CN205723449U - 覆盖环以及物理气相沉积系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种覆盖环以及物理气相沉积系统。其中该覆盖环适用于物理气相沉积系统中，以至少覆盖一晶片的边缘。覆盖环包括一楔型环，有一基面以及一斜面。该基面当作水平的参考面，该斜面往内部方向倾斜且与该基面夹有一倾斜角度，该倾斜角度小于5°，且大于或等于0.5°，且该楔型环的内直径大于297.9mm且小于300mm。

Description

覆盖环以及物理气相沉积系统

技术领域

本实用新型涉及一种半导体制造，且特别是涉及一种半导体制造的物理气相沉积系统。

背景技术

半导体元件的制造过程中都会包含沉积制作工艺，来形成整体结构中的一些构件，其中形成导电的金属构件也是必要的制作工艺。金属材料，例如铝、铜，是电路中常用的导电材料，来形成导电的连接结构。

要沉积金属材料的方法，一般会使用物理气相沉积系统，对晶片沉积一金属层，之后利用光刻蚀刻或是研磨的制作工艺，将金属层图案化，而得到所要的连接结构。

在物理气相沉积系统，以晶片为基础为工作件，一般会被沉积环围绕，而沉积环上面会使用覆盖环，将沉积环覆盖，也防止在晶片上方的沉积金属靶所提供的金属沉积物，也沉积于沉积环上。

然而，由于传统覆盖环没有覆盖到晶片的周围，因此晶片在背后会有沉积的金属残留物，而影响在晶片上的元件制造。如何改善晶片上边缘沉积的问题，至少是沉积时需要考虑的因素。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种物理气相沉积系统中的覆盖环，可以提升沉积品质。

为达上述目的，本实用新型的一种覆盖环，适用于物理气相沉积系统中，以至少覆盖一晶片的边缘。覆盖环包括一楔型环，有一基面以及一斜面。该基面当作水平的参考面，该斜面往内部方向倾斜且与该基面夹有一倾斜角度，该倾斜角度小于5°，且大于或等于0.5°，且该楔型环的内直径大于297.9mm且小于300mm。

在本实用新型的一实施例中，于上述的覆盖环，其倾斜角度是在1.5°与2.5°之间。

在本实用新型的一实施例中，于上述的覆盖环，其楔型环的内直径是在298.6mm与299.2mm之间。

在本实用新型的一实施例中，于上述的覆盖环，其楔型环的该斜面有残留的金属镀层。

在本实用新型的一实施例中，于上述的覆盖环，其楔型环的该斜面有残留的铝镀层。

在本实用新型的一实施例中，于上述的覆盖环，其楔型环的该基面有一环状接触面，用于在冷却操作时与外部的遮避元件有环面的接触。

在本实用新型的一实施例中，于上述的覆盖环，其楔型环的外围设置有至少一条凹环。

在本实用新型的一实施例中，于上述的覆盖环，其楔型环的外围设置有三条凹环。

本实用新型的一种物理气相沉积系统，包括支撑单元，承载晶片的背面且对该晶片加热，其中该背面的边缘没有被该支撑单元覆盖。沉积环围绕该支撑单元的侧表面的一部分，且覆盖该晶片的该背面的该边缘的内部区域。覆盖环至少覆盖该晶片的上表面的边缘，该覆盖环是一楔型环。该楔型环有一基面以及一斜面，该基面当作水平参考面，该斜面往内部方向倾斜且与该基面夹有一倾斜角度。其中该倾斜角度小于5°，且大于或等于0.5°。又，该楔型环的内直径大于297.9mm且小于300mm。

在本实用新型的一实施例中，于上述的物理气相沉积系统，其倾斜角度是在1.5°与2.5°之间。

在本实用新型的一实施例中，于上述的物理气相沉积系统，其楔型环的内直径是在298.6mm与299.2mm之间。

在本实用新型的一实施例中，于上述的物理气相沉积系统，其楔型环的该斜面有残留的金属镀层。

在本实用新型的一实施例中，于上述的物理气相沉积系统，其楔型环的该斜面有残留的铝镀层。

在本实用新型的一实施例中，于上述的物理气相沉积系统，其楔型环的该基面，有一环状接触面，在冷却操作时可以与外部的遮避元件有环面的接触。

在本实用新型的一实施例中，于上述的物理气相沉积系统，其楔型环的外围设置有至少一条凹环。

在本实用新型的一实施例中，于上述的物理气相沉积系统，其楔型环的外围设置有三条凹环。

本实用新型的优点在于，本实用新型通过适用于物理气相沉积系统的覆盖环的改进，可改善晶片上边缘沉积问题，提高晶片的沉积质量。

为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依据本实用新型的一实施例，绘示本实用新型所考虑分析的一种物理气相沉积系统的部分结构示意图；

图2是依照本实用新型的一实施例，绘示一种物理气相沉积系统的部分结构示意图；

图3是依照本实用新型的一实施例，绘示图2的物理气相沉积系统的沉积品质分析示意图；

图4是依照本实用新型的一实施例，绘示一种物理气相沉积系统的部分结构示意图；

图5是依照本实用新型的一实施例，绘示一种物理气相沉积系统的部分结构示意图；

图6是依照本实用新型的一实施例，绘示覆盖环与遮蔽带的点接触机制示意图；

图7是依照本实用新型的一实施例，绘示一种物理气相沉积系统的部分结构示意图。

符号说明

100:支撑单元

102:晶片

104:沉积环

106、106’:覆盖环

108:遮蔽带

110:靶材

112:背面

120:周围区域

130:沉积层

132:内缘区域

150:间隙

151:接触结构

152、152’:底面

170:凹环

具体实施方式

本实用新型的动机预期至少能够改善物理气相沉积系统的沉积品质，因此针对物理气相沉积系统进行研究。图1是依据本实用新型的一实施例，绘示本实用新型所考虑分析的一种物理气相沉积系统的部分结构示意图。

参阅图1，本实用新型考虑一种物理气相沉积系统，其包括支撑单元100，以承载要被沉积的晶片102。支撑单元100例如可以是块状结构，也例如是加热单元，可以提供晶片102在沉积时所需要的温度。要注意的是，支撑单元100仅支撑晶片102背面的中间部位，而其背面的边缘是没有被支撑单元覆盖。另外，支撑单元100的边缘具有阶梯状结构。接着，沉积环104围绕支撑单元100的侧表面的一部分，也就是位于支撑单元100的阶梯状结构上，也与支撑单元100达到定位与支撑的效果。沉积环104的内缘有凹槽，因此实际上仅是覆盖晶片102的背面112的边缘的内部区域，因此晶片102的背面112的边缘的外部区域仍是暴露状态，没有完全被覆盖。

另外，物理气相沉积系统还配置有一覆盖环106，环绕晶片102，且覆盖沉积环104的外围。于本实施例，覆盖环106没有覆盖晶片102的周围。覆盖环106的外围下表面有一环型凹槽，与圆柱筒状的遮蔽带(shieldband)108的下末端耦合。遮蔽带108例如是接地的遮蔽带，且配合金属靶材110，构成一个沉积室。于图1，遮蔽带108与金属靶材110之间的其它结构忽略未示，但是本领域的技术人员示可以理解。

对于图1的种物理气相沉积系统，其例如进行铝材料的沉积时，由于晶片102没有被覆盖环106所覆盖，因此铝沉积层可以全面形成于晶片102表面。然而由于晶片102的背面112的边缘是暴露状态，因此铝材料可能残留在其上，导致沉积品质不佳，且导致在此区域后续所制造的电路元件的性能不佳。

基于前述边缘的效应，本实用新型提出改进的物理气相沉积系统。图2是依照本实用新型的一实施例，绘示一种物理气相沉积系统的部分结构示意图。参阅图2，于本实施例，一种物理气相沉积系统的覆盖环106可以作修改，也就是将覆盖环106的内边缘往内延伸，而能覆盖晶片102的周围，如此可以排除金属沉积物残留于晶片102的背表面112的周围的机率。然而，如果覆盖环106的内边缘过度往内延伸，则会造成在晶片102边缘的元件的性能不佳。

也就是，图2的覆盖环106的设置方式，虽然可以排除晶片背部的沉积残留，但是细部研究其沉积效应，覆盖环106会造成在晶片102边缘的元件的厚度变薄，因此元件性能会与设计所预期的性能不一致，也因此需要再进一步考虑。

图3是依照本实用新型的一实施例，绘示图2的物理气相沉积系统的沉积品质分析示意图。参阅图3，覆盖环106造成晶片102边缘的元件的性能不佳的原因其一如下。金属的靶材110，例如是铝的靶材110，提供金属物质对晶片102沉积。此时由于覆盖环106覆盖晶片102的周围，因此在最后元件制造完成后，属于晶片102的周围区域120的元件，其厚度会减少，导致晶片102上的元件性能不一致。因此，覆盖环106的内径不能缩减太多。

以直径为300mm的晶片为例，覆盖环106的内直径例如是在298.6mm与299.2mm之间，因此覆盖环106可以覆盖晶片102的一小部分边缘，足以排除在晶片102的背表面112的沉积残留，但是不会造成边缘元件的厚度减小。较一般而言，楔型环的内直径例如是大于297.9mm且小于300mm。

本实用新型再进一步探讨图2的物理气相沉积系统的沉积品质。图4是依照本实用新型的一实施例，绘示一种物理气相沉积系统的部分结构示意图。参阅图4，覆盖环106是楔型环的结构，其有一基面以及一斜面。以基面当作水平的参考面，斜面是往内部方向倾斜且与基面夹有一倾斜角度θ1，其例如是15度，以维持沉积室内的气体稳定流通。然而，以铝沉积为例，铝也会沉积在覆盖环106斜面，而形成沉积层130。此铝的沉积层130，由于高功率所引发的高温会使金属融化，而由于覆盖环106斜面是15度的斜面，因此会产生回流(reflow)，使得铝溢出覆盖环106的内缘区域132，导致覆盖环106的内径缩减，覆盖更多晶片106的边缘，会影响边缘区域的元件性能。

图5是依照本实用新型的一实施例，绘示一种物理气相沉积系统的部分结构示意图。参阅图5，为了解决金属回流而过度缩减覆盖环106的内径，本实用新型的一实施例的覆盖环106’是具有比倾斜角度θ1较小的倾斜角度θ2。倾斜角度θ2例如是小于5°且大于或等于0.5°，其中更例如是在1.5°与2.5°之间。如此可以减少如图4的铝回流效应。对于另外的附加效果，由于倾斜角度θ2的减少，覆盖环106’的厚度随着缩减，也因此有减重的效果。于此，覆盖环106’有凸出结构是由于倾斜角度θ2的缩小，使得斜面已很贴近沉积环104的表面。沉积环104上一般会有定位结构或是其他结构，因此斜面会有对应的凸出结构。附图仅是示意图。

再继续探讨图5的物理气相沉积系统，由于沉积环104上的覆盖环106’，在沉积时是处于较高温的区域。因此，在释放冷却过程中，如果覆盖环106的冷却效果缓慢，而仍维持高温时，会使晶片也维持高温，导致在此区域元件上会形成铝的须(whisker)，而影响元件。图6是依照本实用新型的一实施例，绘示覆盖环与遮蔽带的点接触机制示意图。参阅图6，由于覆盖环106与遮蔽带108的接触一般仅是三个接触结构151的点接触，因此遮蔽带108冷却时，无法同时有效也使覆盖环106冷却。如此，晶片102上可能会长出铝须。配合参阅图4，遮蔽带108的末端与覆盖环106的凹槽环的底面152之间，除了接触结构151的区域有接触外，其他区域与底面152之间是会存在有间隙150。

图7是依照本实用新型的一实施例，绘示一种物理气相沉积系统的部分结构示意图。参阅图7，为了使覆盖环106有更好的冷却效果，本实用新型的一实施例，将覆盖环106的接触结构151结构移除，如此使得遮蔽带108的末端与覆盖环106的凹槽环的底面152’是环面的接触，使得覆盖环106由于与遮蔽带108环的全面接触，而有较佳的冷却效果。

再进一步考虑，由于覆盖环106是楔型环的结构，其外围是垂直面的结构，因此可以适当形成至少一条凹环170，其例如是三条凹环170。由于凹环170会提供更多可以散热的表面积，因此也可以提升覆盖环106的冷却效果。

综上所述，本实用新型针对物理气相沉积系统的覆盖环106’提出结构修改，可以维持适当的内径，且能使覆盖环106’具有更有效的的冷却效果。如此，晶片边缘的元件仍能可能维持在元件设计所预期的性能。本实用新型对覆盖环106’的改进的一实施例，可以简单归纳成表一的内容。

表一

改进方式	一般参数	修改后参数
			增加覆盖环106’的内直径	297.9mm	298.8mm
缩减覆盖环106’的斜面角度	15°	2.1°
			增加覆盖环106’与遮蔽带108的接触	三点接触	环面接触
增加外围散热面	平面	三条凹环

从表一的内容可以看出，本实用新型关于覆盖环106’的特征至少包括「增加覆盖环106’的内直径」、「缩减覆盖环106’的斜面角度」、「增加覆盖环106’与遮蔽带108的接触」、「增加外围散热面」。

Claims (9)

1.一种覆盖环，适用于物理气相沉积系统中，以至少覆盖一晶片的边缘，其特征在于，该覆盖环包括:

楔型环，有基面以及斜面，

其中该基面当作水平的参考面，该斜面往内部方向倾斜且与该基面夹有一倾斜角度，该倾斜角度小于5°，且大于或等于0.5°，

其中该楔型环的内直径大于297.9mm且小于300mm。

2.如权利要求1所述的覆盖环，其特征在于，该倾斜角度是在1.5°与2.5°之间。

3.如权利要求1所述的覆盖环，其特征在于，该楔型环的该内直径是在298.6mm与299.2mm之间。

4.如权利要求1所述的覆盖环，其特征在于，该楔型环的该斜面有残留的金属镀层。

5.如权利要求1所述的覆盖环，其特征在于，该楔型环的该斜面有残留的铝镀层。

6.如权利要求1所述的覆盖环，其特征在于，该楔型环的该基面有一环状接触面，用于在冷却操作时与外部的遮避元件有环面的接触。

7.如权利要求1所述的覆盖环，其特征在于，该楔型环的外围设置有至少一条凹环。

8.如权利要求1所述的覆盖环，其特征在于，该楔型环的外围设置有三条凹环。

9.一种物理气相沉积系统，其特征在于，该物理气相沉积系统包括:

支撑单元，承载晶片的背面且对该晶片加热，其中该背面的边缘没有被该支撑单元覆盖；

沉积环，围绕该支撑单元的侧表面的一部分，且覆盖该晶片的该背面的该边缘的内部区域；以及

如权利要求1至8中任一项的覆盖环，至少覆盖该晶片的上表面的边缘。