专利名称：物理气相沉积设备及其电极及其沉积环的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种沉积环，特别是有关于一种可防止金属沉积于晶圆背面的沉积环。
背景技术：
参照图1a，其是显示已知的沉积环30设于物理气相沉积电极10之上时的情形。其中，沉积环30被安装于晶座40之上，而晶圆20置于晶座40之上，其边缘部分位于沉积环30的上方。沉积环30具有一凸状结构31以及一沟槽32。搭配参照图1b，其是显示沉积环30的俯视图，凸状结构31以及沟槽32均呈环状。此外，沟槽32的侧壁上具有缺口33。
参照图2a，当已知的沉积环30应用于物理气相沉积制程之中时，会造成金属沉积物50沉积于晶圆20的背面。例如，参照图2b，其是为图2a中的A部分放大图，在铜制程中，晶圆20的背面会生成氮化钽(TaN)沉积层52以及铜沉积层51(在此不讨论生成于晶圆20的侧面以及上表面的金属沉积物)。再回到图2a，晶圆20背面会生成金属沉积物50的原因为，沉积环30的沟槽32过浅(约为0.6毫米)，因此，物理气相沉积的金属粒子在撞击沟槽32的底部之后，会反弹至晶圆20的背面。并且，随着金属沉积物53逐渐沉积于沟槽32的底部，晶圆20背面上金属沉积物50的生成速度将会更快。尤其是，参照图1b，晶圆20背面相对应于沉积环30侧壁上缺口33的位置，其金属沉积物50的沉积问题将会更为严重。
晶圆20的背面生成有金属沉积物50会影响晶圆20背面的平坦度，降低后续制程的精度。并且，由于晶圆20背面的金属沉积物50的厚度无法掌控，因此在用于移除该金属沉积物50的湿式蚀刻制程(例如，用于移除铜沉积层的湿式蚀刻制程)后，仍会残留在晶圆20的背面，并在后续的蚀刻制程(用于移除其他金属沉积层的制程)中与蚀刻剂反应，而降低后续蚀刻制程的蚀刻效果。
发明内容
本发明是为了解决上述已知技术的问题，而提供的一种沉积环，具有一沉积环本体、一沟槽以及一凸状结构。沉积环本体呈平板环状，并具有一第一表面。沟槽以及凸状结构均呈环状，形成于第一表面之上，凸状结构邻接沟槽，该沟槽及凸状结构分别靠近该沉积环本体的内侧和外侧。沟槽具有一第一侧壁、一第二侧壁以及一沟槽底部。第一侧壁的曲率半径大于第二侧壁的曲率半径。第二侧壁为完整连续的环状壁面。该沟槽底部位于第一侧壁以及第二侧壁之间。第一侧壁与沟槽底部之间并有一第一夹角，第一夹角介于65度至120度之间，较佳为90度。沟槽的深度介于1.2毫米至3毫米之间，较佳为2毫米。
本发明所述的沉积环，其中该沉积环的材质为非金属材料。
本发明所述的沉积环，其中该沉积环的材质为陶瓷。
本发明还可以为一种物理气相沉积电极，具有一晶座以及沉积环。沉积环设于该晶座之上，并环绕晶座中央的晶圆承载部。沉积环具有一沉积环本体、一沟槽以及一凸状结构，沉积环本体呈平板环状，并具有一第一表面。沟槽以及凸状结构均呈环状，形成于第一表面之上，凸状结构邻接沟槽，该沟槽及凸状结构分别靠近该沉积环本体的内侧和外侧。沟槽具有一第一侧壁、一第二侧壁以及一沟槽底部。第一侧壁的曲率半径大于第二侧壁的曲率半径。第二侧壁为完整连续的环状壁面。该沟槽底部位于第一侧壁以及第二侧壁之间。第一侧壁与沟槽底部之间并有一第一夹角，第一夹角介于65度至120度之间，较佳为90度。沟槽的深度介于1.2毫米至3毫米之间，较佳为2毫米。沉积环的材质为非金属材质，较佳为陶瓷。物理气相沉积电极可用于沉积铜、钽或是其他材料。
本发明还可以为一物理气相沉积设备，具有一反应腔体、一晶座以及沉积环。沉积环设于该晶座之上，并环绕晶座中央的晶圆承载部。沉积环具有一沉积环本体、一沟槽以及一凸状结构，沉积环本体呈平板环状，并具有一第一表面。沟槽以及凸状结构均呈环状，形成于第一表面之上，凸状结构邻接沟槽，该沟槽及凸状结构分别靠近该沉积环本体的内侧和外侧。沟槽具有一第一侧壁、一第二侧壁以及一沟槽底部。第一侧壁的曲率半径大于第二侧壁的曲率半径。第二侧壁为完整连续的环状壁面。该沟槽底部位于第一侧壁以及第二侧壁之间。第一侧壁与沟槽底部之间并有一第一夹角，第一夹角介于65度至120度之间，较佳为90度。沟槽的深度介于1.2毫米至3毫米之间，较佳为2毫米。沉积环的材质为非金属材质，较佳为陶瓷。物理气相沉积设备可用于沉积铜、钽或是其他材料。
应用本发明，撞击沟槽的底部而反弹的金属粒子，会沉积于第二侧壁。因此，可有效避免金属沉积物形成于晶圆的背面，进而提升制程精度并改善湿式蚀刻的效果。并且，由于沉积环的第二侧壁为完整连续的环状壁面，因此可避免已知技术中，晶圆背面相对应于沉积环侧壁上缺口位置的金属沉积问题。
图1a是显示已知的物理气相沉积电极的侧视剖面图；图1b是显示已知沉积环的俯视图；
图2a是显示已知技术中，金属沉积物的沉积情形；图2b是显示图2a中的A部分放大图；图3a是显示本发明的沉积环的侧视剖面图；图3b是显示本发明的沉积环的俯视图；图4a是显示本发明的物理气相沉积电极的侧视剖面图；图4b是显示本发明中，金属沉积物的沉积情形；图5a是显示本发明中沟槽形状的变形例；图5b是显示本发明中凸状结构形状的变形例；图6是显示本发明的物理气相沉积设备。
具体实施例方式
第一实施例参照图3a，其是显示本发明的沉积环100的剖面图。沉积环100具有一沉积环本体110、一沟槽120以及一凸状结构130，搭配参照图3b，沉积环本体110呈平板环状，并具有一第一表面111。沟槽120以及凸状结构130均呈环状，形成于第一表面111之上，凸状结构130邻接沟槽120，并靠近该沉积环本体110的外侧。沟槽120具有一第一侧壁121、一第二侧壁122以及一沟槽底部123。第一侧壁121的曲率半径大于第二侧壁122的曲率半径。第二侧壁122为完整连续的环状壁面。该沟槽底部123位于第一侧壁121以及第二侧壁122之间。
第一侧壁121与沟槽底部123之间并有一第一夹角θ，第一夹角θ介于65度至120度之间，较佳为90度。沟槽120的深度h(第二侧壁122的高度)介于1.2毫米至3毫米之间，较佳为2毫米。
沉积环100的材质为非金属材质，较佳为陶瓷。
第二实施例参照图4a，本发明还可以为一物理气相沉积电极200，具有一晶座40以及沉积环100。沉积环100设于该晶座40之上，并环绕晶座40中央的晶圆承载部41。沉积环100具有一沉积环本体110、一沟槽120以及一凸状结构130，搭配参照图3b，沉积环本体110呈平板环状，并具有一第一表面111。沟槽120以及凸状结构130均呈环状，形成于第一表面111之上，凸状结构130邻接沟槽120，并靠近该沉积环本体110的外侧。沟槽120具有一第一侧壁121、一第二侧壁122以及一沟槽底部123。第一侧壁121的曲率半径大于第二侧壁122的曲率半径。第二侧壁122为完整连续的环状壁面。该沟槽底部123位于第一侧壁121以及第二侧壁122之间。
第一侧壁121与沟槽底部123之间并有一第一夹角θ，第一夹角θ介于65度至120度之间，较佳为90度。沟槽120的深度h(第二侧壁122的高度)介于1.2毫米至3毫米之间，较佳为2毫米。
沉积环100的材质为非金属材质，较佳为陶瓷。
物理气相沉积电极200可用于沉积铜、钽或是其他材料。
参照图4b，其是显示本发明第一实施例的沉积环100或是本发明第二实施例的物理气相沉积电极200的使用情形。通过调整沟槽120的深度h以及第一侧壁121与沟槽底部123之间的第一夹角θ，金属沉积物53会沉积于沟槽底部123，而撞击沟槽120的底部而反弹的金属粒子，会沉积于第二侧壁122。因此，可有效避免金属沉积物形成于晶圆20的背面，进而提升制程精度并改善湿式蚀刻的效果。并且，由于沉积环100的第二侧壁122为完整连续的环状壁面，因此可避免已知技术中，晶圆背面相对应于沉积环侧壁上缺口位置的金属沉积问题。
本发明第一实施例以及第二实施例所述的沉积环100，也可视情况需要，变更凸状结构130或是沟槽120的形状，例如，参照图5a，于沟槽120的第一侧壁121与沟槽底部123之间形成导角124，于第二侧壁122与沟槽底部123之间形成导角125。或，将图5a中的导角改为圆角。或，如图5b所显示的，将凸状结构130的截面形状更改为梯形。此各种变化也落入本发明的范围之中。
第三实施例参照图6，本发明还可以为一物理气相沉积设备300，具有一反应腔体310、一晶座40以及沉积环100。沉积环100设于该晶座40之上，并环绕晶座40中央的晶圆承载部41。沉积环100具有一沉积环本体110、一沟槽120以及一凸状结构130，搭配参照图3b，沉积环本体110呈平板环状，并具有一第一表面111。沟槽120以及凸状结构130均呈环状，形成于第一表面111之上，凸状结构130邻接沟槽120，并靠近该沉积环本体110的外侧。沟槽120具有一第一侧壁121、一第二侧壁122以及一沟槽底部123。第一侧壁121的曲率半径大于第二侧壁122的曲率半径。第二侧壁122为完整连续的环状壁面。该沟槽底部123位于第一侧壁121以及第二侧壁122之间。
第一侧壁121与沟槽底部123之间并有一第一夹角θ，第一夹角θ介于65度至120度之间，较佳为90度。沟槽120的深度h(第二侧壁122的高度)介于1.2毫米至3毫米之间，较佳为2毫米。
沉积环100的材质为非金属材质，较佳为陶瓷。
物理气相沉积设备300可用于沉积铜、钽或是其他材料，其应用蒸镀(Evaporation)或溅镀(Sputtering)等方式进行沉积。特别是，应用直流等离子溅镀法(DC sputtering)、磁控直流溅镀法(Magnetron DC sputtering)、直管法(Collimator)、长投法(Long Throw)或离子化法(Ionized)等溅镀方式进行沉积。
虽然本发明已通过具体的较佳实施例说明如上，但该较佳实施例并非用以限定本发明。本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应有能力对该较佳实施例做出各种更改和补充，因此本发明的保护范围以权利要求书的范围为准。
附图中符号的简单说明如下10物理气相沉积电极20晶圆30沉积环31凸状结构32沟槽33缺口40晶座41晶圆承载部50金属沉积物51铜52氮化钽53金属沉积物100沉积环110沉积环本体111第一表面120沟槽121第一侧壁122第二侧壁123沟槽底部124导角125导角
130凸状结构200物理气相沉积电极300物理气相沉积设备310反应腔体。
权利要求
1.一种沉积环，具有一沉积环本体，呈平板环状，具有一第一表面；以及一沟槽，该沟槽呈环状，形成于该第一表面之上，并靠近该沉积环本体的内侧，其中，该沟槽的深度介于1.2毫米与3毫米之间。
2.根据权利要求1所述的沉积环，其特征在于该沟槽具有一第一侧壁、一第二侧壁以及一沟槽底部，该第一侧壁的曲率半径大于该第二侧壁的曲率半径，该沟槽底部位于该第一侧壁以及该第二侧壁之间。
3.根据权利要求2所述的沉积环，其特征在于该第一侧壁与该沟槽底部之间具有一第一夹角，该夹角介于65度至120度之间。
4.根据权利要求2所述的沉积环，其特征在于该第二侧壁为完整连续的环状壁面。
5.根据权利要求2所述的沉积环，其特征在于该沉积环的材质为非金属材料。
6.根据权利要求5所述的沉积环，其特征在于该沉积环的材质为陶瓷。
7.根据权利要求1所述的沉积环，其特征在于其更包括一凸状结构，呈环状，设于该第一表面之上，邻接该沟槽，并靠近该沉积环本体的外侧。
8.一种物理气相沉积电极，具有一晶座；以及一沉积环，设于该晶座之上，具有一沉积环本体以及一沟槽，其中，该沉积环本体呈平板环状，并具有一第一表面，该沟槽呈环状，形成于该第一表面之上，并靠近该沉积环本体的内侧，其中，该沟槽的深度介于1.2毫米与3毫米之间。
9.根据权利要求8所述的物理气相沉积电极，其特征在于该沟槽具有一第一侧壁、一第二侧壁以及一沟槽底部，该第一侧壁的曲率半径大于该第二侧壁的曲率半径，该沟槽底部位于该第一侧壁以及该第二侧壁之间。
10.根据权利要求9所述的物理气相沉积电极，其特征在于该第一侧壁与该沟槽底部之间具有一第一夹角，该夹角介于65度至120度之间。
全文摘要
一种物理气相沉积设备及其电极及其沉积环。该沉积环具有一沉积环本体、一沟槽以及一凸状结构。沉积环本体呈平板环状，并具有一第一表面。沟槽以及凸状结构均呈环状，形成于第一表面之上，凸状结构邻接沟槽，并靠近该沉积环本体的外侧。沟槽具有一第一侧壁、一第二侧壁以及一沟槽底部。第一侧壁的曲率半径大于第二侧壁的曲率半径。第二侧壁为完整连续的环状壁面。该沟槽底部位于第一侧壁以及第二侧壁之间。第一侧壁与沟槽底部之间并有一第一夹角，第一夹角介于65度至120度之间，较佳为90度。沟槽的深度介于1.2毫米至3毫米之间，较佳为2毫米。本发明可有效避免金属沉积物形成于晶圆背面，并可避免沟槽侧壁缺口位置的金属沉积。
文档编号C23C14/24GK1847446SQ20051009390
公开日2006年10月18日 申请日期2005年8月31日 优先权日2005年4月5日
发明者郭裕元, 戴硕彦, 蔡宙庭, 莫明德, 郑国贤, 郑冠桦 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司