[發明專利]一種進氣機構及其進氣方法和半導體處理設備

有效

• 申請號: 201710277996.4
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN108728791B
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發明（設計）人: 白志民;邱國慶;李強;鄧斌;武學偉;王厚工;丁培軍
• 申請（專利權）人: 北京北方華創微電子裝備有限公司
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/34
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 彭瑞欣;羅瑞芝

本發明提供一種進氣機構及其進氣方法和半導體處理設備。該進氣機構環繞設置在腔室內的基臺周圍，基臺周圍沿基臺徑向由內向外依次環繞設置有壓環、上屏蔽結構和下屏蔽結構，基臺、壓環、上屏蔽結構和下屏蔽結構在腔室內圍成工藝區域，進氣機構包括調節結構，調節結構位于上屏蔽結構和下屏蔽結構之間，且能沿基臺的軸向上下移動，以分別在工藝區域內形成不同路徑的進氣通道，分別滿足不同的工藝要求。該進氣機構通過不同路徑的進氣通道能夠調節經其進入工藝區域的反應氣體的流量不同，從而能夠使不同工藝階段沉積形成的膜層部分均能滿足相應階段的成膜工藝要求。

技術領域

本發明涉及等離子體處理技術領域，具體地，涉及一種進氣機構及其進氣方法和半導體處理設備。

背景技術

物理氣相沉積(PVD)技術或濺射(Sputtering)沉積技術是半導體工業中最廣為使用的一類薄膜制造技術，泛指采用物理方法制備薄膜的薄膜制備工藝。物理氣相沉積技術可應用于很多工藝領域，如銅互連線技術、封裝領域中的硅穿孔(Through Silicon Via,TSV)技術等等。

隨著半導體技術不斷發展，集成電路的尺寸越來越小，Low-k材料(即絕緣材料)出現在互聯工藝中。為了獲得更佳的刻蝕形貌并在一定程度上起到保護Low-k材料的作用，目前通常將TiN薄膜沉積于Low-k材料之上，作為刻蝕Low-k材料(即在絕緣材料層上形成金屬連線及過孔的圖形)的金屬硬掩膜，這已成為32nm節點以下的銅互連工藝中不可缺少的一個工藝流程。

TiN薄膜在Low-k材料上的沉積過程為：使進入沉積腔室內的氮氣離化成氮離子，氮離子在靶材表面與Ti反應形成TiN，進入沉積腔室內的氬氣離化后的氬離子受靶材負電壓吸引轟擊靶材，撞擊出靶材表面的TiN，并在基片上沉積形成TiN薄膜。對于TiN薄膜來說，有兩個重要的性質需要考慮，一個是薄膜的沉積厚度均勻性，厚度均勻性與刻蝕后的線寬均勻性有很大的關系，目前32nm以下工藝對厚度均勻性要求是小于2％；另一個是薄膜應力，TiN薄膜一般具有較大的壓應力，應力高會造成刻蝕后的線條扭曲，所以工藝上必須考慮降低應力到小于500MPa，以保證刻蝕后線條不會變形。而TiN薄膜的應力主要依靠薄膜的靠近基片的占整個膜厚的25％-33％的底層部分來保證，厚度均勻性則主要依靠薄膜的遠離基片的厚度較厚的頂層部分來保證。

目前，TiN薄膜沉積時沉積腔室內工藝氣體的通入通常采用下進氣結構或上進氣結構。如圖1和圖2所示為典型的采用下進氣結構的沉積腔室的結構。工藝氣體主要是從進氣口7進來，通過壓環3與屏蔽蓋9之間形成的迷宮進入工藝區域2內。下進氣結構的沉積腔室在沉積工藝過程中遵循圖3中的遲滯曲線，即工藝區域2內的工藝壓力隨著通過下進氣結構進入到工藝區域2內的反應氣體(如氮氣)的流量的變化趨勢遵循圖3中的遲滯曲線。其中，圖3的遲滯曲線中橫坐標是氮氣的流量，縱坐標是工藝區域2內的工藝壓力。遲滯曲線上A點以前的部分為工藝過程中的金屬模式(metallic mode)階段，該階段靶材與反應氣體作用不充分，成膜中金屬成分含量較高；該階段主要用于沉積形成TiN薄膜的底層部分；B點以后的部分為工藝過程中的中毒模式(poison mode)階段，該階段靶材與反應氣體充分作用，成膜中金屬與反應氣體元素按一定比例分布，該階段主要用于沉積形成TiN薄膜的頂層部分。

如圖4所示為典型的采用上進氣結構的沉積腔室的結構。工藝氣體主要是從適配件10引入，經過勻流腔11勻流后通過第一屏蔽板12和第二屏蔽板13之間形成的迷宮進入工藝區域2內。上進氣結構的沉積腔室在沉積工藝過程中遵循圖5中的遲滯曲線，即工藝區域2內的工藝壓力隨著通過上進氣結構進入到工藝區域2內的反應氣體(如氮氣)的流量的變化趨勢遵循圖5中的遲滯曲線。其中，圖5的遲滯曲線中橫坐標是氮氣的流量，縱坐標是工藝區域2內的工藝壓力。遲滯曲線上A’點以前的部分為工藝過程中的金屬模式(metallic mode)階段，該階段靶材與反應氣體作用不充分，成膜中金屬成分含量較高；該階段主要用于沉積形成TiN薄膜的底層部分；B’點以后的部分為工藝過程中的中毒模式(poison mode)階段，該階段靶材與反應氣體充分作用，成膜中金屬與反應氣體元素按一定比例分布，該階段主要用于沉積形成TiN薄膜的頂層部分。