[发明专利]减少沉积不对称性的沉积设备和方法

说明书

背景

本发明的实施例一般涉及沉积设备和沉积设备的使用方法。更具体而言，本发明的实施例涉及沉积设备，所述沉积设备包括连续接地遮护板，且所述接地遮护板设置在等离子体源组件的外侧。

包括物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)的各种沉积工艺用来在半导体晶片上沉积金属薄膜以形成电互连，所述金属薄膜例如是铜。在某些PVD工艺中，在诸如氩气之类的载气存在下施加高直流(D.C.)功率水平在位于晶片上方的铜靶材上。PVD工艺通常凭借极窄角度分布的离子速率使金属沉积在晶片内具有高深宽比(aspect ratio)的开口的侧壁和底壁上。如何相对于沉积在所述开口的底壁上的材料量而言在所述开口的侧壁上沉积足够材料是一个问题。另一个问题是有关如何避免因靠近开口顶部边缘处的沉积作用过快而造成开口夹合(pinch-off)。当特征结构尺寸逐渐缩小时，典型开口的深宽比(深度/宽度)会提高，而目前微电子特征结构的尺寸已缩小至约22纳米。随着缩小幅度越大，在每个开口的底壁或底部上沉积指定沉积厚度且在侧壁上沉积最小沉积厚度的任务变得更难实现。

已可通过进一步缩窄离子速率角度分布、提高晶片至溅射靶材的距离(例如提高至300毫米或更多)以及降低腔室压力(例如降至低于1毫托)来解决典型开口的深宽比提高的问题。上述做法却在靠近晶片边缘的薄膜特征结构中衍生出一个问题：当特征结构尺寸极小时，每个高深宽比的开口侧壁会有一部分被靶材的主要部分所遮蔽，因为特征结构尺寸越小，则需要越大的晶片至靶材的间距。此种遮蔽作用多数发生在靠近晶片边缘处，且此种遮蔽作用使得在侧壁的被遮蔽部位上达到最小沉积厚度并非不可能但是很困难。若进一步缩小尺寸，则似乎需要进一步降低腔室压力(例如低于1毫托)且进一步提高晶片至靶材的间距，但所述种做法可能使上述问题恶化。

目前的射频(RF)和甚高频(VHF)电容源(capacitive source)的设计是利用不对称性馈送设计(asymmetric feed design)。已发现不对称的馈送设计会导致靶材表面处的电场不对称。此种靶材处或供电电极处的不对称性必定造成晶片的沉积或蚀刻的不对称性。控制馈送设计的深宽比不足以消除所述不对称性。也称为“歪斜性(skew)”的所述不对称性可能成为一项控制因子。因此，为了实现可接受的不一致性，必需减轻所述歪斜性。

概述

本发明的一个或多个实施例涉及一种沉积设备，所述沉积设备是由接地侧壁和接地顶壁所围成。所述设备包括处理腔室、等离子体源组件和接地遮护板(grounded shield)。所述处理腔室是由所述接地侧壁所围成，并且所述处理腔室具有顶板及底板。所述等离子体源组件位于所述处理腔室的所述顶板上，并且所述等离子体源组件包括导电中空圆柱和至少一个功率源，所述至少一个功率源连接至所述导电中空圆柱。实质连续接地遮护板位于所述导电中空圆柱外侧，并且所述实质连续接地遮护板与所述沉积设备的所述接地侧壁和所述接地顶壁的其中一个或多个接触。所述实质连续接地遮护板的形状与所述导电中空圆柱实质共形，使得在所述导电中空圆柱与所述接地遮护板之间的空间实质均匀一致。

某些实施例进一步包括至少一个功率源，所述至少一个功率源通过连接杆而连接至所述导电中空圆柱，且所述连接杆未穿过所述接地遮护板。在多个具体实施例中，所述接地遮护板作为同轴传输线(coaxial transmission line)以创造对称电场。

在详细实施例中，所述至少一个功率源通过位于所述接地顶壁内的开口而连接至导电中空圆柱，并且所述至少一个功率源离轴地连接至所述导电中空圆柱，射频(RF)功率源连接至所述中空圆柱，且直流(DC)功率源连接至所述中空圆柱。在一个或多个实施例中，所述至少一个功率源包括射频功率源和直流功率源，所述射频功率源和所述直流功率源连接至所述导电中空圆筒的相反侧。

在各种实施例中，所述沉积设备是物理气相沉积腔室或化学气相沉积腔室。

在某些实施例中，所述连续接地遮护板由所述设备的接地侧壁和所述接地顶壁整体成形而成。

在详细实施例中，所述处理腔室具有处理区域，所述处理区域由基座、溅射靶材和圆柱裙部(cylindrical skirt)所限定而成。所述基座邻接所述处理腔室的底板而设置。所述溅射靶材邻接所述处理腔室的顶板而设置。所述圆柱裙部具有半径，所述半径可包围所述溅射靶材和所述基座。

在多个具体实施例中，所述连续接地遮护板是由选自下列组中的材料所制成，所述组由下列材料组成：非磁性导体、铝、铜、镀镍材料、镀银材料和上述材料的组合。