CN101243202B - 偏压晶片时的铝溅镀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种包含射频偏压晶片的铝溅镀制程及用于该制程的两步骤式铝填充制程及装置，以于两不同条件下将铝填充至一狭窄介电窗孔洞中，且较佳是于两不同的等离子溅镀反应室168、170中进行。该第一步骤130包括溅镀一高分率的离子化铝原子至一相对较冷的晶片上，例如温度保持低于150℃，以及施予相对较高的偏压以吸引铝原子进入该狭窄孔动中并蚀刻凸缘(overhangs)。该第二步骤132包括将较中性的铝溅镀至一相对较暖的晶片上，例如使晶片温度保持高于250℃，以及基本上不施加偏压以提供较等向性且均匀的铝流量(aluminum flux)。在第一步骤中于该铝靶材背侧扫描的磁控管可能相对较小且非平衡(80)，以及在第二步骤中于该铝靶材背侧扫描的磁控管可能相对较大且平衡(60)。

Description

偏压晶片时的铝溅镀

技术领域

本发明大致关于利用材料的溅镀沉积。更明确而言，本发明是有关于一种两步骤式铝溅镀制程及用于该制程的装置。

背景技术

撇开于极先进电路中铜金属联机渐趋重要不谈，硅集成电路一直持续使用铝作为多层金属结构中垂直或水平内联机的导电材料。铝通常藉由磁控管溅镀方法加以沉积。然而，当垂直内联机的深宽比(aspect ratio)持续增加时，齐几何形状通常不利于溅镀沉积，也因此铝溅镀沉积制程面临渐困难的挑战。尽管如此，由于简单、低成本与长期惯用的缘故，传统直流磁控管溅镀反应室仍为人所爱用。

如简单绘示于图1中的剖面图般，直流(DC)磁控管溅镀反应室10包含一真空腔12，其是沿着中心轴14对称配置。真空泵系统16将该真空腔12抽空至介于约10-8托耳(Torr)的极低基本压力。然而，一气体源18通过一质流控制器20连接至该真空腔，以提供氩气(argon)作为溅镀工作气体。该真空腔12内部的氩气压力通常保持在该低毫托耳范围内。一基座22配置于该中心轴14的四周，已固持晶片24或其它欲进行溅镀膜层的基板。一未绘出的夹环或静电夹盘可能用来将该晶片24固持于该基座22上，且通常可控制其温度。外罩26保护着该真空腔壁以及该基座22的侧边不受溅镀沉积。一具有一平坦正面的靶材28是配置于该基座22的相反侧处，且具有一无实质功效的部份延伸接近该基座。对于铝溅镀而言，至少该靶材28面对该晶片24的正面需由铝或除了元素铝的外其它一或多种合金元素的含量不超过10％的铝合金所构成。该靶材28是通过一隔离件(isolator)30真空密封至该真空腔12。

直流(DC)电源供应器32是相对于该外罩26电性负偏压该靶材28，或当该靶材28电性接地时电性负偏压其它的真空腔部分，以造成该氩气溅镀工作气体注入等离子中，使得该带正电的氩离子为负偏压的靶材28所吸引，而将靶材材料溅击出来。从该靶材28射出的溅镀材料沉积在该晶片24上成为一膜层。在反应性离子溅镀中，额外允许诸如氮气等反应性气体进入该真空腔中，而造成金属化合物的沉积，例如氮化金属。在某些用于溅镀铜或耐火阻障材料的应用中，可使用一射频(RF)功率源34，例如操作频率为13.56MHz或其它射频频率的射频功率源，通过一电容式耦合电路(capacitive coupling circuit)38来偏压该基座22中的电极36。在包括溅镀铝在内的其它应用中，通常省略掉该射频偏压电路，且该基座22是电性浮动的。

视应用用途的不同，该晶片24在溅镀过程中可能需要加热或冷却。一可控制电源供应器40可供应电流至一包埋在该基座22中的电阻加热器42，以加热该晶片24。另一方面，一可控制冷却器44可使冷却水或其它冷冻剂在形于在该基座22中的冷却信道46内循环。虽然图中并未显示，但更能利用可控制地供应氩气热传递气体至位于该基座电极36的顶面中的盘旋状信道来热耦接该晶片24至该基座22的方式来进行热控制。

传统上，用于铝溅镀的二极直流磁控管溅镀反应室并不包含可耦接大量能量至该等离子的射频感应能量源或微波能量源。

可借着在靶材28的背侧安装一磁控管50来大幅提高溅镀速率。该磁控管50(其为本发明一态样)可为任何形状或型式。该磁控管50可能包含多对具有相反垂直磁性的磁极52与54，且所述磁极通常配置成环状，而在邻近该靶材28正面处形成一高密度等离子(HDP)所构成的环状区域56。该高密度等离子区域56是因水平延伸在所述邻近磁极52与54间的磁场会捕捉电子进而提高等离子密度所造成的。提高的等离子密度大幅提升该靶材28的邻近区域的溅击作用。利用其包围区域小于该欲扫描与溅镀的靶材区域(例如小于15％)的磁控管50可更进一步提高等离子密度，因而将该靶材功率集中在该磁控管50的缩小区域(reduced area)中。为了提供更均匀的靶材溅镀图案(puttering pattern)，该环形磁控管50通常偏离(offset)该中心轴14。马达60驱动一旋转轴62，该旋转轴62是沿着中心轴14延伸且固定至一用来支撑称所述磁极52与54的平台64，以沿着该中心轴14旋转该磁控管50。旋转该偏离的磁控管50制造出一方位角均匀平均时间磁场(azimuthally uniform time-averaged magnetic field)。若磁极52与54分别由相反磁性的圆柱状永久磁石所形成时，该平台64则较佳由一磁性材料所构成，以作为一磁轭(magnetic yoke)。

已有数种不同设计的磁控管应用在图1所绘示的一般设计的反应室上。Tepman曾于美国专利案5,320,728号中叙述一种具有平坦肾形造型的磁控管。举例而言，如图2中的平面图所示般，一肾形磁控管70包含一磁性的外磁极(outer pole)72，该外磁极72环绕着另一磁性的内磁极74。该两磁极72与74是由一连续的软磁性不锈钢条块所形成，以做为一磁件(pole piece)，且其下方衬有多个永久磁石。一几乎固定宽度且具有平坦肾形造型的间隙76将该磁极72与74分离开来。该间隙76定义出一环型带，在该环型带中，两磁极72与74之间的磁场是近乎水平地邻近该靶材28的溅镀表面。与该靶材28相较下，该肾形磁控管70相对较大，例如位于该外磁极74周长内的包围区域大于该靶材总使用面积的25％，该靶材总使用面积也就是该磁控管70所扫描与溅击的区域。该磁控管70的旋转中心14通常落在或接近该内磁极74的内侧部分。Parker亦于美国专利案5,242,566号中出示数种肾形磁控管的变化体。

近来更发展出如Fu等人揭示于美国专利案6,306,265中主要用于铜溅镀的自我离子化等离子(SIP)溅镀制程，并于此处将其全文纳入以供参考。SIP溅镀是仰赖高靶材功率、高晶片偏压与一相对较小的非平衡磁控管。高靶材功率与小磁控管可产生一明显的离子化溅镀原子分率(fraction)，而偏压过的晶片可加速并吸引离子化溅镀原子深入窄深宽比的孔洞中。典型的SIP磁控管80的概略底视图是绘于图3中，但亦可包括如圆形、卵形等其它形状。该SIP磁控管80包含一大致呈三角形的外磁极82，该外磁极具有一睡着该中心轴14的一磁性。该外磁极82的一弯曲边84通常顺应着邻近的靶材28的外周长。而该造型外磁极82的顶点86则落在接近该SIP磁控管80的旋转中心14附近。典型第，该旋转中心14落在该外磁极82内或向外地非常接近该弯曲边84。该外磁极82环绕着一具有与该外磁极82相反的磁性的三角形内磁极88，且该内磁极88借着一近乎固定的间隙90与该外磁极分离开来。产生在两磁极82与88之间且水平向前延伸的磁场创造出如图1所示的高密度等离子区域56，但有一小的中央无场核心(central field-free core)。SIP磁控管通常较小，且其位在该外磁极的内周长84中的包围区域小于20％的该靶材使用区域。

该SIP磁控管80为非平衡的，也就是说该外磁极82的总磁强度(即，该外磁极82的面积的总积分磁通量)基本上比150％的该内磁极88总磁强度还要大，较佳约为内磁极总磁强度的200％或300％。典型是借着在做为内磁极88与外磁极82的两磁件下方放置不同数量、类似结构但方向相反的圆柱状永久磁石(例如，NdBFe)来达成非平衡。然而，其它结构亦可行。该非平衡造成该磁场的不平衡部分而从该磁控管50或80伸向该图1中的晶片24，进而延伸该等离子并引导该离子化的溅镀原子垂直朝向该晶片表面且深入该深介电窗孔洞中，特别是在一长射程反应室中。

上述多个溅镀方法中，没有一种能适当地将铝填充至一高深宽比介电窗孔洞100中，如图4的剖面图所示般，该介电窗孔洞100是贯穿一覆盖在位于下方介电层106中的导电特征104上的上层介电层102。在先进集成电路中，该孔洞100可能具有深度比上宽度为4或更高的深宽比值。在溅镀沉积铝层110之前，通常先将由钛、氮化钛或其组合物所构成的薄阻障层108覆盖于该介电窗孔洞100的侧壁上。较佳者，借着选择性溅镀条件或一独立的蚀刻步骤等习知技艺来移除该介电窗孔洞100底面上的该阻障层108。

然而，使用图3的Tepman磁控管与偏压晶片的传统铝溅镀涂覆的方式会产生不适合填充高深宽比孔洞的大致等向的中性溅镀原子流量型态(isotropic flux pattern of neutral sputter atoms)。更明确而言，凸缘112倾向成长在该介电窗孔洞100的顶角处，并且该侧壁与底面的覆盖效果不佳。更明确而言，在该孔洞100填满之前，该凸缘112便可能封闭住该介电窗孔洞100，而在该铝填充料中留下一空隙。此种空隙几乎不可能移除且产生严重的可靠性问题。

避免产生凸缘的其一方法，是包括在溅镀过程中加热该晶片至300到500℃之间的温度或甚至更高温，使得该铝再流动(reflow)至该介电窗孔洞100的底部。然而，随着介电窗孔洞100的深宽比的提高，该再流动也渐无效果。且该再流动的铝无法充分湿润其它材料的未被覆盖的表面。结果是，该铝凝聚在该介电窗孔洞100之中，而非形成填满此类狭窄孔洞所需的平滑膜层。避免发生此种凝聚现象的方法包括一种两步骤式的溅镀制程，在该制程中，是以一相对较冷的晶片来执行一第一溅镀沉积步骤，使得该铝堆积在该氧化物侧壁上并形成一第一薄层，并且在一高出甚多的温度下执行一第二溅镀沉积步骤，使铝于该第一薄层上流动并填满该孔洞剩余部份。然而，以使用Tepman式磁控管的传统铝溅镀反应室来执行此技术时，并无法解决将该第一层共形涂覆至高深宽比的孔洞中的问题。

SIP溅镀一般不用在铝溅镀制程上。纵使此方法似乎可消除凸缘问题并改善侧壁与底面的覆盖情形，但小尺寸的SIP磁控管可能使该介电层102顶面上的铝层毯覆部分114的厚度产生明显的径向不均匀。该毯覆部分114相对较厚，因此其沉积时间需贝减至最小，且使其厚度均匀以达成组件可靠性。故SIP溅镀被认为不足以满足这些目的。

因此，需要一种能均匀填充高深宽比的孔洞的铝溅镀沉积制程。更佳者，该制程仅使用平面二极管溅镀反应室(planar diode sputter reactors)。

发明内容

本发明一态样包括溅镀铝至一电性偏压的基板上且该些溅镀的铝原子大部分是离子化的。该方法较佳是以保持低温的基板来执行的，例如该基板保持在低于150℃或较佳低于100℃的温度。

藉由一两步骤式制程可将铝溅镀至狭窄介电窗孔洞中。在第一步骤(种晶步骤)中，使用一具有相对较高的已离子化溅镀铝离子分率的铝溅镀流量来溅镀沉积出一将对较厚的铝种晶层，并且该基板施以强偏压以吸引并加速铝离子朝向基板靠近。在第一步骤的过程中，该基板温度是保持在相对较低的温度下。在第二步骤(填充步骤)中，是借着一较中性的铝流量与相对较少偏压该晶片将一用来填满并超过该孔洞以作为水平金属化线路的第二层溅镀沉积至该介电窗孔洞中，并令该晶片保持在一升高温度下以促使铝再流动至该介电窗孔洞中。

该第一步骤的过程中，该基板偏压必须要高，例如对于200毫米的圆形晶片而言，该偏压介于1瓦至700瓦之间，较佳约介于100瓦至500瓦间，更佳则介于250瓦至300瓦之间。该基板温度必须要低，例如低于150℃，较佳低于100℃。该第一步骤是使用一磁控管并于适合产生具有高离子分率的溅渡铝原子的反应室条件下进行的，得该偏压能将铝原子牵引至狭窄孔洞的深处。该低温则促进铝对介电侧壁的黏着。

再接续的第二步骤中，该基材偏压需相对较低，例如为该第一步骤中的偏压量的十分之一，且较佳者该基座电极是保持电性浮动(electricallyfloating)。在该第二步骤的过程中，该基板需保持在一相对较高的温度下，以允许铝能再流动至该狭窄孔洞中并将其填满。举例而言，该基板或该基座支撑件的温度需大于250℃。该第二步骤中的温度是低于550℃，较佳低于450℃且更佳低于400℃。即使温度约为350℃也可有效促使铝再流动。

可借着适当调整靶材与偏压功率令该两步骤在同一溅渡反应室中执行。然而，该两步骤是在例如藉由一常用的真空传送室而连结的两反应室中执行为佳。该第一反应室较佳包含基板冷却功能以及一小的非平衡式磁控管，该磁控管是沿着该靶材中心旋转并联合一高靶材功率来产生一高离子化分率。该第二反应室较佳包含基板加热功能以及一大的磁控管，此大的磁控管可以视平衡式的。该大磁控管亦可能顺着该晶片中心旋转。该第二反应室的配置设计可用来产生一中性但更具径向均匀度的铝流量(aluminum flux)。

该种晶层的毯覆厚度相对于自顶平面上测得的该填充层厚度需小于该填充层的厚度，较佳者是不超过该填充层厚度的一半。然而，于商业用途时，发现到该种晶层的毯覆厚度为该填充层厚度的四分之一时，便能有效发挥作用。

附图说明

图1绘示一般溅镀反应室的剖面图。

图2是一传统大型平衡磁控管的底视平面图。

图3是一传统小型非平衡磁控管的底视平面图。

图4是绘示根据习知技艺以铝填满一介电窗孔洞的剖面图。

图5是根据本发明一实施例以两步骤式溅镀操作所填满的介电窗孔洞的剖面图。

图6是根据本发明的铝填充步骤的流程图。

图7是一包含多个不同设计的铝溅镀反应室的整合平台平面图。

主要组件符号说明

10溅镀反应室       50磁控管

12真空室           14中心轴

16真空泵系统       18气体源

20质流控制器       22基座

24晶片             26外罩

28靶材             30隔离件

32直流电源供应器   34交流电源供应器

36电极             38电容式耦合电路

40电源供应器       42加热器

44冷却器           46冷却信道

52磁极             54磁极

56高密度等离子区   60马达

62旋转轴           72外磁极

74内磁极           76间隙

80 SIP磁控管       82外磁极

84弯曲边           86顶点

88内磁极           90间隙

100介电窗孔洞      102上层介电层

104导电特征        106下层介电层

108阻障层          110铝层

112凸缘            114毯覆部分

120铝种晶层            122铝填充层

130冷种晶步骤          132暖填充步骤

140整合平台            142传送室

144传送室              146机械手臂

148机械手臂            150负载锁定室

152负载锁定室          154处理室

156处理室              158处理室

160处理室              162穿通室

164穿通室              166阻障层溅镀反应室

168铝种晶溅镀反应室    170铝填充溅镀反应室

172铝填充溅镀反应室    70肾形磁控管

具体实施方式

在本发明一态样，其绘示于图5的铝金属化线路结构的剖面图中，一铝溅镀填充制程可分成该薄种晶层120的溅镀沉积以及一接续的较厚铝填充层122的溅镀沉积步骤。此具有明显不同特性的两膜层120与122的沉积是借着明显改变该两步骤的溅镀条件而达成。

本发明一态样包括一用来沉积铝的偏压冷溅镀制程，例如在一狭窄孔洞深处中形成该薄且几乎共形的种晶层120，同时对该晶片24施以负偏压以牵引已离子化的铝溅镀原子深入该孔洞中，同时亦将该晶片24保持在一相对较低的温度，使得该铝溅镀原子24堆积至该孔洞侧壁上的阻障层108上。

该冷且偏压的铝溅镀制程可行成一两步骤式铝溅镀沉积制程中的该第一步骤。如图6的制程流程图所示，该第一，即冷种晶步骤130是在一产生大部分为离子化铝溅镀原子的溅镀制程中溅镀沉积出该薄铝种晶层。

在步骤130中，是操作该溅镀反应室使其产生一相对较高分率的离子化铝溅镀原子并偏压该晶片，使得铝离子被牵引至该介电窗孔洞中以提其高底面与侧壁的覆盖率。强晶片偏压更促进了利用该铝离子或该离子化氩溅镀任一者对位在该介电窗孔洞顶部角落处因几何形状而暴露出的铝的选择性蚀刻作用。该角落选择性可降低凸缘的形成。该偏压亦倾向蚀刻该暴露出来的顶面平坦部分，进而降低该角落相对于该介电窗孔洞中的侧壁覆盖的毯覆沉基速率。对于通常为200毫米圆形晶片的面积而言，可有利地以介于1瓦至700瓦之间的射频功率对该基座电性偏压。然而较佳的偏压功率介于100瓦至500瓦之间，更佳则介于100瓦至300瓦之间。

再者，在该第一步骤130中，晶片是保持相对较冷的状态，使得该种晶铝再撞击至该表面时能更轻易地堆积在该表面上。大体上，在接近室温下进行溅渡是有效的。有时候可使基座温度降至约-40℃。该温度需保持低于150℃，较佳低于100℃。

有数种技术能达成该第一冷种晶步骤中所需的高离子化分率(highionization fractions)。然而，可利用图1中的平面双极反应室(planar diodereactor)10配合一小非平衡式磁控管(如图2所示的SIP磁控管80)以及对该靶材28施加相对较高的直流功率来达成有效且经济的制程。该磁控管80较小的尺寸可将该靶材功率集中在一小区域，因而提高等离子密度。高密度等离子由于该铝靶材的部分自我离子化等离子溅击而能降低反应室压力，而降低的反应室压力能减少铝离子的散布(scatting)与中性化。并不需要感应电圈来维持该等离子。该靶材28与该基座22之间的距离亦可加大以容纳该等离子区域56的规模。也就是说，该反应室可能为长射程(longthrow)。由于通常不需要加热基座，故可省略基座加热组件40与42，但可能需要基座冷却功能。

通常根据本发明条件所沉积的铝种晶层120在该顶平面上测量到的毯覆厚度约200奈米。此相对较厚的膜层能提供实质底面与侧面覆盖率，以适合后续沉积暖铝的成长。

还有其它溅镀技术能产生高离子化分率。可通过一包埋在该反应室周围的感应线圈将额外的射频功率耦接至该等离子源区域，在制程中通常称为离子金属镀膜(Ion Metal Plating，IMP)。然而，IMP通常需要高氩气压力，其与该第一冷步骤所需者相反的是其产生一热制程。亦曾使用形状更复杂的靶材于一低反应室压力下产生高离子化气压。例如，在称为中空阴极磁控(hollow-cathode magnetron)的技术中，该靶材可能具有一面对着该晶片的拱面而呈一直立圆柱形的形式，或者在称为自我离子化等离子Plus(SIP⁺)的技术中，该拱面可作成一环状的环。虽然预期此种具有造型铝靶材的溅度反应室用于该第一冷步骤可提供优异的结果，但这些具有造型的靶材昂贵，特别是以本文中所欲形成的相对较厚种晶层的角度来看更觉得昂贵。相较之下，图1中的平面式靶材28具有传统造型并随时可以合理的价钱购得。使用小SIP磁控管虽然引入了少量的成本或复杂度，但能让一般传统反应室成为一种能溅击出必要量的离子化铝的SIP反应室。

图6的第二步骤(即，暖填充步骤)132溅镀沉积一较厚的铝填充层122。铝的离子化作用与晶片偏压在该第二步骤132中并非重要条件，因此该溅镀制程可能产生大多为中性的铝溅镀原子。虽然仍可能发展出某些直流自我偏压，但该晶片可能保持不偏压或电性浮动的状态。结果是，该溅镀后的铝推测具有更等向性的分布，例如具有中性溅镀的余弦分布(the cosinedistribution)。在没有大等离子区域的情况下，该靶材28与该基座22之间的距离比在该第一步骤130中所使用的反应室的靶材与基座间的距离要来的小。结果是，即使在深介电窗孔洞中的覆盖率降低了，整个晶片上的溅镀均匀性大致上相当良好。且需明白到，该第二步骤中的基本上未偏压的基座电极包含该施以少于该第一步骤中所施加功率的10％的电极。此外，在该第二步骤132中，该晶片是维持在一温暖的温度，使得铝倾向再流动至介电窗孔洞中而覆盖在该铝种晶层上并填满该孔洞。该连续铝种晶层的存在能促进铝的再流动，而能让该晶片温度保持在相对较低的温度，例如，低于550℃，较佳低于450℃，更佳则低于400℃。即使再该第二步骤中温度低至250℃仍可促进铝的再流动。相较之下，标准单一步骤中的再流动温度通常超过600℃或625℃。先进集成电路的制程要求较低的热预算，故需避免在一延长时间内保持高温。

也可借着在反应室上加装一图1的切换开关138来切断该射频功率供应器34与该基座22之间的连接，或是借着降低输送至该基座22的射频功率量，而使得该第二溅镀沉积步骤132亦可在同一SIP反应室中执行。可藉由降低供应至该靶材28的直流功率量来检小该离子化分率。然而，此解决办法并非是最适当的方法。该小SIP磁控管无法产生所欲的均匀性，特别是在短射程溅镀反应室中更是如此，且在降低的靶材功率下的溅镀速率似乎太慢了。并且从该第一冷步骤130转进行该第二暖步骤132之前，需先加热该基座。

或者，在许多商业用途中，通常倾向除了该第一SIP溅镀反应室以外，还使用一第二溅镀反应室，其亦如图1的反应室10的配置并具有一较大较平衡的磁控管，例如图2的Tepman磁控管70。该第二反应室不需射频功率供应器来偏压该晶片基座，且其可省略该基座冷却器44而选择使用基座加热器40、42。并可明白到，一电性浮动的基座将发展出某些负直流偏压(negative DC bias)。根据这些条件所沉积出的铝填充层122自顶平面上测得的典型毯覆厚度约为500奈米。在暖条件下，此厚度填满该孔洞并提供足够的毯覆厚度以让该介电层102上的铝能被图案化成水平联机。该填充层厚度较佳应大于该种晶层的厚度，且至少为该种晶层厚度的两倍。

结果是，使用两种不同形式的平面磁控管溅镀反应室来进行填充铝的动作为佳，其中一者为小型非平衡磁控管，另一者为较大型较平衡的磁控管。图7是绘示用于此类制程的整合式平台140的平面图。其可购自于应用材料公司(Applied Materials，Inc.of Santa Clara，California)，例如Endura系统。该平台包含第一与第二传送室142、144，所述传送室142与144中分别具有第一与第二机械手臂146、148，用以在配置于该室外围的多个台座之间移动晶片。

该第一传送室142是抽真空至一适度低压，例如约1毫托(milliTorr)，同时该第二传送室144抽至一相当低的低压，例如约1微托(microTorr)。该第一机械手臂将晶片自装载于负载锁定室150、152中的匣盒中移入该系统或自该系统移出至匣盒，所述负载锁定室150、152藉由气密阀(slitvalves)选择性地与该第一传送室146隔离开来，并可藉由真空阀门(vacuum doors)与外界隔离开，且可通过真空阀门来装载与卸载含有晶片的匣盒。亦可使用更复杂的装载配置设计。各种处理室154、156、158、160安置在该第一传送室142的周围，且如果室中执行活性的处理制程，则可在各室之间安装各自的气密阀。若该平台专门用来进行溅镀，则环绕该第一传送室142的该些处理室通常执行除了溅镀以外的其它预处理制程，例如脱气(degassing)、定向(orienting)与预清洁。或者该平台可能在同一平台上执行蚀刻随后进行溅镀沉积该蚀刻后的结构。在此实施例中，一等离子蚀刻反应室与一等离子灰化反应室可耦合至该第一传送室142，以通过一图案化光罩来蚀刻该介电层且随后移除该光罩。

所述机械手臂146、148是通过双闸门穿通室(double-gatedpass-through chambers)162、164而于该两传送室142、144之间传递晶片，所述双闸门穿通室是在该两传送室146、148之间提供真空隔离效果。在某些设计中，当晶片暂时停留在双闸门式穿通室162、164其中一者内时，可进行一预清洁、冷却或其它操作。

该第二传送室144通常专供溅镀沉积制程以及其它需要高度真空的操作所使用，如此才不会氧化各层间所沉积的薄膜，并产生较低的污染。所有连接至该第二传送室114的溅镀反应室分别藉由气密阀与的相隔离开来。在本发明一实施例中，一阻障层溅镀反应室166沉积一阻障层。对于铝金属内联机而言，该阻障层通常由钛或氮化钛所构成，或者是由两种材料所构成的双层膜(bilayer)。钛或氮化钛两者均可在一阻障层溅镀反应室166中利用一钛靶材来沉积，且该反应室通常具有图1中的反应室10的配置设计。若欲沉积氮化钛，在进行钛靶材溅渡的同时，供应氮气至该阻障层溅镀反应室166中。其它已知的阻障层材料，典型由耐火金属或其氮化物所组成，例如钽(Ta)、氮化钽(TaN)、钨(W)、氮化钨(WN)，而该些材料的硅化物亦可在安装有该耐火金属靶材的该阻障层溅镀反应室166中进行沉积。

一铝种晶溅镀反应室168亦耦接至该第二传送室144。如前所述，该种晶溅渡反应室168能将铝自一铝靶材溅镀至一偏压的冷晶片上。利用小巢式磁控管(small nested magnetron)可达成将高分率的溅镀铝原子离子化。非平衡磁控管能更有效地将该溅镀离子引导至晶片。

一第一铝填充溅镀反应室170以及较佳一第二铝填充溅镀反应室172亦可耦接至该第二传送室144。该两填充溅镀反应室170、172可能具有相同的设计并可独立操作。此双重反应室的设计是有例的，因为填充沉积制程通常比沉积阻障层与种晶层耗费更长的时间。因此，单一个阻障层反应室166与单一个种晶反应室168可能足以供应两填充反应室170、172的需求了。如先前所述，每一个铝填充溅镀反应室170、172均具有一铝靶材且能将铝溅镀沉积至已加热的晶片上。用于沉积的晶片不需偏压，且该离子化分率(ionization fraction)可能是低的。因此，可使用大型平衡磁控管来增进均匀的沉积效果。

该第二机械手臂148执行将晶片从其中一个穿通室162、164先传送至该阻障层溅镀反应室166，随后传送至该铝种晶反应室168，接着选择传送至该铝填充反应室170、172的其中一者，最后较佳将该晶片送回所述穿通反应室162、164中的另一者。

也可利用他种其内用以连接所有溅镀处理的传送室压力能维持低于1微托的整合式溅镀平台，或者一同轴系统(in-line system)可在一是列相连的溅镀反应室之间以单方向路径来传送晶片。

故，本发明提供一种能与目前可用技术兼容并经济有效地将铝填充至狭窄孔洞中的方法。

Claims (11)

1.一种溅镀铝至基板上的方法，其至少包含：

第一沉积步骤，溅渡铝至基板上，该基板支撑于基座电极上；

于该第一沉积步骤过程中，以射频(RF)功率来偏压该基座电极，以在该基板上建立负直流自我偏压；

于该第一沉积步骤中维持该基板温度低于150℃；

接续的第二沉积步骤，以溅镀铝至该基板上；以及于该第二沉积步骤中维持该基板的温度高于250℃；

其中于该第二沉积步骤的过程中，该基板未受到偏压，或者该基板的偏压功率不超过该第一沉积步骤中的偏压步骤所施加RF功率的10％。

2.如权利要求1所述的方法，其中于该第二沉积步骤中维持该基板的温度低于400℃。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述沉积步骤皆不包含感应耦合射频功率。

4.如权利要求1所述的方法，其中施加至200毫米圆形基板的区域上的该射频功率已常态化的功率量是介于100瓦至500瓦之间。

5.一种溅镀铝至基板上的方法，包括：

第一沉积步骤，其在第一等离子溅镀反应室中执行，且该第一等离子溅镀反应室安装有面对着该第一反应室内部的第一铝靶材，该第一沉积步骤包括：

将该基板支撑于该反应室内的第一基座上；

对于200毫米直径的圆形基板的面积而言，以介于1至700瓦之间的射频功率量来偏压该基座；

使该基板维持在低于150℃的第一温度；

绕着该第一铝靶材的中心轴旋转第一磁控管；

允许溅镀工作气体进入该第一反应室中；

施加直流功率至该第一铝靶材，以溅镀该第一铝靶材而在该基板上形成第一铝层；

该第铝层在该基板的顶平面上形成第一厚度；以及

第二沉积步骤，其在第二等离子溅镀反应室中执行，且该第二等离子溅镀反应室安装有第二靶材，该第二靶材具有面对着该第二反应室内部的铝正面，该第二沉积步骤包括：

将该基板支撑于该第二反应室内的第二基座上；

使该基板维持在高于250℃的第二温度；

绕着该第二铝靶材的中心轴旋转第二磁控管，以产生基本上与该第一磁控管不同的磁场分布；

允许溅渡工作气体进入该第二反应室；

施加直流功率至该第二铝靶材，以溅镀该第二铝靶材而在该基板的该第一铝层上形成一第二铝层，该第二铝层在该基板的顶平面上形成第二厚度。

6.如权利要求5所述的方法，其中该第一反应室与该第二反应室皆不包含用于该制程中的射频感应线圈。

7.如权利要求5所述的方法，其中该第一磁控管为非平衡且具有小于该第一靶材的第一部分区域的包围区域；以及，其中该第二磁控管具有即是该靶材的第二部分区域的包围区域；该第二部分区域大于该第一部分区域。

8.如权利要求5至7中任一项所述的方法，其中于该第二沉积步骤的过程中，该基板未受到偏压，或者该基板的偏压功率不超过该第一沉积步骤中的偏压步骤所施加RF功率的10％。

9.如权利要求5至7中任一项所述的方法，其中该第二温度介于250℃至550℃之间。

10.如权利要求5至7中任一项所述的方法，其中该射频功率量介于100瓦至500瓦之间。

11.如权利要求5至7中任一项所述的方法，其中该基板包含一孔洞，该孔洞的深宽比至少为4，且该第一与第二沉积步骤填满该孔洞。

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