TW202316543A - 物理氣相沉積系統 - Google Patents

Abstract

揭示一種物理氣相沉積(PVD)系統。該PVD系統包括用以固定半導體晶圓的底座、用以固定靶材的蓋板及位於該底座與該蓋板之間的準直器。該準直器包括複數個通道，用以使原物料相對於垂直於該底座的面向該蓋板的表面的線以小於臨限角度的角度自該蓋板朝向該底座行進，其中該準直器用以阻擋原物料以大於該臨限角度的角度自該蓋板朝向該底座行進，其中該些通道中的第一通道具有第一通道長度，其中該些通道中的第二通道具有第二通道長度，且其中第一通道長度小於第二通道長度。

Description

物理氣相沉積系統及準直器

本申請的技術係關於物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)系統及方法，更具體地涉及使用準直器的PVD系統及方法。

物理氣相沉積(physical vapor deposition，，PVD)通常用於半導體行業，及太陽能、玻璃塗層及其他行業。例如，使用PVD系統將金屬層沉積至基板上，諸如位於真空電漿室中的半導體晶圓。例如，可使用PVD製程將諸如鈦或氮化鈦的靶材料沉積至半導體晶圓上。在典型的PVD系統中，待塗覆的靶材料置放在含有惰性氣體(如氬氣)的真空室中。例如，沉積層可以用作擴散阻障層、黏附層或種晶層、初級導體、抗反射塗層、蝕刻終止層等。

無

以下揭示內容提供用於實現提供之標的的不同特徵的許多不同的實施例或實例。以下描述組件及佈置的特定實例用以簡化本揭示內容。當然，該些僅為實例，並不旨在進行限制。例如，在下面的描述中在第二特徵上方或之上形成第一特徵可包括其中第一特徵及第二特徵直接接觸形成的實施例，並且亦可包括其中在第一特徵與第二特徵之間形成附加特徵的實施例，以使得第一特徵及第二特徵可以不直接接觸。此外，本揭示內容可以在各個實例中重複元件符號或字母。此重複係出於簡單及清楚的目的，其本身並不指定所討論之各種實施例或組態之間的關係。

此外，為了便於描述，本文中可以使用諸如「在……下方」、「在……下」、「下方」、「在……上方」、「上方」之類的空間相對術語，來描述如圖中說明的一個元件或特徵與另一元件或特徵的關係。除了在附圖中描繪的定向之外，空間相對術語意在涵蓋裝置在使用或操作中的不同定向。設備可以其他方式定向(旋轉90度或以其他定向)，並且在此使用的空間相對描述語亦可被相應地解釋。

現在將參照附圖描述數個說明性實施例，這些附圖形成實施例的一部分。隨後的描述僅提供實施例並不旨在限制本揭示內容的範圍、適用性或組態。相反，實施例的隨後的描述將為熟習此項技術者提供用於實現一或多個實施例的使能描述。可理解，在不脫離本揭示內容的精神及範圍的情況下，可以對元件的功能及佈置進行各種改變。在以下描述中，出於解釋的目的，闡述具體細節以提供對某些創造性實施例的透徹理解。然而，顯然可以在沒有這些具體細節的情況下實踐各種實施例。附圖及描述並不旨在限制。此處使用「實例」或「例示性」來表示「用作實例、例子或說明」。此處描述為「例示性」或「實例」的任何實施例或設計不一定解釋為比其他實施例或設計更優選或有利。

理想地，沉積在PVD系統中的材料源，亦即靶材，應相對於半導體晶圓非常寬，使得靶材代表半導體晶圓的粒子接收面的無限源平面。不幸地，靶的尺寸有限，通常與半導體晶圓的數量級相同。射出或濺射的靶材料傾向於自各個方向離開靶材，彼此碰撞及散射，自各種角度到達半導體晶圓。因此，在半導體晶圓的蝕刻形貌區域中不均勻形成沉積層，從而在形貌側壁上留下相對較厚的橫向層且在蝕刻底部留下薄層。

為增加射出或濺射至半導體晶圓上的靶材料的方向性，可以使用準直器。準直器為具有複數個通道以允許靶材料穿過的結構。隨著靶材料向半導體晶圓行進，方向基本上不垂直於半導體晶圓的靶材料衝擊準直器的側壁且黏附至其上。因此，準直器僅允許沿著基本上垂直於半導體晶圓的路徑的靶材料穿過。因此，隨後在半導體晶圓上形成的沉積層具有大致均勻的厚度。然而，傳統的準直器導致半導體晶圓的中心部分的厚度大於半導體晶圓的外圍部分的厚度。因此，至少為提高沉積層均勻性，本文揭示使用改進的準直器的PVD系統及PVD方法。

與使用傳統準直器的PVD系統相比，具有根據本揭示內容的準直器的PVD系統在具有改進的厚度均勻性的半導體晶圓上沉積靶材料層。在一些實施例中，厚度均勻性可提高67%或更大。因此，所揭示的準直器對於沉積銅種晶層以準備沉積銅互連層可能為特別有利的。

例如，在一些實施例中，使用熟習此項技術者已知的技術，處理半導體晶圓以形成包括例如電晶體、電阻器及電容器的半導體結構。然後，例如用介電層覆蓋半導體結構以防止半導體結構與隨後形成的導電互連層之間的導電。

在一些實施例中，銅阻障層沉積在介電層上。覆蓋阻障層用以防止銅擴散或以其他方式遷移至介電層中。銅阻障層可包含阻障層，該阻障層包含Ta、TaN或Ta及TaN。在一些實施例中，導電互連層用於在諸如電晶體、電容器及電阻器的電路組件之間形成電連接。在一些實施例中，電晶體包括FinFET電晶體，如熟習此項技術者所理解。在一些實施例中，電晶體包括閘極全環(gate all aroun，GAA)電晶體，如熟習此項技術者所理解。在一些實施例中，電晶體具有阻障或封蓋特徵，例如，包含Ti、TiN、Ta、TaN、Co、AlO及另一材料中的一或多者。

可在銅阻障層上沉積銅種晶層以幫助隨後形成在銅種晶層上的銅互連層的生長。可使用本文討論的系統及方法形成銅種晶層，該些系統及方法具有準直器的實施例，該些準直器具有本文討論的特徵。其他層可替代地使用本文討論的系統及方法形成，該些系統及方法具有準直器的實施例，該些準直器具有本文討論的特徵。例如，可使用本文討論的系統及方法形成其他材料層，該些系統及方法具有準直器的實施例，該些準直器具有本文討論的特徵。

在沉積銅種晶層之後，可使用例如電鍍及蝕刻製程在銅種晶層上沉積銅互連層。在沉積銅互連層之後，可以使用化學機械研磨(chemical mechanical polishing，CMP)製程移除多餘的銅。

為形成複數個互連層，可針對每一附加層重複這些步驟。

第1圖為根據一些實施例的物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)系統的示意圖。物理氣相沉積系統包括準直器100、腔室200、蓋板300及底座400。蓋板300設置在腔室200上用於固定靶材350。底座400設置在腔室200中用於支撐半導體晶圓450。準直器100安裝在蓋板300與底座400之間。例如，準直器100可以藉由複數個固定元件諸如螺釘(未圖示)安裝在腔室200的壁上。

第2圖為根據一些實施例的第1圖的準直器100的實施例200的截面示意圖。準直器201包括共同形成複數個通道160的複數個側壁片110。每一通道160具有入口162及與入口162相對的出口164。參看第1圖。通道160的入口162面向蓋板300，且通道160的出口164面向底座400。在該實施例中，通道160在相鄰的側壁片之間具有相同的寬度尺寸，如第2圖所示。

準直器201的至少一部分具有由矩形界定的截面形狀，自矩形中減去梯形以形成切口。因此，三維準直器201的至少一部分具有由圓柱體界定的形狀，自該圓柱體中減去錐形錐台以形成切口。

因此，一些側壁110具有自相應通道160的入口162至相應通道160的出口164的第一側壁長度，且一些其他側壁110具有自相應通道160的入口162至相應通道160的出口164的第二側壁長度，其中第一及第二側壁長度不同。在一些實施例中，第一側壁長度與第二側壁長度之比為約2/3、約0.1、約0.2、約0.3、約0.4、約0.5、約0.6、約0.7、約0.8或約0.9。在一些實施例中，第一側壁長度與第二側壁長度之比小於約2/3、約0.1、約0.2、約0.3、約0.4、約0.5、約0.6、約0.7、約0.8或約0.9。

此外，一些通道160具有自其入口162至其出口164的第一通道長度，而一些其他通道160具有自其入口162至其出口164的第二通道長度，其中第一通道長度不同於第二通道長度。在一些實施例中，第一通道長度與第二通道長度之比為約2/3、約0.1、約0.2、約0.3、約0.4、約0.5、約0.6、約0.7、約0.8或約0.9。在一些實施例中，第一通道長度與第二通道長度之比小於約2/3、約0.1、約0.2、約0.3、約0.4、約0.5、約0.6、約0.7、約0.8或約0.9。

參看第1圖及第2圖。準直器100的功能為僅允許沿著相對垂直於半導體晶圓450的路徑的靶材料穿過半導體晶圓450，且攔截或過濾靶材料，該靶材料的方向不相對垂直於半導體晶圓450。此舉提高形成在半導體晶圓表面上的靶材料的均勻性。射出或濺射的靶材料自通道160的入口162進入準直器100且自出口164離開。在物理氣相沉積期間，相對於垂直於半導體晶圓450的上表面的線以較大角度行進的靶材料衝擊準直器100的側壁片110，且防止沉積在半導體晶圓450上。

每一通道160以取決於其寬度尺寸及其入口與出口之間的長度尺寸的速率及最大角度將在其入口162處接收的靶材料傳遞至半導體晶圓450。至少由於幾何原因，具有均勻寬度及長度尺寸的準直器在半導體晶圓450的中心部分沉積更多的靶材料。例如，在一些實施例中，半導體晶圓450上的每一點接收已穿過其正上方的天頂通道160的靶材料，且接收已穿過距天頂通道160小於距離的通道160的靶材料。因此，與半導體晶圓450上的外圍點相比，半導體晶圓450上的中心點自更多通道接收靶材料。

相反，在使用準直器201的PVD系統中，與使用具有均勻通道寬度及長度尺寸的準直器的PVD系統相比，半導體晶圓450上的外圍點接收的靶材料的量相對於半導體晶圓450上的中心點接收的靶材料的量增加。例如，半導體晶圓450外圍的點自準直器201的相應較長長度的外圍通道160接收靶材料，且自準直器201的較短長度的更中心通道160接收靶材料。然而，半導體晶圓450中心的點自準直器201的相應較短長度的中心通道160接收靶材料，但不自準直器201的較長長度的外圍通道160接收靶材料。

第3圖說明根據一些實施例的物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)系統的示意圖。表明尺寸A~I。

尺寸A表示靶材350的寬度尺寸。在一些實施例中，尺寸A可等於約380 mm、約390 mm、約400 mm、約410 mm、約420 mm、約430 mm、約440 mm、約450 mm、約460 mm、約470 mm或約480 mm。可以使用其他值。

尺寸B表示準直器201的寬度尺寸。在一些實施例中，尺寸B可等於約400 mm、約410 mm、約420 mm、約430 mm、約440 mm、約450 mm、約460 mm、約470 mm、約480 mm、約490 mm或約500 mm。可以使用其他值。

尺寸C表示準直器201的厚度尺寸。在一些實施例中，尺寸C可等於約100 mm、約110 mm、約120 mm、約130 mm、約140 mm、約150 mm、約160 mm、約170 mm、約180 mm、約190 mm或約200 mm。可以使用其他值。在一些實施例中，尺寸C等於約152.4 mm。

尺寸D表示準直器201的梯形/錐台切口的最大寬度尺寸。在一些實施例中，尺寸D可等於約170 mm、約180 mm、約190 mm、約200 mm、約210 mm、約220 mm、約230 mm、約240 mm、約250 mm、約260 mm或約270 mm。可以使用其他值。在一些實施例中，尺寸D等於約223 mm。

尺寸E表示準直器201的梯形/錐台切口的最小寬度尺寸。在一些實施例中，尺寸D可等於約10 mm、15 mm、20 mm、30 mm、35 mm、40 mm、45 mm，或約50 mm。可以使用其他值。在一些實施例中，尺寸E等於約31.7 mm。

尺寸F表示準直器201的梯形/錐台切口的厚度尺寸。在一些實施例中，尺寸F可等於約25 mm、約30 mm、約35 mm、約40 mm、約45 mm、約50 mm、約55 mm、約60 mm、約65 mm、約70 mm或約75 mm。可以使用其他值。在一些實施例中，尺寸F等於約50.8 mm。

尺寸G表示靶材350與準直器201之間的豎直或垂直距離。在一些實施例中，尺寸G可等於約40 mm、約45 mm、約50 mm、約55 mm、約60 mm、約65 mm、約70 mm、約75 mm、約80 mm、約85 mm、約90 mm、約95 mm、約100 mm、約105 mm、約110 mm、約115 mm、約120、約125 mm，或約130 mm。可以使用其他值。在一些實施例中，尺寸G等於約86.4 mm。

尺寸H表示準直器201與半導體晶圓450之間的豎直或垂直距離。在一些實施例中，尺寸H可等於約300 mm、約310 mm、約320 mm、約330 mm、約340 mm、約350 mm、約360 mm、約370 mm、約380 mm、約390 mm、約400 mm、約410 mm或約420 mm。可以使用其他值。

尺寸I表示半導體晶圓450的寬度尺寸。在一些實施例中，尺寸I可等於約260 mm、約270 mm、約280 mm、約290 mm、約300 mm、約310 mm、約320 mm、約330 mm、約340 mm或約350 mm。可以使用其他值。

在一些實施例中，至少為使佈植材料具有所需的沉積厚度均勻性，界定梯形/錐台切口的尺寸D、E及F的值單獨及/或共同基於尺寸A~C及G~I中的一或多者。

例如，在一些實施例中，PVD系統的特徵在於比值(F/C)/(G/H)，其中F/C等於上文列出的尺寸F的值之一除以上文列出的尺寸C的值之一，且其中G/H等於上文列出的尺寸G的值之一除以上文列出的尺寸H的值之一。例如，在一些實施例中，尺寸F等於約50.8 mm，尺寸C等於約152.4 mm，尺寸G等於約86.4 mm，且尺寸H等於約360 mm。因此，在一些實施例中，比值(F/C)/(G/H)等於約0.33/約0.24或約1.4。

在一些實施例中，PVD系統的特徵在於比值(A/B)/(G/H)，其中A/B等於上文列出的尺寸A的值之一除以上文列出的尺寸B的值之一，且其中G/H等於上文列出的尺寸G的值之一除以上文列出的尺寸H的值之一。例如，在一些實施例中，尺寸A等於約430 mm，尺寸B等於約450 mm，尺寸G等於約86.4 mm，且尺寸H等於約360 mm。因此，在一些實施例中，比值(A/B)/(G/H)等於約0.96/約0.24或約4.0。

第4圖為根據一些實施例的第1圖的準直器100的實施例的截面示意圖。準直器401具有與第2圖的準直器201相似的特徵，且包括共同形成複數個通道160的複數個側壁片110。每一通道160具有入口162及與入口162相對的出口164。參看第1圖。通道160的入口162面向蓋板300，且通道160的出口164面向底座400。在該實施例中，通道160在相鄰的側壁片之間具有相同的寬度尺寸，如第4圖所示。

準直器401的至少一部分具有由矩形界定的截面形狀，自矩形中減去具有圓角的較小矩形的一部分以形成切口。因此，三維準直器401的至少一部分具有由圓柱體界定的形狀，自圓柱體中減去具有圓形邊緣的較小圓柱體以形成切口。在所說明的實施例中，圓角及邊緣以等於與厚度尺寸F對應的較小矩形或較小圓柱體的厚度尺寸的半徑進行倒圓。在一些實施例中可使用其他倒圓參數。

至少出於以上參考準直器201討論的原因，在使用準直器401的PVD系統中，與使用具有均勻通道寬度及長度尺寸的準直器的PVD系統相比，半導體晶圓450上的外圍點接收的靶材料的量相對於半導體晶圓450上的中心點接收的靶材料的量增加。因此，至少出於以上參考準直器201討論的原因，與使用具有均勻通道寬度及長度尺寸的準直器的PVD系統相比，使用準直器401的PVD系統提供沉積在半導體晶圓450上的靶材料的改進的厚度均勻性。

在一些實施例中，準直器401的較小圓柱切口的最大寬度尺寸、準直器401的較小圓柱切口的圓邊半徑及準直器401的較小圓柱切口的厚度尺寸中的一或多個值單獨及/或共同基於尺寸A-C及G-I中的一或多者，如第3圖所說明。

第5圖為根據一些實施例的第1圖的準直器100的實施例501的截面示意圖。準直器501具有類似於第2圖的準直器201及第4圖的準直器401的特徵，且包括共同形成複數個通道160的複數個側壁片110。每一通道160具有入口162及與入口162相對的出口164。參看第1圖。通道160的入口162面向蓋板300，且通道160的出口164面向底座400。在本實施例中，通道160在相鄰側壁片之間具有相同的寬度尺寸，如第5圖所示。

準直器501的至少一部分具有由矩形界定的截面形狀，自矩形中減去橢圓的一部分以形成切口。因此，三維準直器501的至少一部分具有由圓柱體界定的形狀，自圓柱體中減去橢圓體以形成切口。在所說明的實施例中，橢圓及橢圓體具有界定尺寸，該界定尺寸等於對應於厚度尺寸F的橢圓或橢圓體的厚度尺寸。在一些實施例中可使用其他倒圓參數。

至少出於以上參考準直器201及401討論的原因，在使用準直器501的PVD系統中，與使用具有均勻通道寬度及長度尺寸的準直器的PVD系統相比，由半導體晶圓450上的外圍點接收的靶材料的量相對於由半導體晶圓450上的中心點接收的靶材料的量增加。因此，至少出於以上參考準直器201討論的原因，與使用具有均勻通道寬度及長度尺寸的準直器的PVD系統相比，使用準直器501的PVD系統提供沉積在半導體晶圓450上的靶材料的改進的厚度均勻性。

在一些實施例中，準直器501的橢圓或橢圓體切口的界定尺寸的一或多個值單獨地及/或共同地基於尺寸A-C及G-I中的一或多者，如第3圖所說明。

第6圖為根據一些實施例的第1圖的準直器100的實施例601的截面示意圖。準直器601具有類似於第2圖的準直器201、第4圖的準直器401及第5圖的準直器501的特徵。準直器601包括共同形成複數個通道160的複數個側壁片110。每一通道160具有入口162及與入口162相對的出口164。參看第1圖。通道160的入口162面向蓋板300，且通道160的出口164面向底座400。在本實施例中，通道160在相鄰的側壁片之間具有相同的寬度尺寸，如第6圖所示。

準直器601的至少一部分具有由矩形界定的截面形狀，自矩形中減去圓形的一部分以形成切口。因此，三維準直器601的至少一部分具有由圓柱體界定的形狀，自圓柱體中減去球體以形成切口。在所說明的實施例中，圓形及球體的半徑大於對應於厚度尺寸F的切口的厚度尺寸。在一些實施例中可使用其他半徑值。

至少出於以上參考準直器201、401及501討論的原因，在使用準直器601的PVD系統中，與使用具有均勻通道寬度及長度尺寸的準直器的PVD系統相比，半導體晶圓450上的外圍點接收的靶材料的量相對於半導體晶圓450上的中心點接收的靶材料的量增加。因此，至少出於以上參考準直器201討論的原因，與使用具有均勻通道寬度及長度尺寸的準直器的PVD系統相比，使用準直器601的PVD系統提供沉積在半導體晶圓450上的靶材料的改進的厚度均勻性。

在一些實施例中，圓形或球體半徑值中的一或多者及與準直器601的上表面的距離單獨及/或共同地基於尺寸A-C及G-I中的一或多者，如第3圖所說明。

在一些實施例中，使用具有其他幾何形狀的切口。在一些實施例中，其他幾何形狀的一或多個界定值單獨地及/或共同地基於尺寸A-C及G-I中的一或多者，如第3圖所說明。

再次參看第1圖。在第1圖中，準直器100比底座400更靠近蓋板300。例如，準直器100可以設置在腔室200的上半部分中。由於準直器100的通道160的圖案(例如，由六邊形通道160形成的蜂窩圖案)，該組態防止由準直器100過濾的靶材料在半導體晶圓450上形成圖案化層。

在一些實施例中，物理氣相沉積系統進一步包括電連接至蓋板300的直流(direct current，DC)電源500。直流電源500在腔室200與安裝在蓋板300上的靶材350之間建立電壓電位。直流電源500的負極端子例如可連接至蓋板300，且正極端子例如可連接至腔室200，該腔室200例如可接地。因此，可將負偏壓施加至蓋板300，同時將腔室200固定在接地電位。因此，在腔室200中產生電場。在替代實施例中，可將正偏壓施加至蓋板300，同時將腔室固定在接地電位。

可在物理氣相沉積系統中產電漿生，例如，藉由將諸如氬的電漿進料氣體引入腔室200中。例如，電漿進料氣體的電子與電漿進料氣體的原子碰撞產生正離子。由直流電源500施加的負偏壓將正離子吸引向靶材350。正離子以高能量與靶材350碰撞。換言之，蓋板300上的負偏壓使形成的電漿的正離子加速朝向靶材350以自靶材350移出原子。移出的原子例如藉由直接動量傳送自靶材350的表面釋放。移出的原子可能會或可能不會電離，且原子的子集隨後穿過準直器100且到達半導體晶圓450上，如上文所討論。在一些實施例中，靶材350可以由鋁、鉭、鈦、銅或其他合適的靶材料製成。

在一些實施例中，物理氣相沉積系統進一步包括磁場產生器550，該磁場產生器550設置在腔室200周圍的區域中，例如，在底座400正上方。磁場產生器550在腔室200中產生磁場。磁場藉由使電子螺旋穿過電漿來增加電子的停留時間。藉由改變磁場產生器550的磁場形狀，可以定向控制電漿。因此，電漿進料氣體的電離位準亦增加。在一些實施例中，磁場產生器550可包括同軸電磁線圈(包括螺線管)，以及永磁體的適當佈置，及電磁線圈及永磁體的組合，如熟習此項技術者將理解。DC及/或射頻(radio frequency，RF)偏壓可以施加至磁場產生器550以產生磁場。電漿均勻性，特別為半導體晶圓450附近的電漿的均勻性，可由接收RF及/或DC偏壓的磁場產生器550控制。此外，因為半導體晶圓450通常為圓形半導體晶圓，故可優選使用同心電磁線圈。

在一些實施例中，為控制沉積層的密度及分佈，可以操縱靶材350周圍的磁場。因此，物理氣相沉積系統可進一步包括設置在蓋板300上方的磁體600。當物理氣相沉積系統工作時，磁體600產生的磁場迫使在磁場與靶材350的表面的交叉處產生電弧，從而影響汽化塗層。磁體600可以懸掛在蓋板350上方。移動磁體600的位置提供用於控制氣相沉積的電弧的定位。儘管在本文中將磁體600描述為單一磁體，但應理解，由永磁體及電磁體的組合形成的磁體組件亦可在對本揭示內容進行最小修改的情況下使用。

在一些實施例中，底座400可以為靜電卡盤(electrostatic chuck，ESC)，用以將半導體晶圓450靜電固定在適當位置。儘管靜電卡盤在設計上有所不同，但該些靜電卡盤通常基於將電壓施加至卡盤中的一或多個電極以在半導體晶圓450及電極中引起相反極性偏壓的原理。相反電荷之間的靜電吸引力將半導體晶圓450壓靠在卡盤上，從而牢固地固定半導體晶圓450。此外，底座400的附加功能可包括在沉積及濺射期間的半導體晶圓溫度控制。

在一些實施例中，物理氣相沉積系統可進一步包括電連接至底座400的RF偏壓電源650。RF頻率訊號由RF偏壓電源650施加，用於將能量耦合至動能電子以激發電漿離子靠近半導體晶圓450。通常，RF偏壓訊號的頻率為極高頻率(very high frequency，VHF)，因為電子的質荷比低。在再濺射步驟中使用在半導體晶圓450附近形成的VHF耦合電漿的離子。然而，在其他實施例中，底座400可接地或保持電浮動。

第7圖為根據一些實施例的在半導體晶圓上沉積靶材料層的物理氣相沉積方法700的流程圖。該方法可應用於但不限於第1圖的物理氣相沉積系統。參看第1圖及第7圖。如操作710所展示，靶材350設置在蓋板300上，該蓋板300設置在物理氣相沉積系統的腔室200中。在一些實施例中，靶材350可以由鋁、鉭、鈦、銅或其他合適的靶材料製成。

如操作720中所展示，半導體晶圓450設置在腔室200中的底座400上。在一些實施例中，底座400可為用以將半導體晶圓450靜電固定在適當位置的靜電卡盤(electrostatic chuck，ESC)。

如操作730所展示，準直器100安裝且定向在腔室200中。參看第1圖及第3圖。更詳細地，準直器100可以藉由複數個固定元件諸如螺釘安裝在腔室200的壁上。在一些實施例中，定向準直器100，使得準直器100的切口側面向靶材350及蓋板300。在一些實施例中，定向準直器100，使得準直器100的切口側面向半導體晶圓450及底座400。

再次參看第1圖及第7圖。如操作740中所展示，材料自靶材350上移出，使得材料在由準直器100過濾後沉積在半導體晶圓450上。準直器100的功能為僅允許沿著相對垂直於半導體晶圓450的路徑的原子穿過且阻擋不相對垂直於半導體晶圓450的原子。由於準直器100的中心部分的通道160比準直器100的外圍部分的通道160短，故與使用具有均勻通道寬度及長度尺寸的準直器的PVD系統相比，沉積在半導體晶圓450上的靶材料層具有改進的厚度均勻性。

第8圖為根據一些實施例的在半導體晶圓上沉積靶材料層的物理氣相沉積方法800的流程圖。該方法可應用於但不限於第1圖的物理氣相沉積系統。

由於操作810、820及830的細節分別類似於方法700的操作710、720及730，故不再重複對操作810、820及830的描述。

在一些實施例中，為自靶材350移出原子，可在腔室200中提供電漿進料氣體，諸如氬氣，如操作840所展示。隨後，在腔室200中產生電場以控制電漿進料氣體的動量，如操作850中所展示。例如，第1圖中的DC電源500可以電連接至蓋板300以提供跨過腔室200中的電漿進料氣體的電場。因此，電子與電漿進料氣體的原子碰撞以產生離子。由直流電源500施加的負偏壓將離子吸引向靶材350以自靶材350濺射原子。

在一些實施例中，如操作860所展示，在腔室200中產生磁場。例如，磁場產生器550可以設置在腔室200周圍以在腔室200中產生磁場。磁場用於藉由使電子螺旋穿過電漿來增加電子的停留時間。因此，電漿進料氣體的電離位準亦增加。

在一些實施例中，可以控制腔室200中的磁場分佈。例如，第1圖中的磁體600可以設置在蓋板300上方。移動磁體600的位置改變磁場分佈，從而控制氣相沉積。

在一些實施例中，可以操縱靠近半導體晶圓450的電漿部分。例如，RF偏壓電源650可以電連接至底座400以將能量耦合至動能電子以激發半導體晶圓450附近的電漿離子。

準直器僅允許沿著相對垂直於半導體晶圓的路徑的原子穿過且攔截不相對垂直於半導體晶圓的原子。此舉確保在半導體晶圓表面上形成均勻的靶材料層。射出或濺射的靶材原子自通道的入口進入準直器且自出口離開。由於準直器中心部分的通道比準直器外圍部分的通道短，故與使用具有均勻通道寬度及長度尺寸的準直器的PVD系統相比，沉積在半導體晶圓上的靶材料層具有改進的厚度均勻性。

如上文進一步詳細討論，與使用傳統準直器的PVD系統相比，使用具有本文討論的特徵的切口的準直器的PVD系統導致在半導體晶圓上沉積的靶材料層具有改進的厚度均勻性。

一個揭露態樣為一種物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)系統。該PVD系統包括用以固定半導體晶圓的底座、用以固定靶材的蓋板及位於底座與蓋板之間的準直器。準直器包括複數個通道，用以使原物料相對於垂直於底座的面向蓋板的表面的線以小於臨限角度的角度自蓋板朝向底座行進，其中準直器用以阻擋原物料以大於臨限角度的角度自蓋板朝向底座行進，其中該些通道中的第一通道具有第一通道長度，其中該些通道中的第二通道具有第二通道長度，且其中第一通道長度小於第二通道長度。

在一些實施例中，第二通道比第一通道位於準直器的更外圍位置。

在一些實施例中，第一通道長度與第二通道長度之比小於約0.9。

在一些實施例中，準直器的至少一部分具有由矩形界定的截面形狀，自矩形中減去梯形以形成切口。

在一些實施例中，準直器的至少一部分具有由第一矩形界定的截面形狀，自第一矩形中減去具有圓角的第二矩形的一部分以形成切口，其中第二矩形小於第一矩形。

在一些實施例中，準直器的至少一部分具有由矩形界定的截面形狀，自矩形中減去橢圓的一部分以形成切口。

在一些實施例中，準直器的至少一部分具有由矩形界定的截面形狀，自矩形中減去圓形的一部分以形成切口。

另一揭露態樣為一種使用物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)系統的方法。該方法包括以下步驟：利用底座固定半導體晶圓；利用蓋板固定靶材；利用準直器的複數個第一通道使原物料相對於垂直於底座的面向蓋板的表面的線以小於第一臨限角度的角度自靶材朝向底座行進；利用準直器的複數個第二通道使原物料相對於該線以小於第二臨限角度的角度自靶材朝向底座行進；利用準直器的複數個第一側壁片阻擋原物料相對於該線以大於第一臨限角度的角度自靶材朝向底座行進；及利用準直器的複數個第二側壁片阻擋原物料相對於線以大於第二臨限角度的角度自靶材朝向底座行進，其中第一臨限角度大於第二臨限角度。

在一些實施例中，該些第一通道比該些第二通道位於準直器的更中心位置。

在一些實施例中，該些第一通道的第一長度與該些第二通道的第二長度之比小於約0.9。

在一些實施例中，該些第一側壁片比該些第二側壁片位於準直器的更中心位置。

在一些實施例中，準直器的至少一部分具有由第一矩形界定的截面形狀，自第一矩形中減去第一矩形的至少一部分以形成切口。

在一些實施例中，原物料在基板上形成一或多個導電互連層，其中導電互連層形成包括電晶體的電路組件之間的電連接，其中電晶體包括FinFET及閘極全環(gate all around，GAA)電晶體中的一或多者，且其中電晶體包括由Ti、TiN、Ta、TaN、Co及AlO中的一或多者形成的阻障或封蓋特徵。

另一揭露態樣為物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)系統。該PVD系統包括用以固定半導體晶圓的底座、用以固定靶材的蓋板及位於底座與蓋板之間的準直器。準直器用以使原物料相對於垂直於底座的面向蓋板的表面的線以小於臨限角度的角度自蓋板朝向底座行進，其中準直器用以阻擋原物料以大於臨限角度的角度自蓋板向底座行進，其中準直器的至少一部分具有由第一矩形界定的截面形狀，自該第一矩形中減去第一矩形的至少一部分以形成切口。

在一些實施例中，切口位於準直器的更中心位置且不位於準直器的更外圍位置。

在一些實施例中，準直器包括共同形成複數個通道的複數個側壁片，其中該些側壁片中的第一側壁片具有第一側壁片長度，其中該些側壁中的第二側壁片具有第二側壁片長度，且其中第一側壁片長度小於第二側壁片長度。

在一些實施例中，準直器的該部分的截面形狀由第一矩形界定，自第一矩形減去梯形以形成切口。

在一些實施例中，準直器的該部分的截面形狀由第一矩形界定，自第一矩形中減去具有圓角的第二矩形以形切口，其中第二矩形小於第一矩形。

在一些實施例中，準直器的該部分的截面形狀由第一矩形界定，自第一矩形中減去橢圓的一部分以形成切口。

在一些實施例中，準直器的該部分的截面形狀由第一矩形界定，自第一矩形中減去圓形的一部分以形成切口。

在以上描述及發明申請專利範圍中，諸如「至少一個」或「一或多個」之類的片語可出現在元件或特徵的連接列表之後。術語「及/或」亦可出現在兩個或更多個元件或特徵的列表中。除非使用的上下文另外隱含或明確矛盾，否則這種片語旨在表示單獨列出的任何元件或特徵或任何引用的元件或特徵與任何其他引用的元件或特徵的組合。例如，片語「A及B中的至少一者」、「A及B中的一或多者」及「A及/或B」各自旨在表示「單獨A、單獨B或A及B一起」。類似的解釋亦適用於包括三個或更多個項目的列表。例如，片語「A、B及C中的至少一者」、「A、B及C中的一或多者」及「A、B及/或C」各自旨在標識「單獨A、單獨B、單獨C、A及B一起、A及C一起、B及C一起，或A及B及C一起」。使用上文及發明申請專利範圍中的術語「基於」旨在表示「至少部分基於」，使得未列舉的特徵或元件亦為允許的。

上文概述了數個實施例的特徵，使得熟習此項技術者可以更好地理解本揭示內容的各態樣。熟習此項技術者應理解，熟習此項技術者可以容易地將本揭示內容用作設計或修改其他製程及結構的基礎，以實現與本文介紹的實施例相同的目的及/或實現相同的優點。熟習此項技術者亦應認識到，該些等效構造不脫離本揭示內容的精神及範疇，並且在不脫離本揭示內容的精神及範疇的情況下，該些等效構造可以進行各種改變、替代及變更。

100:準直器 110:側壁片 160:通道 162:入口 164:出口 200:腔室 201:準直器 300:蓋板 350:靶材 400:底座 401:準直器 450:半導體晶圓 500:直流電源 501:準直器 550:磁場產生器 600:磁體 601:準直器 650:RF偏壓電源 700:方法 710、720、730、740:操作 800:方法 810、820、830、840、850、860:操作 A~I:尺寸

結合附圖，根據以下詳細描述可以最好地理解本揭示內容的各態樣。注意，根據行業中的標準實務，各種特徵未按比例繪製。實際上，為了討論清楚起見，各種特徵的尺寸可任意增加或減小。 第1圖說明根據一些實施例的物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)系統的示意圖。 第2圖為根據一些實施例的第1圖的準直器的示意圖。 第3圖說明根據一些實施例的物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)系統的示意圖。 第4圖為根據一些實施例的第1圖的準直器的示意圖。 第5圖為根據一些實施例的第1圖的準直器的示意圖。 第6圖為根據一些實施例的第1圖的準直器的示意圖。 第7圖為根據一些實施例的利用PVD製程在半導體晶圓上沉積材料的方法的流程圖。 第8圖為根據一些實施例的利用PVD製程在半導體晶圓上沉積材料的方法的流程圖。 在實務中，相似的附圖標記表示相似的結構、特徵或元件。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

100:準直器

200:腔室

300:蓋板

350:靶材

400:底座

450:半導體晶圓

500:直流電源

550:磁場產生器

600:磁體

650:RF偏壓電源

Claims (20)

1. 一種物理氣相沉積系統，包含： 一底座，用以固定一半導體晶圓； 一蓋板，用於固定一靶材；及 一準直器，位於該底座與該蓋板之間，其中該準直器包含複數個通道，該些通道用以使原物料相對於垂直於該底座面向該蓋板的一表面的一線以小於一臨限角度的一角度自該蓋板朝向該底座行進，其中該準直器用以阻擋原物料以大於該臨限角度的一角度自該蓋板朝向該底座行進，其中該些通道中的一第一通道具有一第一通道長度，其中該些通道中的一第二通道具有一第二通道長度，且其中該第一通道長度小於該第二通道長度。
2. 如請求項1所述之物理氣相沉積系統，其中該第二通道比該第一通道位於該準直器的一更外圍位置。
3. 如請求項1所述之物理氣相沉積系統，其中該第一通道長度與該第二通道長度之比小於約0.9。
4. 如請求項1所述之物理氣相沉積系統，其中該準直器的至少一部分具有由一矩形界定的一截面形狀，自該矩形中減去一梯形以形成一切口。
5. 如請求項1所述之物理氣相沉積系統，其中該準直器的至少一部分具有由一第一矩形界定的一截面形狀，自該第一矩形中減去具有多個圓角的一第二矩形的一部分以形成一切口，其中該第二矩形小於該第一矩形。
6. 如請求項1所述之物理氣相沉積系統，其中該準直器的至少一部分具有由一矩形界定的一截面形狀，自該矩形中減去一橢圓的一部分以形成一切口。
7. 如請求項1所述之物理氣相沉積系統，其中該準直器的至少一部分具有由一矩形界定的一截面形狀，自該矩形中減去一圓形的一部分以形成一切口。
8. 一種使用物理氣相沉積系統的方法，該方法包含以下步驟： 利用一底座固定一半導體晶圓； 利用一蓋板固定一靶材； 利用一準直器的複數個第一通道使原物料相對於垂直於該底座面向該蓋板的一表面的一線以小於一第一臨限角度的一角度自該靶材朝向該底座行進； 利用該準直器的複數個第二通道使原物料相對於該線以小於一第二臨限角度的一角度自該靶材朝向該底座行進； 利用該準直器的複數個第一側壁片阻擋原物料相對於該線以大於該第一臨限角度的一角度自該靶材朝向該底座行進；及 利用該準直器的複數個第二側壁片阻擋原物料相對於該線以大於該第二臨限角度的一角度自該靶材朝向該底座行進， 其中該第一臨限角度大於該第二臨限角度。
9. 如請求項8所述之方法，其中該些第一通道比該些第二通道位於該準直器的一更中心位置。
10. 如請求項8所述之方法，其中該些第一通道的一第一長度與該些第二通道的一第二長度之比小於約0.9。
11. 如請求項8所述之方法，其中該些第一側壁片比該些第二側壁片位於該準直器的一更中心位置。
12. 如請求項8所述之方法，其中該準直器的至少一部分具有由一第一矩形界定的一截面形狀，自該第一矩形中減去該第一矩形的至少一部分以形成一切口。
13. 如請求項8所述之方法，其中該原物料在該半導體晶圓上形成一或多個導電互連層，其中該導電互連層形成包含多個電晶體的多個電路組件之間的多個電連接，其中該些電晶體包含鰭式場效電晶體及閘極全環電晶體中的一或多者，且其中該些電晶體包含由Ti、TiN、Ta、TaN、Co及AlO中的一或多者形成的阻障或封蓋特徵。
14. 一種物理氣相沉積系統，包含： 一底座，用以固定一半導體晶圓； 一蓋板，用於固定一靶材；及 一準直器，位於該底座與該蓋板之間，其中該準直器用以使原物料相對於垂直於該底座的面向該蓋板的一表面的一線以小於一臨限角度的一角度自該蓋板朝向該底座行進，其中該準直器用以阻擋原物料以大於該臨限角度的一角度自該蓋板朝向該底座行進，其中該準直器的至少一部分具有由一第一矩形界定的一截面形狀，自該第一矩形中減去該第一矩形的至少一部分以形成一切口。
15. 如請求項14所述之物理氣相沉積系統，其中該切口位於該準直器的一更中心位置且不位於該準直器的一更外圍位置。
16. 如請求項14所述之物理氣相沉積系統，其中該準直器包含共同形成複數個通道的複數個側壁片，其中該些側壁片中的一第一側壁片具有一第一側壁片長度，其中該些側壁片中的一第二側壁片具有一第二側壁片長度，且其中該第一側壁片長度小於該第二側壁片長度。
17. 如請求項14所述之物理氣相沉積系統，其中該準直器的該部分的該截面形狀由該第一矩形界定，自該第一矩形中減去一梯形以形成該切口。
18. 如請求項14所述之物理氣相沉積系統，其中該準直器的該部分的該截面形狀由該第一矩形界定，自該第一矩形中減去具有多個圓角的一第二矩形以形該切口，其中該第二矩形小於該第一矩形。
19. 如請求項14所述之物理氣相沉積系統，其中該準直器的該部分的該截面形狀由該第一矩形界定，自該第一矩形中減去一橢圓的一部分以形成該切口。
20. 如請求項14所述之物理氣相沉積系統，其中該準直器的該部分的該截面形狀由該第一矩形界定，自該第一矩形減去一圓形的一部分以形成該切口。

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