專利名稱：一種等離子氣相沉積方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以一定方式在工件中的凹槽內(nèi)等離子氣相沉積金屬的方法，以實(shí)現(xiàn)將 凹槽底部的金屬再濺射(re-sputtering)至側(cè)壁上。
背景技術(shù)：
使用離子化金屬的濺射技術(shù)是公知的，其涉及高功率非平衡磁控管放電源。利用 通過(guò)向晶片基座施加RF功率所引起的DC偏壓使金屬離子被吸引至在工件(例如半導(dǎo)體晶 片)中形成的凹槽的底部。這在凹槽中產(chǎn)生改良的底部和側(cè)壁覆蓋率。已知可通過(guò)將已沉 積在底部的金屬再濺射至凹槽側(cè)壁的較下部分和中間部分來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的改進(jìn)。為實(shí)現(xiàn)再 濺射，需要50-500伏的DC偏壓。DC偏壓越高則再濺射越強(qiáng)，并且會(huì)提高側(cè)壁的覆蓋率。雖然如此，目前的結(jié)果并不是對(duì)于所有的用途都令人滿意。

發(fā)明內(nèi)容
從一方面，本發(fā)明涉及通過(guò)用濺射氣體濺射金屬靶以一定方式將金屬等離子氣相 沉積到工件中的凹槽內(nèi)的方法，從而實(shí)現(xiàn)將凹槽底部的金屬再濺射至側(cè)壁，其特征在于濺 射氣體是Ar和He的混合物，這時(shí)He Ar的比值是至少約10 1。所述比值優(yōu)選為約20 1。Ar的流量小于lOsccm且He的流量大于lOOsccm。因此，例如He的流量可為約 140sccm且Ar的流量可為約7sccm。在任何上述情況下，所述金屬可為銅。在另外的實(shí)施方案中，該方法的特征可在于He和Ar的混合物使得靶電流密度至 少為約0. 035A/cm2,且優(yōu)選為約0. 037A/cm2。盡管上文對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了定義，然而應(yīng)理解的是，本發(fā)明包括上文或下面的說(shuō)明 所述特征的任何發(fā)明組合。


可以按多種方式實(shí)施本發(fā)明，現(xiàn)在將通過(guò)實(shí)施例并參照附圖來(lái)描述具體的實(shí)施方 案，在附圖中圖1是DC磁控離子化沉積濺射系統(tǒng)的剖視圖；圖2是顯示二次電子發(fā)射與入射到Mo靶和W靶上的離子的氣體類型和轟擊能量 的關(guān)系的圖表。該圖表摘自 Glow Discharge Processes, Chapmen, ffileyand Sons 1980 ；圖3示出了通過(guò)將He添加到Ar濺射工藝中靶電流和電壓隨各流量的變化；圖4顯示了對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)Ar工藝在5 1溝槽結(jié)構(gòu)中的側(cè)壁覆蓋率；圖5顯示了關(guān)于優(yōu)化的He/Ar工藝與圖4的等效視圖；圖6是具有減小的He流量的He/Ar工藝的等效視圖；圖6(a)、(b)、(c)分別顯示了 He/Ar流量對(duì)沉積速率(比例系數(shù))、應(yīng)力和晶片內(nèi)不均勻性的影響；和圖7是采用另一 He配比時(shí)與圖5的等效視圖。
具體實(shí)施例方式在非平衡DC磁控管離子化濺射沉積系統(tǒng)中，通過(guò)金屬和氣體原子與靶表面產(chǎn)生 的二次電子的碰撞實(shí)現(xiàn)金屬和氣體的離子化。二次電子通過(guò)提供至靶表面的負(fù)偏壓而被加 速并獲得高能量，典型為200-1000eV。這些高能量的二次電子與金屬和氣體的原子或分子 碰撞并產(chǎn)生離子。因此，如果能夠增加從靶發(fā)射的二次電子數(shù)量，那么離子化分?jǐn)?shù)(即任何 物質(zhì)的離子與中性物質(zhì)的比率)也將增加。從圖2可看出各種濺射氣體的二次電子特征隨所用的濺射氣體而變化。因而，與 較重的氣體如Ar和Kr相比，He和Ne具有較高水平的二次電子發(fā)射。因此申請(qǐng)人認(rèn)為采 用He或Ne代替Ar進(jìn)行濺射可能會(huì)導(dǎo)致更多的二次電子從靶發(fā)射出并由此具有更大的離 子化分?jǐn)?shù)。申請(qǐng)人:已經(jīng)通過(guò)如下方式研究了這種效果使用銅靶，逐漸引入增加水平的He流 量并降低Ar流量，將看到隨著He增加和Ar降低，由于在靶表面形成二次電子從而電流增 加。發(fā)現(xiàn)低水平Ar的存在對(duì)維持膜的密度品質(zhì)是必要的。實(shí)驗(yàn)然后申請(qǐng)人采用圖1的設(shè)備利用下表1所示的工藝條件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。表 1 該表比較了在圖1的設(shè)備中運(yùn)行的僅引入Ar的標(biāo)準(zhǔn)工藝和Ar流量為7sCCm同時(shí) He流量為140sCCm的He/Ar工藝。第一工藝所得的覆蓋率如圖4所示，同時(shí)在圖5中示出 了第二工藝的覆蓋率。所得的臺(tái)階覆蓋率匯總在下表2中。將看到，與僅有Ar的工藝數(shù)值相比，He/Ar工藝在側(cè)壁覆蓋率方面顯示出5%的絕對(duì)值增力口，30%的比例增加。從表1可看出，與僅有Ar的(標(biāo)準(zhǔn))工藝相比，He/Ar工藝的臺(tái)板DC偏壓僅僅增 加30V(12% )，然而施加到臺(tái)板的RF功率增加了 165W(50% )。這表明He/Ar工藝具有較 高的離子化水平，因?yàn)榈入x子體中的正離子將趨于減小在臺(tái)板上獲得的負(fù)DC偏壓。在圖6中進(jìn)行了相同的工藝，但是這次He流量為75sCCm并且結(jié)果匯總在下表3中。表2表 3 由該表將看出，與140He/7Ar工藝和僅有Ar的工藝兩者相比較，減小He流量導(dǎo)致 側(cè)壁覆蓋率減小。這是因?yàn)樵诒緦?shí)驗(yàn)中由于較低的He流量導(dǎo)致在等離子體中產(chǎn)生的二次 電子減少。實(shí)驗(yàn)已顯示需要小于lOsccm的Ar以維持等離子體和允許Cu靶濺射的發(fā)生。相 反地需要He流量大于lOOsccm以幫助維持等離子體和提供額外的二次電子以增強(qiáng)該結(jié)構(gòu) 底部的濺射效果，從而因此提高側(cè)壁覆蓋率。在進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)中，監(jiān)測(cè)了沉積速率應(yīng)力和晶片內(nèi)不均勻度隨流量的變化，并且 結(jié)果分別顯示在圖6A-C中。將看到，盡管沉積速率隨著He的加入而下降，但7Ar/140He工 藝的沉積速率對(duì)于生產(chǎn)目的仍然足夠高。這種結(jié)合具有特別好的應(yīng)力值和合意的均勻性。 將認(rèn)識(shí)到減小的膜應(yīng)力有助于防止Cu膜從下方材料上剝離。圖7示出了減小的He流量和增加的Ar流量，并且如下表4所示臺(tái)階覆蓋率再次 減小。表2表 4 因此總之可以看出，通過(guò)使He流量高于約lOOsccm和使Ar流量低于約lOsccm能 夠?qū)崿F(xiàn)顯著的改進(jìn)。因?yàn)樯鲜鲈颍?Ar/140He導(dǎo)致特別優(yōu)選的工藝。
事實(shí)上，通常可更適宜地提及氣體分壓，因?yàn)闅怏w分壓在所實(shí)現(xiàn)的性能方面而言 相對(duì)地保持相對(duì)不變，而從腔室到腔室的實(shí)際流量可能變化。下述表5列出了對(duì)于實(shí)驗(yàn)流 量的等效分壓。表 5 這些實(shí)驗(yàn)中采用的金屬為銅。本發(fā)明的工藝對(duì)于鈦、鉭、金或釕相似。
權(quán)利要求
通過(guò)用濺射氣體濺射金屬靶以實(shí)現(xiàn)將凹槽底部的金屬再濺射至側(cè)壁的方式在工件中的凹槽內(nèi)等離子氣相沉積金屬的方法，其特征在于濺射氣體是Ar和He和/或Ne的混合物，其中He和/或Ne∶Ar的比值至少為約10∶1。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述比值是約20 1。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中Ar流量小于lOsccm并且He和/或Ne的流量大于 100sccmo
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中He流量是約140sCCm并且Ar流量是約7sCCm。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述金屬選自銅、鈦、鉭、金或釕。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中He和/或Ne和Ar的混合物使得靶電流 密度為 0. 035A/cm2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在工件中的凹槽內(nèi)等離子氣相沉積金屬的方法。該方法通過(guò)利用Ar和He和/或Ne的混合物作為濺射氣體來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)凹槽底部金屬的再濺射，其中He和/或Ne∶Ar的比值至少為約10∶1。
文檔編號(hào)C23C14/34GK101851743SQ20101013976
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月26日
發(fā)明者A·威爾比, A·拉斯托吉, M·I·卡拉瑟斯, N·里默, P·里奇, S·伯吉斯 申請(qǐng)人:Spp加工技術(shù)系統(tǒng)英國(guó)有限公司