本发明专利技术涉及用于溅射反应器中的护罩。本发明专利技术的一个方面包括定位在等离子体溅射反应器的室壁外部的辅助磁环，其至少部分地布置在ＲＦ线圈的径向外部，该ＲＦ线圈用于感应发生等离子体，尤其是用于溅射刻蚀被溅射沉积的衬底。由此，磁阻挡防止等离子体向外泄漏至线圈，并改进溅射刻蚀的不均匀性。当线圈由与主靶相同材料制成时，线圈被用作第二磁体时，磁场还充当磁体。本发明专利技术的另一方面包括从靶延伸到支座的单片内护罩，该内护罩具有光滑内表面并在护罩中间部分由环形法兰支撑。该护罩可以被用于支撑ＲＦ线圈。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般地涉及材料的溅射。更具体地，本专利技术涉及用于感应耦合等离子体反 应器中的辅助磁体。本专利技术还涉及用于溅射反应器中的护罩。
技术介绍
溅射(或者称为物理气相沉积(PVD))是在半导体集成电路的制造中沉积金属或 相关材料层的最流行方法。溅射的一种应用是沉积与图1中的剖面视图所图示的过孔结构 相关联的阻挡层和晶种层。一种导电特征10形成于下电介质层12的表面中，该下电介质 层通常由二氧化硅或其它硅玻璃形成，或许掺杂以具有低介电常数。上电介质层14沉积在 下电介质层12之上，并在导电特征10的区域中刻蚀穿过上电介质层14的过孔16。在现代 电路中，过孔16可以具有4 1或更大的深宽比(衡量深度与最小宽度之比)。金属将最 终填充到过孔16中，以在下线路平面和上线路平面之间提供垂直电互联，其中下线路平面 包括导电特征10，而上线路平面形成在上电介质层14的顶表面上或形成于上电介质层14 的顶表面中。图示了简单直过孔16。在双镶嵌中，简单过孔16由在电介质层14的下部分 中连接到上部分中的宽沟槽的窄过孔取代，该宽沟槽水平延伸相当大的距离，以在上线路 层中形成水平互连接。在过孔金属化之前，衬垫层20沉积在电介质层14的顶表面之上以及过孔的底壁 和侧壁上。衬垫层20执行多个功能，包括过孔金属和氧化物电介质之间扩散的阻挡、氧 化物和金属之间的粘接层、以及用于沉积金属之后的晶种层或晶核层。虽然铝在过去是主 导的金属化，但是在双镶嵌结构中，铜开始主导先进的集成电路，因为其低电阻率和电迁移 率以及使用电化学镀(ECP)用铜填充过孔16的能力。在使用铜的情况下，导电特征10通 常是双镶嵌金属化的沟槽部分。对于铜的衬垫层20通常包括氮化钽(TaN)的阻挡层、Ta 的粘接层。薄铜晶种层既要结核ECP铜，又要充当用于电化学处理的电极。化学气相沉积 (CVD)或其改进的原子层沉积(ALD)可以被用于所述层中的一些。两种技术倾向于在高深 宽比的孔中涂覆保形层，而ALD能够涂覆很薄的化合物层。然而，如果几个固有问题可以克 服，则溅射通常是优选的，因为其经济性和良好的膜质量。侧壁的覆盖一般是差的，并且在 孔16内部深处产生薄的侧壁部分22。溅射倾向于在孔16的顶部形成悬突物24，这对随后 涂覆孔16来说最小限度地增大有效的深宽比，并且在最坏的情况下桥接孔16的顶部，阻止 任何进一步沉积到孔16中。包括电偏压晶片的各种技术可以被用于减少悬突物24并增大 侧壁覆盖。这些技术倾向于增大底部覆盖，如较厚底部部分26所表示。然而，底部部分26 占据(stand in)到下导电特征的导电路径。钽(虽然是金属)具有比较高的电阻率。氮 化钽是很大电阻性的。结果，希望刻蚀掉底部部分26。另一方面，悬突物24的刻蚀不应去除下面的阻挡层。在母案国际申请中，Ding等人已经使用图2中所示意性表示的溅射反应器解决了 这些多个矛盾的要求，其中该溅射反应器能够沉积Ta和TaN。真空室的侧壁30围绕反应器 的中心轴线32布置。钽靶34通过环形隔离物36支撑在室30上并真空密封到室30。支座 38保持待溅射处理的晶片40沿中心轴线32与靶34相对。真空泵系统42能够将室30泵 吸至10_8Torr的低压力。然而，氩工作气体从气源44通过质流控制器46被供应到压力通 常在0. 1至lOmTorr范围内。选择性的DC功率源48相对于接地金属室30或其未示出的 护罩负偏压靶34，以放电工作气体形成等离子体。负的靶偏压将正氩离子吸引至靶34，并 且高能离子从靶34溅射钽原子。一些钽离子撞击晶片40并在其上沉积一层钽。在处理的 某些部分中，氮气从气源50通过其质流控制器52供应到室30中。在称为反应性离子溅射 的处理中，氮与溅射的钽反应以在晶片40上形成氮化钽。邻近靶34的等离子体密度通过放置在靶背后的小的不平衡嵌套(nested)磁体56 而被增大。Fu在美国专利6，183，614中描述了这样的磁体。其包括一个极性的内极62，其 由相反极性的环形外极64所包围，两者都支撑在磁轭上并通过该磁轭进行磁耦合。在靶34 前面的磁场的水平分量捕获电子，并增大等离子体密度和由此增大溅射速率。磁体60的小 面积在邻近磁体60的区域中集中靶溅射功率，又增大了等离子体密度。磁体56可以具有 不同形状，包括圆形、椭圆形、三角形、以及跑道形。为提供均勻的溅射，磁体60支承在驱动 轴68并由驱动轴68围绕中心轴线32旋转。外极64的总的磁场强度(即，其整个面上集 中的磁通量)显著大于引起磁体60不平衡的内极62的磁场强度。该比为至少1.5，优选地 大于2.0。不平衡引起磁分量从外极64朝向晶片40突出，两个都吸持等离子体并引导任何 钽离子到晶片40。如果足够的功率密度被应用至靶34，则磁体60下方的高密度等离子体区域电离 溅射的钽原子的相当大部分。钽离子可以被吸回至靶34，以在称为自电离等离子体(SIP) 溅射的效应中引起进一步的溅射。结果，氩溅射气体在支撑等离子体中变得越来越不重要， 并且氩气压力可以减小。在用铜溅射的某些条件下，SIP等离子体是自维持的，而且氩气源 可以被切断。比晶片40大并且具有两个分离端的带状RF线圈70被定位在室30和其未示出的 护罩的内部，并且该护罩定位在靶34和晶片40之间的处理空间的下半部分或下三分之一 中。在一个实施例中，线圈70由与靶相同的材料制成，S卩，在讨论的示例中是钽。此外，其具 有沿中心轴线32的管形状，并且通常至少为4的高宽比(轴向长度与径向厚度之比)。这 种成分和形状允许线圈70在一种操作模式中充当第二溅射靶。DC功率源72和RF功率源 74通过未示出的耦合和隔离电路耦合，以允许线圈70可以被独立地DC偏压或感应耦合RF 能量到线圈70中或两者的组合。RF功率在线圈70的一端通过电容76接地，然而，该电容 76根据DC功率源DC隔离线圈70。此图未示出功率源72、74和线圈70上的接地的相对位 置。优选地，线圈在垂直于中心轴线32的平面内延伸接近360°，使得其两端分开最小的距 离，例如绕中心轴线32小于25°。这些端中的一个被加电；另一个则接地。当线圈70被负偏压时，其吸引氩离子，以从线圈70溅射钽。当线圈70由RF功率 驱动时，其产生轴向的RF磁场，该RF磁场感应方位角(azimuthal)电场，以感应室30的下 部分中的等离子体区域。即，第二等离子体源接近晶片引起盘状的氩离子区域。另一个RF功率源通过电容性耦合电路80耦合至支座电极38，其在相邻等离子体的边缘感应负DC自 偏压。结果，在第二等离子体源中的氩离子以及来自顶部磁体/靶源的任何氩离子被加速 至晶片40并溅射刻蚀晶片40。由于加速产生的各向异性，高能离子到达过孔的底部，并有 效地相对于侧壁部分22有选择地刻蚀底部部分26。虽然示出的反应器能够进行多种模式操作，但是两个极限模式是可以的。在沉积 模式中，到线圈70的RF功率被关闭。较大DC功率被施加到靶34。由于自电离等离子体， 氩气压力可以被减小，以减少晶片40的任何氩离子溅射刻蚀。如果希望，线圈70可以DC 偏压，以充当第二靶。这种模式基本在晶片的最小溅射刻蚀的情况下沉积钽，如果有的话。 另一方面，在刻蚀模式中，两个本文档来自技高网...
【技术保护点】
适于在等离子体溅射反应器中使用并大致关于轴线圆对称的护罩，包括：沿所述轴线延伸的上端；沿所述轴线延伸的下端；以及在所述上端和所述下端之间从所述轴线径向向外延伸的法兰；其中，面对所述轴线的内表面护罩从所述轴线倾斜不超过１０°并且另外是光滑的。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：龚则敬，唐先民，约翰福斯特，丁培军，马克施韦策，基斯A米勒，伊利娅拉维斯凯，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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