TWI224345B - Ion coil and ion metal plasma physical vapor deposition equipment for improving deposition film uniformity of semiconductor chip - Google Patents

Description

1224345 五、發明說明（1) 發明所屬之技術領域 本發明係有關於一種改善半導體晶片沉積薄膜均勻度 之電離子線圈，使用於離子金屬電漿物理氣相沉積設備， 特別係有關一種藉由在該線圈兩端邊緣設置幾何形狀傾 斜，而使該線圈主體投影在該半導體晶片表面上為一封閉 的環形之電離子線圈，該電離子線圈在其間隙亦能有效提 供薄膜沉積所需電磁力，因而可以改善半導體晶片所沉積 薄膜之均勻度。 先前技術 離子金屬電漿物理氣相沉積設備係使用於離子金屬電 漿物理氣相沉積製程，如第1圖所示，為習知之離子金屬 電漿物理氣相沉積設備1，包含有一真空艙11，一電離子 線圈1 2，一高頻交流電壓裝置1 3，一金屬靶1 4，一半導體 晶片承座1 5，此承座上放置半導體晶片；此習知離子金屬 電漿物理氣相沉積設備不同於一般物理氣相沉積設備之處 主要是多了此一電離子線圈12，其設於此一真空艙11内且 位於此一金屬靶1 4與此一半導體晶片承座1 5之間，並使用 與金屬靶1 4相同的材質，在離子金屬電漿物理氣相沉積製 程中，由此一高頻交流電壓裝置1 3施加於電離子線圈1 2之 上，可增加此一真空艙1 1内氣體與此一金屬靶1 4所打下的 金屬原子間有更多碰撞機會，誘導更多金屬離子化帶電， 而使該等帶電之金屬離子在半導體晶片形成之金屬薄膜具 有較佳的填洞能力。

0503 -9538twf(nl);tsmc2002-0969;Albert.ptd 第6頁 1224345 五、發明說明（2) 隨著半導體製程演進，元件尺寸愈縮愈小， 沉積均勾的填在整個溝槽壁更為不易，故具=金屬 力的離子金屬電漿物理氣相沉備比一般物^ =洞能 設備更能應付高充填比的需求； 乳相沉積 離子金屬電漿物理氣相沉備因電離 而具有較佳的填洞能力，但也產生另-個問題用 子，圏本身會導致半導體積 ^離 為習知之離子全屬== 爹圖；如圖所示 子線圈12在沉；氣相沉積設備一習知電離 ^ ^ 」輊中由向頻交流電裝置1 3提供交产雷

亚弟一^1流電源連結部1 2 1及第二交流電源連^部 122進入此一電離子線圈j 斤運一P 封閉形狀方能構成兩端雷、、A文此電难子、，泉圈1 2必然為非 端之間存在-間^此:回路。非封閉之電料 影在該半導體晶片表面時S隙1 23造成電離子線圈垂直投 體晶片在該環形缺口處附、斤能形成封閉之環形，致使半導 方為薄，而產生晶片沉積;積的薄膜厚度遠較其他地 上述厚度不均勻的情：:寻朕厚度不均的問題。 產時良率的主因之—。因;住往超出製程標準，是影響量 隙123所造成薄膜厚度不均何改善此電離子線圈Μ之間 重要課題。 〜9的情形實為生產技術中之一 發明内容 離子金屬電漿物理氣相、_ 、相〉儿積（IMP PVD)設備因電離子

0503-9538twf(nl);tsmc2002-0969;Albert.ptd

1224345 五、發明說明（3) 線圈的使用而具有比一般物理氣相設備更好的向下填洞能 力，但因為電離子線圈形狀上有一間隙，造成在間隙處沒 有電離子線圈提供電磁力而導致此處沉積厚度不足，影響 整體薄膜沉積厚度不均勻，往往是影響製程良率的主要原 因之一，有鑑於此，本發明提供一種電離子線圈的設計方 式，此方式是藉由在電離子線圈兩端邊緣設置幾何形狀傾 斜，如此一來該線圈主體投影在該半導體晶片表面為一封 閉之環形，而使線圈在間隙亦能有效提供薄膜沉積所需電 磁力。由此方式所設計之複數種電離子線圈均能有效提高 半導體晶片沉積薄膜的均勻度。 為了讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易 懂，下文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖示，作詳細 說明如下： ^ 實施方式 本發明提出一種電離子線圈係藉由在該線圈兩端邊緣 設置幾何形狀傾斜而達成提高薄膜均勻度之目的，以下列 舉本發明幾個較佳之實施例加以說明。 第一實施例： 為明顯區別本發明之第一實施例與傳統技術之差異， 茲分別說明第2a圖及第2 b圖之傳統電離子線圈與第3a圖及 第3 b圖之第一實施例，以進行比較。傳統電離子線圈之上 視圖如第2 a圖所示，側視圖如第2 b圖所示，該線圈包括一 線圈主體2，為一長條形狀而具有一第一端部以及一第二

0503-9538twf(nl);tsmc2002-0969;Albert.ptd 第 8 頁 1224345 五、發明說明（4) 端部，該第一端部具有一第一端 第二端面2 5， 23 ，由第2b圖 該第二端面2 5 半導體晶片表 發明之第一實 圖所示，第一 具有一第一端 端面34，該第 該第二端部之 第一實施例之 傾斜面，此傾 面成為如第3 a 的薄膜，其原 以說明。第2 c 隙附近的磁場 間隙處其垂直 現此一區域之 遠比其他有線 例沿第3 b圖之 度分佈，由於 因此第3 c圖的 央部份是慢慢 的垂直劇減， 且於第一端部與該 傳統電離 ，因此該 圖所示並 視圖如第 可發現該 為垂直面 面如第2 a 施例之上 實施例包括一線圈 部以及 面2 4，該第二端部具有一 第二端部之間存在一間隙 子線圈之該第一端面2 4與 傳統電離子線圈投影在該 不能產生封閉之環形。本 3a圖所示，侧視圖如第3b 主體3，為一長條形狀而 端部，該第一端部具有一第 一端部具有一弟 間存在一 該第一端 斜能夠使 圖所示之 理之解釋 圖為傳統 強度與薄 方向上下 磁場強度 圈分佈區 間隙33， 面3 4與該 該線圈主 封閉環形 可由第2c 電離子線 膜沉積厚 均沒有線 極弱，薄 域為薄； 側面在其間隙附近 第一實施例第一端 磁場強度 遞減而非 另外在間 在間隙之 第2 c圖傳 隙中央因 端面3 5，且 由第3b圖可 第二端面3 5 體投影在該 ，因而可以 圖與第3c圖 圈沿第2b圖 度分佈，由 圈分佈，所 膜於此間隙 再比較第3 c 的磁場強度 面34及第二 分佈從兩端 統式電離子 其上下方依 於第一 發現本 為相互 半導體 沉積厚 之圖形 之侧面 第2b圖 以第2c 下方沉 圖為第 與薄膜 端面3 5 面起往 線圈磁 然有來 端部與 發明之 平行之 晶片表 度均勻 比較加 在其間 可知在 圖可發 積厚度 一實施 沉積厚 傾斜， 間隙中 場強度 自線圈

0503-953Stwf(nl);tsmc2002-0969;Albert.ptd 第9頁 1224345 五、發明說明（6) 二端部之間存在一間隙5 3。該第一端面5 4具有中間之垂直 面以及上面與下面相互平行之兩傾斜面，該第二端面5 5形 狀相同於該第一端面5 4，且與該第一端面5 4相互平行。第 三實施例亦能夠使該線圈主體投影在該半導體晶片表面成 為如第5 a圖所示之封閉環形，因而可以沉積厚度均勻的薄 膜。第5 c圖為第二實施例沿第5 b圖之侧面在其間隙附近的 磁場強度與薄膜沉積厚度分佈；由第5 c圖可知第三實施例 的設計方式一樣可使間隙保持磁場強度，其優點是磁場強 度有明顯弱化的區域較窄，缺點是在間隙中央的磁力較 弱。 第四實施例： 第6a圖及第6b圖分別為第四實施例之上視圖及侧視 圖。第四實施例包括一線圈主體6，為一長條形狀而具有 一第一端部以及一第二端部，該第一端部具有一第一端面 6 4，該第二端部具有一第二端面6 5，且於第一端部與該第 二端部之間存在一間隙6 3。該第一端面6 4為一曲面且與該 第二端面6 5相互平行。第四實施例亦能夠使該線圈主體投 影在該半導體晶片表面成為如第6 a圖所示之封閉環形，因 而可以沉積厚度均勻的薄膜。第6c圖為第二實施例沿第6b 圖之侧面在其間隙附近的磁場強度與薄膜沉積厚度分佈； 由第6 c圖可知第四實施例的設計方式一樣可使間隙保持磁 場強度，於間隙中央可由線圈之左右兩端面提供一定強度 的磁場而不致有磁力喪失情形。其優點是間隙中央的磁力 有特別加強效果，而缺點則是該間隙磁場強度明顯弱化之

0503-9538twf(nl);tsmc2002-0969;Albert.ptd 第11頁 本發明有以下幾 1224345 五、發明說明（7) 區域較寬。 綜上所述 一、 提供一種簡易且有效的 理氣相沉積製程中由離子金屬電 離子線圈所產生薄膜厚度不均勻 任何其他部份就可以達成上述目 二、 可依不同製程需求選擇 之電離子線圈，例如第三實施例 區域較窄但在間隙中央的磁力則 隙中央的磁力較強，但磁場強度 寬。 雖然本發明已以四個較佳之 非用以限定本發明，任何熟悉本 明之精神和範圍内，當可做更動 護範圍當視後附之申請專利範圍 點優點： 方法可以改善離子金屬物 漿物理氣相沉積設備之電 問題，無需改變該設備中 的。 使用本方法不同概念設計 可使磁場強度有明顯弱化 較弱，第四實施例可使間 有明顯弱化區域就會比較 實施例揭露如上，然其並 項技藝者，在不脫離本發 和潤飾，因此本發明之保 所界定者為準。

0503-9538twf(nl); tsmc,2002-0969;Albert .ptd 第12頁 1224345 圖式簡單說明 第1圖為習知之離子金屬電漿物理氣相沉積設備示意 圖； 第2 a圖為習知之傳統電離子線圈之上視圖； 第2b圖為習知之傳統電離子線圈之侧視圖； 第2 c圖為習知之傳統電離子線圈沿第2 b圖之此線圈側 面在其缺口區域附近的磁場強度與薄膜沉積厚度分佈； 第3 a圖為本發明之第一實施例之上視圖； 第3b圖為本發明之第一實施例之侧視圖； 第3c圖為本發明之第一實施例沿第3b圖之此線圈側面 在其間隙附近的磁場強度與薄膜沉積厚度分佈； 第4a圖為本發明之第二實施例之上視圖； 第4b圖為本發明之第二實施例之側視圖； 第4c圖為本發明之第二實施例沿第4b圖之此線圈侧面 在其間隙附近的磁場強度與薄膜沉積厚度分佈； 第5 a圖為本發明之第三實施例之上視圖； 第5b圖為本發明之第三實施例之侧視圖； 第5c圖為本發明之第三實施例沿第5b圖之此線圈側面 在其間隙附近的磁場強度與薄膜沉積厚度分佈； 第6 a圖為本發明之第四實施例之上視圖； 第6b圖為本發明之第四實施例之側視圖； 第6c圖為本發明之第四實施例沿第6b圖之此線圈侧面 在其間隙附近的磁場強度與薄膜沉積厚度分佈。 符號說明

0503-9538twf(nl);tsmc2002-0969;Albert.ptd 第13頁 1224345 圖式簡單說明 習知之離子金屬電漿物理氣相沉積設備 11〜真空艙； 1 3〜高頻交流電壓裝置； 15〜半導體晶片承座， 1 2 1〜第一交流電源連結部 1 2 2〜第二交流電源連結部 2〜線圈主體； 2 1〜第一交流電源連結部； 22〜第二交流電源連結部： 2 4〜第一端面； 3〜線圈主體； 3 1〜第一交流電源連結部； 3 2〜第二交流電源連結部； 3 4〜第一端面； 4〜線圈主體； 4 1〜第一交流電源連結部； 4 2〜第二交流電源連結部； 4 4〜第一端面； 5〜線圈主體； 5 1〜第一交流電源連結部； 5 2〜第二交流電源連結部； 5 4〜第一端面； 6〜線圈主體； 6 1〜第一交流電源連結部； 1 2〜電離子線圈 1 4〜金屬革巴； 1 2 3〜間隙 23〜間隙； 2 5〜第二端面 33〜間隙； 3 5〜第二端面 43〜間隙； 4 5〜第二端面 5 3〜間隙， 5 5〜第二端面

0503-9538twf(nl); tsmc'2002-0969;Albert.ptd 第14頁 1224345 圖式簡單說明

0503-9538twf(nl);tsmc2002-0969;Albert.ptd 第15頁

Claims (1)

1224345

92115354 修正龙 一 括 包 體 主 圈 線 1 部第 端 一 二 第 第部 與結 一 ΠΓ 1 咅達 為端源 ，一 電 第流 該交 及 以 部 端 一 第 1 有 具 而 狀 形 條 長 隙上 間部 一 端 在一 存第 間該 之於 部置 端設 •， 面 上表 部片 端晶 二體 第導 該半 於該 置在 設影 ，投 部體 結主 連圈 源線 電該 流於 交在 二徵 第特 一 其 為 積 沉 片 晶 體 導 半 善 改 之 述 所 項 T i 第 圍 範 利 〇 專 形請 環申 之如 Hfl · Γ 2 封 ! I 一該 第於 一行 有平 具面 部端 端一 一第 第該 該， ， 面 中端 其二 ，第 fe I Γ， 爹 L· 端一連平 一 第面相 第該斜互 該，傾且 ， 面 一 同 中端過相 其二透狀 :，第央形 圈一面第圈一中面 線有斜圍線有且端圍線 子具傾範子具面一範子 離部一利離部直第利離 電端為專電端垂該專電 之二且請之二的與請之 度第，申度第行面申度 勻該面如勻該平端如勻 均，端3.均，相二4.均 膜面二 膜面互第 膜 薄端第 薄%f^該 薄 煩請委g:明示19a年8月f曰所提之 積 沉 片 晶 體 導 半 善 改 之 述 所 項 項， 第圈 半 善 改 之 述 所 第 該 中 其 端 部端接行&部 一下且 第、， 一上成 有由構 具面所 積 沉 片 晶 體 有 具 第 該之 於行 行平 平互 面相 端面 一下 第與 該面 ，上 面及 端以 二面 第直 一垂 有之 具間 部中 端由 二且 第， 該面 ，端 面二 端第 積 沉 片 晶 體 導 半 善 改 之 述 所 項 IX 第 圍 範 利 專 ο請 成申 組如 面5. 斜 傾

0503-9538twfl(nl); tsmc2002-0969;sherrytsai .ptc 第 16 頁

M 9211R^i 年月曰 修正 申請專利範圍 薄膜均勻度之電離子 端面，該第二端部具 第二端面，且為一曲 6· —種離子金屬 在一半 ，其可 ，設於 離子化後沉積 一真空艙 一金屬靶 線圈 有一 面。 電漿 導體 被抽 該真 1 I 方； 一電離子 半導體晶片之 一晶片承 線圈， 間，其 座，設 設於 材質 於該 η 明 示 一電壓控制器，用來 子 t. 線圈之電壓 其中，該 ，其中，該第一端部具有一第一 第二端面，該第一端面平行於該 物理氣相沉積設備，用於將金屬 晶片表面9包括： 真空並通入氣體； 空艙内並位於該半導體晶片之上 該真空艙内並位於該金屬靶與該 與該金屬乾相同； 真空艙内，用來承放該半導體晶 控制該金屬靶、晶片承座及電離 電離子線圈包括· 線圈主體，為一長 篦 、彳||心丄 曰. 所圈 提 之 -J η Si 二端部，該 主體投影在 一第一交 第一端部與 體表 連結 該半導 流電源 電壓控制器連接； 一第二交流電源連結 電壓控制器連接。 7 ·如申請專利範圍第 相〉儿積設備，其中，該改 ，形狀而具有一第一端部以及一 =二端部之間存在一間隙，該線 上為一封閉之環形； 設置於該第一端部上並與該 部， 部’設置於該第二端部上 並與該 項、所述之離子金屬電漿物理氣 1"半導體晶片沉積薄膜均勻度d

I 移4345 « 頁 93^ 6·月號 92115354 A___ 曰 修正 六、申請專利範圍 電離子線圈之該第一端部具有一第一端面，該第二端部具 有一第二端面，該第一端面平行於該第二端面，且為一傾 氣 Qui JJ 物 漿 電 屬 金 子 之 述 所 項 6 第 圍 範 利 專 請 申 如 ο . 8 面 斜 之具 度部 勻端 均二 膜第 薄該 積 ， 沉面 片端 晶 一 體第 導一 半有 善具 改部 該端 9 1 中第 其該 ，之 備圈 設線 積子 沉離 相電 面端 直一 垂第 的該 行與 平面 相端 互二 兩第 下該 、 ·/ 上成 由構 面所 端接 一連 第面 該斜 ，傾 面一 端過 二透 第央一中 有且 互專其該， 且請，之面 同申備圈端 相如設線二 狀9.積子第 形 沉離一 面 相電i有 填請委員明: 之 i相電有 nnqN 日) 及 以 面 直 垂 。第改部端下 行圍該端一與 平範，一第面 相利中第該上 圍 範 利 專 請 申 如 ο r 丄 改部端 該端一 ，一第 中第該 其該， ，之面 備圈端 設線二 積子第 沉離一 物 漿 電 屬 金 子 之 述 所 項 6 氣 之具間 氣之具曲 g度部中。理度部一 ίι 勻端由成物勻端為 均二且組漿均二且 膜第，面電膜第， 薄該面斜屬薄該面 積，端傾金積，端 沉面二之子沉面二 片端第行離片端第 晶一該平之晶一該 體第於互述體第於 導一行相所導一行 半有平二項半有平 善具面面W善具面 面

0503-9538twfl(nl); tsmc2002-0969;sherrytsai .ptc 第 18 頁 1224345 第92115354號圖式修正頁 修正日期：93. 6.21

填請委員明示 年月日所提乏 修正本有無變更實質内容？是否准予修正？

4 43 圖4b第 沉積厚度 磁場強度 第4c圖