[发明专利]气相沉积应用中使用的线圈和制造方法

说明书

发明领域

本发明的领域为在气相沉积装置中使用的线圈。

发明背景

电子和半导体元件用在数量不断增加的消费和商业电子产品、通讯产品和数据交换产品中。这些消费和商业产品的部分例子有电视机、计算机、手机、寻呼机、掌上型或手持管理器、便携式收音机、车载立体声系统或遥控装置。为了满足更快速性能的需要，集成电路设备功能部件的特征尺寸已持续被减小。具有较小功能部件尺寸的设备的制造在半导体制造通常使用的许多工艺中引来新的挑战。

由于这些产品尺寸减小，组成产品的元件也必须变得更小和/或更薄。需要尺寸减小或按比例缩小的这些元件的一些例子有微电子芯片互连、半导体芯片元件、电阻器、电容器、印刷电路或接线板、配线、键盘、触控板和芯片封装。

当电子和半导体元件尺寸减小或按比例缩小时，在较大元件中存在的任何缺陷将在按比例缩小的元件被放大。因此，在较大元件中存在或可能存在的缺陷应被识别，如果可能，在元件按比例缩小用于较小电子产品前进行校正。

为了识别并校正电子、半导体和通讯元件中的缺陷，应分别和分析元件、使用的材料以及制备这些元件的制造方法。电子、半导体和通讯/数据交换元件在一些情况下由材料层组成，材料如金属、金属合金、陶瓷、无机材料、聚合物或有机金属材料。材料层通常是薄的(厚度大小小于几十埃)。为了改进材料层的质量，应评价形成层的方法，如金属或其它化合物的物理气相沉积，如果可能，应改进和完善。

为了完善沉积材料层的方法，必须测量、定量表面和/或材料组成并检测缺陷或疵点。在沉积材料层的情况下，不是实际的材料层应被监测，而是正用于在衬底或其它表面上产生材料层的材料和该材料表面以及放置在靶材料和衬底或其它表面之间的插入装置如线圈或准直仪应被监测。例如，当通过溅射包括金属的靶沉积该金属的层到表面或衬底上时，由靶偏转或释放的原子和分子必须沿允许均匀和一致沉积的到衬底或其它表面的途径行进。在从靶偏转和/或释放后沿自然和预计途径行进的原子和分子将不均匀地沉积在表面或衬底上，包括表面或衬底中的沟槽和孔，围绕的护罩和室内的其它暴露表面。对于某些表面和衬底，可能需要改变离开靶的原子和分子的方向以便在表面或衬底上获得更均匀的沉积、涂层和/或薄膜。

为此，将需要开发和利用能使表面和/或衬底上的涂层、薄膜或沉积的均匀性最大的沉积装置和溅射室系统。线圈和线圈组如HoneywellElectronic Materials^TM生产的那些为放置在溅射室或电离等离子体装置内部的可消耗产品，其改变溅射原子和/或分子的方向以在衬底和/或合适表面上形成更均匀的薄膜和/或层。为了本底目的，在这些系统和/或沉积装置中提供线圈作为感应耦合装置以形成足够密度的次级等离子来电离由靶溅射的至少部分金属原子。在电离金属等离子系统中，初级等离子形成，并通常被磁控管限制在靶附近，随后产生从靶表面喷射的原子如Ti原子。通过线圈系统形成的次级等离子产生Ti、Cu&Ta离子(取决于正被溅射的材料)。这些金属离子然后被壳层中的场吸引到晶片上，壳层形成在衬底(晶体)表面处。本文使用的术语“壳层”指在等离子体和任何固体表面之间形成的边界层。可通过施加偏压到晶片和/或衬底上控制这个场。

常规线圈被悬在陶瓷电绝缘体上以防止线圈电势短路到处理室护罩上，护罩被连接到处理室壁上并因此处于地电位。金属等离子体将涂镀陶瓷绝缘体并形成短路。形成为杯形状的护罩被放置在陶瓷周围提供能防止金属在陶瓷上沉积的从等离子区到陶瓷的光密集途径。通常，环绕陶瓷的小杯状护罩被连接到线圈上，较大杯状护罩被连接到较小杯状护罩上，从而杯彼此电绝缘但共同用于防护陶瓷。在热应力下，线圈膨胀并减小了线圈背面和外部杯状护罩边缘之间的名义间隙，产生短路并中断衬底上的沉积过程。

除了这些问题和上述可能的缺陷外，物理气相沉积(PVD)期间的粒子产生是最不利的因素之一，它会降低微电子设备制造中功能芯片的产率。在PVD系统中，粒子主要在沉积物堆积到周围室元件上并发生应力引起的破裂时产生，尤其在正用于电离金属等离子(IMP)和自电离等离子(SIP)溅射系统中的线圈上。沉积主要发生在这些线圈的顶部。