TWI424081B - 保護性偏移濺鍍之腔室及方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於保護性偏移濺之腔室及方法。
物理氣相沉積法(physical vapor deposition;PVD)或濺鍍法為製造積體電路與元件常用的方法之一。PVD為在真空室中進行的電漿製程,其中負偏壓靶材(一般為磁控管靶材)暴露在具較重原子(如氬原子(Ar))之惰性氣體或含惰性氣體之混合氣體的電漿環境中。惰性氣體離子轟擊靶材會擊出靶材材料的原子。被擊出的原子如同沉積薄膜般積聚在置放於基座上且通常面對靶材的基材上。
本發明係提供一種物理氣相沉積反應室,用以沉積一靶材材料至一基材的一表面上,基材具有一中心,而反應室至少包含:一室體;一可濺鍍之靶材,具有一濺鍍表面,濺鍍表面具有一中心與一中心軸;一磁控管,位於靶材旁,其中磁控管具有複數個磁極,用以在磁極的表面產生一總磁場強度至少為50高斯(gauss)的磁場;以及一旋轉基座,位於室體中,且具有一基座表面,該表面定義出一平面,旋轉基座係適以支撐一基材,使基材相對於靶材而處於一預定位置,其中靶材之濺鍍表面包括至少一中心與一中心軸,濺鍍表面之中心係相對於基材之一中心而橫向偏移,該中心軸則非垂直於基座表面之平面。
本發明亦提供一種物理氣相沉積的方法,方法至少包含:旋轉一相鄰一靶材的磁控管;旋轉一室體內之一基座支撐面上的一基材;以及濺鍍靶材的一表面,以沉積一靶材材料至基材的一表面上,其中靶材的濺鍍表面具有至少一中心,且中心係相對於基材之表面的一中心而橫向偏移,濺鍍表面亦具有一非垂直於由基座支撐面所定義出的一平面之中心軸。
本發明又提供一種方法,其至少包含:旋轉一相鄰一靶材的磁控管;旋轉一室體內之一基座支撐面上的一基材;以及濺鍍靶材的一表面,以直接沉積一導體材料層至基材的一絕緣材料層上,其中靶材的濺鍍表面具有至少一中心,中心係相對於基材的一中心而橫向偏移,濺鍍表面亦具有非垂直於基座支撐面所定義出之一平面的一中心軸。
本發明再提出一種方法,其至少包含:旋轉一相鄰一靶材的磁控管;旋轉一室體內之一基座支撐面上的一基材;以及濺鍍靶材的一表面,以沉積一絕緣材料層至基材上,其中靶材的濺鍍表面具有至少一中心,中心係相對於基材的一中心而橫向偏移,濺鍍表面亦具有非垂直於由基座支撐面所定義出之一平面的一中心軸。
以下將參照所附圖式說明數個實施例。可理解的是,下述說明也可包括其他實施例,其結構與操作變化均不脫離本發明之精神與範圍。
同時另案待審且且受讓予本發明申請人之美國專利申請號第10/984,265號,且其申請日為西元2004年11月8日,專利名稱為「具旋轉基座之物理氣相沉積室(Physical Vapor Deposition Chamber Having a Rotatable Substrate Pedestal)」;以及美國專利申請號第10/984,291號,且其申請日為西元2004年11月8日,專利名稱為「具可調整靶材之物理氣相沉積室(Physical Vapor Deposition Chamber Having a Adjustable Target)」,上述兩者描述了用於沉積高均勻度之薄膜的PVD室。此反應室包括一旋轉基座。在一實施例中,基座於沉積薄膜時的旋轉角速度為約每分鐘10轉至100轉(RPM)。在另一實施例中,一或多個濺鍍靶材為可動地設置在基座上方。靶材可相對於基座進行橫向、垂直或傾斜調整。在一實施例中,靶材可調整的角度A(元件符號214)係相對於基材表面(或支撐基材的基座表面)為介於約0度(平行於基材表面)至約90度。在另一實施例中,靶材可調整的角度係相對於基材表面或支撐面為約15度至約45度。
隨著積體電路(IC)之電晶體尺寸的減縮,沉積膜層的厚度亦隨之縮減。此類薄層包括薄介電層或金屬層,其易被PVD濺鍍製程所用之電漿破壞。根據本發明之一態樣,提出一種PVD室,可減少PVD濺鍍製程所用之電漿對薄介電層或導體層的傷害。在其他實施態樣中,除了可減少或消除電漿的破壞外,也可視特定應用需求得到其他特徵。例如,形成很薄的沉積膜層。其他應用則可形成高度均勻的沉積膜層。利用所述之特徵與技術還可獲得在此說明以外的好處。
本發明一實施例的PVD室之元件符號為100。PVD室100一般包含上蓋組件102、主配件104、移動控制單元170、支撐系統160、和控制器180。在一實施例中,上蓋組件102包括靶材配件110及上封閉區122。靶材配件110包括置於靶材基底112(例如:水冷式基底)內的可旋轉之磁控管組114、和靶材118。磁控管組114機械連接至傳動裝置116,其於操作時以預定角速度沿著軸119而轉動磁控管組114。可應用於本發明的磁控管組描述於美國專利證書號6,641,701、獲證日為西元2003年11月4日、發明人為A.Tepman的申請案,其一併附上供作參考。靶材配件110電性耦接至電漿電源供應器188(第6圖),例如射頻(RF)、直流(DC)、脈衝DC的電源供應器等。
根據本發明之一態樣,磁控管組114包括較強且充分平衡的磁極114a、114b。如下述詳細說明,此種配置方式可減少離子對薄膜或基材130上的其他結構造成傷害。
第1圖繪示PVD室100之一實施例,其具有旋轉基座126。第3A圖為基座126的局部截面圖。第3A圖的截面圖乃沿著基座126的徑向橫切。第1、3A與3B圖為便於說明,而未依比例繪示。為更明瞭本發明之實施例,讀者宜同時參照第1、3A與3B圖。
基座126為沿著軸127轉動;在此實施例中,軸127穿過基材130的中心130a。在其他實施例中,基材130的中心130a可能相對於旋轉基座的轉軸偏移。在此實施例中,靶材118相對於基材130的上表面所定義出之平面而傾斜一角度A。當濺鍍傾斜之靶材118的靶材材料時,轉動基材130可改善濺鍍靶材材料沉積到基材130上的均勻度。
根據本發明之另一態樣,靶材118的中心118a由基材130的中心130a而橫向偏移一段距離L(元件符號218)。如下述詳細說明,一方面提供磁極114a、114b及靶材118之間較大的橫向距離,另一方面則提供靶材118及基材130之間較大的橫向距離,則可減少或消除電漿破壞基材130上的膜層。
支撐系統160包含各種共同協助執行PVD室100之功能的設備。例如,支撐系統160包括一或多個濺鍍電源供應器、一或多個真空幫浦、濺鍍氣體源及/或混合氣體源、控制儀器與感測器、及其他此領域所熟知的設備等。
控制器180包含中央處理單元(CPU)、記憶體和支援電路(均未繪示)。藉由介面182,控制器180連接PVD室100的元件,並控制元件及反應室所進行的沉積製程。
根據本發明之又一態樣,支撐系統160的電源供應器188耦接至靶材118,且以較低功率施加偏壓到靶材118。如下述詳細說明,較低的功率亦可減少或消除電漿破壞基材130上的膜層。
根據本發明之再一態樣,支撐系統160的幫浦與氣體供應源可於濺鍍過程中提供一中等室壓。如下述詳細說明,中等室壓也可減少或消除電漿破壞基材130上的膜層。
在一實施例中,主配件104包括室體128、旋轉基座126、圍繞裝設至室體128的反轉屏蔽136、和多個輻射加熱器134。屏蔽136一般從室體128上部向下且往內朝向基座126延伸。基座126包括基材平臺154和圓柱模組150,二者為相互連接。上蓋組件102與主配件104例如利用至少一密封墊(如所示之O形環132)而彼此真空緊密接合。輻射加熱器134(例如紅外線(IR)照射器等)通常是用來預熱PVD室100的內部零件達特定製程配方(process recipe)所需的溫度,以預先調節反應室(例如烘乾反應室)。將輻射加熱器134設在屏蔽136下方,可防止濺鍍靶材材料沉積在加熱器134而減低加熱效果。
基材130(如矽(Si)晶圓等)為經由室體128中的狹長閥門124進出PVD室100。可使用水來冷卻基材、或利用基材支撐物件內的阻抗元件來加熱基材。
操作時,平臺154可選擇性放置在上方處理位置(如圖所示)或下方傳輸位置(如虛線所示)。當處理晶圓時(如進行濺鍍沉積),平臺154係升高到一上方位置,其距靶材118有一預定高度H(元件符號292)。當為了承接或釋出基材130時,平臺154則移到一下方位置,而該下方位置實質上與狹長閥門124齊平,以便機械傳送基材。
參照第3A-3B圖之實施例,平臺154包括至少一高分子構件,其係設置在平臺154的上方基材支撐面186。高分子構件的材質可為適當的塑膠或彈性體。在一實施例中,高分子構件為置於溝槽304的O形環302。操作時,基材130與O形環302間的摩擦力可防止晶圓沿平臺154的基材支撐面186滑動。如第3B圖之基座126上視圖所示,3個O形環302間隔排列在升舉銷孔316之間。或者如第3A圖所示,單一O形環302可沿著支撐面186周圍設置,以於處理過程中,防止於轉動基材時造成基材之滑動。
平臺154尚包括環形周邊308,從支撐面186與環形周圍而向上延伸,且朝上面對溝槽310。周邊308定義出支撐面186的基材接收區312,當平臺154具較高角速度時,用來進一步防止基材滑動。在又一實施例中(未繪示),可將周邊308開槽、挖角或磨圓,以導引基材130,使其定位而極少偏離平臺154中心。
在一實施例中,當基座126處於上方位置時,反轉屏蔽136之向下延伸的內緣314插入周邊溝槽310中,以形成接收從邊緣流出之濺鍍靶材材料的區域。此區域可避免濺鍍材料沉積在輻射加熱器134上,並延長加熱器(如IR照射器)的使用壽命。溝槽310包括底件360和向上延伸之指狀物件362。底件360和指狀物件362可選擇性地連接至平臺154,以做為一可替換構件364(如第3A圖之虛線所示)。
在另一實施例中(未繪示),平臺154可包含鉗環、靜電吸座、埋設之基材加熱器、背面氣體及/或冷卻液的流道(如熱交換器)、RF電極、及其他可加強PVD製程的裝置。連接背面氣體供應源、冷卻液供應源、電源和RF功率來源的方式可採用此領域所熟知的技術手段。在一實施例中,基材溫度受控於適當的控溫器,而使其溫度介於-20℃至450℃之間。
往回參照第1圖,移動控制單元170一般包括風箱148、磁動裝置144、置換驅動器140、和升舉銷構件138,其固定在室體128的托架152上。風箱148提供可延伸之真空密閉密封墊給旋接(參見箭頭156)至風箱底板192的圓柱模組150。托架152與室體128間的真空密閉介面例如可採用一或多個O形環或一可壓碎之銅密封墊(未繪示)。
圓柱模組150包括一軸桿198和複數個鄰接磁動裝置144的磁性元件142。操作時,磁動裝置144包括複數個定片(stator),其可選擇性驅動而磁性轉動磁性元件142,進而轉動圓柱模組150與平臺154。在一實施例中,基座126的角速度可控制在約10 RPM至100 RPM之間。其他適合用來轉動基座的馬達或驅動器亦可代替磁動裝置。
操作時,由於靶材組成材料的不同、聚積在靶材上的污染物(如氧化物、氮化物等)、上蓋組件102的機械錯置與其他因素等,可能會導致靶材118所濺出的材料分佈不均。在PVD室100沉積薄膜的過程中,轉動基座126可彌補濺出材料的不均勻性,而在旋轉之基材130上沉積極均勻的膜層。例如,靶材118各區域之濺出材料的差異性可藉由轉動基材130加以平均化,而沉積出厚度均勻的膜層。在此實施例中,相信可達到小於0.8%(1σ)的厚度均勻性。其他實施例亦可得到不同均勻度的膜層。在某些實施例中,較佳的厚度均勻性為0.1%至5%(1σ);更佳為0.1%至0.8%(1σ)。於其他應用例中,亦可利用旋轉基座126及傾斜靶材118之其他特徵。
置換驅動器140固接至風箱148的底板192,以於操作時協助基座126於下方位置(即接收/釋出晶圓之位置)與上方位置(即濺鍍位置)之間移動(參見箭頭184)。置換驅動器140可為氣壓汽缸、水壓汽缸、馬達、線性促動器、或其他適合用來控制基座126升降的裝置。
如前述,磁控管組114包括較強且充分平衡的磁極114a、114b。磁性強的磁鐵可降低濺鍍電壓,因此可減少離子(例如氬離子)撞擊靶材表面220的加速度。如此可降低濺鍍原子或分子的平均能量。再者,充分平衡的磁鐵或中央磁極較強的不平衡磁鐵可減少基材的電子與離子通量,並產生低的自行偏壓(self-bias)電位(亦稱為浮置電位)。降低濺鍍材料的能量、電子與離子通量、和自行偏壓電位,可減少破壞薄膜或基材130上的其他結構。
在此實施例中,磁控管組114的磁極114a、114b產生磁場強度至少為150高斯的磁場,而其量測方向係平行於面對靶材118的磁極表面115、且相距磁極114a、114b的表面115約1英吋。平行於表面115的磁場強度例如包括310高斯、330高斯與660高斯。且在此實施例中,磁控管組114的磁極114a、114b各產生磁場強度至少為80高斯的磁場,而其量測方向係垂直於磁極表面115、且相距磁極表面115約1英吋。以南磁極114a為例,垂直於磁極表面115的磁場強度例如包括130高斯、160高斯與360高斯。以北磁極114b為例,垂直於磁極表面115的磁場強度例如包括350高斯、400高斯與900高斯。磁場強度可視不同的應用而定。第1圖繪示磁控管組114之南北定向的磁極,其分別以磁極114a、114b來代表。亦可採用其他南北定向。
一般而言,磁控管的旋轉會使基材表面的電壓分佈之不均勻的情形更加嚴重。基材表面的電壓分佈不均將造成電荷破壞薄膜或基材上的其他結構。充分平衡的磁控管則將電子限制在接近靶材的區域,因此可保護薄膜或基材上的其他結構。此外,充分平衡的磁控管於基材130的表面上具有較低的殘餘磁場,故可減少基材表面上的電壓變化。
在此實施例中,中間磁極114a的磁場強度至少為外部磁極114b的一半。在一實施例中,中間磁極114a的磁場強度實質上等於外部磁極114b的磁場強度。平衡之磁控管組的適合例子包括磁極最大不平衡強度在0.3或0.1以內的磁控管。磁控管的其他適合例子包括不平衡之磁控管,其中間磁極114a的磁場強度大於外部磁極114b的磁場強度。磁控管的其他例子還包括不平衡之磁控管,其中間磁極114a的磁場強度小於外部磁極114b的磁場強度。視不同的應用需求而定,也可使用其他平衡或不平衡的磁鐵。
另外,磁控管組114與基材130間若有較大的垂直與橫向偏移,加上充分平衡之磁控管組114,亦有助於減少或消除基材130表面上電壓分佈的不均勻性。除了可減少電荷破壞外,充分平衡之磁控管組、及磁控管組114與基材130之間具有較大的垂直與橫向偏移,其亦可降低基材上的浮置電壓強度,因而可減少電漿鞘區(plasma sheath region)的離子移往基材之加速度,故可減少或消除其對薄膜或基材上之其他結構的傷害。再者,充分平衡的磁鐵或具有較強之中央磁極的不平衡磁鐵可降低基材的電子與離子通量,故可進一步減少破壞薄膜或基材130上的其他結構。
第2圖為PVD室上蓋組件202之另一實施例的剖面圖,其具有傾斜設置且橫向偏離基座轉軸的濺鍍靶材118。第2圖為便於說明,而未依比例繪示。
上蓋組件202一般包括靶材配件110、傾斜之上封閉區204、或至少一位於封閉區204與室體128間的間隙壁206(圖中顯示一間隙壁)。例如,上蓋組件202、間隙壁206及主配件104間的真空密閉接合方式可使用一或多個扣件或其他適合的固定裝置。
靶材配件110係以一傾斜位置而裝設在上封閉區204中,而使靶材118的濺鍍表面220與旋轉基座126(或基材130)的支撐面186所定義的平面之間呈一角度A。濺鍍表面220的中心118a與基材130垂直相距一段距離H。濺鍍表面220的中心118a與基材130的中心130a橫向間隔一段距離L(元件符號218)。例如,距離L可為約0毫米至約500毫米。為加強保護薄膜,橫向偏移的距離約為300毫米至400毫米,例如為350毫米。在另一實施例中,上蓋組件202包括滑板224,其沿著主配件104之固定板225而滑動(參見箭頭212),用以調整靶材118與基材130間的橫向偏移,進而改善沉積性質。
上封閉區204的頂面板222通常為定位而使角度A介於約15度至約50度之間。傾斜靶材可使濺鍍材料流223以一傾斜(即:非垂直)之入射角撞擊基材,藉以改善保型(conformal)沉積的性質。當基座在沉積的過程中為旋轉時,沉積材料會以360度沉積在基材表面。其他適合的角度可視不同的應用而定。每一種靶材材料及/或基材表面形態所需的最佳角度A可由預產(pre-production)測試來決定。一旦決定出最佳角度A後,上蓋組件202(及靶材118)在每一回沉積製程中係以一適當角度而傾斜。
間隙壁206可用來定義靶材118與基材130間最佳的垂直距離(參見箭頭210)。在一實施例中,所有間隙壁206的高度大於約0毫米至約500毫米。當基座平臺154處於上升處理位置時,靶材118中心與基材130相隔之距離H為約200毫米至約450毫米。類似靶材的傾角,間隙壁206也可調整使基材與靶材相隔最佳距離,以針對不同靶材材料及/或基材形貌而得到最好處理結果。決定最佳距離後,採用適當數量和高度的間隙壁,則可在每一回製程產生最佳沉積效果。為加強保護薄膜,垂直偏移的距離約為300毫米至400毫米,例如為350毫米。其他適合的垂直與橫向偏移距離可視不同的應用而定。
一般而言,相對於旋轉基座126的角度A、高度H及偏移距離L共同定義出靶材配件110的空間位置,因此濺鍍靶材材料的入射角與原子動能是與製程相關。操作時,若靶材配件110位在與製程相關的最佳空間位置,則具最佳性質(如:具有最小厚度均勻性)的膜層可沉積在基材130上。如此,當已知針對預定沉積材料及/或基材形貌的最佳角度、間隔與偏移距離時,上蓋組件202和靶材118可先定位於預定位置,以針對預定製程而產生預定的製程結果。
在此實施例中,靶材118一般為碟形,且具平坦、對稱的濺鍍表面220,以定義出與軸119一致的中心軸。在第1及2圖的實施例中,軸119係以一角度B(元件符號296)而相交於基材表面(或基座支撐面186)。非碟形靶材(包括非對稱靶材)亦可使用。另外也可使用非平面的濺鍍表面,其例如包括凸面、凹面、圓錐面、圓柱面等。
如同靶材118的中心118a,這些其他靶材類型的濺鍍表面亦具有自基材(或基座)中心而橫向偏移的中心。同樣地,這些其他靶材類型的濺鍍表面也可定義出類似靶材118中心軸119的中心軸。在一實施例中,具平面或非平面濺鍍表面的靶材中心軸可相對於(垂直)基材表面(或用於支撐基材的基座表面)而調整為約0度(平行基材表面)至約呈90度的一角度B(標號296)。在另一實施例中,靶材中心軸相對於基材表面或支撐面而調整的角度為約45度至約75度。
在一實施例中,靶材的傾斜角度A係實質等同於約90度,如此靶材中心軸則實質平行於基座表面的平面。在此實施例中,橫向偏移距離例如實質等同於零(即:幾乎無橫向偏移)。
在另一實施例中,靶材濺鍍表面係實質上平行於具實質橫向偏移的基座表面之平面(即濺鍍表面的中心軸實質上係垂直於基座表面之平面)。
如前述,支撐系統160的電源供應器188耦接至靶材118,且以較低功率施加偏壓到靶材118。相信此種低偏壓功率可提供較低的濺鍍電壓,進而降低濺鍍原子或分子的平均能量。降低功率有助於減少或消除電漿破壞基材130上的薄膜。在此實施例中,控制器180係適以將訊號偏壓靶材118的功率控制在50瓦(W)至6000瓦的範圍內。其他功率範圍亦適用,需視不同的應用而定。
如前述,支撐系統160的幫浦與氣體供應源可於濺鍍過程中提供一中等室壓。在此實施例中,控制器180係適以將反應室內的壓力控制在1毫托耳(mTorr)至7毫托耳的範圍。中等室壓可降低濺鍍原子或分子的能量,故可減少或免除破壞薄膜或基材130上的其他結構。其他壓力範圍適用,需視不同的應用而定。
一選擇性遮光盤131(如虛線所示)可用來遮蔽基材130,以避免其在初始電漿點燃與穩定階段遭到電漿破壞,或者其可用來在沉積膜層前先調節靶材。遮光盤131接著可移到儲存區域,使整個基材130暴露於電漿並沉積膜層。如此,將基材暴露在沉積膜層用之電漿的時間可侷限在電漿穩定之時或靶材調節完成(如濺鍍清洗)之後。
第4A與4B圖為根據本發明又一實施例之PVD室400的立體剖面圖,其具有複數個上蓋組件(圖中繪示4個上蓋組件402A-402D)。第4A圖為便於說明,而未依比例繪示。上蓋組件402A-402D類似上述之上蓋組件202。因此,讀者可同時參照第2、4A與4B圖。
PVD室100、400中實質相同的元件已參照第1、2圖說明於上。在PVD室400中,上蓋組件402A-402D位於共同凸緣404上,並設置在主配件104的旋轉基座126周圍(第4B圖)。共同凸緣404係與上蓋組件402A-402D和主配件104為真空密接。在一實施例中,相對於基座126,上蓋組件402A-402D實質上為對稱設置在凸緣404上。在另一實施例中,如同上述第2圖之上蓋組件202與靶材配件110的說明,藉由調整各上蓋組件402A-402D而可選擇性最佳化各靶材配件410A-410D的空間位置。故靶材可相對於基座進行橫向、垂直及傾斜的調整。例如,上蓋組件402B之靶材可相對於基材表面(或用於支撐基材的基座表面)而調整角度AB
(元件符號414B),而上蓋組件402D之靶材可調整的角度為AD
(元件符號414D)。同樣地,上蓋組件402B之靶材相對於基材表面(或用於支撐基材的基座表面)而調整高度HB
(元件符號416B),而上蓋組件402D之靶材可調整的高度為HD
(元件符號416D)。又,上蓋組件402B之靶材濺鍍表面中心相對於基材表面中心(或用於支撐基材的基座表面中心)而調整橫向偏移距離LB
(標號418B),而上蓋組件402D之靶材濺鍍表面中心可調整的橫向偏移距離為LD
(標號418D)。
PVD室400更可最佳化沉積層的性質(如:達到最小的厚度非均勻性),並協助原位(in-situ)製造複雜的膜層結構(如磁性隨機存取記憶體(MRAM)結構、金屬閘極電極堆疊結構、金屬/絕緣體/金屬電容器結構等)。例如,若靶材配件410A-410D包含不同材料的靶材118,則PVD室400可用來原位沉積該些材料或其混合物之具有高度均勻性的多層堆疊膜層。再者,PVD室400中各靶材配件410A-410D相對於旋轉基座126的空間位置(即靶材角度、靶材高度與靶材橫向偏移距離)可分別調整成最佳狀態(例如角度AB
、AD
不一定相同、高度HB
、HD
不一定相同、橫向偏移距離LB
、LD
不一定相同等),如此不同材料與堆疊膜層可於原位沉積且具有最小之厚度非均勻性或不會破壞其下之膜層。
與本申請案同時申請之美國專利申請號11/260,899、專利名稱「薄膜沉積法(Thin Film Deposition)」且受讓予本發明之專利權人的申請案已一併附上供作參考,其是關於一種系統,可製造不同材料的堆疊膜層於基材上,且在完成堆疊膜層前不會使基材接觸大氣壓與周圍空氣的污染物。堆疊膜層同時包括絕緣層(如二氧化矽層或氧化鉿層)及金屬導體層(如氮化鉭層或釕鉭合金層)。此堆疊膜層例如可應用於金氧半導體(MOS)電晶體的堆疊閘極。本發明之PVD室可用於此系統中,以沉積金屬導體層或介電層、或堆疊膜層中的金屬導體層與介電層。
第5圖繪示形成在基材130上之多層沉積層500,其中至少一沉積層是利用如PVD室100或PVD室400之偏移濺鍍PVD室而得。在此實施例中,沉積層500同時包括絕緣層502和導體層570。包括絕緣層502和導體層570之其他組合形式的沉積層也可視不同的應用而定。
在一實施例中,具絕緣層與金屬閘極層的堆疊閘極可形成在基材上。其他組合形式的金屬層堆疊結構、絕緣層及導體層亦可視不同的應用而定。例如完全矽化之多晶矽閘極(FUSI)可結合一沉積金屬層(如鎳或鈷),以構成一金屬/矽化物閘極(如鎳/矽化物閘極)。
多層沉積層的另一應用實例為MRAM(磁電阻式隨機存取記憶體),其乃藉由磁性材料薄膜中的電子自旋變化而運作。典型的MRAM材料有鐵化鎳(NiFe)、鈷鐵化鎳(NiFeCo)、鐵化鈷(CoFe)、鈷(Co)、銅(Cu)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、金(Au)、釕(Ru)、鉻(Cr)、鉑化鈷(CoPt)、鉑化鈷鉻(CoCrPt)、氧化鋁(Al2
O3
)、二氧化矽(SiO2
)、鎳化鐵(FeNi)、鉭化鐵(FeTa)、鉻鉭化鐵(FeTaCr)、鋁化鐵(FeAl)、鋯化鐵(FeZr)、鉻鐵化鎳(NiFeCr)、及NiFeX等。反鐵磁材料有錳化鐵(FeMn)、鎳化錳(MnNi)、鉑化錳(MnPt)、銥化錳(MnIr)、及鉑化鈀錳(MnPdPt)等。MRAM堆疊結構之一範例由下而上依序為矽基材、Ta緩衝晶種層、120埃的MnPt釘扎(pinning)層、18埃的CoFe磁定(pinned magnetic)層、8埃的Ru釘札強化(pin enhance)層、28埃的CoFe磁定層、7埃的Al2
O3
穿遂接面層(tunnel junction layer)、15埃不含CoFe的磁性層、25埃不含NiFe的磁性層、及Ta覆蓋保護層。這些膜層可依在此所述之方法沉積。其他可利用所述之方法沉積的膜層包括襯層、阻障層、黏著層、晶種層、或成核層與覆蓋層。
為形成絕緣層(例如絕緣層502),偏移濺鍍PVD室(如PVD室100、400)可具有適當材質的靶材(例如矽或矽化鉿(HfSi))。其他材質的靶材也可視不同的應用而使用。此外,可於沉積過程中將各種工作沉積氣體引入反應室。例如,氧氣可於濺鍍HfSi靶材時引進反應室,以於基材130上形成適當的介電層或HfSiOx
層。某些實施例為採用具高介電係數(k)的絕緣層。亦可沉積其他類型的絕緣層,係視不同的應用而定。金屬閘極介電層的例子還包括氧化鉭(TaOx
)、氧化鉿(HfOx
)等。根據本發明實施例之偏移濺鍍PVD室所沉積的介電層更可應用於其他結構,例如電容器。
本發明實施例之偏移濺鍍PVD室所沉積的絕緣層可具有各種厚度。根據一態樣,絕緣層或介電層可為很薄的沉積層。例如,絕緣層的厚度為小於10奈米(100埃)。其他厚度範圍之實施例將討論於後。絕緣層可沉積為單一膜層或多層堆疊膜層。亦可採用其他適合的厚度,係視不同的應用而定。
導體層(例如導體層570)可在偏移濺鍍PVD室(如PVD室100、400)中沉積而得。為了沉積金屬導體層(例如金屬閘極電極層或電容電極層),電極層的材料可選用各種金屬導體、金屬合金和半導體,其包括鉭、氮化鉭、Tax
Ruy
、TaSix
Ny
、鉿、氮化鉿、鎢、氮化鎢、釕、氧化釕、鉑、鈦、氮化鈦等。導體層的厚度亦可改變,係視不同的應用而定。在此實施例中,薄導體層(如金屬閘極電極層)的厚度為小於10奈米(100埃),例如5埃至30埃,而塊體金屬閘極電極層的厚度例如為30埃至600埃。其他厚度範圍將討論於後。導體層可為單一膜層或多層堆疊膜層。厚度係可改變,需視不同的應用而定。
如前述,偏移濺鍍PVD室(如PVD 室100、400)可減少或消除破壞沉積於導體層570下方的絕緣層502。此PVD製程所沉積的薄膜可用來調整多層結構(如堆疊之金屬閘極)的有效功函數、及/或當作一黏著層來增強絕緣層與金屬層間的黏著性。
在一實施例中,薄導體層570可做為下方絕緣層502的保護層。然後,一塊體金屬閘極電極層可在同一反應室或另一反應室(如傳統PVD室)沉積而得。此種夾層結構的優點之一為其功函數可加以調整。若導體層570夠薄(如30埃以下),則堆疊之金屬閘極的功函數可為導體層570和上方塊體層的功函數之函數。另外,導體層570可避免絕緣層502遭到沉積塊體層的破壞。再者,導體層570可做為有效擴散阻障層,以防止閘極電極材料擴散至介電層與矽。在又一實施例中,導體層570是用來加強絕緣層502與導體層570上之另一沉積層間的黏著性。
導體層570的其他特徵可視不同的應用而定。例如在另一實施例中,導體層570具有足以當作電極層的厚度,而不需形成額外的保護層與塊體層。因本發明實施例之偏移濺鍍PVD室所沉積的導體層570幾乎不會破壞其下方的絕緣層502,故直接沉積在絕緣層502上的導體層570可應用到各種結構,包括堆疊閘極電極、電容電極、內連線等,且不需中間保護層。在一實施例中,MOS電容器的介面陷阱密度(trap density)(Di t
)可降至101 1
cm- 2
eV- 1
以下。
導體層570的厚度視其欲形成的功能結構(如閘極、電容器電極等)而定,其例如介於50埃至500埃之間或更厚。在一實施例中,導體層570的厚度為5奈米(50埃)至10奈米(100埃)。在另一實施例中,超薄之導體層570的厚度為小於50埃。在又一實施例中,導體層570的厚度為0.2奈米(2埃)至40奈米(400埃)。
可理解的是,結構中的各膜層不需全部使用偏移濺鍍PVD室來進行沉積。例如,絕緣層502可由本發明之偏移濺鍍PVD室所沉積,而其他包括導體層570的膜層可由其他反應室所沉積,其他反應室例如包括傳統PVD室、原子層沉積室與化學氣相沉積室。反之,導體層570可由本發明之偏移濺鍍PVD室所沉積,而其他包括絕緣層502的膜層可由其他反應室所沉積,其他反應室例如包括傳統PVD室、原子層沉積室與化學氣相沉積室。
導體層570可在偏移濺鍍PVD室100、400中以低沉積速率來沉積,用以減少破壞其下方的絕緣層502。在沉積薄金屬閘極導體層570的過程中,施加至靶材118的功率很低,例如50-2000瓦(例如100-500瓦)。此外,反應室內壓可以很高,例如3-10毫托耳。再者,充分平衡的磁鐵或具有較強中央磁極的不平衡磁鐵可用來減少沉積材料的離子化。低功率、低離子化及高壓沉積可減低對下方絕緣層502的傷害。如前述,導體層570本身可當作電極或其他導體裝置,而不需塊體導體層或中間保護層。或者在一些實施例中,於沉積導體層570後,塊體閘極電極層可在同一反應室或不同反應室中以實質較高的沉積速率沉積。若塊體導體層是利用PVD室沉積,則施加至靶材的功率可以很高,例如500-5000瓦。此外,壓力可以很低,例如1-5毫托耳,以減緩濺鍍。在其他實施例中,導體層可為單層或二層以上的結構,其視不同的應用而定。
在沉積導體層570的過程中,各種工作及沉積氣體可於沉積時引入反應室。例如,氬氣或氮氣可於濺鍍金屬靶材時引進反應室,以於絕緣層502上形成適當的金屬薄膜或導體層570。金屬導體材料如上述可包括鉭、氮化鉭、鈦、及氮化鈦。亦可沉積其他類型的金屬導體層,需視不同的應用需求而定。
根據一實施例之實施態樣,施加至靶材118與靶材配件410A-410D的偏壓訊號可為脈衝模式,特別是當濺鍍沉積絕緣層時,其可減少電弧現象發生。在此實施例中,施加至靶材的偏壓訊號包括多個交替的第一和第二間隔時間(interval),其中在第一間隔時間所施加的偏壓訊號具負電壓,用以吸引離子來濺鍍靶材。在第二間隔時間施加的偏壓訊號具正電壓,用以排斥靶材上的正電荷而減少電弧現象發生。
施加至靶材的脈衝偏壓訊號可視不同的應用而具有其他特徵。例如,特徵包括降低沉積速率、更加穩定電漿、提高電漿的最大能量,使多層膜層有效進行化學作用。例如,施加脈衝偏壓訊號至具化學計量之濺鍍材料的靶材118時,可得到接近實際化學計量的膜層。另一特徵包括增進膜層品質,特別是增進含氮化鈦、氮化鉭、TaSix
Ny
等材料之多層膜層的品質。再者,由於施加脈衝偏壓可消除微孔結構和圓柱結構,故可降低膜層的片電阻(sheet resistance)。在一些實施例中,非脈衝偏壓訊號(即直流(DC)偏壓訊號)可視應用需求而施加到靶材118而偏壓之。例如當濺鍍金屬導體靶材時,非脈衝偏壓可視應用需求而施加到靶材。
除了交替改變施加到靶材118的偏壓訊號電壓外,也可於第一和第二間隔時間交替調整施加至偏壓靶材的功率,其中在第一間隔時間所施加的第一功率大小為足以濺鍍靶材118。在一些實施例中,功率大小還足夠維持靶材旁的電漿,而使從靶材濺出的靶材材料產生離子化。然在許多實施例中,功率大小係限制而減少或消除沉積材料的離子化。在各第二間隔時間中,當正偏壓電壓施加到靶材時,功率可為低。因功率和正電壓皆為低,故靶材在第二間隔時間很少、甚至沒有產生濺鍍。整體的濺鍍速率為所有交替間隔時間之濺鍍速率的平均值。如此,平均濺鍍速率可夠低而促進薄膜沉積。在此實施例中,施加較高功率、負電壓的第一間隔時間可長於施加較低功率、正電壓的第二間隔時間,藉以提供適當的沉積速率。或者,施加較高功率、負電壓的第一間隔時間可短於施加較低功率、正電壓的第二間隔時間,藉以降低施加到靶材的平均功率,進而減低沉積速率。
靶材118的脈衝偏壓有助於沉積包括有薄膜之各種膜層。本發明可沉積的薄膜例子包括濺鍍製程所濺鍍的鎢(W)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鉭化釕(RuTa)、鐵化鎳(NiFe)、鉭(Ta)等、或反應濺鍍製程所形成的氧化物與氮化物,包括Wx
Ny
、Hfx
Ny
、TaSix
Ny
、Rux
Oy
、Tax
Oy
等。其他包括金屬、金屬合金、半導體和絕緣體的材料亦可視應用需求而以直接沉積或反應沉積的方式進行濺鍍。反應室中用於反應濺鍍製程的反應氣體包括氮氣、氧氣、甲烷、及氨氣。
第6圖為偏移濺鍍PVD室之一實施例中各種元件電性互連的示意圖。為了吸引電漿產生的離子以濺鍍靶材118,在一實施例中,脈衝型電源供應器188為交替施加正、負偏壓至靶材118,以提供0.5仟瓦至4仟瓦的平均功率。用來偏壓靶材的電壓脈衝程序716之實施例係繪示於第7圖。電壓脈衝程序716包括複數個交替的負電壓脈衝718及正電壓脈衝720。電壓脈衝程序716會產生如第8圖所示的功率脈衝程序822。
功率脈衝程序822包括複數個疊加到直流(DC)元件826的脈衝。負電壓脈衝718產生電源供應器188之DC元件,其施加約-200直流伏特(VDC)至-600 VDC的負偏壓至靶材188(相對於反應室屏蔽309),以至少在各個負電壓脈衝718的過程中來點燃與維持電漿。在一些實施例中,電壓通常為小於-1000 VDC。在此實施例中,脈衝程序822的DC元件826代表脈衝程序的最大功率Pm a x
。介於0.1仟瓦(kW)至5 kW的靶材功率一般為用來點燃電漿,而大於10 kW的功率較佳為用於自行離子化電漿(selfionizing plasma;SIP)濺鍍。在此實施例中,功率脈衝程序822的最大功率Pm a x
範圍可為50瓦至20000瓦、或0.1 kW至10 kW;在一些實施例中,最大功率Pm a x
範圍可為500 W至4 kW。最大功率是用來負偏壓靶材,以保持電漿及濺鍍靶材而沉積膜層至晶圓上。
脈衝程序822之複數個脈衝為疊加至DC元件,其各自交替在”脈衝低功率”期間828(其中當正電壓脈衝720施加到靶材時,最小功率Pm i n
為施加到靶材)與”脈衝高功率”期間829(其中當負電壓脈衝718施加到靶材時,最大功率Pm a x
為施加到靶材)之間。在”脈衝低功率”期間,施加至靶材的功率很低。因此在”脈衝低功率”期間,靶材旁的電漿密度、靶材濺鍍速率與沉積材料離子化速率皆很低或為零。
在”脈衝高功率”期間,施加至靶材的功率Pm a x
較高。因此在”脈衝高功率”期間,靶材旁的電漿密度與靶材濺鍍速率皆較高。在一實施例中,”脈衝高功率”期間的功率Pm a x
大小係充分限制以避免或減少SIP,以降低或避免從靶材濺出的大部份材料離子化,然其可視不同的應用而定。例如,降低或避免沉積材料之離子化可減少或避免破壞絕緣層。在一些實施例中,沉積材料之離子化有助於改善高深寬比之孔洞的底部覆蓋性,且仍維持夠低的平均濺鍍速率來促進薄膜之沉積。
雖然靶材的濺鍍速率在各個”脈衝高功率”期間實質上可能升高,但施加到靶材的平均功率Pa v g
仍低於最大功率Pm a x
。如此,平均濺鍍速率同樣會低於”脈衝高功率”期間的濺鍍速率。以薄膜應用為例,藉由適當選擇高及低功率層級、最大功率Pm a x
與最小功率Pm i n
、和”脈衝低功率”期間與”脈衝高功率”期間之持續時間,則可得到適當的低平均濺鍍速率。在一些實施例中,使”脈衝高功率”期間之持續時間長於”脈衝低功率”期間也可提供預期的結果。
在此實施例中,沉積薄膜例如於30秒內完成。在此30秒內,施加至靶材的功率脈衝頻率例如為25仟赫(kHz)。第7圖中T0至T2期間為40微秒。在一些實施例中,頻率範圍為0-350 kHz。電壓脈衝程序716的工作週期(duty cycle)例如為0-50%。故頻率為25 kHz時,T1至T2期間可為0-20微秒。脈衝頻率可視不同的應用而定。另外,正脈衝的持續時間亦可視不同的應用而定。包括Pm a x
與Pm i n
、和期間長短的參數值可憑經驗決定。這些參數可能受特定的應用設計目標影響,包括電漿特性、結果的再現性、沉積層的厚度、和沉積層的均勻度等。為得較佳的再現性,沉積時間通常為8-10秒。在一些實施例中,沉積速率為0.02奈米/秒(0.2埃/秒)至0.6奈米/秒。在其他實施例中,沉積速率為0.01奈米/秒(0.1埃/秒)至4奈米/秒(40埃/秒)。沉積速率可視不同的應用而定。在此實施例中,針對例如鈦與釕等材料,係適合500瓦至4000瓦的平均功率Pa v g
。
在此實施例中,從一期間至另一期間的Pm a x
與Pm i n
、和”脈衝高功率”與”脈衝低功率”的期間長短乃固定不變。然這些參數值亦可視不同的應用而從一期間至另一期間改變或於各期間內改變。再者,電源供應器188的輸出電壓或電流也可視需求加以調整。
利用本發明之偏移濺鍍PVD室沉積之膜層(例如絕緣層502或導體層570)的厚度為小於10奈米(100埃)。在一些實施例中,絕緣層502可更薄,例如50埃、30埃、25埃或20埃。在另一實施例中,利用本發明之偏移濺鍍PVD室可沉積出厚度小於5奈米(50埃)的極薄膜層。在一些實施例中,沉積層可更薄,其厚度例如小於0.5奈米(5埃)。各膜層可為單層結構或多層堆疊絕緣膜層。亦可使用其他的厚度,需視不同的應用而定。
在一實施例中,為減少或避免沉積材料之離子化,可電性浮置(floating)基材130。在另一實施例中,可偏壓基材以依據應用所需來吸引或排斥離子。
例如,來源630可於SIP濺鍍沉積時提供RF功率給基座電極以偏壓基材130來吸引沉積材料離子。此外,來源630可提供RF功率給基座126以耦合補充能量至電漿。在SIP沉積的過程中,基座126及基材130可保持電性浮置,但仍施加直流自生負偏壓於其上。或者,來源可施加-30 VDC的負電壓來負偏壓基座126,進而負偏壓基材130來吸引離子化的沉積材料至基材。在又一實施例中,基材130可保持電性浮置。來源630可為DC、脈衝DC或RF電源供應器。
若透過基座而偏壓晶圓與基座的來源630為RF電源供應器,則供應器採用的頻率例如為13.56 MHz。其他頻率(如60 MHz)也可視不同的應用而定。以200毫米之晶圓為例,於SIP沉積時施加到基座126的RF功率範圍可為10瓦至5仟瓦,較佳為150瓦至300瓦。
上述功率範圍、電壓層級和頻率大小可視不同的應用而定。以電腦為基礎的控制器180可程式化,而根據應用需求來控制各種來源的功率層級、電壓、電流、和頻率。
支撐系統160的氣體源供應濺鍍工作氣體至反應室,例如化學非活性惰性氣體氬氣。濺鍍工作氣體可為氖氣、氬氣、氪氣、氙氣、或由二種以上之上述氣體所混合的氣體,其視靶材材料、基材材料與應用種類而定。適當的結合濺鍍氣體、基材材料與濺鍍材料可進一步減少對基材之破壞。反應性PVD系統可使用支撐系統160的氮氣供應源來形成氮化物(例如氮化鉭或氮化鈦)而沉積為一膜層於基材上。另一反應性PVD系統可使用氧氣供應源來形成氧化物層。氧化層的例子包括二氧化矽或氧化矽鉿膜層。甲烷可用來形成碳化物層,例如碳化鉭或氮碳化鉭。在此,反應室中用於反應濺鍍製程的反應氣體包括氮氣、氧氣、甲烷、及氨氣。其他工作氣體與反應氣體也可採用。
對使用有毒氣體或需特殊管理規則之氣體的PVD室而言,支撐系統160可包括一結合幫浦,其包括低溫(cryogenic)幫浦與渦輪分子(turbomolecular)幫浦。在此實施例中,低溫幫浦具有吸收水蒸氣的第一階段,但不含吸收額外氣體(如氧氣或甲烷)的第二階段。特定額外氣體的吸收可能不符合其管理規則。這些額外氣體可由渦輪分子幫浦抽出,而不在低溫幫浦的第二階段吸收。結合幫浦可用來達到適當的真空程度,且可抽吸各種氣體與蒸氣,例如氧氣、氮氣、氬氣、甲烷、氫氣等。例如,PVD室可用來沉積介電層與金屬導體層。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100...PVD室
102...上蓋組件
104...主配件
110...靶材配件
112...基底
114...磁控管組
114a、114b...磁極
115...表面
116...傳動裝置
118...靶材
118a、130a...中心
119、127...軸
122...封閉區
124...狹長閥門
126...基座
128...室體
130...基材
131...遮光盤
132...O形環
134...加熱器
136...屏蔽
138...升舉銷構件
140...置換驅動器
142...磁性元件
144...磁動裝置
148...風箱
150...圓柱模組
152...托架
154...平臺
156、184...箭頭
160...支撐系統
170...移動控制單元
180...控制器
182...介面
186...支撐面
188...電源供應器
192...底板
198...軸桿
202...上蓋組件
204...封閉區
206...間隙壁
210、212...箭頭
214、296...角度
218...距離
220...表面
222...頂面板
223...濺鍍材料流
224...滑板
225...固定板
292...高度
302...O形環
304、310...溝槽
308...周邊
309...屏蔽
312...接收區
314...內緣
316...升舉銷孔
326...直流元件
360...底件
362...指狀物件
364...可替換構件
400...PVD室
402A-402D...上蓋組件
404...凸緣
410A-410D...靶材配件
414B、414D...角度
416B、416D...高度
418B、418D...距離
500...沉積層
502...絕緣層
507...導體層
630...來源
716...脈衝程序
718、720...脈衝
822...脈衝程序
828、829...期間
H、HB
、HD
...距離/高度
A、AB
、AD
、B...角度
L、LB
、LD
...距離
第1圖為本發明一實施例之PVD室的剖面圖。
第2圖為本發明另一實施例之PVD室的剖面圖。
第3A圖為第1圖之旋轉基座的局部截面圖。
第3B圖為第1圖之基材支撐座的上視圖。
第4A與4B圖為另一PVD室的立體視圖,其具有複數個設在旋轉基座周圍的橫向偏移濺鍍靶材。
第5圖為根據本發明一態樣之多層沉積層的實施例。
第6圖為第1圖之濺鍍室中各種元件電性互連的示意圖。
第7圖為本發明一實施例之電壓脈衝程序,用來施加偏壓於第1圖的靶材。
第8圖為本發明一實施例之功率脈衝程序,用來施加偏壓於第1圖的靶材。
104...主配件
400...PVD室
402A-402D...上蓋組件
410A-410D...靶材配件
Claims (59)
- 一種物理氣相沉積反應室,用以沉積一靶材材料至一半導體晶圓基材的一表面上,該半導體晶圓基材具有一中心,該反應室包含:一室體;一可濺鍍之靶材,具有一濺鍍表面,該濺鍍表面具有一中心與一中心軸;一磁控管,位於該靶材旁,其中該磁控管具有複數個磁極,該些磁極用以在該些磁極的表面產生一總磁場強度至少為50高斯(gauss)的磁場;以及一旋轉基座,位於該室體中,且具有一基座表面,該基座表面定義出一平面且適以在相對於該靶材之一預定位置來支撐一半導體晶圓基材,其中該靶材之該濺鍍表面係相對於該基材之該中心在300毫米至400毫米之間橫向偏移;以及一控制器,適以控制該靶材之濺鍍以沉積靶材材料於該半導體晶圓基材上以形成在一電晶體之一閘極中的一層且適以於沉積該閘極層時防止電漿損害該閘極的下方材料,該閘極層具有低於100埃的厚度。
- 如申請專利範圍第1項所述之反應室,其中該磁 控管具有一中央磁極及至少一外部磁極,其中該中央磁極之磁場強度至少為該外部磁極之磁場強度的一半。
- 如申請專利範圍第1項所述之反應室,其中該控制器更適以控制該反應室內的壓力介於1毫托耳至7毫托耳(milliTorr)之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之反應室,該室體內更包含一工作氣體,該工作氣體係選自由氖氣、氬氣、氪氣、氙氣,和氖氣、氬氣、氪氣與氙氣其中二種以上氣體混合的氣體所構成之群組。
- 如申請專利範圍第1項所述之反應室,該室體內更包含一或多種反應氣體,該反應氣體選自由氮氣、氧氣、甲烷、和氨氣所構成之群組。
- 如申請專利範圍第1項所述之反應室,更包含一遮光盤,係適以遮蔽該基材,避免在一初始電漿點燃與穩定階段中的電漿碰到該基材,並進一步適以經移動而使整個該基材暴露於一反應室電漿下以沉積一膜層。
- 如申請專利範圍第1項所述之反應室,其中該控制器更適以控制偏壓該靶材的一訊號功率介於50瓦至6000瓦之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之反應室,其中該靶材的該濺鍍表面具有一實質上平行於該基座表面之該平面的中心軸。
- 如申請專利範圍第1項所述之反應室,其中該靶材的該濺鍍表面係相對於該基材之該中心而具有一實質橫向偏移,且該濺鍍表面具有一實質上垂直於該基座表面之該平面的中心軸。
- 如申請專利範圍第1項所述之反應室,其中該靶材的該中心軸相對該基座表面的該平面以介於約40度至約75度之間的一夾角而設置。
- 如申請專利範圍第1項所述之反應室,其中該靶材的該濺鍍表面相對該基座表面之該平面以介於約15度至約50度之間的一夾角而設置。
- 如申請專利範圍第1項所述之反應室,其中該靶材的該濺鍍表面的該中心相對於該基材的該中心在 300毫米至400毫米之間垂直偏移。
- 如申請專利範圍第1項所述之反應室,更包含一控溫器,係適以控制該基材溫度介於-20℃至450℃之間。
- 一種物理氣相沉積的方法,該方法包含:形成一電晶體之一閘極於一半導體晶圓基材上,該形成步驟包括:旋轉一相鄰於一靶材的磁控管;旋轉一室體內之一基座支撐面上的該半導體晶圓基材;濺鍍該靶材的一表面,以沉積一靶材材料至該基材的一表面上形成一閘極層,其中該閘極層具有低於100埃的厚度;以及於沉積該層時防止電漿損害該閘極之下方材料,該防止步驟包括相對於該基材之該表面的該中心於300毫米至400毫米之間橫向偏移該靶材的該濺鍍表面。
- 如申請專利範圍第14項所述之方法,其中該磁控管具有一中央磁極及至少一外部磁極,其中該防止步驟包括令該中央磁極之磁場強度至少為該外部 磁極之磁場強度的一半。
- 如申請專利範圍第14項所述之方法,其中該防止步驟更包含控制該室體內的壓力介於1毫托耳至7毫托耳之間。
- 如申請專利範圍第14項所述之方法,更包含於該室體內提供一工作氣體,該工作氣體係選自由氖氣、氬氣、氪氣、氙氣,和氖氣、氬氣、氪氣與氙氣其中二種以上氣體混合的氣體所構成之群組。
- 如申請專利範圍第14項所述之方法,更包含於該室體內提供一反應氣體,該反應氣體選自由氮氣、氧氣、甲烷、和氨氣所構成之群組。
- 如申請專利範圍第14項所述之方法,其中該防止步驟更包含控制偏壓該靶材的一訊號功率介於50瓦至6000瓦之間。
- 如申請專利範圍第14項所述之方法,其中該防止步驟更包含將該靶材的該濺鍍表面相對該基座支撐面之該平面以介於約0度至約90度之間的一夾角而設置。
- 如申請專利範圍第14項所述之方法,其中該靶材的該濺鍍表面具有一實質上平行於該基座支撐面之該平面的中心軸。
- 如申請專利範圍第14項所述之方法,其中該靶材的該濺鍍表面具有一實質上垂直於該基座支撐面之該平面的中心軸。
- 如申請專利範圍第14項所述之方法,其中該防止步驟更包含將該靶材的該中心軸相對該基座支撐面之該平面以介於約40度至約75度之間的一夾角而設置。
- 如申請專利範圍第20項所述之方法,其中該防止步驟更包含將該靶材的該濺鍍表面相對該基座支撐面之該平面以介於約15度至約50度之間的一夾角而設置。
- 如申請專利範圍第14項所述之方法,其中該防止步驟更包含將該靶材的該濺鍍表面之該中心相對於該基材的該中心在300毫米至400毫米之間垂直偏移。
- 如申請專利範圍第14項所述之方法,其中該磁控管具有複數個磁極,且其中該防止步驟包含令該些磁極在該些磁極的表面產生一總磁場強度至少為50高斯的磁場。
- 如申請專利範圍第14項所述之方法,更包含控制該基材溫度介於-20℃至450℃之間。
- 一種形成一電晶體之一閘極於一半導體晶圓基材上之方法,包含:形成一電晶體之一閘極於一半導體晶圓基材上,該形成步驟包括:旋轉一相鄰於一靶材的磁控管;旋轉一室體內之一基座支撐面上的該半導體晶圓基材;濺鍍該靶材的一表面,以直接沉積該閘極之一導體材料層至該閘極的一絕緣材料層上,其中該閘極導體層具有低於50奈米的厚度;以及於沉積該閘極導體層時防止電漿損害該閘極絕緣材料層,該防止步驟包括相對於該基材之該中心於300毫米至400毫米之範圍內橫向偏移該靶材的該濺鍍表面。
- 如申請專利範圍第28項所述之方法,其中該導體材料層的厚度為小於或等於40奈米。
- 如申請專利範圍第29項所述之方法,其中該導體材料層的厚度為小於或等於5奈米。
- 如申請專利範圍第28項所述之方法,其中該導體材料層為一保護層,用以保護其下方之該絕緣材料層,該方法更包含沉積一電極層至該保護層上。
- 如申請專利範圍第28項所述之方法,其中該導體材料層為一電極層,其沉積厚度為約0.2奈米至40奈米,且於該電極層與下方之該絕緣材料層之間並無一中間保護層之情況下沉積。
- 如申請專利範圍第32項所述之方法,其中該電極層的沉積厚度介於約5奈米至約10奈米之間。
- 如申請專利範圍第28項所述之方法,其中該導體材料層以介於0.01奈米/秒至4奈米/秒之間的速率沉積。
- 如申請專利範圍第34項所述之方法,其中該導體材料層以介於0.02奈米/秒至0.6奈米/秒之間的速率沉積。
- 如申請專利範圍第28項所述之方法,其中該導體材料層以介於0.1%至5%(1σ)之間的均勻度沉積。
- 如申請專利範圍第36項所述之方法,其中該導體材料層以介於約0.1%至0.8%(1σ)之間的均勻度沉積。
- 如申請專利範圍第28項所述之方法,其中該防止步驟包含將該靶材的該濺鍍表面相對該基座支撐面之該平面以介於約0度至約90度之間的一夾角而設置。
- 如申請專利範圍第38項所述之方法,其中該防止步驟包含將該靶材的該濺鍍表面相對該基座支撐面之該平面以介於約15度至約50度之間的一夾角而設置。
- 如申請專利範圍第28項所述之方法,其中該防止步驟包含將該靶材的該濺鍍表面的該中心相對於 該基材的該中心在300毫米至400毫米之間垂直偏移。
- 如申請專利範圍第28項所述之方法,其中該磁控管具有複數個磁極,且其中該防止步驟包含令該些磁極在該些磁極的表面產生一總磁場強度至少為50高斯的磁場。
- 如申請專利範圍第28項所述之方法,其中該防止步驟更包含控制偏壓該靶材的一訊號功率介於50瓦至6000瓦之間。
- 如申請專利範圍第28項所述之方法,更包含於該室體內提供一工作氣體,該工作氣體係選自由氖氣、氬氣、氪氣、氙氣,和氖氣、氬氣、氪氣與氙氣其中二種以上氣體混合的氣體所構成之群組。
- 如申請專利範圍第28項所述之方法,更包含於該室體內提供一反應氣體,該反應氣體係選自由氮氣、氧氣、甲烷、和氨氣所構成之群組。
- 如申請專利範圍第28項所述之方法,更包含控制該基材的溫度介於-20℃至450℃之間。
- 一種形成一電晶體之一閘極於一半導體晶圓基材上之方法,包含:形成一電晶體之一閘極於一半導體晶圓基材上,該形成步驟包括:旋轉一相鄰於一靶材的磁控管;旋轉一室體內之一基座支撐面上的該半導體晶圓基材;以及濺鍍該靶材的一表面,以沉積該閘極的一絕緣材料層至該基材上,其中該閘極層具有低於100埃的厚度;以及於沉積該層時防止電漿損害該閘極之下方材料,該防止步驟包括相對於該基材之該中心於300毫米至400毫米之間橫向偏移該靶材的該濺鍍表面之該中心。
- 如申請專利範圍第46項所述之方法,其中該絕緣材料層的厚度為小於或等於5奈米。
- 如申請專利範圍第46項所述之方法,其中該防止步驟包含以介於0.01奈米/秒至4奈米/秒之間的速率沉積該絕緣材料層。
- 如申請專利範圍第48項所述之方法,其中該防止步驟包含以介於0.02奈米/秒至0.6奈米/秒之間的速率沉積該絕緣材料層。
- 如申請專利範圍第46項所述之方法,其中該絕緣材料層的厚度大於5奈米。
- 如申請專利範圍第46項所述之方法,其中該絕緣材料層以介於約0.1%至5%(1σ)之間的均勻度沉積。
- 如申請專利範圍第51項所述之方法,其中該絕緣材料層的以約0.8%(1σ)或更佳的均勻度沉積。
- 如申請專利範圍第46項所述之方法,其中該防止步驟更包含將該靶材的該濺鍍表面相對該基座支撐面之該平面以介於約15度至約50度之間的一夾角而設置。
- 如申請專利範圍第46項所述之方法,其中該防止步驟更包含將該靶材的該濺鍍表面之該中心相對於該基材的該中心在300毫米至400毫米之間垂直偏移。
- 如申請專利範圍第46項所述之方法,其中該磁控管包括複數個磁極,且其中該防止步驟更包含令該些磁極在該些磁極的表面產生一總磁場強度至少為50高斯的磁場。
- 如申請專利範圍第46項所述之方法,其中該防止步驟更包含控制偏壓該靶材的一訊號功率介於50瓦至6000瓦之間。
- 如申請專利範圍第46項所述之方法,更包含於該室體內提供一工作氣體,該工作氣體係選自由氖氣、氬氣、氪氣、氙氣,和氖氣、氬氣、氪氣與氙氣其中二種以上氣體混合的氣體所構成之群組。
- 如申請專利範圍第46項所述之方法,更包含於該室體內提供一反應氣體,該反應氣體係選自由氮氣、氧氣、甲烷、和氨氣所構成之群組。
- 如申請專利範圍第46項所述之方法,更包含控制該基材的溫度介於-20℃至450℃之間。
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