一种物理气相沉积反应器包含一真空腔体、一耦接到腔体上的真空泵、一耦接到腔体的工艺气体入口以及一耦接到工艺气体入口的工艺气体源；其中该真空腔体包含一侧壁、一顶板与接近腔体底面的一晶片支撑底座。金属溅射靶材位于顶板上且高压直流源耦接到溅射靶材上。射频等离子体源功率产生器耦接到金属溅射靶材上，且具有适合激发运动电子的频率。优选地，晶片支撑底座包含静电吸盘，以及耦接到晶片支撑底座上的一射频等离子体偏压功率产生器，其具有适于将能源耦合到等离子体离子的频率。优选地，具有直径超过约０．５英寸的固体金属射频馈入杆（ｆｅｅｄ ｒｏｄ）与金属靶材啮合，此射频馈入杆轴向延伸于靶材上方且穿过顶板并耦接到射频等离子体源功率产生器上。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种物理气相沉积反应器，尤其涉及一种具有可施加到靶材的 射频电源的物理气相沉积等离子体反应器。
技术介绍
近来随着集成电路设计技术的进步，位于半导体晶体管上方的多层内连线 结构现今已有多达六层至十层的内连线层。绝缘层将连续的导体层分开。导体 内连线层可具有完全不同的导体图案，以及内连线层之间彼此连接且经由垂直延伸穿过绝缘层的通孔而在不同位置连接到晶体管层。本专利技术涉及通孔(vias) 的形成。为了减少集成电路中的电阻功率损耗，内连线层与通孔通常运用铝而近来 运用铜作为主要的导体。绝缘层为二氧化硅，不过近来除了二氧化硅之外，已 增加使用了其它具有低介电常数的介电材料。因为铜容易随时间扩散通过绝缘 层从而造成电路短路，所以在集成电路内铜材料与介电材料的界面之间设置一层可阻挡铜扩散的阻挡层。阻挡层通常包含与绝缘层接触的下层的氮化钜或氮化钛层、上层纯(或接近纯质)钽或钛层，以及最后在纯钽(或钛)层上方 的铜种晶层。若导体为铜金属时，则钽为较佳选择。该铜导体沉积在铜种晶层 上。这样的阻挡层可避免铜原子迁移或扩散进入介电材料中。与铜相比较，钽 与氮化钽(或钛与氮化钛)层属于不良导体。利用物理气相沉积以形成阻挡层 与铜导体。其它沉积工艺可运用在金属填充阶段(铜沉积)，例如化学气相沉 积、等离子体增强型化学气相沉积或电镀。在水平内连线层之间形成垂直延伸的通孔将会产生以下问题。利用刻蚀孔 洞穿过上层水平绝缘(二氧化硅)层，以暴露出部分的下层水平内连线层的铜 导体，而形成每个垂直的通孔开口。透过通孔可连线至金属暴露的部分。在铜 导体形成于通孔内之前，阻挡层必须沉积在通孔的内表面上，以避免铜原子如 上述般的迁移。覆盖着通孔所有内表面的阻挡层覆盖所述下层铜导体的暴露部分。因为阻挡层为较差导体，必须选择性地将下层铜导体上的阻挡层移除(在 一刻蚀工艺中)，而不会由通孔的其它内表面处移除阻挡层。在移除步骤中需 要中止物理气相沉积工艺以将晶片置于刻蚀腔体中进而进行在下层铜表面上 选择性移除阻挡层的工艺。晶片接着会返回物理气相沉积反应室中以形成铜导 体。因选择性移除阻挡层所产生的步骤中断需要较高的生产成本并浪费工艺时间。近来已发展出一种两用(dualpurpose)反应器，其可进行阻挡层的物理气 相沉积以及在阻挡层形成步骤后可选择性移除阻挡层，而不需从反应器中移除 晶片。因此，可大幅节省生产成本与生产时间。利用在物理气相沉积腔体中接 近晶片处提供一个其它的线圈(coil)即可完成上述技术特征。在阻挡层形成之 后，线圈用于形成感应耦合等离子体(inductively coupled plasma)，此等离子 体可选择性地由水平表面(即，由下层铜导体形成的底面)上溅射阻挡层。通 过将射频(RF)偏压功率施加到晶片上，达到主要为垂—fl的离子速度分布，如此 可达到该选择性溅射(后文称为"再溅射"(re-sputtering))。虽然这两用反应 器可相当好地运作，但却必须承担额外的费用。例如，因为阻挡层沉积步骤包 括溅射金属靶材，因而会将金属沉积在所有反应器腔体的内表面上，而再溅射 线圈必须位于腔体内，使得不会有金属化的表面来遮蔽线圈或防止来自再溅射 线圈的射频功率感应耦合到等离子体中。为了避免工艺污染，再溅射线圈由纯 钽金属所形成，这会增加成本。线圈在其使用寿命期间遭受非常大的温度变动 而必须定期地更换。射频功率必须经过反应器腔休的真空密封以及经过一周期 性完全充满金属蒸气的环境，而耦接到再溅射线圈上。因此，必须运用可承受 金属沉积的射频馈通(feedthrough)线，其外表面的结构可避免沉积材料的过度 累积与剥落，且可在其使用寿命期间承受宽广的温度漂移。另外已知的两用反应器是运用一外部线圈，其位于顶板中未受金属溅射耙 材阻隔的部份上方。但是问题在于，金属气相沉积工艺会使顶板涂覆一层金属 因而阻隔来自线圈天线的感应耦合。另一个较严重的问题在于由线圈所产生的 射频等离子体会从靶材产生出高比例的金属离子，使得无法将晶片偏压调整至 不影响(去最优化)来自靶材的金属离子/蒸气通量下能选择性刻蚀水平表面 的最佳情况。因此，金属沉积工艺与再溅射工艺必须在不同时间下进行。应该注意的是，虽然上述两用反应器可以进行钽/氮化钽CTa/TaN)阻挡层沉积步骤与再溅射步骤，但是通常需运用不同的反应器以进行后续的铜沉积歩 骤。这是因为晶片上需要高通量的铜离子，且PVD反应器必须特别配置，以使溅射出的铜离子在铜靶材处非常稠密的等离子体中自离子化(sdf-ionize)。特 定地，将非常高的直流功率(40-56千瓦)施加到铜靶材上，并运用一特定装配 的磁控管(magne加n)在靶材处以产生较集中的等离子体。因为在接近靶材处有 高密度的铜离子，所以磁控管设置在晶片上方非常高的位置(390毫米)上， 其将铜沉积速率限制在可接受的临界值(以及提供铜中性粒子有利的准直 (collimation))。然而，通常大部分的铜离子沉积在腔体中的护罩(shidds)上， 或者则在长距离的行进中损耗掉。除了需要铜PVD腔体与阻挡层PVD腔体之外，必须运用第三腔体"刻蚀 腔体"以进行预沉积清洁工艺(pre-deposition cleaning process),因为铜PVD腔 体与阻挡层PVD/再溅射腔体不适于进行清洁/刻蚀工艺。另外的问题是，在阻挡层形成过程中沉积的钽和/或氮化钽容易在通孔侧 壁上有不均匀的厚度，特别是接近垂直壁的顶角落的累积较快，而呈现出夹止 (pinch-off)的趋势。因此必须限制工艺条件以改善上述问题。在完成阻挡层沉 积之后进行再溅射工艺即可解决一部分此类问题，因为再溅射工艺对通孔侧壁 的顶部与角落的钽或氮化钽移除较快，而其它部分则较慢，同时可将由通孔的 水平表面(底面)卜-移除的钽或氮化钽材料传输至通孔侧壁的下部分上。不过， 若能同时避免初期不均匀的钽或氮化钽沉积问题以消除任何夹止产生的风险， 则可允许更自由的工艺条件范围。避免使用该内部再溅射线圈，而以较简单的方式来提供至少部分该内部再 溅射线圈所带来的好处是有益的。本专利技术在不需要使用内部再溅射线圈之F仍能得到先前技术中使用该线 圈才能获得的好处。本专利技术进一步提供减轻或避免阻挡层不均匀沉积的方法和 一种在阻挡层形成过程中避免或减小阻挡层沉积在作为通孔底面的暴露铜导 体表面上的方法。另一欲解决的问题是，当技术进步而使通孔与其它特征有较小的几何形状 和较高的深宽比时，必须提高溅射材料(例如，铜)的离子化程度，以达成沉 积膜层所需的共形性(conformality)。上述提高离子化程度需要将较高的VHF 功率施加到晶片支撑底座上。为了增加工艺性能需要精确控制晶片的温度，因此需使用静电吸盘以将晶片夹固于温度受控的表面上。使用静电吸盘限制了可施加到晶片上的VHF功率量。BP，主要原因在于在静电吸盘中由射频功率施 加的电极通常由氮化铝盘(puck)内的小型钼网(molybdenum mesh)所组成。 网的小直径(gauge)(例如，100微米)大幅度限制了作为射频发射器的网的效能 且限制了可施加网上的射频功率量低至最多约1.5千瓦。而用在小特征(倒如， 45纳米)的高深宽比的开口上的共形沉积本文档来自技高网...
【技术保护点】
在一等离子体反应器的一真空腔体中在集成电路上进行铜的物理气相沉积的方法，包含： 提供接近所述腔体的一顶板处的一铜靶材； 在一晶片支撑底座上放置一集成电路晶片，该晶片支撑底座靠近所述腔体的一底面且面向所述靶材； 导入一载气到所述真空腔体中；以及 通过将直流功率施加到所述铜靶材上在所述晶片上建立一沉积速率，同时通过将ＶＨＦ功率施加到所述铜靶材上，在接近所述晶片处建立一所需等离子体离子化份额。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔M布朗，约翰皮比通，瓦尼特梅塔，
申请(专利权)人：应用材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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