可改善深孔填充的镀膜设备及方法技术

本发明专利技术提供一种可改善深孔填充的镀膜设备及方法。设备包括：腔体、靶材承载盘、磁控组件、基座及矫正器；所述靶材承载盘位于腔体顶部，用于固定靶材，所述靶材与第一脉冲电源电连接，以由第一脉冲电源提供正负非对称双极性脉冲；所述磁控组件位于靶材承载盘上方，所述基座位于腔体内，所述矫正器位于腔体内，且位于靶材和基座之间，矫正器与基座具有间距，并与腔体绝缘，所述矫正器与外接电源的正极电连接而施加正偏压，矫正器包括多个间隔设置的矫正单元，各矫正单元为上下贯通的通孔结构，矫正器用于矫正靶材阳离子运动方向的倾斜角。本发明专利技术能大幅改善大高宽比的深孔结构的填充均匀性，提高沉积速率，有助于降低生产成本，提高经济效益。经济效益。经济效益。

【技术实现步骤摘要】
可改善深孔填充的镀膜设备及方法


[0001]本专利技术涉及半导体制造
，具体涉及一种半导体制造设备，特别是涉及一种可改善深孔填充的镀膜设备及方法。

技术介绍

[0002]物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，简称PVD)工艺的磁控溅射技术是集成电路制造过程中沉积金属膜层等相关材料层时广泛采用的方法，是填充深孔、硅通孔和深槽结构的主要技术。采用传统的PVD技术填充硅通孔的过程中，大部分金属离子呈较大的角度分散落到晶圆上，但对于高宽比很高的硅通孔，散射的金属离子沿与竖直方向成较大倾斜角的方向进入通孔内部的过程中，大部分会落在深孔结构的开口和上部侧壁，导致通孔的底部和下部侧壁的薄膜覆盖率不佳。现有的常用的PVD深孔填充技术是在磁控溅射设备的基座上形成一个负偏压来吸引等离子体，负偏压越高，更多的金属正离子就会被吸引到深孔结构中。
[0003]磁控溅射技术在深孔填充中的应用主要是在硅通孔内部沉积阻挡层和铜籽晶层，阻挡层的作用是防止铜向硅或者二氧化硅中扩散，铜籽晶层的作用是为后续电镀工艺做一层导电层，因此PVD工艺对深孔填充的台阶覆盖率有非常重要的影响。如果阻挡层的薄膜覆盖率不佳，会影响深孔和通孔器件的可靠性；如果籽晶层的覆盖率不佳，会导致电镀铜无法正常进行，电镀后的深孔和通孔出现空洞或缝隙，严重影响器件性能。
[0004]传统长投法(long throw)PVD技术在填充高宽比很高的通孔和深孔结构时不仅沉积速率慢，而且还会出现填充均匀性不好的问题，尤其是晶圆最边缘区域的深孔结构在填充时会出现不对称分布，即深孔结构的左右两个侧壁上沉积的膜厚不一致，深孔填充均匀性不佳。
[0005]为改善上述问题，有些磁控溅射设备中设置有准直管，准直管依靠侧壁的物理阻挡对离子进行过滤，大角度的粒子没法穿过准直管而最终都落在准直管的侧壁上，只有部分小角度的粒子能顺利通过准直管沉积到晶圆上。这种带准直管的磁控溅射设备能一定程度解决低高宽比(高宽比小于5：1)的深孔结构填充均匀性不好的问题，但是对于大高宽比结构仍存在台阶覆盖率不佳的问题，此外还存在沉积速率过慢、靶材利用率低等问题，而且准直管的加工成本和维护成本都很高，导致镀膜成本增加。

技术实现思路

[0006]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可改善深孔填充的镀膜设备及方法，用于解决现有的深孔填充技术，例如传统长投法技术存在的填充均匀性不好，而带准直管的磁控溅射设备仍无法有效解决大高宽比结构的台阶覆盖率不佳的问题，此外还存在沉积速率过慢、靶材利用率低等问题，而且其加工成本和维护成本都很高，导致镀膜成本增加等问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种可改善深孔填充的镀膜设备，
包括：腔体、靶材承载盘、磁控组件、基座及矫正器；所述靶材承载盘位于腔体顶部，用于固定靶材，所述靶材与第一脉冲电源电连接，以由第一脉冲电源提供正负非对称双极性脉冲；所述磁控组件位于靶材承载盘上方，所述基座位于腔体内，所述矫正器位于腔体内，且位于靶材和基座之间，矫正器与基座具有间距，并与腔体绝缘，所述矫正器与外接电源的正极电连接而带有正偏压，所述矫正器包括多个间隔设置的矫正单元，各矫正单元为上下贯通的通孔结构，矫正器用于矫正靶材阳离子的运动方向的倾斜角。
[0008]可选地，所述第一脉冲电源提供的用来溅射靶材的负脉冲偏压的范围为
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800V～
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100V，正脉冲偏压为100V～200V，负脉冲偏压的脉宽和脉高均大于正脉冲偏压，频率为200Hz～20MHz。
[0009]可选地，与矫正器电连接的外接电源包括直流电源、单极性脉冲电源和直流叠加脉冲电源中的若干种，用于为矫正器及矫正单元内提供30V～100V的恒定正偏压或者脉冲正偏压。
[0010]可选地，所述矫正器包括中间区域和位于中间区域外侧的边缘区域，相邻区域之间电绝缘，各区域施加大小不同的正偏压，从中间区域到边缘区域的正偏压逐渐加大。
[0011]可选地，所述矫正器包括中间区域和位于中间区域外侧的边缘区域，相邻区域之间电绝缘，各区域施加大小相同的正偏压，矫正单元内部侧壁上设置多个凸起图案，凸起图案的形状包括立方体、半球状、圆柱形和锥体中的若干种，从中间区域到边缘区域的凸起图案的高度逐渐加大。
[0012]可选地，所述矫正器与基座的间距大于等于40mm。
[0013]可选地，相邻的矫正单元之间的间距为2mm～10mm。
[0014]可选地，矫正单元孔径为10mm～60mm。
[0015]更可选地，矫正单元的孔径为20mm～40mm。
[0016]可选地，各矫正单元的高宽比为1.5:1～5:1。
[0017]可选地，所述矫正单元的上部孔径大于、等于或小于下部孔径。
[0018]可选地，所述矫正单元的孔径从上部往下到中部逐渐减小，中部往下部孔径保持不变。
[0019]可选地，所述矫正单元的上部和下部孔径大于中间部位的孔径。
[0020]可选地，所述矫正器为两个以上，两个以上矫正器上下堆叠，相邻的矫正器通过具有通孔的绝缘环相间隔，各矫正器的矫正单元位于绝缘环的通孔上下方，各矫正器连接至不同的外接电源，加以正偏压。
[0021]可选地，所述两个以上矫正器上下堆叠，矫正单元的孔径保持不变，各矫正器的正偏压自上而下逐渐线性增大。
[0022]可选地，所述两个以上矫正器上下堆叠，矫正单元的孔径自上而下逐渐减小，各矫正器正偏压保持不变。
[0023]可选地，所述矫正单元的开口形貌包括圆形和多边形中的任意一种，多个矫正单元以腔体的中心为中心向外呈密堆积的阵列式分布。
[0024]可选地，所述基座连接至射频电源，所述射频电源产生射频负偏压，负偏压的范围为
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300V～
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50V。
[0025]可选地，所述镀膜设备还包括上挡板、下挡板和遮挡环，所述上挡板一端靠近靶材
边缘，另一端沿腔体内壁向下延伸到所述矫正器附近，所述下挡板一端靠近所述矫正器背离上挡板的一端的边缘，另一端沿腔体内壁向下延伸至所述基座外围，所述遮挡环固定于所述下挡板上，且绕设于所述基座边缘上方。
[0026]可选地，所述镀膜设备还包括导流板，位于所述腔体内，且位于所述矫正器和基座之间，所述导流板与所述矫正器电绝缘，所述导流板包括多个间隔分布的通孔状导流单元以及连接于所述导流单元之间的交叉结构，所述导流单元由绝缘材料围成，所述交叉结构由导电材料制成，所述交叉结构与第二脉冲电源电连接，第二脉冲电源提供正负非对称双极性脉冲，其中，提供的负偏压为
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150V～
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50V，提供的正脉冲偏压为20V～80V，负脉冲偏压的脉宽和脉高均大于正脉冲偏压。
[0027]可选地，所述导流板与矫正器之间具有间距或通过具有通孔的绝缘板相间隔。
[0028]本专利技术还提供一种可改善深孔填充的镀膜方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可改善深孔填充的镀膜设备，其特征在于，包括：腔体、靶材承载盘、磁控组件、基座及矫正器；所述靶材承载盘位于腔体顶部，用于固定靶材，所述靶材与第一脉冲电源电连接，以由第一脉冲电源提供正负非对称双极性脉冲；所述磁控组件位于靶材承载盘上方，所述基座位于腔体内；所述矫正器位于腔体内，且位于靶材和基座之间，矫正器与基座具有间距，并与腔体绝缘，所述矫正器与外接电源的正极电连接而带有正偏压，所述矫正器包括多个间隔设置的矫正单元，各矫正单元为上下贯通的通孔结构，矫正器用于矫正靶材阳离子的运动方向的倾斜角。2.根据权利要求1所述的镀膜设备，其特征在于，所述第一脉冲电源提供的用来溅射靶材的负脉冲偏压的范围为
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800V～
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100V，正脉冲偏压为100V～200V，负脉冲偏压的脉宽和脉高均大于正脉冲偏压，频率为200Hz～20MHz；与矫正器电连接的外接电源包括直流电源、单极性脉冲电源和直流叠加脉冲电源中的若干种，用于为矫正器及矫正单元内提供30V～100V的恒定正偏压或脉冲正偏压。3.根据权利要求1所述的镀膜设备，其特征在于，所述矫正器包括中间区域和位于中间区域外侧的边缘区域，相邻区域之间电绝缘，各区域施加大小不同的正偏压，从中间区域到边缘区域的正偏压逐渐加大；或所述矫正器包括中间区域和位于中间区域外侧的边缘区域，相邻区域之间电绝缘，各区域施加大小相同的正偏压，矫正单元内部侧壁上设置多个凸起图案，凸起图案的形状包括立方体、半球状、圆柱形和锥体中的若干种，从中间区域到边缘区域的凸起图案的高度逐渐加大。4.根据权利要求1所述的镀膜设备，其特征在于，所述矫正器与基座的间距大于等于40mm，相邻的矫正单元之间的间距为2mm～10mm，矫正单元孔径为10mm～60mm，各矫正单元的高宽比为1.5:1～5:1。5.根据权利要求4所述的镀膜设备，其特征在于，矫正单元的孔径为20mm
‑
40mm，所述矫正单元的孔径从上部往下到中部逐渐减小，中部往下部孔径保持不变；或所述矫正单元的上部和下部的孔径大于中间部位的孔径。6.根据权利要求1所述的镀膜设备，其特征在于，所述矫正器为两个以上，两...

【专利技术属性】
技术研发人员：周云，宋维聪，
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：