TW201713796A - 用於共同濺射多個靶材之方法和設備 - Google Patents

Abstract

於此提供有用於共同濺射多個靶材材料的方法和設備之實施例。在一些實施例中，處理腔室包括：基板支撐件，以支撐基板；複數個陰極，耦接到載體，並具有待被濺射於基板上之相應的複數個靶材；及處理屏蔽件，耦接到載體且在相鄰的多對複數個靶材之間延伸。

Description

用於共同濺射多個靶材之方法和設備

本揭露書的實施例關於用於藉由物理氣相沉積（PVD）在基板上沉積材料的方法和設備。

在半導體製造中的物理氣相沉積（PVD）通常以由所欲的膜材料所製成之靶材而實施。在合金的情況下，靶材通常由待被濺射的合金所構成。在新的非揮發性的記憶體的情況下，使用不同成分的合金。這樣，發明人研究在多陰極（如，多靶材）的PVD腔室中之多個靶材的共同濺射。然而，因為多個靶材的交叉污染，靶材被定期地清潔，以維持膜的一致性。例如，多個靶材的一或多者可在清潔處理期間藉由活動遮板而覆蓋，這可能導致顆粒產生。

因此，發明人已提供用於在PVD處理系統中的多個靶材材料的改進的共同濺射之方法和設備的實施例。

於此提供有用於共同濺射多個靶材材料的方法和設備的實施例。在一些實施例中，處理腔室包括：基板支撐件，用以支撐基板；複數個陰極，耦接到載體，並具有待被濺射於基板上之相應的複數個靶材；及處理屏蔽件，耦接到載體且在相鄰的多對複數個靶材之間延伸。

在一些實施例中，物理氣相沉積（PVD）腔室包括：基板支撐件，用以支撐基板；複數個陰極，相對基板支撐件而設置，每一靶材包含待被濺射於基板上之材料；及屏蔽件，旋轉地設置在基板支撐件和複數個靶材之間，其中屏蔽件包括兩或更多個孔，兩或更多個孔經調整尺寸和位置以同時地曝露一組的複數個靶材之兩或更多個，同時覆蓋複數個靶材的剩餘部分，其中不同組的複數個靶材之兩或更多個可被曝露，同時藉由屏蔽件的旋轉位置之選擇而覆蓋複數個靶材的剩餘部分。

在一些實施例中，處理基板的方法包括以下步驟：通過屏蔽件之兩或更多個孔而曝露第一組的複數個靶材，其中屏蔽件係可旋轉地耦接到設置在基板支撐件之上的載體，基板支撐件支撐基板；及共同濺射第一組的複數個靶材。

本揭露書的其它和進一步的實施例係描述於下。

於此提供有用於共同濺射多個靶材材料的方法和設備的實施例。所揭露的方法和設備可有利地允許共同濺射複數個靶材，同時實質地最小化或消除在靶材之間的交叉污染。

在一些實施例中，多陰極PVD腔室包括附接到頂端適配器的複數個陰極(或靶材)（例如，5個陰極）。每一陰極可具有DC/脈衝DC或RF靶材和相關的磁控管。每一陰極還具有護罩，護罩為不擋住從靶材到晶圓之視線的長管。共用的旋轉屏蔽件係設置在由所有的陰極所共享之腔室的中心中。取決於需要在同一時間待被濺射之靶材的數量，旋轉屏蔽件可具有一或多個孔，諸如1、2或3個孔。圍繞每一靶材之護罩有利地捕捉未朝晶圓導向且因此可能落在晶圓上之靶材通量的大部分，因而顯著地減少靶材的交叉污染。在一些實施例中，護罩材料和表面處理可針對被濺射之特定靶材材料而訂製，因而改善瑕疵性能。

在一些實施例中，可提供處理屏蔽件以將處理凹穴劃分為對應於每一陰極靶材之多個區。處理屏蔽件有利地類似地限制或消除交叉污染，但沒有轉動零件。例如，在提供有五個陰極的一些實施例中，處理凹穴可被劃分為具有處理屏蔽件的5個相等的區，處理屏蔽件的形狀如星形。處理屏蔽件是盡可能的長的，以避免串擾(cross talk)。在一些實施例中，處理屏蔽件可具有Z-Theta運動。在這樣的實施例中，處理屏蔽件可在晶圓上沉積的期間被定位在不同的陰極處。接著在糊化步驟期間，處理屏蔽件可旋轉到不同的陰極。來自沉積物和糊化陰極之材料的沉積應力可相互抵消或至少減少在沉積於處理屏蔽件上之膜中的應力，因而產生具有非常良好的顆粒性能之非常低的應力膜。當使用如於此所述的處理屏蔽件時，來自任意數量的陰極之共同濺射的彈性是可能的。

第1圖描繪根據本揭露書的一些實施例之多陰極處理腔室（處理腔室100）的剖視圖。處理腔室100包括耦接至處理腔室100的上部之複數個陰極102；旋轉屏蔽件106，選擇性地覆蓋一或多個複數個陰極102；及基板支撐件110，設置在處理腔室100內在複數個陰極102之下方。在一些實施例中，基板支撐件110可為旋轉的基座。在一些實施例中，基板支撐件110可為可垂直移動的。

複數個陰極102可用於濺射不同的材料在基板108上。在一些實施例中，基板108是具有用於製造積體電路的半導體材料之結構。例如，基板108可代表包括晶圓之半導體結構。

陰極102通過旋轉屏蔽件106的開口或孔104而曝露，陰極102配置在基板支撐件110上之基板108的上方。來自陰極102的材料可通過孔104而被沉積在基板108上（如，如第1圖中所示的材料103）。

功率供應器112可耦接到複數個陰極102的每一者。功率供應器112可包括直流（DC）、脈衝DC或射頻（RF）功率。旋轉屏蔽件106可在濺射期間曝露複數個陰極102之兩或更多個，並屏蔽剩餘的陰極102免受交叉污染。交叉污染因將沉積材料從陰極102之一者物理地移動或傳送到陰極102的另一者而導致。每一陰極102被定位在對應的靶材114之上。取決於需要被濺射之靶材114的數目，旋轉屏蔽件106可具有兩或更多個孔104，以選擇性地曝露待被共同濺射之對應的一或多個靶材（在第1A圖中示意性地顯示兩個孔）。為了濺射經選擇的靶材，旋轉屏蔽件106被旋轉以曝露待被濺射的經選擇的靶材。靶材114可以欲被濺射到基板108上之任何材料而形成。馬達131經由軸132而耦接到旋轉屏蔽件106，以促進旋轉屏蔽件106的旋轉。

在一些實施例中，每一陰極102包括護罩126，護罩126為不擋住從靶材114到設置在基板支撐件110上之晶圓的視線之長管。每一護罩126包括一個護罩旋轉器128，以提供在約20至90度之角度130的陰極102。角度130的不同數值提供在基板的表面上之不同的均勻輪廓。角度130是在靶材114之一者的平面和基板支撐件110之平面之間而測量。每一護罩經配置以捕捉未朝晶圓導向且因此可能落在晶圓上之靶材通量的大部分。因此，護罩顯著地最小化靶材的交叉污染。此外，護罩的護罩材料和表面處理可針對特定靶材材料而訂製，因而改善瑕疵性能。

在基板108移動進出腔室之前，基板108可在設置於處理腔室的下部之錐形屏蔽件118之下方移動。伸縮蓋環120配置在錐形屏蔽件118的頂端上並環繞基板108。當基板支撐件110向下移動時，在基板108移出腔室之前，基板108可以機器人手臂而升高。

伸縮蓋環120可包括環形部分122，環形部分122向上彎曲並具有預定的厚度，以形成盤或碗，其中基板可被設置成環形部分122圍繞並設置在基板108之上方。伸縮蓋環120還可包括相對於錐形屏蔽件118之預定間隙124和預定長度。因此，當材料103被沉積在基板108上，防止或實質地防止材料103沉積在基板支撐件110之下方或在錐形屏蔽件118之外側。如所述地控制材料103的沉積有利地防止或減少污染物擴散到基板108或處理腔室內。

第2圖描繪用於多陰極處理腔室(諸如處理腔室100)中之替代屏蔽件(可被用於取代旋轉屏蔽件106)的等角視圖。在一些實施例中，處理屏蔽件（處理屏蔽件200）可被用以達成如以上所述之旋轉屏蔽件106的類似結果，但無需任何的旋轉零件。在這樣的實施例中，處理屏蔽件200在相鄰多對靶材之間延伸。在一些實施例中，處理屏蔽件200可包含設置在相鄰的靶材之間的一些壁。在一些實施例中，且如第2圖中所示，處理屏蔽件200可為星形的，例如，包含一些側壁耦接在中心線處且徑向向外地朝向處理凹穴的邊緣延伸，以防止從給定的靶材到任何其它靶材之位點的直線。在一些實施例中，處理屏蔽件200可進一步包括連接壁的外壁（未示出），壁從中心線向外延伸，以包圍每一靶材。在一些實施例中，複數個靶材包括五個靶材且處理凹穴藉由處理屏蔽件200而劃分成五個相等的區。處理屏蔽件200具有足以避免在靶材114之間的串擾之長度。在一些實施例中，所有的靶材114可被曝露，使得任何靶114可被選擇用於濺射。在所有的靶材被曝露的實施例中，處理屏蔽件200以比沒有任何屏蔽件或護罩更大的數量級而顯著地減少未經濺射的靶材藉由經濺射的靶材之污染。此外，處理屏蔽件200有利地允許選擇待被濺射的靶材之任一個或多個的靈活性，而無需移動任何的零件以選擇性地曝露待被濺射的靶材。

在一些實施例中，處理屏蔽件200可任選地具有Z-Theta運動，使得處理屏蔽件200的區可在基板上的沉積期間被定位在不同的陰極102處，且隨後在糊化步驟期間，被旋轉到不同的陰極102。Z-Theta運動包含藉由在旋轉移動之後的處理屏蔽件200的垂直移動，以選擇性地曝露處理屏蔽件200的給定區給靶材114的不同者，處理屏蔽件200的給定區初始地圍繞靶材114的一者。來自沉積物和糊化陰極之材料的沉積有關的應力至少部分地相互抵消，有利地產生具有改善的顆粒性能之非常低的應力膜。例如，在第一步驟期間沉積在處理屏蔽件200之給定區的材料可顯示出拉伸應力。為抵​​消沉積在給定區上之材料中的的拉伸應力，處理屏蔽件200被轉動，使得給定的區繞陰極而配置，產生顯示出壓縮應力的材料。結果，來自沉積在給定區上的兩個不同材料之拉伸和壓縮應力相互抵消。因此，當使用處理屏蔽件200時，來自任意數量的陰極之共同濺射的彈性是可能的。

在一些實施例中，由於處理屏蔽件200顯著地減少或消除將被共同濺射的靶材114的交叉污染，陰極102不包括護罩。在一些實施例中，每一陰極102可替代地包括護罩226，護罩226比在第1圖中所示的護罩126短。護罩226可有利地顯著減少或消除頂端適配器的污染。例如，護罩226與護罩126(可為在約5英寸和約6英寸之間)相比，可為約1英寸長之間。在一些實施例中，護罩226可由鋁或具有所欲的熱導率和表面光潔度之任何其他金屬所形成，以促進經濺射到護罩上之材料的黏著性。在一些實施例中，護罩226可經紋理化，以改善顆粒附著。例如，護罩226可經珠粒噴砂或塗覆有塗層，以促進經濺射到護罩上之材料的黏著性。在一些實施例中，第1圖的護罩126可被類似地經紋理化。在一些實施例中，例如，塗層可由鋁電弧噴塗、鉭電弧噴塗、鉬電弧噴塗或類似物所形成。

儘管描繪為星形，處理屏蔽件200具有將每一陰極102劃分為單獨的空間而不干擾經濺射到將被處理之基板上之材料的沉積的任何形狀。例如，假設每一靶材114具有約6英寸的直徑，星形處理屏蔽件200具有低於約15英寸的高度。處理屏蔽件200的高度超過15英寸越多，處理屏蔽件200開始更多地干擾經濺射到將被處理之基板上之材料的沉積。若靶材直徑大於6英寸，則處理屏蔽件200的高度也可大於15英寸而不會不利地影響沉積處理。換句話說，處理屏蔽件200的高度與每一靶材之每一者的直徑成比例。在任何情況下，每一靶材具有至少為待被處理的基板的直徑的一半之直徑。

第3圖是描繪共同濺射複數個靶材之方法的流程圖。在302處，第一組的複數個靶材通過處理屏蔽件(例如，旋轉屏蔽件106）的兩或更多個孔而曝露，而其餘的靶材係由屏蔽件所覆蓋。

在304處，第一組的靶材被共同濺射。例如，DC或RF能量可被施加到第一組的靶材之每一者，以濺射來自第一組的靶材的材料到基板上。在一些實施例中，處理氣體被供應到腔室，電漿係使用來自每一個別的陰極所供應的RF能量而由處理氣體所形成，且使得來自電漿的離子轟擊靶材，以將來自個別靶材的材料濺射到基板上。

任選地在304處，若另一組的靶材(與第一組不同)待被濺射，屏蔽件106被轉動，以曝露第二組的複數個靶材，同時覆蓋剩餘的靶材（意即，第一組的靶材及/或複數個靶材的額外者）。

在306處，第二組的靶材是以類似如上所詳述之方式而被共同濺射。因為每一靶材114包括對應的護罩126，靶材材料在給定護罩上的積累對應於一個靶材。因此，交叉污染被有利地避免。在一些實施例中，未通過在屏蔽件106中的孔而曝露之靶材可在清潔處理中被濺射到屏蔽件106的背面上，使得清潔器的膜可由經清潔的靶材而被沉積在基板上。

在使用處理屏蔽件200的實施例中，如所欲地，複數個靶材都被曝露，且靶材的一或多個被濺射。也就是說，用於使用處理屏蔽件200共同濺射靶材的方法係類似於方法300，除了無需曝露第一及第二組的靶材，以共同濺射每一組。相反地，因為在使用處理屏蔽件200的實施例中，所有的靶材都曝露，第一組的複數個靶材114的被共同濺射，且隨後第二組（與第一組不同）的複數個靶材114被共同濺射。因為處理屏蔽件200具有足夠的高度去避免靶材的交叉污染，屏蔽件的旋轉不必要去選擇性地曝露不同組的靶材。因此，產出係有利地增加的。在一些實施例中，處理屏蔽件200可耦接到旋轉屏蔽件106，以提供進一步的保護免於交叉污染。

雖然前面部分是針對本揭露書的實施例，本揭露書的其它和進一步的實施例的實施例可經設計而不背離本揭露書的基本範圍。

100‧‧‧處理腔室
102‧‧‧陰極
103‧‧‧材料
104‧‧‧孔
106‧‧‧旋轉屏蔽件
108‧‧‧基板
110‧‧‧基板支撐件
112‧‧‧功率供應器
114‧‧‧靶材
118‧‧‧錐形屏蔽件
120‧‧‧伸縮蓋環
122‧‧‧環形部分
124‧‧‧預定的間隙
126‧‧‧護罩
128‧‧‧護罩旋轉器
130‧‧‧角度
131‧‧‧馬達
132‧‧‧軸
200‧‧‧處理屏蔽件
300‧‧‧方法
302‧‧‧步驟
304‧‧‧步驟
306‧‧‧步驟
308‧‧‧步驟

本揭露書的實施例(簡要地摘要於上和更詳細地討論於下)可藉由參照在附隨的圖式中所描繪之本揭露書的示例性實施例而理解。然而，附隨的圖式僅顯示本揭露書的通常實施例，且不因此被認為對範圍的限制，因為本揭露書可允許其它等效的實施例。

第1圖描繪根據本揭露書的一些實施例之多陰極處理腔室的剖視圖。

第1A圖描繪第1圖之多陰極處理腔室中的旋轉屏蔽件的底部概要圖。

第2圖描繪根據本揭露書的一些實施例之用於在多陰極處理腔室中使用的屏蔽件之等角視圖。

第3圖是描繪根據本揭露書的一些實施例之處理基板的方法之流程圖。

為促進理解，已盡可能使用相同的元件符號以指定共用於圖式的相同元件。圖式是未按比例而繪製，且可為清晰而被簡化。一個實施例的元件和特徵可被有利地併入其他實施例中，無需進一步載明。

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100‧‧‧處理腔室

102‧‧‧陰極

103‧‧‧材料

104‧‧‧孔

106‧‧‧旋轉屏蔽件

108‧‧‧基板

110‧‧‧基板支撐件

112‧‧‧功率供應器

114‧‧‧靶材

118‧‧‧錐形屏蔽件

120‧‧‧伸縮蓋環

122‧‧‧環形部分

124‧‧‧預定的間隙

126‧‧‧護罩

128‧‧‧護罩旋轉器

130‧‧‧角度

131‧‧‧馬達

132‧‧‧軸

Claims (20)

1. 一種處理腔室，包含： 一基板支撐件，用以支撐一基板；複數個陰極，耦接到一載體，並具有待被濺射於該基板上之相應的複數個靶材；及一處理屏蔽件，耦接到該載體且在相鄰的多對該複數個靶材之間延伸。
2. 如請求項1所述之處理腔室，其中該處理屏蔽件係星形的。
3. 如請求項1所述之處理腔室，其中該複數個陰極包括五個陰極。
4. 如請求項1所述之處理腔室，其中所有的該複數個靶材被曝露。
5. 如請求項1至4任一項所述之處理腔室，其中該處理屏蔽件之一高度係與該複數個靶材之每一者的一直徑成比例的。
6. 如請求項5所述之處理腔室，其中該該複數個靶材之每一者具有約6英寸的一直徑，且其中該處理屏蔽件具有低於約15英寸的一高度。
7. 如請求項1至4任一項所述之處理腔室，進一步包含： 複數個護罩，各圍繞該複數個靶材之一對應者。
8. 如請求項7所述之處理腔室，其中該複數個護罩之每一者具有約1英寸的一高度。
9. 如請求項7所述之處理腔室，其中該複數個護罩係由鋁所形成。
10. 如請求項9所述之處理腔室，其中該複數個護罩經紋路化，以改善該複數個護罩的顆粒附著。
11. 一種物理氣相沉積(PVD)沉積腔室，包含： 一基板支撐件，用以支撐一基板；複數個陰極，相對該基板支撐件而設置，每一靶材包含待被濺射於該基板上之一材料；及一屏蔽件，旋轉地設置在該基板支撐件和該複數個靶材之間，其中該屏蔽件包括兩或更多個孔，該兩或更多個孔經調整尺寸和位置以同時地曝露一組的該複數個靶材之兩或更多個，同時覆蓋該複數個靶材的該剩餘部分，其中不同組的該複數個靶材之兩或更多個可被曝露，同時藉由該屏蔽件的該旋轉位置之選擇而覆蓋該複數個靶材的該剩餘部分。
12. 如請求項11所述之PVD腔室，進一步包含： 複數個護罩，設置在該屏蔽件和該複數個靶材之間，其中該複數個護罩之每一者圍繞該複數個靶材之一對應者。
13. 如請求項11所述之PVD腔室，其中該複數個靶材包括五個靶材。
14. 如請求項12所述之PVD腔室，其中該複數個護罩係由鋁所形成。
15. 如請求項14所述之PVD腔室，其中該複數個護罩經紋路化，以改善該複數個護罩的顆粒附著。
16. 如請求項15所述之PVD腔室，其中該複數個護罩包括一鋁塗層、一鉭塗層或一鉬塗層之一者。
17. 如請求項12至16任一項所述之PVD腔室，其中該複數個護罩之每一者具有約5英寸到約6英寸的一高度。
18. 如請求項11至16任一項所述之PVD腔室，進一步包含： 一處理屏蔽件，耦接至該屏蔽件，並延伸在鄰近對的該複數個靶材之間。
19. 一種處理一基板的方法，包含以下步驟： 通過一屏蔽件之兩或更多個孔而曝露一第一組的複數個靶材，其中該屏蔽件係可旋轉地耦接到設置在一基板支撐件之上的一載體，該基板支撐件支撐該基板；及共同濺射該第一組的該複數個靶材。
20. 如請求項19所述之方法，進一步包含以下步驟： 旋轉該屏蔽件，以曝露不同於該第一組之一第二組的該複數個靶材；及共同濺射該第二組的該複數個靶材。