公开一种磁控管溅射反应器（４１０）及其使用方法，其中促进ＳＩＰ溅射和ＩＣＰ溅射。公开在另一室（４１２）中，沿着磁控管溅射反应器从靶朝向晶片一侧上的侧壁（４１４）定位的辅助磁体阵列。磁控管（４３６）优选为具有包围第二磁极性的较弱内部磁极（４４０）的第一磁极的较强外部磁极（４４２）的小磁控管，所有的磁极在轭（４４４）尚且关于室的轴（４３８）利用旋转装置（４４６、４４８、４５０）旋转。辅助磁体（４６２）优选具有第一磁极性以将不平衡的磁场（４６０）拉向晶片（４２４），晶片在供有功率（４５４）的底座（４２２）上。通过阀（４２８）供给氩（４２６）。靶（４１６）供有功率（４３４）。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般关于溅射和再溅射。更为具体地，本专利技术关于半导体集成电路形成中 材料的溅射沉积和沉积材料的再溅射。
技术介绍
半导体集成电路通常包括多层金属(metallization)以在大量有源半导体器件 之间提供电连接。高级集成电路，特别是用于微处理器的那些，可以包括五层或更多金属 层。在过去，铝为受欢迎的金属层材料，但是已经开发铜作为高级集成电路的金属层。在图1的剖面图中示出了典型的金属层。下层110包括导电部件112。如果下 层Iio为诸如二氧化硅或其它绝缘材料的下层电介质层，导电部件112可以为下层铜金属 层，且上层金属层的垂直部分称之为通路(via)，因为其互连两个金属层。如果下层110 为硅层，导电部件112可以为掺杂硅区，且形成在孔中的上层金属的垂直部分称之为触点 (contact)，因为它电接触硅。上层电介质层114沉积在下层电介质层110和下层金属层 112上。还可以有包括线形和沟槽的其它孔形。同样，在双金属镶嵌(dual damascene)和 相似的互连结构中，如下所述，孔具有复杂的形状。在一些应用中，孔不可以穿过电介质层 延伸。下述讨论仅提到通路孔，但是，在大多数情况中，该讨论同样适用于其它类型的孔，其 中只有几个本领域公知的修改孔。常规地，电介质为通过利用四乙基正硅酸盐(TEOS)作为前体的等离子体增强化 学气相沉积形成的二氧化硅。然而，可以考虑其它成分的低k材料和沉积技术。一些在开 发的低k电介质可以描绘为硅酸盐，诸如氟化硅酸盐玻璃。此后，仅直接描述硅酸盐(氧化 物)电介质，但可以设想使用其它电介质成分。在硅酸盐电介质的情况中，通常使用氟基等离子体蚀刻工艺在上层电介质层114 中蚀刻通路孔。在高级集成电路中，通路孔的宽度可以为0. 18μπι或更小。电介质层114的 厚度通常至少为0.7 μ m，并且有时为其两倍，以使孔的纵横比为4 1或更大。建议6 1 或更大的纵横比。此外，在大多数情况中，通路孔应该具有垂直轮廓(profile)。在孔的底面和侧面以及电介质层114上沉积衬里层(liner layer) 116。衬里层 116可以执行几个功能。其可以用作电介质与金属层之间的粘合层(adhesion layer)，因 为金属膜易于从氧化物上剥离。其还可以用作防止在氧化物基电介质与金属之间互扩散的 阻挡层。其还可以用作籽晶和形核层，以促进均勻粘接和生长以及金属沉积填充孔的可能 的低温回流和使分离的籽晶层的均勻生长形核。可以沉积一层或多层衬里层，其中一层可 以主要用作阻挡层而其它层主要用作粘合剂、籽晶或形核层。例如，然后在衬里层116上沉积诸如铜的导电金属互连层118以填充孔并覆盖电介质层114的顶部。通过选择蚀刻金属层118的平面部分，将常规铝金属形成水平互连图 形。然而，称为双金属镶嵌的用于铜金属的技术在电介质层114中使孔形成为两个连接部 分，第一为穿过电介质底部的狭窄通路而第二为在表面部分中与通路互连的较宽沟槽。在 金属沉积之后，进行化学机械抛光(CMP)，该化学机械抛光除去暴露在电介质氧化物上的较 软的铜，但到较硬的氧化物时，即停止。结果，相似于最近的下层的导电部件112的上层的 多个填充铜的沟槽彼此隔离。填充铜的沟槽用作在填充铜的通路之间的水平互连。双金属 镶嵌工艺与CMP的结合消除了蚀刻铜的需要。已经开发出几种用于双金属镶嵌和其它具有 相似制造需要的金属结构的层结构和蚀刻序列。诸如出现在双金属镶嵌中的衬里和填充通路孔以及相似的高纵横比结构，随着它 们的纵横比的不断增加，呈现出持续的挑战。4 1的纵横比比较普遍，并且此值会进一步 增大。这里使用的纵横比定义为孔的深度与孔的最窄处宽度的比值，孔的最窄处通常接近 其顶表面。0. 18 μ m通路宽度比较普遍，并且该值会进一步降低。对于形成在氧化物电介质 中的高级铜互连，阻挡层的形成易于与形核和籽晶层清楚地分离开。扩散阻挡层可以由钽/ 氮化钽(Ta/TaN)、钨/氮化钨(W/WN)或钛/氮化钛(Ti/TiN)或其它结构的双层形成。通 常阻挡层的厚度为10至50nm。对于铜互连，已发现沉积一层或更多铜层以实现形核和籽晶 功能十分有利。通过常规物理气相沉积(PVD)的衬里层或金属的沉积，还称之为溅射，较快。DC磁 控管溅射反应器具有由要溅射沉积的金属组成的且由DC电源向其提供电力的靶。磁控管 在靶的背面附近被扫描且将其磁场投射到临近靶的反应器部分，以增加那里等离子体的密 度，由此增加溅射速率。然而，常规DC溅射(与要介绍的其它类型溅射相比较将其称之为 PVD)主要溅射中性原子。一般PVD中的离子密度通常小于109cm_3。PVD还易于将原子溅 射呈宽角分布(wide angulardistribution)，通常关于靶的法线呈余弦关系。这种宽分布 (widedistribution)会不利于填充深且窄的通路孔122，以至如图2中示出那样，其中已经 沉积阻挡层124。大量的角外溅射颗粒(off-angle sputter particle)可以引起层126优 先沉积在孔122的上拐角(upper corner)周围并形成伸出(overhangs) 128。大的伸出可 以进一步地限制进入孔122并引起孔122的侧壁130和底部132的不充分覆盖。而且，伸 出128在填充孔之前架桥(bridge)孔122并在孔122内的金属中产生空隙134。一旦形成 空隙134，通常很难通过将金属加热接近其熔点来将其回流(reflow)。即使小的空隙也可 以引起可靠性问题。如果计划诸如通过电镀进行第二金属沉积步骤，架桥的伸出会使随后 的沉积更困难。一种改善伸出问题的方法是长投掷(long-throw)溅射，其中将溅射靶与要被溅 射涂覆的晶片或其它衬底间隔相对较远。例如，靶至晶片的间隔可以是晶片直径的至少50%，优选大于90%，且更优选大于140%。结果，溅射分布的角外部分优先射向室壁，但是角中央部分仍然基本上射向晶片。截角分布(truncated angular distribution)会引起 更多部分溅射颗粒深射入孔122中，并且减小伸出128的程度。通过在靶与晶片之间定位 准直仪(collimator)来实现相似的效果。因为准直仪具有大量的高纵横比的孔，角外溅 射颗粒易于轰击准直仪的侧壁，角中央的颗粒易于穿过。长投掷靶和准直仪通常都减小到 达晶片的溅射颗粒的流量并且因此易于减小溅射沉积速率。随着投掷加长或随着使准直 (collimation)更严于适应增加纵横比的通路孔，这种减小可以变得更为显著。而且可以限制增加长投掷溅射的长度。通常在PVD溅射中使用的几毫托的氩压力 下，随着靶至晶片间隔的增加，氩分散溅射颗粒的可能性更大。因此，可以减少向前颗粒的 几何选择(geometric selection)。长投掷和准直的另一问题是减小的金属流量，减小的金 属流量可导致更长的沉积周期，这将不但会减少产量，而且还会增加溅射期间的晶片经历 的最高温度。此外，长投掷溅射可以减小伸出并提供在侧壁中间和上部的良好覆盖，但是较 低的侧壁和底部覆盖可能不那么令人满意。用于深孔衬里和填充的另一技术是称之为离子化金属电镀(IMP)的溅射工艺中， 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在孔中形成互连的方法，所述孔具有至少３∶１的纵横比并在衬底的电介质层中形成，该方法包括：在真空室中，利用设置在靶一侧上的磁控管，溅射所述靶，所述真空室具有环绕中央轴布置的侧壁；将离子向由底座支撑的衬底投射，所述底座与沿所述中央轴的所述靶相对，其中所述靶与所述底座通过大于所述衬底直径的５０％的投掷距离间隔开，所述投射利用至少部分设置在所述处理空间的周围的具有沿所述中央轴的第一磁极性的辅助磁体。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：P丁，R陶，Z徐，DC吕本，S伦加拉简，MA米勒，A孙达拉简，X唐，JC福斯特，J傅，RC莫斯利，F陈，P戈帕尔拉亚，
申请(专利权)人：应用材料有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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