可变半径的双磁控管的制作方法
【专利说明】可变半径的双磁控管发明领域
[0001]本发明一般相涉及集成电路制造中的等离子体溅射。特定地，本发明涉及绕溅射目标的背面旋转的磁控管。
【背景技术】
[0002]溅射，又称为物理气相沉积，被广泛使用在晶片或其他基板上沉积目标材料层。等离子体溅射最常用于电子集成电路的制造中。等离子体，通常由非活性工作气体形成，相邻于该目标而形成，等离子体离子被电性地吸引至该目标并含有足够能量以由该目标去除或溅射目标原子并接着相对于该目标沉积于晶片上。磁铁组件，最常被称为磁控管，通常被放置于该目标的背面以产生磁场，该磁场相邻且平行于该目标的前面。该磁场困住电子以由此增加等离子体密度也因而增加溅射率。
[0003]近年来，溅射在商业生产上大量涉及溅射高导电性金属，例如铝、铜和钛，以形成电气互连及耐火阻隔层。在这些应用中，直流电(DC)电位普遍被施加于该目标，且该磁控管通常具有一个磁极性的外极的巢状磁极，所述巢状磁极围绕于相反磁极性的内极，且由环状空隙(annular gap)与该内极隔开。两极间的磁场形成磁性通道以支持及引导等离子体流于闭环中，因此形成稠密等离子体。磁控管被制造成相对小以有利地增加区域等离子体密度，但磁控管接着需要绕该目标的背面旋转以产生更多一致的溅射。
[0004]在许多涉及非常高等离子体密度及离子化溅射原子的应用中，小型磁控管被放置靠近该目标的外周边且绕该目标中央旋转使得溅射离子往中央轴扩散，以在晶片上产生更一致的沉积。结果导致该目标中央没有被充分溅射，反而一些溅射原子在该目标的中央区域上重复沉积。在其他配置中，该目标中央被溅射而该目标的外围区域受到重复沉积。这些重复沉积的材料并不稳定且可能产生有害的微粒落于晶片上而造成缺陷，因此降低可操作集成电路小晶片的良率。
[0005]为了最小化重复沉积的问题，磁控管可在无生产晶片出现下在该目标上从一个用于将生产晶片镀层的半径移动至另一个用于清理该目标的重复溅射的部分的半径。举例可见，Rosenstein等人的美国专利6，228，236、Miller等人的美国专利7，736，473、和Pavloff等人的美国专利7，767，064。在Miller等人的美国专利8，021，527中描述绕目标中央以方位角旋转时更普遍的机构以变化磁控管半径。这些专利以参考其他径向移动全部或部分磁控管的机构并入于此。
[0006]虽然技术可追溯至数十年前，RF (射频)溅射近年来被推动以溅射入非常窄的孔中，例如过孔(via)，以实现合理的台阶覆盖(step coverage)，使得材料被深深地沉积于孔内及孔侧边。可参考Alien等人的美国专利申请公开号2010/0252417。RF溅射得益于与DC溅射中所使用完全不同的磁控管。在一个实施方式中，磁控管由两个相对且间隔的极的相对大的磁铁组件形成，所述极绕旋转轴在大区段内为弧形，且具有开口末端而非封闭形状。末端开口的形状相对于传统DC磁控管的闭环(closed loop)而言可形容为开环(openloop)。本申请发明人相信如此的开环磁控管由该磁控管的末端漏出等离子体，因此增加该等离子体的深度和体积，使得由该目标溅射的中性金属原子在穿越等离子体至晶片的轨迹中更可能离子化。溅射的金属离子特别有利于在晶片负偏压下的高深宽比的过孔底部覆至
ΠΠ O
[0007]Wang等人的美国专利申请公开号2011/01311735提出一种磁控管绕目标中央具有螺旋形状，在该磁控管的极间有变化的空隙。
[0008]Alien等人于先前引用的公开中认定清理该目标的内部的需要，并描述一个关于磁控管的实施方式，该磁控管在溅射沉积处理期间以绕着旋转轴的部分圆形而成型，可在目标清理期间向内地转动以跨过该目标大部分的直径。
[0009]发明概述
[0010]双磁控管旋转地或方位角地在等离子体溅射期间绕目标中央扫描，特别是低电阻材料如硅或电介质如Al2O3。双磁控管包括径向静止的磁控管放置靠近于目标的周边，且较佳地以螺旋图样部分地径向地向内地延伸，该双磁控管还包括径向可移动式磁控管，该径向可移动式磁控管可在处理溅射期间的目标周边与在目标清理期间目标不被该静止磁控管扫描内部之间移动。
[0011]该静止及可移动式磁控管均可为由相对的磁极组成，所述磁极由空隙分开，且沿着和缓的曲线路径延伸，该路径具有开口末端以支持形成于开环的等离子体轨道。在处理溅射期间，此两个磁控管直线地相邻以支持单一、结合的等离子体轨道。在一个实施方式中，在清理期间，此两个磁控管的相邻末端径向地分开也因此分开等离子体轨道。
[0012]双磁控管可形成于旋转平板上，该旋转平板绕腔室及其目标的中央轴可旋转，且固定地支持该静止磁控管，且可转动的支持臂，该臂固定地支持该可移动式磁控管。在一个实施方式中，该臂绕靠近该旋转平板的周边的枢轴轴线自由地转动。当该平板以一个方向旋转时，离心力推动该臂的自由端及该臂的可移动式磁控管至该旋转平板的周边。当该平板以另一个方向旋转时，离心力推动该臂的自由端往该中央轴。
[0013]在溅射处理间，此两个磁控管以成对的末端联接，且在该目标的外部形成一个直线延伸开环磁控管。在清理期间，一个磁控管的至少一部分向内地移动，以便在该静止磁控管持续溅射及清理该目标的外部时，清理没被该静止磁控管扫描的目标内部。
[0014]附图简要说明
[0015]图1为等离子体溅射室合并入本发明的双位置磁控管的横截面视图。
[0016]图2为磁控管系统于其延伸处理配置下的部分底部平面示意图。
[0017]图3为图2的磁控管系统于其撤回清理配置下的底部平面视图。
[0018]优选实施方式的具体描述
[0019]本发明修改传统磁控管溅射室以包括磁控管，该磁控管具有可在两个相对于该磁控管旋转中央的径向位置间切换的部分。
[0020]图1中示意图示了 PVD(物理气相沉积)或派射室10的横截面。该图是基于AvenirRF PVD溅射系统，可由美国加州圣克拉拉市的应用材料公司(Applied Materials, Inc.0f Santa Clara, California)公司而得，更多细节由Wang等人于美国专利申请公开号2011/01311735公开，以参考方式合并于此。溅射室10包括真空室壁12，该真空室壁12布置围绕中央轴14且经由陶瓷绝缘体16至目标组件18密封。对一些常用金属而言，目标组件18可完全由欲被溅射的金属所组成，但对其他金属而言，特别是低导电性金属和介电质，目标组件18包括溅射材料的目标20，该目标20粘合至导电金属背板22。该溅射材料将被溅射沉积于晶片24或其他基板上，该晶片24或其他基板由加热电极基座26由静电夹具(electrostatic chuck)或未图示的晶片夹相对于目标组件18托住。
[0021]该目标材料由等离子体而溅射，该等离子体在该真空室壁12内产生，占有目标20及晶片24间的空间。该等离子体由磁控管系统30增强及定位(以下讨论更多细节)，该磁控管系统30在磁控管室32中被装设于该目标组件18的背面，该磁控管室32充满再循环冷却流体，例如水，使能在被等离子体加热时冷却该目标组件18。该磁控管室32由导电的内部磁控管室侧壁34界定出其侧面，该侧壁34