TWI491755B - 基材載具及其應用 - Google Patents

Description

基材載具及其應用

本發明是有關於一種製作半導體元件的治具與裝置及其應用方法，且特別是有關於一種用來進行薄膜沉積製程的基材載具與裝置及其應用方法。

晶背金屬化製程(back side metal process)一般是運用電子束蒸鍍(electron bean deposition)或金屬濺鍍(sputtering)製程，在晶圓背面鍍一層與基材接合的金屬層，以改善形成於晶圓主動面之積體電路的散熱問題，亦或是提供導電功能，進一步提高積體電路的佈線空間。

在習知的晶背金屬化製程中，晶圓被固定在反應槽的承載器上，並將晶背暴露出來，以使金屬源(metal source)沉積於晶背上。然而，由於在晶背金屬化過程中，晶圓主動面缺乏適當遮蔽，因此往往會有金屬源沉積在晶圓的主動面上。尤其，當受到高溫作用或反應槽破真空時，沉積金屬易受氧化而使晶圓的主動面污染變色，甚至使形成在晶圓主動面的電子元件失效。

因此有需要提供一種先進的基材載具與裝置及其應用方法，來進行晶圓的薄膜沉積，以防止晶圓的主動面受到污染而變色，進而提升半導體元件的製程良率。

有鑑於此，本發明提供一種用來進行薄膜沉積製程的基材載具，此基材載具包括：一承載件以及一蓋件。其中承載件係用來承載一基材，且承載件具有一貫穿口。蓋件用來與承載件結合，使基材置於承載件與蓋件之間，藉以將基材的一沉積表面，由貫穿口暴露於外。

在本發明的一實施例之中，承載件包括一本體以及一第一環狀突緣。其中，貫穿口貫穿本體；第一環狀突緣凸設於本體上，並環設於貫穿口之外。在本發明的一實施例之中，第一環狀突緣的尺寸實質大於基材的尺寸，貫穿口的尺寸實質小於基材的尺寸。

在本發明的一實施例之中，蓋件包括一盤狀蓋體以及一第二環狀突緣。盤狀蓋體具有一覆蓋面，用來面對基材。第二環狀突緣突設於盤狀蓋體上，並環設於該覆蓋面，且具有實質大於第一環狀突緣的尺寸。在本發明的一實施例之中，當蓋件與承載件結合，而使基材置於承載件與蓋件之間時，第二環狀突緣會與本體接觸，藉以在蓋件、承載件及基材之間，義出一實質密閉的空間。

在本發明的一實施例中，基材載具，更包括：一提把(handle)以及一提紐(holding rod)。其中，提把固定於承載件邊緣；提紐固定於覆蓋面的相反一側。

在本發明的一實施例中，提把係由突出承載件的突出部所構成；且提紐係由突出蓋件的突出部所構成。

在本發明的一實施例中，基材載具更包括用來將蓋件固定於承載件上的固定元件。

一種薄膜沉積裝置，包括：反應槽、基材載具以及沉積源(deposition source)。其中，基材載具安裝於反應槽中，此基材載具包括：一承載件以及一蓋件。承載件係用來承載一基材，且承載件具有一貫穿口。蓋件係用來與承載件結合，使基材置於承載件與蓋件之間，並將基材的一沉積表面經由貫穿口暴露於外。沉積源位於反應槽中，用來提供沉積氣體。

在本發明的一實施例之中，承載件包括一本體以及一第一環狀突緣。其中，貫穿口貫穿本體；第一環狀突緣形成於本體上，並環設於貫穿口之外。在本發明的一實施例之中，第一環狀突緣的尺寸實質大於基材的尺寸，貫穿口的尺寸實質小於基材的尺寸。

在本發明的一實施例之中，蓋件包括一盤狀蓋體以及一第二環狀突緣。盤狀蓋體具有一覆蓋面，用來面對基材。第二環狀突緣突設於盤狀蓋體上，並環設於該覆蓋面，且具有實質大於第一環狀突緣的尺寸。在本發明的一實施例之中，當蓋件與承載件結合，而使基材置於承載件與蓋件之間時，第二環狀突緣會與本體接觸，藉以在蓋件、承載件及基材之間定義出一實質密閉的空間。

在本發明的一實施例中，基材載具更包括：一提紐以及一提把。其中，提把固定於承載件邊緣；提紐固定於覆蓋面的相反一側。在本發明的一實施例中，提把係由突出承載件的突出部所構成；且提紐係由突出蓋件的突出部所構成。

在本發明的一實施例中，基材載具更包括用來將蓋件固定於承載件上的固定元件。

一種薄膜沉積方法，包括下述步驟：首先提供一薄膜沉積裝置，此薄膜沉積裝置包括：反應槽、基材載具以及沉積源。其中，基材載具安裝於反應槽中。基材載具包括承載件以及蓋件，且承載件具有一貫穿口；沉積源，位於反應槽之中。接著，將基材安裝於承載件上，並使基材的一沉積表面，經由貫穿口暴露於外。再將蓋件與承載件結合，使基材置於承載件與蓋件之間。之後，由沉積源提供一沉積氣體，與沉積表面接觸。

在本發明的一實施例中，基材包括晶圓，且沉積氣體為金屬源蒸氣。

在本發明的一實施例中，將基材安裝於承載件上的步驟，包括以基材、承載件及蓋件定義出實質密閉的一空間。在本發明的一實施例中，此一沉積表面為晶背，且此一空間則係由晶圓的主動面、承載件及蓋件所定義。

根據上述，本發明的實施例是提供一種用來進行薄膜沉積製程的基材載具，此基材載具包括：一承載件以及一蓋件。其中蓋件係用來與承載件結合，使基材置於承載件與蓋件之間，並將基材的一沉積表面，經由貫穿口暴露於外。

藉由覆蓋於基材上的蓋件來提供遮蔽，減少基材的非沉積表面，在薄膜沉積過程中，與沉積氣體接觸的機會，防止基材的非沉積表面受到污染而變色，提高半導體元件的製程良率。

本發明是在提供一種用來進行薄膜沉積製程的基材載具、裝置及其應用方法，以防止基材的非沉積表面受到沉積氣體的污染，提高半導體元件的製程良率。為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

請參照圖1A，圖1A係根據本發明的一實施例，所繪示基材載具10的結構分解圖。基材載具10包括一承載件100以及一蓋件120。其中，承載件100係用來承載一基材11，而蓋件120則用來與承載件100結合，使基材11置於承載件100與蓋件120之間，用以進行薄膜沉積製程。

在本發明的一些實施例中，薄膜沉積製程可以是物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition,PVD)製程、化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition,CVD)製程、濺鍍製程、熱蒸鍍法(thermal evaporation)、電子束蒸鍍法或原子層沉積製程(Atomic Layer Deposition,ALD)。

承載件100與蓋件120的材質，可由能承受超過薄膜沉積製程溫度之耐熱材質所構成。例如，薄膜沉積製程在高溫中(約在300℃至400℃之間)進行，在本發明的一實施例中，承載件100較佳是一種不鏽鋼架結構；蓋件120則係由金屬(例如不銹鋼)或陶瓷材質所構成。基材11較佳為一種半導體晶圓。而為了方便說明起件，以下將以晶圓11來代表基材11，並進行說明。

請參照圖1B，圖1B係根據圖1A所繪示的基材載具10組裝結構剖面圖。其中，承載件100具有一本體100a、一貫穿口100b以及一環型突緣100c。貫穿口100b貫穿本體100a；環狀突緣100c垂直凸設於本體100a表面，並且環設於貫穿口100b之外。

在本發明的一些實施例之中，貫穿口100b為一圓形通孔，而環狀突緣100c為一圓環結構。其中，環狀突緣100c的直徑(尺寸)實質大於晶圓11的直徑(尺寸)；而貫穿口100b的直徑(尺寸)，實質小於晶圓11的直徑(尺寸)。因此，晶圓11恰可被容置於環狀突緣100c與貫穿口100b之間的本體100a上；而欲進行沉積製程的沉積表面11a，則可經由貫穿口100b暴露於外。在本實施例之中，晶圓11的沉積表面11a，即為晶圓11的晶背。此外，貫穿口100b之設置係用以界定欲進行沉積製程的區域。因此，依實際需要而異，亦可選擇性設置多個貫穿口或是形狀各異之貫穿口。

為了方便操作與搬運，在本發明的一些實施例之中，承載件100還包括至少一提把102，固定於承載件100本體100a的邊緣。其中，提把102可以是一獨立構件，可藉由焊接、夾設、卡固、榫接、黏附或其他合適的方式，與承載件100本體100a結合。但在本發明的另外一些實施例之中，提把102並非獨立構件，而係由突出於承載件100本體100a的突出部所構成。

蓋件120具有一盤型蓋體120a及一環狀突緣120b。其中，環狀突緣120b垂直凸設於盤形蓋體120a的邊緣，藉以在盤形蓋體120a的一側，定義出一覆蓋面120c。同樣地，為了方便操作與搬運起見，蓋件120還另外具有一提鈕122，固定於盤形蓋體120a之覆蓋面120c的相反一側。在本發明的一些實施例之中，提鈕122可以是一獨立構件，可藉由焊接、卡固、固定、黏附或其他合適的方式，固定於盤形蓋體120a上。但在本發明的一些實施例之中，提鈕122也可以由突出盤形蓋體120a表面的突出部所構成。

在本發明的實施例之中，蓋件120係用來與承載件100結合，使晶圓11可置於承載件100與蓋件120之間。在本實施例之中，蓋件120與承載件100的結合方式，是將蓋件120的盤形蓋體120a，直接覆蓋於承載件100之本體100a上方；並且使蓋件120的覆蓋面120c直接面對置放在承載件100上的晶圓11。

由於，蓋件120中用來定義覆蓋面120c的環狀突緣120b的尺寸，實質大於承載件100的環狀突緣100c。因此，當蓋件120與承載件100結合時，蓋件120的覆蓋面120c所覆蓋的範圍，超出環狀突緣100c所環繞的範圍，而可以完全地覆蓋住被置放在承載件100的本體100a上的晶圓11。

另外，在本實施例之中，蓋件120的環狀突緣120b突出於蓋體120a的長度，較承載件100之環狀突緣100c突出本體100a的長度要長。因此，當蓋件120與承載件100結合時，蓋件120的環狀突緣120b可與承載件100之環狀突緣100c外側的本體100a接觸。藉此，可在蓋件120的環狀突緣120b和覆蓋面120c、承載件100的本體100a及晶圓11的主動面11b(沉積表面11a的相反一側)之間，定義出一實質密閉的空間S。

但在其他實施例之中，蓋件120的環狀突緣120b突出於盤狀蓋體120a的長度，可以較承載件100之環狀突緣100c突出本體100a的長度要短。因此，當蓋件120與承載件100結合時，承載件100之環狀突緣100c可與盤狀蓋體120a之內側的覆蓋面120c接觸。

由於，晶圓主動面11b被密封於空間S之中。因此，受到蓋件120的環狀突緣120b及承載件100本體100a的遮罩，當針對晶圓11的沉積表面11a進行薄膜沉積製程時，晶圓主動面11b不會與沉積氣體直接接觸，可防止晶圓主動面11b受到污染而變色，提高形成於晶圓主動面11b上之半導體元件的製程良率。

但值得注意的是，基材載具10的主要功能在於遮罩晶圓主動面11b，使其免受沉積氣體的汙染。因此，只要基材載具10能產生遮罩晶圓主動面11b的功能，由蓋件120、承載件100及晶圓主動面11b所定義的空間S，可以不必是完全非密閉空間。例如，在本發明的一些實施例之中，蓋件120的環狀突緣120b即可以有至少一缺口(未繪示)。

又由於，承載件100的環狀突緣100c以及蓋件120的環狀突緣120b，係配合基材的外型來加以設計，因此環狀突緣100c和120b，通常具有與基材外形相似的橫切面。例如，在本實施例之中，配合晶圓11的外型，特將環狀突緣100c和120b的橫切面設計成圓形。但在其他實施例之中，環狀突緣100c和120b的橫切面，可以設計成不是圓形的其他形狀(未繪示)。

另外，為了將蓋件120固定於承載件100上，基材載具10較佳還包括至少一固定元件130(如圖1A所繪示)。固定元件130可以是，例如釦環、拴鎖、夾具或其他合適的元件。在本實施例中，固定元件130是一種樞接於承載件100本體100a邊緣的釦環結構(如圖1A所繪示)。可藉由固定元件130將蓋件120之盤狀蓋體120a扣合的方式，將蓋件120固定於承載件100上。

請參照圖2。圖2係根據本發明的一較佳實施例所繪示之薄膜沉積裝置200的結構剖面圖。進行上述薄膜沉積製程的裝置200包括：反應槽201、複數個如上所述的基材載具10以及沉積源202。其中，複數個基材載具10，係安裝於反應槽201中的吊架203上。沉積源202則位於反應槽201底部，用來提供薄膜沉積製程所需的沉積氣體204，例如金屬蒸氣。

另外，在本發明的一些實施例之中，為了使沉積氣體204能均勻散佈，會在反應槽201中另外設置檔板(shutter)205。藉由檔板205的啟閉，可控制沉積氣體204於反應槽201之中的濃度。此外，可以設置多個沉積源202，並藉由檔板205的啟閉，選擇所欲沉積金屬之種類。

採用薄膜沉積裝置200進行薄膜沉積製程的方法，包含下述步驟：首先提供如圖2所繪示的薄膜沉積裝置200。如圖2所繪示，薄膜沉積裝置200包括：反應槽201、複數個基材載具10以及沉積源202。其中每一基材載具10包括：安裝於反應槽201中的承載件100以及蓋件120。其中，每一承載件100的本體100a上都具有一貫穿本體100a的貫穿口100b；沉積源202，位於反應槽201之中。

接著，將晶圓11安裝於承載件100上，使晶圓11的沉積表面11a由貫穿口100b暴露於外。再將蓋件120與承載件100結合，使晶圓11置於承載件100與蓋件120之間。之後，由沉積源202提供沉積氣體204，使經由貫穿口100b暴露於外的晶圓沉積表面11a與沉積氣體204進行接觸。進而在晶圓沉積表面11a形成金屬沉積層(未繪示)。

根據上述，本發明的實施例是提供一種用來進行薄膜沉積製程的基材載具，此基材載具包括：一承載件以及一蓋件。其中蓋件係用來與承載件結合，使基材置於承載件與蓋件之間，並將基材的一沉積表面，經由貫穿口暴露於外。

藉由覆蓋於基材上的蓋件來提供遮蔽，減少基材的非沉積表面，在薄膜沉積過程中，與沉積氣體接觸的機會，防止基材的非沉積表面受到污染而變色，提高半導體元件的製程良率。

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，當可作些許之更動與潤飾，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。

10．．．基材載具

11．．．基材(晶圓)

11a．．．沉積表面

11b．．．晶圓主動面

100．．．承載件

100a．．．本體

100b．．．貫穿口

100c．．．環狀突緣

102．．．提把

120．．．蓋件

120a．．．盤形蓋體

120b．．．環狀突緣

120c．．．覆蓋面

122．．．提鈕

130．．．固定元件

200．．．薄膜沉積裝置

201．．．反應槽

202．．．沉積源

203．．．吊架

204．．．沉積氣體

205．．．檔板

S．．．空間

圖1A係根據本發明的一實施例，所繪示基材載具的結構分解圖。

圖1B係根據圖1A所繪示的基材載具10組裝結構剖面圖。

圖2係根據本發明的一實施例所繪示之薄膜沉積裝置的結構剖面圖。

10．．．基材載具

11．．．基材(晶圓)

11a．．．沉積表面

11b．．．晶圓主動面

100．．．承載件

100a．．．本體

100b．．．貫穿口

100c．．．環狀突緣

102．．．提把

120．．．蓋件

120a．．．盤形蓋體

120b．．．環狀突緣

120c．．．覆蓋面

122．．．提鈕

130．．．固定元件

Claims (20)

1. 一種基材載具，用於進行一薄膜沉積製程，該基材載具包括：一承載件，用來承載一基材，且具有一貫穿口；以及一蓋件，用來與該承載件結合，使該基材置於該承載件與該蓋件之間，藉以將該基材的一沉積表面由該貫穿口暴露於外。
2. 如申請專利範圍第1項所述的基材載具，其中該承載件包括：一本體，該貫穿口貫穿該本體；以及一第一環狀突緣，凸設於該本體上，並環設於該貫穿口之外。
3. 如申請專利範圍第2項所述的基材載具，其中該第一環狀突緣具有實質大於該基材的一尺寸，該貫穿口則具有實質小於該基材的一尺寸。
4. 如申請專利範圍第3項所述的基材載具，其中該蓋件包括：一盤狀蓋體，具有一覆蓋面，用來面對該基材；以及一第二環狀突緣，突設於該盤狀蓋體上，並環設於該覆蓋面，具有實質大於該第一環狀突緣的一尺寸。
5. 如申請專利範圍第4項所述的基材載具，其中當該蓋件與該承載件結合，而使該基材置於該承載件與該蓋件之間時，該第二環狀突緣會與該本體接觸，藉以在該蓋件、該承載件及該基材之間，定義出實質密閉的一空間。
6. 如申請專利範圍第4項所述的基材載具，更包括：一提把(handle)，固定於該承載件的邊緣；以及一提紐(holding rod)，固定於該覆蓋面的相反一側。
7. 如申請專利範圍第6項所述的基材載具，其中該提把係由突出該承載件的一突出部所構成；且該提紐係由突出該蓋件的一突出部所構成。
8. 如申請專利範圍第1項所述的基材載具，更包括一固定元件，用來將該蓋件固定於該承載件上。
9. 一種薄膜沉積裝置，用於進行一薄膜沉積製程，該薄膜沉積裝置包括：一反應槽；一基材載具，安裝於該反應槽中，該基材載具包括：一承載件，用以承載一基材，且具有一貫穿口；以及一蓋件，用來與該承載件結合，使該基材置於該承載件與該蓋件之間，並將該基材的一沉積表面由該貫穿口暴露於外；以及一沉積源(deposition source)，位於該反應槽中，用來提供一沉積氣體。
10. 如申請專利範圍第9項所述的薄膜沉積裝置，其中該承載件包括：一本體，該貫穿口貫穿該本體；以及一第一環狀突緣，凸設於該本體上，並環設於該貫穿口之外。
11. 如申請專利範圍第10項所述的薄膜沉積裝置，其中該第一環狀突緣具有實質大於該基材的一尺寸，該貫穿口則具有實質小於該基材的一尺寸。
12. 如申請專利範圍第11項所述的薄膜沉積裝置，其中該蓋件包括：一盤狀蓋體，具有一覆蓋面，用來面對該基材；以及一第二環狀突緣，突設於該盤狀蓋體上，並環設於該覆蓋面，且具有實質大於該第一環狀突緣的一尺寸。
13. 如申請專利範圍第12項所述的薄膜沉積裝置，其中當該蓋件與該承載件結合，使該基材置於該承載件與該蓋件之間時，該第二環狀突緣會與該本體接觸，藉以在該蓋件、該承載件及該基材之間，定義出實質密閉的一空間。
14. 如申請專利範圍第12項所述的薄膜沉積裝置，其中該基材載具更包括：一提把，固定於該承載件的邊緣；以及一提紐，固定於該覆蓋面的相反一側。
15. 如申請專利範圍第14項所述的薄膜沉積裝置，其中該提把係由突出該承載件的一突出部所構成；且該提紐係由突出該蓋件的一突出部所構成。
16. 如申請專利範圍第9項所述的薄膜沉積裝置，其中該基材載具更包括一固定元件，用來將該蓋件固定於該承載件上。
17. 一種薄膜沉積方法，包括：提供一薄膜沉積裝置，該薄膜沉積裝置包括：一反應槽；一基材載具，安裝於該反應槽中，其中該基材載具包括：一蓋件以及具有一貫穿口的一承載件；以及一沉積源，位於該反應槽中；將一基材安裝於該承載件上，並使該基材的一沉積表面經由該貫穿口暴露於外；將該蓋件與該承載件結合，使該基材置於該承載件與該蓋件之間；以及由該沉積源提供一沉積氣體，與該沉積表面接觸。
18. 如申請專利範圍第17項所述的薄膜沉積方法，其中該基材包括一晶圓，且該沉積氣體係一金屬源蒸氣。
19. 如申請專利範圍第17項所述的薄膜沉方法，其中將該基材安裝於該承載件上的步驟，包括：以該基材、該承載件及該蓋件定義出實質密閉的一空間。
20. 如申請專利範圍第19項所述的薄膜沉積方法，其中該沉積表面為一晶背，且該空間係由一晶圓主動面、該承載件及該蓋件所定義。