本发明专利技术提供一种可绕一溅射靶材（１６）后方的一中心轴（６０）旋转的双位置磁控管（５０），尤其用于将一阻挡材料的靶材的一边缘溅射在一晶片（１８）上，并清洁再沉积在靶材中心处的材料。在靶材清洁期间，晶片偏压会被降低。在一实施例中，一弧形磁控管（１３０）支撑于一枢转臂（９０），而该臂枢转于一固定至该旋转轴杆（６２）的撑座（８２）的一端。一弹簧（９６）可偏压该枢转臂，以使该磁控管受迫移向该靶材中心上方。离心力于增加转速时会克服该弹簧偏压，并将该磁控管转移至一外侧位置，使长磁控管尺寸段对齐靶材边缘。机械阻挡物（１００，１０２）可避免在任一方向的过量移动。其它机构则包括线性滑动件（１８０）以及致动器（２０８）。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及材料的溅射。尤其是，本专利技术涉及与磁控管形成磁场以增强溅射。
技术介绍
溅射(sputtering)或称物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)者是集成电路制造中沉积金属层及相关材料最常见的方法。溅射原先是用于在晶片上沉积相当平坦的材料层，且特别是用于沉积铝电内连线。然而近年来，焦点及挑战皆在于将材料沉积在高深宽比介电层中之垂直内连线，以及介电层中(及通过介电层)之类似垂直向结构中。铜金属化则因大块铜可更轻易通过电化学电镀(Electrochemical plating，ECP)沉积而改变了重要性。然而，在电化学电镀之前会需要各种薄衬层，例如阻挡层(如Ta及TaN)以避免铜扩散至氧化物介电层及铜晶种层，以形成平板电极并进行铜电化学电镀层的成长。现已发展出许多技术可让薄均匀层溅射沉积在高深宽比孔的壁上。此种商业上已成功的技术之一为自离子化等离子(Self-Ionizing Plasma，SIP)溅射，其中多数溅射原子会离子化并因而可静电吸附于窄开孔内。称为自离子化等离子是因为部分溅射离子会被吸回至溅射靶材，以溅射出更多原子或离子，从而降低氩工作气体的需求并可于低压下进行溅射。SIP的极限是持续自溅射(SustainedSelf-Sputtering，SSS)，其中溅射离子足以维持溅射等离子，因此去除氩气。公知的PVD腔室10(对于SSS或SIP溅射稍微有些变化)示意性地示出在图1中。该示意图是以加州圣塔克拉拉市美商应用材料公司所上市的EnduraPVD反应器为基础。该腔室10包括一真空腔室本体12，其经由一陶瓷绝缘体14与一溅射靶材16相封隔，该靶材16具有至少一正面，该正面由欲溅射沉积在一晶片18(通过一晶片夹钳承载于一加热器基座20上)上的材料所组成，其通常为金属。除了晶片夹钳22，覆盖环或静电吸盘也可结合至基座20，或该晶片也可置于基座20上而无需适当承载。靶材材料可为铝、铜、钛、钽、钴、镍、钼、这些金属的含有少于10wt％合金元素的金属合金，或其它金属以及耐受DC溅射的金属合金。另一方面，RF溅射也可用于溅射来自介电质靶材之材料。设于腔室本体12内的接地档板24可保护腔室壁12不受溅射材料的影响，并作为一接地阳极。一可选择及控制之DC电源供应器26可相对于档板24将靶材14负电地偏压至约-600伏特DC。通常，基座20以及晶片18是维持电浮动的方式，但对于多数类型的SIP溅射而言，RF电源供应器28经由AC电容耦合电路30或更复杂的匹配及绝缘电路耦接至基座18，以使基座电极20在等离子存在下可形成DC自偏压电压。负DC自偏压可将高密度等离子中的正电荷溅射离子吸引至高级集成电路的高深宽比孔的深处。即使在基座20是电浮动，其亦可形成部分DC自偏压。第一气体源34可经由质流控制器36将溅射工作气体(一般为氩气)供应至腔室本体12。在反应性金属氮化物(例如，氮化钛或氮化钽)溅射中，氮气是由另一气体源38经由其本身的质流控制器40进行供应。也可供应氧气以形成氧化物，如三氧化二铝。该气体可由该腔室本体12内不同位置进入。例如，位于靠近腔室本体12底部的一个或多个进气管可于档板24后方供应气体。气体会穿过该档板24底部的一孔径或通过在该覆盖环22与该档板24及该基座20间形成的一间隙24。经由一宽的抽吸口46连接至腔室本体12的真空抽吸系统44可将腔室本体12内部维持在低压。虽然基础压力可维持在约10-7托或甚至更低，但氩工作气体的通常压力通常是维持在约1至100毫托之间。然而对自离子溅射而言，压力可略小，例如低至0.1毫托。对持续自溅射而言，特别是溅射铜时，一旦等离子激发后，氩气的供应便可终止，且腔室压力可降至非常低。一基于计算机的控制器48包括DC电源供应器26及质流控制器36，40。当氩气进入腔室时，靶材16及挡板24间的DC电压会使氩气成为等离子，且带正电荷的氩离子会吸附至负电偏压的靶材16。该离子会以相当大的能量撞击靶材16，并使靶材粒子由靶材16溅射出。若干靶材粒子会撞击晶片18并因而沉积于其上，由此形成一靶材材料薄层。在反应性溅射金属氮化物中，氮会同时进入腔室本体12，并与溅射金属原子反应而在晶片18上形成金属氮化物。为提供有效的溅射，磁控管50会置于靶材16后方。其包括相对的磁铁52，54，以一磁性轭(magnetic yoke)56耦接以在腔室内该磁铁52，54附近形成磁场。一般而言在SIP溅射中，磁控管50很小、套叠且具一或多个内磁铁52(磁力相对更大的外磁铁54所环绕)而不平衡。磁场会捕捉电子，且对电荷中性区而言，离子密度也会增加以在腔室内该磁控管50附近形成高密度等离子区58。为了能在晶片18上进行均匀溅射，磁控管50通常会通过马达64驱动的一轴杆62绕着靶材16中心60旋转。一般转速为50至100rpm。在公知的磁控管中，轴杆62相对于磁控管52，54固定且与靶材中心60一致，以使磁控管50掠过靶材中心60周围的一固定路径。Fu在美国专利第6,306,265号中公开了数种用于SSS及SIP的磁控管设计。对此等应用而言，磁控管应可产生强磁场且具有小面积。旋转磁控管仍可提供均匀溅射沉积以及最大靶材侵蚀(若需要)。磁控管应包括与一个或多个内磁铁52相连的一内磁极，其中该内磁铁52由具相反磁性的一连续外磁极(与该外磁铁54相连)所环绕。该内及外磁极一般并不平衡，以使外磁极所形成的总磁通量为内磁极的至少约1.5倍。藉此，来自外磁极54的磁力线会延伸至腔室而朝向晶片16。由DC供应器26供应至靶材16的电源应够高，对200mm晶片而言约20kW等级。然而，调节电源供应器对300mm晶片而言有些困难。但高电源及小磁控管面积的结合可在磁控管50下方产生非常高的电源密度，并因此可形成一适度的高密度等离子区域58而无需使用附加的等离子源电源，例如RF感应线圈。磁控管50的形式及尺寸与本专利技术某些方面息息相关。为抵销输至靶材的大量电源，靶材16后方可与背侧冷却腔室66封隔。经冷却的去离子水68或其它冷却液体经冷却腔室66内侧循环以冷却靶材16。磁控管50一般浸入冷却水68中，且靶材旋转轴杆62经一旋转密封件70贯穿背侧腔室66。这种SIP腔室10可用于溅射阻挡层(例如来自钽靶材的TaN/Ta)及溅射来自铜靶材的薄铜晶种层。尤其对阻挡层而言，与该结构一起连续且对称沉积对达成最小侧壁覆盖要求及介层洞底部降低厚度/穿透工艺相当关键。阻挡层溅射已发现在相对较小的磁控管进行下有最佳效果，小磁控管可集中在靶材周围区域或边缘，而靶材中心仅有少许、或无任何溅射。由靶材周围区域侵蚀的材料可以较佳倾斜角达成对称的阶梯覆盖。此外，小磁控管可形成高电源密度且也因此可以相当低的DC电源供应形成高离子化碎片。然而，在靶材周围的靶材侵蚀会在靶材中心区域周围再沉积(中间未受侵蚀)。溅射或清洁处理期间需避免再沉积(re-deposition)。清洁工艺将于下文详述。在铜及铝沉积时，均匀的靶材侵蚀及高平均溅射率对各晶片上作为薄阻挡层或晶种层的少量溅射材料来说并非主要考虑。对以非延伸在靶材16整个半径上的SIP溅射而言，旋转式磁控管50并未扫描整个靶材16，且溅射材料倾向再沉积本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在一等离子溅射反应器中溅射的方法，该等离子溅射反应器绕一中心轴配置且具有一与一基座相对的靶材，该基座可支撑一欲溅射涂覆该靶材的一材料的基材，而该方法至少包含下述步骤：一第一步骤，以一第一半径绕该中心轴旋转一套叠不平衡的磁控管，以将沉积材料溅射于该基材的开孔中；以及一第二步骤，以一小于该第一半径的第二半径绕该中心轴旋转该磁控管，以清洁该第一步骤中来自该靶材且沉积其上的材料。
【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：则敬巩，宏S杨，阿纳赛K萨拉梅尼，莫里斯E尤尔特，基思A米勒，文森特E伯克哈特，
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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