TWI632246B - 用於反應性再濺射介電材料的ｐｖｄ腔室中之腔室糊貼方法 - Google Patents

Abstract

根據實施例提供利用物理氣相沉積腔室來形成介電膜的方法。特別係可進行糊貼製程，以將導電塗層塗鋪至物理氣相沉積腔室的內面。糊貼製程可在調整的製程參數下進行，例如增加間隔及/或提高腔壓。調整參數容許導電塗層更高效率及有效地形成。

Description

用於反應性再濺射介電材料的PVD腔室中之腔室糊貼方法

本發明實施例係關於在物理氣相沉積腔室中處理基板的設備和方法。特別地，本發明實施例係關於糊貼物理氣相沉積腔室的內面。

在半導體處理中，物理氣相沉積(PVD)係常用於沉積薄膜的製程。PVD製程一般包括以電漿離子轟擊靶材，靶材包含來源材料，以自靶材濺射來源材料。接著透過電壓偏壓，使射出的來源材料加速朝向待處理基板，從而與或不與其他反應物反應而沉積來源材料。

近年來，PVD製程越來越常取代化學氣相沉積(CVD)來沉積介電材料。相較於CVD形成的介電膜，PVD形成的介電膜有較少污染，故品質較佳。

然在PVD腔室中沉積介電材料會伴隨發生PVD腔室的內面慢慢塗覆上非導電性介電材料。由於在處理期間， PVD腔室的內部屏蔽係當作系統陽極，故內面上的介電塗層將造成電路阻抗與電壓分布改變。介電塗層亦會改變PVD腔室內的電漿分布，以致不當影響沉積速率和膜厚的均勻度。最後，介電塗層甚至會導致電路岔斷及隱匿陽極問題。

因此，需要在沉積介電材料期間維持PVD腔室內面的設備和方法。

本發明實施例提供將導電層糊貼至PVD腔室內面的方法，用以沉積介電材料至基板上。

本發明的一實施例提供形成介電材料的方法。方法包括在物理氣相沉積腔室中，利用電漿來濺射靶材，以沉積介電材料至一或更多基板上，基板置於基板支撐件上、將遮盤放置到基板支撐件上、調整基板支撐件與靶材的間隔和腔壓的至少一者，及藉由濺射靶材或遮盤，以將導電層糊貼至物理氣相沉積腔室的內面。

本發明的另一實施例提供形成介電材料的方法。方法包含使反應氣體和鈍氣流入物理氣相沉積腔室，物理氣相沉積腔室具有靶材，靶材包含導電材料、產生反應氣體和鈍氣的電漿，以利用反應性濺射，濺射靶材及沉積介電膜至基板上，基板置於物理氣相沉積腔室中的基板支撐件上、停止流入反應氣體、調整腔壓和基板支撐件與靶材的間隔的至少一者，及產生鈍氣的電漿，以濺射靶材及將導電膜糊貼至物理氣相沉積腔室的內面。

本發明的又一實施例提供形成介電材料的方法。方 法包含使鈍氣流入物理氣相沉積腔室，物理氣相沉積腔室具有靶材，靶材包含介電材料、產生鈍氣的電漿，以濺射靶材及沉積介電膜至基板上，基板置於物理氣相沉積腔室中的基板支撐件上、將第一遮盤放置到靶材上、將第二遮盤放置到基板支撐件上、調整腔壓和基板支撐件與靶材的間隔的至少一者，及產生鈍氣的電漿，以濺射第一遮盤或第二遮盤，及將導電膜糊貼至物理氣相沉積腔室的內面。

100‧‧‧物理氣相沉積腔室

110‧‧‧腔壁

112‧‧‧室蓋

114‧‧‧腔底

116‧‧‧處理容積

118‧‧‧泵抽系統

120‧‧‧基板支撐件

122‧‧‧基板

124‧‧‧靶材

126‧‧‧絕緣體

128‧‧‧屏蔽組件

130‧‧‧氣源

132‧‧‧功率源

134‧‧‧磁控管

136‧‧‧流量控制器

138‧‧‧功率源/磁鐵

140‧‧‧框架

142‧‧‧軸桿

144‧‧‧中心軸

146‧‧‧電漿

148‧‧‧正面

150‧‧‧內面

152、154‧‧‧間隔

156‧‧‧遮盤

158‧‧‧接觸表面

160‧‧‧電漿

200‧‧‧方法

210、220、230、240‧‧‧方塊

300‧‧‧物理氣相沉積腔室

310‧‧‧靶材

312‧‧‧電漿

314‧‧‧正面

320、330‧‧‧遮盤

400‧‧‧方法

410、420、430、440、450‧‧‧方塊

為讓本發明的上述概要特徵更明顯易懂，可配合參考實施例說明，部分實施例乃圖示在附圖。然應注意所附圖式僅說明本發明典型實施例，故不宜視為限定本發明範圍，因為本發明可接納其他等效實施例。

第1A圖係根據本發明一實施例的物理氣相沉積腔室截面側視圖，物理氣相沉積腔室處於基板處理位置。

第1B圖係根據本發明一實施例，第1A圖物理氣相沉積腔室的截面側視圖，物理氣相沉積腔室處於腔室糊貼位置。

第2圖係利用物理氣相沉積腔室來反應性濺射沉積介電膜的方法流程圖。

第3圖係根據本發明一實施例的物理氣相沉積腔室截面側視圖，物理氣相沉積腔室處於腔室糊貼位置。

第4圖係利用物理氣相沉積腔室來濺射沉積介電膜 的方法流程圖。

為助於瞭解，盡可能以相同的元件符號代表各圖中 共同的相似元件。應理解某一實施例所述的元件和特徵當可有益地併入其他實施例，在此不另外詳述。

本發明實施例提供利用物理氣相沉積腔室來沉積介電材料的方法。更特別地，本發明實施例提供將導電材料糊貼至物理氣相沉積腔室內面的方法，用以沉積介電材料。根據本發明一實施例，沉積介電膜至複數個基板上後，進行糊貼製程，以將導電塗層塗鋪於物理氣相沉積腔室的內面。根據本發明實施例的糊貼製程可在調整的製程參數下進行，例如增加間隔及/或提高腔壓。調整參數容許導電塗層更高效率及有效地形成。本發明實施例可偕同使用包含導電材料的靶材或包含非導電性介電材料的靶材。

第1A圖係根據本發明一實施例，物理氣相沉積腔室100的截面側視圖，物理氣相沉積腔室處於基板處理位置。物理氣相沉積腔室100包括界定處理容積116的腔壁110、室蓋112和腔底114。介電絕緣體126使腔壁110與室蓋112電子絕緣。處理時，處理容積116可由泵抽系統118維持呈真空狀態。腔壁110、室蓋112和腔底114可由導電材料組成，例如鋁和不鏽鋼。介電絕緣體126設在室蓋112與腔壁110之間。操作時，腔壁110和腔底114可電氣接地。

基板支撐件120設在處理容積116內，用以支撐基 板122。射頻(RF)功率源132耦接至基板支撐件120，以固定基板支撐件120上的基板122。基板支撐件120可於處理容積116中垂直移動，以供基板處理和基板傳送用。

靶材124裝設在室蓋112上且面向基板支撐件120。 靶材124包括處理時待沉積至基板122上的材料。直流(DC)功率源138耦接至靶材124。操作時，DC功率源138用於產生負電壓或偏壓至靶材124。DC功率源138可為脈衝式功率源。在一實施例中，靶材124由一或更多導電材料組成，以藉由反應性濺射來形成介電材料。在一實施例中，靶材124包括金屬或合金。

屏蔽組件128設在處理容積116內。屏蔽組件128 圍繞靶材124和放在基板支撐件120上的基板122，以留住裡面的處理化學品，及保護腔壁110、腔底114和其他腔室部件的內面。在一實施例中，操作時，屏蔽組件128電氣接地。

氣源130流體連接至處理容積116，以提供一或更 多處理氣體。流量控制器136耦接在氣源130與處理容積116之間，以控制輸送到處理容積116的氣流。

磁控管134從外面設在室蓋112上。磁控管134包 括複數個磁鐵138。磁鐵138於靶材124的正面148附近的處理容積116內產生磁場，進而產生電漿146，使大量離子通量撞擊靶材124，以濺射出靶材材料。磁鐵138可旋轉或線性掃描靶材，以提高靶材124的正面148各處的磁場均勻度。如第1A圖所示，複數個磁鐵138裝設在框架140上，框架140連接至軸桿142。軸桿142軸向對準基板支撐件120的中心軸 144，使得磁鐵138繞著中心軸144旋轉。

物理氣相沉積腔室100可用於沉積介電膜。第1A圖圖示處於處理位置的物理氣相沉積腔室100，以沉積介電膜至基板122上。沉積期間，包括反應氣體與鈍氣的氣體混合物從氣源130輸送到處理容積116。靶材124的正面148附近形成的電漿146包括鈍氣與反應氣體的離子。電漿146中的離子撞擊靶材124的正面148，以濺射導電材料，導電材料與反應氣體反應而於基板122上形成介電材料。

視待形成於基板122上的介電材料而定，靶材124可由金屬組成，例如鋁、鉭、鉿、鈦、銅、鈮或上述物質合金。反應氣體可包括氧化劑、氮化劑或其他反應氣體。根據本發明一實施例，反應氣體包括用於形成金屬氧化物的氧氣或用於形成金屬氮化物的氮氣。鈍氣可為氬氣。

沉積時，基板支撐件120與靶材124的間隔152係配置以達成預定沉積速率及/或膜均勻度。在一實施例中，若基板122的直徑為約300毫米(mm)，則間隔152可為約50mm至約80mm。

沉積製程期間，介電材料亦會形成在物理氣相沉積腔室100的內面，例如屏蔽組件128的內面150。內面150上的介電材料會不當影響沉積製程。根據本發明實施例，可週期性沉積導電膜至物理氣相沉積腔室100的內面，例如內面150上，以避免操作期間形成的介電材料所造成的不當影響。例如，可在物理氣相沉積腔室100處理約20個至50個基板後，進行糊貼製程。

第1B圖係根據本發明一實施例，物理氣相沉積腔室 100的截面側視圖，物理氣相沉積腔室處於腔室糊貼位置。根據本發明一實施例，利用惰性處理氣體(例如氬氣)的離子來濺射靶材124，以於屏蔽組件128的內面150上形成導電塗層。糊貼製程期間，停止流入反應氣體，氣源130只輸送鈍氣至處理容積116。在靶材124附近產生鈍氣電漿160，以自靶材124濺射導電材料，及於內面150上形成導電塗層。根據本發明實施例，可調整一或更多製程參數，以從沉積製程轉換成糊貼製程。

根據本發明實施例，從沉積製程到糊貼製程時，增 加基板支撐件120與靶材124的間隔。如第1B圖所示，糊貼製程採用增大間隔154，使糊貼材料得以覆蓋較大的內面表面積。糊貼製程用間隔154與沉積製程用間隔的比率可為大於1.0至小於2.0。在一實施例中，間隔154與間隔152的比率為約1.5。在一實施例中，降低基板支撐件120，使靶材124與基板支撐件120間於糊貼時有最大間隔。可單獨或結合其他調整來調整間隔。

根據本發明實施例，從沉積製程到糊貼製程時，提 高腔壓。提高腔壓將使糊貼膜有較大厚度。糊貼製程用腔壓與沉積用腔壓的比率可為大於1.0至約50。例如，沉積用腔壓可為約2毫托耳至約3毫托耳，糊貼用腔壓可為約20毫托耳至約100毫托耳。可單獨或結合上述間隔調整來調整腔壓。

在糊貼製程之前，可將遮盤156放置到基板支撐件120上，以保護基板支撐件120的基板接觸表面158。遮盤156 可由機械強度足以抵抗變形的材料組成，變形係因糊貼製程時形成塗層所致。用於遮盤156的材料也可很輕而方便讓基板搬運件操縱。在一實施例中，遮盤156由鋁、鋁合金、鋁矽合金或其他適合材料組成。

物理氣相沉積腔室100的導電靶材124可兼作處理 期間沉積介電材料至基板上及將導電層糊貼至物理氣相沉積腔室100內面的來源。在不使用附加來源的情況下，很容易進行糊貼製程。

第2圖係根據本發明一實施例，利用物理氣相沉積 腔室來反應性濺射沉積介電膜的方法200的流程圖。方法200可在第1A圖至第1B圖所示物理氣相沉積腔室中進行。

在方塊210中，在物理氣相沉積腔室中，藉由反應 性濺射，以沉積介電膜至一或更多基板上。介電膜係藉由濺射物種與輸送到物理氣相沉積腔室的一或更多反應氣體反應而形成，濺射物種出自物理氣相沉積腔室中的靶材。靶材可由導電材料組成，例如金屬或合金。靶材中的導電材料可用於糊貼製程。

沉積期間，包括反應氣體與鈍氣的氣體混合物從氣 源輸送到物理氣相沉積腔室。於靶材正面附近形成電漿。電漿中的離子撞擊靶材正面，以自靶材濺射導電材料。在腔室中，濺射出的導電材料與反應氣體反應而於待處理基板上形成介電材料。

介電膜可包括金屬氮化物、金屬氧化物或上述物質 組合物。靶材可包括鋁、鉭、鉿、鈦、銅、鈮或上述物質合 金。反應氣體可包括氧化劑、氮化劑或其他反應氣體。鈍氣可為氬氣。

沉積時，若基板的直徑為約300mm，則基板支撐件 的基板支撐表面與靶材正面的間隔可為約50mm至約80mm。腔壓可為約2毫托耳至約3毫托耳。

可在物理氣相沉積腔室中連續形成介電膜至複數個 待處理基板上。待連續處理的基板數量取決於物理氣相沉積腔室的內面狀況。在一實施例中，複數個待連續處理的基板數量為約20個至約50個。若有足夠的介電材料形成在內面，則可進行糊貼製程，以於內面上沉積導電塗層，及恢復內面的導電性和其他性質。

在方塊220中，將遮盤(例如第1A圖至第1B圖的 遮盤156)放置到基板支撐件上來代替待處理基板，以保護基板支撐件的基板支撐表面。

在方塊230中，單獨或結合糊貼製程來調整一或更 多製程參數。增加基板支撐件的基板支撐表面與靶材正面的間隔，使待糊貼內面更加暴露於處理環境。糊貼製程用間隔與沉積製程用間隔的比率可為大於1.0至小於2.0。在一實施例中，間隔與間隔的比率為約1.5。或者，可降低基板支撐件，以於糊貼時獲得最大間隔。

可於從沉積製程到糊貼製程時，提高腔壓。提高腔 壓將使糊貼膜有較大厚度。糊貼製程用腔壓與沉積用腔壓的比率可為大於1.0至約50。例如，沉積用腔壓可為約2毫托耳至約3毫托耳，糊貼用腔壓可為約20毫托耳至約100毫托 耳。在一實施例中，在方塊230中，調整間隔和腔壓。

在方塊240中，只利用惰性處理氣體的離子來濺射 靶材，以沉積導電層至基板的內面。糊貼時，停止流入供應到物理氣相沉積腔室的反應氣體。糊貼期間，只供應物理氣相沉積腔室鈍氣，例如氬氣。糊貼時，為維持提高的腔壓，亦可增加鈍氣流率。在靶材附近產生鈍氣電漿，以自靶材濺射導電材料。濺射出的導電材料落在物理氣相沉積腔室的內面而形成導電塗層。

進行方塊240的糊貼製程後，自基板支撐件移除遮 盤，及如方塊210所述，連續處理複數個基板。

第3圖係根據本發明另一實施例，物理氣相沉積腔 室300的截面側視圖。物理氣相沉積腔室300類似第1A圖至第1B圖所示物理氣相沉積腔室100，除了物理氣相沉積腔室300包括複合靶材310，用以沉積介電材料至基板上。複合靶材310不具導電性。DC功率源138耦接至室蓋112。沉積製程期間，輸送鈍氣至腔室容積116，且在靶材310的正面314附近形成電漿312。電漿312中的離子撞擊靶材310的正面314，以濺射複合材料，複合材料落在待處理基板上而於基板上形成介電材料。

靶材310可由金屬氧化物、金屬氮化物或上述物質 組合物組成。靶材310可包括鋁、鉭、鉿、鈦、銅、鈮或其他適合金屬的氮化物或氧化物。靶材310可由複合材料組成，例如氧化銦錫(ITO)和Ge₂Sb₂Te₅(GST)。

沉積時，一些介電材料會形成在物理氣相沉積腔室 300的內面150而不當影響沉積製程。根據本發明實施例，可週期性沉積導電膜至物理氣相沉積腔室300的內面，例如內面150上，以避免操作期間形成的介電材料所造成的不當影響。例如，可在物理氣相沉積腔室300處理約20個至50個基板後，進行糊貼製程。

第3圖圖示處於糊貼位置的物理氣相沉積腔室300。糊貼期間，遮盤330放置在靶材310上，以防止任何導電材料沉積形成於靶材310上。遮盤320放置在基板支撐件120上，以保護基板支撐表面156。

由於靶材310並非由導電材料組成，故糊貼製程可使用個別來源。在一實施例中，遮盤320、330之一用作形成導電塗層至內面150的來源。

在一實施例中，遮盤330做為導電塗層的來源。糊貼期間，氣源130輸送鈍氣至處理容積116。在遮盤330附近產生鈍氣電漿312，以自遮盤330濺射導電材料，及於內面150上形成導電塗層。做為導電來源時，遮盤330可由一或更多金屬組成，例如鋁、鉭、鉿、鈦、銅、鈮或其他適合金屬。在一實施例中，遮盤330由鋁或鋁合金組成。

在另一實施例中，置於基板支撐件120上的遮盤320做為導電塗層的來源。糊貼製程期間，氣源130輸送鈍氣至處理容積116。物理氣相沉積腔室300受到反向偏壓，使得由鈍氣產生的電漿中的離子撞擊遮盤320，以自遮盤320濺射導電材料。做為導電來源時，遮盤320可由一或更多金屬組成，例如鋁、鉭、鉿、鈦、銅、鈮或其他適合金屬。在一實施例 中，遮盤320由鋁或鋁合金組成。

類似物理氣相沉積腔室100所進行的糊貼製程，可 單獨或結合糊貼物理氣相沉積腔室300來調整一或更多製程參數。特別地，糊貼時，可增加間隔及/或腔壓。

第4圖係利用物理氣相沉積腔室來濺射沉積介電膜 的方法400的流程圖，該物理氣相沉積腔室類似物理氣相沉積腔室300。

在方塊410中，在物理氣相沉積腔室中，藉由濺射， 以沉積介電膜至一或更多基板上。介電膜係藉由利用鈍氣(例如氬氣)的離子來撞擊由介電材料組成的靶材而形成。

沉積期間，鈍氣從氣源輸送到物理氣相沉積腔室。 在靶材的正面附近形成電漿。電漿中的離子撞擊靶材正面，以濺射介電材料，濺射出的介電材料接著形成介電材料至待處理基板上。

介電膜可包括金屬氮化物、金屬氧化物或上述物質 組合物。靶材可包括鋁、鉭、鉿、鈦、銅、鈮或上述物質合金的氧化物或氮化物。

沉積時，若基板的直徑為約300mm，則基板支撐件

的基板支撐表面與靶材正面的間隔可為約50mm至約80mm。腔壓可為約2毫托耳至約3毫托耳。

可在物理氣相沉積腔室中連續形成介電膜至複數個

待處理基板上。若有足夠的介電材料形成在內面，則可進行糊貼製程，以於內面上沉積導電塗層，及恢復內面的導電性和其他性質。

在方塊420中，將第一遮盤放置到基板支撐件上來代替待處理基板，以保護基板支撐件的基板支撐表面。

在方塊430中，將第二遮盤放置到靶材上，以防止任何導電材料於糊貼時沉積至靶材上。

在方塊440中，類似方塊230，單獨或結合糊貼製程來調整一或更多製程參數。增加基板支撐件的基板支撐表面與靶材正面的間隔，使待糊貼內面更加暴露於處理環境。可於從沉積製程到糊貼製程時，提高腔壓。

在方塊450中，只利用惰性處理氣體的離子來濺射第一遮盤或第二遮盤，以沉積導電層至基板的內面。附近鈍氣電漿中的離子撞擊第一或第二遮盤，以自第一或第二遮盤濺射導電材料。濺射出的導電材料落在物理氣相沉積腔室的內面而形成導電塗層。

雖然以上係針對本發明實施例說明，但在不脫離本發明基本範圍的情況下，當可策劃本發明的其他和進一步實施例，因此本發明範圍視後附申請專利範圍所界定者為準。

Claims (17)

1. 一種形成一介電材料的方法，包含：在一基板上沉積該介電材料，該基板放置在一物理氣相沉積腔室的一基板支撐件上，該物理氣相沉積腔室具有用於沉積該介電材料的一靶材，此時該基板支撐件與該靶材之間的一間隔等於一沉積間隔；將一遮盤放置到該基板支撐件上；及藉由濺射該靶材或該遮盤，以將一導電層糊貼至該物理氣相沉積腔室的多個內面，此時該基板支撐件與該靶材之間的該間隔等於一糊貼間隔，其中，該糊貼間隔大於該沉積間隔。
2. 如請求項1所述之方法，其中糊貼期間的該糊貼間隔與該沉積間隔的比率為約大於1.0至約2.0。
3. 如請求項1所述之方法，進一步包含在糊貼該導電層時，將腔壓自一沉積壓力提高至一糊貼壓力。
4. 如請求項3所述之方法，其中該糊貼壓力與該沉積壓力的一比率為約大於1.0至約50。
5. 如請求項1所述之方法，其中該靶材包含一導電材料，且沉積該介電材料的進行係使用一由一處理氣體活化的電漿來反應性濺射該靶材，該處理氣體包含一反應氣體。
6. 如請求項5所述之方法，其中糊貼該導電層包含使用一由一鈍氣活化的電漿來濺射該靶材，以濺射該導電材料。
7. 如請求項5所述之方法，其中該靶材由鋁、鉭、鉿、鈦、銅、鈮或上述物質合金組成。
8. 如請求項5所述之方法，其中該反應氣體包含氧及/或氮。
9. 如請求項1所述之方法，其中該靶材包含一介電材料，且沉積該介電材料的進行係使用一由一鈍氣活化的電漿來濺射該靶材。
10. 如請求項9所述之方法，進一步包含在糊貼一導電層前，將一附加遮盤放置到該靶材的一表面。
11. 如請求項10所述之方法，其中該附加遮盤由一導電材料組成，且糊貼該導電層包含以該鈍氣的離子撞擊該附加遮盤。
12. 如請求項10所述之方法，其中該遮盤由一導電材料組成，且糊貼該導電層包含使該鈍氣的離子撞擊該遮盤。
13. 一種形成一介電材料的方法，包含：使一反應氣體和一鈍氣流入一物理氣相沉積腔室，該物 理氣相沉積腔室具有一靶材，該靶材包含一導電材料；產生該反應氣體和該鈍氣的一電漿，以利用反應性濺射，濺射該靶材及沉積一介電膜至一基板上，該基板置於該物理氣相沉積腔室中的一基板支撐件上，此時該基板支撐件與該靶材之間的一間隔等於一沉積間隔；停止流入該反應氣體；產生該鈍氣的一電漿，以濺射該靶材及將一導電膜糊貼至該物理氣相沉積腔室的多個內面，此時該基板支撐件與該靶材之間的該間隔等於一糊貼間隔，其中，該糊貼間隔大於該沉積間隔。
14. 如請求項13所述之方法，進一步包含將腔壓自一沉積壓力提高至一糊貼壓力。
15. 一種形成一介電材料的方法，包含：使一鈍氣流向一物理氣相沉積腔室，該物理氣相沉積腔室具有一靶材，該靶材包含一介電材料；產生該鈍氣的一電漿，以濺射該靶材及沉積一介電膜至一基板上，該基板置於該物理氣相沉積腔室中的一基板支撐件上，此時該基板支撐件與該靶材之間的一間隔是一沉積間隔；將一第一遮盤放置到該靶材上；將一第二遮盤放置到該基板支撐件上；將該基板支撐件與該靶材之間的該間隔自該沉積間隔增 加至一糊貼間隔；及在該糊貼間隔產生該鈍氣的一電漿，以濺射該第一遮盤或該第二遮盤，及將一導電膜糊貼至該物理氣相沉積腔室的多個內面。
16. 如請求項15所述之方法，進一步包含提高用於糊貼該導電膜的腔壓。
17. 如請求項15所述之方法，其中產生一電漿包含利用一磁控管，該磁控管設在該靶材上。