[發(fā)明專利]具有可施加至靶材的射頻電源的物理氣相沉積等離子體反應(yīng)器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210229792.0
• 申請日: 2006-01-30
• 公開（公告）號: CN102758171A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 卡爾·M·布朗;約翰·皮比通;瓦尼特·梅塔
• 申請（專利權(quán)）人: 應(yīng)用材料公司
• 主分類號: C23C14/04
• 分類號: C23C14/04;C23C14/34;C23C14/35;H01J37/32;H01J37/34
• 代理公司: 北京律誠同業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國

本申請為申請日為2006年1月30日、申請?zhí)枮?00680000183.0、進入國家階段日為2006年10月27日、名稱為“具有可施加至靶材的射頻電源的物理氣相沉積等離子體反應(yīng)器”的發(fā)明專利申請的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種物理氣相沉積反應(yīng)器，尤其涉及一種具有可施加到靶材的射頻電源的物理氣相沉積等離子體反應(yīng)器。

背景技術(shù)

近來隨著集成電路設(shè)計技術(shù)的進步，位于半導(dǎo)體晶體管上方的多層互連結(jié)構(gòu)現(xiàn)今已有多達六層至十層的互連層。絕緣層將連續(xù)的導(dǎo)體層分開。導(dǎo)體互連層可具有完全不同的導(dǎo)體圖案，以及導(dǎo)體互連層之間彼此連接且經(jīng)由垂直延伸穿過絕緣層的通孔而在不同位置連接到晶體管層。本發(fā)明涉及通孔(via)的形成。

為了減少集成電路中的電阻功率損耗，互連層與通孔通常運用鋁而近來運用銅作為主要的導(dǎo)體。絕緣層為二氧化硅，不過近來除了二氧化硅之外，已增加使用了其他具有低介電常數(shù)的介電材料。因為銅容易隨時間擴散通過絕緣層從而造成電路短路，所以在集成電路內(nèi)銅材料與介電材料的界面之間設(shè)置一層可阻擋銅擴散的阻擋層。阻擋層通常包含：與絕緣層接觸的下層的氮化鉭或氮化鈦層、上層純(或接近純質(zhì))鉭或鈦層，以及最后在純鉭(或鈦)層上方的銅種晶層。若導(dǎo)體為銅金屬時，則鉭為較佳選擇。該銅導(dǎo)體沉積在銅種晶層上。這樣的阻擋層可避免銅原子遷移或擴散進入介電材料中。與銅相比較，鉭與氮化鉭(或鈦與氮化鈦)層屬于不良導(dǎo)體。利用物理氣相沉積以形成阻擋層與銅導(dǎo)體。其他沉積工藝可運用在金屬填充階段(銅沉積)，例如化學(xué)氣相沉積、等離子體增強型化學(xué)氣相沉積或電鍍。

在水平互連層之間形成垂直延伸的通孔將會產(chǎn)生以下問題。利用刻蝕孔洞穿過上層水平絕緣(二氧化硅)層，以暴露出在下層水平互連層中的部分的銅導(dǎo)體，而形成每個垂直的通孔開口。通過通孔可連接至金屬暴露的部分。在銅導(dǎo)體形成于通孔內(nèi)之前，阻擋層必須沉積在通孔的內(nèi)表面上，以避免銅原子如上述般的遷移。覆蓋著通孔所有內(nèi)表面的阻擋層覆蓋所述下層銅導(dǎo)體的暴露部分。因為阻擋層為較差導(dǎo)體，必須選擇性地將下層銅導(dǎo)體上的阻擋層去除(在一刻蝕工藝中)，而不會由通孔的其他內(nèi)表面處去除阻擋層。在去除步驟中需要中止物理氣相沉積工藝以將晶片置于刻蝕腔室中進而進行在下層銅表面上選擇性去除阻擋層的工藝。晶片接著會返回物理氣相沉積反應(yīng)室中以形成銅導(dǎo)體。

因選擇性去除阻擋層所產(chǎn)生的步驟中斷需要較高的生產(chǎn)成本并浪費工藝時間。近來已發(fā)展出一種兩用(dual?purpose)反應(yīng)器，所述兩用反應(yīng)器能夠進行阻擋層的物理氣相沉積以及在阻擋層形成步驟后選擇性去除阻擋層，而不需從反應(yīng)器中去除晶片。因此，可大幅節(jié)省生產(chǎn)成本與生產(chǎn)時間。利用在物理氣相沉積腔室中接近晶片處提供一個單獨的線圈(coil)即可完成上述技術(shù)特征。在阻擋層形成之后，線圈用于形成感應(yīng)耦合等離子體(inductively?coupled?plasma)，所述感應(yīng)耦合等離子體可選擇性地由水平表面(即，由下層銅導(dǎo)體形成的底面)上濺射阻擋層。通過將射頻(RF)偏壓功率施加到晶片上，達到主要為垂直的離子速度分布，如此可達到該選擇性濺射(后文稱為“再濺射”(re-sputtering))。雖然這兩用反應(yīng)器可相當(dāng)好地運行，但卻必須承擔(dān)額外的費用。例如，因為阻擋層沉積步驟包括濺射金屬靶材，因而會將金屬沉積在所有反應(yīng)器腔室的內(nèi)表面上，而再濺射線圈必須位于腔室內(nèi)，使得不會有金屬化的表面來遮蔽線圈或防止來自再濺射線圈的射頻功率感應(yīng)耦合到等離子體中。為了避免工藝污染，再濺射線圈由純鉭金屬所形成，這會增加成本。線圈在使用壽命期間遭受非常大的溫度變動而必須定期地更換。射頻功率必須經(jīng)過反應(yīng)器腔室的真空密封以及經(jīng)過周期性完全充滿金屬蒸氣的環(huán)境，而耦接到再濺射線圈上。因此，必須運用可承受金屬沉積的射頻饋通(feedthrough)線，所述射頻饋通線的外表面的結(jié)構(gòu)可避免沉積材料的過度累積與剝落，且所述射頻饋通線可在使用壽命期間承受寬廣的溫度漂移。

另外已知的兩用反應(yīng)器是運用一外部線圈，所述外部線圈位于頂板中未受金屬濺射靶材阻隔的部分上方。但是問題在于，金屬氣相沉積工藝會使頂板涂覆一層金屬因而阻隔來自線圈天線的感應(yīng)耦合。另一個較嚴重的問題在于由線圈所產(chǎn)生的射頻等離子體會從靶材產(chǎn)生出高比例的金屬離子，使得無法將晶片偏壓調(diào)整至不影響(去最優(yōu)化)來自靶材的金屬離子/蒸氣通量下能選擇性刻蝕水平表面的最佳情況。因此，金屬沉積工藝與再濺射工藝必須在不同時間下進行。