用于由具有受控冷却的物理气相沉积(PVD)来沉积铝的方法和设备技术

用于在反应器腔室中执行物理气相沉积以在基板上形成铝材料的方法与设备，所述方法包括以下步骤：在基板的顶部上沉积第一铝层以形成具有第一晶粒尺寸和第一温度的第一铝区域；以及以足以将第一晶粒尺寸增加到第二晶粒尺寸的速率将基板顶部上的第一铝区域冷却到第二温度。二温度。二温度。

Method and apparatus for depositing aluminum by physical vapor deposition (PVD) with controlled cooling

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于由具有受控冷却的物理气相沉积(PVD)来沉积铝的方法和设备


[0001]本公开的实施例总体涉及基板处理技术，并且更具体地涉及在PVD工艺期间沉积铝的方法。

技术介绍

[0002]在半导体器件(诸如集成电路)中，互连件用于连接和集成器件的各种部件。通常，器件由多层导电部件组成，由绝缘材料隔开，以帮助最小化信号路径并减小器件尺寸。为了在各层之间建立连续性，导电互连件(接触件或通孔)在绝缘层之间延伸并连接导电层。因此，互连件是以导电材料填充的垂直开口，所述导电材料用于将器件的各种层上的部件彼此连接并连接到半导体基板。
[0003]随着半导体器件的集成度增加，互连件的尺寸减小，且互连件的深宽比(即，互连件的高度与宽度的比)增加。因此，过去足以填充互连件的方法已被证明不足以用于更小的互连件。通常，互连孔使用金属材料(诸如铜)填充，所述金属材料通过化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、电镀或其组合沉积在孔内部。
[0004]集成电路(IC)中的互连件分配时钟和其他信号，并且向电路中的各个部分提供电源/接地。随着IC特征尺寸的持续按比例缩小，互连件成为确定系统性能(例如信号传播延迟和功耗，这些都与互联线电阻有关)的主要因素。在过去的20年中，由于铜(Cu)的低电阻率，Cu已成为互连件的首选材料。然而，专利技术人已经观察到铜可能在低温下与硅有问题地相互作用或扩散到周围的电介质中。通常需要阻挡层来防止扩散，这将不利于Cu的整体电阻率。专利技术人已经观察到需要寻找用于IC互连件中的铜的替代材料。
[0005]此外，虽然已经使用长的沉积腔室来将铝用于在互连件中填充和覆盖特征，但是由于长的沉积腔室沉积物有问题地缺乏均匀的铝覆盖，因此特征和相邻场的铝覆盖率较差。专利技术人已经观察到较差的铝覆盖性能降低了由此形成的互连件的可靠性。专利技术人还观察到，沉积在半导体基板顶部的铝的快速冷却不利于膜的质量，并且有问题地导致以下状况：小晶粒尺寸导致铝线断裂和较差产率；较差的反射率值不利地影响下游的沉积后处理；铝
‑
硅(Al
‑
Si)薄膜中的硅沉淀(precipitation)导致较差的膜粗糙度和沉淀；以及用AC偏压处理增加的应力导致高翘曲。
[0006]因此，专利技术人提供了用于在基板上形成铝材料的改进方法，以及改善特征(诸如通孔)的铝覆盖率的方法。

技术实现思路

[0007]本文提供了在基板上形成铝材料并增加铝材料的覆盖率的实施例。在一些实施例中，一种在反应器腔室中执行物理气相沉积以在基板上形成铝材料的方法包括以下步骤：在基板的顶部上沉积第一铝层以形成具有第一晶粒尺寸和第一温度的第一铝区域；以及以足以将第一晶粒尺寸增加到第二晶粒尺寸的速率将基板顶部上的第一铝区域冷却到第二
温度。
[0008]在一些实施例中，本公开涉及一种在反应器腔室中在定位于铝溅射靶下方的工件支撑件上的基板上执行物理气相沉积的方法，所述方法包括以下步骤：在经加热的工件支撑件的顶部上，将基板维持在200℃至400℃的第一温度以及低于10毫托的第一压力下；通过向铝溅射靶施加约4kW至60kW的第一DC功率和至少600W的第一AC靶偏压功率来从铝溅射靶溅射原子；维持反应条件达足以形成具有第一晶粒尺寸的第一铝层的持续时间；将基板的冷却延迟达第一持续时间；以及以足以将第一晶粒尺寸增加到第二晶粒尺寸的速率将第一铝层冷却到第二温度。
[0009]在一些实施例中，本公开涉及一种物理气相沉积腔室，所述物理气相沉积腔室包括反应腔室，所述反应腔室配置成用于在基板的顶部上物理气相沉积第一铝层以形成具有第一晶粒尺寸和第一温度的第一铝区域；以及以足以将第一晶粒尺寸增加到第二晶粒尺寸的速率将基板顶部上的第一铝区域冷却到第二温度。
[0010]在一些实施例中，本公开涉及一种计算机可读介质，所述计算机可读介质具有存储在其上的指令，所述指令在被执行时使物理气相沉积反应器腔室执行在反应器腔室中物理气相沉积以在基板上形成铝材料的方法，所述方法包括以下步骤：在基板的顶部上沉积第一铝层以形成具有第一晶粒尺寸和第一温度的第一铝区域；以及以足以将第一晶粒尺寸增加到第二晶粒尺寸的速率将基板顶部上的第一铝区域冷却到第二温度。
[0011]下面描述本公开的其他和进一步的实施例。
附图说明
[0012]可以通过参考附图中描绘的本公开的说明性实施例来理解以上简要概述并在以下更详细讨论的本公开的实施例。然而，附图仅示出了本公开的典型实施例，并且因此不应视为对范围的限制，因为本公开可允许其他等效的实施例。
[0013]图1描绘根据本公开的一些实施例的用于处理基板的方法的流程图。
[0014]图2A至图2D描绘根据本公开的一些实施例的填充高深宽比开口的阶段。
[0015]图3描绘根据本公开的一些实施例的物理气相沉积(PVD)腔室的示意性截面图。
[0016]图4描绘根据本公开的一些实施例的用于处理基板的另一种方法的流程图。
[0017]图5描绘根据本公开的一些实施例的物理气相沉积(PVD)腔室的示意性截面图。
[0018]图6描绘根据本公开的一些实施例的用于处理基板的另一种方法的流程图。
[0019]图7描绘根据本公开的一些实施例的物理气相沉积(PVD)腔室的示意性截面图。
[0020]图8描绘根据本公开的一些实施例的用于处理基板的另一种方法的流程图。
[0021]为便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记表示附图中相同的要素。为清楚起见，附图未按比例描绘且可被简化。一个实施例中的要素与特征可有利地结合在其他实施例中而无需进一步叙述。
具体实施方式
[0022]本文提供了在基板上形成铝材料的实施例。专利技术人已经将铝包括在IC互连件中，且通过延长沉积之后的铝晶粒生长来改善互连结构中铝的使用和覆盖率。在实施例中，第一事件沉积具有与随后测量的相同材料的晶粒尺寸相比较小晶粒尺寸的铝。通过延迟和/
或控制所沉积的铝的沉积后冷却，延长了铝的晶粒生长周期，从而得到更大的铝晶粒尺寸和改善的铝膜。在一些实施例中，在反应器腔室中执行物理气相沉积以在基板上形成铝材料的方法包括以下步骤：在基板的顶部上沉积第一铝层以形成具有第一晶粒尺寸和第一温度的第一铝区域；以及以足以将第一晶粒尺寸增加到第二晶粒尺寸的速率将基板顶部上的第一铝区域冷却到第二温度。
[0023]所述方法的实施例可有利地提供基板表面的连续覆盖，例如具有改善的覆盖率和/或低电阻率的铝材料的高深宽比特征。本公开的实施例通过以小的晶粒尺寸开始，延长铝沉积后的晶粒生长周期，以有利地提供基板表面的连续覆盖。在一些实施例中，通过以小的晶粒尺寸开始以及以更大的晶粒尺寸结束，在铝膜生长期间发生了更多的晶粒聚结事件，从而改善了铝的迁移性(mobility)、增强铝的覆盖率并防止线破裂(line breakage)。在一些实施例中，随着所沉积的铝膜的反射率值的改善，下游的沉积后工艺得以改善。在一些实施例中，减小了膜的粗糙度并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在反应器腔室中执行物理气相沉积以在设置在工件支撑件上的基板上形成铝材料的方法，所述方法包括以下步骤：在基板的顶部上沉积第一铝层以形成具有第一晶粒尺寸和第一温度的第一铝区域；以及以足以将所述第一晶粒尺寸增加到第二晶粒尺寸的速率将基板顶部上的所述第一铝区域冷却到第二温度。2.如权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：将冷却延迟达第一持续时间。3.如权利要求2所述的方法，其中所述第一持续时间是约5秒至120秒。4.如权利要求1所述的方法，其中以每秒10摄氏度至40摄氏度的冷却速率执行冷却。5.如权利要求1所述的方法，其中所述第一温度大于375摄氏度至450摄氏度，且所述第二温度小于100摄氏度。6.如权利要求1所述的方法，其中在经加热的表面顶部上执行在基板的顶部上沉积第一铝层以形成具有第一晶粒尺寸和第一温度的第一铝区域的步骤，并且其中通过将所述基板从所述经加热的表面移开来执行冷却。7.如权利要求1所述的方法，其中以足以将所述第一晶粒尺寸增加到第二晶粒尺寸的速率将所述第一铝区域冷却到第二温度的步骤进一步包括以下步骤：延迟将基板顶部上的所述第一铝区域传送到快速冷却腔室。8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中在4kW至60kW的量的第一DC功率下执行沉积第一铝层的步骤。9.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中通过在物理气相沉积工艺中将所述基板暴露于铝和氩来沉积所述第一铝层。10.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中使用包括铝靶的物理气相沉积工艺来形成铝材料。11.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中以足以将所述第一晶粒尺寸增加到第二晶粒尺寸的速率将基板顶部上的所述第一铝区域冷却到第二温度的步骤进一步包括以下步骤：增加邻近基板的背侧的气流以冷却所述基板。12.如权利要求1所述的方法，其中沉积所述第一铝层的步骤进一步包括以下步骤：在经加热的工件支撑件的顶部上，将所述基板维持在200℃至400℃的所述第一温度以及低于10毫...

【专利技术属性】
技术研发人员：许绍杰，钟姚颖，王欣欣，正敏，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：