CN116065121A - Pvd方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本申请案的实施例涉及一种PVD方法及设备。根据本发明，提供一种通过物理气相沉积PVD将沉积材料沉积到形成在衬底中的多个凹槽中的方法，所述方法包括以下步骤：将所述衬底定位在衬底支撑件的衬底支撑上表面上，其中永磁体布置定位于所述衬底支撑上表面下方，使得永磁体安置在所述衬底下方；及通过从磁控管装置的目标溅射溅射材料而将所述沉积材料沉积到形成在所述衬底中的所述凹槽中；其中，在沉积所述沉积材料的所述步骤期间，所述永磁体布置提供跨所述衬底的表面的大体上均匀的横向磁场，所述横向磁场延伸到所述衬底的外围以外的区，以增强沉积到所述凹槽中的沉积材料的再溅射。

Description

PVD方法及设备
技术领域
本发明涉及通过物理气相沉积(PVD)将沉积材料沉积到衬底上的方法，特别涉及通过PVD将沉积材料沉积到形成在衬底上的多个凹槽中的方法。本发明也涉及相关联的PVD设备。
背景技术
通过PVD沉积的薄金属或金属氮化物层通常在制造工艺中用于制造半导体装置中的后道工序(BEOL)互连层。在这些工艺中沉积的材料的实例包含Ti、TiN、Ta、TaN、W、WN、Co、Ru及Cu。当使用铜镶嵌金属化时，在PVD沉积铜晶种层及随后的电化学(ECD)铜沉积之前，必须沉积例如Ti的薄粘附及/或阻挡层。可沉积两层而不是单个粘附/阻挡层。例如，可沉积Ti及TiN层。在例如高深宽比穿硅通孔(TSV)的应用中，需要形成连续的金属阻挡层及晶种层来使块铜能够成功ECD到通孔中。深宽比为5:1或更大且开口直径为约0.5到10μm直径的通孔可被认为是高深宽比通孔，尽管这不是详尽的定义。
图1(a)展示在其中在通孔的开口处没有限制的理想化PVD沉积工艺之后的TSV的半示意图。另一方面，图1(b)显示为成功处理晶片而应避免的一些问题。在图1(a)中，将TSV100蚀刻到硅晶片102中。然后，通常通过CVD或ALD工艺在开口内沉积例如SiO2的适当材料的电介质衬垫104。接着，此后是通过电离PVD沉积(例如)Ti的阻挡层106，此后是通过电离PVD沉积铜层108。所有的层需要是连续的。这对于PVD工艺尤其具挑战性，特别是对于更高宽比特征，因为很难用从目标进入通孔的相对垂直入射的材料来涂覆通孔的侧壁。在图1(b)中，可观察到需要避免的两个问题。在正常的PVD沉积条件下，在开口的顶部处，我们期望场(晶片表面)中的沉积速率比通孔内大得多。这导致通孔顶部处的悬突110，这将接着减少可进入特征的沉积材料的量。尤其减少材料沉积到通孔的下部区112上。最终，这可导致特征的闭合，这是不可接受的。然而，甚至开口的稍微变窄将使随后的ECD铜沉积工艺变得更加苛刻，而通孔中的空隙将导致有缺陷的装置。
实现连续阻挡层及晶种层膜的常规方法使用具有再溅射能力的电离PVD(i-PVD)系统。电离PVD系统通过使用浸入式ICP线圈、磁约束或对目标的非常高功率的脉冲，或这些技术的组合而在目标附近使用高密度等离子体源。这提供金属离子源，所述金属离子可被引导朝向晶片支撑件。要求金属的高部分电离，且通常实现至少30％的部分电离。经常，当金属离子及电子朝向晶片支撑件行进时，磁约束用来最小化损耗。为了最大化特征的基底覆盖率，这些背景技术系统倾向于以大于10cm的相对大的目标到晶片分离来操作。这是为了最小化以非垂直入射到达晶片表面的材料量。溅射材料的非垂直通量可能闭合通孔开口，如图1(b)中展示。这些类型的电离PVD系统的实例在US2012/0228125A1、US7504006 B2、US2018/0327893A1、US8435389 B2及US7378001B2中描述。
通过在几mTorr的低压下操作以最小化散射及大的目标到晶片分离以准直到达晶片表面的材料的通量，电离源可提供被引导到晶片的金属离子的高通量。如果此通量与晶片支撑件上的负DC偏压耦合，以将阳离子吸引到晶片，那么可实现极好的基底覆盖率。通过向支撑件施加RF偏压功率来实现负DC偏压。然而，不可能将电离材料引导到特征的侧壁上以便实现良好的阶梯覆盖率。充分的侧壁覆盖率是通过再溅射特征内的材料而实现的。在晶片附近的浸入式ICP线圈及靠近晶片的电磁体已被用来维持接近晶片的高密度等离子体，以帮助再溅射工艺。
所有这些背景技术i-PVD系统具有缺点。其非常复杂且昂贵，要求向目标供应高DC功率。大于10kW的DC功率通常是必要的，这导致针对300mm直径晶片系统的大于20W/cm2的目标功率密度，以便实现足够致密的等离子体。潜在地，如果使用浸入式ICP线圈系统，那么需要多于一个RF电源。经常要求电磁体来容纳及引导等离子体。另一问题是归因于目标与晶片之间的大分离的相对较低的目标利用率。
因此，需要一种更简单、更具成本效益的PVD系统，其能够以更有效的目标利用率实现等效或理想地改进的工艺性能。也普遍期望到例如通孔的凹槽特征中的PVD的改进工艺性能。特定来说，期望可以极好的侧壁覆盖率在凹槽特征内输送高质量连续膜的PVD工艺及设备。相关的期望是实现改进的阶梯覆盖率。也期望避免与图1(b)中展示的悬突相关联的问题。
发明内容
本发明在其至少一些实施例中解决上文描述的问题、需要及期望。
根据本发明的第一方面，提供一种通过物理气相沉积(PVD)将沉积材料沉积到形成在衬底中的多个凹槽中的方法，所述方法包括以下步骤：
将所述衬底定位在衬底支撑件的衬底支撑上表面上，其中永磁体布置定位于所述衬底支撑上表面下方，使得永磁体被安置在所述衬底下方；及
通过从磁控管装置的目标溅射溅射材料而将所述沉积材料沉积到形成在所述衬底中的所述凹槽中；
其中，在沉积所述沉积材料的所述步骤期间，所述永磁体布置提供跨越所述衬底的表面的大体上均匀的横向磁场，所述横向磁场延伸到所述衬底的外围以外的区中，以增强沉积到所述凹槽中的沉积材料的再溅射。
所述永磁体布置可定位于所述衬底支撑上表面下方，使得所述永磁体另外安置在所述衬底的所述外围以外。这些布置是有利的，因为其帮助产生跨越所述衬底的所述表面的大体上均匀的横向磁场，所述横向磁场延伸到所述衬底的外围以外的区中。然而，这种类型的大体上均匀的横向磁场可使用位于所述衬底下方但不延伸到所述衬底的所述外围以外的永磁体布置来产生。通常，在这些例项中，所述永磁体布置接近所述衬底的所述外围延伸，例如延伸到所述衬底的所述外围的1到2cm。
所述目标及所述衬底可分离2.5到7.5cm的间隙。所述目标及所述衬底可分离2.5到4cm的间隙。有利的是，由于上述原因，可实现相对较短的目标到衬底间距。
DC功率可被施加到所述目标以溅射所述材料。此DC功率可被施加到所述目标，以用0.1到5Wcm-2的施加功率密度溅射所述材料。所述施加的功率密度可为0.25到1Wcm-2。显著的优点是，可以有效的方式实施本发明，而不要求使用i-PVD方法，例如高目标功率，以实现高部分电离。而且，不必使用与i-PVD相关联的特征，例如使用电磁体的在所述衬底上方的浸入式ICP线圈及磁约束，来实施本发明。
所述永磁体布置可为可移动的。在沉积所述沉积材料的所述步骤期间，所述永磁体布置可经受允许提供所述大体上均匀的横向磁场的运动。所述可移动的永磁体布置所经受的所述运动可为旋转。所述可移动的永磁体布置可以2.5到15rpm旋转。所述可移动的永磁体布置可以5到10rpm旋转。
替代地，所述可移动的永磁体布置所经受的所述运动可为往复运动。可考虑实现可接受的均匀横向磁场的其它运动。然而，旋转及往复运动是特别有利的，因为其可以有效及经济的方式实施。原则上，所述永磁体布置中的所述磁体可为静止的，且仍然产生足够均匀的横向磁场。
跨越所述衬底的所述表面提供且延伸到所述衬底的外围以外的区中的所述大体上均匀的横向磁场可具有在100到500高斯(0.01到0.05特斯拉)范围内的磁场强度。
在沉积所述沉积材料的所述步骤期间，Ar或He可用作工艺气体。已发现Ar及He引发特别有利的结果。Ar可用来自所述凹槽的极好再溅射提供极好的底部、底部边角及侧壁覆盖率。He可提供极好的下侧壁覆盖率。可使用其它适当的工艺气体，例如其它惰性气体，例如Ne、Kr或Xe。可使用工艺气体的组合，例如He及Ar。
在沉积所述沉积材料的所述步骤期间，可向所述衬底施加RF功率以产生DC偏压。所述RF功率可被施加到所述衬底以产生100到500V的DC偏压。
沉积所述沉积材料的所述步骤可在2到150mTorr的范围内的腔室压力下执行。沉积所述沉积材料的所述步骤可在30到100mTorr的范围内的腔室压力下执行。
所述沉积材料可为Ti、TiN、Ta、TaN、W、WN、Co、Ru或Cu。然而，所述沉积材料不限于这些实例。
所述沉积材料可从所述目标直接沉积。在这些实例中，所述沉积材料对应于制造所述目标的材料。替代地，可通过使用反应气体的反应溅射来沉积所述沉积材料。所述反应气体可为氢气、氮气或氧气。所述沉积材料可为氢化物、氮化物或氧化物材料。
所述凹槽可为通孔。所述凹槽可为其它凹槽特征，例如沟槽。本发明的所述方法可被并入到接触金属化应用中。
所述大体上均匀的横向磁场可为跨越所述衬底的所述表面针对沉积的持续时间具有+/-25％的平均径向变化且也延伸到所述衬底的外围以外的区中的磁场。任选地，针对所述沉积的所述持续时间的此平均径向变化为+/-10％。
根据本发明的第二方面，提供一种用于将沉积材料沉积到形成在衬底中的多个凹槽中的物理气相沉积(PVD)设备，其包括：
腔室；
磁控管装置，其包括安置在所述腔室中的目标，可从所述目标溅射溅射材料；及
衬底固持器，其经配置以固持预定尺寸的衬底，所述衬底固持器包括安置在所述腔室中的衬底支撑件；
其中：
所述衬底支撑件包括衬底支撑上表面及定位于所述衬底支撑上表面下方的永磁体布置，使得在使用中，永磁体安置在所述衬底下方；且其中所述永磁体布置经配置以在使用中提供跨越所述衬底的表面的大体上均匀的横向磁场，所述横向磁场延伸到所述衬底的外围以外的区中，以增强沉积到所述凹槽中的沉积材料的再溅射。
所述永磁体布置可定位于所述衬底支撑上表面下方，使得永磁体另外安置在所述衬底的所述外围以外。
在使用中，所述目标及所述衬底支撑件可分离2.5到7.5cm的间隙。
所述永磁体布置可为可移动的。所述设备可进一步包括经配置以使所述永磁体布置经受允许在使用中提供所述大体上均匀的横向磁场的运动的机构。所述机构可为用于旋转所述可移动的永磁体布置的旋转机构。所述机构可为用于往复移动所述可移动的永磁体布置的往复机构。
所述永磁体布置中的所述磁体可经配置为适当的二维(2D)配置。在使用中，此布置延伸i)到所述衬的底下方，且任选地延伸ii)到所述衬底的所述外围以外。所述永磁体布置可为以适当模式配置的阵列，例如永磁体的圆形安置阵列或永磁体的直线安置阵列。
应理解，所述衬底固持器经配置及定大小以处理某一大小及形状的衬底。所述衬底固持器可进一步包括特定于特定类型的衬底的屏蔽罩及类似器具。所述衬底支撑件可包括压板或卡盘。所述衬底支撑件可由金属材料形成。所述金属材料可为金属或金属合金，例如铝或铝合金。
通常，所述设备包括控制器，所述控制器经配置以控制所述设备以执行根据本发明的第一方面的方法。
所述设备可包括经连接到所述衬底支撑件的RF电源。所述RF电源允许RF功率被施加到所述衬底以产生DC偏压。
所述设备可与定位在所述衬底支撑件的所述衬底支撑上表面上的所述衬底组合提供。所述衬底可为半导体衬底。所述衬底可为例如硅晶片的硅衬底。
虽然上文已描述本发明，但其扩展到上文或以下描述、图或技术方案中陈述的特征的任何发明组合。例如，关于本发明的第一方面公开的任何特征可与关于本发明的第二方面公开的任何特征组合，且反之亦然。
附图说明
现将参考附图仅通过实例来描述本发明的实施例，其中：
图1是(a)在通孔的开口处没有收缩及(b)在通孔的开口处有收缩的通孔的半示意性横截面视图；
图2是本发明的设备的半示意图；
图3是包含永磁体布置的图2的衬底固持器的半示意图；
图4是具有使用背景技术的电离PVD设备沉积的钛层的通孔的SEM(扫描电子显微镜)图像；
图5展示依据RF偏压功率及目标功率而变化的出现的DC偏压；
图6是具有使用本发明的设备用Ar工艺气体沉积的钛层的通孔的SEM图像；
图7展示具有使用本发明的设备用He工艺气体沉积的钛层的通孔的(a)顶部及(b)基底的SEM图像；及
图8展示(a)具有PVD沉积钛层的通孔的示意图，展示15个测量点，以及(b)在使用本发明的设备及背景技术的电离PVD设备执行且使用TEM(透射电子显微镜)测量的PVD的15个测量点处的以％覆盖率值表示的钛层的厚度。
具体实施方式
在图2中展示本发明的PVD设备200。晶片240定位在真空腔室204内的卡盘202或压板的衬底支撑表面上。卡盘202是衬底支撑件206的部分。在卡盘202内及在晶片及衬底支撑表面下方是永磁体布置，大致上在208处展示。此布置在下文中关于图3更详细地描述。设备进一步包括RF电源210，所述RF电源210连接到衬底支撑件206以在晶片240上提供RF偏压。RF电源210通常在2到20MHz(通常为13.56MHz，超出常规)下操作，但是可使用任何适当频率的RF电信号，例如380到400kHz。通过电阻式加热实现温度控制，且通过连接212实现基于流体的冷却，所述连接212允许冷却流体以本领域读者所熟知的方式流入及流出卡盘202。一或多种工艺气体通过管线隔离阀214及气体管线216进入腔室。所述一或多种工艺气体可包括一或多种惰性气体，例如Ar、He、Ne、Kr、Xe。如后文描述，可使用具有良好结果的He及/或Ar。例如氮气、氧气或氢气的反应气体可用作反应溅射工艺的部分。管线隔离阀214及管线216连接到适当的气体歧管(未展示)，所述气体歧管可输送期望的一或多种工艺气体。设备使用适当真空泵送系统(未展示)通过标号与设备相同的开口218抽空。晶片装载/卸载通过孔隙阀(slot valve)220发生。目标222位于腔室204的顶部与晶片240相对。目标222由负DC电源224驱动，且通过使用电介质隔离226与接地金属腔室隔离。通常，目标是圆形的。旋转磁体组合件228定位于目标222的后面。旋转磁体组合件228包括永磁体230，所述永磁体230有助于在目标222附近捕获电子且提供目标222的整面侵蚀。目标222、旋转磁体组合件228及电源224构成允许发生溅射的磁控管装置。如下文更详细地解释，衬底支撑件206提供RF的电容耦合以及再溅射工艺的磁增强。
图3是其中晶片240处于适当位置的图2的卡盘202的横截面视图。图3展示可用于提供增强的沉积及再溅射的永磁体300、302的布置。将要处理的晶片240定位在卡盘202的衬底支撑表面304上。卡盘202包括下部分306及上部分308。上部分308是承载衬底支撑表面304的环形环。上部分308附接到下部分306，且下部分306、上部分308及衬底支撑表面304一起形成卡盘202内的腔。在腔内，永磁体300、302的阵列定位在附接到轴件312的旋转板310上。旋转板310在下部分306上方旋转，而轴件312行进穿过下部分306中的孔隙，以允许轴件312通过适当的驱动机构(未展示)旋转。如图3中展示，阵列中的磁体300、302以交替的北极性300及南极性302沿着线性横截面轴布置。交替极性的相邻磁体由间距314分离。将理解，图3是横截面视图，其展示沿着单个横截面轴的布置。实际上，永磁体布置是适当配置的二维(2D)阵列，其在晶片衬底240的整个下表面下方延伸，且也可延伸到衬底的外围以外。永磁体布置提供强的局部磁场。磁场的典型值在晶片240的表面处延伸到晶片的边缘以外为100到500高斯(0.01到0.05特斯拉)。
卡盘202的下部分306及上部分308以及衬底支撑表面304的板状主体通常使用例如铝的金属或例如铝合金的合金制造。与晶片240接触的衬底支撑表面304的最外部分可涂覆有CrO2涂层以提供改进的热性能。如本领域读者所知，表面可通过其它方法进行框架喷涂或粗糙化以保留溅射材料。永磁体阵列的旋转使在晶片表面处能够产生均匀的横向磁场，这继而引起跨越晶片的沉积的极好的中心到边缘均匀性。
使用图2及3中展示的设备以4cm的目标到晶片分离执行实验。实现高深宽比通孔的极好的基底及侧壁覆盖率。通孔具有大于24：1的深宽比(特征深度/特征直径)及0.5微米的直径。使用332mm直径的Ti目标来在以低目标功率(<5W/cm2)操作的200mm直径的硅晶片上沉积薄Ti阻挡层，而无从目标溅射的材料的任何额外的等离子体增强。在这些条件下，系统在没有高密度的电离Ti从目标发射(换句话说，等离子体中没有高离子分数)的情况下操作。这与背景技术的电离PVD系统形成对比。4cm的小目标到晶片分离将预期导致大量溅射材料以非垂直入射到达晶片。预计2.5到7.5cm的目标到晶片分离将以类似的方式操作。在目标到晶片分离的此范围以外，均匀性及沉积速率将可能是一个问题，除非采用电离PVD技术。
令人惊讶的是，发现归因于增强的蚀刻性能，可避免在沉积期间通孔开口的闭合，且实现这些非常高深宽比特征的极好基底及侧壁覆盖率。在以下操作条件下执行一组实验：82mTorr Ar压力；0.4kW目标功率(0.46W/cm2)；120V DC偏压；永磁体的阵列以约5到10rpm的旋转。所得阶梯覆盖率结果如表1中展示，其指示在高深宽比特征中实现极好的中心到边缘均匀性。应注意，甚至在晶片的边缘处观察到最小的阴影(由通孔轮廓引起)。据信，在晶片表面上及深特征内材料的增强再溅射避免通孔的闭合，且实现良好的基底覆盖率及极好的侧壁覆盖率。
晶片中心 晶片边缘
场 100％ 100％
侧壁 3.8％ 6.6％
边角 10.8％ 11.9％
底部 15.7％ 13.1％
表1.在晶片中心及边缘处通过SEM测量的阶梯覆盖率的比较。
在图2及3中展示的本发明的设备与由申请人制造的背景技术i-PVD模块(在SigmafxP TM PVD设备上的高级HiFillTM PVD模块，其可从位于英国南威尔士纽波特(Newport,South Wales,UK)的SPTS技术有限公司商购)之间进行性能比较。
在背景技术先进HiFillTM PVD腔室中，腔室周围的高压板DC偏压及螺线管线圈与长距离设计结合使用以改进阶梯覆盖率。使用1mT Ar工艺气体在40kW目标功率(46W/cm2)下，以与约350mm的目标到衬底距离组合的450W RF偏压(导致110V DC偏压)执行到高深宽比通孔(25:1)中的Ti沉积。如图4中展示，实现高达场(232nm)的19％的良好基底覆盖率([特征的基底处的覆盖厚度/场中的厚度]％)。然而，仅极少量的这种材料再溅射到通孔的底部处的侧壁上，仅赋予2％覆盖率。
使用本发明的设备，可实现高得多程度的再溅射。凭借0.25kW的目标功率(约0.29W/cm2)、100W的RF功率及3.5mTorr的腔室压力，实现110V的偏压。然而，这些条件导致在通孔的底部处可忽略不计的再溅射。基底覆盖率为约5％，这比使用类似压力及出现类似DC偏压时的背景技术系统更差，尽管目标功率高得多。这表明到达晶片的沉积不足。
应注意，仅在基底覆盖率可增加的情况下，更大程度的再溅射才是有用的。这是因为材料必须首先沉积到通孔的基底上供其再溅射到侧壁上。为了实现更保形的基底覆盖率，要求对偏压及目标功率进行微调。图5展示使用本发明的设备的依据RF偏压功率及目标功率而变化的DC偏压。针对0.25kW 500、0.5kW 502及2kW 504的目标功率，展示依据以W为单位的RF功率而变化的以V为单位的出现的DC偏压。随着RF功率增加，实现非常高的DC偏压值。然而，可见，针对给定的RF功率值，DC偏压未随着增加的目标功率而增加。鉴于这些结果，我们假定对于到卡盘的给定的RF功率，再溅射速率是相对恒定的。这表明，对于给定目标膜厚度，目标功率及RF功率的值对实现足够的再溅射是重要的。
如图6中可见，通过将Ar压力大体上增加到100mTorr以增加散射，同时将目标功率密度增加到0.4W/cm2，且将衬底DC偏压增加到123V来对基底覆盖率进行显著改进。这赋予17％的底部覆盖率以及12％的底部边角覆盖率，这远优于背景技术系统。
所使用的工艺气体的类型是可用于控制再溅射的另一工艺参数。如之前陈述，当Ar用作工艺气体时，归因于晶片上的DC偏压，较高的RF功率导致增强的再溅射。可见RF功率将电离材料引导到通孔的底部。然而，选择性地将例如Ti的大量沉积材料引导到通孔的底部而不需要很大程度的再溅射可为有利的。这是可大体上增加通孔底部的覆盖率的方式。使用非常高的RF功率来将Ti引导到通孔中而研究He气体的使用。归因于He离子的小质量，再溅射量将相对较小。因此，可使用高RF功率来将Ti引导到通孔中，而通孔开口不归因于再溅射而闭合。我们发现，此方案适用于大于200V的高DC偏压值，其中观察到约场的50％的底部侧壁覆盖率。图7展示以20mTorr的He操作实现的极好结果，其中0.25kW目标功率及400WRF偏压产生227V的DC偏压。此DC偏压足够高，以从通孔的底部溅射材料(图7(b))，同时避免通孔的闭合(图7(a))。使用Ar作为工艺气体的等效测试导致通孔的闭合。这种情况发生是因为在大量材料可沉积到通孔的底部上之前，材料被再溅射到通孔开口中，导致通孔的闭合。这些结果被视为指示使用较轻的工艺气体导致较少的再溅射量，但较高程度的方向性。
图8(a)是使用硬掩模800沉积到高深宽比特征804(25：1深宽比，0.5微米直径开口)中的Ti层802的草图。图8(a)也展示用于测量Ti层的厚度的15个TEM测量点1到15。图8(b)展示在使用背景技术的i-PVD系统806及本发明808两者在针对特征优化的条件下沉积Ti之后，在图8(a)中展示的15个点处获得的Ti厚度的一系列高分辨率TEM测量的曲线图。可见，当与背景技术系统相比时，本发明在所有点上提供通孔内改进的覆盖率。
在不希望被任何特定理论或猜想所约束的情况下，我们提出，大体上平行于晶片表面的相对强(100到500高斯)均匀磁场减少从RF驱动的压板组合件的电子损失。继而，针对固定的RF功率，这增加了电离。这产生更致密的等离子体，此可更有效地再溅射晶片表面上及通孔内存在的材料。在再溅射中提供这种增强的磁场在通孔内不衰减。这与例如US2018/0327893A1中描述的背景技术系统的浸入式线圈形成对比，所述浸入式线圈位于晶片上方，且只要等离子体位于晶片上方，就在晶片附近提供等离子体的增强。然而，当等离子体到达通孔内时，等离子体将减少。
甚至在相对较低的目标功率密度(<5W/cm2)下，相对较小的目标到晶片分离也提供到达晶片的高通量的溅射材料。通过对例如压力、目标功率、DC偏压及工艺气体的工艺参数的明智选择，可实现极好的结果。可使用Ar及He的混合物(或其它工艺气体混合物)来提供期望的工艺性能。在本文提供的方法及信息可由所属领域的技术人员通过常规实验直接使用或容易地调适，以在跨广泛范围的实施方案及应用通过PVD将材料沉积到凹入特征中时提供极好的结果。例如，通过引入例如N2或O2的反应气体，可使用本发明来实现氮化物或氧化物沉积。

Claims (25)

1.一种通过物理气相沉积PVD将沉积材料沉积到形成在衬底中的多个凹槽中的方法，所述方法包括以下步骤：
将所述衬底定位在衬底支撑件的衬底支撑上表面上，其中永磁体布置定位于所述衬底支撑上表面下方，使得永磁体安置在所述衬底下方；及
通过从磁控管装置的目标溅射溅射材料而将所述沉积材料沉积到形成在所述衬底中的所述凹槽中；
其中，在沉积所述沉积材料的所述步骤期间，所述永磁体布置提供跨所述衬底的表面的大体上均匀的横向磁场，所述横向磁场延伸到所述衬底的外围以外的区中，以增强沉积到所述凹槽中的沉积材料的再溅射。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述永磁体布置定位于所述衬底支撑上表面下方，使得永磁体另外安置在所述衬底的所述外围以外。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述目标及所述衬底分离2.5到7.5cm的间隙。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述目标及所述衬底分离2.5到4cm的间隙。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中将DC功率施加到所述目标以依0.1到5Wcm2的施加的功率密度溅射所述材料。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述施加的功率密度为0.25到1Wcm-2。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述永磁体布置是可移动的，且在沉积所述沉积材料的所述步骤期间，所述永磁体布置经受允许提供所述大体上均匀的横向磁场的运动。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述可移动的永磁体布置所经受的所述运动是旋转。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述可移动的永磁体布置以2.5到15rpm旋转。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述可移动的永磁体布置以5到10rpm旋转。
11.根据权利要求7所述的方法，其中所述可移动的永磁体布置所经受的所述运动是往复运动。
12.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中跨所述衬底的所述表面提供且延伸到所述衬底的外围以外的区中的所述大体上均匀的横向磁场具有在100到500高斯(0.01到0.05特斯拉)范围内的磁场强度。
13.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中在沉积所述沉积材料的所述步骤期间使用Ar及/或He作为工艺气体。
14.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中在沉积所述沉积材料的所述步骤期间，将RF功率施加到所述衬底以产生100到500V的DC偏压。
15.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中沉积所述沉积材料的所述步骤是在2到150mTorr，任选地30到100mTorr范围内的腔室压力下执行。
16.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述沉积材料是Ti、TiN、Ta、TaN、W、WN、Co、Ru或Cu。
17.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述沉积材料通过使用反应气体，任选地氢气、氮气或氧气的反应溅射来沉积。
18.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述凹槽是通孔。
19.一种用于将沉积材料沉积到形成在衬底中的多个凹槽中的物理气相沉积PVD设备，其包括：
腔室；
磁控管装置，其包括安置在所述腔室中的目标，能够从所述目标溅射溅射材料；及
衬底固持器，其经配置以固持预定尺寸的衬底，所述衬底固持器包括安置在所述腔室中的衬底支撑件；
其中：
所述衬底支撑件包括衬底支撑上表面及定位于所述衬底支撑上表面下方的永磁体布置，使得在使用中，永磁体安置在所述衬底下方；且其中所述永磁体布置经配置以在使用中提供跨所述衬底的表面的大体上均匀的横向磁场，所述横向磁场延伸到所述衬底的外围以外的区中，以增强沉积到所述凹槽中的沉积材料的再溅射。
20.根据权利要求19所述的PVD设备，其中所述永磁体布置定位于所述衬底支撑上表面下方，使得永磁体另外安置在所述衬底的所述外围以外。
21.根据权利要求19或权利要求20所述的PVD设备，其中，在使用中，所述目标及所述衬底支撑件分离2.5到7.5cm的间隙。
22.根据权利要求19或权利要求20所述的PVD设备，其中所述永磁体布置是可移动的，且所述设备进一步包括经配置以使所述所述永磁体布置经受允许在使用中提供所述大体上均匀的横向磁场的运动的机构。
23.根据权利要求22所述的PVD设备，其中所述机构是用于旋转所述可移动的永磁体布置的旋转机构。
24.根据权利要求19或权利要求20所述的PVD设备，其包括控制器，所述控制器经配置以控制所述设备执行根据权利要求1至17中任一权利要求所述的方法。
25.根据权利要求19或权利要求20所述的PVD设备，其与定位在所述衬底支撑件的所述衬底支撑上表面上的所述衬底组合。
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