TW202332791A - 物理氣相沈積(pvd)方法及設備 - Google Patents

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Abstract

根據本發明，提供一種藉由物理氣相沈積(PVD)將一沈積材料沈積至形成在一基板中之複數個凹槽中之方法，該方法包括以下步驟： 將該基板定位在一基板支撐件之一基板支撐上表面上，其中一永磁體配置定位於該基板支撐上表面下方，使得永磁體安置在該基板下方；及 藉由從一磁控管裝置之一目標濺射一濺射材料而將該沈積材料沈積至形成在該基板中之該等凹槽中； 其中，在沈積該沈積材料之該步驟期間，該永磁體配置提供跨該基板之表面之一實質上均勻之橫向磁場，該橫向磁場延伸至該基板之一周邊以外之一區，以增強沈積至該等凹槽中之沈積材料之再濺射。

Description

物理氣相沈積(PVD)方法及設備
本發明係關於藉由物理氣相沈積(PVD)將一沈積材料沈積至一基板上之方法，特別係關於藉由PVD將一沈積材料沈積至形成在一基板上之複數個凹槽中之方法。本發明亦係關於相關聯之PVD設備。
藉由PVD沈積之薄金屬或金屬氮化物層通常在製造程序中用於製造半導體裝置中之後段製程(BEOL)互連層。在此等程序中沈積之材料之實例包含Ti、TiN、Ta、TaN、W、WN、Co、Ru及Cu。當使用銅鑲嵌金屬化時，在PVD沈積銅晶種層及隨後之電化學(ECD)銅沈積之前，必須沈積例如Ti之一薄粘附及/或阻障層。可沈積兩層而非一單一粘附/阻障層。例如，可沈積Ti及TiN層。在諸如高深寬比穿矽通孔(TSV)之應用中，需要形成連續之金屬阻障層及晶種層來使塊銅能夠成功ECD至通孔中。一深寬比為5:1或更大且一開口直徑為約0.5至10 μm直徑之一通孔可被視為一高深寬比通孔，儘管此並非一詳盡之定義。
圖1(a)展示在其中在通孔之開口處無限制之一理想化PVD沈積程序之後之一TSV之一半示意圖。另一方面，圖1(b)顯示為成功處理晶圓而應避免之一些問題。在圖1(a)中，將一TSV 100蝕刻至一矽晶圓102中。接著，通常藉由一CVD或ALD程序在開口內沈積諸如SiO 2之一適當材料之一介電質襯層104。接著，此後係藉由電離PVD沈積(例如) Ti之一阻障層106，此後係藉由電離PVD沈積一銅層108。所有層需要係連續的。此對於PVD程序尤其具挑戰性，特別係對於更高寬比特徵，此係因為難以用從目標進入一通孔之一相對垂直入射之材料來塗覆通孔之側壁。在圖1(b)中，可觀察到需要避免之兩個問題。在正常之PVD沈積條件下，在開口之頂部處，吾人將期望場(晶圓表面)中之沈積速率比通孔內大得多。此導致通孔頂部處之一懸突110，此將接著減少可進入特徵之沈積材料之量。尤其減少材料沈積至通孔之下部區112上。最終，此可導致特徵之閉合，此係不可接受的。然而，甚至開口之一稍微變窄將使隨後之ECD銅沈積程序變得更加苛刻，而通孔中之一空隙將導致一有缺陷之裝置。
達成連續阻障層及晶種層膜之習知方法使用具有一再濺射能力之電離PVD (i-PVD)系統。電離PVD系統透過使用一浸入式ICP線圈、磁約束或對目標之非常高功率之脈衝，或此等技術之一組合而在目標附近使用高密度電漿源。此提供一金屬離子源，該等金屬離子可被引導朝向晶圓支撐件。要求金屬之一高分率電離，且通常達成至少30%之一分率電離。經常，當金屬離子及電子行進朝向晶圓支撐件時，磁約束用來最小化損耗。為了最大化特徵之基底覆蓋率，此等先前技術系統傾向於以大於10 cm之相對大之目標至晶圓分離來操作。此係為了最小化以非垂直入射到達晶圓表面之材料量。濺射材料之非垂直通量可能閉合通孔開口，如圖1(b)中展示。此等類型之電離PVD系統之實例在US2012/0228125 A1、US7504006 B2、US2018/0327893 A1、US8435389 B2及US7378001 B2中描述。
藉由在幾mTorr之一低壓下操作以最小化散射及一大目標至晶圓分離以準直到達晶圓表面之材料之通量，一電離源可提供被引導至晶圓之金屬離子之一高通量。若此通量與晶圓支撐件上之一負DC偏壓耦合，以將陽離子吸引至晶圓，則可達成極佳之基底覆蓋率。藉由向支撐件施加一RF偏壓功率來達成一負DC偏壓。然而，不可能將電離材料引導至特徵之側壁上以便達成良好的階梯覆蓋率。充分之側壁覆蓋率係藉由再濺射特徵內之材料而達成。在晶圓附近之浸入式ICP線圈及靠近晶圓之電磁體已用來維持接近晶圓之一高密度電漿，以協助再濺射程序。
所有此等先前技術i-PVD系統具有缺點。其等非常複雜且昂貴，要求向目標供應高DC功率。大於10 kW之DC功率通常係必要的，從而導致針對一300 mm直徑晶圓系統之大於20 W/cm 2之一目標功率密度，以便達成一足夠緻密之電漿。潛在地，若使用一浸入式ICP線圈系統，則可能需要多於一個RF供應器。經常要求電磁體來容納及引導電漿。另一問題係歸因於目標與晶圓之間的大分離之一相對較低之目標利用率。
因此，需要一種更簡單、更具成本效益之PVD系統，其能夠以更有效之目標利用率達成等效或理想地改良之程序效能。亦普遍期望至諸如通孔之凹槽特徵中之PVD之改良程序效能。特定言之，期望可以極佳之側壁覆蓋率在一凹槽特徵內遞送高品質連續膜之PVD程序及設備。一相關之期望係達成改良之階梯覆蓋率。亦期望避免與圖1(b)中展示之懸突相關聯之問題。
本發明在其至少一些實施例中解決上文描述之問題、需要及期望。
根據本發明之一第一態樣，提供一種藉由物理氣相沈積(PVD)將一沈積材料沈積至形成在一基板中之複數個凹槽中之方法，該方法包括以下步驟： 將該基板定位在一基板支撐件之一基板支撐上表面上，其中一永磁體配置定位於該基板支撐上表面下方，使得永磁體被安置在該基板下方；及 藉由從一磁控管裝置之一目標濺射一濺射材料而將該沈積材料沈積至形成在該基板中之該等凹槽中； 其中，在沈積該沈積材料之該步驟期間，該永磁體配置提供跨該基板之表面之一實質上均勻之橫向磁場，該橫向磁場延伸至該基板之一周邊以外之一區中，以增強沈積至該等凹槽中之沈積材料之再濺射。
該永磁體配置可定位於該基板支撐上表面下方，使得該等永磁體另外安置在該基板之該周邊以外。此等配置係有利的，此係因為其等幫助產生跨該基板之該表面之實質上均勻之橫向磁場，該橫向磁場延伸至該基板之一周邊以外之一區中。然而，此種類型之一實質上均勻之橫向磁場可使用位於該基板下方但不延伸至該基板之該周邊以外之一永磁體配置來產生。通常，在此等例項中，該永磁體配置接近該基板之該周邊延伸，例如延伸至該基板之該周邊之1至2 cm。
該目標及該基板可分離達2.5至7.5 cm之一間隙。該目標及該基板可分離達2.5至4 cm之一間隙。有利的是，由於上述原因，可達成相對較短之目標至基板間距。
一DC功率可被施加至該目標以濺射該材料。此DC功率可被施加至該目標，以用0.1至5 Wcm -2之一施加功率密度濺射該材料。該施加之功率密度可為0.25至1 Wcm -2。顯著之優點係，可以一有效之方式實施本發明，而不要求使用i-PVD方法，諸如高目標功率，以達成高分率電離。而且，不必使用與i-PVD相關聯之特徵，諸如使用電磁體之在該基板上方之浸入式ICP線圈及磁約束，來實施本發明。
該永磁體配置可為可移動的。在沈積該沈積材料之該步驟期間，該永磁體配置可經受容許提供該實質上均勻之橫向磁場之一運動。該可移動之永磁體配置所經受之該運動可為旋轉。該可移動之永磁體配置可以2.5至15 rpm旋轉。該可移動之永磁體配置可以5至10 rpm旋轉。
替代地，該可移動之永磁體配置所經受之該運動可為一往復運動。可考慮達成一可接受地均勻之橫向磁場之其他運動。然而，旋轉及往復運動係特別有利的，此係因為其等可以一有效且經濟之方式實施。原則上，該永磁體配置中之該等磁體可為靜止的，且仍然產生一足夠均勻之橫向磁場。
跨該基板之該表面提供且延伸至該基板之該周邊以外之一區中之該實質上均勻之橫向磁場可具有在100至500高斯(0.01至0.05特斯拉)範圍內之磁場強度。
在沈積該沈積材料之該步驟期間，Ar或He可用作一程序氣體。已發現Ar及He引發特別有利之結果。Ar可用來自該等凹槽之極佳再濺射提供極佳之底部、底部邊角及側壁覆蓋率。He可提供極佳之下側壁覆蓋率。可使用其他適當之程序氣體，諸如其他惰性氣體，例如Ne、Kr或Xe。可使用程序氣體之組合，諸如He及Ar。
在沈積該沈積材料之該步驟期間，可向該基板施加一RF功率以產生一DC偏壓。該RF功率可被施加至該基板以產生100至500 V之一DC偏壓。
沈積該沈積材料之該步驟可在2至150 mTorr之範圍內之一腔室壓力下執行。沈積該沈積材料之該步驟可在30至100 mTorr之範圍內之一腔室壓力下執行。
該沈積材料可為Ti、TiN、Ta、TaN、W、WN、Co、Ru或Cu。然而，該沈積材料不限於此等實例。
該沈積材料可從該目標直接沈積。在此等實例中，該沈積材料對應於製造該目標之材料。替代地，可藉由使用一反應氣體之反應濺射來沈積該沈積材料。該反應氣體可為氫氣、氮氣或氧氣。該沈積材料可為氫化物、氮化物或氧化物材料。
該等凹槽可為通孔。該等凹槽可為其他凹槽特徵，諸如溝槽。本發明之該方法可被併入至接觸金屬化應用中。
該實質上均勻之橫向磁場可為跨該基板之該表面針對沈積之持續時間具有+/-25%之一平均徑向變化且亦延伸至該基板之一周邊以外之一區中之一磁場。視情況，針對該沈積之該持續時間之此平均徑向變化為+/-10%。
根據本發明之一第二態樣，提供一種用於將一沈積材料沈積至形成在一基板中之複數個凹槽中之一物理氣相沈積(PVD)設備，其包括： 一腔室； 一磁控管裝置，其包括安置在該腔室中之一目標，可從該目標濺射一濺射材料；及 一基板固持器，其經組態以固持預定尺寸之一基板，該基板固持器包括安置在該腔室中之一基板支撐件； 其中： 該基板支撐件包括一基板支撐上表面及定位於該基板支撐上表面下方之一永磁體配置，使得在使用中，永磁體安置在該基板下方；且其中該永磁體配置經組態以在使用中提供跨該基板之表面之一實質上均勻之橫向磁場，該橫向磁場延伸至該基板之一周邊以外之一區中，以增強沈積至該等凹槽中之沈積材料之再濺射。
該永磁體配置可定位於該基板支撐上表面下方，使得永磁體另外安置在該基板之該周邊以外。
在使用中，該目標及該基板支撐件可分離達2.5至7.5 cm之一間隙。
該永磁體配置可為可移動的。該設備可進一步包括經組態以使該永磁體配置經受容許在使用中提供該實質上均勻之橫向磁場之一運動之一機構。該機構可為用於旋轉該可移動之永磁體配置之一旋轉機構。該機構可為用於往復移動該可移動之永磁體配置之一往復機構。
該永磁體配置中之該等磁體可經組態為一適當之二維(2D)組態。在使用中，此配置延伸i)至該基板下方，且視情況延伸ii)至該基板之該周邊以外。該永磁體配置可為以一適當圖案組態之一陣列，諸如永磁體之一圓形安置陣列或永磁體之一直線安置陣列。
應理解，該基板固持器經組態及定大小以處理一特定大小及形狀之一基板。該基板固持器可進一步包括特定於一特定類型之基板之屏蔽件及類似器具。該基板支撐件可包括一壓板或卡盤。該基板支撐件可由一金屬材料形成。該金屬材料可為一金屬或一金屬合金，諸如鋁或鋁合金。
通常，該設備包括一控制器，該控制器經組態以控制該設備以執行根據本發明之第一態樣之一方法。
該設備可包括經連接至該基板支撐件之一RF電源。該RF電源容許一RF功率被施加至該基板以產生一DC偏壓。
該設備可與定位在該基板支撐件之該基板支撐上表面上之該基板組合提供。該基板可為一半導體基板。該基板可為諸如一矽晶圓之一矽基板。
雖然上文已描述本發明，但其擴展至上文或以下描述、圖或技術方案中陳述之特徵之任何發明組合。例如，關於本發明之第一態樣揭示之任何特徵可與關於本發明之第二態樣揭示之任何特徵組合，且反之亦然。
在圖2中展示本發明之一PVD設備200。一晶圓240定位在一真空腔室204內之一卡盤202或壓板之一基板支撐表面上。卡盤202係一基板支撐件206之部分。在卡盤202內及在晶圓及基板支撐表面下方係一永磁體配置，大體上在208處展示。此配置在下文中關於圖3更詳細地描述。設備進一步包括一RF電源210，該RF電源210連接至基板支撐件206以在晶圓240上提供一RF偏壓。RF電源210通常在2至20 MHz (通常為13.56MHz，超出習知)下操作，但可使用任何適當頻率之一RF電信號，諸如380至400 kHz。透過電阻式加熱達成溫度控制，且透過一連接212達成基於流體之冷卻，該連接212容許一冷卻流體以熟習此項技術者所熟知之一方式流入及流出卡盤202。一或多種程序氣體透過管線隔離閥214及氣體管線216進入腔室。一或多種程序氣體可包括一或多種惰性氣體，諸如Ar、He、Ne、Kr、Xe。如後文描述，可使用具有良好結果之He及/或Ar。諸如氮氣、氧氣或氫氣之一反應氣體可用作一反應濺射程序之部分。管線隔離閥214及管線216連接至一適當之氣體歧管(未展示)，該氣體歧管可輸送所要一或多種程序氣體。設備使用一適當真空泵送系統(未展示)透過標號與設備相同之一開口218抽空。晶圓裝載/卸載透過一孔隙閥(slot valve) 220發生。一目標222位於腔室204之頂部與晶圓240相對。目標222由一負DC電源供應器224驅動，且透過使用介電質隔離226與接地金屬腔室隔離。通常，目標係圓形的。一旋轉磁體總成228定位於目標222之後部。旋轉磁體總成228包括永磁體230，該永磁體230有助於在目標222附近捕獲電子且提供目標222之整面侵蝕。目標222、旋轉磁體總成228及電源供應器224構成容許發生濺射之一磁控管裝置。如下文更詳細地解釋，基板支撐件206提供RF之電容耦合以及再濺射程序之磁增強。
圖3係其中晶圓240處於適當位置之圖2之卡盤202之一橫截面視圖。圖3展示可用於提供增強之沈積及再濺射之永磁體300、302之一配置。待處理之晶圓240定位在卡盤202之基板支撐表面304上。卡盤202包括一下部分306及一上部分308。上部分308係承載基板支撐表面304之一環形環。上部分308附接至下部分306，且下部分306、上部分308及基板支撐表面304一起形成卡盤202內之一腔。在腔內，永磁體300、302之陣列定位在附接至一軸件312之一旋轉板310上。旋轉板310在下部分306上方旋轉，而軸件312行進穿過下部分306中之一孔隙，以容許軸件312藉由一適當之驅動機構(未展示)旋轉。如圖3中展示，陣列中之磁體300、302以交替之北極性300及南極性302沿著一線性橫截面軸配置。交替極性之相鄰磁體分離達一間距314。將理解，圖3係一橫截面視圖，其展示沿著一單一橫截面軸之配置。實際上，永磁體配置係適當組態之一二維(2D)陣列，其在晶圓基板240之整個下表面下方延伸，且亦可延伸至基板之周邊以外。永磁體配置提供強局部磁場。磁場之典型值在晶圓240之表面處延伸至晶圓之邊緣以外為100至500高斯(0.01至0.05特斯拉)。
卡盤202之下部分306及上部分308以及基板支撐表面304之板狀主體通常使用諸如鋁之一金屬或諸如一鋁合金之一合金製造。與晶圓240接觸之基板支撐表面304之最外部分可塗覆有一CrO 2塗層以提供改良之熱效能。如熟習此項技術者所知，表面可藉由其他方法進行框架噴塗或粗糙化以保留濺射材料。永磁體陣列之旋轉使在晶圓表面處能夠產生一均勻之橫向磁場，此繼而引起跨晶圓之沈積之極佳之中心至邊緣均勻性。
使用圖2及圖3中展示之設備以4 cm之一目標至晶圓分離執行實驗。達成高深寬比通孔之極佳之基底及側壁覆蓋率。通孔具有大於24：1之一深寬比(特徵深度/特徵直徑)及0.5微米之一直徑。使用一332 mm直徑之Ti目標來在以低目標功率(＜ 5W/cm 2)操作之200 mm直徑之矽晶圓上沈積薄Ti阻障層，而無從目標濺射之材料之任何額外之電漿增強。在此等條件下，系統在無高密度之電離Ti從目標發射(換言之，電漿中無高離子分數)之情況下操作。此與先前技術之電離PVD系統形成對比。4 cm之小目標至晶圓分離將預期導致大量濺射材料以非垂直入射到達晶圓。預計2.5至7.5 cm之目標至晶圓分離將以一類似之方式操作。在目標至晶圓分離之此範圍以外，均勻性及沈積速率將可能係一個問題，除非採用電離PVD技術。
令人驚訝的是，發現歸因於一增強之蝕刻效能，可避免在沈積期間通孔開口之閉合，且達成此等非常高深寬比特徵之極佳基底及側壁覆蓋率。在以下操作條件下執行一組實驗：82 mTorr Ar壓力；0.4 kW目標功率(0.46W/cm 2)；120V DC偏壓；永磁體之陣列以約5至10 rpm之旋轉。所得階梯覆蓋率結果在表1中展示，其指示在高深寬比特徵中達成極佳之中心至邊緣均勻性。應注意，甚至在晶圓之邊緣處觀察到最小之陰影(由通孔輪廓引起)。據信，在晶圓表面上及深特徵內材料之增強再濺射避免通孔之閉合，且實現良好之基底覆蓋率及極佳之側壁覆蓋率。
   晶圓中心 晶圓邊緣
場 100% 100%
側壁 3.8% 6.6%
邊角 10.8% 11.9%
底部 15.7% 13.1%
表1.在晶圓中心及邊緣處藉由SEM量測之階梯覆蓋率之比較。
在圖2及圖3中展示之本發明之設備與由申請人製造之先前技術i-PVD模組(在一Sigma fxP TMPVD設備上之高級HiFill TMPVD模組，其可從位於英國南威爾士紐波特(Newport, South Wales, UK)之SPTS技術有限公司商購)之間進行效能比較。
在先前技術先進HiFill TMPVD腔室中，腔室周圍之一高壓板DC偏壓及螺線管線圈與一長距離設計結合使用以改良階梯覆蓋率。使用1 mT Ar程序氣體在40 kW目標功率 (46 W/cm 2)下，以與約350 mm之一目標至基板距離組合之450 W RF偏壓(導致110V DC偏壓)執行至高深寬比通孔(25:1)中之Ti沈積。如圖4中展示，達成高達場(232nm)之19%之良好基底覆蓋率([特徵之基底處之覆蓋厚度/場中之厚度]%)。然而，僅極少量之此材料再濺射至通孔之底部處之側壁上，僅賦予2%覆蓋率。
使用本發明之設備，可達成一高得多程度之再濺射。憑藉0.25 kW之一目標功率(約0.29 W/cm 2)、100 W之一RF功率及3.5 mTorr之一腔室壓力，達成110 V之一偏壓。然而，此等條件導致在通孔之底部處可忽略不計之再濺射。基底覆蓋率為約5%，此比使用一類似壓力及出現一類似DC偏壓時之先前技術系統更差，儘管目標功率高得多。此表明到達晶圓之沈積不足。
應注意，僅在基底覆蓋率可增加之情況下，一更大程度之再濺射係有用的。此係因為材料必須首先沈積至通孔之基底上供其再濺射至側壁上。為了達成更保形之基底覆蓋率，要求對偏壓及目標功率進行微調。圖5展示使用本發明之設備之依據RF偏壓功率及目標功率而變化之DC偏壓。針對0.25 kW 500、0.5 kW 502及2 kW 504之目標功率，展示依據以W為單位之RF功率而變化之以V為單位之出現之DC偏壓。隨著RF功率增加，達成非常高之DC偏壓值。然而，可見，針對一給定之RF功率值，DC偏壓未隨著增加之目標功率而增加。鑑於此等結果，吾人假定對於至卡盤之一給定之RF功率，再濺射速率係相對恆定的。此表明，對於一給定目標膜厚度，目標功率及RF功率之值對達成足夠之再濺射係重要的。
如圖6中可見，藉由將Ar壓力實質上增加至100 mTorr以增加散射，同時將目標功率密度增加至0.4 W/cm 2，且將基板DC偏壓增加至123 V來對基底覆蓋率進行顯著改良。此賦予17%之一底部覆蓋率以及12%之一底部邊角覆蓋率，此遠優於先前技術系統。
所使用之程序氣體之類型係可用於控制再濺射之另一程序參數。如之前陳述，當Ar用作程序氣體時，歸因於晶圓上之DC偏壓，一較高之RF功率導致增強之再濺射。可見RF功率將電離材料引導至通孔之底部。然而，選擇性地將大量沈積材料(諸如Ti)引導至一通孔之底部而不需要很大程度之再濺射可為有利的。此係可實質上增加通孔底部之覆蓋率之一方式。使用一非常高之RF功率來將Ti引導至通孔中而研究He氣體之使用。歸因於He離子之小質量，再濺射量將相對較小。因此，可使用高RF功率來將Ti引導至通孔中，而通孔開口不歸因於再濺射而變得閉合。吾人發現，此方案適用於大於200 V之高DC偏壓值，其中觀察到約場之50%之底部側壁覆蓋率。圖7展示以20 mTorr之He操作達成之極佳結果，其中0.25 kW目標功率及400 W RF偏壓產生227 V之一DC偏壓。此DC偏壓足夠高，以從通孔之底部濺射材料(圖7(b))，同時避免通孔之閉合(圖7(a))。使用Ar作為程序氣體之等效測試導致通孔之閉合。此種情況發生係因為在大量材料可沈積至通孔之底部上之前，材料被再濺射至通孔開口中，導致通孔之閉合。此等結果被視為指示使用較輕之程序氣體導致一較少之再濺射量，但一較高程度之方向性。
圖8(a)係使用一硬遮罩800沈積至一高深寬比特徵804 (25：1深寬比，0.5微米直徑開口)中之一Ti層802之一草圖。圖8(a)亦展示用於量測Ti層之厚度之15個TEM量測點1至15。圖8(b)展示在使用先前技術之i-PVD系統806及本發明808兩者在針對特徵最佳化之條件下沈積Ti之後，在圖8(a)中展示之15個點處獲得之Ti厚度之一系列高解析度TEM量測之一標繪圖。可見，當與先前技術系統相比時，本發明在所有點處提供通孔內改良之覆蓋率。
在不希望被任何特定理論或猜想所約束之情況下，吾人提出，實質上平行於晶圓表面之相對強(100至500高斯)均勻磁場減少從RF驅動之壓板總成之電子損失。繼而，針對一固定之RF功率，此增加電離。此產生一更緻密之電漿，此可更有效地再濺射晶圓表面上及通孔內存在之材料。在再濺射中提供此增強之磁場在通孔內不衰減。此與諸如US2018/0327893 A1中描述之先前技術系統之浸入式線圈形成對比，該浸入式線圈位於晶圓上方，且只要電漿位於晶圓上方，就在晶圓附近提供電漿之一增強。然而，當電漿到達通孔內時，電漿將減少。
甚至在相對較低之目標功率密度(＜5W/cm 2)下，一相對較小之目標至晶圓分離亦提供到達晶圓之高通量之濺射材料。藉由對諸如壓力、目標功率、DC偏壓及程序氣體之程序參數之明智選擇，可達成極佳之結果。可使用Ar及He之一混合物(或其他程序氣體混合物)來提供所要程序效能。在本文提供之方法及資訊可由熟習此項技術者透過例行實驗直接使用或容易地調適，以在跨廣泛範圍之實施方案及應用藉由PVD將材料沈積至凹入特徵中時提供極佳之結果。例如，藉由引入諸如N 2或O 2之一反應氣體，可使用本發明來達成氮化物或氧化物沈積。
100:穿矽通孔(TSV) 102:矽晶圓 104:介電質襯層 106:阻障層 108:銅層 110:懸突 112:下部區 200:PVD設備 202:卡盤 204:真空腔室 206:基板支撐件 208:永磁體配置 210:RF電源 212:連接 214:管線隔離閥 216:氣體管線 218:開口 220:孔隙閥 222:目標 224:負DC電源供應器 226:介電質隔離 228:旋轉磁體總成 230:永磁體 240:晶圓 300:永磁體 302:永磁體 304:基板支撐表面 306:下部分 308:上部分 310:旋轉板 312:軸件 314:間距 500:0.25 kW 502:0.5 kW 504:2 kW 800:硬遮罩 802:Ti層 804:高深寬比特徵 806:i-PVD系統 808:本發明
現將參考附圖僅藉由實例來描述本發明之實施例，其中： 圖1係(a)在一通孔之開口處無收縮及(b)在通孔之開口處有一收縮之通孔之一半示意性橫截面視圖； 圖2係本發明之一設備之一半示意圖； 圖3係包含一永磁體配置之圖2之基板固持器之一半示意圖； 圖4係具有使用一先前技術之電離PVD設備沈積之一鈦層之一通孔之一SEM (掃描電子顯微鏡)影像； 圖5展示依據RF偏壓功率及目標功率而變化之出現之DC偏壓； 圖6係具有使用本發明之一設備用Ar程序氣體沈積之一鈦層之一通孔之一SEM影像； 圖7展示具有使用本發明之一設備用He程序氣體沈積之一鈦層之一通孔之(a)頂部及(b)基底之SEM影像；及 圖8展示(a)具有一PVD沈積鈦層之一通孔之一示意圖，展示15個量測點，以及(b)在使用本發明之設備及一先前技術之電離PVD設備執行且使用一TEM (透射電子顯微鏡)量測之PVD之15個量測點處之以%覆蓋率值呈現之鈦層之厚度。
200:PVD設備
202:卡盤
204:真空腔室
206:基板支撐件
208:永磁體配置
210:RF電源
212:連接
214:管線隔離閥
216:氣體管線
218:開口
220:孔隙閥
222:目標
224:負DC電源供應器
226:介電質隔離
228:旋轉磁體總成
230:永磁體
240:晶圓

Claims (25)

  1. 一種藉由物理氣相沈積(PVD)將一沈積材料沈積至形成在一基板中之複數個凹槽中之方法，該方法包括以下步驟： 將該基板定位在一基板支撐件之一基板支撐上表面上，其中一永磁體配置定位於該基板支撐上表面下方，使得永磁體安置在該基板下方；及 藉由從一磁控管裝置之一目標濺射一濺射材料而將該沈積材料沈積至形成在該基板中之該等凹槽中； 其中，在沈積該沈積材料之該步驟期間，該永磁體配置提供跨該基板之表面之一實質上均勻之橫向磁場，該橫向磁場延伸至該基板之一周邊以外之一區中，以增強沈積至該等凹槽中之沈積材料之再濺射。
  2. 如請求項1之方法，其中該永磁體配置定位於該基板支撐上表面下方，使得永磁體另外安置在該基板之該周邊以外。
  3. 如請求項1或請求項2之方法，其中該目標及該基板分離達2.5至7.5 cm之一間隙。
  4. 如請求項3之方法，其中該目標及該基板分離達2.5至4 cm之一間隙。
  5. 如請求項1或請求項2之方法，其中將一DC功率施加至該目標以依0.1至5 Wcm 2之一施加之功率密度濺射該材料。
  6. 如請求項5之方法，其中該施加之功率密度為0.25至1 Wcm -2。
  7. 如請求項1或請求項2之方法，其中該永磁體配置係可移動的，且在沈積該沈積材料之該步驟期間，該永磁體配置經受容許提供該實質上均勻之橫向磁場之一運動。
  8. 如請求項7之方法，其中該可移動之永磁體配置所經受之該運動係旋轉。
  9. 如請求項8之方法，其中該可移動之永磁體配置以2.5至15 rpm旋轉。
  10. 如請求項9之方法，其中該可移動之永磁體配置以5至10 rpm旋轉。
  11. 如請求項7之方法，其中該可移動之永磁體配置所經受之該運動係一往復運動。
  12. 如請求項1或請求項2之方法，其中跨該基板之該表面提供且延伸至該基板之該周邊以外之一區中之該實質上均勻之橫向磁場具有在100至500高斯(0.01至0.05特斯拉)範圍內之一磁場強度。
  13. 如請求項1或請求項2之方法，其中在沈積該沈積材料之該步驟期間使用Ar及/或He作為一程序氣體。
  14. 如請求項1或請求項2之方法，其中在沈積該沈積材料之該步驟期間，將一RF功率施加至該基板以產生100至500 V之一DC偏壓。
  15. 如請求項1或請求項2之方法，其中沈積該沈積材料之該步驟係在2至150 mTorr，視情況30至100 mTorr範圍內之一腔室壓力下執行。
  16. 如請求項1或請求項2之方法，其中該沈積材料係Ti、TiN、Ta、TaN、W、WN、Co、Ru或Cu。
  17. 如請求項1或請求項2之方法，其中該沈積材料藉由使用一反應氣體，視情況氫氣、氮氣或氧氣之反應濺射來沈積。
  18. 如請求項1或請求項2之方法，其中該等凹槽係通孔。
  19. 一種用於將一沈積材料沈積至形成在一基板中之複數個凹槽中之物理氣相沈積(PVD)設備，其包括： 一腔室； 一磁控管裝置，其包括安置在該腔室中之一目標，能夠從該目標濺射一濺射材料；及 一基板固持器，其經組態以固持預定尺寸之一基板，該基板固持器包括安置在該腔室中之一基板支撐件； 其中： 該基板支撐件包括一基板支撐上表面及定位於該基板支撐上表面下方之一永磁體配置，使得在使用中，永磁體安置在該基板下方；且其中該永磁體配置經組態以在使用中提供跨該基板之表面之一實質上均勻之橫向磁場，該橫向磁場延伸至該基板之一周邊以外之一區中，以增強沈積至該等凹槽中之沈積材料之再濺射。
  20. 如請求項19之PVD設備，其中該永磁體配置定位於該基板支撐上表面下方，使得永磁體另外安置在該基板之該周邊以外。
  21. 如請求項19或請求項20之PVD設備，其中，在使用中，該目標及該基板支撐件分離達2.5至7.5 cm之一間隙。
  22. 如請求項19或請求項20之PVD設備，其中該永磁體配置係可移動的，且該設備進一步包括經組態以使該永磁體配置經受容許在使用中提供該實質上均勻之橫向磁場之一運動之一機構。
  23. 如請求項22之PVD設備，其中該機構係用於旋轉該可移動之永磁體配置之一旋轉機構。
  24. 如請求項19或請求項20之PVD設備，其包括一控制器，該控制器經組態以控制該設備執行如請求項1至17中任一項之一方法。
  25. 如請求項19或請求項20之PVD設備，其與定位在該基板支撐件之該基板支撐上表面上之該基板組合。
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