在高深宽比特征结构中沉积金属的方法技术

本发明专利技术提供一种在形成于基板上的高深宽比特征结构中沉积金属的方法。在某些实施例中，一方法包括以超高频(VHF)频率施加第一射频(RF)功率至含金属的靶材以形成等离子体，该靶材设置在基板上方；施加直流(DC)功率至靶材，以引导等离子体朝向靶材；利用等离子体从靶材溅射金属原子，同时维持物理气相沉积(PVD)腔室内的压力使足以离子化大部分的金属原子；在开口的底表面上以及基板的第一表面上沉积第一多个金属原子；施加第二RF功率以将至少某些第一多个金属原子从底表面重分配至该开口侧壁的下部；以及通过减少PVD腔室内的离子化金属原子数量在侧壁上部沉积第二多个金属原子，其中第一多个金属原子与第二多个金属原子形成第一层，该第一层实质上沉积在开口的全表面上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施例大体涉及在形成于基板上的高深宽比特征结构中沉积金属的方法。
技术介绍
穿硅通孔(TSV)或类似技术需要将连续含金属层沉积在基板上的高深宽比特征结构中。例如，该待沉积的含金属层可以是阻障层，以防止材料从该特征结构扩散进入该基板，或是晶种层，可运用电镀或其它适合技术利用该晶种层作为填充该特征结构的模板。高深宽比特征结构，例如，可包含深宽比约5 1或更大的特征结构。遗憾的是，专利技术人发现常 规的直流(DC)溅射，例如在DC物理气相沉积(DC PVD)腔室内执行的DC溅射，无法提供对高深宽比特征结构的底表面的适当覆盖。例如，专利技术人发现就某些金属而言，例如钛(Ti)、钽(Ta)或铜(Cu)，该底表面覆盖会低于约3%。该特征结构中缺乏连续表面覆盖会在填充该特征结构期间造成空隙的形成。此外，虽然可调整DCPVD工艺条件以达到可接受的底表面覆盖，但该些条件需要长的沉积时间并将基板暴露在高温下，此举显著影响每基板成本，且不良地将基板暴露在高温下，导致材料不良地在该基板的现有区域间扩散。因此，专利技术人研发出改良的技术以在高深宽比特征结构中沉积连续含金属层。
技术实现思路
本专利技术提供一种在形成于基板上的高深宽比特征结构中沉积金属的方法。在某些实施例中提供一种在物理气相沉积(PVD)腔室内处理基板的方法，该基板具有开口，该开口形成在该基板的第一表面内，并且朝向该基板的与第一表面相对的第二表面延伸进入该基板内，该开口拥有高度对宽度至少5 :1的深宽比。在某些实施例中，该方法可包括以超高频(VHF)频率施加第一射频(RF)功率至含金属的靶材，以从等离子体形成气体形成等离子体，该靶材设置在该基板上方；施加DC功率至该靶材，以引导等离子体朝向该靶材；利用该等离子体从该靶材溅射金属原子，同时维持PVD腔室内的第一压力使足以离子化从该靶材派射出的大部分金属原子；在该开口的底表面上以及该基板的第一表面上沉积第一多个金属原子；施加第二 RF功率至设置在该基板下方的第一电极，以将至少某些第一多个金属原子从该底表面重分配至该开口的侧壁的下部；以及通过减少PVD腔室内的离子化金属原子数量在该侧壁上部沉积第二多个金属原子，其中该第一多个金属原子与该第二多个金属原子形成第一层，该第一层实质上沉积在该开口的全表面上。下文描述本专利技术的其它及进一步实施例。附图简要说明上文简要概述和下文更详细论述的本专利技术的实施例可通过参考在附图中图示的本专利技术的说明性实施例来理解。但是应注意的是，附图仅图示本专利技术的典型实施例，且因此不应视为是对本专利技术范畴的限制，因为本专利技术可允许其它等效实施例。附图说明图1图示根据本专利技术某些实施例的处理基板的方法的流程图。图2A-图2F图示根据本专利技术某些实施例的填充高深宽比开口的各个阶段。图3图示根据本专利技术某些实施例的物理气相沉积(PVD)腔室的示意性剖面图。为了促进理解，尽可能地使用相同的参考标记来表示图中共有的相同元件。图未按比例绘制且可为了清楚起见而简化。预期到一实施例的元件及特征结构可有利地并入其它实施例而无需进一步详述。具体实施例方式本文提供在形成于基板上的高深宽比特征结构中沉积金属的方法。本专利技术方法有利地提供该高深宽比特征结构表面的金属连续覆盖，同时维持高工艺产量与低基板温度。本专利技术方法可与穿硅通孔(TSV)应用并用，例如，先通孔或后通孔的制造方法，以及与可能需要在高深宽比开口中沉积连续金属层的其它适合应用并用。 图1图示根据本专利技术某些实施例的处理基板的方法100的流程图。该方法100在下文是对照如图2所示的填充高深宽比特征结构的各个阶段描述。此外，该方法100可在具备DC与射频(RF)功率源两者的任何适合的PVD工艺腔室内执行，例如在下文描述并在图3中图示的工艺腔室300。该方法100始于步骤102，提供基板200至PVD腔室，例如工艺腔室300。该基板200包含高深宽比开口 202，该开口 202是形成在该基板200的第一表面204内，并且该开口 202朝向该基板200的与第一表面204相对的第二表面206延伸进入该基板200内。该基板200可以是在基板中形成有高深宽比开口的任何适合基板。例如，该基板200可包含硅(Si)、氧化硅(SiO2)或诸如此类的一种或多种。此外，该基板200可包含额外材料层，或者在基板内或基板上可形成有一个或多个完整或部分完整的结构。该开口可以是拥有高深宽比的任何开口，例如通孔、沟槽、双镶嵌结构或诸如此类。在某些实施例中，该开口 202可拥有至少约5 :1的高度对宽度深宽比(例如高深宽比)。例如，在某些实施例中，该深宽比可以是约10 1或更大，例如约15 :1。该开口 202可通过运用任何适合蚀刻工艺来蚀刻该基板而形成。该开口 202包含底表面208及侧壁210，如图所示。在某些实施例中，底表面208与侧壁210可在如下所述沉积金属原子前先覆盖有一层或多层。例如，并且如图2A中虚线所示，该开口 202的底表面与侧壁及该基板200的第一表面可由氧化物层212覆盖，例如氧化硅(SiO2)或诸如此类。在提供该基板200至PVD腔室前，可先行沉积或成长该氧化物层，例如在化学气相沉积(CVD)腔室或氧化腔室内。该氧化物层212可充当该基板与待随后沉积在该开口内的含金属层间的电气和/或物理阻障，和/或可用作在下述沉积工艺期间较该基板的原表面更好的附着表面。在某些实施例中，可在该氧化物层212上方沉积阻障层214 (如图所示)，或是若无氧化物层存在的话，在该开口的底表面与侧壁及该基板的第一表面上方沉积所述沉积阻障层214。该阻障层214可发挥与上述氧化物层212类似的作用。在某些实施例中，该阻障层214可包含钛(Ti)、钽(Ta)、钴(Co)、钛、钽和/或钴的氧化物或氮化物或诸如此类的至少一种。可用任何适合方法沉积该阻障层214，例如CVD或PVD，包含运用下述方法100在该开口 202内形成连续阻障层。在某些实施例中，并且如图2A的虚体所示，该开口 202可完全延伸通过该基板200，并且第二基板218的上表面216可形成该开口 202的底表面208。该第二基板218可毗邻该基板200的第二表面206设置。此外(如图2F所示并在下文论述)，器件，例如逻辑器件或诸如此类，或是器件需要电气连接的部分，例如栅极、接触焊盘、导电通孔或诸如此类，可设置在该第二基板218的上表面216内并与该开口 202对准。在步骤104，以VHF频率施加第一 RF功率(例如从RF功率源318，在下文描述)至含金属的靶材，该靶材设置在该基板200上方，以从等离子体形成气体形成等离子体。例如，该靶材可以是下文论述的靶材306。该靶材可包含纯度适合的金属、金属合金或诸如此类的一种或多种，以在该开口 202的表面以及该基板200的第一表面204上形成所要材料的连续阻障层或晶种层。例如，该靶材可包含钛(Ti)、钽(Ta)、铜(Cu)、铝(Al)、钴(Co)、钨(W)、它们的合金或诸如此类。该等离子体形成气体可包含氩(Ar)、氖(Ne)、氪(Kr)、氦(He)、氢(H2)、氮(N2)或诸如此类,或它们的组合。 可以VHF频率施加该第一 RF功率，以进行从该等离子体形成气体形成等离子体以及利用该等离子体离子化从该靶材溅射出的金属原子的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.30 US 61/369,240;2011.07.08 US 13/178,8701.一种在物理气相沉积(PVD)腔室内处理基板的方法，该基板具有一开口，该开口形成在该基板的第一表面内，并且朝向该基板的相对的第二表面延伸进入该基板内，该开口拥有高度对宽度为至少5 1的深宽比,该方法包括以下步骤以超高频(VHF)频率施加第一射频(RF)功率至含金属的靶材，以从等离子体形成气体形成等离子体，该靶材设置在该基板上方；施加直流(DC)功率至该靶材，以引导该等离子体朝向该靶材；利用该等离子体从该靶材溅射金属原子，同时维持该PVD腔室内的第一压力使足以离子化从该靶材溅射出的大部分金属原子；在该开口的底表面上以及该基板的该第一表面上沉积第一多个金属原子；施加第二 RF功率至设置在该基板下方的第一电极，以将至少某些该第一多个金属原子从该底表面重分配至该开口的侧壁的下部；以及通过减少该PVD腔室内的离子化金属原子数量在该侧壁的上部沉积第二多个金属原子，其中该第一多个金属原子与该第二多个金属原子形成第一层，该第一层实质上是沉积在该开口的全表面上。2.权利要求1的方法，其中沉积该第一多个金属原子进一步包括施加一强度高至约50瓦的第三RF功率至该第一电极，以引导该第一多个金属原子朝向该开口的该底表面。3.权利要求2的方法，其中该第三RF功率的强度低于该第二RF功率的强度。4.权利要求1的方法，其中施加该第二RF功率至该第一电极以重分配至少某些该第一多个金属原子进一步包括在重分配至少某些该第一多个金属原子至该下部的同时，维持该DC功率的该强度以持续利用该等离子体从该靶材溅射金属原子；或在重分配至少某些该第一多个金属原子至该下部的同时，降低该DC功率的该强度或将该DC功率关闭以避免金属原子利用该等离子体从该靶材溅射出。5.权利要求1的方法，其中施加该第二RF功率至该第一电极以重分配至少某些该第一多个金属原子进一步包括在重分配至少某些该第一多个金属原子至...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾伦·里奇，卡尔·布朗，约翰·皮比通，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：
国别省市：