专利名称：减少工艺套件上沉积薄膜剥离的方法
技术领域：
本发明涉及用以制造集成电路的设备，且特别涉及减少工艺套件上沉积薄膜剥离
的方法。
背景技术：
在集成电路制造程序中，有许多包括在晶片上沉积薄膜的步骤。 一般用来形成薄 膜的沉积方法为物理气相沉积法，在其中是使用等离子体从靶材溅射出离子，并沉积溅射 离子于晶片上。然而，在物理气相沉积工艺中，晶片容易被来自工艺腔室中的污染物污染。
在沉积工艺中，沉积在晶片上的材料也沉积在工艺腔室的内部件上。随着累积的 材料厚度逐渐增加，累积的材料最后会剥离并掉落在晶片上而使良率降低。
为了减少来自工艺腔室的污染物，常使用工艺套件(process kit)遮蔽工艺腔室 的内部件并收集溅射自靶材的离子。然而，工艺套件需要周期性地进行保养及更换。否则， 沉积在工艺套件上的材料也会由于应力而碎裂并剥离。举例来说，一般在物理气相沉积工 艺之后，进行使用高压水流及/或刷子的擦洗(scrubbing)以从晶片移除剥离的微粒，而擦 洗会造成良率降低50%或更多。然而，污染源仍未被减少。尤其是，维持工艺腔室所需要的 工艺保养花费与新的工艺套件的费用庞大。因此，有需要减少所需要的保养并延长工艺套 件的使用寿命。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种方法，包括提供一包括靶材的工艺腔 室，其中该靶材具有一第一热膨胀系数；选择一具有第二热膨胀系数的表面层的工艺套件， 其中该第一热膨胀系数与第二热膨胀系数之间的差异比率小于约35% ;以及将该工艺套件 设置于一工艺腔室中，其中该表面层暴露于该工艺腔室。 本发明也提供一种方法，包括提供一包括基层的工艺套件；使用等离子体喷涂 在该工艺套件的基层上形成一表面层，其中该表面层包括钛并具有一第一热膨胀系数；将 该工艺套件设置在一工艺腔室中；以及在设置该工艺套件的步骤之后，于该工艺腔室中沉 积一薄膜于一晶片上，其中该薄膜包括氮化钛并具有接近该第一热膨胀系数的一第二热膨 胀系数。 本发明还提供一种方法，包括提供一工艺套件的基层；使用等离子体喷涂形成 一表面层邻接并位于该工艺套件的基层的上方，其中该表面层包括一材料，择自实质上由 钛、钽及铝所构成的群组；以及将该工艺套件设置于一工艺腔室中，其中该工艺腔室包括一 靶材，包括与该表面层相同的材料，并具有一第一热膨胀系数，相似于该表面层的一第二热 膨胀系数。 使用本发明实施例的优点包括由于工艺薄膜中的应力降低，因此工艺薄膜从工 艺套件剥落的情况大幅减少，并且制层薄膜与工艺套件可由于相似的材料而得到更好的粘着性。
图1显示用以在晶片上沉积薄膜的工艺腔室，其中工艺套件设置在工艺腔室中。 图2显示传统工艺套件的部分剖面图。 图3显示本发明实施例中包括应力降低层的工艺套件。
并且，上述附图中的附图标记说明如下 20 工艺腔室；22 平台；24 晶片；26 靶材；28 传统工艺套件；29 薄膜；
30 工艺套件；30! 基层；302 应力降低层；32 工艺薄膜；32_A 工艺薄膜部分；32_ B 工艺薄膜部分；T1 厚度；T2 厚度。
具体实施例方式
有关各实施例的制造和使用方式是如以下所详述。然而，值得注意的是，本发明所
提供的各种可应用的发明概念是依具体内文的各种变化据以实施，且在此所讨论的具体实 施例仅是用来显示具体使用和制造本发明的方法，而不用以限制本发明的范围。 本发明提供一种减少工艺腔室中的污染物及工艺套件的新颖方法。以下是通过各
种图示及例式说明本发明的较佳实施例。在本发明各种不同的各种实施例和图示中，相同 的符号代表相同或类似的元件。 图1显示工艺腔室20，其可用于物理气相沉积，然而工艺腔室20亦可用于其他沉 积方法。工艺腔室20包括平台22，其可包括例如静电夹持吸盘(electrostatic chuck; E-Chuck)的加热器。晶片24设置在平台22上。在平台22(及晶片24)上的为靶材26，其 包括将要被沉积在晶片24上以形成薄膜的材料。工艺腔室20还包括工艺套件30。工艺套 件30可为整合的部件，或包括多数个部件，包括而不限于上档板(shield)、下档板、遮蔽环 (cover ring)及类似的部件。在上示图中，显现的工艺套件30可为环绕晶片24的一或更 多个环。在沉积薄膜于晶片24上的过程中，工艺套件30用作档板，以避免溅射自靶材26 的材料沉积到不期望的位置上，例如工艺腔室20的侧壁上。 图2显示传统工艺套件28的部分剖面图，工艺套件28可以不锈钢形成。在使用 工艺套件28的过程中，来自靶材的额外材料可沉积于工艺套件28上。举例来说，在晶片上 沉积钛或氮化钛(此后称为Ti/TiN)的过程中，Ti/TiN薄膜29沉积于工艺套件28上。实 验已证实，当使用图2中所示的工艺套件28时，会造成高程度的生产良率损失。举例来说， 已发现掉落在晶片上的Ti/TiN剥落物会造成68%的良率损失。此外，当用来沉积Ti/TiN 薄膜的相同工艺腔室也用来沉积铝或铝铜(alumi皿m copper)时，剥落的铝会造成约17% 的良率损失。 在图2所示的结构中，不锈钢工艺套件28的热膨胀系数(coefficient ofthermal expansion ;CTE)约为19 X 10—6/C (摄氏度数(Celsius))，而Ti/TiN薄膜29的热膨胀系数 约为9.35X10—6/C。差异如此大的热膨胀系数在Ti/TiN薄膜29中造成庞大的应力。因此， Ti/TiN薄膜29容易碎裂并剥离。剥离自Ti/TiN工艺薄膜29的微粒将恶化晶片的良率损 失。 图3显示本发明一实施例的剖面图，其可为沿着图1中的横截线A-A'或横截线 B-B，的所构成剖面图。工艺套件30包括基层30!及应力降低(stressreduction)层302。在整个说明书中，应力降低层302也称作表面层，这是因为在配置工艺套件30于工艺腔室 20中的时候，应力降低层302会露出。于一实施例中，基层3(^包括不锈钢，然而也可使用例 如铝、钛、钽、铜、上述材料的合金及/或上述材料的组合的其他材料。应力降低层302可以 钛、钽、铝、铜、钴、钨、及/或其他材料，包括Mg、 Ca、 Sr、 Ba、 SC、 Y、 La、 Ce、 Ti、 Zr、 Hf 、 Pr、 V、 Nb、 Ta、 Nd、 Cr、 Mo、 W、 Mn、 Re、 Sm、 Fe、 Ru、 0s、 Eu、 Co、 Rh、 Ir、 Gd、 Ni、 Pd、 Pt、 Tb、 Cu、 Ag、 Au、 Dy、Zn、Ho、Ga、 In、Er、Ge、 In、 Pb、 Tm、 YB、 Lu、 Bi、 C及类似的材料形成。应力降低层302是 在配置工艺套件30于工艺腔室20中(参照图1)之前预先形成，并在晶片上进行沉积时用 作遮罩。在工艺腔室20中使用之后，会形成额外的薄膜(此后称为工艺薄膜32，理由为其 是通过集成电路制造程序形成)。为了降低工艺薄膜32中的应力，并减少工艺薄膜32自应 力降低层302剥离的情况，工艺薄膜32的特性可接近位于其下方的应力降低层302。举例 来说，工艺薄膜32的热膨胀系数可接近应力降低层302的热膨胀系数。假设工艺薄膜32的 热膨胀系数为Cl，且应力降低层302的热膨胀系数为C2，热膨胀系数的差异可以|C1-C2|/ Cl表示，其可小于约35%，且甚至小于约7%。热膨胀系数Cl与热膨胀系数C2也可彼此 相等。由于工艺薄膜32的材料来自靶材26，耙材26的材料实质上与工艺薄膜32具有相 同的特性，包括热膨胀系数。换句话说，工艺套件30及应力降低层302需根据要沉积在晶 片24上的薄膜(此时为靶材26)作选择。应力降低层302的厚度可大于约37ym，或介于 约150 ii m至约300 ii m之间。 于一范例实施例中，应力降低层302包括钛，并可以实质上的纯钛形成，举例来说， 应力降低层302中的钛原子百分比大于约70%。钛应力降低层302的热膨胀系数等于约 8. 7X 10—7C。因此，包括钛应力降低层302的工艺套件30可用来形成钛层、氮化钛层或类 似的薄膜。由于氮化钛的热膨胀系数接近约9. 35X10—6/C，在也包括钛或氮化钛的最终工 艺薄膜32中的应力将会是微小的，且碎裂及剥离的可能性会降低。要了解虽然工艺薄膜32 的材料可相似于应力降低层302，举例来说，皆具有钛，但是当工艺薄膜32在不同位置可能 具有不同厚度T2时，应力降低层302可具有实质上均一的厚度Tl (图3)。举例来说，由于 工艺薄膜部分32_A暴露于溅射离子的程度相对于工艺薄膜部分32_B较低，因此工艺薄膜 部分32_A的厚度可小于工艺薄膜部分32_B约50%。 为了减少应力降低层302从基层3(^剥离的情况，应力降低层302与基层3(^之间 需要有良好的结合性。于一实施例中，可使用涉及例如大于约50伏特高压的等离子体喷涂 (plasma spray)，在基层30!上沉积应力降低层302，以在应力降低层302与工艺薄膜32之 间得到良好的结合性。或者，也可在等离子体喷涂中使用较高的温度，举例来说，应力降低 层302与基层3(^之间的界面区域温度大于约l，OO(TC。即使应力降低层302可能由于高程 度的热膨胀系数不匹配(CTE mismatch)而具有相对高的应力，应力降低层302与基层3(^ 也因为具有良好的结合性而不易剥落。另一方面，应力降低层302与其上方的工艺薄膜32 是以相似的材料形成，因此具有相似的热膨胀系数。因此，工艺薄膜32受到较小的应力且 与剥落的情况较少。 为了更增进工艺薄膜32与应力降低层302之间的结合性，可控制应力降低层302 的表面粗糙度在期望的范围之内。于一实施例中，应力降低层302的表面粗糙度可大于约 10ra，并可介于约15ra至约30ra之间。应力降低层302的表面粗糙度可通过调整等离子 体喷涂的工艺条件，例如功率、压力或类似的条件而调整。
若要在晶片24(请参照图1)上形成不同的薄膜，可选择具有不同应力降低层的工 艺套件，以使将要沉积在工艺套件上的工艺薄膜32的热膨胀系数与应力降低层302的热膨 胀系数相配。于一实施例中，晶片24是沉积铝薄膜，或铝与铜的合金(AlCu)薄膜。在图3 显示的实施例中，工艺薄膜32可包括铝或AlCu。因此应力降低层302可以铝合金、纯铝或 例如铝原子百分比大于约70%的实质上的纯铝形成。应力降低层302与其下方的基层3(^ 具有良好的结合性，其中基层3(^如先前所述的可以不锈钢或其他材料形成。因此，铝应力 降低层302的形成方法可包括等离子体喷涂。 于其他实施例中，晶片24是沉积钽薄膜或氮化钽(TaN)薄膜。因此，在图3显示 的实施例中，工艺薄膜32可包括钽或TaN。应力降低层302可以钽合金、纯钽或例如钽原子 百分比大于约70%的实质上的纯钽形成。钽应力降低层302与其下方的基层3(^具有良好 的结合性，其中基层3(^如先前所述的可以不锈钢或其他材料形成。因此，钽应力降低层302 的形成方法可包括等离子体喷涂。 使用本发明实施例的优点包括由于工艺薄膜32中的应力降低，因此工艺薄膜32 从工艺套件30剥落的情况大幅减少，并且制层薄膜与工艺套件可由于相似的材料而得到 更好的粘着性。实验结果已证实通过使用上述实施例，制层配件的使用寿命是相较于传统 工艺套件的两倍。此外，每个工艺套件的工艺保养时间也减少一半，这是因为工艺保养之间 的间隔也加倍。 虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然而其并非用以限定本发明，任何本领域 普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保 护范围当视随附的权利要求所界定的范围为准。
权利要求
一种方法，包括提供一包括靶材的工艺腔室，其中该靶材具有一第一热膨胀系数；选择一具有第二热膨胀系数的表面层的工艺配件，其中该第一热膨胀系数与第二热膨胀系数之间的差异比率小于约35％；以及将该工艺配件设置于一工艺腔室中，其中该表面层暴露于该工艺腔室。
2. 如权利要求1所述的方法，其中该工艺配件的该表面层与该靶材包括相同的材料。
3. 如权利要求1所述的方法，其中该工艺配件包括一不锈钢层，邻接并位于该表面层 的下方。
4. 一种方法，包括 提供一包括基层的工艺配件；使用等离子体喷镀在该工艺配件的基层上形成一表面层，其中该表面层包括钛并具有 一第一热膨胀系数；将该工艺配件设置在一工艺腔室中；以及在设置该工艺配件的步骤之后，于该工艺腔室中沉积一层膜于一晶片上，其中该层膜 包括氮化钛并具有接近该第一热膨胀系数的一第二热膨胀系数。
5. 如权利要求4所述的方法，其中在每次设置该工艺配件在该工艺腔室中，该表面层 露出。
6. 如权利要求4所述的方法，其中该第一热膨胀系数与该第二热膨胀系数具有小于 35%的差异。
7. 如权利要求4所述的方法，其中该表面层包括钽，且其中该层膜包括氮化钽。
8. 如权利要求4所述的方法，其中该表面层包括铝，且其中该层膜包括铝铜。
9. 如权利要求4所述的方法，其中该基层包括邻接该表面层的一不锈钢层。
10. —种方法，包括 提供一工艺配件的基层；使用等离子体喷镀形成一表面层邻接并位于该工艺配件的基层的上方，其中该表面层 包括一材料，择自实质上由钛、钽及铝所构成的群组；以及将该工艺配件设置于一工艺腔室中，其中该工艺腔室包括一靶材，包括与该表面层相 同的材料，并具有一第一热膨胀系数，相似于该表面层的一第二热膨胀系数。
11. 如权利要求10所述的方法，还包括在设置该工艺配件的步骤之后，通过从该靶材溅射而在该工艺腔室中沉积一层膜于一晶片上o
12. 如权利要求11所述的方法，其中该表面层包括钛，且其中该层膜包括氮化钛。
13. 如权利要求11所述的方法，其中该表面层包括钽，且其中该层膜包括氮化钽。
14. 如权利要求11所述的方法，其中该表面层包括铝，且其中该层膜包括铝铜。
全文摘要
本发明提供一种减少工艺套件上沉积薄膜剥离的方法，包括提供一包括靶材的工艺腔室，其中该靶材具有一第一热膨胀系数；选择一具有第二热膨胀系数的表面层的工艺套件，其中该第一热膨胀系数与第二热膨胀系数之间的差异比率小于约35％；以及将该工艺套件设置于一工艺腔室中，其中该表面层暴露于该工艺腔室。使用本发明实施例的优点包括由于工艺薄膜中的应力降低，因此工艺薄膜从工艺套件剥落的情况大幅减少，并且制层薄膜与工艺套件可由于相似的材料而得到更好的粘着性。
文档编号H01L21/00GK101728241SQ20091020464
公开日2010年6月9日 申请日期2009年10月10日 优先权日2008年10月10日
发明者庄字周, 汪业杰, 白峻荣, 赵长辉, 阙嘉良, 陈家骏 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司