物理气相沉积射频直流开/闭环可选的磁控管的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明的实施方式大体涉及材料的溅射。特定而言，本发明的实施方式涉及一种 用于使用在物理气相沉积腔室中的磁控管。
【背景技术】
[0002] 溅射（或称为物理气相沉积（PVD))长久以来在半导体集成电路的制造中用于沉 积金属与相关材料。它的用途已经扩展到沉积金属层至高深宽比的孔（比如过孔或其他垂 直的互连结构）的侧壁上。目前，先进的溅射应用包括：沉积金属种晶层以用于随后在过孔 中电镀金属层，以及沉积阻挡层于过孔侧壁的介电材料上以防止金属层扩散进入电介质。
[0003] 可使用DC溅射或RF溅射来完成等离子体溅射。等离子体溅射通常包括定位于溅 射靶材背侧处的磁控管，磁控管用以投射磁场到处理空间中，来增加等离子体密度且提高 溅射速率。磁控管中所用的磁体通常为用于DC溅射的闭环（closedloop)与用于RF溅射 的开环（openloop)。DC等离子体将电子紧紧限制在闭环轨道（racetrack)中，否则革巴材 电压会变得很高并且不支持合理电压与压力下的溅射。RF溅射非常灵活并且几乎能够使用 任何磁场，但是若磁场太强，则等离子体会在轨道区域中过度集中。RF等离子体的任何过 度集中会导致非常低的靶材电压与非常低的溅射速率。但是，一般的磁控管没有既提供开 环PVD磁体又提供闭环PVD磁体，以根据所需的溅射类型（亦即DC或RF溅射）来选择性 地使用开环PVD磁体和闭环PVD磁体。
[0004] 因此，发明人已经提供一种磁体配置，所述磁体配置能够利用相同的硬件而在同 一腔室中有利地提供DC与RF等离子体约束（plasmaconfinement) 〇
【发明内容】
[0005] 本文提供用于磁控管组件的方法与设备。在一些实施方式中，一种磁控管组件包 括：第一板，所述第一板具有第一中心轴，所述第一板能绕所述第一中心轴旋转；第一开环 磁极，所述第一开环磁极耦接于所述第一板；第二板，所述第二板具有第二中心轴，所述第 二板能绕所述第二中心轴旋转；以及第二开环磁极，所述第二开环磁极耦接所述第二板，其 中当所述第一开环磁极与所述第二开环磁极对准时，所述第一开环磁极与所述第二开环磁 极形成闭环磁极。
[0006] 在一些实施方式中，一种基板处理系统可包括：处理腔室，所述处理腔室具有内部 容积与设置于处理腔室中的基板支撑件；靶材组件，所述靶材组件设置于所述内部容积的 上部中，所述上部与所述基板支撑件相对；以及磁控管组件，所述磁控管组件在与所述基板 支撑件相对的一侧上设置于所述靶材组件的附近，所述磁控管组件包括：第一板，所述第一 板具有第一中心轴，所述第一板能绕所述第一中心轴旋转；第一开环磁极，所述第一开环磁 极耦接于所述第一板；第二板，所述第二板具有第二中心轴，所述第二板能绕所述第二中心 轴旋转；以及第二开环磁极，所述第二开环磁极耦接所述第二板，其中当所述第一开环磁极 与所述第二开环磁极对准时，所述第一开环磁极与所述第二开环磁极形成闭环磁极。
[0007] 在一些实施方式中，一种在物理气相沉积（PVD)腔室中处理基板的方法包括： 施加VHF频率的第一RF功率至设置于所述基板上方的靶材，以由等离子体形成气体 (plasma-forminggas)形成等离子体，所述祀材包括金属；施加DC功率至所述祀材，以将 所述等离子体导向所述靶材；旋转在所述靶材上方的磁控管的第一板，同时将所述等离子 体导向所述靶材，所述磁控管的所述第一板具有第一开环磁极；旋转在所述靶材上方的磁 控管的第二板，同时将所述等离子体导向所述靶材，所述磁控管的所述第二板具有第二开 环磁极，使得所述第一板每旋转360度，所述第一开环磁极与所述第二开环磁极对准而形 成闭环磁极至少一次，其中所述第一板设置于所述第二板之下并且由所述第二板能旋转地 支撑；使用所述等离子体从所述靶材溅射金属原子，同时将所述PVD腔室中的第一压力维 持成足够将从所述靶材溅射的所述金属原子的主要部分离子化；以及将这些离子化的金属 原子沉积于所述基板上，以形成层于所述基板上。
[0008] 下面描述本发明的其他与进一步的实施方式。
【附图说明】
[0009] 能通过参照附图中所绘的本发明的例示实施方式而了解以上简要概述的且以下 更加详细论述的本发明的实施方式。但是，应注意到，附图只例示本发明的典型实施方式且 因此不应视为对本发明范围的限制，因为本发明可容许其他等同有效的实施方式。
[0010] 图1绘示根据本发明的一些实施方式的处理腔室的示意截面图。
[0011] 图2A为根据本发明的一些实施方式的形成闭环磁极的旋转磁体支撑板的底部示 意视图。
[0012] 图2B为根据本发明的一些实施方式的形成开环磁轨的旋转磁体支撑板的底部示 意视图。
[0013] 图3A为根据本发明的一些实施方式的形成第一闭环磁极的旋转磁体支撑板的底 部示意视图。
[0014] 图3B为根据本发明的一些实施方式的形成第二闭环磁极的旋转磁体支撑板的底 部示意视图。
[0015] 图4为根据本发明的一些实施方式的第一磁体支撑板的等距视图。
[0016] 图5为根据本发明的一些实施方式的沉积方法的流程图，所述沉积方法在物理气 相沉积（PVD)腔室中处理基板。
[0017] 为了促进了解，已经尽可能使用相同的标记数字来表示各图中共同的相同元件。 附图未依照比例绘制，且可以为了清楚加以简化。应了解到，一个实施方式的元件与特征可 有利地并入其他实施方式中而不用进一步详述。
【具体实施方式】
[0018] 本发明涉及一种磁控管以及并入此种磁控管的物理气相沉积（PVD)腔室，所述磁 控管用于提供更均匀的靶材消蚀图案以及在基板上提供更均匀的沉积分布。更具体地，本 发明的示例性实施方式将磁性材料的部分放置于溅射靶材之后的两个独立的板材上，两 个独立的板材具有独立的旋转轴并且能旋转来依需要而形成开环与闭环磁极（亦即"磁 轨")。以此方式，控制两旋转轴之间的相位角将控制所产生的磁场的相对位置。亦即，受控 于驱动各个轴的电机的相位控制，磁轨可为开环或闭环。下面描述示例性的磁控管组件。
[0019] 图1绘示根据本发明的一些实施方式的物理气相沉积（PVD)处理系统100的简化 横截面视图。适于根据本文所提供的教导来修改的其他PVD腔室的实例包括ALPSxPlus 和SIPENCOREliPVD处理腔室，两者都能在商业上从加州的圣克拉拉市的应用材料公司 获得。来自应用材料公司或其他制造商的其他处理腔室（包括被配置而用于PVD之外的其 他种类的处理的处理腔室）也可受益于根据本文所揭示的教导的修改。
[0020] 在本发明的一些实施方式中，PVD处理系统100包括腔室盖101，腔室盖101可移 除地设置于处理腔室104的顶部。腔室盖101可包括靶材组件114与接地组件103。处理 腔室104包括基板支撑件106,用于接收基板108于基板支撑件106上。基板支撑件106可 定位于下接地外壳壁110内，下接地外壳壁110可为处理腔室104的腔室壁。下接地外壳 壁110可电气耦接于腔室盖101的接地组件103,使得射频回程路径被提供至设置于腔室盖 101上方的RF或DC电源182。RF或DC电源182可提供RF或DC功率至靶材组件114,如 下面论述的。
[0021]PVD处理系统100可包括源分配板158,源分配板158与靶材组件114的背面相对 并且沿着靶材组件114的周边边缘电气耦接于靶材组件114。PVD处理系统100可包括腔 170,腔170设置在靶材组件114的背面与源分配板158之间。腔170可至少部分容纳磁控 管组件196,如下面论述的。腔170至少部分由下述表面界定：导电支撑环164的内表面、 源分配板158的面向靶材的表面和靶材组件114 (或背板组件160)的面向源分配板的表面 (例如背面）。
[0022] 磁控管组件196的一或更多个部分可至少部分设置于腔170内。磁控管组件提供 靶材附近的旋转磁场，以协助处理腔室104内的等离子体处理。在一些实施方式中，磁控管 组件196可包括第一可旋转的磁体组件197以及第二可旋转的磁体组件198,第一可旋转的 磁体组件197使第一磁体支撑板142绕第一支撑板142的第一中心轴146旋转，第二可旋 转的磁体组件198使第二磁体支撑板242绕第二支撑板242的第二中心轴246旋转。在一 些实施方式中，第一中心轴146与第二中心轴246并未对准（亦即偏离）。在一些实施方 式中，第一中心轴146或第二中心轴246的至少之一可对准于处理腔室104的中心轴186。 在一些实施方式中，第一与第二磁体支撑板142/242可为盘状，或者其他适于使用在处理 腔室104中的几何形状。
[0023] 在一些实施方式中，第一可旋转的磁体组件197包括第一电机176、第一电机轴 174、第一传动组件178和第一磁体支撑板142。在一