物理气相沉积填孔设备制造技术

本发明专利技术提供一种物理气相沉积填孔设备，包括腔体、基座、金属罩、内挡板、绝缘筒、磁控溅射装置、射频电磁环、辅助射频电磁环及辅助磁场装置；基座位于腔体内；射频电磁环位于基座内；磁控溅射装置包括靶材承载盘及磁控管，靶材承载盘位于腔体顶部，磁控管位于靶材承载盘上方；金属罩、内挡板和绝缘筒均位于腔体内，且位于磁控溅射装置和基座之间，金属罩、内挡板和绝缘筒沿远离腔体中心的方向依次分布，金属罩和内挡板均包括多个沿纵向延伸且间隔分布的栅格状开口且开口相互错开；辅助射频电磁环和辅助磁场装置均位于腔体和绝缘筒之间。本发明专利技术能显著改善深孔填充的台阶覆盖率和薄膜均匀性，有助于提高生产良率及降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】
物理气相沉积填孔设备
本专利技术涉及一种半导体制造设备，特别是涉及一种物理气相沉积填孔设备。
技术介绍
物理气相沉积是集成电路制造中沉积金属薄膜最常用的方法之一，被广泛用于填充晶圆表面的高深宽比的深孔或深槽等结构。物理气相沉积在深孔填充中的应用主要是用于沉积深孔内部的粘附层（比如钛层）、阻挡层（比如氮化钛层）和金属种子层（如铜种子层）。阻挡层的作用是防止金属种子层的扩散，金属种子层是用做后续金属电镀（如铜电镀）工艺的导电层，因此深孔结构中沉积的阻挡层和金属种子层要具备良好的台阶覆盖能力，才在深孔填充中尽量减少侧壁和底部镀层偏薄甚至不连续等不良情况，以降低接触电阻。对于物理气相沉积设备，靶材上施加负偏压后，被电离的氩离子在电场的作用下会飞向靶材并把靶材表面的靶材粒子轰出，被轰击下来的靶材粒子会沿各个角度到达晶圆表面，大部分以较大的角度进入高深宽比的深孔或深槽结构中，并沉积在通孔或深孔的中上部侧壁，而通孔或深孔的下部侧壁和底部则很难获得连续的填充，导致填充的深孔中出现侧壁和底部镀层偏薄甚至不连续等不良情况而导致器件性能下降甚至完全失效。为解决此类问题，目前市场上比较常见的离子化物理气相沉积设备都是通过安装在沉积腔内，且与沉积腔无任何间隔的射频电磁线圈（或者说射频电磁线圈直接暴露于沉积腔中）来增加靶材粒子的离化率，以实现良好的台阶覆盖率。但是这样设置的电磁线圈存在不少问题。首先，电磁线圈完全暴露在等离子体氛围中，会被等离子体刻蚀而产生颗粒，故为避免沉积中产生额外的污染，电磁线圈必须使用与靶材同样型号和纯度的材料，且电磁线圈需要定期更换，导致生产成本的上升；另外，电磁线圈会与沉积腔内的等离子体产生电容耦合，不但会降低射频功率的使用效率，而且会影响到沉积薄膜的均匀性；此外这样暴露于沉积腔中的电磁线圈产生的感应等离子体为中间浓度高于边缘浓度，势必会造成晶圆中间区域的溅射速率要快于边缘的溅射速率，从而影响到薄膜的厚度均匀性。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种物理气相沉积填孔设备，用于解决现有技术中的物理气相沉积设备在进行深孔填充时存在台阶覆盖率差，导致侧壁和底部镀层偏薄甚至不连续等不良情况，而采用与沉积腔直接接触的内置式射频电磁线圈来增加靶材粒子的离化率会造成生产成本上升、射频功率的使用效率下降，导致沉积薄膜的均匀性变差等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种物理气相沉积填孔设备，所述物理气相沉积填孔设备包括：腔体、磁控溅射装置、基座、射频电磁环、辅助射频电磁环、金属罩、内挡板、绝缘筒及辅助磁场装置；所述磁控溅射装置包括靶材承载盘及磁控管，所述靶材承载盘位于所述腔体顶部，用于承载靶材，所述磁控管位于所述靶材承载盘上方；所述基座位于所述腔体内，用于承载晶圆；所述射频电磁环位于所述基座内；所述金属罩、内挡板和绝缘筒均位于所述腔体内，且位于所述磁控溅射装置和所述基座之间，所述金属罩、内挡板和绝缘筒沿远离所述腔体中心的方向依次分布，所述金属罩的中空区域一端延伸至所述基座附近，另一端延伸至所述靶材附近，所述金属罩和所述内挡板均包括多个沿纵向延伸且间隔分布的栅格状开口，所述金属罩的栅格状开口和所述内挡板的栅格状开口相互错开；所述辅助射频电磁环及所述辅助磁场装置均位于所述腔体和所述绝缘筒之间。可选地，所述辅助磁场装置包括第一直流电磁环和第二直流电磁环，所述第一直流电磁环和第二直流电磁环各与直流电源相连接。更可选地，所述第一直流电磁环和所述第二直流电磁环的间距大于等于所述绝缘筒高度的二分之一。可选地，所述辅助射频电磁环位于所述第一直流电磁环和所述第二直流电磁环之间，所述辅助射频电磁环与所述第一直流电磁环和所述第二直流电磁环均具有间距，所述辅助射频电磁环与射频电源相连接。可选地，所述物理气相沉积填孔设备还包括边缘环，位于所述晶圆的外围，且和所述晶圆具有间距，所述边缘环的内径大于所述晶圆的直径。更可选地，所述边缘环包括边缘环上层和边缘环下层，所述边缘环上层和边缘环下层均具有开口且开口在纵向上相互错开。可选地，所述边缘环的外侧与所述腔体相接触，内侧向所述晶圆延伸，所述边缘环的上表面与所述金属罩、内挡板及绝缘筒的底部相接触。可选地，所述物理气相沉积填孔设备还包括偏压射频电源，所述基座与所述偏压射频电源相连接，所述偏压射频电源的频率范围为10-60MHz，射频功率为100W-700W。可选地，所述物理气相沉积填孔设备的工艺压力为1-2.8mTorr。可选地，所述绝缘筒的材质包括陶瓷和石英中的一种或两种，所述内挡板的材质包括绝缘材料或金属表面涂覆绝缘材料的复合材质，所述金属罩的材质包括不锈钢和铝合金中的一种或两种。更可选地，所述内挡板和所述金属罩表面经粗糙化处理，所述粗糙化处理包括喷砂和熔射中的一种或两种。可选地，所述金属罩的高度与所述绝缘筒的高度相同，所述金属罩的栅格状开口的水平宽度为2-3mm，所述金属罩的栅格状开口的高度比所述金属罩的高度小10~20mm，所述金属罩与所述绝缘筒的间距为3-5mm。可选地，所述内挡板与所述绝缘筒相接触，所述内挡板与所述金属罩具有间距且间距为2-3mm。可选地，所述靶材与所述基座的距离为80-230mm，所述靶材与所述绝缘筒顶部的间距为2-3mm。更可选地，所述靶材与所述基座的距离为150-230mm。可选地，所述物理气相沉积填孔设备还包括升降装置，所述升降装置与所述基座相连接，用于对所述基座进行升降以调整所述靶材与所述基座之间的距离。可选地，所述物理气相沉积填孔设备沉积的薄膜包括铝、铜、钴、钛、氮化钛、钽、氮化钽、铁、镍、钨、钒、氧化钒、金和银中的一种或多种。可选地，所述物理气相沉积填孔设备还包括腔体转接器，位于所述第一直流电磁环和第二直流电磁环之间，用于调整所述靶材和所述基座之间的距离。相较于现有技术，本专利技术的物理气相沉积填孔设备使用双射频电磁环的新型设计，在基座内设有射频电磁环以在晶圆附近区域产生中间浓度高边缘浓度低的第一感应等离子体区，能在一定程度上增加靶材粒子的离化率；在腔体和绝缘筒之间设有辅助射频电磁环，所述辅助射频电磁环在晶圆附近区域产生中间浓度低边缘浓度高的第二感应等离子体区，也能在一定程度上增加靶材粒子的离化率；通过调节射频电磁环和辅助射频电磁环加载的射频功率大小，所述第一感应等离子体和第二感应等离子体叠加之后可在腔内获得均匀分布的感应等离子体，既能大幅增加靶材粒子的离化率，又能实现良好的薄膜均匀性。射频电磁环位于基座内，辅助射频电磁环与沉积腔室之间通过金属罩、内挡板和绝缘筒相隔离，可以有效避免射频电磁环以及辅助射频电磁环和等离子体接触，在有效增加靶材粒子的离化率，实现良好的台阶覆盖率的同时，可有效避免射频电磁环的腐蚀污染，有助于减少射频电磁环的损耗，降低生产成本；具有栅格状开口的金属罩可以有效防止金属罩上出现沿水平方向流动的涡旋电流，同时还可以帮助减少电容耦合，从而尽量避免电容耦合产生的不均匀的等离子体分布；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种物理气相沉积填孔设备，其特征在于，包括：腔体、磁控溅射装置、基座、射频电磁环、辅助射频电磁环、金属罩、内挡板、绝缘筒及辅助磁场装置；所述磁控溅射装置包括靶材承载盘及磁控管，所述靶材承载盘位于所述腔体顶部，用于承载靶材，所述磁控管位于所述靶材承载盘上方；所述基座位于所述腔体内，用于承载晶圆；所述射频电磁环位于所述基座内；所述金属罩、内挡板和绝缘筒均位于所述腔体内，且位于所述磁控溅射装置和所述基座之间，所述金属罩、内挡板和绝缘筒沿远离所述腔体中心的方向依次分布，所述金属罩的中空区域一端延伸至所述基座附近，另一端延伸至所述靶材附近，所述金属罩和所述内挡板均包括多个沿纵向延伸且间隔分布的栅格状开口，所述金属罩的栅格状开口和所述内挡板的栅格状开口相互错开；所述辅助磁场装置和所述辅助射频电磁环均位于所述腔体和所述绝缘筒之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种物理气相沉积填孔设备，其特征在于，包括：腔体、磁控溅射装置、基座、射频电磁环、辅助射频电磁环、金属罩、内挡板、绝缘筒及辅助磁场装置；所述磁控溅射装置包括靶材承载盘及磁控管，所述靶材承载盘位于所述腔体顶部，用于承载靶材，所述磁控管位于所述靶材承载盘上方；所述基座位于所述腔体内，用于承载晶圆；所述射频电磁环位于所述基座内；所述金属罩、内挡板和绝缘筒均位于所述腔体内，且位于所述磁控溅射装置和所述基座之间，所述金属罩、内挡板和绝缘筒沿远离所述腔体中心的方向依次分布，所述金属罩的中空区域一端延伸至所述基座附近，另一端延伸至所述靶材附近，所述金属罩和所述内挡板均包括多个沿纵向延伸且间隔分布的栅格状开口，所述金属罩的栅格状开口和所述内挡板的栅格状开口相互错开；所述辅助磁场装置和所述辅助射频电磁环均位于所述腔体和所述绝缘筒之间。


2.根据权利要求1所述的物理气相沉积填孔设备，其特征在于：所述辅助磁场装置包括第一直流电磁环和第二直流电磁环，所述第一直流电磁环和第二直流电磁环各与直流电源相连接，所述第一直流电磁环和所述第二直流电磁环的间距大于等于所述绝缘筒高度的二分之一。


3.根据权利要求2所述的物理气相沉积填孔设备，其特征在于：所述辅助射频电磁环位于所述第一直流电磁环和所述第二直流电磁环之间，所述辅助射频电磁环与所述第一直流电磁环和所述第二直流电磁环均具有间距。


4.根据权利要求1所述的物理气相沉积填孔设备，其特征在于：所述物理气相沉积填孔设备还包括边缘环，位于所述晶圆的外围，且和所述晶圆具有间距，所述边缘环的内径大于所述晶圆的直径；所述边缘环包括边缘环上层和边缘环下层，所述边缘环上层和边缘环下层均具有开口且开口在纵向上相互错开。


5.根据权利要求4所述的物理气相沉积填孔设备，其特征在于：所述边缘环的外侧与所述腔体相接触，内侧向所述晶圆延伸，所述边缘环的上表面与所述金属罩、内挡板及绝缘筒的底部相接触。


6.根据权利要求1所述的物理气相沉积填孔设备，其特征在于：所述物理气相沉积填孔设备还包括偏压射频电源，所述基座与所述偏压射频电源相连接，所述偏压射频电源的频率范围为10-60MHz，射频功率为100W-...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋维聪，周云，睢智峰，
申请(专利权)人：上海陛通半导体能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31