[发明专利]可改善填充均匀性的离子化PVD设备

说明书

本发明提供一种可改善填充均匀性的离子化PVD设备，包括腔体、溅射组件、基座和离子调节器；溅射组件位于腔体顶部，基座位于腔体内，离子调节器位于腔体内，且位于溅射组件和基座之间；离子调节器包括多个磁场调节单元，多个磁场调节单元相互间隔，并以腔体的中心为中心向外呈放射状分布；磁场调节单元包括片状磁铁和电磁线圈中的一种，片状磁铁的表面磁场强度沿远离腔体中心的方向逐渐增强，且相邻的片状磁铁的磁极面的磁性相反，本发明经改善的结构设计，在离子调节器的磁场调节单元之间的扇形间隙内形成逆时针方向的水平磁场而产生作用力，可使金属阳离子从扇形间隙的中间和半中间区域向边缘区域移动，由此可提高边缘离子浓度和深孔填充均匀性。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种半导体设备，特别是涉及一种可改善填充均匀性的离子化PVD设备。

背景技术

磁控溅射，又称物理气相沉积（PVD），是集成电路制造过程中沉积金属膜层等相关材料广泛采用的方法，是填充硅通孔（TSV）的主要技术。采用传统的PVD技术填充硅通孔的过程中，金属离子呈一定的角度散射到晶片上，但对于高深宽比的硅通孔，散射的金属离子无法有效进入通孔内部，导致通孔的底部和侧壁薄膜覆盖率不佳。现有的PVD深孔沉积技术是在磁控溅射设备的基座上形成一个负偏压来吸引等离子体，负偏压越高，更多的金属正离子就会被吸引到TSV结构中。

PVD在TSV中的应用主要是在硅通孔内部沉积阻挡层和铜籽晶层，阻挡层的作用是防止铜向硅或者二氧化硅中扩散，铜籽晶层的作用是为后续电镀工艺做一层导电层，因此PVD工艺对TSV的填充品质有非常重要的影响。如果阻挡层的薄膜覆盖率不佳，会影响TSV器件的可靠性；如果籽晶层的覆盖率不佳，会导致电镀铜无法正常进行，电镀后的TSV有空洞或缝隙，也会严重影响器件的性能。

传统长投（long throw）PVD工艺腔在填充高深宽比的通孔和深孔结构时都会出现填充均匀性不佳的问题，如图1所示，对于晶圆右侧边缘的深孔结构，正对靶材中心的右侧侧壁的膜厚较厚，而背对靶材中心的左侧侧壁的膜厚较薄，因为晶圆边缘距离靶材中心较远，从靶材表面尤其是靶材中心和半中间区域溅射下来的金属离子都沿较大倾斜角度（如图1中箭头所示）入射进入晶圆边缘深孔结构的开口处，这种大角度入射的粒子能沉积到正对靶材中心的深孔结构的右侧侧壁上，但较少沉积在背对靶材中心的深孔结构的左侧侧壁上，而且只有靶材右侧边缘的溅射粒子能沿小角度进入深孔结构的左侧侧壁上；由于靶材右侧边缘的面积占比只有大约1/3，所以晶圆最边缘区域的深孔结构在填充时会出现不对称分布，即深孔结构的左右两个侧壁上沉积的膜厚不一致，最终造成深孔填充均匀性不佳。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可改善填充均匀性的离子化PVD设备，用于解决现有的PVD设备在填充深孔时，容易导致深孔填充不均匀性等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种可改善填充均匀性的离子化PVD设备，所述离子化PVD设备包括腔体、溅射组件、基座、离子调节器和网格状金属盘；所述溅射组件位于腔体顶部，所述基座位于所述腔体内，所述离子调节器位于腔体内，且位于溅射组件和基座之间；所述离子调节器包括多个磁场调节单元，所述多个磁场调节单元相互间隔，并以所述腔体的中心为中心向外呈放射状分布，各所述磁场调节单元的非磁极面上包覆有软磁材料；所述磁场调节单元包括片状磁铁和电磁线圈中的一种，所述片状磁铁的表面磁场强度沿远离腔体中心的方向逐渐增强，且相邻的片状磁铁的磁极面的磁性相反；所述网格状金属盘位于离子调节器和基座之间，所述网格状金属盘连接至第一射频电源。

可选地，所述片状磁铁的厚度沿远离腔体中心方向逐渐增大。

可选地，所述片状磁铁的数量为2~40个，片状磁铁的厚度为20mm~80mm。

更可选地，所述片状磁铁的数量为6~30个，片状磁铁的厚度为30mm~50mm。

可选地，所述离子调节器还包括连接环，各所述磁场调节单元远离腔体中心的一端与所述连接环相连接。