TW201020334A - Sputtering chamber having ICP coil and targets on top wall - Google Patents

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201020334 六、發明說明： 【發明所屬之技#f領域】 本發明係關於用於半導體晶圓及其他工件之沉積系統， 且特定言之係關於濺鍍系統。 本申請案係與由Ravi Mull apudi等人同時申請之名為 「具有感應耦合電漿線圈及在頂壁之標靶之濺鍍室 (Sputtering Chamber Having ICP Coil and Targets On Top Wall」之申請案有關。 【先前技術】 本受讓人Tango Systems，Inc.已產生具有在一標乾後方 來回掃描之磁鐵的一多晶圓濺鍍系統。美國專利公開案US 2006/02313 83 A1號中描述該系統，該案以引用的方式併 入本文中。本發明改良此一系統及其他濺鍍系統。 濺鍍系統係廣泛用於在諸如半導體晶圓、LCD面板及其 他表面之工件上沉積薄膜。濺鍍有時亦稱為物理汽相沉積 或PVD。在濺鍍操作中，在矽晶圓或其他基板上之一真空 中沉積諸如Al、Au、Cu或Ta之薄膜。 通常形成穿過矽晶圓上之一個或多個絕緣層的導電介層 孔，以用於電耦接形成於矽晶圓上之不同金屬層，或介層 孔可延伸完全穿過矽晶圓本身。介層孔可從頂部金屬層延 伸至形成於矽晶圓之底部上的背面電極。在將晶圓切割 後，則可將一晶粒直接結合至一印刷電路板（PCB)上，且 可在該第一晶粒上安裝一第二晶粒，其中介層孔可將兩個 晶粒上之半導體組件電連接至PCB。 143142.doc 201020334 希望製成儘彳能狹窄之介層孔以使用最小之表面積。介 層孔之孔徑可小於0.2微米。難以利用金屬填充此一狹窄 介層孔。填充或塗佈介層孔之金屬中的任何不連續引起晶 片之缺陷。 圖 1係Tango System，s之US 2006/0231383 A1 號中描述之濺 鑛室的-部分之橫截面圖，其中為說明起見大幅放大晶圓之 厚度尺寸。密封該腔室以產生一低壓，諸如2〇毫托或以下。 在圖1中，將矽晶圓10放置於旋轉金屬托板（諸如鋁托 板）12上。晶圓1〇於其中蝕刻若干非常狹窄之介層孔13， 在濺鍍程序中意欲利用Cu完全塗佈介層孔13之各個壁。氧 化介層孔壁以產生一較薄之絕緣層。在晶圓1〇上方係由 或其他任何適於濺鍍之材料形成的標靶14。將標靶14固定 於支承板16上，以形成腔室之頂壁的一部分。在支承板16 上方且在腔室外部係包括在標靶14上方以一圓弧來回掃描 之掃描磁鐵18的磁控管。 將氬氣引入腔室中。為產生電漿19(離子化之^原子）， 在托板12與標靶14之間施加一較高之〇(：偏壓電位，及/或 在托板12與標靶14之間施加一 rF電壓，及/或經由在該腔 室周圍之線圈供應一RF電流。所產生之電場或磁場將氬原 子離子化’且電流流經電漿中之離子化原子及自由電子。 對標靶14施加負偏壓，其因此吸引Ar+離子。掃描磁鐵18 增加在標靶14處之電漿密度。高能量之Ar·子撞擊cu標靶 14以撞出銅原子2〇，而銅原子2〇以各個角度在腔室中移 動。由於在旋轉托板上可具有多達五個獨立標靶及五個晶 143142.doc 201020334 圓，因此申請者之腔室相對較大。結果，Cu原子以各種角 度撞擊晶圓1〇且又未完全擊中晶圓心在晶圓1〇上方形成 一層 22。 以一角度撞擊晶圓10之Cu原子在各個介層孔13之入口處 累積且逐漸封堵介層孔之開口（稱為夾止）。若介層孔之孔 徑足夠小，則將充分夾止開口使得Cu原子無法可靠地塗佈 介層孔壁。因此，介層孔開口必須保持充分大或介層孔必 須製成圓錐形。 另外’亦可在腔室壁上沉積經廣泛濺鍍之材料，需要清 洗。 需要種如下之滅鑛技術：引起標乾材料之減錄更加垂 直於晶圓表面，使得在狹窄介層孔之開口處具有較少之夾 止。此一技術可實現將介層孔開口製成非常小（例如，〇 . i 微米）’增加產量’且更有效地利用標靶材料。 又希望在一單一腔室中對介層孔執行多個處理步驟，諸 如濺鍍、使用TEOS(四乙基正矽酸鹽）來沉積以〇2及蝕刻， 以限制晶圓在各個處理室之間的運輸。 【發明内容】 為將錢鑛離子限制於工件上之一區域中及以相對於工件 表面更加垂直之路徑引導濺鍍離子，將堆疊之永久磁鐵的 垂直壁定位於濺鍍室内之一標靶周圍。磁鐵可塗佈有一介 電層，諸如陶瓷以防止磁鐵之蝕刻及污染。 利用腔室周圍之一螺旋線圈或腔室内部或上方之—扁平 線圈在腔室中形成感應耦合電漿（ICP)。ICP係如下類型之 143142.doc 201020334 電漿·於其中由電磁感應產生之電流以射頻（rf)對氣體 (例如’ ’ Ar)供應能量。 個或多個標靶上方之掃描磁鐵增加在標靶處之電漿密 度。被供以能量之Ar原子撞擊標靶（諸如Cu標靶），且撞出 之Cu原子的較大比例（例如，大於25%)係Cu+離子。經由 支撐金屬托板上之偏壓對晶圓（或其他工件）施加負偏壓。 圍繞標靶之磁鐵垂直壁有效排斥Cu+離子，而晶圓上之負 偏壓吸引離子。圍繞標靶之限制磁場與晶圓上之偏壓 組合引起Cu原子以相比於先前技術更加垂直於晶圓之一平 均角度撞擊晶圓。 濺鍍材料之較陡峭的角度導致在介層孔之開口處較少的 夾止’因此可利用濺鍍材料完全塗佈介層孔壁。 由於濺鍍材料受磁壁的限制並撞擊晶圓，因此圍繞標靶 之垂直磁鐵壁亦減少標靶材料（包含沉積於腔室壁上）之浪 費。 ❹相比於在腔室外部定位輔助磁鐵，在腔室内由磁鐵之垂 直壁圍繞標靶具有明顯之優勢。若僅將輔助磁鐵定位為圍 繞腔室，則所產生之磁場無法均勻地影響濺鍍材料，此係 因為標靶之不同區域係位於離辅助磁鐵較不相同之距離 處。因此，無法利用濺鍍材料均勻地塗佈晶圓。此外，由 於輔助磁鐵對離子不具有較強之限制效果，因此將輔助磁 鐵定位於腔室外部之周圍且相對遠離標靶，就無法將濺鍍 材料限制於晶圓區域或明顯限制撞擊角度。此外，由於將 輔助磁鐵定位於腔室外部’則在腔室之多個標靶附近的區 143142.doc 201020334 域經歷與磁場不同之效果。 在一實施例中’腔室中具有多個標靶，各自具有其相關 之掃描磁鐵。調整圍繞每個標把之磁鐵垂直壁的性質，從 而基於應用需求控制用於每個標靶之濺鍍材料的軌道。例 如，在特定應用中需要各種撞擊角度以實現階梯覆蓋率 (step coverage) 〇 在另一實施例中’濺鍍室具有由支撐多個晶圓之旋轉托 板的角度位置決定的多個晶圓位置（或站）。濺艘標無係在 該等位置之至少一者上方》而在另一位置上方係一扁平 ICP線圈’該扁平ICP線圈僅在大體上處於該位置（其係一 晶圓姓刻位置）下方處產生高能量之Ar電漿。旋轉托板 後，在蝕刻位置處蝕刻在一個濺鑛位置之晶圓上濺鑛的任 何過度材料，從而無需將晶圓運輸至一獨立的蝕刻室中。 因此，可蝕除濺鑛材料在一介層孔開口處的任何夾止，接 著進行另一濺鍍步驟以進一步填充介層孔。由於晶圓之不 同區域穿過蝕刻位置時具有不同之速度，因此ICP線圈之 形狀係半二角形，以便當托板在蝕刻位置下方連續旋轉時 在晶圓上產生均勻的蝕刻。在較佳實施例中，ICP線圈受 一介電層保護，且ICP線圈可位於腔室之真空外，以防止 來自線圈之材料污染晶圓。 在另實施例中，腔室之一個位置係用於在介層孔中或 在任何晶圓表面上沉積氧化物薄膜的— TEOS氧化物沉積 位置。在一晶圓使其介層孔壁塗佈氧化物之後，旋轉該晶 圓至-濺錄位置以在氧化物上接納―塗層材料。其後可旋 143142.doc 201020334 用於移除任何夾止材料。以此方 之介層孔而無需從腔室中移除晶 續旋轉托板以達成材料之均勻沉 -施例中’使具有相同材料之兩個標乾向内傾斜 以朝向其等之終點’且一ICP線圈處於該兩個標靶之間。 轉向標靶引起較高百分比之標靶材料以大約垂

面之-角度撞擊晶圓。由於以一相對傾度轉向該：個標 靶，因此當在濺鍍操作期間在托板上旋轉晶_，濺 料可較好地塗佈介層孔側。此外，由於晶圓在旋轉^此 相對傾斜之標靶在内介層孔壁上產生較對稱之濺鍍。濺鍍 材料甚至可塗佈平錐形狀之介層孔'線圈在標靶前方產生又 對稱之電漿密度以用於濺鍍且亦可用於蝕刻。 可使用任何類型或任何形狀之工件以替代晶圓 【實施方式】

轉該晶圓至姓刻位置以 法，可處理多個晶圓中 圓。在一實施例中，連 積0 在各個圖式中標有相同數字之元件係相同或相似的。 圖2說明一處理室30。腔室3〇内部係由鋁形成之一旋轉 托板36。由機械手經由開口 37將晶圓41或其他工件載入腔 室中之托板36上。馬達38旋轉托板36。在晶圓之處理期間 托板36可以任何速度連續旋轉或在一位置短暫地停止以控 制來自標靶40之濺鍍材料沉積上覆於晶圓。在五個晶圓支 撐區域42之一者中顯示晶圓41。各個晶圓之整個背面係與 托板36電接觸及熱接觸。 藉由控制流經支撐托板36之機台的冷卻劑而使晶圓冷 143142.doc 201020334 卻，如美國專利公開案US 2006/0231383 A1號中之詳細描 述。將冷卻劑源39連接至金屬冷卻管之入口 43。若需要托 板36亦可配備電阻性加熱器以將晶圓加熱。 將一 RF(例如13.56 MHz)源及DC偏壓源電耦接至托板 36(且因此電耦接至該等晶圓）以用於產生電漿及吸引離子 化之激鑛原子。在另一實施例中，僅利用一 DC電壓源而 使托板36接地、浮動或施加偏壓。rf&dc偏壓源45係處 於腔室外部且經由金屬冷卻管與托板36電接觸。 在處理操作期間通常使腔室3〇壁電接地。 當腔室30經排空並由一定壓力（例如’ 2〇毫托）之^氣回 充且由DC源、RF源或該兩種源之組合對氣體供以能量 時，在腔室30内部產生電磁場以在標靶4〇之表面附近激發 持續的高密度電漿。限制於標靶表面（稍後描述）附近之電 漿包含正離子（Ar+)及自由電子。電漿中之離子衝擊標乾 表面並從標靶濺鍍出材料。標靶下方之晶圓接收濺鍍材料 以在晶圓表面上形成一沉積層。在一實例中，可對每個標 乾提供高達二十千瓦之DC功率。在此一情況下，每個標 乾每分鐘可在多個工件上同時沉積約1微米之銅。 可使用任何習知的氣體入口裝置而將心氣引入腔室30 中。在較佳實施例中’由在腔室30底部之分佈通道（而非 自頂部）提供腔室氣體，此可減少濺鍍程序期間之顆粒污 染且容許磁控管總成之最佳化。 晶圓上之偏壓電壓可將帶電物質（Ar+及/或自標靶濺鍍 出的原子蒸汽）之一通量驅動至晶圓上。該通量可修改至 143142.doc •10· 201020334 晶圓上之濺鍵材料的性質（例如，沉積速率）。 產生用於濺鍍之電漿及各種偏壓模式已為吾人熟知，且 可利用所描述之濺鑛系統實施任何已知之技術。 腔室30使用在真空外部之磁控管總成以進一步控制電漿 _ 對標靶之轟擊。在一典型的習知系統中，將固定之永久磁 鐵定位於標靶後方從而將電漿限制於目標區域。所得之磁 場形成一閉合環路環形路徑，該路徑充當一電子截阻件並 將自標靶頂出之二級電子的軌道形狀改變為擺線形路徑， 大幅增加濺鍍氣體在限制區域内之離子化概率。惰性氣體 (尤其是氬氣）通常用作濺鍍氣體，此係因為其等不會與標 靶材料反應或與任何處理氣體組合，且因為由於其等之高 分子重量而形成較高之濺鍍及沉積速率。來自電漿之帶正 電的氬離子經加速朝向負偏壓標靶並撞擊標靶，導致自桿 托表面滅射出材料。 圖2說明上覆於標乾支承板46之三個磁鐵44之一者，其 φ 中由一接地的頂板48支撐支承板46。磁鐵44具有大體上^ 三角形或三角洲的形狀（具有圓角）。在一實施例中，磁鐵 44之厚度係介於〇.5英吋至lV4英吋厚（12瓜爪至^瓜妁之 -間。可在US 2006/0231383 A1號中找到磁鐵44之更多細 節.。 在標靶40(諸如Cu)上方顯示磁鐵44。將其他兩個相同之 磁鐵定位於以120度之間隔集中的其他兩個標靶上方。致 動器52(諸如伺服馬達或其他類型之致動器）以介於〇5秒至 10秒之間的振盪週期將三個磁鐵44在其等之相關標靶上方 143142.doc •11· 201020334 致地來回振盪。振盪磁鐵44使得磁場相對於標靶並非總 疋處於相同位置。藉由在標靶上方均勻地分佈磁場而使標 把侵Μ係均勻的。 絕緣托架54將各個磁鐵44固定於致動器52上使得振盪磁 鐵44與標靶支承板46之間存在最小之間隙。 由於磁鐵44之中間部分無磁場，因此磁鐵44必須掃描其 至少一半寬度之距離（且較佳地為幾乎其整個寬度），以使 得標乾之中間部分經歷與標靶之其他部分相同的磁場。 磁鐵44之大小視晶圓之大小而定並決定標靶之大小。在 一實施例中’磁鐵44係約10.7英吋（27 cm)長及在其最寬部 分約3英吋（7.6 cm)寬。八英吋之晶圓可使用在徑向方向上 係自10英吋至13英吋長之標靶。十二英吋之晶圓可使用在 仅向方向上係自13英时至18英对長之標把。相比於典型的 先前技術此等標靶及磁鐵之長度尺寸係非常小。此等小尺 寸導致腔室容積之利用更加有效，因此導致系統佔據面積 更小及標把與系統之成本更低。大體而言，垂直於掃描方 向之標乾及磁鐵的長度係介於面向標靶之工件表面的最小 尺寸之1.1倍與1.5倍之間。 標乾支承板46與標靶40係順序電連接至一負偏壓電壓源 以使電漿集中在標靶4〇之區域中。由於對標靶4〇施加負偏 壓’因此有時將其稱為陰極。將支撐標靶支承板46並與其 絕緣之頂板48電接地。一絕緣體環（例如’合成橡膠環或 其他彈性材料）將標靶支承板46與接地部分電絕緣。 磁鐵44與標靶40之間的距離應很小以使與標靶4〇之磁耦 143J42.doc -12- 201020334 合最大化。在一實施例中，該距離係介於0 5英吋至〇 75英 寸之間（12,7-19 mm)。 在另一實施例中，有五個或更多個標靶，各自處於腔室 頂壁上之不同位置處。 利用下述特徵放大圖2之系統，在圖3至圖6中予以詳細 顯示。 圖3係腔室30之一部分與磁控管的橫截面圖，其說明圍 繞或部分圍繞標靶40之磁鐵60的垂直壁。由於磁鐵6〇由頂 板48支撐因此可接地。磁鐵可藉由任何適合之托架而附著 至頂板48且可塗佈有一適合之不可蝕刻層（諸如氧化物或 陶瓷）。可有任何數量之磁鐵構成腔室壁。 磁鐵60可向下延伸至在晶圓上方約5至1〇爪也處。標把 與晶圓之間的距離可介於50 111111至15〇 mm之間，因此磁壁 通常介於40 mm至145 mm之間》磁壁應展現如標靶背後之 掃描磁鐵的約1%-1〇%強大之通量。掃描磁鐵通量可為一 參 英吋上介於6〇〇高斯（gauss)至2000高斯之間，而磁壁通量 可為一英对上20至200高斯。理想情況下，磁壁應完全環 繞標乾並在標乾周圍具有相同之性質。 為說明之目的大幅增強地顯示晶圓41之厚度。 螺旋ICP線圈64圍繞腔室30之外部周邊，然而僅為說明 之目的顯示線圈64為接近於磁鐵60。由線圈64傳導一 RF電 流（例如，在13.56 MHz下）以產生如下電漿65 :於其中經 由因線圈64之電磁感應形成之Ar離子及電子的電流對電漿 供應能量。RF功率可為約500瓦至幾千瓦。在另一實施例 143142.doc 13 201020334 中，可使用在腔室30内部或外部之一扁平線圈來產生 ICP。可在國際專利公開案WO 03/042424 A1號中找到關於 產生ICP及用於濺鍍室之其他電漿產生技術的更多細節， 該案讓渡給Applied Materials並以引用的方式併入本文 中。 利用約-200伏特至-600伏特之負DC電壓對標靶40施加偏 壓，而利用約-30伏特之較低負電壓對晶圓41施加偏壓。 由掃描磁鐵44產生之磁場與標靶40上之負偏壓的組合引起 供以t量之Ar原子撞擊標起40並撞出Cu原子，此時明顯之 百为比（例如’ 30%)係Cu+離子63。所示為線圈64 RF源 66、標靶DC偏壓源67及晶圓DC偏壓源68。RF亦可耦接於 標靶與晶圓之間。 藉由在腔室3 0外部進行習知的遮罩及蝕刻步驟而在矽晶 圓41中形成介層孔69。在介層孔69之壁上（通常在腔室3〇 之外部）生長或沉積一薄氧化物層70。介層孔69可代之為 形成於一絕緣層中之諸孔。 一般地，若無垂直磁鐵60, Cu原子在撞擊晶圓41時將具 有各種角度之軌道，如先前技術圖丨中所示。若無垂直磁 鐵60大體上圍繞標靶40，則低角度之Cu原子將快速夾止狹 窄介層孔69的開口。如圖3中所示，磁鐵6〇在標把4〇周圍 產生的垂直磁場（例如，磁場線71)排斥Cu原子且因此將Cu 原子限制在晶圓41之區域中。來自周圍磁壁之組合排斥力 引起Cu原子以比未使用垂直磁鐵6〇時更加垂直的一角度撞 擊晶圓41。此減少夾止累積並容許介層孔69具有比先前技 143142.doc -14- 201020334 術更加狹窄之開口。圖3顯示濺鍍銅72均勻地塗伟於可具 有小至0.1微米或更小之直徑的介層孔6 9的側壁及底部。 此外，由於Cu原子之較垂直的軌道，故介層孔69可製成比 先前技術之介層孔更深。薄氧化物層70將Cu自石夕晶圓41絕 緣。 另外，磁壁亦在標靶與晶圓之間產生較高之電子密度以 增加沉積速率，並防止電子及離子接觸腔室之接地室壁及 變得浪費。 ® 可經濺鍍之一些薄膜實例包含A卜Cu、Ta、Au、Ti、

Ag、Sn、NiV、Cr、TaNx、Hf、Zr、W、TiW、TiNx、 AINx、AlOx、Hf〇x、ZrOx、TiOx及兩種或多種此等材料 之合金。 先前技術有時將標靶與晶圓分離一相對較大之距離，使 得僅與晶圓大體上成垂直角度之濺鍍材料接觸該晶圓。使 $圍、繞標鞋•之垂直磁鐵60可減少標靶與晶圓之間的距離並 ❹ 保存濺鍍材料。 圖4說明對圖3之修改，其中磁鐵73之垂直壁包括如下磁 鐵：北極與南極水平配置，且磁場線74在相鄰磁鐵之北極 與南極之間延伸。由空氣或另一絕緣體75分離各個磁鐵73 . 以增加場線。 圖5係支撐標耙40與76之頂板48之從下往上看的視圖。 標把40與76可為不同之材料，諸如障壁金屬（Ti或TaN)與 曰曰種金屬（Cu)。顯示磁壁60(或73)為圍繞標把40。一不同 之磁壁78圍繞標靶76。磁壁78之高度與強度可不同於磁壁 143142.doc 201020334 60之高度與強度，諸如由 斯田於濺鍍特疋材料而改變由 成之效果。可有任何數量 壁形 董之h乾且所有或僅一個標乾可 採用圍繞標把之垂直磁壁°磁壁無需完全環繞標b例 如，磁壁可僅沿標乾之長側及面對腔室壁之一側而形成。 圖5亦說明替代—個標耙處於一個位置，可在頂板48之 -電絕緣部分上形成_扁平icp線圈82。線圈Μ可在位於 標乾下方之位置以更加接近晶圓而達成更加有效之姓刻。 在-減鍍步驟後，關閉圍繞腔室之較大Icp線圈64(圖3卜 且由腔室外部之RF源83經由線圈82供應RF電流。此引起 局部形成Ar之ICP。線圈82上方無掃描磁鐵，因此Ar離子 不會被吸引至腔室頂部，但會撞擊負偏壓晶圓以蝕刻濺鍍 材料之一薄層。蝕刻歷時、所蝕刻之材料、Ar壓力、線圈 82在晶圓上方之距離及RF#率決定蝕刻量。此蝕刻可移除 夾止一介層孔開口之任何濺鍍材料，緊接著進行另一濺鍍 步驟以塗佈介層孔之下側壁及底部。 若線圈82處於腔室内部且未受電介質（例如，陶瓷塗層） 之保護，則線圈82可形成為具有與標鞋> 相同之金屬以防止 污染。更佳地，線圈82處於腔室真空之外且藉由一介電壁 與腔室分離以避免任何濺鍍粒子接觸線圈本身或蝕刻線 圈。 在一實施例中，在蝕刻程序期間由托板36(圖2)連續旋 轉晶圓以確保均勻钱刻橫越晶圓。在另一實施例中，在钱 刻位置處短暫地停止晶圓。若晶圓圍繞腔室之中心軸連續 旋轉’則晶圓之外部邊緣具有之速度將快於晶圓更接近腔 143142.doc •16· 201020334 室之中心軸處的内部邊緣之速度。因此，為引起在整個晶

圓上之相等蝕刻，ICP線圈82係大體上成三角形形狀，Z 圖5中所示。對12英吋之晶圓而言，線圈82在徑向方向上 具有約16英吋之尺寸。 腔室30中可具有多個蚀刻位置及多個濺鍍位置。 若需要，托板36可以一個方向旋轉其後以另一方向旋轉 以提供晶圓之對稱處理。

當托板36旋轉且晶圓循序經受濺鍍位置及蝕刻位置時， 介層孔得以塗佈而夾止材料得以移除。姓刻過程首先银刻 晶圓表面上之濺鍍材料及在介層孔開口處之夹止材料，i 不會明顯蝕刻深入介層孔中。因&，可利用濺鍍材料塗佈 非常狹窄及深入之介層孔而不會夾止開口。 在正常之介層孔操作中，在腔室3叫部遮罩及餘刻晶圓 以形成介層孔及待填充或塗佈滅錄材料的其他任何特徵部 (例如’溝渠）。此可為雙波紋程序之—部分。為簡單起見 僅討論介層孔。其後可利用—薄層氧化物㈣介層孔以將 隨後濺鍍之材料與Si晶圓絕緣。可以一習知的丁£〇8(四乙 基正石夕酸鹽）程序在-獨立腔室中完成此過程，該程序將 氧化物沉積於-表面上。其後必須將晶圓從τ刪室中取 出並轉移至錢鑛至中。有利的是在與濺鑛程序相同之腔室 中執行TEGS程序，以便不會破壞晶圓上之真空並節約時 間。 其顯示介 圖6係濺鍍室30之頂壁之從下往上看的視圖 層孔壁上用於形成氧化物之TE〇s位置、賤鑛位置（使用標 143142.doc 201020334 靶40)及蝕刻位置（使用ICP線圈82)。TEOS位置由一喷頭92 組成，該喷頭92包括針對來自TEOS源93之加熱TE0S蒸汽 的氣體出口之一分佈式陣列，並將氣體保持在低壓下。 TEOS包括已氧化之矽，並在Si晶圓及介層孔壁上形成一 氧化物表面。TEOS在室溫下係液體，且可使用起泡器及 載體氣體或加熱TEOS而蒸發以形成蒸汽。在teos喷頭92 下方之任何晶圓將在其上形成一氧化物層，氧化物層之厚 度部分由暴露時間所決定。 在將晶圓暴露於TEOS位置並終止引入丁]£〇8後，托板36❹ 移動至標靶40下方之濺鍍位置（或連續旋轉托板％)，以使 得在晶圓上及在介層孔中濺鍍一層標靶材料。將托板36進 一步旋轉至ICP線圈82下方之晶圓位置處（或位於腔室内部 或外部）以用於移除夾止濺鍍材料及晶圓之頂面上的材 料。蝕刻並不移除介層孔内部之濺鍍材料。氧化物沉積後 可停止TEOS氣體’且可採用托板36之多次旋轉使晶圓經 歷連續之濺鍍及蝕刻步驟而無需將晶圓暴露於氛圍中，直 到介層孔已充分塗佈或填充有濺鍍材料為止。在一單一旋❹ 轉托板36上可有任何數量之晶圓。 (例如欽）形成標乾96與97， 標起98與99。ICP線圈1〇2、 位於腔室内部或腔室外部。 部’則一介電層將線圈1〇2、 期間，連同對線圈丨〇2、1 圖7係腔室之從下往上看的視圖，其說明由相同之材料 而由不同之材料（例如Cu)形成 104係介於各對標靶之間且可 。若線圈1 02、】〇4位於腔室外 、104與腔室分離。在濺鍍操作 104供以能量而對圍繞腔室之任何 143l42.doc -18· 201020334 線圈64(圖3)供以能量，或僅對線圈1〇2、1〇4供以能量以使 電漿局部化。線圈102/1〇4在其周圍產生密集的離子化以 增加自其相關標靶之濺鍍速率。 垂直磁壁可圍繞各個標乾，或一單一磁壁可圍繞一對 標起及其等之相關線圈102/104。 在支撐晶圓之托板旋轉時，依據對線圈i 〇2或丨〇4供以能 量而濺鑛Ti或Cu，若對兩個線圈供以能量則可連續減鑛η 及Cu之薄層。 ® 如前提及，亦可將線圈102/104用於蝕刻。 圖8係沿圖7之線8-8的橫截面圖，其說明可使標無96、 98傾斜以增加標靶材料以一角度（大約與標靶表面垂直）撞 擊sa圓之百分比。ICP線圈1〇2係介於兩個標把之間，且受 電介質106之保護。由於標靶具有相對之傾向，因此在濺 錄操作期間當晶圓108在托板上旋轉時，賤鍵材料可較好 地塗佈介層孔側。此外，由於晶圓在旋轉，相對地傾斜之 Φ 標靶在内介層孔壁110上產生較對稱之濺鍍。濺鍍材料甚 至可塗佈錐台形狀之介層孔。線圈102在標靶96與97前方 產生對稱之電漿密度以用於濺鍍且亦可用於蝕刻。 較佳地，在各個標靶後方之掃描磁鐵112與114具有相反 之磁極組態（顯示為NSN及SNS)，以更加精確地補償在晶 圓旋轉時兩個標乾之間產生的任何濺鏡不對稱。圖式說明 磁鐵之單一垂直壁118為完全圍繞該對標靶96與97及線圈 1 02 ’以便不會干擾由線圈1 〇2產生之電漿。相同之壁亦可 圍繞Cu標靶98、99及線圈104。 143I42.doc 19 201020334 十非常大之工件（諸如18英吋直徑之晶圓）而言，由於在 -旋轉杷板上安裝複數個此等晶圓#導致一非常大之濺鍍 室’因此希望每次僅處理一個晶圓。在此一情況下’單一 阳圓在處理期pm繞其中心' 軸自旋以提供均勻之薄膜沉 積。 圖9說明在處理後自—晶圓分離之一晶粒ία的可行用 途，該晶粒120使用圖7之系統將塗佈有濺鍍材料的介層孔 122絕緣（例如，塗佈有氧化物）。可使用圖7中之標乾％ 與97並藉由濺鍍而在絕緣介層孔壁上形成一 丁丨障壁層，其 中旋轉托板將晶圓定位於標靶96、97及線圈1〇2下方。在 形成障壁層後，使用Cu標靶98與99在介層孔中形成（^晶 種層。在用以完成程序之任何進_步的蚀刻及濺鍵週期 後，從腔室中移除晶圓且其後利用一較厚之鋼層124來電 鍍銅晶種層。電鍍可完全填充介層孔，然而無需完全填充 即可達成充分之電導率。需要銅晶種層（或成核層）以發生 可靠之電鍍。至於電鍍步驟，可將晶圓浸沒於含有銅電極 之電解溶液中。來自銅電極之銅其後電鍍銅晶種層。其後 可使用化學機械拋光（或平坦化）（簡稱為CMp)來移除晶圓 表面上之銅。在任何進一步之處理步驟後，切割該晶圓。 圖7之腔室亦可配備TEOS蒸汽出口92(圖6)以在介層孔中 形成氧化物層，以使得在單一處理室中對晶圓執行四種不 同之程序。 在雙波紋程序中，在介層孔中沉積銅而在矽晶圓中形成 溝渠。在電鍍銅後，其後使晶圓經受<：]^15以移除晶圓表面 143142.doc -20- 201020334 上之銅而不移除介層孔或溝渠中之銅。cMp係一種利用化 學钱刻及研磨拋光之組合而使表面平滑及平坦之方法。僅 機械研磨可引起太多之表面損壞，而僅濕㈣無法獲得良 好之平坦化。CMP同時包括兩種效果。一典型的cMp工具 由'蓋之旋轉平台組成。將晶圓正面朝下地安裝 於支承膜上的載體中。旋轉平台及載體兩者。在化學機械 拋光』間’由向下之力量對載體施加壓力。對晶圓施覆一 研磨漿液。移除晶圓上之較高點並達成平坦化。此一程序 係習知且熟知的。 在電鍍前後，研磨晶圓之背面以移除一充分之厚度，以 使得介層孔完全延伸穿過該晶圓。使用單獨的習知方法可 將介層孔十之銅124電連接至形成於晶圓中之各種半導體 組件（例如’電晶體）。 介層孔之頂侧可耦接至頂側電極，而介層孔之底側可耦 接至底側電極。電極可為鍍金。在切割後，可使用超音速 結合或焊料將晶粒120之底側電極結合至印刷電路板126上 之襯墊。亦含有半導體組件之第二晶粒128具有與晶粒12〇 上之頂側電極匹配之各個電極。其後使用超音速結合或焊 料使晶粒120與128上之電極彼此結合。因此，藉由底部晶 粒120中經銅填充的介層孔而將頂部晶粒ι28電連接至板 126 ’且該等介層孔亦可將晶粒12〇中之電路電連接至板 126上。晶粒1 20亦可夾在兩個晶粒之間。 可在兩個金屬層之間待連接的一絕緣層中形成介層孔。 熟習此項技術者應熟知該系統未經詳細描述之習知維 143142.doc -21 - 201020334 樣。針對主要關於產生電漿及供應氣體至處理室的特定態 樣，美國專利第6,630,201號、美國專利第5,593,551號、美 國專利第6,500,762號、美國專利申請公開案2002/0160125 A1號及國際專利申請公開案w〇 〇3/〇566〇3號係以引用的 方式併入本文中。 雖然已描述關於在半導體晶圓上形成金屬薄膜之系統， 但該系統可沉積任何材料（包含電介質）且可處理諸如平板 顯示器及太陽能面板之任何工件。在一實施例中，使用該 系統以在用於LCD面板多個薄膜電晶體陣列上沉積各種材 · 料。 已詳細描述本發明，熟習此項技術者應瞭解鑑於本揭示 内容，在不脫離本文中描述之精神及發明概念下可對本發 明作出修改。因此，本發明之範疇並不意欲限於所說明及 描述之特定實施例。 【圖式簡單說明】 圖1係讓渡給Tango Systems，Inc.之美國專利公開案us 2006/0231383 A1號中之濺鍍室的經簡化之橫截面圖，其參 說明減鍍材料夾止非常狹窄之介層孔的開口； 圖2係由本發明放大之US 2006/0231383 A1號中之濺鍍 至的透視剖面圖。當一晶圓托板旋轉時，將多個晶圓定位 於該等標靶之下方； · 圖3係根據本發明之一實施例的經修改之濺鑛室之一部 刀的橫截面圖’其顯示在該腔室中大體上圍繞該標靶之一 垂直磁壁，其中該磁壁限制濺鍍材料並引起至晶圓上之平 143142.doc •22- 201020334 均撞擊角度變得更加垂直於該晶圓表φ; 圖4係經修改之錢鍵室的橫載面圖，該藏鍍室係類似於 圖3之滅鍵室但在限制磁壁上具有不同之磁鐵配置； 圖5係用於濺鍍之腔室中的多個標靶之從下往上看的視 圖，其顯示磁壁在兩個標靶周圍，而lcp線圈在用於蝕刻 線圈下方之濺鍍材料之一個位置； 圖6係腔室從下往上看的視圖，其顯示腔室中之了咖沉 積位置、濺鍍位置及蝕刻位置。該腔室可包含任何數量之 TEOS位置、濺鍍位置及蝕刻位置及其組合； 圖7係腔室之從下往上看的視圓，其顯示具有相同材料 之各標靶之間的ICP線圏，其中當晶圓在托板上旋轉時， 使該等標靶傾斜朝向中點以用於較好之覆蓋； 圖8係沿圖7之線8-8的部分橫截面圖，其顯示Icp線圈、 k輕之傾向及晶圓在托板上之移動；及 圖9含有半導體組件及導電介層孔之晶粒的橫截面圖， 其中该等介層孔在該晶粒之頂側電極與底側電極之間提供 導電路徑。將一第二晶粒結合至頂側介層孔，而將底側 介層孔結合至一印刷電路板。 【主要元件符號說明】 10 矽晶圓 12 旋轉金屬托板 13 介層孔 14 標靶 16 支承板 143142.doc -23- 磁鐵 電漿 銅原子 層 濺鍍室/處理室/腔室 托板 開口 馬達 冷卻劑源 標靶 晶圓 晶圓支撐區域 入口 磁鐵 RF及DC偏壓源 標乾支承板 頂板 致動器 托架 磁鐵

Cu+離子 ICP線圈 電漿 RF源 -24- 201020334 67 標靶DC偏壓源 68 晶圓D C偏麼源 69 介層孔 70 氧化物層 71 磁場線 72 銅 " 73 磁鐵 74 磁場線 • 75 絕緣體 76 標靶 78 磁壁 82 ICP線圈 83 RF源 92 喷頭 93 TEOS 源 96 標靶 97 標靶 98 標靶 ' 99 標靶 . 102 ICP線圈 104 ICP線圈 106 電介質 108 晶圓 110 内介層孔壁 143142.doc -25- 201020334 112 磁鐵 114 磁鐵 118 磁鐵之單一垂直壁 120 晶粒 122 介層孔 124 銅 126 印刷電路板 128 晶粒 143142.doc -26-

Claims (1)

1. 201020334 七、申請專利範圍： 1. 一種多程序裝置，其包括： 一腔室，其係可密封的以在該腔室中產生一低壓力環 境； —旋轉托板，其係在該腔室中並具有用於支撐 一工件 • 之至少一個工件支撐區域； •一標靶，其係定位於該腔室之一頂壁上，該標靶之一 正面係經導向於該腔室中； • —磁鐵，其係面對該標把之一背面；及 一大體上扁平之第一感應線圈，其大體上面向該托 板，該第一線圈連接至—RF源以用於在該腔室中在該第 一感應線圈附近產生一局部化之電漿，使得僅有已被旋 轉至大體上位於該第一感應線圈下方之工件主要受該局 部化電漿的影響。 2·如明求項1之裝置，其進一步包括在該腔室周圍之一第 φ 感應線圏用於在該腔室中產生一電聚，以用於當該托 板被旋轉將該工件定位於該標靶下方時將來自該標靶之 材料濺鍍於該工件上。 月求項1之裝置，其中當該托板已旋轉至將該工件定 位於該H # 士 & 感應線圈下方時，該第一感應線圈僅在大體 ;乂第感應線圈下方處產生一電漿以用於餘刻該 工件上之材料。 4.如請求 衮置’其中該第一感應線圈係定位於由相 同材料形& 兩個標靶之間用於在該兩個標靶下方產生 143142.doc 201020334 一電漿， 以用於將來自該等標 大體上位於玆梦4__

   向上傾斜，以增加 把之材料濺鑛於已旋轉至 之一工件上。

   呈二角形之形狀，且 狀。 ’其中該兩個標靶係在該第一感應線 以增加濺鍍標把材料以大體上垂直於 角度撞擊該工件之一百分比。 ，其中該第一感應線圈具有一大體上 且該標靶具有一大體上呈三角形之形 求項1之裝置’其中該第一感應線圈係位於該腔室 外部且藉由一介電材料與該腔室分離。 8·如明求項1之裝置，其中該托板具有用於支撐複數個工 件之複數個工件支撐區域，其中該托板旋轉以引起不同 之工件位於該標靶及該第一感應線圈之下方。 9.如咕求項1之裝置，其進一步包括在該腔室中之複數個 標靶。 1 〇.如請求項1之裝置’其中該第一感應線圈係比該標靶更 接近於該托板。 11.如請求項1之裝置’其中該標靶及第一感應線圈係由該 腔室之一頂壁支撐。 12·如請求項1之裝置’其進一步包括一 TEOS氣體源及在該 腔室中耦接至該TEOS氣體源之一 TEOS氣體出口，該 TEOS氣體出口係用於當該托板已旋轉至將該工件定位於 該TEOS氣體出口下方時在該工件之一表面上沉積一氧化 物，使得可旋轉該托板以定位該工件用於氧化物沉積、 143142.doc •1- 201020334 濺鍍沉積及#刻而無需從該腔室中移除該工件。 u.-種對定位於―腔室中之—卫件執行各種程序之方法， i腔至係可雄封的以在該腔室中產生—低壓環境，該 法包括： 在該腔至中之—旋轉托板上提供至少一個工件； 旋轉該托板以相對於〜標乾定位該卫件以用於將材料 濺鍍於該工件上，該標耙之一正面係經導向於該腔 中； 旋轉該托板以將該工件大體上定位於大體上面向該托 板之一第一感應線圈的下方；及 利用RF能量對該第一感應線圈供以能量，以僅在該第 一感應線圈附近產生一電漿用於對該工件執行一程序。 14·如清求項13之方法，其進一步包括對定位於該腔室周圍 之第一感應線圈供以能量，以用於在該腔室中產生— 電裝以引起來自該標靶之材料濺鍍於該工件上。 15·如請求項13之方法，其中利用RF能量對該第一感應線圈 供以能量以僅在該第一感應線圈附近產生一電漿用於對 該工件執行一程序，此程序包括執行該工件之蝕刻。 16.如請求項13之方法，其中利用RF能量對該第一感應線圈 供以能量以僅在該第一感應線圈附近產生一電漿用於對 該工件執行一程序’此程序包括利用該電漿將來自該標 乾•之材料濺鍍於該工件上。 17·如h求項13之方法，其進一步包括旋轉該托板以將該工 件疋位於該腔室中之一 TEOS氣體出口下方，並經由該 143142.doc 201020334 TEOS氣體出口供應TEOS氣體以在該工件之一表面上沉 積一氧化物’使得旋轉該托板以定位該工件用於氧化物 沉積、濺鑛沉積及钱刻而無需從該腔室中移除該工件。 18.如請求項13之方法，其中該第一感應線圈係—大體上扁 平之線圈，其具有一大體上呈三角形之形狀，且該標靶 具有一大體上呈三角形之形狀。 19_如請求項13之方法，其中該托板具有用於支撐複數個工 件之複數個工件支揮區域，其中該托板旋轉以引起不同 之工件位於該標靶及該第一感應線圈下方。 20. 如请求項13之方法，其中該標靶及感應線圈係由該腔室 之一頂壁支撐。 21. 如請求項13之方法，其進一步包括具有若干介層孔之該 工件，其中旋轉該托板以將來自該標靶之材料濺鍍於該 等介層孔中，接著旋轉該托板至該第—感應線圈下方以 姓刻在該等介層孔之開口處的夾止材料。 143142.doc