ROM)、软盘、硬盘，或任何其他形式的数字储存器，本端的或远端的。软件指令及数据可被编码并储存在记忆体内，用于指示CPU。支持电路亦连接至CPU，用于以已知方式支持处理器。支持电路包含快取记忆体、电源、时钟电路、输入/输出电路系统、子系统，及其类似者。可由系统控制器190读取的程序(或计算机指令)决定在基板上执行哪些任务。此程序为可由系统控制器190读取的软件，其包含用以执行与运动的监控、执行及控制有关的任务的代码，及要在半导体处理腔室100中执行的各种制程配方任务及配方步骤。举例来说，系统控制器190包含程序码，其包含：基板定位指令集，用以操作底座组件120；气体流量控制指令集，用以操作气体流量控制阀以设定至半导体处理腔室100的溅射气体的流量；气体压力控制指令集，用以操作节流阀或闸阀以维持半导体处理腔室100中的压力；温度控制指令集，用以控制在底座组件120或侧壁104中的温度控制系统以分别设定基板或侧壁104的温度；及制程监控指令集，用以监控半导体处理腔室100中的制程。

上部处理组件108包含射频(Radio frequency；RF)源181、直流(DC)源182、配接器102、马达193及盖组件130。盖组件130包含靶材132、磁控系统189及盖壳191。如图1中所示，当处于关闭位置时，上部处理组件108由侧壁104支撑。陶瓷靶材隔离件136设置在靶材132与盖组件130的配接器102之间，以限制其间的真空泄漏。配接器102密封地耦接至侧壁104，且用以帮助移除上部处理组件108。

靶材132被设置成与配接器相邻，且暴露于半导体处理腔室100的处理区域110。靶材132提供了在PVD制程期间沉积于基板上的材料。

在处理期间，通过设置在RF源181及/或DC源182中的功率源140相对于地(例如，腔室主体101)用RF及/或DC功率将靶材132偏压。在一个实施方式中，RF源181包含RF功率源181A及RF匹配器181B，其用以高效地将RF能量传递至靶材132。

在处理期间，自气源142经由导管144将气体(例如，氩气)供应至处理区域110。在部分实施例中，气源142包含像是氩气或氙气的非反应性气体，其能够以能量的方式撞击靶材132并自靶材132溅射材料。气源142亦包含反应性气体(例如，含氧气体、含氮气体、含甲烷气体中的一或更多者)，其与溅射材料反应以在基板上形成层。废制程气体及副产物经由排气端口146自半导体处理腔室100排出，此些排气端口146接收废制程气体并将废制程气体导向至排气导管148，此些排气导管148具有可调整位置的闸阀147以控制半导体处理腔室100中的处理区域110中的压力。排气导管148连接至一或更多个排气泵149。通常，将半导体处理腔室100中的溅射气体的压力设定为次大气压水平(像是，真空环境)，例如，约0.6毫托至约400毫托的压力。由基板105与靶材132之间的气体形成电浆。电浆内的离子朝向靶材132加速，并导致材料自靶材132脱落。脱落的靶材料沉积在基板105上。

盖壳191包含导电壁185、中心馈电184及屏蔽罩186。在此配置中，导电壁185、中心馈电184、靶材132及马达193的一部分封闭并形成背面区域134。背面区域134是设置在靶材132的背侧上的密封区域，且在处理期间通常填充有流动液体以移除处理期间在靶材132处所产生的热。在一个实施方式中，导电壁185及中心馈电184用以支持马达193及磁控系统189，以使得马达193可在处理期间使磁控系统189旋转。在一些实施方式中，马达193与自电源传递的RF或DC功率电隔离。屏蔽罩186包含一或更多种介电材料，其被定位成封闭并限制传递至靶材132的RF能量以免干扰并影响设置在群集工具103中的其他处理腔室。

接地屏蔽160由腔室主体101支撑，并围绕面向基板支撑件126的溅射靶材132的溅射表面133。接地屏蔽160亦环绕基板支撑件126的周边边缘129。接地屏蔽160覆盖半导体处理腔室100的侧壁104，以减少源自溅射靶材132的溅射表面133的溅射沉积物至接地屏蔽160背后的部件及表面上的沉积。

当基板支撑件126处于下部的装载位置(如图1中所绘示)时，覆盖环170靠在接地屏蔽160上。当基板支撑件126处于上部(升高的)沉积位置时，覆盖环170紧邻沉积环180并与其分离。在沉积位置处，覆盖环170保护基板支撑件126免于溅射沉积。

半导体处理腔室100亦包含RF感应器300。在部分实施例中，RF感应器300耦接至基板支撑件126，并侦测施加至基板支撑件126周围的电压变化或是电流变化。在部分实施例中，RF感应器300可用于感应RF电压或是RF电流，并产生一电压信号。此电压信号可以透过如系统控制器190处理，并产生一输出信号。系统控制器190可进一步地将输出信号与一参考信号进行比较。此参考信号可为预设的参考电压或是预设的参考电流。若输出信号大于参考信号，例如侦测到的电压(或电流)大于参考电压(或电流)，则系统控制器190输出电弧警报(arcing alarm)。在部分实施例中，若出现电弧警报，则系统控制器190将会自动关闭半导体处理腔室100内的主动元件，例如DC电源182A，或其他电源产生装置。

图2A为图1中所示的沉积环180的俯视图。沉积环180包含为环形或圈形的主体200。举例来说，主体200可以视为内部具有一圆形开口的一环型结构。主体200包含内直径210及外直径220。此处，内直径可视为主体200内部的圆型开口的直径，或可视为主体200环状结构的内圆周直径。另一方面，外直径可是为主体200的环状结构外圆周的直径。在部分实施例中，内直径210的长度范围约自294.10mm至约294.20mm。例如，在部分实施例中直径210的长度为294.15mm。在部分实施例中，内直径210的长度至少小于约294.488mm。若内直径210的宽度过大，例如大于294.488mm，或者大于约294.20mm，沉积环180与基板支撑件126之间的空隙将会过大，使得在制程期间的震动将会导致沉积品质不佳。本揭露提供一种减少沉积环180的主体200的内直径210的设计，使得沉积环180与基板支撑件126之间的空隙减少，进而增加震动时的稳定度，并可有效地减少制程期间沉积环180晃动的状况。

在部分实施例中，内直径210的长度可略小于基板105(请参阅图1)的直径。在部分实施例中，主体200可由陶瓷材料(像是，氧化铝(Al₂O₃))制成，且通过烧结制程形成。

主体200包含一或更多个延伸部230A、230B及230C。延伸部230A至230C可作为主体200的内直径210径向地向内延伸的定位结构。在一个实施方式中，延伸部230A至230C可分别嵌入在基板支撑件126上的凹陷中，可进一步稳定沉积环180与基板支撑件126的接合。在部分实施例中，延伸部230A至230C相对于基板支撑件126以特定定向设置沉积环180的主体200。此可允许将沉积环180自基板支撑件126移除以进行清洁或替换，且在保证沉积环180与基板支撑件126之间的正确对准的同时安装在基板支撑件126上。

在一些实施方式中，延伸部230A至230C中的每一者沿主体200以相等的角度间隔(例如，约120度)放置。在其他实施方式中，延伸部230A至230C以不规则的角度间隔间距放置。举例来说，角度α可为约90度至约100度，而角度β可为约130度至约135度。延伸部230A至230C被用作分度特征，以确保沉积环180相对于基板支撑件126处于特定定向。

延伸部230A至230C中的每一者包含圆周面235，此圆周面235自主体200的内周边表面240径向地向内延伸。圆周面235通过在圆周面235的每一侧上的过渡表面245与主体200界面连接。过渡表面245可为尖角或轮廓表面，像是，斜面、圆形或锥形表面。延伸部230A至230C中的每一者亦可包含与沉积环180的主体200共面的上部表面250。上部表面250为大体上平坦的，且圆周面235自上部表面250的平面向下地(在Z方向上)延伸约90度。在部分实施例中，圆周面235为圆弧形的，也就是说，圆周面235上的任一点至主体200的圆心为等距。在其他实施例中，圆周面235在过渡表面245之间为平直的或平面的。

在部分实施例中，基板支撑件126的周边边缘129的直径约为294mm。在部分实施例中，基板支撑件126具有足够大的高度，以将基板105与沉积环180的水平表面垂直地分隔开(如图5A所示)。

请参照图2B，图2B为图2A的沉积环180与基板支撑件126的局部放大图。详细而言，图2B图示了延伸部230B与基板支撑件126之间的相对关系。

图2B中，基板支撑件126具有一凹陷126R，其中凹陷126R可以视为自基板支撑件126的外圆周向基板支撑件126的的圆心方向延伸的一缺口。在部分实施例中，凹陷126R的形状实质上和延伸部230B的形状吻合，以稳定地将延伸部230B固定在基板支撑件126的凹陷126R中。

在部分实施例中，延伸部230B具有一厚度T1。此处，“厚度”可定义为，在通过主体200的直径方向上，圆周面235与主体200的内直径210(如虚线所示)的水平距离。在部分实施例中，厚度T1的范围约自1.9mm至约2.1mm。例如，在部分实施例中厚度T1为2.0mm。在部分实施例中，厚度T1的长度至少大于约1.45mm。此厚度可以确保延伸部230B(亦包括延伸部230A与230C)更稳固地和基板支撑件126的凹陷126R嵌合，并降低沉积环180在制程期间的晃动，以提升沉积品质。若厚度T1过小，例如小于1.45mm，则延伸部230B(亦包括延伸部230A与230C)与基板支撑件126的凹陷126R之间的距离可能过大，使得沉积环180在制程期间产生较剧烈的晃动，因而降低沉积品质。

应了解，图2A中的延伸部230A与230C和图2B所讨论的延伸部230B具有类似的结构，为简化起见，本为仅以延伸部230B作为范例进行讨论。

请参照图2C，图2C为沿着图2A的C-C线的剖面图。如图所示，在靠近沉积环180的主体200的内周边表面240处，有一沉积槽260。沉积槽260的用途为，在处理操作期间，来自靶材的沉积材料可堆积在沉积槽260内，以限制沉积材料的移动。

沉积槽260靠近内周边表面240处的最上缘261与内周边表面240具有一水平距离D1。在部分实施例中，水平距离D1的范围约自1.60mm至约1.64mm。例如，在部分实施例中水平距离D1为1.62mm。在部分实施例中，水平距离D1的长度至少大于约1.45mm。此处，“水平距离D1”亦可以视为沉积环180的“内圈厚度”。如前述所提及，本揭露提供一种减少沉积环180的内直径210的设计，而足够厚大的“内圈厚度”可以确保在制程期间，晶圆的背面不会有过多的部分延伸到沉积槽260的上方，以降低沉积槽260内的沉积材料粘附在晶圆的背面的风险。若水平距离D1过小，例如小于1.45mm，则意味着沉积槽260的边缘会更靠内周边表面240，使得晶圆的背面会有过多的部分曝露于沉积槽260上方，进而增加粘片的风险。

在部分实施例中，沉积槽260的底部具有实质上水平的表面262，此水平底表面262大致上与沉积环180的主体200的底表面202平行。沉积槽260从靠近内周边表面240处的最上缘261垂直向下延伸形成一垂直表面263，此垂直表面263大致上与沉积环180的主体200的内周边表面240平行，或者与沉积环180的主体200的底表面202垂直。此外，沉积槽260的垂直表面263和水平底表面262透过一圆弧形表面264连接。

在部分实施例中，水平底表面262和主体200的底表面202之间具有一垂直距离D2。在部分实施例中，垂直距离D2的范围约自1.78mm至约1.82mm。例如，在部分实施例中垂直距离D2为1.8mm。在部分实施例中，垂直距离D2至少小于约2.24mm。此处，垂直距离D2可以视为主体200在沉积槽260处的厚度。本揭露提供了一种减少主体200在沉积槽260处的厚度的设计，可以增加沉积槽260的容量，进而增加容纳制程期间沉积材料的空间，以避免沉积材料自沉积槽260中满出而造成电弧效应(Arcing)。若垂直距离D2太大，例如大于于约2.24mm，则制程期间可能因为沉积槽260太浅使得沉积材料自沉积槽260中满出而产生电弧效应，因而降低沉积品质。

圆弧形表面264具有一曲率半径R以及一曲率中心C。在部分实施例中，曲率半径R的范围约自2.65mm至约2.75mm。例如，曲率半径R可为约2.7mm。以曲率中心C为基准，向下延伸有一垂直线(如虚线所示)，而在曲率半径R和此垂直线的夹角θ处，曲率半径R和圆弧形表面264具有一交点。交点和主体200的底表面202之间具有一垂直距离D3。在部分实施例中，夹角θ的范围约为27度至约30度。在部分实施例中，垂直距离D3的范围约为2.40mm至约2.41mm。此处，垂直距离D3可以视为主体200在圆弧形表面264的该交点处的厚度。若曲率半径R太小(例如小于约2.24mm)，则会间接造成垂直距离D3(或交点处的厚度)降低，进而增加制程期间破损的风险。若曲率半径R太大，则会间接减少沉积槽260内的空间，进而减少沉积槽260容纳沉积材料的量。

图3为本揭露的部分实施例的覆盖环的剖面图。覆盖环170包含内环151及外环152。内环151及外环152向下延伸并相互分离以界定一狭槽，以便允许与处理腔室的沉积屏蔽的端部接合。覆盖环170进一步包含座154及锥形部分156。锥形部分156确保了覆盖环170与沉积环180之间的正确对准。覆盖环170包含径向地向内延伸的唇部171，唇部171包含呈弧形的内部表面162。

图4示出了根据本揭示的一些实施例的操作半导体处理腔室的方法M1。尽管将方法M1示出及/或描述为一系列动作或事件，将了解方法不限于所示出的次序或动作。因此，在一些实施例中，动作可以与所示出者不同的次序执行、及/或可同时执行。另外，在一些实施例中，所示出的动作或事件可分为多个动作或事件，这些动作或事件可分多次执行或与其他动作或子动作同时。在一些实施例中，一些示出的动作或事件可省去，并且其他未示出的动作或事件可包括在内。

请参照图4及图1及图5A，其中图5A半导体处理腔室的元件相对位置的剖面图。详细而言，图5A绘示了在制程期间，基板105、基板支撑件126、沉积环180，以及覆盖环170之间的相对位置。应了解，图4的剖面相同于图2C的剖面。

方法M1开始于操作S101，将基板传送至半导体处理腔室。如图所示，基板105被传送至半导体处理腔室中(如图1的半导体处理腔室100)。基板105置放于基板支撑件126上方，沉积环180耦接并环绕基板支撑件126。在部分实施例中，基板105的端部延伸至沉积环180的沉积槽260上方。在部分实施例中，基板105的端部在垂直方向上至少与沉积槽260的一部分重迭。接地屏蔽160的端部嵌入至覆盖环170的内环151及外环152之间的狭槽。在部分实施例中，覆盖环170的唇部171至少部分延伸至沉积槽260上方。

请参照图4及图1及图5B。方法M1执行至操作S102，执行沉积制程。详细而言，操作S102为执行一物理气相沉积制程，在此步骤中，通过开启如图1所示的RF源181及/或DC源182，用RF及/或DC功率将靶材132偏压。同一时间，自气源142经由导管144将气体(例如，氩气)供应至处理区域110。在部分实施例中，气源142包含像是氩气或氙气的非反应性气体，其能够以能量的方式撞击靶材132并自靶材132溅射材料，使得溅射材料得以沉积在基板105上方。在部分实施例中，靶材132的材料可为铝铜，而沉积在基板105上方的材料可为铝铜，其中铝的比例约为99.5％，而铜的比例约为0.5％。在部分实施例中，RF功率源181A的范围约0千瓦(kWh)与约2000千瓦(kWh)之间。在部分实施例中，DC源182中的DC电源182A传递约0千瓦(kWh)与约50千瓦(kWh)之间的DC功率。

图5B图示当RF功率约在2000千瓦下的状态。如图所示，溅射材料具有第一部分400A沉积在基板105上方，以在基板105上形成材料层。另一方面，溅射材料亦可能有第二部分400B沉积至基板105的侧表面，以及第三部分400C沉积至沉积环180的沉积槽260中。在部分实施例中，在高RF功率的条件下(例如大于约2000千瓦)，沉积的速度将会增加，使得沉积环180的沉积槽260将会快速地被溅射材料填补。然而，如图2A至图2C所讨论，根据本揭露所设计的沉积环180，沉积环180的沉积槽260具有更多的容纳空间，使得在高RF功率的条件下，沉积槽260并未完全被溅射材料(例如，第三部分400C)填满。详细而言，在高RF功率(例如大于约2000千瓦)的条件下，由于溅射材料的第三部分400C并未完全填满沉积槽260，因此溅射材料的第三部分400C并不会满出并与第二部分400B接触。在部分实施例中，若沉积环180并未依据本揭露的设计，则在高RF功率(例如大于约1760千瓦)的条件下，溅射材料的第三部分400C将会满出并与第二部分400B接触而造成电弧，进而降低沉积的品质。因此，根据本揭露所提供的实施例，在高RF功率(例如大于约2000千瓦)的条件下，制程期间将不会产生电弧警报。

在部分实施例中，若溅射材料的第三部分400C接近填满沉积槽260的状态下，第三部分400C与沉积环180的底表面202的最小垂直距离相当于距离D2。第三部分400C与沉积环180的内周边表面240的最小水平距离相当于距离D1。此外，以沉积槽260的圆弧形表面263的曲率中心C为基准，向下延伸有一垂直线(如虚线所示)，而在曲率半径R和此垂直线的夹角为θ处，曲率半径R和圆弧形表面264具有一交点。第三部分400C在交点处和沉积环180的的底表面202之间的垂直距离相当于距离D3。

请参照图4及图1。方法M1执行至操作S103，停止沉积制程，并清洗沉积环。举例来说，可关闭如图1所示的RF源181及/或DC源182。接着，可将基板105移出半导体处理腔室100。最后，可将沉积环180自半导体处理腔室100卸下，并清理沉积环180。在部分实施例中，清理沉积环180包括自沉积环260的沉积槽260中移除溅射材料的第三部分400C。

图6A为用作控制器(例如，系统控制器190)的计算机系统的示意图，此控制器用于执行与运动的监控、执行及控制有关的任务，以及在半导体处理腔室100中执行的各种制程配方任务及配方步骤。可使用计算机硬件及在其上执行的计算机程序实现前述实施方式。在图6A中，计算机系统600具备计算机601，此计算机601包含光盘只读记忆体(例如，CD-ROM或DVD-ROM)驱动器(光盘机)605及磁盘驱动器(磁盘机)606、键盘602、鼠标603及显示器604。

图6B为绘示计算机系统600的内部配置的附图。在图6B中，除了光盘机605及磁盘机606以外，计算机601还具备一或更多个处理器611，像是，微处理单元(micro processingunit；MPU)；ROM 612，其中储存有像是启动程序的程序；随机存取记忆体(random accessmemory；RAM)613，其连接至MPU 611且其中临时储存应用程序的命令并提供临时储存区域；硬盘614，其中储存有应用程序、系统程序及数据；及总线615，其连接MPU 611、ROM 612等。应注意，计算机601可包含用于提供与LAN的连接的网络卡(未绘示)。

用于使计算机系统600执行前述实施方式中所论述的操作/任务的程序码可被储存在光盘621或磁盘622中，其被插入至光盘机605或磁盘机606中并被传输至硬盘614。或者，可经由网络(未绘示)将程序传输至计算机601并将其储存在硬盘614中。在执行时，程序被加载至RAM 613中。可自光盘621或磁盘622或直接自网络加载程序。

在程序中，程序所实现的功能不包含在一些实施方式中可仅通过硬件实现的功能。举例来说，在通过上述程序所实现的功能中不包含在获取信息的获取单元或输出信息的输出单元中可仅通过硬件(像是，网络接口)实现的功能。另外，执行程序的计算机可为单个计算机或可为多个计算机。

在部分实施例中，其中沉积材料与沉积环的内周边表面的最小水平距离为约1.60mm至约1.64mm。

在部分实施例中，其中沉积环的沉积槽具有一圆弧形表面，圆弧形表面具有一曲率半径以及一曲率中心，以曲率中心为基准，向下延伸有一垂直线，在曲率半径和垂直线的夹角为约为27度至约30度处，曲率半径和圆弧形表面具有一交点，其中沉积材料在交点处与沉积环的底表面的一垂直距离为约2.40mm至约2.41mm。

在部分实施例中，其中曲率半径为约2.65mm至约2.75mm。

在部分实施例中，还包含使用一RF感应器量测基板支撑件周围的一RF电压或一RF电流；将量测到的RF电压或RF电流与一RF参考电压或一RF参考电流进行比较，若RF电压或RF电流大于RF参考电压或RF参考电流，则输出一电弧警报，其中在功率大于约2000千瓦时，并未出现电弧警报。

在部分实施例中，其中沉积槽的具有一水平底表面及一垂直侧表面，水平底表面与沉积环的一底表面的一垂直距离小于2.24mm，而垂直侧表面与沉积环的内周边表面的水平距离大于1.45mm。

在部分实施例中，其中沉积环具有一沉积槽，沉积槽具有水平底表面及垂直侧表面，水平底表面与沉积环的底表面的最小垂直距离为约1.78mm至约1.82mm，而垂直侧表面与沉积环的内周边表面的一最小水平距离为约1.60mm至约1.64mm。

在部分实施例中，其中沉积环的沉积槽具有一圆弧形表面，圆弧形表面连接水平底表面及垂直侧表面，圆弧形表面具有一曲率半径以及一曲率中心，以曲率中心为基准，向下延伸有一垂直线，在曲率半径和垂直线的夹角为约为27度至约30度处，曲率半径和圆弧形表面具有一交点，其中交点处与沉积环的底表面的一垂直距离约为2.40mm至约2.41mm，且曲率半径约为2.65mm至约2.75mm。

前文概括了若干实施例的特征，使得熟悉此项技术者可更好地理解本揭露内容的态样。熟悉此项技术者应了解，其可易于将本揭露内容用作用于设计或修改其他处理程序及结构以用于实行相同目的及/或达成本文中介绍的实施例的相同优势的基础。熟悉此项技术者亦应认识到，这些等效构造不脱离本揭露内容的精神及范畴，且在不脱离本揭露内容的精神及范畴的情况下，其可进行各种改变、取代及更改。

Claims

1.一种物理气相沉积反应室的使用方法，其特征在于，包含：

将一基板移动至一半导体处理腔室的一基板支撑件上方，其中该基板支撑件被一沉积环环绕；

执行一沉积制程，该沉积制程通过轰击该半导体处理腔室内的一靶材，使该靶材的一材料沉积至该基板上方，其中在该沉积制程期间，该靶材的该材料沉积至该沉积环的一沉积槽内，其中该沉积材料与该沉积环的一底表面的一最小垂直距离为1.78mm至1.82mm；以及

停止该沉积制程以及将该基板移出该半导体处理腔室。

2.根据权利要求1所述的物理气相沉积反应室的使用方法，其特征在于，该沉积材料与该沉积环的一内周边表面的一最小水平距离为1.60mm至1.64mm。

3.根据权利要求1所述的物理气相沉积反应室的使用方法，其特征在于，该沉积环的该沉积槽具有一圆弧形表面，该圆弧形表面具有一曲率半径以及一曲率中心，以该曲率中心为基准，向下延伸有一垂直线，在该曲率半径和该垂直线的夹角为27度至30度处，该曲率半径和该圆弧形表面具有一交点，其中该沉积材料在该交点处与该沉积环的该底表面的一垂直距离为2.40mm至2.41mm。

4.根据权利要求3所述的物理气相沉积反应室的使用方法，其特征在于，该曲率半径为2.65mm至2.75mm。

5.一种物理气相沉积反应室的使用方法，其特征在于，包含：

将一基板移动至一半导体处理腔室一基板支撑件上方，其中该基板支撑件被一沉积环环绕；

执行一沉积制程，该沉积制程通过轰击该半导体处理腔室内的一靶材，使该靶材的一材料沉积至该基板上方，其中在该沉积制程期间，该靶材的该材料具有一第一部分沉积至该基板的一侧表面，以及一第二部分沉积至该沉积环的一沉积槽内；

调整该半导体处理腔室上方的一RF源的一功率，其中在该功率大于2000千瓦时，该材料的该第一部分与该第二部分仍保持分离；以及

停止该沉积制程以及将该基板移出该半导体处理腔室。

6.根据权利要求5所述的物理气相沉积反应室的使用方法，其特征在于，还包含：

使用一RF感应器量测该基板支撑件周围的一RF电压或一RF电流；

将量测到的该RF电压或该RF电流与一RF参考电压或一RF参考电流进行比较，若该该RF电压或该RF电流大于该RF参考电压或RF参考电流，则输出一电弧警报，其中在该功率大于2000千瓦时，并未出现该电弧警报。

7.根据权利要求5所述的物理气相沉积反应室的使用方法，其特征在于，该沉积槽的具有一水平底表面及一垂直侧表面，该水平底表面与该沉积环的一底表面的一垂直距离小于2.24mm，而该垂直侧表面与该沉积环的一内周边表面的一水平距离大于1.45mm。

8.一种物理气相沉积反应室，其特征在于，包含：

一处理腔室；

一基板支撑件，配置于该处理腔室内，并用于支撑一基板；

一沉积环，配置于在一沉积制程期间环绕该基板支撑件，该沉积环具有一内周边表面，其中该内周边表面的一内直径为294.10mm至294.20mm，该沉积环还包含至少一延伸部，该延伸部径向地向内延伸，并配置于嵌合该基板支撑件的一凹陷，其中该延伸部的一厚度为1.9mm至2.1mm；以及

一RF源，配置于该处理腔室的上方。

9.根据权利要求8所述的物理气相沉积反应室，其特征在于，该沉积环具有一沉积槽，该沉积槽具有一水平底表面及一垂直侧表面，该水平底表面与该沉积环的一底表面的一最小垂直距离为1.78mm至1.82mm，而该垂直侧表面与该沉积环的该内周边表面的一最小水平距离为1.60mm至1.64mm。

10.根据权利要求9所述的物理气相沉积反应室，其特征在于，该沉积环的该沉积槽具有一圆弧形表面，该圆弧形表面连接该水平底表面及该垂直侧表面，该圆弧形表面具有一曲率半径以及一曲率中心，以该曲率中心为基准，向下延伸有一垂直线，在该曲率半径和该垂直线的夹角为27度至30度处，该曲率半径和该圆弧形表面具有一交点，其中该交点处与该沉积环的该底表面的一垂直距离为2.40mm至2.41mm，且该曲率半径为2.65mm至2.75mm。