CN110306161A - 半导体加工腔室及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种半导体加工腔室及半导体加工设备。该半导体加工腔室包括过滤结构，准直器设置在基座的上方，过滤结构设置于准直器及基座之间，过滤结构距离准直器的之间具有第一距离，过滤结构距离基座之间具有第二距离；过滤结构包括多个沿腔室轴向延伸的通孔，多个通孔用于过滤大角度金属粒子。本申请实施例实现了有效的对大角度的金属粒子进行过滤，从而可以有效提高晶圆孔侧壁覆盖对称性；并且过滤结构与准直器的配合还可以在保证侧壁覆盖对称性的同时，还确保了薄膜沉积的均匀性，从而可以有效提高晶圆的成品率。

Description

半导体加工腔室及半导体加工设备

技术领域

本申请涉及半导体加工技术领域，具体而言，本申请涉及一种半导体加工腔室及半导体加工设备。

背景技术

磁控溅射又称为物理气相沉积，是集成电路制造过程中沉积金属层和相关材料广泛采用的方法。一般说来，磁控溅射是在晶圆上沉积薄膜材料，尤其是沉积铝金属互连线。然而近些年来，用垂直互连技术在高深宽比的通孔中沉积电介质层和金属层的重要性和挑战性日益显现。铜金属互连线改变了这种状况，由于铜金属层具有相对较低的电阻率，以及优越的抗电迁移性，从而增强了电路稳定性；同时低介电常数介质材料替代了二氧化硅成为金属层间的绝缘介质减少了金属连线层之间的寄生电容。这样很大程度提高了集成电路速度。

金属沉积薄膜工艺从应用的角度可以大概分成两类，一类是平面工艺，主要目的是在比较平坦的表面沉积厚度均匀的薄膜；另一类是深孔(槽)填充工艺，主要目的是实现高深宽比的孔或槽的侧壁和基底部薄膜覆盖。这两种工艺中深孔填充工艺难度较高，也是业内重点研究的对象。

随着特征尺寸的缩小，通孔与沟槽开口与深宽比都将减小，给阻挡/籽晶(Barrier/Seed)层的沉积都带来很大的困难。为了能在深宽比很大的孔中均匀的填充上一层较薄的阻挡/籽晶(Barrier/Seed)层，同时又要保证较大的开口(若开口太小，则在后续电镀工艺中无法将沟槽完全填满，形成空洞将严重的影响芯片的电学性能甚至造成失效)，以及较好的侧壁填充对称性，目前国际上主要采用先沉积，再刻蚀的工艺过程。但是现有技术中的磁控溅射装置无法同时确保金属薄膜的均匀性以及孔内侧壁填充对称性。

发明内容

本申请针对现有方式的缺点，提出一种半导体加工腔室及半导体加工设备，用以解决现有技术存在无法同时保证金属薄膜的均匀性以及孔内侧壁填充对称性的技术问题。

第一个方面，本申请实施例提供了一种半导体加工腔室，包括准直器、基座及过滤结构；所述准直器设置于所述基座上方，所述过滤结构设置于所述准直器及所述基座之间，所述过滤结构与所述准直器之间具有第一距离，所述过滤结构与所述基座之间具有第二距离；所述过滤结构包括多个沿所述腔室轴向延伸的通孔，多个所述通孔用于过滤大角度粒子。

于本申请的一实施例中，所述过滤结构与所述腔室同轴设置，多个所述通孔以所述过滤结构的轴心呈环形辐射分布。

于本申请的一实施例中，每个所述通孔在所述基座顶面的投影面积相同。

于本申请的一实施例中，所述过滤结构包括多个侧板，所述多个侧板合围形成多个所述通孔。

于本申请的一实施例中，所述多个侧板沿所述过滤结构的径向的厚度相等，并且所述多个侧板厚度值为3毫米～5毫米。

于本申请的一实施例中，所述多个侧板为铝材质或者不锈钢材质的侧板，且所述多个侧板的外表面包含有喷砂处理层。

于本申请的一实施例中，所述第一距离为所述过滤结构的顶面至所述准直器底面之间的距离，所述第二距离为所述过滤结构的底面至所述基座顶面之间的距离，并且所述第一距离大于所述第二距离。

于本申请的一实施例中，所述第二距离的值为5厘米～20厘米，且所述过滤结构的轴向高度值为2厘米～5厘米。

于本申请的一实施例中，所述过滤结构与所述腔室的内衬一体成型设置或者可拆卸设置。

第二个方面，本申请实施例提供了一种半导体加工设备，所述半导体加工设备包括第二个方面提供的半导体加工腔室。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：

本申请实施例通过设置多个沿腔室轴向延伸的通孔，可以有效的对大角度的金属粒子进行过滤，从而可以有效提高晶圆孔侧壁覆盖对称性；并且过滤结构与准直器的配合还可以在保证侧壁覆盖对称性的同时，还确保了薄膜沉积的均匀性，从而可以有效提高晶圆的成品率。进一步的，由于本申请实施例的过滤结构距离靶材有一定距离，因此不会对溅射过程造成不利影响。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例提供的一种半导体加工腔室的剖视示意图；

图2为本申请实施例提供的一种过滤结构的俯视示意图；

图3为本申请实施例提供的一种准直器与过滤结构配合的剖示意图；

图4为本申请实施例提供的一种应用过滤结构后晶圆填充效果示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。

第一个方面，本申请实施例提供了一种半导体过滤腔室，包括准直器、基座和过滤结构；该半导体加工腔室的示意图如图1所示，准直器2设置在基座3的上方，过滤结构1设置于磁控溅射装置的准直器2及基座3之间，过滤结构1与准直器2的之间具有第一距离，过滤结构1与基座3之间具有第二距离；过滤结构1包括多个沿腔室4轴向延伸的通孔11，通孔11用于过滤大角度粒子，根据使用的溅射材料，形成沉积薄膜的粒子可以是金属或非金属粒子。

如图1所示，半导体加工腔室可以应用于物理气相沉积或者化学气相沉积，本申请实施例将以磁控溅射装置的腔室进行举例说明，其中溅射的是金属材料。过滤结构1可以是由金属材质制成的板状结构，其可以沿水平方向延伸布置于腔室4内。具体来说，过滤结构1在垂直方向上可以位于准直器2及基座3之间，其距离准直器2之间可以具有第一距离，以及距离基座3之间可以具有第二距离，通孔11具体可以为多个，并且其可以沿垂直方向延伸布置，也就是说通孔11沿腔室4的轴向设置，可以避免大角度的金属粒子穿过过滤结构。

本申请实施例通过设置多个沿腔室轴向延伸的通孔，可以有效的对大角度的金属粒子进行过滤，从而可以有效提高晶圆孔侧壁覆盖对称性；并且过滤结构与准直器的配合还可以在保证侧壁覆盖对称性的同时，还确保了薄膜沉积的均匀性，从而可以有效提高晶圆的成品率。进一步的，由于本申请实施例的过滤结构距离靶材有一定距离，因此不会对溅射过程造成不利影响。

于本申请的一实施例中，如图2所示，过滤结构1与腔室4同轴设置，多个通孔11以过滤结构1的轴心呈环形辐射分布。具体来说，过滤结构1在垂直方向上与腔室4同轴设置，通孔11与腔室4在垂直方向同样采用同轴设置，采用该设计，使得本申请实施例可以确保将大角度的金属粒子过滤掉，从而可以有效提高本申请实施例的过滤效果，进而提高金属薄膜的均匀性以及侧壁覆盖对称性。而多个通孔11可以在水平方向上，以过滤结构1轴心为中心点环状辐射分布。采用该设计，可以确保金属粒子均匀的穿过多个通孔11，以保证晶圆各处接收到的金属粒子较为均匀，从而可以提高金属薄膜的均匀性。需要说明的是，本申请实施例并不以此为限，其也可以采用其它方式形状进行排布，本领域技术人员可以根据实际情况进行自行调整设置。

于本申请的一实施例中，如图2所示，每个通孔11在基座顶面的投影面积相差较小或者相同。具体来说，多个通孔11在基座顶面的投影面积相同设置，通孔11的具体投影面积分割比例可以根据实际工艺需求进行调整，本申请实施例对此并不进行限定。可选地，多个在通孔11的在基座顶面的投影面积也可以相差较小，其具体相差例如可以不超过10％，但是本申请实施例并不以此为限。采用上述设计，可以有效的确保晶圆上金属薄膜的均匀性，从而进一步的提高晶圆的成品率。

于本申请的一实施例中，过滤结构1包括多个侧板12，多个侧板12合围形成多个通孔11。如图1及图2所示，过滤结构1整体可以是圆盘形结构，其可以采用多个侧板12组成，多个侧板12组合后以形成多个通孔11，多个侧板12之间可以采焊接或接卡接等方式固定连接。采用上述设计，使得本申请实施结构简单，可以有效降低应用及维护成本。但是本申请实施例并不以此为限，例如过滤结构1还可以采用一体成型的方式制成，因此本申请实施例对于过滤结构的具体实施方式并不限定。

于本申请的一实施例中，如图1及图2所示，多个侧板12沿过滤结构1的径向厚度为等高设置，并且多个侧板12厚度值为3～5毫米。具体来说，侧板12同样是沿腔室4的长度方向也就是沿腔室4的轴向进行设置，侧板12沿腔室4径向上的厚度是等高设置，即侧板12的沿过滤结构1的径向的厚度是相同的，侧板12的厚度值可以是3～5毫米。可选地，侧板12的厚度也可以是4毫米。采用上述设计可以避免侧板过厚造成的对金属粒子过滤较多，另一方面由于侧板厚度相同还可以确保侧板表面始终与腔室的轴向平行，避免过滤掉角度较小的金属粒子，进而可以进一步提高晶圆上金属薄膜的均匀性。

于本申请的一实施例中，如图1及图2所示，过滤结构1为铝材质或者不锈钢材质的过滤结构1，且多个侧板12的外表面包含有喷砂处理层。具体来说，侧板12可以采用铝材质或者不锈钢材质制成，多个侧板12可以构成本申请实施例的过滤结构。可选地，侧板还可以采用铜材质制成，本申请实施例对此并不进行限定。采用上述设计，可以使得本申请实施例的过滤结构的应用范围更加广泛，例如可以应用于铜、钽、钛及铝等溅射材料及薄膜填充深孔的制备。进一步的，在多个侧板12的外面可以采用喷砂工艺进行处理，可以有效提高金属粒子的附着性，从而可以有效的对大角度金属粒子进行过滤，并且还可以便于对本申请实施例的过滤结构进行清洗，进而提高了生产效率。

于本申请的一实施例中，如图1及图2所示，第一距离为过滤结构1的顶面至准直器2底面之间的距离，第二距离为过滤结构1的底面至基座3顶面之间的距离，并且第一距离大于第二距离。具体来说，过滤结构1的顶面与准直器2的底面之间的距离为第一距离，过滤结构1的底面与基座3顶面之间为第二距离，第二距离小于第一距离，使得过滤结构1在实际应用时，距离靶材表面较远并且距离基座3上的晶圆表面较近，确保过滤结构1即不会影响溅射过程，而且还可以有效提高金属薄膜的均匀性。

于本申请的一实施例中，如图1及图2所示，第二距离的值为5厘米～20厘米，且过滤结构1的轴向高度值为2厘米～5厘米。具体来说，过滤结构1的底面距离基座3的顶面距离可以为5厘米～20厘米，可选地第二距离的还可以是10厘米，但是本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据工艺需求对第二距离的数值进行调整。过滤结构1的轴向高度值可以是2厘米～5厘米，即沿腔室4轴向的厚度可以是2厘米～5厘米，可选地过滤结构1的厚度还可以是3厘米，但是本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据工艺需求对过滤结构的厚度进行调整。

于本申请的一实施例中，如图1所示，过滤结构1与腔室4的内衬41一体成型设置或者可拆卸设置。过滤结构1采用不同的设置方式可以使得本申请实施例的应用范围更加广泛，且可以达到不同的技术效果，例如采用一体成型的方式可以降低本申请实施例的总体成本，提高本申请实施例的经济效益；另外采用可拆卸的设置可以便于对其进行清洗，从而可以有效提高维护工作的效率，进而提高生产效率。

为便于更好理解本申请实施例，以下将结合图3及图4对本申请实施例的具体实施方式进行描述。如图3所示，在实际工作过程中，金属粒子在通过准直器2后，大部分大角度粒子被过滤掉，而没有被过滤掉的金属粒子在外加电磁铁(图中未示出)的作用下重新分布，外加电磁铁可以环绕设置在腔室侧壁的外侧，也可设置在腔室的内衬和侧壁之间，由此可以获得较好的薄膜沉积的均匀性，而过滤结构1在金属粒子沉积到晶圆之前，可以对金属粒子进行二次过滤，进一步将角度较大的金属粒子过滤掉，由此可以提高孔侧壁台阶覆盖的对称性，其沉积效果图可以参考图4所示。同时由于设置了过滤结构1，还可以进一步降低沉积速率，满足更小线宽制程对于沉积速率的需求。由此可见，准直器2可以提高入射金属离子的方向性，从而可以增加孔底部覆盖率，进而改善晶圆边缘的图形的孔内壁覆盖率对称性。而过滤结构1则可以起到进一步降低沉积速率的作用，并且可以在更薄的薄膜沉积工艺上更加精确地控制薄膜生长，同时提高晶圆边缘的图形的孔内壁覆盖率对称性。

第二个方面，一种半导体加工设备，半导体加工设备包括如第一个方面提供的半导体加工腔室。

应用本申请实施例，至少能够实现如下有益效果：

本申请实施例通过设置多个沿腔室轴向延伸的通孔，可以有效的对大角度的金属粒子进行过滤，从而可以有效提高晶圆孔侧壁覆盖对称性；并且过滤结构与准直器的配合还可以在保证侧壁覆盖对称性的同时，还确保了薄膜沉积的均匀性，从而可以有效提高晶圆的成品率。进一步的，由于本申请实施例的过滤结构距离靶材有一定距离，因此不会对溅射过程造成不利影响。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种半导体加工腔室，其特征在于，包括准直器、基座及过滤结构；所述准直器设置于所述基座上方，所述过滤结构设置于所述准直器及所述基座之间，所述过滤结构与所述准直器之间具有第一距离，所述过滤结构与所述基座之间具有第二距离；所述过滤结构包括多个沿所述腔室轴向延伸的通孔，多个所述通孔用于过滤大角度粒子。

2.如权利要求1所述的半导体加工腔室，其特征在于，所述过滤结构与所述腔室同轴设置，多个所述通孔以所述过滤结构的轴心呈环形辐射分布。

3.如权利要求2所述的半导体加工腔室，其特征在于，每个所述通孔在所述基座顶面的投影面积相同。

4.如权利要求1所述的半导体加工腔室，其特征在于，所述过滤结构包括多个侧板，所述多个侧板合围形成多个所述通孔。

5.如权利要求4所述的半导体加工腔室，其特征在于，所述多个侧板沿所述过滤结构的径向的厚度相等，并且所述多个侧板厚度值为3毫米～5毫米。

6.如权利要求4所述的半导体加工腔室，其特征在于，所述多个侧板为铝材质或者不锈钢材质的侧板，且所述多个侧板的外表面包含有喷砂处理层。

7.如权利要求1所述的半导体加工腔室，其特征在于，所述第一距离为所述过滤结构的顶面至所述准直器底面之间的距离，所述第二距离为所述过滤结构的底面至所述基座顶面之间的距离，并且所述第一距离大于所述第二距离。

8.如权利要求7所述的半导体加工腔室，其特征在于，所述第二距离的值为5厘米～20厘米，且所述过滤结构的轴向高度值为2厘米～5厘米。

9.如权利要求1至8的任一所述的半导体加工腔室，其特征在于，所述过滤结构与所述腔室的内衬一体成型设置或者可拆卸设置。

10.一种半导体加工设备，其特征在于，所述半导体加工设备包括权利要求1至9的任意一项所述的半导体加工腔室。