TWI634224B - 用於矽通孔填充的磁控濺鍍腔室和半導體處理裝置 - Google Patents

用於矽通孔填充的磁控濺鍍腔室和半導體處理裝置 Download PDF

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Abstract

本發明揭露了一種用於矽通孔填充的磁控濺鍍腔室和半導體處理裝置。本發明的磁控濺鍍腔室包括腔體、設置於腔體頂部的靶材、設置於靶材上方的磁控管、以及設置於腔體內部且位於靶材下方的基座,磁控管在靶材所在平面上的投影的面積小於等於五分之一的靶材面積,以提高介質氣體的離化率,從而提高對矽通孔的填充速率。根據本發明的半導體處理裝置包括本發明的磁控濺鍍腔室。本發明的磁控濺鍍腔室和半導體處理裝置,均提高了對矽通孔的填充速率。

Description

用於矽通孔填充的磁控濺鍍腔室和半導體處理裝置
本發明屬於半導體裝置領域,具體地,涉及一種用於矽通孔填充的磁控濺鍍腔室和半導體處理裝置。
物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition,PVD)是積體電路製造過程中沉積金屬層和相關材料廣泛採用的方法。目前矽通孔(Through Silicon Via,TSV)技術的應用越來越廣泛,該技術大大降低了晶片之間的互連延遲,並且是三維整合實現的關鍵技術。PVD在TSV中的應用主要是在矽通孔內部沉積阻擋層和銅種晶層,阻擋層的作用是防止銅向矽或者二氧化矽中擴散,銅種晶層的作用是為後續電鍍製程做一層導電層,因此在矽通孔內沉積阻擋層和銅種晶層對物理氣相沉積的薄膜覆蓋率有很高的要求。阻擋層的薄膜覆蓋率不佳,會影響TSV裝置的可靠性;銅種晶層的覆蓋率不佳,可能會導致電鍍無法進行,或者電鍍後的TSV裝置有空洞或縫隙,嚴重影響裝置性能。
典型的直流磁控濺鍍裝置如第1圖以及第2圖所示,該裝置包括用於承載晶片4的基座3,基座3及其所承載的晶片4與靶材2正對設置;為了保證薄膜的均勻性,磁控管面積設計的都較大,一般磁控管在靶材2上的投影的面積占靶材2的面積的二分之一以上;為了提高薄膜的沉積速率,靶基距(靶材2與晶片4之間的距離)通常設置為小於70mm。
但在先前技術中,存在以下問題: (1)由於磁控管面積太大導致了介質氣體的離化率較低,從而使矽通孔的填充速率較慢; (2)如第2圖所示,靶材2的主要腐蝕區域靠近靶材2的邊緣位置,由於靶基距太小,離子和原子入射至晶片4中心部位的矽通孔41的角度大於入射至晶片4中心部位的矽通孔41的角度,導致了晶片4的中心位置和晶片4的邊緣位置處的覆蓋率差異較大,對矽通孔的填充不均勻。
鑒於此,需要提供一種提高矽通孔填充速率和提高矽通孔填充均勻度的磁控濺鍍腔室和半導體處理裝置。
本發明提供了一種用於矽通孔填充的磁控濺鍍腔室和半導體處理裝置,至少解決了先前技術中存在的對矽通孔填充時沉積速率低的問題。
根據本發明的一方面,提供了一種用於矽通孔填充的磁控濺鍍腔室,其包括:腔體、設置於該腔體頂部的靶材、設置於該靶材上方的磁控管、以及設置於該腔體內部且位於該靶材下方的基座,該磁控管在該靶材所在平面上的投影的面積小於等於五分之一的該靶材的面積。
其中,該磁控管在該靶材所在平面上的投影的面積小於十五分之一的該靶材的面積。
其中,該磁控管包括磁性相反的外磁極和內磁極,該內磁極被該外磁極包圍。
其中,該外磁極具有長徑和短徑,該短徑小於或等於該腔室內徑與該基座欲承載的晶片的直徑的差的二分之一。
其中,該磁控濺鍍腔室還包括旋轉機構,該旋轉機構包括旋轉軸、第一旋轉臂和第二旋轉臂;該第一旋轉臂的一端與該旋轉軸固定連接,另一端與該第二旋轉臂的一端連接,該第二旋轉臂的另一端與該磁控管固定連接;該第一旋轉臂與該第二旋轉臂之間具有夾角;該旋轉軸帶動該第一旋轉臂和該第二旋轉臂旋轉,從而帶動該磁控管旋轉。
其中,該第一旋轉臂與該第二旋轉臂之間的夾角可調,該夾角範圍為0-180度;當該夾角為0度時,該磁控管在該靶材所在平面上的投影落在該靶材的中心區域;當該夾角為180度時,該磁控管在該靶材所在平面上的投影落在該靶材的邊緣區域。
其中,該磁控濺鍍腔室還包括偏壓單元,該偏壓單元在該基座上產生負偏壓,以吸引正離子向該基座方向垂直運動。
其中,該偏壓單元包括射頻電源和匹配器,其中,該射頻電源通過該匹配器與該基座相連;該射頻電源的功率範圍為800-1400W。
其中,該靶材與該基座之間的豎直距離為100-150mm。
作為另一方面,本發明還提供一種半導體處理裝置,其包括上述任一種方案該的用於矽通孔填充的磁控濺鍍腔室。
有益效果: 本發明提供的用於矽通孔填充的磁控濺鍍腔室,磁控管在靶材上的投影的面積小於等於五分之一的靶材面積,這相對於先前技術中磁控管在靶材上的投影的面積一般大於等於二分之一的靶材面積的情況相比,在所載入的功率相同的情況下,本發明可以提高介質氣體(如氬氣)的離化率,從而有效提高對矽通孔的填充速率,甚至進一步提高薄膜覆蓋率。
根據本發明的半導體裝置,採用了本發明的用於矽通孔填充的磁控濺鍍腔室,同樣能夠提高對矽通孔的填充速率,甚至進一步提高薄膜覆蓋率。
現在將結合附圖和實施例來對本發明進行詳細的描述。值得注意的是下述實施例僅用於對本發明進行說明,而不對本發明的範圍進行限制。
值得注意的是,相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項,因此,一旦某一項在一附圖中被定義,則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步討論。
實施例1 本實施例提供了一種用於矽通孔填充的磁控濺鍍腔室,包括:腔體、設置於腔體頂部的靶材、設置於靶材上方的磁控管、以及設置於腔體內部且位於靶材下方的基座,磁控管在靶材上的投影的面積小於或等於靶材面積的五分之一,以提高介質氣體的離化率,從而提高對矽通孔的填充速率。
先前技術中,磁控管在靶材所在平面上的投影的面積一般為靶材面積的二分之一,而本發明提供的磁控濺鍍腔室採用的磁控管在靶材所在平面上的投影的面積小於或等於靶材面積的五分之一。相較於先前技術,在相同功率條件下,本發明提供的磁控濺鍍腔室能夠提高單位面積的功率密度,以此大幅度提高對介質氣體的離化率,即,產生更多的離子,從而可提高對矽通孔的填充速率。
其中,磁控管在靶材所在平面上的投影的面積較佳小於靶材面積的十五分之一,當磁控管在靶材所在平面上的投影的面積小於靶材面積的十五分之一時,在相同功率條件下,單位面積的功率密度更高,介質氣體的離化率也相應地更高,因此對矽通孔的填充速率也會更高。
實施例2 本實施例中的磁控管包括磁性相反的外磁極和內磁極,內磁極被外磁極包圍。至於本實施例中的其它設置,與實施例1的設置相同,在此不予贅述。
較佳地,如第3圖所示,本實施例的磁控濺鍍腔室中的磁控管1包括磁性相反的外磁極和內磁極,內磁極被外磁極包圍,且磁控管1呈腎型,其能提供更高的介質氣體的離化率。另外,磁控管1的外磁極可以為圓形、矩形或者橢圓形。其中,外磁極具有長徑L和短徑D,短徑D較佳小於或等於腔室內徑與基座3欲承載的晶片4的直徑的差的二分之一,即在製程過程中,短徑D小於或等於腔室內徑的半徑與晶片4的半徑的差。當磁控管1的短徑D小於或等於腔室與晶片4的半徑差時,磁控管1在晶片4所在平面上的投影位於晶片4和腔室壁在該平面上的投影之間,也就是說,對於在晶片4所在平面而言,磁控管1的投影位於晶片4的外側區域(以下簡稱為磁控管1位於晶片4的外側區域),通過這樣設置磁控管1,並使磁控管1的移動軌跡在晶片4所在平面上的投影落在晶片4的外側區域,可以使逸出的靶材原子和離子一部分沉積在晶片4的邊緣區域,一部分飄至晶片4的中心區域而沉積在晶片4的中心區域,從而調節晶片4的邊緣區域與其中心區域的沉積的均勻性。
磁控管的短徑D和長徑L的最小值以能夠將介質氣體穩定維持在電漿狀態為條件,尺寸太小有可能會造成磁場減弱,無法使介質氣體維持在電漿狀態。
實施例3 本實施例中的磁控濺鍍腔室還包括第4圖所示的旋轉機構。至於本實施例中的其它設置,與實施例2的設置相同,在此不予贅述。
如第4圖所示,本實施例中的旋轉機構5包括旋轉軸51、第一旋轉臂52和第二旋轉臂53;第一旋轉臂52的一端與旋轉軸51固定連接,另一端與第二旋轉臂53的一端連接,第二旋轉臂53的另一端與磁控管1固定連接;第一旋轉臂52與第二旋轉臂53之間具有夾角;旋轉軸51帶動第一旋轉臂52和第二旋轉臂53旋轉,從而帶動磁控管1旋轉。
其中,第一旋轉臂52和第二旋轉臂53之間的連接方式,可以為固定連接,也可以為活動連接。當採用固定連接時,第一旋轉臂52和第二旋轉臂53之間的角度不可調;當採用活動連接時,第一旋轉臂52和第二旋轉臂53之間的角度可調,即,可根據製程要求而對該角度進行調節,並在對第一旋轉臂52和第二旋轉臂53進行固定後再旋轉旋轉軸51,使第一旋轉臂52和第二旋轉臂53帶動磁控管1旋轉。
其中,在第一旋轉臂52與第二旋轉臂53之間的夾角可調的情況下,該夾角的範圍為0-180度。當夾角為0度時,磁控管1投影在靶材2的中心區域,即,磁控管1在靶材2所在平面上的投影落在靶材2的中心區域;當夾角為180度時,磁控管1投影在靶材2的邊緣區域,即,磁控管1在靶材2所在平面上的投影落在靶材2的邊緣區域。
其中,在第一旋轉臂52與第二旋轉臂53之間的夾角可調的情況下,第一旋轉臂52與第二旋轉臂53之間的夾角的選擇與晶片4的矽通孔的主要填充位置對應。即,根據晶片4主要填充位置,設定第一旋轉臂52和第二旋轉臂53之間的夾角。當夾角為0度時,磁控管1在靶材2所在平面上的投影落在靶材2的中心區域,此時主要對晶片4的中心區域的矽通孔進行填充;當夾角為180度時,磁控管1在靶材2所在平面上的投影落在靶材2的邊緣區域,此時主要對晶片4的邊緣區域進行填充;根據填充情況,可以及時的調節第一旋轉臂52和第二旋轉臂53之間的夾角,從而調整磁控管1在靶材2上的投影位置,從而改變晶片4的主要填充位置,使對矽通孔的填充更加均勻。所謂主要填充位置,指的是在矽通孔填充時,大部分的離子和原子所沉積的位置。
實施例4 本實施例中的磁控濺鍍腔室還包括偏壓單元。至於其它設置,與實施例3的設置相同,在此不予贅述。
如第5圖所示,本實施例的磁控濺鍍腔室包括偏壓單元6,偏壓單元6在基座2上產生負偏壓,以吸引帶正電荷的離子垂直進入晶片4的矽通孔底部,從而可以提高對矽通孔填充的均勻性。
如第6圖所示,由於本實施例的磁控濺鍍腔室中設置有偏壓單元6,在該偏壓單元6的作用下,製程氣體離化後產生的正離子會以接近於零的入射角垂直向矽通孔運動,如第6圖中的箭頭所示。正離子垂直填充至矽通孔,不僅可以提高填充速率,而且可以提高填充的均勻性。
本實施例中,通過減小磁控管1的體積而使其在靶材2所在平面上的投影的面積小於或者等於靶材2的面積的五分之一,以此提高介質氣體的離化率,增加電漿中的正離子的數量。進一步地,通過設置偏壓單元6,可以使正離子以接近於零的入射角垂直填充至矽通孔,從而提高填充的均勻性,有效解決了先前技術中所存在的問題,即,正離子在晶片的邊緣部分入射角度接近0度,而在中心部分的入射角度較大,造成對晶片的中心部分的矽通孔填充和邊緣部分的矽通孔填充不均勻問題。
其中,偏壓單元較佳包括射頻電源和匹配器,射頻電源通過匹配器與基座相連。射頻電源的功率範圍較佳為800-1400W,進一步地較佳為1000-1300W,更進一步地較佳為1100W、1200W和1250W。較佳將射頻電源的功率範圍設置為800-1400W的原因在於:當射頻功率範圍小於800W時,在基座上產生的偏壓難以將正離子吸引至晶片的矽通孔中;當射頻功率大於1400W時,在基座上產生的偏壓過大,使正離子運動的速度過快,沉積至矽通孔41底部時的能量較強,會造成過度轟擊,即,會減薄薄矽通孔41底部的原有的沉積層,甚至使底部的沉積層完全被濺鍍到側壁上,降低沉積的均勻度。
當射頻電源的功率範圍保持在800-1400W之間時,一方面,其在基座3上產生了適當的負偏壓,在一定程度上增加正離子的動能,加快了正離子向晶片4的移動加速,提高了填充速率;另一方面又使離子保持適當的動能,在轟擊矽通孔41的底面時,會使一部分之前沉積在矽通孔41底部的薄膜脫離濺鍍至矽通孔41的側壁拐角的位置,從而提高了矽通孔底部和側壁拐角位置的覆蓋率,使矽通孔41的底部和側壁拐角位置的沉積厚度較為均勻。
實施例5 在本實施例的磁控濺鍍腔室中,靶材2與基座3之間的豎直距離為100-150mm。至於本實施例中的其它設置,與實施例4的設置相同,在此不予贅述。
根據本實施例的磁控濺鍍腔室,在使磁控管在靶材所在平面上的投影的面積小於或等於靶材面積的五分之一、且設置偏壓單元的基礎上,將靶材與基座之間的豎直距離設置為100-150mm。將靶材與基座之間的豎直距離設置為100-150mm,大於先前技術中的70mm,即增大了靶基距,這使得以較小的入射角填充至矽通孔中的正離子增多,特別是垂直填充至矽通孔中的正離子增多,從而提高了薄膜覆蓋率以及靶材的利用率。
本發明實施例1至實施例5提供的用於矽通孔填充的磁控濺鍍腔室,均提高了矽通孔的填充速率,甚至能夠進一步提高矽通孔的填充均勻性。
實施例6 本實施例提供了一種半導體處理裝置,本實施例中的半導體處理裝置可以包括實施例1-5中的任意一種用於矽通孔填充的磁控濺鍍腔室。
當然,在本發明的半導體裝置中,可以包括權利要求中進行任何排列組合形成的其它磁控濺鍍腔室。
本實施例中的半導體處理裝置,採用本發明的磁控濺鍍腔室,能夠提高矽通孔填充的填充速率,甚至能夠進一步提高矽通孔的填充均勻性。
綜上可以看出,在本發明的用於矽通孔填充的磁控濺鍍腔室及半導體裝置中,將磁控管在靶材所在平面上的投影的面積設置為小於或等於靶材面積的五分之一、設置和基座連接的偏壓單元、和/或將靶基距設置在100mm-150mm之間,在對矽通孔進行填充時,這個三個方面的因素可以相互結合、相輔相成,可以更大程度上提高對矽通孔的填充速率,甚至進一步提高矽通孔的填充均勻性。
申請人為了證明本發明的磁控濺鍍腔室對矽通孔進行填充時具有提高填充速率和填充均勻性的效果,以下採用實施例和比較例進行對比說明。
在下述比較例和實施例中,採用的磁控濺鍍腔室的腔體半徑為222.5mm,基座的半徑為150mm。晶片為12寸晶片(直徑300mm),靶材直徑選用450mm(靶材面積為158962.5mm 2)。
同時為了對比,磁控管選用了三種規格,可以分別標記為磁控管a(用於比較例)、磁控管b(用於實施例)和磁控管c(用於實施例)。其中,磁控管a在靶材所在平面上的投影的面積為靶材面積的1/2,即79481.25mm 2;磁控管b在靶材所在平面上的投影的面積為靶材面積的1/5,即31792.5 mm 2;磁控管c在靶材所在平面上的投影的面積為靶材面積的1/15,即10597.5mm 2,較佳地,磁控管c在靶材所在平面上的投影的面積小於靶材面積的1/15,例如,磁控管c採用腎形結構,且其短徑長度D小於等於75mm,長徑長度L小於等於140mm。
本發明的測試結果用薄膜覆蓋率、薄膜均勻性、產能這三個參數來表徵。
其中,薄膜覆蓋率的計算公式為100%*T b/T f,T b為矽通孔的底部薄膜的厚度,T f為晶片的表面薄膜的厚度。薄膜覆蓋率的數值越大,則表示沉積在矽通孔底部上的薄膜越厚。
薄膜均勻性定義為晶片的表面薄膜厚度分佈均勻程度,採用專業的金屬薄膜厚度測量裝置進行檢測,常用的如Rudolph公司的MetaPULSE。薄膜厚度均勻性的檢測方式通常為:在晶片上選取均勻分佈的一定數量(通常為49個)的點,測量這些點處的薄膜厚度,這些點的薄膜厚度平均值記為AVG,方差記為STDEV,那麼薄膜均勻性U的計算公式為U=100%*STDEV/AVG,U的數值越小,則說明薄膜分佈越均勻。
產能定義為單位時間內裝置所生產的晶片的數量,一般為每小時內裝置所生產的晶片的數量,在本檢測中也採用每小時內裝置所生產的晶片的數量,該值越大效果越好。
申請人對晶片的性能進行了測試,具體的測試條件和測試結果如表1所示: 表1 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> </td><td> 磁控管 </td><td> 靶基距(mm) </td><td> 偏壓單元 </td><td> 薄膜覆蓋率 </td><td> 薄膜均勻性 </td><td> 產能 </td></tr><tr><td> 比較例1 </td><td> 磁控管a </td><td> 70 </td><td> 無 </td><td> 9% </td><td> 8.6% </td><td> 18 </td></tr><tr><td> 實施例1 </td><td> 磁控管b </td><td> 70 </td><td> 無 </td><td> 12% </td><td> 8.3% </td><td> 21 </td></tr><tr><td> 實施例2 </td><td> 磁控管c </td><td> 70 </td><td> 無 </td><td> 15% </td><td> 8.1% </td><td> 22 </td></tr><tr><td> 實施例3 </td><td> 磁控管b </td><td> 70 </td><td> 有 </td><td> 14% </td><td> 4.1% </td><td> 22 </td></tr><tr><td> 實施例4 </td><td> 磁控管c </td><td> 70 </td><td> 有 </td><td> 18% </td><td> 3.7% </td><td> 23 </td></tr></TBODY></TABLE>
將表1中的實施例1、實施例2和比較例1的資料進行比較,可以看出:當磁控管在靶材所在平面上的投影的面積小於等於靶材面積的十五分之一時,薄膜覆蓋率相對最高,這說明在這三個例子中當磁控管在靶材所在平面上的投影的面積小於等於靶材面積的十五分之一時矽通孔的填充速率相對最高。
將表1中的實施例3與實施例1進行對比,可以看出:在保持磁控管在靶材所在平面上的投影的面積小於等於靶材面積的五分之一不變的情況下,設置偏壓單元後,可以進一步提高薄膜的覆蓋率和薄膜的均勻性,這說明設置偏壓單元可以進一步提高對矽通孔的填充速率和填充均勻性。
將表1中的實施例4和實施例2進行對比,可以看出:在保持磁控管在靶材所在平面上的投影的面積小於等於靶材面積的十五分之一不變的情況下,設置偏壓單元後,進一步提高了薄膜的覆蓋率和薄膜的均勻性,這說明設置偏壓單元可以進一步提高對矽通孔的填充速率和填充均勻性。
根據對表1中的資料的分析也可以看出,在比較例以及各個實施例中,在產能以及其他條件不變的前提下,磁控管在靶材所在平面上的投影的面積越小,越能夠提高介質氣體的離化率,增加磁控濺鍍後正離子的數量,進而提高填充速率。進一步地,在保持磁控管在靶材所在平面上的投影的面積小於等於靶材面積的十五分之一不變的情況下,再設置偏壓單元,會使產生的正離子以接近垂直的角度入射至矽通孔中,從而提高矽通孔的填充速率,以及提高填充均勻性。
雖然已經通過實施例對本發明進行了詳細說明,但本領域的技術人員應該理解,以上實施例僅為了進行說明,而不為了限制本發明的範圍。本領域的技術人員應該理解,可在不脫離本發明的範圍和精神的情況下,對以上實施例進行修改。本發明的範圍由所附申請專利範圍來限定。
D‧‧‧短徑
L‧‧‧長徑
1‧‧‧磁控管
2‧‧‧靶材
3‧‧‧基座
4‧‧‧晶片
5‧‧‧旋轉機構
6‧‧‧偏壓單元
41‧‧‧矽通孔
51‧‧‧旋轉軸
52‧‧‧第一旋轉臂
53‧‧‧第二旋轉臂
第1圖為先前技術中用於矽通孔填充的磁控濺鍍腔室的結構示意圖; 第2圖為先前技術中用於矽通孔填充的磁控濺鍍腔室對矽通孔進行填充時電漿的入射角度示意圖; 第3圖為根據本發明一種實施例的用於矽通孔填充的磁控濺鍍腔室的示意圖; 第4圖為根據本發明一種實施例的用於矽通孔填充的磁控濺鍍腔室的示意圖; 第5圖為根據本發明一種實施例的用於矽通孔填充的磁控濺鍍腔室的示意圖; 第6圖為根據第5圖所示實施例中對矽通孔填充時正離子的入射角度示意圖;

Claims (10)

  1. 一種用於矽通孔填充的磁控濺鍍腔室,包括:一腔體、設置於該腔體頂部的一靶材、設置於該靶材上方的一磁控管、以及設置於該腔體內部且位於該靶材下方的一基座,其特徵在於,該磁控管在該靶材所在平面上的投影的面積小於等於五分之一的該靶材的面積,以提高矽通孔的側壁與底部的沉積均勻性。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的磁控濺鍍腔室,其特徵在於,該磁控管在該靶材所在平面上的投影的面積小於十五分之一的該靶材的面積。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的磁控濺鍍腔室,其特徵在於,該磁控管包括磁性相反的一外磁極和一內磁極,該內磁極被該外磁極包圍。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的磁控濺鍍腔室,其特徵在於,該外磁極具有一長徑和一短徑,該短徑小於或等於該腔室內徑與該基座欲承載的晶片的直徑的差的二分之一。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項任一項所述的磁控濺鍍腔室,還包括一旋轉機構,其特徵在於,該旋轉機構包括一旋轉軸、一第一旋轉臂和一第二旋轉臂;該第一旋轉臂的一端與該旋轉軸固定連接,另一端與該第二旋轉臂的一端連接,該第二旋轉臂的另一端與該磁控管固定連接;該第一旋轉臂與該第二旋轉臂之間具有一夾角;該旋轉軸帶動該第一旋轉臂和該第二旋轉臂旋轉,從而帶動該磁控管旋轉。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的磁控濺鍍腔室,其特徵在於,該第一旋轉臂與該第二旋轉臂之間的一夾角可調,該夾角範圍為0-180度;當該夾角為0度時,該磁控管在該靶材所在平面上的投影落在該靶材的中心區域;當該夾角為180度時,該磁控管在該靶材所在平面上的投影落在該靶材的邊緣區域。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的磁控濺鍍腔室,其特徵在於,該磁控濺鍍腔室還包括一偏壓單元,該偏壓單元在該基座上產生負偏壓,以吸引正離子向該基座方向垂直運動。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的磁控濺鍍腔室,其特徵在於,該偏壓單元包括一射頻電源和一匹配器,其中,該射頻電源通過該匹配器與該基座相連;該射頻電源的功率範圍為800-1400W。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的磁控濺鍍腔室,其特徵在於,該靶材與該基座之間的豎直距離為100-150mm。
  10. 一種半導體處理裝置,其特徵在於,包括申請專利範圍第1項至第9項任一項所述的用於矽通孔填充的一磁控濺鍍腔室。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108063099B (zh) * 2017-11-30 2020-09-25 长江存储科技有限责任公司 物理气相沉积机台对孔或沟槽的填充能力的检测方法
US11846013B2 (en) 2020-07-31 2023-12-19 Applied Materials, Inc. Methods and apparatus for extended chamber for through silicon via deposition

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06322534A (ja) * 1993-05-07 1994-11-22 Sharp Corp 薄膜形成方法及び薄膜形成装置
JPH08236062A (ja) * 1995-02-28 1996-09-13 Sony Corp スパツタ装置
JP2004269939A (ja) * 2003-03-06 2004-09-30 Seiko Epson Corp スパッタ装置及びスパッタリング方法及び半導体装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6342133B2 (en) * 2000-03-14 2002-01-29 Novellus Systems, Inc. PVD deposition of titanium and titanium nitride layers in the same chamber without use of a collimator or a shutter
CN102465268B (zh) * 2010-11-08 2015-01-14 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 磁控源和磁控溅射设备、以及磁控溅射方法
CN102534522A (zh) * 2010-12-09 2012-07-04 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 一种磁控溅射源及磁控溅射设备
CN206907741U (zh) * 2017-05-10 2018-01-19 北京北方华创微电子装备有限公司 用于硅通孔填充的磁控溅射腔室和半导体处理设备

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06322534A (ja) * 1993-05-07 1994-11-22 Sharp Corp 薄膜形成方法及び薄膜形成装置
JPH08236062A (ja) * 1995-02-28 1996-09-13 Sony Corp スパツタ装置
JP2004269939A (ja) * 2003-03-06 2004-09-30 Seiko Epson Corp スパッタ装置及びスパッタリング方法及び半導体装置

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