TW517096B - Apparatus for ionized physical vapor deposition - Google Patents

Description

A7 B7 五、發明說明（2 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 種系統包括一個眞命佘 _ 拉、 、 、 典型上爲圓柱形’且其彎曲外 壁您一邵份係由介電 外 村或冒口形成。一個螺旋導電線圈 係配置於介電窗口外邱 w 圈 # 並裱繞該室且與其同心，其中兮 線圈之軸向範圍係爲介 〜 、 ％ 土軸向範圍之重要邵份。此介雷 W 口允許來自線圈之会匕旦 、 把I偶合至該室中，而隔離此線圈癸 於與電聚直接接觸。此窗一 " ® 口係藉由配置典型上由金屬形成 之唇蔽加以保護，Μ於金屬塗層材料沉積，該屏蔽能夠 通過RF磁场進入罜内部，然而防止金屬沉積於介電窗口上 口 J八知易於形成藉由此等磁場所產生之循環電流之導 電路徑。此種電流是不想要的，因其會導致歐姆加熱，及 降低來自線圈〈電漿激發能對電漿之磁偶合。此激發能之 目的係爲在i内郅區域中產生高密度電漿。偶合作用之 降低’會造成電漿密度被降低，且處理結果惡化。 在此種IP VD系統中，材料係例如自標革巴賤射出，其相對 於電漿係帶有負電荷，通常利用DC電源。標靶經常具有平 面狀磁控管設計，併入磁性電路或其他磁石結構中，其會 約束電漿在標靶上方，以供濺射該標靶。此材料係底達被 支撑在晶圓載體或檯桌上之晶圓處，典型上係利用奵電源 及配合之網路，對其施加RF偏壓。 一種稍微不同之幾何形狀，係採用藉由放置在眞空室内 部I線圈所產生之電漿。此種系統不需要介電室壁，亦不 需要特殊屏蔽以保護介電壁。此種系統係由Bames等人描 述於美國專利5，178,739中，特別併於本文供參考。具有線 圈在A外邵之系統，以及揭示於Barnes等人專利中之系統 -5- 泰紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格χ 297公爱 Ί -

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五、發明說明（3 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ，係涉及使用感應線圈或其他偶合元件，無論是在該眞空 之内部或外部，均以物理方式定位並佔據濺射用標靶與晶 圓平面間之空間。 不論偶合元件（譬如線圈）係被提供於眞空室之内部或外 邵，此系統之尺寸已由於需要足夠之來源至基材分隔，才 能允許安裝RF能量偶合元件於來源與基材之間，而受到束 縛。亦必須採用足夠直徑環繞晶圓，以供安裝線圈或其他 偶合元件。由於必須有容納偶合元件之空間，以致增加來 源至基材之間距，其直接結果是難以使用此種系統達成沉 積之足夠均勻性。若降低室之高度以改良均勻性，則在室 中央區域之電漿密度有損失，且降低塗層材料之離子化百 分比。而且，實際上整個系統必須安裝在受束縛之半徑内 。因此’由於源自RF線圈附近對金屬表面之加熱，而不斷 地產生問題，這可能必須額外冷卻，其會增加工程與製造 成本及浪費電力。 在室中具有線圈之IPVD裝置，具有之另一個缺點是線圈 被電漿侵蝕，因此必須由與被濺射標靶相同類型之標靶級 材料組成。再者，必須使置於眞空室中之線圈大肆冷卻。 若將液體用於此線圈之冷卻，則有線圈將被不均勻侵蝕或 黾孤牙透之危險’造成液體滲漏至系統中，這是高度不期 望的，且可能會造成一段長時間之系統清洗及再評定使用 資格。再者，於該室中之激發線圈亦會於電容上偶合至電 t，導致激發電源之無效使用，及離子能譜之變寬，其^ 於此製程可能會有不期望之作用。 -ml n I VI - (請先閱讀背面之注意事項

i線· -6 - 517096 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（5 ) 源，其包括偶合元件，較佳爲線圈，其係連接至邶能量來 源之輸出處。此偶合元件係經設計，以偶合（較佳係以感 應方式）能量來源所供應之能量，經過位在材料來源中央 開孔處之窗口，並進入室中介於塗層材料來源與基材間之 區域，該基材譬如半導體晶圓，位在基材載體上，於室中 距塗層材料來源爲相反端處。 本發明之裝置，較佳係包含一個環形濺射用標靶，其係 圍繞一個中央陶瓷窗口。在某些較佳具體實施例中，此環 形陰極爲平坦或幾乎平坦。將一個磁控管磁石組裝放置在 標靶後方，以在標靶上方產生電漿約束磁場，較佳係呈環 形隧道形狀，位在環形標靶之表面上，圍繞其中心之中央 開孔。標革巴係以負電壓供電，較佳爲負Dc或脈衝加電壓 。產生電漿，其大致上係被限制於該p遂道，以自標靶濺射 出材料。 ,偶合元件較佳爲線圈，定位在介電窗口之背後外部表面 後方且接近之，該介電窗口係在環形濺射用標靶之中央開 孔處。對線圈施加RF能量，例如13 56 ，以在該室中於 標乾與基材之間，激發高密度感應偶合電漿。於管磁 石場下被捕獲在標靶表面處之主要濺射電漿，係自標靶濺 射出塗層材料，並進入被濃密二次電衆所佔據之處:空間 區域中，其中大部份材料係被剥除電子，以形成塗層=料 足正離子。對基材保持器上之晶圓施加負偏壓，其會吸引 來自二次電漿區域之濺射材料正料，並朝向&置^基材 表面上，其中趨近之入射角係垂直於基材，因此其可進入 ^氏張尺度適財關家^cNS)A4H(21() Χ 297公爱）_ (請先閱讀背面之注意事項本頁) 太 訂· ‘線_ 五、發明說明（6 ) 晶圓基材上之壕溝與孔洞中，以塗覆此等孔洞與壕溝之底 部。 - 使用根據本發明之裝置結構，則處理室可合尺寸，以在 塗層材料來源與基材之間提供最適宜間距，以 7 物種之良好離子化作用，以及在晶圓上沉積之良好 由 上 本發明係在配置該處理室上，提供較大之設計選擇自 度，以使IPVD製程達最佳化，且如此進行而同時克服在 文背景中敘述之困難。 下文附圖之詳細 本發明之此等及其他目的與優點，將 説明而更易於明瞭。 簡單説明： 圖1爲一種先前技藝IPVD裝置類型之橫截面圖。 人所 圖2爲類似圖1之橫截面圖，説明一種由本發明讓受 提出之一般類型DPVD裝置。 又 圖3爲類似圖2之橫截面圖，説明根據本發明一項較佳具 體實施例之EPVD裝置。 、又“ 圖4爲圖3之陰極與電極組裝之分解透視圖。 圖5爲橫截面圖 極組裝。 説明圖3所示IPVD裝置之替代陰極與電 圖6爲類似圖5之橫截面圖 組裝。 圖7爲類似圖5之橫截面圖 極組裝。 説明另一種替代之陰極電極 説明另一種替代之陰極與電 517096 A7 ---------B7五、發明說明（8 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 私軍巴16 ι間，具有線圈2〇 〇叫 ^μ〜乙 偶合至RF發生器22之輸出處。線圈20係偶合Rp能量至^ 11内之氣體中’以在室11内形成電漿。此種藉RP能量給罗 此量之電漿’其目的係爲在其通過標乾16與載體14上之』 材12間之室11區域時，自標靶16濺射，形成材料之正離j 。偏壓能量來源23，典型上爲rf來源，係經過配合網路2 偶合至载體14與晶圓12，以在晶圓12上產生負偏壓電位。 在此種IPVD系統1〇中，由於有证線圈2〇存在於標靶16赛 圓12間之空間中，故標靶16相對於基材12之位置係受-縛。爲容納線圈20所必須之標靶至基材間距，其直接結澤 是，由於在使標靶16相對於基材12定位上缺乏彈性，故识 積在基材12上之均勾性係受到危害。再者，於線圈2〇内之 冷部’典型上是需要的，$會影嚮工程與I造成本及耗零 。裝置10之線圈20係在室„中，因此可能被電榮侵蚀。因 再者，此種線圈20之冷卻，捅赍你山μ _ , 7钟通韦係由循環水提供，經過用 以形成線圈20之中空内部（未示出）或管件。 圖2係説明一種n>VD裝置30，並g] 士 、 衣直川其具有以室壁32爲邊界之 1： 31，其典型上爲圓柱形。在 仏主Τ，係於載體14上承載 基材12，其依次被室壁32承載 ^ 1一精絕緣體15與室壁32電 絕緣。室31具有其彎曲外壁32凌 土 2疋—郅份，由介電材料或窗 口 33形成。在室31中，與基材載 祕甘# 戰月迁14相反者，係爲濺射用 才禾靶16 ’其係裝載於標靶保持北 - -、士 # # + + 詻次月硯板17上，其係經圖 不局被裝载在電絕緣體18上，盥 至壁32呈密封關係。標靶 曰曰 (請先閱讀背面之注意事項本頁) -n n n < .

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本紙張尺度翻中@國家標準（CNS)A4規格（210^7^^ 517096 A7

517096 A7 B7 五、發明說明（1〇 ) 基材12之方向，從電漿至基材12上。偏壓能量來源23係採 用RF能量或其他形式之電能，其係有效造成在基材上發展 出相對於電漿之電位足夠負性之電位，以吸引經濺射材料 之正離子，從電漿朝向基材12，因此其較佳係對表面以直 角或幾乎直角碰撞基材12，於是使得能夠塗覆基材12上之 高縱橫比表面特徵之底部。基材12上之偏壓電位不應過高 ，才不會在高到足以實質上蚀刻或以其他方式傷害欲在基 材12上形成之薄膜或裝置之能量下，吸引離子至基材上。 根據本發明一項較佳具體實施例之IPVD濺射裝置40係示 於圖3中。此BPVD裝置40包括一個眞空室41，以室壁42爲 邊界。室41具有一個眞空泵送系統43，用以將室41抽空至 高眞空；一個用以裝載與卸除供處理晶圓（未示出）之系統 ，晶圓保持器14具有23、24，用以施加RF-產生之負偏壓 ，一個供應惰性氣體與反應性氣體以供使用於反應性濺射 應用之系統44，及一個大開孔45，在室41中與晶圓載體或 保持器14爲相反端上。此開孔45係藉由來源配置或陰極與 電極組裝50密封。 載體14較佳係可調整地相對於標靶間隔配置，因此標靶 至基材間距可於標靶壽命期間作調整，以保持所要之均勻 性。在提供此種可調整載體之情況中，可將一種呈例如金 屬風箱形式之密封環（未示出），提供在載體14與室41之壁 42之間。室41之幾何形狀，特別是室壁41之側壁相對於晶 圓邊緣之位置，對於沉積之均勻性具有影嚮，特別是在壁 42接近晶圓之情況中，因此，室41之幾何形狀必須關於此 ___-13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項

;線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 517096 A7 B7 五、發明說明（11 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 製私之其他參數，以細心女々 達最佳化。 （一式加以考量，以使沉積均句性 jl: :3:: V組裝5〇包括一個大致上環形之標靶51， 八&、係藉由陰椏電源52而帶有負電荷，此電源較佳 係呈DC或脈衝DC電源 八 4 了主RF電源形式，經過適 網路連接至標革巴51。標革巴。之侵蚀係被㈣^ 暗區％53、54控制’且較佳亦被藉由磁控管磁石組裝 產生之磁場控制，如在區域55中所圖示者。標靶Η之冷卻 ，係利用水通道（未示出）或藉由浸沒在適當外部冷卻 ” ’、（未示出）中而達成，其皆爲習用的。標靶5丨係藉由絕 彖57，與接地表面電絕緣。環形標靶51具有内部開 孔58，於其中裝載奵電衆激發系統6〇。 抑激發系統60可以多種方式騎。一種較佳具體實施例 係爲圖3 Μ圖4所示者。電漿激發系統6〇包括一個平面介電 έ 口 61，其係將環形標靶51之開孔％密封。窗口 μ中面向 土才、之側面，係與眞空室41接觸，而窗口 61之相反側面 或卜Ρ表面，係與公稱大氣環境接觸。接近窗口 &之外部 表面者，係爲激發線圈65，其較佳係以平行於窗口之方向 延伸，並可爲平面狀或實質平面狀。適當線圈65係爲例如 在已被頒予0坦6之美國專利4,948,458，或在已被頒予Ashtiani 义美國專利5,669,975中所述者，特別併於本文供參考。位 在窗口 61之内部側面上者，係爲多個屏蔽的、67，其係充 作物理屏蔽，以保護介電窗口 61免於沉積經濺射之金屬或 其他經濺射材料，同時亦充作法拉第屏蔽，允許感應偶合

x 297公釐） (請先閱讀背面之注咅？事項本頁} 太 ·

.線 517096 A7 B7 五、發明說明（12 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 之RP能量，從線圈65通過進人室41中。厚蔽66、67係被分 開一段小距離裝載，並接近介電窗口 61之内側表面。屏蔽 66、67較佳係有槽缝，並可電接地至暗區屏蔽幻，且與其 保持良好熱接觸，其較佳係經水冷卻。或者，屏蔽％、67 I 一或兩者可爲電漂浮，至少是相對於線圈65上之处能量 。於較佳具體實施例中，屏蔽66、67係藉由傳導冷卻，從 邊緣至暗區屏蔽53 (其係經水冷卻），或者經過一種選用之 電絕緣與導熱性支撑環68，此支撑環允許屏蔽％、67冷卻 ，同時若需要則使屏蔽66、67與暗區屏蔽53電絕緣。其他 屏蔽冷卻技術及屏蔽之配置均可採用。 於操作時’係藉由電源22經過配合網路21，供應处電壓 至激發線圈65。關於設計配合單元及某些接頭以使對於屏 蔽66、67之不想要電容性偶合降至最低之技術，係描述於 頒予Ashtiani之美國專利5,669,975中。供應製程氣體以提升室 中壓力至約1至40毫托。然後，可在室中引燃高密度電漿 。將DC或RF電源供應至濺射用標靶51，其會被來自主要 電漿之離子轟擊侵蝕。自標靶被主要電漿濺射出之材料， 當其通過藉由來自線圈65之感應偶合能量所維持之高密度 電漿時，係被離子化。此已離子化之濺射塗層材料係被2 速朝向負偏壓之晶圓12，如在關於圖2裝置30中所敘述者。 示於圖5中者爲裝置50之一種具體實施例，其中係提供 一種替代之電漿激發系統6〇a，其包括一個井或室凹陷凡 ，位於環形標靶51中央處之内部開孔58中。凹陷％係以石 英或其他適當介電材料壁71爲邊界，在其後方，於眞空室 -15- ‘紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱 (請先閱讀背面之注意事項 --- 本頁) -線

517096 五、發明說明（14 ^陰極與電極組裝5%之標乾，係以圓柱形標把仙之形式 提仏於圖9中，另一替代陰極與電極組裝50c係包括呈截 頂圓錐體形式之標靶51c。可施行標靶幾何形狀之選擇， 以在標革巴材料之離子化作用與最適宜利削生之間，達成所 ^之平衡。例如，圖8標靶51b之幾何形狀，易於造成材料 從濺射用標靶51b發射，朝向電漿之最高密度區域，其會 導致濺射材料之有效離子化作用，於是其中較少經濺射之 材料底達晶圓。 知％漿激發系統定位在環形標靶或其他環形來源中央開 孔處之優點，是因爲必須同心地插入螺旋線圈，以環繞一 個介於濺射來源中央與晶圓中央之軸所加諸之尺寸限=， 係被免除。另一項優點是，利用環形標靶或環狀來源所產 生之利盈，與平坦固體平面狀來源之情況比較，其會在較 大標革巴至晶圓間隔下提高薄膜均勻性。在較大標靶至基材 距離下達成均勻性之能力，允許更多機會使濺射材料離子 化。當環形來源與先前技藝之濺射塗覆裝置一起使用時， 此種裝置通常需要在來源之中央區域有特殊遮蔽，以防止 經濺射材料再沉積於此區域。在此種情況中，此中央區域 之加熱，經常必須確保此材料之良好黏著性，及防止已沉 積材料之剥落，其會增加該室之微粒子污染。在本發明之 具體實施例中，係使用環形來源之中央開孔，作爲用以冷 發高密度電漿之設備之位置，且因此變成此系統之_個有 用邵份，而非負擔貢獻經錢射材料之離子化作用以在其^才才 上提供方向性沉積。 (請先閱讀背面之注咅？事項

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -17 517096 A7 B7 五、發明說明（15 ) 源自本發明各種具體實施例之另一項優點是，陰極與二 次電漿激發結構可比先前技藝製得更小型，且不需要額外 饋入裝置或對製程眞空室之其他修正，這使得該來源於實 用上適合現有之模組。 熟諳此藝者將明瞭此處本發明之實施可以改變，且本發 明係以較佳具體實施例説明。因此，在未偏離本發明之原 理與意圖下，可進行增加與修正。 (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 申請曰期 案 號 玄扑1 \ϋν 類 別 &充’ (以上各欄由本局填註） ;1 1n\ 中文說明書修」 么D年ffe 羊" als委 P $ιί^Λκ原實貿内·寶 ¢-2專利説明書 517096 -、名稱 中 文 ------ 離子化物理蒸氣沉積之裝置 英 文 APPARATUS FOR IONIZED PHYSICAL VAPOR DEPOSITION 姓名 1. 湯瑪士 J.理卡塔 2. 強S.德瑞利 二、發明Α 國 籍 均美國 住、居所 1 ·美國亞利桑納州米沙市東曼羅街2440號 2.美國亞利桑納州米沙市東訊圓環3945號 姓 文 (名mf 曰商東京威力科創有限公司 國 籍 曰本 三、申請人 f事说 曰本國東永都港區赤坂5丁目3-6 58362.doc s表t 東哲郎 -1 一 :297公釐）

517096 90.10, 9 A7 B7 第088107300號專利申請案_ 中文說明書修正頁(90年10月） 五、發明説明（1 ) 本發明係關於離子化物理蒸氣沉積（IPVD)，且更特定言 之，係關於藉以供應塗層材料及使其離子化，以改良塗層 材料在基材上之方向性之裝置。 發明背景： 離子化物理蒸氣沉積為一種在充填與襯裏高縱橫比結構 於矽晶圓上，具有特別利用性之製程。在沉積薄塗層於半 導體晶圓上之離子化物理蒸氣沉積（IPVD)中，係將欲被沉 積之材料自來源濺射出或以其他方式蒸發，然後使大部份 經蒸發之材料，在抵達欲被塗覆晶圓之前，轉化成正離 子。此離子化作用係藉高密度電漿達成，其係在真空室中 之製程氣體内產生。此電漿可藉磁偶合RF能量產生，經過 RF推動之激發線圈，進入處理室之真空中。經如此產生之 電漿，係集中在來源與晶圓間之區域中。然後，對塗層材 料之正離子施加電磁力，譬如在晶圓上雄加負偏壓。此種 負偏壓可隨著由於將晶圓浸沒在電漿中而致電隔離之晶圓 而產生，或藉由對晶圓施加RF電壓而發生。此偏壓會造成 塗層材料之離子被加速朝向晶圓，因此增加一部份塗層材 料，以約略垂直於晶圓之角度沉積於晶圓上。這使得金屬 沉積於晶圓表面形態上，包括在晶圓表面上之深且狹窄孔 洞及壕溝中，提供此種表面形態之底部與側壁之良好被 覆。 由本申請案之讓受人提出之某些系統，係揭示於1997年4 月21曰提出申請之美國專利申請案序號08/844,751、 08/837,551及08/844756中，且謹此特別併於本文供參考。此 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 517096 / i ..-C 一 ' y;: 第088107300號專利申請案 中文說明書修正頁(90年10月) gj 五、發明説明（4 ) 由於上述考量與問題，故仍然需要使能量更有效地偶合 至IPVD處理系統中之濃密塗層材料離子化電漿中，且如此 進行而不會干擾該室之最適宜尺寸，而且較佳係未將線圈 或其他偶合元件放置在真空室中。 發明摘述： 本發明之一項目的係為提供一種IPVD裝置，其中線圈或 其他偶合元件之安置，不會不利地影嚮該處理裝置室之幾 何形狀。本發明之另一項目的，係為對IP VD之性能，提供 更有效率且有效力之裝置。 根據本發明之原理，IPVD裝置係具有塗層材料之環形來 源，用以產生包含塗層材料之原子或微小粒子之蒸氣，至 真空室中之處理空間。在環形來源之中央係提供一個偶合 元件，供反應性偶合RF能量至該室中，以在處理空間中產 生高密度反應性偶合電漿，以使通過處理空間之塗層材料 離子化。塗層材料之離子，無論是在靜電或電磁場或以其 他方式影嚮下，會朝向該室中位在處理空間之與來源為相 反端之基材漂移。抵達某一距離（例如距基材為公分之譜） 内之離子，會遭遇一個鞘場，且被加速朝向基材，因此高 百分比之塗層材料係以垂直於基材之角度底達基材上。於 是更有效地作為基材底部與側面之襯裏，或充填基材表面 上之小與高縱橫比之表面特徵。 在本發明之一項較佳具體實施例中，塗層材料來源，較 佳為濺射用標靶，係具有一個中央開孔，其中放置一個介 電窗口。在此窗口後方，真空室外部，係置放一個電漿來 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 517096 3.：19 第088107300號專利申請案 中文說明書修正頁(90年3月） A7 B7 五、發明説明（7) 圖8為類似圖7之橫截面圖，說明又另一種替代之陰極與 電極組裝。 圖9為類似圖7之橫截面圖，說明又另一種替代之陰極與 電極組裝。 元件符號簡要說明： 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 10 離子化物理蒸氣沉澱（IPVD)裝置 11 密封真空室 12 半導體晶圓 13 室壁 14 晶圓載體 15 絕緣體 16 濺射用標靶 16a 内暗區屏蔽 17 標靶保持器/背襯板 17a 外暗區屏蔽 18 電絕緣體 19 陰極電源 20 線圈 21 配何網路 22 RJF發生器/ RF電源 23 偏壓能量來源/ RF來源 24 配合網路 30 離子化物理蒸氣沉澱（IP VD)裝置 31 室 -10- ----卜------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂·

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 517096 第088107300號專利申請案 中文說明書修正頁(90年3月） 90. 3. 19 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（7a) 32 室壁 33 介電材料/窗口 35 螺旋導電線圈 36 屏蔽 37 軸向狹缝或間隙 40 離子化物理蒸氣沉澱濺射（I P V D )裝置 41 真空室 42 室壁 43 真空幫浦系統 44 供應惰性氣體與反應性氣體以供使用於反應性濺射 應用之系統 45 大開孔 50 陰極與電極組裝 50a 陰極與電極組裝 50b 陰極與電極組裝 50c 陰極與電極組裝 51 環形濺射用標靶平坦圓環形標靶 51a 平坦圓環形標靶 51b 圓柱形標靶 51c 截頂圓錐形標靶 52 陰極電源 53 内部暗區環/暗區屏蔽 54 外部暗區環/暗區屏蔽 55 區域 -1 〇3 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29?公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

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517096 dO ^ 1Q 第088107300號專利中請案 · ^ ·Α7 中文說明書倐正頁(90年3月) Β7 五、發明説明（7b) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製- 56 絕緣體 57 絕緣體 58 内部開孔 59 磁控管磁石組裝 60 電漿激發系統 60a 電漿激發系統 60b 電漿激發系統 61 介電窗口 65 激發線圈 66 屏蔽 67 屏蔽 68 電絕緣且導熱性支撐環 70 井或室凹陷 70a 井 71 介電窗口 /介電材料壁 75 螺旋狀線圈 76 法拉第屏蔽 77 法拉第屏蔽 81 圓柱形石英壁 82 輔助陰極組裝 83 輔助標靶 84 輔助直流電源 --------— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂

本發明之詳細說明： 一種先前技藝之離子化物理蒸氣沉積裝置10，係以圖解 -10b- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 517096 90. I 19 第088107300號專利申請案 中文說明書條正頁(90年3月） A7 B7 五、發明説明（7c) 方式說明於圖1中。裝置10包括密封真空室11，其中係承 載一個供處理之基材，譬如半導體晶圓12。真空室11係以 室壁I3為邊界，其典型上為圓柱形，且通常製自導電性金 屬，及保持在接地電位。晶圓12係安置或被夾至基材或晶 圓載體14，此載體係被室壁13支撐，但藉絕緣體15與室壁 13電絕緣。在室11中與基材載體14相反者，為濺射用標靶 16，其係裝載在標靶保持器或背襯板17上，其係經圖示為 被裝載在電絕緣體18上，與室壁13呈密封關係。標靶16係 電連接至陰極電源19之輸出處，其係示為DC來源，其係對 標靶16施加負電位。在標靶16後方，室11外部，典型上提 供一種磁控管磁石封裝物（未示出），其會在標靶16之表面 上方形成電漿捕獲磁場，約束主要電漿接近標靶16之表 面。在室11内，於此主要電漿中形成之處理氣體（典型上 為氬）之正離子，係被吸引至標|巴16之表面，於此處自標 靶16逐出或濺射出塗層材料之原子與其他小粒子，標靶16 係由該塗層材料製成。通常，係在標靶保持器17中提供一 種結構（未示出），以傳達用以冷卻標靶16之冷卻流體。 此IPVD裝置10，在真空室11内部，介於基材載體14與 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -10c- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） 517096 第088107300號專利申請案 中文說明書條正頁(90年3月） 90· 3· 19 A7 B7 五、發明説明（13) 41外部，及與窗口 71同心者，係纏繞螺狀旋管75。適當法 拉第屏蔽76、77係位於鄰近窗口 71處，其亦充作物理屏蔽 以保護介電材料免於沉積，同時允許來自線圈75之RF能量 通過，進入井70之體積中，其將自此處在整個處理空間中 傳播。屏蔽76、77係提供物理遮蔽與RF傳輸功能，與在關 於圖2中所述之屏蔽66、67類似，並可包括譬如在美國專 利申請案序號08/844,751、08/737,551及08/844,756中所揭示之特 徵，其係併於本文供參考。於操作時，螺旋狀管75係以高 頻RF能量供電，並在真空室41内之井70區域中產生高密度 電漿。此高密度電漿係流入室41之主要製程區域中，於其 中發生自標靶51濺射之材料之離子化作用。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 或者，如圖6中所示，裝置40係具有電漿激發系統60b， 類似圖5之系統60a，但具有一個井70a，在標靶51之中央， 被圓柱形石英壁81圍繞，且在壁81之遠端密封一個可移除 之輔助陰極組裝82。在陰極組裝82上係裝載一個小平面狀 輔助標靶83，其係由與環形標靶51相同之材料製成。磁控 管組裝（未示出）較佳係提供在標靶83後方。此輔助標靶83 係藉由輔助DC電源84供電。此標靶83之目的，係為供應濺 射材料之另一選用來源，以在適當情況下，提供濺射材料 於基材上之更均勻沉積。 陰極與電極組裝50之主要環形濺射用標靶51，可以多種 替代型態提供，如圖7-9中所示。於圖7中，替代組裝50a之 標靶，係以平坦環形標靶51a之形式，提供在適當設計之 内部與外部暗區屏蔽16a、17a之間，而在圖8中，另一個替 -16· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 517096 A B c D

   第088107300號專利申請案 中文申請專利範圍條正本(90年10月) 申請專利範圍 1. 一種離子化物理蒸氣沉積裝置（40)，其包括： 一個真空室（41)，其具有室壁（42)，圍繞位在該室（41) 内部之真空處理空間； 導電塗層材料之環形來源（50)，該導電塗層材料係自 其供應至處理空間，此環形來源（50)具有一個中央開孔 (58)，及至少一個表面與真空處理空間連通； 一個基材載體（14)，位在該室（41)内部，於處理空間 中與該環形來源（50)相反之處； 該室壁（42)包含一個介電窗口（61)，設在環形來源（50) 之中央開孔（58)中； 一個RF能量來源（22)，設在該室（41)外部； 一個線圈（65)，設在該室（41)外部，鄰近於介電窗口 (61)及連接至RF能量來源（22)，以感應偶合能量經過窗 口（61)，並進入室（41)中，以在處理空間中形成感應偶合 電漿，其係足夠濃密以使從環形來源（50)移動經過處理 空間之塗層材料離子化；及 一屏蔽結構（66，67)設在窗口内部，介於窗口（61)與處 理空間之間，此屏蔽結構（66，67)係經設計以允許有效偶 合來自線圈（65)之RF能量進入處理空間中，及以物理方 式屏蔽窗口（61)，隔離來自處理空間之導電塗層材料。 2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其進一步包括： 一個偏壓電源，經連接至基材載體，以在載體之基 材上產生DC電位，相對於電漿其係足夠負性，以導引 塗層材料之正離子從處理空間朝向基材。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 六 申請專利範圍 3. 如申請專利範圍第1.項之裝置，其中： 環形來源包含至Φ …巴農且古導電性塗層材料之環形濺射 用 ’、具有—㈣射表面與室内部連通，及一個達 接至標靶之標靶電源，以供 連 μ、人咖棘* I DC弘位至濺射表面，相 對万；包水/、係足夠負電性，以自標靶 、 材料進入處理空間中。 彳,面歲射出 4. 如申請專利範圍第3項之裝置，其進—步包括· 其係 一個磁控管磁石，位在標靶後方，室之外部 有效約束濺射電漿緊密接近標靶之濺射表面。 5·如申請專利範圍第3項之裝置，其中·· 環形來源包含至少一個平坦環产 :::濺射表面，一實質上平行於載= 6.如申凊專利範圍第1項之裝置，其中· 環形來源包含至少—個圓柱形濺射 一個濺射表面，其係垂直於載體上之基材Γ e，其具有 7·如申請專利範圍第1項之裝置，其中·· :形來源包含至少一個截頭圓錐尸 具有-個濺射表面，對基材表面 用禚靶’其 基材。 月度面向載體上之 8.如申請專利範圍第1項之裝置，其中： 介電窗口為平面狀之窗口，位於環 孔内；及 术源 < 中央開 線圈為實質上平坦線圈，位於窗口、 芝万且實質上平 2- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公爱） 517096 A8 B8

   行於該窗口。 9.如’請專利範圍第1項之裝置，其中： 屏蔽結構包含導電性材料之吉 1古二n 竹 < 有槽缝潯片，其對地線 具有鬲RF阻抗。 衣 1〇.如申請專利範圍第1項之裝置，其中·· 介電窗口為鐘形窗口，其具有一個圓柱形側壁及— 個密閉端，此窗口係在環形來源之中央開孔内， 一個與處理空間相通之凹陷； y 線圈為螺旋線圈，圍繞窗口之圓柱形壁；及 屏蔽結構包含-或多個導電性材料薄片之圓柱形配 置’以物理方式遮蔽圓柱形壁，以隔離從處理 之材料。 n 11·如申請專利範圍第1項之裝置，其中： 在環形來源之中央開孔 凹陷，此凹陷具有密閉 介電窗口為圓柱形之窗口， 内’並形成與處理空間相通之 端； 線圈為螺旋線圈，圍繞圓柱形窗口； 屏叙結構包含一或多個導電性材料薄片之圓柱形配 置，以物理方式遮蔽圓柱形壁，以隔離從處理空間移動 之材料；及 此裝置進一步包括一個補充標靶，位於該凹陷之密 閉端。 12· —種離子化物理蒸氣沉積裝置（4〇)，其包括·· 一個真空室（41)，其具有室壁（42)，圍繞該室（41)内部 -3-

   本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) A B c D 517096 々、申請專利範圍 之真空處理空間；· 一個基材載體（14)，設在該室（41)中，於處理空間之 一端處； 一個導電塗層材料之環形濺射用標靶（51)，在處理空 間中與基材載體（14)相反處，且其中具有中央開孔（58)， 及實質上平坦之環形濺射表面，面向基材載體（14); 該室壁（42)包含一介電窗口（61)鄰近於環形標靶（51)之 中央開孔（58)。 一個連接至標靶（51)之標靶電源（52)，以對濺射表面 供應足以產生濺射電漿之電位，以自標靶之濺射表面濺 射材料進入處理空間中，及朝向基材載體（14); 一個RF能量來源（22)，設在該室（41)外部； 一個RF線圈（65’），緊鄰該中央開孔（58)，並連接至RF 能量來源（22)，以使能量反應性偶合進入處理空間中， 以在處理空間中形成反應性偶合電漿，其係足夠濃密， 以在處理空間中使來自環形標靶（51)之塗層材料離子 化；及 一法拉第效應結構（66，67)，設於窗中（61)中且位於窗 口（61)與處理空間之間，並構造成可產生由線圈（65)至處 理空間之R F能量有效電感性藕合，但阻止由線圈（65)至 處理空間之RF能量之電容性藕合，並對窗口（61)物理屏 蔽來自處理空間之導電塗層材料；以及 基材載體（14)係裝設用以施加一電位於載體（14)上之 基材（12)，其相對於電漿具有足夠之負極性，以導引導 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

   圍範利 專請 中 A BCD .¾塗層材料之正離子，從虛 會傷害基材⑽。 處里更間朝向基材⑽，而不 13. 如申請專利範圍第12項之裝置，其中： 室壁包含—個介電窗口，緊鄰環形標乾之中央開孔； RF電極包含一個線圈’在該室外部，鄰近窗口及連 :土 RF能量來源，以感應偶合能量經過窗口，並進入室 '在處理工間中形成感應偶合電漿，其係足夠濃密 以使來自環形料之塗層㈣在處㈣間中離子化；及 此裝置進-步包括屏蔽結構，纟窗口内部，介於窗 處理工間《間’並經設計以允許有效偶合來自線圈 (RF能量進人處理空間中，及以物理方式屏蔽窗口，隔 離來自處理空間之塗層材料。 14. 如申凊專利範圍第13項之裝置，其中： 介電窗口為平面狀窗口，纟#環形標靶纟中央開孔 内；及 線圈為平坦線圈，位於窗口後方並與窗口平行。 15·如申凊專利範圍第丨3項之裝置，其中： 屏蔽結構包含導電性材料之有槽缝薄片，其對地線 具有向RF阻抗。 16.如申凊專利範圍第13項之裝置，其中： 介電窗口為鐘形窗口，其具有一個圓柱形側壁及一 個密閉端，此窗口係在環形標靶之中央開孔内，並形成 一個與處理空間相通之凹陷； 線圈為螺旋線圈，圍繞窗口之圓柱形壁；及 5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公董） 六、申請專利範圍 •屏蔽結構包含一或多個導電性材料薄片之圓柱形配 置以物理方式遮蔽圓柱形壁’以隔離從處理空間移動 之材料。 17.如申請專利範圍第13項之裝置，其中： 介電窗口為圓柱形之窗口侧壁，在環形標革巴之中央 開孔内’並形成與處理空間相通之凹陷，此凹陷具有密 閉端； V 線圈為螺旋線圈，圍繞圓柱形窗口； 屏蔽結構包含一或多個導電性材料薄片之圓柱形配 置’以物理方式遮蔽圓柱形壁，以隔離從處理空間移動 之材料；及 此裝置進一步包括一個補充標靶，位於該凹陷之密 閉端。 18·如申請專利範圍第12項之裝置，其中·· RF電極包含一個線圈，位於標靶之中央開孔處，並 連接土 RF也來源，以感應偶合能量進入處理空間中， 以在處理空間中形成感應偶合電漿，其係足夠濃密以使 來自環形標靶之塗層材料，在處理空間中離子化；及 此裝置進一步包括： 一個介電窗口，緊鄰環形標乾之中央開孔，並經定 位以使線圈與處理空間隔離，及 屏蔽結構，在窗口内部，介於窗口與處理空間之 間，並經設計以允許有效偶合來自線圈之Rp能量進入處 理芝間中，及以物理方式屏蔽窗口，隔離來自處理空間 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 517096 A8 B8 C8

   之塗層材料。 19.如申睛專利範圍第i2項之裝置，其中 ,,,,^ 位於標靶之中央開孔處，J 連接至RF能量來源，以感應偶合能量進入處理空間中， 20.如申請專利範圍第19項之裝置，其中線圈係被置放在室 H 1介電窗π與處理空間相對，以感應反應性偶合 月匕里、I過介電窗口，進入處理空間中。 21·如申請專利範圍第20項之裝置，其中裝置進一步包括屏 蔽結構，在窗口内部，介於貧口與處理空間之間，並經

   裝 :，空間中形成感應偶合電[其係足夠濃密以信 來自㈣標乾之塗層材料’在處理空間中離子化；及 此裝置進-步包括一個介電窗口，緊鄰環形標Μ 中央開孔，並經定位以使線圈與處理空間隔離。 设计以允許有效偶合來自線圈之处能量進入處理空間 中’及以物理方式屏蔽窗口，隔離來自處理空間之塗層 材料。

   22. 如申凊專利範圍第21項之裝置，其進一步包括： 一個磁控管磁石組裝，在標靶後方，於該室外部， 以有效產生磁場，環繞該環形濺射表面，及圍繞標靶之 中央開孔，以約束濺射電漿緊密接近標靶之濺射表面。 23. 如申請專利範圍第12項之裝置，其進一步包括·· 一個磁控管磁石組裝，在標靶後方，於該室外部， 以有效產生磁場，環繞該環形濺射表面，及圍繞標靶之 中央開孔，以約束丨賤射電漿緊密接近標祀之藏射表面。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）