用于在物理气相沉积工艺中控制离子分数的方法和设备技术

公开用于在物理气相沉积工艺中控制离子分数的方法和设备。在一些实施方式中，用于处理具有给定直径的基板的处理腔室包括：内部容积和待溅射靶材，内部容积包括中心部分和周边部分；可旋转磁控管，处于靶材上方以在周边部分中形成环形等离子体；基板支撑件，设置在内部容积中以支撑具有给定直径的基板；第一组磁体，围绕主体设置以在周边部分中形成实质上竖直的磁场线；第二组磁体，围绕主体设置且处于基板支撑件上方以形成指向支撑表面的中心的磁场线；第一电源，用于电偏置靶材；和第二电源，用于电偏置基板支撑件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在物理气相沉积工艺中控制离子分数的方法和设备
本公开内容的实施方式一般涉及用于半导体制造系统中的基板处理腔室。
技术介绍
溅射(也被称物理气相沉积(physicalvapordeposition,PVD))是在集成电路中沉积金属的方法。溅射在基板上沉积材料层。源材料，诸如靶材，被由电场强烈加速的离子轰击。轰击使材料从靶材喷出，并且材料随后沉积在基板上。在沉积期间，喷出粒子可以在不同方向上行进，而非大体上正交于基板表面行进，从而不利地造成形成在基板中的高深宽比特征的拐角上的悬突结构。悬突物可能不利地造成形成在沉积材料内的孔洞或空隙，从而造成所形成的特征的减弱的导电性。更高的深宽比几何形状更难实现无空隙的填充。将到达基板表面的离子分数或离子密度控制到期望范围可以改进在金属层沉积工艺期间的底部和侧壁覆盖(并且减少悬突问题)。在一个示例中，可以经由诸如准直器的处理工具来控制从靶材逐出的粒子以促进向特征中提供更竖直的粒子轨迹。准直器在靶材与基板之间提供相对长的、直的且窄的通道以过滤掉影响并粘附在准直器的通道的非竖直地行进的粒子。然而，本专利技术人已经发现，在一些应用中，准直器可能不利地影响在基板上的沉积均匀性。具体地讲，在一些情况下，通道形状被压印(imprint)在基板上。本专利技术人进一步发现，可以使用对离子和离子分数(即，等离子体中的离子数量对(versus)等离子体中的中性粒子的数量)的控制来控制在基板上的沉积特性，诸如均匀性等。因此，本专利技术人提供用于在物理气相沉积工艺中控制离子分数的方法和设备的改进的实施方式。
技术实现思路
公开用于在物理气相沉积工艺中控制离子分数的方法和设备。在一些实施方式中，一种用于处理具有给定直径的基板的处理腔室包括：主体，具有内部容积和包括待溅射靶材的盖组件，其中内部容积包括具有大约给定直径的中心部分和围绕中心部分的周边部分；磁控管，设置在靶材上方，其中磁控管经构造以围绕处理腔室的中心轴线旋转多个磁体以在内部容积的周边部分中形成环形等离子体，并且其中多个磁体的旋转半径实质上等于或大于给定直径；基板支撑件，设置在与靶材相对的内部容积中且具有支撑表面，支撑表面经构造以支撑具有给定直径的基板；第一组磁体，围绕主体设置并接近靶材，以形成在周边部分中具有实质上竖直的磁场线的磁场；第二组磁体，围绕主体设置且处于基板支撑件的支撑表面上方以形成具有指向支撑表面的中心的磁场线的磁场；第一电源，耦合到靶材以电偏置靶材；和第二电源，耦合到基板支撑件以电偏置基板支撑件。在一些实施方式中，一种用于处理具有给定直径的基板的处理腔室包括：主体，具有内部容积和包括待溅射靶材的盖组件，其中内部容积包括具有大约给定直径的中心部分和围绕中心部分的周边部分；磁控管，设置在靶材上方，其中磁控管经构造以围绕处理腔室的中心轴线旋转多个磁体以在内部容积的周边部分中形成环形等离子体，并且其中多个磁体的旋转半径实质上等于或大于给定直径；基板支撑件，设置在内部容积中并与靶材相对，并且具有支撑表面，支撑表面经构造以支撑具有给定直径的基板；准直器，设置在靶材与所述基板支撑件之间；第一组磁体，围绕主体设置且接近靶材以形成在周边部分中且穿过准直器具有实质上竖直的磁场线的磁场；第二组磁体，围绕主体设置且处于基板支撑件的支撑表面上方以形成具有指向支撑表面的中心的磁场线的磁场；第三组磁体，围绕主体设置且处于与准直器的面向基板的表面一样的高度或准直器的面向基板的表面下方的高度，以形成具有向内且向下地指向中心部分且指向支撑表面的中心的磁场线的磁场；第一电源，耦合到靶材以电偏置靶材；和第二电源，耦合到基板支撑件以电偏置基板支撑件。在一些实施方式中，一种处理基板的方法包括：在处理腔室的位于基板上方且接近靶材的环形区域内形成等离子体以从靶材溅射材料，其中环形区域的内径实质上等于或大于基板的直径，使得等离子体的主要部分设置在处于基板上方和基板径向外侧的位置中；朝向基板引导从靶材溅射的材料；和在基板上沉积从靶材溅射的材料。以下描述本公开内容的其它和进一步实施方式。附图说明可以参考随附附图中描绘的本公开内容的示例性实施方式来理解上文简要地概述且在下文更详细讨论的本公开内容的实施方式。然而，随附附图仅示出了本公开内容的典型实施方式，并且因此不应视为对保护范围的限制，因为本公开内容可允许其它等效实施方式。图1描绘了根据本公开内容的一些实施方式的处理腔室的示意性横截面图。图2描绘了根据本公开内容的一些实施方式的准直器的俯视图。图3是根据本公开内容的一些实施方式的描绘处理基板的方法的流程图。为了促进理解，已经尽可能地使用相同的元件符号标示各图共有的相同元件。附图未按比例绘制，并且为了清楚起见，可以进行简化。一些实施方式的元件和特征可有益地结合在其它实施方式中，而不赘述。具体实施方式本文公开用于在物理气相沉积工艺中控制离子分数的方法和设备的实施方式。本专利技术的方法和设备有利地提供在PVD工艺中对离子的更好的控制，由此进一步有利地促进对沉积结果(诸如材料在基板上沉积的均匀性)的控制。本专利技术的设备和方法的实施方式还可有利地改进在基板中的特征中的沉积并通过增加离子数量和减少沉积在基板上的中性物质的数量来降低必要的沉积速率。本公开内容的实施方式在本文中参照物理气相沉积(PVD)腔室说明性地进行描述。然而，本专利技术的方法可以用于根据本文公开的教导修改的任何处理腔室。图1示出了根据本公开内容的实施方式的PVD腔室(处理腔室100)，例如，溅射处理腔室，其适合于在具有给定直径的基板上溅射沉积材料。在一些实施方式中，PVD腔室进一步包括设置在腔室中且由处理工具适配器138支撑的准直器118。在图1中所示的实施方式中，处理工具适配器138是冷却的处理工具适配器。可适于从本公开内容受益的合适的PVD腔室的说明性的示例包括Plus和SIPPVD处理腔室，两者都可从加利福尼亚州圣克拉拉的应用材料公司(AppliedMaterials,Inc.,ofSantaClara,California)商购得到。可从应用材料公司以及其它制造商获得的其它处理腔室也可根据本文所述的实施方式进行适配。处理腔室100一般包括限定主体105的上侧壁102、下侧壁103、接地适配器104和盖组件111，主体105包围内部容积106。内部容积106包括具有大约待处理的基板的给定直径的中心部分和围绕中心部分的周边部分。另外，内部容积106包括在基板上方且接近靶材的环形区域，其中环形区域的内径实质上等于或大于基板的直径，使得等离子体的主要部分设置在处于基板上方和基板径向外侧的位置中。适配器板107可以设置在上侧壁102与下侧壁103之间。基板支撑件108设置在处理腔室100的内部容积106中。基板支撑件108经构造以支撑具有给定直径(例如，150mm、200mm、300mm、450mm或类似直径)的基板。基板传送端口109形成在下侧壁103中以用于传送基板进出内部容积106。在一些实施方式中，处理腔室100经构造以在基板(诸如基板101)上沉积例如钛、氧化铝、铝、氧氮化铝、铜、钽、氮化钽、氮氧化钽、氮氧化钛、钨或氮化钨。合适应用的非限制性示例包括在过孔、沟槽、双镶嵌式结构或类似结构中的晶种层沉积。气源110耦合到处理腔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于处理具有给定直径的基板的处理腔室，包括：主体，具有内部容积和包括待溅射靶材的盖组件，其中所述内部容积包括具有大约所述给定直径的中心部分和围绕所述中心部分的周边部分；磁控管，设置在所述靶材上方，其中所述磁控管经构造以围绕所述处理腔室的中心轴线旋转多个磁体，以在所述内部容积的所述周边部分中形成环形等离子体，并且其中所述多个磁体的旋转半径实质上等于或大于所述给定直径；基板支撑件，设置在所述内部容积中并与所述靶材相对，并且具有支撑表面，所述支撑表面经构造以支撑具有所述给定直径的基板；第一组磁体，围绕所述主体设置且接近所述靶材以形成在所述周边部分中具有实质上竖直的磁场线的磁场；第二组磁体，围绕所述主体设置且处于所述基板支撑件的支撑表面上方，以形具有指向所述支撑表面的中心的磁场线的磁场；第一电源，耦合到所述靶材以电偏置所述靶材；和第二电源，耦合到所述基板支撑件以电偏置所述基板支撑件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.05 US 62/304,1731.一种用于处理具有给定直径的基板的处理腔室，包括：主体，具有内部容积和包括待溅射靶材的盖组件，其中所述内部容积包括具有大约所述给定直径的中心部分和围绕所述中心部分的周边部分；磁控管，设置在所述靶材上方，其中所述磁控管经构造以围绕所述处理腔室的中心轴线旋转多个磁体，以在所述内部容积的所述周边部分中形成环形等离子体，并且其中所述多个磁体的旋转半径实质上等于或大于所述给定直径；基板支撑件，设置在所述内部容积中并与所述靶材相对，并且具有支撑表面，所述支撑表面经构造以支撑具有所述给定直径的基板；第一组磁体，围绕所述主体设置且接近所述靶材以形成在所述周边部分中具有实质上竖直的磁场线的磁场；第二组磁体，围绕所述主体设置且处于所述基板支撑件的支撑表面上方，以形具有指向所述支撑表面的中心的磁场线的磁场；第一电源，耦合到所述靶材以电偏置所述靶材；和第二电源，耦合到所述基板支撑件以电偏置所述基板支撑件。2.如权利要求1所述的处理腔室，进一步包括：准直器，设置在所述靶材与所述基板支撑件之间。3.如权利要求2所述的处理腔室，其中所述准直器包括中心区域和周边区域，所述中心区域具有等于或大于所述给定直径的直径，所述周边区域围绕所述中心区域。4.如权利要求2所述的处理腔室，进一步包括：第三组磁体，围绕所述主体设置在与所述准直器的面向基板的表面一样的高度或在所述准直器的面向基板的表面下方的高度处，其中所述第三组磁体经构造以形成具有向内并向下地指向所述中心部分并指向所述支撑表面的所述中心的磁场线的磁场。5.如权利要求2所述的处理腔室，其中所述准直器被偏置。6.如权利要求2所述的处理腔室，其中所述准直器与所述基板支撑件的所述支撑表面间隔开第一高度，所述第一高度为约400mm至约600mm。7.如权利要求2所述的处理腔室，其中所述准直器与所述靶材间隔开第二高度，所述第二高度为约25mm至约75mm。8.如权利要求1至7中任一项所述的处理腔室，其中所述磁控管具有介于所述给定直径与所述内部容积的内径之间的旋转半径。9.如权利要求1至7中任一项所述的处理腔室，其中所述旋转半径...

【专利技术属性】
技术研发人员：晓东·王，李靖珠，张富宏，马丁·李·瑞克，基思·A·米勒，威廉·弗鲁赫特曼，汪荣军，阿道夫·米勒·艾伦，守印·张，唐先明，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国,US