TW202013431A - 用於半導體處理室中的磁控管組件的方法及裝置 - Google Patents

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Abstract

一種用於處理半導體的裝置，其包括處理室，該處理室具有設置在頂部適配器組件中的多個陰極。具有磁控管組件的多個陰極包括用於支撐磁控管組件的分流板、環磁極組件，其耦合到分流板且具有環磁極、線性磁極和中心磁極，線性磁極從環磁極延伸到位於磁控管組件中心的中心磁極，並且開環磁極電弧組件耦合到分流板，該分流板圍繞中心磁極的至少一部分而不與線性磁極相交。磁控管組件的取向使得開環磁極電弧組件的開口朝向遮罩的外壁加以定向。

Description

用於半導體處理室中的磁控管組件的方法及裝置
本原理的實施例一般涉及半導體處理室。
在半導體處理中使用電漿以在稱為濺射的處理中將薄的材料層沉積到基板上。可以使用DC濺射或RF濺射來完成電漿濺射。電漿濺射通常包括位於濺射靶材背面的磁控管，以將磁場投射到處理空間中以增加電漿的密度並增強濺射速率。多陰極處理室使用多個濺射靶材，這些濺射靶材通常緊密間隔以增加單個室中的陰極數量。發明人已經觀察到，當陰極更靠近處理套件遮罩時，可能在處理套件上形成重的材料沉積物而導致剝離和污染。
因此，發明人提供了用於半導體室中的磁控管的改進方法和裝置。
茲提供方法和裝置，其為半導體室提供增強的磁控管，以減少/防止在遮罩壁上的過量沉積，這會導致剝離和污染。
在一些實施例中，磁控管組件包括用於支撐磁控管組件的分流板;環磁極組件，其與分流板耦合且具有環磁極、線性磁極和中心磁極，該線性磁極從環磁極延伸到位於磁控管組件的中心的中心磁極中;以及開環磁極電弧組件，其耦合到分流板，且圍繞中心磁極的至少一部分而不與線性磁極相交。
在一些實施例中，磁控管組件還可包括：其中開環磁極電弧組件具有大約180度至大約350度的弧長，其中磁控管組件位於處理室的陰極中，其中陰極至少是多陰極處理室中的複數個陰極中的一個，其中磁控管組件安裝在處理室中，且開環磁極電弧組件的開口部分靠近處理室內的遮罩的外壁，其中環磁極組件具有均勻分佈的磁體，其中開環磁極電弧組件具有均勻分佈的磁體，其中開環磁極電弧組件或環磁極組件的至少一部分由一種鐵磁材料所製成，其中開環磁極電弧組件的第一寬度和環磁極的第二寬度近似相等，其中，環磁極和開環磁極電弧組件之間的第一距離和開環磁極電弧組件與中心磁極之間的第二距離近似相等，其中開環磁極的第一端和線性磁極之間的第三距離與開環磁極電弧組件的第二端和線性磁極的第四距離近似相等，其中環磁極具有圍繞中心磁極的中心點的第一恆定半徑，且開環磁極電弧組件具有圍繞中心磁極的中心點的第二恆定半徑，第一恆定半徑大於第二恆定半徑，和/或其中環磁極與開環磁極電弧組件之間的第一距離和開環磁極電弧組件與中心磁極之間的第二距離是不同的。
在一些實施例中，一種用於處理半導體的裝置包括處理室，該處理室具有形成內部容積的腔室主體和頂部適配器組件，以及設置在頂部適配器組件中的至少一個陰極，該至少一個陰極具有磁控管組件，其被配置成產生磁場，該磁場的靠近內部容積壁的一部分具有降低的磁場強度。
在一些實施例中，磁控管還可包括用於支撐磁控管組件的分流板;環磁極組件，其與分流板耦合且具有環磁極、線性磁極和中心磁極，該線性磁極從環磁極延伸到位於磁控管組件的中心的中心磁極中；及開環磁極電弧組件，其耦合到分流板，分流板圍繞中心磁極的至少一部分而不與線性磁極相交，其中磁控管組件被配置成定向成使得開環磁極電弧組件的開口朝向內部容積的壁定向;其中開環磁極電弧組件的弧長為約180度至約350度;其中，開環磁極電弧組件的第一寬度和環磁極的第二寬度近似相等;和/或其中環磁極和開環磁極電弧組件之間的第一距離和開環磁極電弧組件與中心磁極之間的第二距離是不同的。
在一些實施例中，陰極組件可以包括磁控管組件，該磁控管組件被配置為產生一磁場，該磁場的一部分具有降低的磁場強度，並且被配置成定向成當被安裝時，使得具有降低的磁場強度的磁場的該部分靠近處理室的內部容積的壁。
在一些實施例中，陰極組件還可包括磁控管組件，其具有用於支撐磁控管組件的分流板;環磁極組件，其與分流板耦合且具有環磁極、線性磁極和中心磁極，該線性磁極從環磁極延伸到位於磁控管組件的中心的中心磁極中;及開環磁極電弧組件，其耦合到分流板且圍繞中心磁極的至少一部分而不與線性磁極相交，其中陰極組件配置成安裝在處理室中，使得磁控管組件是以開環磁極電弧組件的開口朝向處理室的外壁加以定向。
以下揭示了其他和進一步的實施例。
多陰極處理室允許比在單個室中實現的處理類型還來得更大的靈活性。陰極通常圍繞處理室的內部處理容積的頂部而間隔開，並且可以根據靶材材料的類型以DC功率或RF功率操作。隨著更多的陰極結合到處理室中，陰極變得越來越接近處理套件的壁或處理室內的遮罩。發明人已經發現，在這種緊密接近的情況下，靶材可能在遮罩壁上沉積多餘的材料，這會導致處理室中的剝離和污染。當使用鉭黏貼技術來防止氧化鎂沉積後的電弧放電時，有害的影響尤其嚴重。發明人還發現，透過在具有開環磁極電弧組件的陰極中使用磁控管組件，可以有利地在開環磁極電弧組件的開口部分附近減少靶材材料的沉積。透過使磁控管組件定向使得開環磁極電弧組件的開口部分最接近遮罩壁，有利地減少了沉積在遮罩壁上的靶材材料的量。發明人還發現，最靠近壁的沉積速率可以透過調節磁控管組件內的開環磁極電弧組件的弧長來調節。儘管一些實施例將本原理結合在多陰極處理室中，但是本原理也可以應用於其他環境中的磁控管組件，其中在該其他環境中在特定方向上減少靶材沉積是有利的。
在圖1中，多陰極PVD室（例如，處理室100）包括複數個陰極106，其具有相應的複數個靶材（至少一個電介質靶材110和至少一個金屬靶材112）（例如，3RFx3DC交替配置中的6個陰極），該複數個靶材（例如，透過頂部適配器組件142）附接到腔室主體140。陰極106包含磁控管150，以在黏貼和/或沉積處理中幫助引導電漿。也可以使用其他RF/DC陰極配置，例如1x1、2x2、4x4、5x5等。數字表示RF供電陰極與DC供電陰極的比率。在一些實施例中，RF和DC陰極在頂部適配器組件142中交替。當使用多個RF陰極，在沉積處理期間，操作頻率可以偏移以減少任何干擾。例如，在三個RF陰極配置中，第一RF陰極可以以13.56 MHz的頻率操作，第二RF陰極以13.66 MHz（+100 kHz）的頻率操作，且第三RF陰極以13.46 MHz（-100 kHz）的頻率操作。偏移不需要為+/-100 kHz。可以基於給定數量的陰極的串擾防止來選擇偏移。
RF陰極通常與電介質靶材110一起用於在基板上進行電介質膜沉積。例如，可以使用RF陰極濺射氧化鎂（MgO）靶材。在晶片上的電介質膜沉積之後，DC陰極通常與金屬靶材112一起用於黏貼。例如，可以使用DC陰極濺射鉭（Ta）靶材以在沉積MgO之後黏貼腔室。黏貼減少了沉積膜中顆粒的形成和缺陷的可能性。具有RF和DC陰極的處理室允許更快地生產晶片，因為黏貼和電介質沉積可以在一個室中完成。在一些實施例中，金屬靶材112可以由金屬形成，諸如，例如由鉭、鋁、鈦、鉬、鎢和/或鎂形成。電介質靶材110可以由金屬氧化物形成，諸如，例如由氧化鈦、氧化鈦鎂和/或氧化鉭鎂形成。但是，也可以使用其他金屬和/或金屬氧化物。
處理室100還包括基板支撐件130以支撐基板132。處理室100包括開口（未圖示）（例如，狹縫閥），透過該開口，端部執行器（未圖示）可以延伸以將基板132放置在提升銷（未圖示）上，以將基板132降低至基板支撐件130的支撐表面131上。在圖1所示的一些實施例中，靶材110、112相對於支撐表面131基本平行地設置。基板支撐件130包括偏置源136，偏置源136經由匹配網路134耦合到設置在基板支撐件130中的偏置電極138。頂部適配器組件142耦合到處理室100的腔室主體140的上部並且接地。陰極106可具有DC電源108或RF電源102和相關的磁控管150。在RF電源102的情況下，RF電源102經由RF匹配網路104耦合到陰極106。
遮罩121可旋轉地耦合到頂部適配器組件142並由陰極106所共用。在一些實施例中，遮罩121包括遮罩主體122和遮罩頂部120。在其他實施例中，遮罩121具有整合到一個整體件中的遮罩主體122和遮罩頂部120的各態樣。取決於需要在同一時間待濺射靶材的數目，遮罩121可以具有一或多個孔以露出相應的一或多個靶材。遮罩121限制或消除複數個靶材110、112之間的相交污染。遮罩121經由軸123旋轉地耦合到頂部適配器組件142。軸123經由耦合器119附接到遮罩121。
致動器116耦合到與遮罩121相對的軸123。如箭頭144所示，致動器116被配置為旋轉遮罩121，並且沿著處理室100的中心軸線146在垂直方向上上下移動遮罩121，如箭頭145所示。在處理期間，遮罩121升高到向上位置。遮罩121的升高位置暴露在處理步驟期間使用的靶材，並且還遮蔽了在處理步驟期間未使用的靶材。升高的位置也會使用於RF處理步驟的遮罩接地。在一些實施例中，處理室100還包括處理氣體供應128，以將處理氣體供應到處理室100的內部容積125。處理室100還可包括流體耦合到內部容積125的排氣泵124，以從處理室100排出處理氣體。在一些實施例中，例如，在金屬靶材112被濺射之後，處理氣體供應128可以向內部容積125供應氧氣。
圖2描繪了用於圖1中的處理室100的一些實施例的頂部適配器組件142的俯視圖。頂部適配器組件142包括例如適配器250和例如6個陰極206。頂部適配器組件142可包括更多或更少數量的陰極206。陰極206包含磁控管150，其有助於在處理期間引導電漿。陰極206的靶材在圖3中描繪，圖3是根據一些實施例的頂部適配器組件142的仰視圖300。示出了頂部適配器組件142的適配器250的內底表面372。在該實例中，圖示了六個靶材360。在靶材下方是磁控管150。在一些實施例中，靶材360被諸如遮罩121（參見圖1）的處理遮罩（未示出）圍繞和/或覆蓋，以防止沉積在處理室100的內壁上。從圖3中可以看出，隨著處理室的陰極數量增加，靶材360向外擴展得更靠近處理室100的壁。由於處理套件遮罩在靶材360和處理室100的壁之間，因此靶材360甚至更接近處理套件遮罩。發明人已經發現，在金屬沉積或黏貼期間遮罩的緊密接近導致在最靠近靶材360的遮罩區域上的過量沉積。遮罩上的過量沉積導致沉積材料的剝離，並且可能導致基板和/或處理室的污染。發明人發現，在MgO沉積後黏貼鉭時特別會存在剝離。
圖4是根據一些實施例的磁控管組件402的仰視圖400。磁控管組件402包括具有環磁極405（環磁極組件404的外環）、線性磁極406和中心磁極408的環磁極組件404。磁控管組件402還包括圍繞中心磁極408的開環磁極電弧組件410。在一些實施例中，可以調節開環磁極電弧組件410以在中心磁極408周圍產生更大或更小的弧長424。透過調節弧長424以增加開環磁極電弧組件410的開口412，發明人發現由最靠近開口412的靶材所沉積的材料量可以減少。開環磁極電弧組件410的弧長424的範圍可以從大約180度到大約350度。例如，使開口412朝向遮罩121定向，會允許減少的靶材材料沉積在最靠近開口412的遮罩121上，而減少沉積物堆積和/或剝落。
環磁極405的寬度416可以與線性磁極406的寬度414相同或不同。環磁極405的寬度416可以是恆定的或透過環磁極405改變。中心磁極408可以具有圍繞中心點420的恆定半徑422或者變化的半徑，諸如，例如淚珠形狀。開環磁極電弧組件410的寬度418可以是恆定的，或者透過開環磁極電弧組件410的弧長424變化。圍繞中心點420的開環磁極電弧組件410的半徑426可以是恆定的或在整個弧長424（例如，拋物線形狀）上變化。環磁極405的半徑428可以是恆定的，或者圍繞中心點420而透過環長度438改變。開環磁極電弧組件410和中心磁極408之間的距離430在整個弧長424上可以是恆定的，或者在整個弧長424上變化。環磁極405和開環磁極電弧組件410之間的距離432可以是恆定的或在整個弧長424上變化。開環磁極電弧組件410的第一端與線性磁極406之間的第一距離434可以與開環磁極電弧組件410的第二端之間的第二距離436大致相同或不同。
圖5是根據一些實施例的圖4中所示的磁控管組件402的等距視圖500。環磁極組件404和開環磁極電弧組件410安裝在分流板502上。分流板502還用作磁控管組件的結構基座。環磁極組件404和開環磁極電弧組件410包括插入在分流板502和環磁極片504之間的複數個磁體508和開環磁極片506。複數個磁體508不需要沿著環磁極片504或開環磁極片506的長度分佈，或者不需要沿著環磁極片504或開環磁極片506的長度均勻分佈。例如，可以調節複數個磁體508的數量和/或分佈以改變磁場強度和/或促進改善的靶材壽命和/或沉積均勻性。可以使用墊片（未圖示）代替磁體，以提供支撐來代替磁體。中心磁極408可以包括多個磁體或單個磁體。
環磁極片504和開環磁極片506可以由鐵磁材料製成，諸如，例如400系列不銹鋼或其他合適的材料。環磁極組件404和開環磁極電弧組件410的磁強度可以相同或不同。組件內的極性可以是相同的（例如，北或南），但組件之間的極性可以相反（例如，環磁極組件北和開環磁極電弧組件南或環磁極組件南和開環磁極電弧組件北）。
圖6是根據一些實施例的靶材602的視圖600，其圖示了當與圖4的磁控管組件402結合使用時的腐蝕。靶材602沿著位於環磁極組件404和磁控管組件402的開環磁極電弧組件410之間的腐蝕軌道604被更加腐蝕。磁控管組件402的開環磁極電弧組件410產生具有開口606的腐蝕圖案，開口606對應於開環磁極電弧組件410的開口412。透過調節開環磁極電弧組件410的弧長424，可以增加或減小腐蝕軌道604的開口606以控制開口606附近的沉積。
圖7是當與圖4的磁控管組件402結合使用時靶材602的等距視圖700。根據一些實施例，靶材602的腐蝕圖案的開口606朝向遮罩121的壁向外定向702。腐蝕圖案的開口606指示出較少的靶材602沉積在開口606附近。發明人已經發現，使開口606朝向遮罩121的壁而定向會導致靶材材料較少沉積在遮罩上，從而顯著減少材料在遮罩121上的多餘材料堆積和剝離。
儘管前述內容針對本原理的實施例，但是可以在不脫離其基本範圍的情況下設計原理的其他和進一步的實施例。
100:處理室 112:金屬靶材 106:陰極 110:電介質靶材 142:頂部適配器組件 140:腔室主體 150:磁控管 130:基板支撐件 132:基板 131:支撐表面 136:偏置源 134:匹配網路 138:偏置電極 108:DC電源 102:RF電源 121:遮罩 122:遮罩主體 120:遮罩頂部 110:靶材 112:靶材 123:軸 119:耦合器 116:致動器 144:箭頭 146:中心軸線 145:箭頭 128:處理氣體供應 125:內部容積 124:排氣泵 250:適配器 206:陰極 300:仰視圖 250:適配器 372:內底表面 360:靶材 402:磁控管組件 400:仰視圖 405:環磁極 404:環磁極組件 406:線性磁極 408:中心磁極 410:開環磁極電弧組件 424:弧長 412:開口 416:寬度 418:寬度 422:半徑 420:中心點 424:弧長 426:半徑 428:半徑 430:距離 432:距離 434:第一距離 436:第二距離 438:環長度 500:等距視圖 502:分流板 504:環磁極片 508:磁體 506:開環磁極片 602:靶材 600:視圖 604:腐蝕軌道 606:開口 700:等距視圖 702:向外定向
透過參考附圖中描繪的本原理的說明性實施例，可以理解以上簡要概述以及下面更詳細論述的本原理的實施例。然而，附圖僅示出了本原理的典型實施例，因此不應視為對範圍的限制，因為本原理可允許其他同等有效的實施例。
圖1描繪了根據本原理的一些實施例的多陰極處理室的示意圖。
圖2描繪了根據本原理的一些實施例的圖1的多陰極處理室的頂部適配器組件的俯視圖。
圖3描繪了根據本原理的一些實施例的頂部適配器組件的仰視圖。
圖4是根據本原理的一些實施例的磁控管的仰視圖。
圖5是根據本原理的一些實施例的圖4中所示的磁控管的等距視圖。
圖6是根據本原理的一些實施例的當與圖4的磁控管結合使用時顯示腐蝕的靶材的視圖。
圖7是根據本原理的一些實施例的顯示腐蝕的靶材的等距視圖，其示出了當與圖4的磁控管結合使用並且經定向而朝向處理室內部容積的外部時顯示腐蝕的靶材。
為了便於理解，在可能的情況下，使用相同的元件符號來表示附圖中共有的相同元件。附圖未按比例繪製，並且為了清楚起見可以簡化。一個實施例的元件和特徵可以有利地併入其他實施例中而無需進一步敘述。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100:處理室
112:金屬靶材
106:陰極
110:電介質靶材
142:頂部適配器組件
140:腔室主體
150:磁控管
130:基板支撐件
132:基板
131:支撐表面
136:偏置源
134:匹配網路
138:偏置電極
108:DC電源
102:RF電源
121:遮罩
122:遮罩主體
120:遮罩頂部
110:靶材
112:靶材
123:軸
119:耦合器
116:致動器
144:箭頭
146:中心軸線
145:箭頭
128:處理氣體供應
125:內部容積
124:排氣泵

Claims (20)

  1. 一種磁控管組件，該磁控管組件包括： 一分流板，其用於支撐該磁控管組件; 一環磁極組件，其與該分流板耦合且具有一環磁極、一線性磁極、和一中心磁極，該線性磁極從該環磁極延伸到位於該磁控管組件的一中心的該中心磁極中;和 一開環磁極電弧組件，其耦合到圍繞該中心磁極的至少一部分的該分流板，而不與該線性磁極相交。
  2. 根據請求項1所述的磁控管組件，其中該開環磁極電弧組件具有大約180度至大約350度的一弧長。
  3. 根據請求項1所述的磁控管組件，其位於一處理室的一陰極中。
  4. 根據請求項3所述的磁控管組件，其中該陰極是一多陰極處理室中的複數個陰極中的至少一個。
  5. 如請求項1所述的磁控管組件，其安裝在一處理室中，該開環磁極電弧組件的一開口部分靠近該處理室內的一遮罩的一外壁。
  6. 根據請求項1所述的磁控管組件，其中，該環磁極組件具有一均勻的磁體分佈。
  7. 根據請求項1所述的磁控管組件，其中該開環磁極電弧組件具有一均勻的磁體分佈。
  8. 根據請求項1所述的磁控管組件，其中，該開環磁極電弧組件或該環磁極組件的至少一部分由一鐵磁材料製成。
  9. 根據請求項1所述的磁控管組件，其中該開環磁極電弧組件的一第一寬度和該環磁極的一第二寬度近似相等。
  10. 如請求項1所述的磁控管組件，其中該環磁極和該開環磁極電弧組件之間的一第一距離和該開環磁極電弧組件與該中心磁極之間的一第二距離近似相等。
  11. 如請求項1所述的磁控管組件，其中該開環磁極電弧組件的一第一端與該線性磁極之間的第一三距離和該開環磁極電弧組件的一第二端與該線性磁極之間的一第四距離為近似相等。
  12. 根據請求項1所述的磁控管組件，其中該環磁極具有圍繞該中心磁極的一中心點的一第一恆定半徑，並且該開環磁極電弧組件具有圍繞該中心磁極的一中心點的一第二恆定半徑，該第一恆定半徑大於該第二恆定半徑。
  13. 根據請求項1所述的磁控管組件，其中該環磁極和該開環磁極電弧組件之間的一第一距離和該開環磁極電弧組件與該中心磁極之間的一第二距離是不同的。
  14. 一種半導體處理裝置，包括： 一處理室，其具有形成一內部容積的一腔室主體和一頂部適配器組件;和 至少一個陰極，其設置在該頂部適配器組件中，該至少一個陰極具有一磁控管組件，該磁控管組件被配置成產生一磁場，該磁場的靠近該內部容積的一壁的一部分具有一降低的磁場強度。
  15. 根據請求項14所述的裝置，該磁控管組件包括： 一分流板，其用於支撐該磁控管組件; 一環磁極組件，其與該分流板耦合且具有一環磁極、一線性磁極、和一中心磁極，該線性磁極從該環磁極延伸到位於該磁控管組件的一中心的該中心磁極中;和 一開環磁極電弧組件，其耦合到圍繞該中心磁極的至少一部分的該分流板而不與該線性磁極相交， 其中該磁控管組件被配置成定向成使得該開環磁極電弧組件的一開口朝向該內部容積的該壁加以定向。
  16. 根據請求項15所述的裝置，其中該開環磁極電弧組件具有大約180度至大約350度的一弧長。
  17. 如請求項15所述的裝置，其中該開環磁極電弧組件的一第一寬度和該環磁極的一第二寬度近似相等。
  18. 如請求項15所述的裝置，其中該環磁極和該開環磁極電弧組件之間的一第一距離和該開環磁極電弧組件和該中心磁極之間的一第二距離是不同的。
  19. 一種陰極組件，包括： 一磁控管組件，其被配置為產生一磁場，該磁場的一部分具有一降低的磁場強度並且被配置成定向成使得經安裝時具有該降低的磁場強度的該磁場的該部分緊鄰於一處理室的一內部容積的一壁。
  20. 根據請求項19所述的陰極組件，其中該磁控管組件包括： 一分流板，其用於支撐該磁控管組件; 一環磁極組件，其與該分流板耦合且具有一環磁極、一線性磁極和一中心磁極，該線性磁極從該環磁極延伸到位於該磁控管組件的一中心的該中心磁極中;和 一開環磁極電弧組件，其耦合到圍繞該中心磁極的至少一部分的該分流板而不與該線性磁極相交， 其中該陰極組件被配置成安裝在一處理室中，使得該磁控管組件以該開環磁極電弧組件的一開口朝向該處理室的一外壁加以定向。
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