小行星式磁电管制造技术

一种小型不平衡磁铁组件（６０）是绕一被电浆溅镀的标靶（９０）背面在一较佳为逆行（ｒｅｔｒｏｇｒａｄｅ）行星式或周转圆式路径（９２）中扫描，该扫描包括一绕该标靶的中心轴（７２）的轨道式旋转，及一绕相对该标靶中心轴旋转的另一轴的行星式旋转。该磁铁组件可通过该标靶中心，因此可完全覆盖标靶。具有齿轮的一行星式机构可包括一旋转驱动板（７４）、一固定中心齿轮（６２）及一惰齿轮（７６），及一可旋转支撑在该驱动板上的随动齿轮（７８），该驱动板支撑一在该面对该标靶的驱动板的一侧上的悬臂式磁铁组件（８４）。一带件（３４２）及滑轮（３４４、３４６）可取代该等齿轮。所述侵蚀轮廓可藉由改变通过该旋转循环的旋转速率或藉由变化该标靶功率而控制。一第二行星式阶段（３０２、３０４、３０６）可被加入或使用非圆形齿轮（３１０）。位于该室内部旁及台架（１２２）下的辅助电磁线圈（２５４、２５８）可产生一集中的磁场。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术广义上涉及材料的溅镀。本专利技术尤其是涉及磁电管的扫描动作，其产生一磁场以增进等离子体溅镀。
技术介绍
溅镀(或称为物理气相沉积；PVD)通常是用于制造半导体集成电路，尤其是供沉积用以形成电性互联机的各层材料及相关材料。前些年的集成电路技术使用铝用于金属化层间的水平互连(horizontal interconnects)及垂直互连(vertical interconnects)，互连是通过具有相对适当深宽比的通孔。此应用需求用溅镀容易获得的快速沉积率及高均匀性。达成快速沉积率可部份地通过磁电管等离子体溅镀，其中工作气体(例如氩气)被激发成为等离子体。带有正电荷的氩离子被吸附至负偏压金属标靶，且以足够能量撞击标靶，以移动(溅镀)金属原子离开该标靶，其接着涂布与该标靶相对放置的晶片(圆形衬底)。溅镀速率是通过将磁铁组件定位在该标靶后而增强，磁铁组件产生一平行该标靶前表面的磁场。该磁场捕捉电子且因此增加等离子体密度及溅镀速率。最普遍型式的商业制造用磁电管使用一系列具有紧密分布的磁极的马蹄型或类似磁铁。该磁铁配置在密集的肾状路径中。虽然该磁电管具有相当大的总面积(即被外部极的外周边包围的面积)，该磁场在二极中仅仅延伸一相当小的范围。为达成沉积所需的均匀性，该肾状磁电管会绕该标靶中心旋转。更先进的集成电路技术已对溅镀提出不同且更困难的要求，且溅镀的重点已从沉积水平互连转移到沉积垂直通孔。先进集成电路的高复杂度大部份已通过降低最小特征尺寸及特征间的间距而达成。由于大量装置的复杂布线业已借着互连多个布线层次而达成，而此互连是通过通孔延伸通过一中间介电层(通常称为层间介电层)。如图1中的概要示范，下方介电层10(通常由二氧化硅或相关硅酸盐玻璃形成)在其表面包括导电特征12。上方介电层14沉积于其上。通过覆盖导电特征的上方介电层14蚀刻通孔16。通孔16的宽度被推向0.13微米及更少。0.10微米和甚至0.07微米的最小特征尺寸现正研发中。然而，层间介电层14的厚度可能会被限制到约0.7至1.0微米的最小值，以使干扰最小且防止介电放电。结果，通孔16可具有5∶1且更大的深宽比。溅镀基本上是一大体上等向性弹道型制程，不利于达成高深宽比的孔。如果使用传统的溅镀用金属填充孔16，该溅镀可能会优先涂布孔16的上方角落，且在底部被填充前加以封闭。此外，由于小特征尺寸，必须使金属与介电质部分之间的扩散最小化。因此，已发展出一标准实施，以一薄阻障层20预涂布通孔16以及上方介电层14的平坦顶部，以防止通过它的明显原子扩散。用于铝金属化的典型阻障是钛/氮化钛双层，而对于铜金属化是钽/氮化钽，虽然其它阻障材料及组合已经提出。为达此目的，阻障层20应明显及相当均匀地涂布通孔16的侧边，且通常也涂布其底部。同样的，溅镀本质上不适于侧壁覆盖。近来许多努力已用在发展铜金属化的技术。铜提供较低传导性及减少电子迁移的优势。此外，铜可通过电化学电镀(ECP)易于沉积，甚至进入高深宽比孔中。然而，电化学电镀铜需要在通过ECP沉积一厚铜层32前，涂布一铜籽晶层30(如图2所示)至介电质14的顶部及通孔16的侧壁及底部。铜籽晶层30需求良好的底部及侧壁覆盖。铜溅镀因为其经济性及优良膜品质，甚至对困难的几何形状也较佳。可兼作为垂直电性互联机或通孔及作为水平互联机的厚ECP铜层32，通常是在一称为双镶嵌的制程，其中一槽形成在介电层14的上半部分中，与介电层14底部中多个通孔互连。延伸到该渠沟上方及介电层14顶部的厚ECP铜层32的部份，是通过化学机械抛光(CMP)移除。如在铜籽晶及阻障的应用中所示，溅镀较少用于沉积厚导电层，且多用以沉积较不规则几何形状的薄层，其被称为衬层应用。当通过传统溅镀沉积时，阻障层20及铜籽晶层30二者倾向于遭受相同型式的不均匀沉积，典型如图3剖面图中所示的溅镀层36。在介电层14顶部上的毯覆式(blanket)或范围部分38，与侧壁部份40及底部42相比是相当地厚。在高深宽比孔16中的侧壁部份与毯覆式部分38相比，通常显现最低覆盖，因此通常更受害于最小厚度44，厚度44需要维持在标准水准之上，以提供到孔16底部的一电镀电流路径。而且，一悬空部分46倾向于在孔16的顶部形成具有一入口渐缩的孔径48。虽然电镀大体上能有效地将铜填入一高深宽比孔16中，但其倾向于将近共形，使得入口孔径48可能在完成填充孔16底部前关闭。在铜中产生的空洞严重地影响生成装置的效能及可靠性。一极薄的侧壁区域44也会产生一包括在铜中的空洞。另外，侧壁不对称需要最小化，如下所述。已了解到达成有效溅镀阻障及铜籽晶层，可通过确保一高比率的离子化溅镀金属原子(阻障金属或铜)，且通过射频偏压支持晶片的台架。该射频偏压在晶片上产生一负直流偏压，加速金属离子朝向晶片。高前进速度促成金属离子穿透深入到高深宽比的孔中。此外，高能量离子倾向于从露出的悬空46蚀刻一些材料。溅镀工作气体的一高密度等离子体增加了金属离子化比率。已提出一些建议通过感应地耦合额外射频功率进入室内，以达到高密度等离子体。然而，感应耦合反应器倾向于需求导致高温操作的高氩气压力，这可能使具有能量的氩离子被加速到晶片而造成损害。金属离子化比率也可藉由增加直流标靶功率而增加。然而，对于研发中的300毫米晶片技术及甚至对于200毫米晶片而言，此方式造成需求的电力供应费用变成极高。同时，变得难以控制该标靶温度，且又需要用于冷却标靶的另一电力。由Fu公开于美国专利6,183,614号(以引用方式全数并入本文)中的另一且较佳方式(有时称为自离子化等离子体(SIP)溅镀)，尤其是可用于阻障层或籽晶的溅镀，其中只沉积极薄的数层，例如厚度为150奈米或更少的一范围，其在该孔中产生一更薄的侧壁厚度。SIP溅镀能以公知的平面标靶在大体上公知且廉价的磁电管溅镀反应器室中实施。相反地，感应耦合反应器需求以一昂贵新式设计的感应线圈，及使用昂贵复杂形状标靶的空心阴极或拱形标靶反应器。SIP溅镀是基于一小型但强力磁电管，其集中高密度等离子体区域于一该标靶的一相当小区域上。结果，约20至40千瓦的一些适当电源供应可用以在覆盖该磁电管的标靶部份产生一非常高效率的功率密度。该高密度等离子体产生金属离子的一高离子化比率，估计约为20％或更多。金属离子受台架电极的射频偏压吸引，以促成涂布深孔的侧边。在SIP溅镀中，金属离子密度可能升到足够高，使一明显比率的金属离子被吸回到已偏压标靶，以再溅镀该标靶，因此称为自离子化等离子体。结果，一旦该等离子体被激起，该室内的氩气压力可减少至5毫托或更少，通常是少于0.5毫托。压力的减少会减少金属离子在其至晶片的途中散射的可能性，以及减少氩气加热晶片。一金属离子与氩气的碰撞将可能中和金属原子。在铜溅镀的例子中，在正常情况下，氩气可以在一称为自维持溅镀(SSS)的制程中完全移除。不平衡磁电管也有利于SIP溅镀，该磁电管包括一垂直磁极性的一内磁极，其由一相反极性的外磁极围绕。外磁极的总磁力或强度(即对外磁极面积积分的磁通量)实质上系大于内磁极，例如至少有1.5倍且较佳是2倍或更多。该磁电管的密闭形状减轻邻近标靶的高密度等离子体的电子损耗。该不平衡磁场导致磁力线投射远离较强的外磁极朝向晶片。投射磁场线同时支本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设置用以配合一大体上绕一中心轴对称的溅镀标靶使用的振荡磁电管，其用于一大体上绕该中心轴对称地配置的磁电管溅镀反应器中，该振荡磁电管至少包含：一磁铁组件，其至少包含：一内磁极，其具有一沿该中心轴的第一磁极性及一第一总磁性强 度，及一外磁极，其围绕该内磁极，且具有一与该第一磁极性相反的第二磁极性，及一为该第一磁性强度的至少１５０％的第二总磁性强度；及一扫描机构，其在一路径中相对于该中心轴径向地且周围地移动该磁铁组件，且移动该外磁极通过该中心轴。

【技术特征摘要】
US 2002-5-21 10/152,494;US 2003-1-22 60/441,866;US1.一种设置用以配合一大体上绕一中心轴对称的溅镀标靶使用的振荡磁电管，其用于一大体上绕该中心轴对称地配置的磁电管溅镀反应器中，该振荡磁电管至少包含一磁铁组件，其至少包含一内磁极，其具有一沿该中心轴的第一磁极性及一第一总磁性强度，及一外磁极，其围绕该内磁极，且具有一与该第一磁极性相反的第二磁极性，及一为该第一磁性强度的至少150％的第二总磁性强度；及一扫描机构，其在一路径中相对于该中心轴径向地且周围地移动该磁铁组件，且移动该外磁极通过该中心轴。2.如权利要求1所述的磁电管，其中该扫描机构是一行星式扫描机构，其绕该中心轴以至少一段式行星式运动而移动该磁铁组件的一点。3.如权利要求2所述的磁电管，其中该行星式运动系一两段式行星式运动。4.如权利要求2所述的磁电管，其中该行星式运动是一逆行行星式运动。5.一种设置用以在一磁电管溅镀反应器中配合一大体上绕一中心轴对称的溅镀标靶使用的振荡磁电管，其至少包含一磁铁组件，其至少包含一内磁极，其具有一沿该中心轴的第一磁极性及一第一总磁性强度，及一外磁极，其围绕该内磁极，且具有一与该第一磁极性相反的第二磁极性；及一行星式扫描机构，其在一路径中相对于该中心轴径向地且周围地移动该磁铁组件并移动该外磁极通过该中心轴，且该行星式扫描机构包括一绕该中心轴配置的固定齿轮；复数个可旋转臂，他们包括一支撑自该固定齿轮径向朝外的至少一可旋转齿轮的第一臂；及一固设至该驱动轴的驱动板，用于驱动该机构并通过该固定齿轮；一支撑该磁铁组件的臂，其被耦合至该随动齿轮(follower gear)的一轴。6.如权利要求5所述的磁电管，其中该至少一可旋转齿轮包括一随动齿轮，其可旋转地装设于该第一臂上且啮合该固定齿轮。7.如权利要求6所述的磁电管，其中该至少一可旋转齿轮另包括至少一惰齿轮(idler gear)，其在该固定与随动齿轮的间啮合。8.如权利要求5至7中任一项所述的磁电管，其中该行星式扫描机构包括二行星式阶段及三该等臂。9.如权利要求5至8中任一项所述的磁电管，更包含一可变速率马达，其驱动该驱动轴；及一用于该马达的控制器，其依据该磁铁组件由该中心轴的一径向位移改变其速率。10.如权利要求5至8中任一项所述的磁电管，更包含一可变电源供应器，用以将电力应用至该标靶；及一用于该电源供应器的控制器，其依据该磁铁组件由该中心轴的一径向位移改变该电力的一位准。11.如权利要求5至10中任一项所述的磁电管，其中所述第二磁性强度是所述第一磁性强度的至少200％。12.如权利要求5至11中任一项所述的磁电管，其中介于该磁铁组件的包围面积与由该磁铁组件扫描的该标靶一面积的面积比是不大于10％。13.如权利要求12所述的磁电管，其中所述面积比是少于2％。14.一种设置用以配合一溅镀标靶使用的旋转磁电管，其至少包含一磁铁组件，其具有多个配置在一平面的相反磁极；及一行星式机构，其至少部份由一沿一垂直该平面的中心轴延伸的第一轴作支撑及旋转，且可装设该磁铁组件于一位置以按一将该磁铁组件的该磁性部份通过该中心轴的路径进行行星式运动。15.如权利要求14所述的磁电管，其中该行星式机构包括一可装设该磁铁组件且可绕一随动轴旋转的构件，且该构件可进一步装设一平衡件，该平衡件被装设于该构件相对于该随动轴与该磁铁组件相反的一部份上，且在一绕该随动轴的旋转中平衡该磁铁组件。16.如权利要求14或15所述的磁电管，其中该行星式运动是逆行行星式运动。17.如权利要求14至16中任一项所述的磁电管，其中该行星式运动包括一轨道式分量，及具有与该轨道式分量旋转方向相反的一行星式旋转分量。18.如权利要求17所述的磁电管，其中在绕各自的轴的该行星式旋转分量与该轨道式分量间的一旋转速率比是在1.03至5的范围中。19.如权利要求18所述的磁电管，其中该旋转速率比不是一整数。20.如权利要求14至19中任一项所述的磁电管，其中该行星式机构至少包含一第一齿轮，其绕该中心轴配置；一驱动构件，其固设于该第一轴且据以旋转；一惰齿轮，其由该驱动构件可旋转地支撑，且啮合该固定齿轮；一随动齿轮，其由所述驱动构件可旋转地支撑，且啮合该惰齿轮；及一支撑板，其与所述随动齿轮一起旋转且支撑该磁铁组件。21.如权利要求20所述的磁电管，其中该第一齿轮系可旋转。22.如权利要求20所述的磁电管，其中该第一齿轮系固定。23.如权利要求20至22中任一项所述的磁电管，其中介于所述第一齿轮及所述随动齿轮中的一第一个与一第二个间的齿轮比是大于1.03且不是一整数。24.如权利要求22所述的磁电管，其中该齿轮比是在1.03至6的范围内。25.如权利要求20至24中任一项所述的磁电管，其中所述惰齿轮及随动齿轮被设置在该驱动构件的一第一侧，且所述支撑板被设置在该驱动构件的一第二侧。26.如权利要求20至25中任一项所述的磁电管，更包含一平衡件，其设置在所述驱动支撑板相对于所述驱动构件上的所述支撑板的一旋转轴的一第二侧上，且平衡所述磁铁组件。27.如权利要求14至19中任一项所述的磁电管，其中该行星式机构至少包含一第一齿轮，其绕所述中心轴配置，且在面对所述中心轴的一内表面上具有齿；一驱动构件，其固设于所述第一轴且据以旋转；一被可旋转地支撑的随动齿轮，其啮合所述第一齿轮；及一支撑板，其与所述随动齿轮一起旋转且支撑所述磁铁组件。28.如权利要求27所述的磁电管，其中所述第一齿轮系固定。29.如权利要求27或28所述的磁电管，更包含一平衡件，设置于所述支撑板一侧上，其与所述磁铁组件相对于所述驱动构件上的所述支撑板的一旋转轴相对。30.如权利要求14至19中任一项所述的磁电管，其中所述行星式机构至少包含一主动轮，其支撑于所述第一轴上；一旋转轴，其沿所述中心轴延伸；一驱动构件，其固设于所述旋转轴；一随动滑轮，其可旋转地由所述驱动构件支撑，一带件，其环绕且啮合所述主动轮及所述随动滑轮；及一支撑板，其与所述随动滑轮一起旋转且支撑所述磁铁组件。31.如权利要求30所述的磁电管，其中所述主动轮及所述随动滑轮的直径的比是大于1.03但不是一整数。32.如权利要求14或31中任一项所述的磁电管，其中所述磁铁组件包括一第一磁极性的第一磁极，其沿所述中心轴延伸；及一具有相反的第二磁极性的第二磁极，其围绕所述第一磁极。33.如权利要求32所述的磁电管，其中所述第一与第二磁极实质上绕一平行所述中心轴的磁电管轴而圆形对称。34.一种两段式行星式磁电管，其设置用以在一磁电管溅镀反应器中配合一大体上绕一中心轴对称的溅镀标靶使用，所述两段式行星式磁电管至少包含一第一固定齿轮，其绕所述中心轴配置；一驱动轴，其通过所述第一固定齿轮；一第一臂，其附接于所述驱动轴；一第一随动齿轮，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊扬理查德洪，詹姆斯H宗，迈克尔安德鲁米勒，丹尼尔C吕本，丁裴俊，尼马尔迈蒂，
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]