TWI788871B

TWI788871B - 形成半導體元件之方法及執行物理沉積製程之方法

Info

Publication number: TWI788871B
Application number: TW110120558A
Authority: TW
Inventors: 黃凌威; 李杰陽; 林明賢
Original assignee: 台灣積體電路製造股份有限公司
Priority date: 2021-06-07
Filing date: 2021-06-07
Publication date: 2023-01-01
Also published as: TW202249083A

Abstract

一種形成半導體元件的方法，包括在晶圓上形成介電層。蝕刻介電層，以形成開口。執行電漿沉積製程，以在開口中形成種子層，其中執行電漿沉積製程包括將晶圓設置於磁體模組下方並旋轉磁體模組，磁體模組包括載體結構、放置盤與磁體，載體結構的中心、放置盤的中心與磁體的中心形成三角形。在種子層上形成填充層。

Description

形成半導體元件之方法及執行物理沉積製程之方法

本揭露內容是有關於一種形成半導體元件之方法以及執行物理沉積製程之方法。

物理氣相沉積(physical vapor deposition; PVD)一般用於半導體工業內，以及用於太陽能、玻璃塗層及其他工業內。PVD系統用以在諸如半導體晶圓之定位在真空電漿腔室中的基板上沉積金屬層。PVD製程用以在半導體晶圓上沉積靶材材料。在一些PVD系統中，待塗覆之靶材置於真空腔室中，此腔室包含諸如氬氣之惰性氣體。

根據本揭露一些實施方式，一種形成半導體元件的方法，包括在晶圓上形成介電層。蝕刻介電層，以形成開口。執行電漿沉積製程，以在開口中形成種子層，其中執行電漿沉積製程包括將晶圓置於磁體模組下方並旋轉磁體模組，磁體模組包括載體結構、放置盤與磁體，載體結構的中心、放置盤的中心與磁體的中心形成三角形。在種子層上形成填充層。

根據本揭露一些實施方式，一種形成半導體元件之方法包括在晶圓上形成介電層。蝕刻介電層，以形成開口。執行電漿沉積製程，以在該開口中形成種子層，其中執行電漿沉積製程包括於晶圓上旋轉磁體模組以控制電漿沉積製程的電漿，磁體模組具有旋轉半徑，且電漿沉積製程的靶材具有直徑，旋轉半徑與直徑的比值為約0.013至約0.038。在種子層上形成填充層。

根據本揭露一些實施方式，一種執行物理沉積製程之方法包括設置封圍擋板，以定義腔室。設置晶圓基座台於腔室中，晶圓基座台配置以支撐晶圓。設置磁體模組於晶圓基座台上，磁體模組包括載體結構與磁體。設置靶材於載體結構下，其中靶材包括第一區與第二區，第一區較第二區接近靶材的一中心。根據靶材的第一區與第二區的侵蝕深度變化，決定載體結構的中心與磁體中心的距離。

以下將以圖式揭露本揭露之複數個實施方式，為明確地說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本揭露。也就是說，在本揭露部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的，因此不應用以限制本揭露。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。另外，為了便於讀者觀看，圖式中各元件的尺寸並非依實際比例繪示。

應當理解，諸如「下」或「底部」和「上」或「頂部」的相對術語可在本文中用於描述一個元件與另一元件的關係，如圖式中所示。應當理解，相對術語旨在包括除了圖中所示的方位之外的裝置的不同方位。舉例而言，若一附圖中的裝置翻轉，則被描述為在其他元件的「下」側的元件將被定向在其他元件的「上」側。因此，示例性術語「下」可以包括「下」和「上」的取向，取決於附圖的特定取向。類似地，若一個附圖中的裝置翻轉，則被描述為在其它元件「下」或「下方」的元件將被定向為在其它元件「上方」。因此，示例性術語「下」或「下面」可以包括上方和下方的取向。

另外，關於本文中所使用的「約」、「大約」、「大致上」或「實質上」一般是指數值的誤差或範圍於百分之二十以內，較佳是於百分之十以內，更佳是於百分之五以內。文中若無明確說明，所提及的數值皆視為近似值，亦即具有如「約」、「大約」、「大致上」或「實質上」所表示的誤差或範圍。

第1圖繪示根據本揭露一些實施方式之處理設備100的示意圖。參閱第1圖。處理設備100可配置以執行沉積製程與蝕刻製程，處理設備100包含封圍擋板102、腔室104、準直器110、晶圓基座台120、電源供應器130、電源供應器132、電源供應器134以及磁體模組(magnet module)140。

封圍擋板102配置以形成（定義）腔室104。腔室104包含上部104a與下部104b，其中上部104a與下部104b可被準直器110分隔。準直器110可安裝於晶圓基座台120與磁體模組140之間。例如，準直器110可經由複數個固定元件（如螺桿）而安裝在封圍擋板102上。在一些實施方式中，準直器110可包含複數個通道，且通道可具有六邊形的剖面配置。例如，準直器110的通道可共同形成蜂巢輪廓，使得進入通道的原子或分子具有較低可能性黏附於通道的角落，以延長準直器110的壽命。在一些其他的實施方式中，準直器110的通道也可具有其他形狀的剖面配置，例如三角形、正方形、矩形、其他可形成蜂巢狀之形狀，或其組合。

晶圓基座台120可配置以支撐晶圓W。換句話說，晶圓W設置於腔室104的下部104b之中。在一些實施方式中，晶圓基座台120可以是靜電夾持(electrostatic chuck)。舉例來說，可以透過施加電壓於晶圓基座台120，而產生庫侖力或Johnsen-Rahbek力，以使晶圓W固定於晶圓基座台120上。在一些其他的實施方式中，晶圓基座台120可具有夾持銷(chuck pin)，夾持銷可定位於晶圓W的邊緣上，以確保晶圓W固定於晶圓基座台120。在一些實施方式中，晶圓基座台120可內含有溫度控制與維護系統，前述的系統允許控制晶圓W的溫度。舉例來說，當加熱腔室104並且在其中產生電漿P時，晶圓基座台120可以用於冷卻晶圓W。調節晶圓W的溫度可改善晶圓W中沉積材料層的特性，並且增加沉積速率。

電源供應器130、電源供應器132與電源供應器134設置於處理設備100中，以產生與控制腔室104中的電漿P，並且根據需求來引導濺鍍、蝕刻或再蝕刻。詳細來說，電源供應器130可以是直流(DC)電源，並且電源供應器130電性耦合至磁體模組140（例如載體結構142）以向載體結構142提供直流電。電源供應器132可以是射頻交流電(radiofrequency alternating current)之電源供應器，且電源供應器132電性耦合至晶圓基座台120。電源供應器134可以是射頻交流電之電源供應器，電源供應器134可電性耦合於腔室104中的電極板160，以產生與控制電漿P。在一些實施方式中，電源供應器134可電性耦合電磁線圈150，以產生電磁場來引導腔室104中的離子。電磁線圈150位於封圍擋板102之外。在一些實施方式中，除了電源供應器130之外，另一個射頻交流電之電源供應器也可電性耦合至磁體模組140。在一些實施方式中，電源供應器130施加至載體結構142的電力(例如直流電力)約20kW或大於20kW。在一些實施方式中，電源供應器132施加至晶圓基座台120的電力（例如射頻電力）為約500W或大於500W。在一些實施方式中，電源供應器132的射頻大於電源供應器134的射頻。舉例來說，電源供應器132的射頻為約10 MHz至約15MHz(例如為約13.5MHz)，而電源供應器134的射頻為約1 MHz至約5MHz(例如為約2MHz)。

在本揭露之一些實施方式中，可藉由將諸如氬氣(Ar)的電漿進料氣體引入腔室104中，以在處理設備100中產生電漿P。由電源供應器130、電源供應器132及電源供應器134提供的電子與電漿進料氣體的原子碰撞，以產生離子（例如銅離子）。電源供應器130施加的負偏壓可將離子吸引朝向靶材T。離子以高能量與靶材T碰撞。換句話說，電源供應器130所施加的負偏壓使所電漿P的陽離子朝著靶材T加速，以從靶材T濺射原子。透過直接動量傳遞，濺射的原子從靶材T的表面移轉。濺射的原子可能會被離子化，也可能不會被離子化，並且濺射的原子之子集會沉積到晶圓W之上。

磁體模組140設置於腔室104的上部104a之上，磁體模組140可包含載體結構142與磁體（磁控管）144。載體結構142配置以支撐靶材(target)T，並且可在沉積製程的期間確保靶材T固定於載體結構142上。靶材T為一材料層，並且於隨後的沉積製程中形成在晶圓W之上。靶材T可以是導電材料，並且在腔室104與氣體反應，以形成沉積金屬層。舉例來說，靶材T可包含金屬或合金材料，其中金屬可例如是鈦(Ti)、鋁(Al)、鉭(Ta)、銅(Cu)、錳(Mn)或其他適當的金屬材料，合金可例如是銅錳(Cu-Mn)合金或其他適當的合金材料。磁體144可設置於載體結構142之上，以在腔室104中產生磁場。詳細來說，磁體144可透過磁體握持裝置(magnet holder)固定於載體結構142。磁體144與靶材T分別設置在載體結構142的相對側。磁體144可提供腔室104磁場，磁場可透過使電子螺旋穿過電漿P，以增加電子的停留時間。藉由改變磁體144的磁場形狀，可以定向地控制電漿P。因此，可以增加電漿氣體的電離程度。在一些實施方式中，透過提供射頻或直流偏壓，磁體144可控制電漿P的均勻性（特別是晶圓W附近的電漿P之均勻性）。此外，由於晶圓W通常是圓形晶圓，因此可以使用同心電磁線圈。更多有關於磁體模組140的結構，將會在第2圖的相關段落詳細討論。

在一些實施方式中，處理設備100更包含遮蔽板170設置於腔室104的上部104a之上。遮蔽板170可設置於載體結構142與準直器110之間。詳細來說，遮蔽板170設置於靶材T與晶圓W之間，以防止在製程期間的離子（例如銅離子）沉積在晶圓基座台120上，而污染晶圓W。

第2圖繪示根據本揭露一些實施方式之處理設備100的磁體模組140。如第1圖與第2圖所示，磁體模組140包含載體結構142、磁體144以及放置盤146。載體結構142、磁體144以及放置盤146從上方觀之（上視圖）皆可具有圓形的輪廓。放置盤146可位於載體結構142的邊緣，並且磁體144位於放置盤146的邊緣。換句話說，放置盤146可視為磁體模組的磁體握持裝置，用以將磁體144固定於載體結構142上。在一些實施方式中，磁體144位於放置盤146與載體結構142的邊緣，並且在第2圖中，載體結構142與放置盤146的邊緣實質相切於點A，及/或放置盤146與磁體144的邊緣實質相切於點A1。在一些實施方式中，點A與點A1位於不同位置。例如，點A與點A1位於放置盤146的圓周上的不同兩點。在一些實施方式中，點A與點A1重疊，例如當距離L1與距離L2之間具有夾角θ2實質上為0時。

載體結構142具有中心M1。在一些實施方式中，靶材T的中心亦重疊於載體結構142的中心M1。放置盤146具有中心M2。載體結構142的中心M1與放置盤146的中心M2不重疊，且相距距離L1。在一些實施方式中，距離L1為常數，亦即放置盤146可離軸固定於載體結構142上，但放置盤146可沿著載體結構142的中心M1旋轉，且旋轉半徑為距離L1。

另外，磁體144具有中心M。放置盤146的中心M2與磁體144的中心M不重疊，且相距距離L2。在一些實施方式中，距離L2為常數，亦即磁體144可離軸固定於放置盤146上，但磁體144可沿著放置盤146的中心M2旋轉，且旋轉半徑為距離L2，以改變磁體144的中心M與載體結構142的中心M1之間的相對位置。

在一些實施方式中，載體結構142的中心M1、放置盤146的中心M2以及磁體144的中心M不位於同一直線上。換句話說，載體結構142的中心M1、放置盤146的中心M2以及磁體144的中心M所連成的線段非為一直線，例如可形成三角形。在一些實施方式中，載體結構142的中心M1與放置盤146的中心M2之間的距離L1實質上大於放置盤146的中心M2與磁體144的中心M之間的距離L2。在一些實施方式中，載體結構142的中心M1與放置盤146的中心M2之間的距離L1以及放置盤146的中心M2與磁體144的中心M之間的距離L2皆為常數。舉例來說，距離L1為約4英吋(inch)至約5英吋，而距離L2為約2英吋至約3英吋。

在一些實施方式中，載體結構142的中心M1與放置盤146的中心M2之間的距離L1與一參考線具有夾角θ1，並且距離L1與距離L2之間具有夾角θ2（亦即由中心M1、M2與M所形成的三角形之角M2的外角）。在一些實施方式中，夾角θ2實質上大於夾角θ1。在本揭露之一些實施方式中，藉由調整載體結構142的中心M1、放置盤146的中心M2與磁體144的中心M之相對位置，夾角θ2可為銳角（大於0度）。在夾角θ2為銳角的情況下，電漿P分佈得以改變，使得靶材T各區域被電漿P所侵蝕(erosion)的程度較為平均，以提升靶材T的侵蝕均勻性，進而延長靶材T的壽命。在一些實施方式中，夾角θ2的範圍在從約70度至約80度的範圍間。例如，夾角θ2可為約75度。若夾角θ2小於約70度或大於約80度，會導致電漿P過於集中在靶材T的某些區域，導致靶材T的侵蝕均勻性不佳，例如靶材T的某區域被電漿P所侵蝕的程度過快，進而使靶材T提早被蝕穿。再者，被電漿P侵蝕過快的區域會產生大量金屬粒子，這些金屬粒子可能會造成準直器110某些通道提早阻塞。

在一些實施方式中，藉由調整載體結構142的中心M1、放置盤146的中心M2與磁體144的中心M之相對位置，可改變（增加）載體結構142的中心M1與磁體144的中心M之間的距離r，其中距離r可視為磁體144的旋轉半徑。換句話說，隨著夾角θ2由180度縮小至銳角，可使距離r（亦即磁體144的旋轉半徑）增加。亦即，在沉積製程時，夾角θ2為定值（即放置盤146與磁體144之間的相對位置不改變），且夾角θ2為銳角，而放置盤146帶動磁體144沿著載體結構142的中心M1旋轉（即夾角θ1改變）。如此設置可以提升靶材T的侵蝕均勻性，以防止或避免靶材T的某些區域提早被蝕穿，進而提高靶材T的使用壽命，且可增加靶材T其他區域的使用率（例如增加約5%）。再者，可以減緩金屬粒子阻塞準直器110通道的時間。

在一些實施方式中，磁體144的旋轉半徑r可在約2.455英吋至約6.689英吋的範圍間。若旋轉半徑r小於2.455英吋，使靶材T提早被蝕穿且靶材T的侵蝕均勻性不佳；若旋轉半徑r大於6.689英吋，可能無法控制電漿P與靶材T作用的位置，而無法有效地提升靶材T侵蝕的均勻性。

另外，靶材T具有寬度（或直徑）D。在一些實施方式中，旋轉半徑r小於一半的寬度D（即小於D/2）。舉例而言，旋轉半徑r與寬度D的比值(r/D)為約0.013至約0.038。若比值r/D落於上述範圍中，則可得到類似第3B圖的曲線C2所示的靶材侵蝕分佈；若比值r/D落於上述範圍外，則可能得到類似第3A圖的曲線C1所示的靶材侵蝕分佈。

第3A圖與第3B圖繪示根據本揭露一些實施方式之靶材之侵蝕深度與靶材半徑的關係示意圖。一併參閱第1圖、第2圖、第3A圖與第3B圖。當載體結構142的中心M1、放置盤146的中心M2與磁體144的中心M呈一直線時（如中心M位於中心M1與M2之間），載體結構142的中心M1與放置盤146的中心M2之間的距離L1以及放置盤146的中心M2與磁體144的中心M之間的距離L2的夾角θ2為180度，如第3A圖的曲線C1所示（其為靶材T使用了約3500千瓦小時(kWh)後），靶材T在各區的侵蝕深度具有明顯的差距（例如差距在從約2.36英吋至5.5英吋（從約60毫米至約140毫米）的範圍間），如此將導致靶材T侵蝕的不均勻性，且在靶材T的區域1與區域3仍具有可使用的厚度的情況下，靶材T的區域2可能會提早被蝕穿。然而，當載體結構142的中心M1與放置盤146的中心M2之間的距離L1以及放置盤146的中心M2與磁體144的中心M之間的距離L2的夾角θ2為銳角時，如第3B圖的曲線C2所示（其為靶材T使用了約4000千瓦小時後），與第3A圖的曲線C1相比，靶材T在區域3的侵蝕深度增加，而區域1與區域2的侵蝕深度減緩，因此靶材T在各區的侵蝕深度可較均勻。亦即，載體結構142的中心M1與磁體144的中心M的距離r係由靶材T各區域(如區域1、區域2與/或區域3)的侵蝕深度變化所決定。如此一來，靶材T可以達到較高的使用效率，且可延長靶材T的使用壽命。舉例來說，第3A圖的曲線C1所示的靶材T的使用壽命為約4300千瓦小時，而第3B圖的曲線C2所示的靶材T的使用壽命可增加至約4600千瓦小時。

另外，如第3A圖的曲線C1所示，因靶材T在區域2的侵蝕深度較大，所以較多金屬粒子產生於靶材T的區域2下方，這些過多的金屬粒子可能會提早阻塞準直器110的相對區域的部分通道，使得穿過準直器110的金屬粒子分佈不均。相反的，如第3B圖的曲線C2所示，因靶材T在區域1、區域2與區域3的侵蝕深度相似，各區域產生的金屬粒子的均勻度相似，因此可減緩準直器110的各區通道不均勻被阻塞的情況。

上述之沉積方式可應用於半導體製程上。第4圖至第9圖繪示本揭露一些實施方式在不同階段之半導體元件。如第4圖所示，在晶圓200上形成介電層210。應理解在第4圖至第9圖的晶圓200可視為第1圖的晶圓W，合先敘明。在一些實施方式中，晶圓200可包括位於介電層210下方的基板，並且可包括例如摻雜矽、未摻雜矽，或絕緣層覆矽(SOI)基板的主動層。在一些實施方式中，SOI基板包括形成在絕緣層上的半導體材料層（例如矽材料層）。絕緣層可以是例如掩埋氧化物(buried oxide；BOX)層或氧化矽層。絕緣層設置在基板上，並且可以是矽或玻璃基板。在一些實施方式中，也可以使用其他的基板，例如多層或梯度基板。

在一些實施方式中，電路形成於基板上，並且可以是適合於特定應用的某些類型的電路。在一些實施方式中，電路包含形成在基板上的電子元件，其中一或多個介電層覆蓋於電子元件上。金屬層可形成於上面覆蓋的介電層之間，以在電子元件之間路由電信號。電子元件也可以形成在一個或多介電層中。舉例來說，電路可包括各種N型金屬氧化物半導體(NMOS)及/或P型金屬氧化物半導體(PMOS)元件，例如電晶體、電容器、電阻器、二極管、光電二極管、保險絲等相互連接以執行一個或多個功能。功能可以包括記憶體結構、處理結構、感測器、放大器、功率分配器、輸入/輸出電路等。應理解以上的示例僅便於說明，來進一步解釋本揭露之一些實施方式的應用，而非限制本揭露之一些實施方式。

介電層210可包含低介電質(low-K dielectric)材料（介電常數低於二氧化矽的材料），例如氧氮化矽(SiON)、磷矽酸鹽玻璃(PSG)、硼磷矽酸鹽玻璃(BPSG)、氟矽酸鹽玻璃(FSG)、SiOxCy、SiOxCyHz、旋塗玻璃、旋塗聚合物、矽碳材料、上述之化合物、上述之複合材料，或其他適當的材料。在一些實施方式中，介電層210可包括極低介電質材料，例如介電常數小於約2.9的介電層材料（例如K值約介於2.5至2.6）。在一些實施方式中，形成介電層210的方法可包括執行化學氣相沉積(CVD)、電漿增強化學氣相沉積(PECVD)，或其他適當的沉積方法。

參閱第5圖。在介電層210上執行蝕刻製程，以形成開口220。開口220可暴露晶圓200。蝕刻製程可以使用乾式蝕刻或濕式蝕刻。當使用乾式蝕刻時，製程之氣體可包括四氟化碳(CF ₄)、三氟甲烷(CHF ₃)、三氟化氮(NF ₃)、六氟化硫(SF ₆)、溴(Br ₂)、溴化氫(HBr)、氯(Cl ₂)或以上之任意組合。可選擇性地使用稀薄氣體諸如氮氣(N ₂)、氧氣(O ₂)或氬氣(Ar)。當使用濕式蝕刻時，蝕刻劑可包括氫氧化氨:過氧化氫:水(NH ₄OH:H ₂O ₂:H2O)(亦稱APM)、羥胺(NH ₂OH)、氫氧化鉀(KOH)、硝酸:氟化銨:水(HNO ₃:NH ₄F:H ₂O)及/或其他適當的蝕刻劑。

參閱第6圖。在一些實施方式中，可對第5圖的結構執行除氣製程，以移除晶圓200表面的殘留物，例如濕氣(H ₂O)、有機物，或其他的殘留物。舉例來說，除氣製程可透過加熱至高溫（例如攝氏150度至攝氏500度）來移除晶圓200表面的濕氣。

在執行除氣製程後，可移除晶圓200表面的原生氧化物。在一些實施方式中，可提供氫離子至晶圓200的表面，使得氫離子與原生氧化物反應以移除原生氧化物。

接著，第一阻障層230共形地(conformally)形成在介電層210的開口220中。在一些實施方式中，第一阻障層230可為包含鉭(Ta)、鈷(Co)、鈦(Ti)的金屬層或者上述金屬的氮化物(如氮化鉭(TaN)或氮化鈦(TiN))。在一些實施方式中，形成第一阻障層230的方法可包括物理氣相沉積(PVD)、濺鍍、化學氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)，或其他適當的沉積方法。

接著，在第一阻障層230上共形地形成第二阻障層240。第二阻障層240可包括鉭(Ta)、鉭化氮(TaN)、鈷(Co)、釕(Ru)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、上述之組合，或其他適當的材料。在一些實施方式中，形成第二阻障層240的方法可包括物理氣相沉積(PVD)、濺鍍、化學氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)，或其他適當的沉積方法。在一些實施方式中，第一阻障層230與第二阻障層240係以相同的沉積方法形成，例如物理氣相沉積。在一些實施方式中，第一阻障層230與第二阻障層240由不同的材料製成。例如，第一阻障層230是由鉭化氮(TaN)製成，而第二阻障層240是由鉭(Ta)製成。

一併參閱第1圖、第2圖、第3B圖以及第7圖。在第一阻障層230與第二阻障層240形成之後，在第二阻障層240上共形地形成種子層(seed layer)250。在本揭露之一些實施方式中，可使用第1圖的處理設備100，以在晶圓200（晶圓W）上形成種子層250。由於磁體模組140的配置（亦即，距離L1與距離L2之間的夾角θ2為銳角），靶材T可具有較均勻的侵蝕輪廓，故可提升靶材T的使用壽命。如此一來，可改善種子層250的均勻性。在一些實施方式中，種子層250可以是金屬層，包含鈦(Ti)、鋁(Al)、鉭(Ta)、銅(Cu)、錳(Mn)或其他適當的金屬材料。在一些實施方式中，種子層250可以是金屬合金，例如是銅錳(Cu-Mn)合金或其他適當的合金材料。在一些實施方式中，形成種子層250的方法可使用第1圖的處理設備100，並且透過執行物理氣相沉積(PVD)形成於晶圓W（晶圓200）上。

參閱第8圖。在種子層250形成之後，填入導電材料於介電層210的開口220中，以形成填充層260。在一些實施方式中，填充層260包含金屬、元素金屬、過渡金屬，或其他適當的導電材料。舉例來說，填充層可以是銅。

參閱第9圖。在填充層260形成之後，執行平坦化製程以移除開口220外部的第一阻障層230、第二阻障層240、種子層250與填充層260。在一些實施方式中，平坦化製程是化學機械研磨(chemical-mechanical polishing; CMP)製程。在一些實施方式中，介電層210、第一阻障層230、第二阻障層240、種子層250與填充層260的頂面共平面。如此一來，即可於晶圓200上形成包含介電層210、第一阻障層230、第二阻障層240、種子層250與填充層260的互連結構(interconnect structure)、導電線或導電貫穿結構。

第10圖繪示根據本揭露一些實施方式之處理站(cluster tool)300的示意性平面圖。如第10圖所示，處理站300包括中央傳輸腔室310、處理腔室320、處理腔室330、處理腔室340以及處理腔室350。

中央傳輸腔室310包含中央輸送機構312，中央輸送機構312可進行晶圓（例如第1圖的晶圓W或第4圖至第9圖的晶圓200）的物理輸送。中央傳輸腔室310連接到處理腔室320至350以及晶圓承載傳送室(load lock)360a與晶圓承載傳送室360b。在此配置之下，可允許中央傳輸腔室310在處理腔室320至350以及晶圓承載傳送室360a與360b之間傳送至少一個晶圓。在一些實施方式中，可以在處理站300中運送多個晶圓。

處理腔室320至350可配置以在晶圓上執行製造步驟。晶圓製造步驟可包含沉積製程、蝕刻製程、熱處理、清洗製程、平坦化製程及/或測試製程。沉積製程可包含物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、電漿增強化學氣相沉積(PECVD)、電化學沉積(ECD)、原子層沉積(ALD)及/或其他適當的沉積製程。蝕刻製程可包含乾式蝕刻、濕式蝕刻、離子束蝕刻、微影曝光、離子佈值，或其他適當的蝕刻製程。熱處理可包含退火、熱氧化，或其他適當的熱處理。清洗製程可包含漂洗、電漿灰化，或其他的適當的清洗製程。在一些實施方式中，處理腔室320至350可分別進行不同的製程，以下的段落將詳細說明。

在一些實施方式中，處理腔室320可配置以執行晶圓的除氣(degas)製程。在一些實施方式中，可在第4圖的步驟將半導體元件放入處理腔室320中，執行除氣製程，以移除晶圓200表面的殘留物，例如濕氣(H ₂O)、有機物，或其他的殘留物。舉例來說，除氣製程可透過加熱至高溫（例如攝氏150度至攝氏500度）來移除晶圓表面的濕氣。

處理腔室330可配置以移除晶圓上面的原生氧化物，以露出晶圓裡的導電特徵。在一些實施方式中，可在第6圖的步驟將半導體元件放入處理腔室330中，通入氫離子，使得氫離子與原生氧化物反應以移除原生氧化物。

處理腔室340可配置以在晶圓上形成阻障層。在一些實施方式中，可在第6圖的步驟將半導體元件放入處理腔室340中，在晶圓200上的開口220共形地形成第一阻障層230與第二阻障層240。

處理腔室350可配置以在晶圓上形成種子層。在一些實施方式中，可在第7圖的步驟將半導體元件放入處理腔室350中，在第一阻障層230與第二阻障層240之上共形地形成種子層250。在一些實施方式中，處理腔室350可視為處理設備100。

在一些實施方式中，處理站300可包含設備前端模組(equipment front end module；EFEM)370。中央傳輸腔室310通過負載鎖定腔室360a與360b連接設備前端模組370。晶圓可插入至晶圓承載傳送室負載鎖定腔室360a，再進入處理腔室320至350。晶圓承載傳送室360a可根據裝載的晶圓的下一個位置或步驟來產生與設備前端模組370或中央傳輸腔室310相容的氣體環境。舉例來說，可通過諸如添加純淨氣體、產生真空的機制及/或其他用於調節負載鎖定腔室360a的機制來改變晶圓承載傳送室360a的氣體含量。

設備前端模組370可提供密閉的環境，使得晶圓（第1圖的晶圓W或第4圖至第9圖的晶圓200）可以從密閉的環境進入處理站300或從處理站300取出。設備前端模組370包括執行晶圓的物理傳輸之加載鎖定機構372。晶圓可通過運輸載體380中的裝載口進入處理站300。在一些實施方式中，運輸載體380配置以容納晶圓。運輸載體380是密封的，以為晶圓提供微環境來避免汙染物。

在一些實施方式中，第5圖的結構(以下簡稱晶圓)可先放置於運輸載體380，接著自設備前端模組370進入晶圓承載傳送室360a。在晶圓承載傳送室360a抽真空後，晶圓進入中央傳輸腔室310，並由中央輸送機構312送入處理腔室320以進行除氣製程。接著，晶圓藉由中央輸送機構312輸送再進入處理腔室330以進行移除原生氧化物的製程。然後，晶圓藉由中央輸送機構312輸送再進入處理腔室340以進行形成第一阻障層230與第二阻障層240的製程。之後，晶圓藉由中央輸送機構312輸送再進入處理腔室350以形成種子層250。第1圖的處理設備100可置於處理腔室350中，並且可於處理腔室350調整磁體模組的夾角θ2(如第2圖所示)。

綜上所述，由於本揭露之一些實施方式的處理設備具有磁體模組，磁體模組的載體結構的中心與放置盤的中心之間的距離以及放置盤的中心與磁體的中心之間的距離之間的夾角為銳角，可提升靶材侵蝕的均勻性，進而提升靶材的使用壽命。

根據本揭露之一些實施方式，一種形成半導體元件之方法包括在晶圓上形成介電層。蝕刻介電層，以形成開口。執行電漿沉積製程，以在開口中形成種子層，其中執行電漿沉積製程包括將晶圓置於磁體模組下方並旋轉磁體模組，磁體模組包括載體結構、放置盤與磁體，載體結構的中心、放置盤的中心與磁體的中心形成三角形。在種子層上形成填充層。

在一些實施方式中，放置盤的中心在載體結構的中心、放置盤的中心與磁體的中心形成的三角形中具有外角，且外角為銳角。在一些實施方式中，外角的範圍介於70度至80度。在一些實施方式中，種子層包括銅錳合金。

根據本揭露之一些實施方式，一種形成半導體元件之方法包括在晶圓上形成介電層。蝕刻介電層，以形成開口。執行電漿沉積製程，以在該開口中形成種子層，其中執行電漿沉積製程包括於晶圓上旋轉磁體模組以控制電漿沉積製程的電漿，磁體模組具有旋轉半徑，且電漿沉積製程的靶材具有直徑，旋轉半徑與直徑的比值為約0.013至約0.0378。在種子層上形成填充層。

在一些實施方式中，磁體模組包括載體結構、置於載體結構上的放置盤與置於放置盤的磁體，在上視圖中，載體結構的中心、放置盤的中心與磁體的中心不位於一直線。在一些實施方式中，靶材與磁體分別位於載體結構的相對側。

根據本揭露之一些實施方式，一種執行物理沉積製程之方法包括設置封圍擋板，以定義腔室。設置晶圓基座台於腔室中，晶圓基座台配置以支撐晶圓。設置磁體模組於晶圓基座台上，磁體模組包括載體結構與磁體。設置靶材於載體結構下，其中靶材包括第一區與第二區，第一區較第二區接近靶材的一中心。根據靶材的第一區與第二區的侵蝕深度變化，決定載體結構的中心與磁體中心的距離。

在一些實施方式中，距離為約2.455英吋至約6.689英吋。在一些實施方式中，決定載體結構的中心與磁體的中心的距離以使得靶材的第一區的侵蝕深度減緩且靶材的第二區的侵蝕深度增加。

雖然本揭露已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:處理設備 102:封圍擋板 104:腔室 110:準直器 104a:上部 104b:下部 120:晶圓基座台 130:電源供應器 132:電源供應器 134:電源供應器 140:磁體模組 142:載體結構 144:磁體 146:放置盤 150:電磁線圈 160:電極板 170:遮蔽板 200:晶圓 210:介電層 220:開口 230:第一阻障層 240:第二阻障層 250:種子層 260:填充層 300:處理站 310:中央傳輸腔室 312:中央輸送機構 320:處理腔室 330:處理腔室 340:處理腔室 350:處理腔室 360a:晶圓承載傳送室 360b:晶圓承載傳送室 370:設備前端模組 372:加載鎖定機構 380:運輸載體 1:區域 2:區域 3:區域 A:點 A1:點 D:寬度 L1:距離 L2:距離 M:中心 M1:中心 M2:中心（角） P:電漿 r:距離（旋轉半徑） T:靶材 W:晶圓 θ1:夾角 θ2:夾角

當結合隨附圖式進行閱讀時，本揭露發明實施例之詳細描述將能被充分地理解。應注意，根據業界標準實務，各特徵並非按比例繪製且僅用於圖示目的。事實上，出於論述清晰之目的，可任意增加或減小各特徵之尺寸。在說明書及圖式中以相同的標號表示相似的特徵。第1圖繪示根據本揭露一些實施方式之處理設備的示意圖。第2圖繪示根據本揭露一些實施方式之處理設備的磁體模組。第3A與3B圖繪示根據本揭露一些實施方式之靶材之侵蝕深度與靶材半徑的關係示意圖。第4圖至第9圖繪示本揭露一些實施方式在不同階段之半導體元件。第10圖繪示根據本揭露一些實施方式之處理站(cluster tool)的示意性平面圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

140:磁體模組 142:載體結構 144:磁體 146:放置盤 A:點 A1:點 L1:距離 L2:距離 M:中心 M1:中心 M2:中心（角） r:距離（旋轉半徑） θ1:夾角 θ2:夾角

Claims

一種形成半導體元件之方法，包含：形成一介電層，於一晶圓上；蝕刻該介電層，以形成一開口；執行一電漿沉積製程，以在該開口中形成一種子層，其中執行該電漿沉積製程包含將該晶圓置於一磁體模組下方並旋轉該磁體模組，該磁體模組包含一載體結構、一放置盤與一磁體，該載體結構的一中心、該放置盤的一中心與該磁體的一中心形成一三角形，該三角形中具有一外角，且該外角為銳角；以及形成一填充層，於該種子層上。
如請求項1所述之方法，其中該載體結構的該中心與該放置盤的該中心之間的距離實質上大於該放置盤的該中心與該磁體的該中心之間的距離。
如請求項2所述之方法，其中該外角的範圍介於70度至80度。
如請求項1所述之方法，其中該種子層包含銅錳合金。
一種形成半導體元件之方法，包含：形成一介電層，於一晶圓上；蝕刻該介電層，以形成一開口；執行一電漿沉積製程，以在該開口中形成一種子層，其中執行該電漿沉積製程包含於該晶圓上旋轉一磁體模組以控制該電漿沉積製程的電漿，該磁體模組具有一旋轉半徑，且該電漿沉積製程的一靶材具有一直徑，該旋轉半徑與該直徑的一比值為約0.013至約0.038，該磁體模組包含一載體結構、置於該載體結構上的一放置盤與置於該放置盤的一磁體，該靶材與該磁體分別位於該載體結構的相對側；以及形成一填充層，於該種子層上。
如請求項5所述之方法，其中在上視圖中，該載體結構的一中心、該放置盤的一中心與該磁體的一中心不位於一直線。
如請求項6所述之方法，其中該旋轉半徑小於該靶材的直徑的二分之一。
一種執行物理沉積製程之方法，包含：設置一封圍擋板，以定義一腔室；設置一晶圓基座台於該腔室中，該晶圓基座台配置以支撐一晶圓；設置一磁體模組於該晶圓基座台上，該磁體模組包含一載體結構與一磁體；設置一靶材於該載體結構下，其中該靶材包含一第一區與一第二區，該第一區較該第二區接近該靶材的一中心；以及根據該靶材的該第一區與該第二區的侵蝕深度變化，決定該載體結構的一中心與該磁體的一中心的一距離，該距離為約2.455英吋至約6.689英吋。
如請求項8所述之方法，其中該載體結構及該磁體從上方觀之皆具有圓形的輪廓。
如請求項8所述之方法，其中決定該載體結構的該中心與該磁體的該中心的該距離以使得該靶材的該第一區的侵蝕深度減緩且該靶材的該第二區的侵蝕深度增加。