CN114645245B - 一种提高金属膜沉积台阶覆盖率的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高金属膜沉积台阶覆盖率的装置，涉及物理气相沉积技术领域。装置包括：腔体，其内设置有真空腔室，所述腔体的顶部设置有靶材放置位置，所述靶材放置位置用于放置靶材；晶圆台，设置在所述腔体的底部，所述晶圆台用于放置晶圆，所述靶材在预设工艺下被溅射至所述晶圆表面；其中，所述腔体的高度为90～200mm之间的任意一值，以增加所述靶材与所述晶圆之间的距离。通过本发明能够改善铝膜的填孔性能，缩短加工时间。

Description

一种提高金属膜沉积台阶覆盖率的装置

技术领域

本发明涉及物理气相沉积技术领域，特别是涉及一种提高金属膜沉积台阶覆盖率的装置。

背景技术

功率器件，例如功率分立器件和功率集成电路，在使用时通常都需要通过较大的电流，因此，需要在其表面进行厚铝工艺或钨塞工艺。其中厚铝工艺与钨塞工艺相比，电阻率低，电路的rc延迟小，集成工序简单，成本低，节省设备和资源。具体地，采用钨塞工艺时，需要在金属接触对应的通孔中形成金属钨，之后采用回刻或化学机械研磨工艺将通孔外的金属钨去除，之后再形成金属铝层，金属铝层图形化形成对应的金属层的金属互连结构。而采用厚铝工艺时，金属接触对应的通孔将不需要单独采用钨填充，而是直接采用铝填充，后续的金属互连对应的金属层也采用铝，故能将金属接触与金属互连一次完成。因此，一般采用金属铝工艺进行填孔。

不过现有的厚铝工艺也存在一些缺陷，例如金属铝填孔的台阶覆盖率低，当金属铝薄膜跨越衬底表面的台阶时，会偏离理想情况，例如膜偏薄或出现裂缝和空洞，而台阶覆盖率直接影响金属布线的导电性，决定电路是否高效工作。具体地，顶层的金属层电流负载大，导线散热量也大，如果台阶覆盖率低，那么通过导线的电流密度就高，导线就容易熔断；其次，台阶覆盖率低，接触电阻会变大，电路的延迟和功耗也会相应增大；最后，台阶上金属覆盖厚度不均，易出现电迁移产生的空洞。

发明内容

本发明提供了一种提高金属膜沉积台阶覆盖率的装置，以解决上述背景技术提及的一个或多个技术问题。

本发明提供了如下方案：

一种提高金属膜沉积台阶覆盖率的装置，包括：

腔体，其内设置有真空腔室，所述腔体的顶部设置有靶材放置位置，所述靶材放置位置用于放置靶材；

晶圆台，设置在所述腔体的底部，所述晶圆台用于放置晶圆，所述靶材在预设工艺下被溅射至所述晶圆表面；

其中，所述腔体的高度为90～200mm之间的任意一值。

可选地，所述腔体的高度为120～160mm之间的任意一值。

可选地，所述腔体内壁的直径从顶部至底部逐渐减小。

可选地，所述装置还包括：

格栅板，设置在所述腔体中且位于所述靶材放置位置与所述晶圆台之间，所述格栅板上开设有预设数量的通孔。

可选地，所述格栅板与所述靶材之间的距离为50～120mm。

可选地，所述格栅板包括至少一个固定杆和至少两个环形栏；

每一所述固定杆均沿所述环形栏的径向延伸且与所有所述环形栏均连接；

每一所述固定杆相对的两端均伸出于最外侧的所述环形栏后与所述腔体的内壁连接；

至少两个所述环形栏的直径不同且所有所述环形栏呈套设关系；

所述环形栏与所述固定杆之间的空隙形成所述通孔。

可选地，所述固定杆的数量为两个，且两个所述固定杆垂直交叉布置，所述环形栏的数量为三个，且相邻的两个所述环形栏之间的距离相同。

可选地，每一所述所述固定杆的每一端伸出于最外侧的所述环形栏的长度均与相邻的两个所述环形栏之间的距离相同。

可选地，三个所述环形栏的直径分别为50、100、150mm。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的装置与现有的装置中相比，增加了腔体的高度，从而使得所述靶材与所述晶圆之间的距离增大。使从所述靶材上溅射出来的轰击方向与垂直方向的角度较大的粒子沉积至所述腔体的侧壁上，而轰击方向与垂直方向的角度较小的粒子可以溅射在所述晶圆表面，从而可以改善铝膜的填孔性能，进而缩短加工时间，可实现量产。

进一步地，轰击方向与垂直方向具有较大角度的粒子不仅会撞击停留在所述腔体的内壁上，还会撞击停留至所述通孔之间的格栅板的侧壁上，以更好地对轰击方向与垂直方向具有较大角度的粒子进行拦截，从而可以进一步提高填孔率。

当然，本发明的实施例并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例提供的提高金属膜沉积台阶覆盖率的装置的部分结构剖视图；

图2是本发明一个实施例提供的提高金属膜沉积台阶覆盖率的装置的格栅板的结构示意图；

图3是本发明实施例1的表征图；

图4是本发明实施例2的表征图；

图5是本发明实施例3的表征图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明关于“左”、“右”、“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”“顶部”“底部”等方向上的描述均是基于附图所示的方位或位置的关系定义的，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述的结构必须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。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，除非另有明确规定和限定，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。

针对上述背景技术提及的问题，申请人进行了深入探究，发现在所述靶材被溅射时，会形成若干的粒子，粒子向下轰击，不同粒子的轰击方向不同，完全垂直向下轰击的粒子可以直达晶圆的表面，而与垂直方向有一定的角度的粒子，由于这些粒子的方向不一，堆叠之后容易造成填充的孔中存在空隙，导致填孔率较低，并且研究发现与垂直方向角度越大的粒子越不利于提高填孔率。对此，本发明提供了一种提高金属膜沉积台阶覆盖率的装置，台阶覆盖率也可以称为填孔率。图1是本发明一个实施例提供的提高金属膜沉积台阶覆盖率的装置的部分结构剖视图。如图1所示，所述装置一般性地包括腔体10和晶圆台20。所述腔体10内设置有真空腔室11，所述腔体10的顶部设置有靶材放置位置12，所述靶材放置位置12用于放置靶材。所述晶圆台20设置在所述腔体10的底部，所述晶圆台20用于放置晶圆，所述靶材在预设工艺下被溅射至所述晶圆表面。其中，所述腔体10的高度为90～200mm，以增加所述靶材与所述晶圆之间的距离。

其中，所述真空腔室11为工艺反应腔室。

其中，所述晶圆放置在所述靶材的正下方。

其中，所述预设工艺可以为磁控溅射工艺。

其中，所述靶材包括铝、铜、不锈钢、钛、镍靶等，在本申请中所述靶材可以为铝。

其中，所述晶圆是指制作硅半导体电路所用的硅晶片，其原始材料是硅，高纯度的多晶硅溶解后掺入硅晶体晶种，然后慢慢拉出，形成圆柱形的单晶硅，硅晶棒在经过研磨、抛光、切片后形成硅晶圆片，也就是晶圆。

需要特别说明的是，为了实现例如磁控溅射等物理气相沉积工艺，本申请提供的所述提高金属膜沉积台阶覆盖率的装置还不可避免地包括其他结构，例如，真空泵、真空测量装置、电源、电源控制柜、控制系统等。

上述装置与现有的装置相比，增加了腔体10的高度，从而使得所述靶材与所述晶圆之间的距离增大。使从所述靶材上溅射出来的轰击方向与垂直方向的角度较大的粒子沉积至所述腔体10的侧壁上，而轰击方向与垂直方向的角度较小的粒子可以溅射在所述晶圆表面，从而可以改善铝膜的填孔性能，进而缩短加工时间，可实现量产。

在一个较好的示例中，采用本申请提供的装置进行物理气相沉积，对于晶圆表面深宽比为1:1的孔的填孔率可以达到95％以上，而现有的装置中这一值只能达到30％左右。

需要特别说明的是，经申请人研究发现，在一定的范围内，所述腔体10的高度越高，铝膜的填孔性能越好。

但经申请人研究发现，所述腔体的高度越高越不利于成膜速度，也越不利于保持腔体内的真空度，并且装置整体占用面积也会随着腔体高度的增加而增加。因此，在本申请的一个优选的示例中，综合考虑上述因素，设置所述腔体10的高度为120～160mm，例如为120、130、140、150、160mm，可以理解的是，所述腔体10的高度也可以为上述点值之间的任意数值，限于篇幅，此处不再穷举。

优选地，为了进一步地使大角度粒子能够沉积在所述腔体10的侧壁上，在本申请的一个示例中，所述腔体10内壁的直径从顶部至底部逐渐减小，也即将所述腔体10的内部设置成上大下小的类倒梯子型，从而便于大角度粒子在所述腔体10的侧壁上沉积。

图2是本发明一个实施例提供的提高金属膜沉积台阶覆盖率的装置的格栅板30的结构示意图。如图2所示，在本申请的一个示例中，所述装置还包括格栅板30，设置在所述腔体10中且位于所述靶材放置位置12与所述晶圆台20之间，所述格栅板30上开设有预设数量的通孔。如此，轰击方向与垂直方向具有较大角度的粒子不仅会撞击停留在所述腔体10的内壁上，还会撞击停留至所述通孔之间的格栅板30的侧壁上，以更好地对轰击方向与垂直方向具有较大角度的粒子进行拦截，从而可以进一步提高填孔率。

优选地，在本申请的一个示例中，所述格栅板30与所述靶材之间的距离为50～120mm，更加优选地为50、65、80、95、110或120mm，可以理解的是，所述格栅板30与所述靶材之间的距离也可以为上述点值之间的任意数值，限于篇幅，此处不再穷举。

需要特别说明的是，所述格栅板30与所述靶材之间的距离越大，填孔性能越好。

可选地，在本申请的一个示例中，所述格栅板30包括至少一个固定杆31和至少两个环形栏32。每一所述固定杆31均沿所述环形栏32的径向延伸且与所有所述环形栏32均连接。进一步地，每一所述固定杆31相对的两端均伸出于最外侧的所述环形栏32后与所述腔体10的内壁连接，也即，每一所述固定杆31与每一所述环形栏32均呈两点连接，且所述环形栏32通过所述固定杆31实现固定。至少两个所述环形栏32的直径不同且所有所述环形栏32呈套设关系，以使所述格栅板30呈现网状。所述环形栏32与所述固定杆31之间的空隙形成所述通孔，轰击方向与垂直方向具有较大角度的粒子不仅会撞击停留在所述腔体10的内壁上，还会撞击停留至所述环形栏32和所述固定杆31上，以更好地对轰击方向与垂直方向具有较大角度的粒子进行拦截，从而可以进一步提高填孔率。

可选地，在本申请的一个示例中，所述固定杆31的数量为两个，且两个所述固定杆31垂直交叉布置，所述环形栏32的数量为三个，且相邻的两个所述环形栏32之间的距离相同。

优选地，在本申请的一个示例中，每一所述所述固定杆31的每一端伸出于最外侧的所述环形栏32的长度均与相邻的两个所述环形栏32之间的距离相同。

可选地，三个所述环形栏32的直径分别为50、100、150mm。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本发明的可选实施例，在此不再一一赘述。

以下将结合实施例和对比例，进一步说明本申请的有益效果。

所有实施例和对比例使用的靶材及晶圆均相同，实施例1～3采用的格栅板结构均为如图2所示的结构，所有实施例和对比例均采用控制时间方式获取相同厚度铝膜(工艺参数)进行磁控溅射，溅射完成后采用切片方式获取产品的填孔率。

实施例1

采用增加腔体高度和格栅板的物理气相沉积装置，其中腔体高度为140mm，格栅板与靶材之间的距离为70mm，结果如图3所示，经计算填孔率约为93％。

实施例2

与实施例1的区别在于腔体高度为原厂标准配置，格栅板与靶材之间的距离为20mm，结果如图4所示，经计算填孔率约为38％。

实施例3

与实施例1的区别在于腔体高度为原厂标准配置，且不含格栅板，结果如图5所示，经计算填孔率约为23％。

对比上述实施例和对比例可以发现，增加物理气相沉积装置的腔体高度可以提升填孔率，增加格栅板后可以进一步提升填孔率，且腔体高度以及格栅板与靶材之间的距离均与填孔率呈正比例关系。

以上对本发明所提供的技术方案，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的结构及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种提高金属膜沉积台阶覆盖率的装置，其特征在于，包括：

腔体，其内设置有真空腔室，所述腔体的顶部设置有靶材放置位置，所述靶材放置位置用于放置靶材；

晶圆台，设置在所述腔体的底部，所述晶圆台用于放置晶圆，所述靶材在预设工艺下被溅射至所述晶圆表面；其中，所述腔体的高度为90～200mm之间的任意一值，所述腔体内壁的直径从顶部至底部逐渐减小；

格栅板，设置在所述腔体中且位于所述靶材放置位置与所述晶圆台之间，所述格栅板上开设有预设数量的通孔。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述腔体的高度为120～160mm之间的任意一值。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述格栅板与所述靶材之间的距离为50～120mm。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述格栅板包括至少一个固定杆和至少两个环形栏；每一所述固定杆均沿所述环形栏的径向延伸且与所有所述环形栏均连接；每一所述固定杆相对的两端均伸出于最外侧的所述环形栏后与所述腔体的内壁连接；至少两个所述环形栏的直径不同且所有所述环形栏呈套设关系；所述环形栏与所述固定杆之间的空隙形成所述通孔。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述固定杆的数量为两个，且两个所述固定杆垂直交叉布置，所述环形栏的数量为三个，且相邻的两个所述环形栏之间的距离相同。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，每一所述所述固定杆的每一端伸出于最外侧的所述环形栏的长度均与相邻的两个所述环形栏之间的距离相同。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，三个所述环形栏的直径分别为50、100、150mm。