专利名称：静电夹持装置及应用该静电夹持装置的半导体处理设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及微电子技术领域，具体而言，涉及一种静电夹持装 置以及应用该静电夹持装置的半导体处理设备。
背景技术：
随着电子技术的高速发展，人们对集成电路的集成度要求越来 越高，这就要求生产集成电路的企业不断地提高半导体器件的加工/ 处理能力。目前，在半导体器件的加工/处理过程中广泛采用诸如等 离子体沉积技术等的等离子体处理技术。所谓等离子体沉积技术指的是，工艺气体在射频功率的激发下产生电离形成含有大量电子、离子、 激发态的原子、分子和自由基等活性粒子的等离子体，这些活性粒子 与待沉积的物体(例如，晶片)的表面发生物理和化学反应，从而在 待沉积的物体表面获得需要的沉积层。上述等离子体沉积技术需要借助于相应的半导体处理设备来实 现。通常，半导体处理设备的反应腔室维持低压状态，沉积技术所需 的工艺气体通过设置在半导体处理设备反应腔室内的气体分配装置 而进入到反应腔室，并在此受到射频功率或直流功率的激发，产生电 离形成等离子体。靶材被等离子体中的正离子溅射而释放二次电子， 所述二次电子以及等离子体中的电子在电场和磁场的共同约束下做 拉摩运动，并碰撞更多的原子和分子而使之电离；被正离子溅射出的 靶材原子穿过等离子体区而向晶片表面运动，这些靶材原子中的很少 一部分被电离，绝大部分则以原子态沉积在晶片表面，以获得所需的 沉积层。前述诸如溅射技术等的等离子体沉积技术尤其适用于集成电路 制造中的金属互连层和阻挡层的制备过程。所述金属互连层的作用是 使芯片上各区域的电路电连接，并且金属互连层彼此之间以绝缘介质层相隔，在金属互连层和绝缘介质层之间设置一层阻挡层，该阻挡层 用以防止金属互连层中的金属向绝缘介质层扩散，以减小电迁移，进 而提高金属互连层与绝缘介质层之间的附着性。
众所周知，在前述诸如溅射工艺等的等离子体沉积工艺中，磁 场通常会影响反应腔室内各种粒子的活动，尤其是上述二次电子以及 等离子体中的电子的活动情况。例如，如果扩大反应腔室内的磁场区 域，则会增大电子的活动范围，从而使等离子体区域扩大。这种情况 下，当被溅射出的靶材原子经过扩大的等离子体区域时，其被电离的 几率就会变大，从而提高了靶材溅射时的离化率。同时，靠近腔室的 磁场零点区域使晶片表面处的等离子体分布更加均匀，并且可在填充 工艺中提高台阶覆盖率，以及在平面沉积工艺中提高薄膜均匀性。
然而在实际工艺中，特别是在晶片尺寸逐渐增大以及关键尺寸逐 渐减小的情况下，因腔室体积增大、靶材原子离化率低、等离子体分 布不均匀等问题，而使得晶片等被加工/处理器件从其中心到边缘存在
着孔隙填充的台阶覆盖率和薄膜沉积均匀性差异较大的问题。
为此，本领域的技术人员不断研究，以期能够通过扩大反应腔 室内的磁场区域而提高台阶覆盖率和薄膜沉积均匀性，并减小从晶片 等被加工/处理器件的中心到其边缘的差异。目前，己有人提出通过在 反应腔室外部增设磁铁来扩大反应腔室内的磁场区域，例如图1就示 出了这样一种半导体处理设备。
如图1所示，该半导体处理设备的反应腔室1的上方设置有介 质窗(图未示)，在该介质窗的上方设置有磁控溅射源磁铁2，在该 介质窗的下方设置有靶材3，在反应腔室1的下方设置有静电卡盘5，
待加工/处理的半导体器件4 (诸如晶片)便置于该卡盘5上。另外， 在反应腔室1外部的侧面设置有边磁铁6。这样，借助于磁控溅射源 磁铁2和边磁铁6的组合，可以使磁力线分布于腔室和卡盘周围，以 扩大等离子体区域，进而提高靶材原子的离化率，从而在一定程度上 提高孔隙填充的台阶覆盖率和薄膜沉积均匀性。
尽管图1所示现有技术中，通过在反应腔室外部设置边磁铁可 以扩大反应腔室内的磁场区域，进而可以扩大等离子体区域的范围，并提高靶材原子的离化率，但是在实际应用中却不可避免地存在下述 的问题
其一，由于边磁铁设置在反应腔室的外部，这通常会使反应腔室 内部的磁场强度比较弱，而较弱的磁场会使孔隙填充的台阶覆盖率和 薄膜沉积均匀性均无法达到较佳效果。
其二，由于边磁铁设置在反应腔室的外部，多数磁力线会向反 应腔室的外围扩散。特别是，随着反应腔室体积的增大，为了使腔室 外部的边磁铁能够对腔室中心区域的等离子体产生较好的影响，就需 要增大腔室外部边磁铁的磁场强度，也就是要求边磁铁的剩磁变大， 这样就会造成比较大的浪费。例如，图1所示的边磁铁就是约有一半 的磁力线对该反应腔室内部起作用，而另一半的磁力线则直接向反应 腔室的外围扩散。
其三，如果腔室外部的边磁铁采用永磁铁，则该边磁铁以及整个 设备的成本会较高，这是因为能够获得较大剩磁的永磁铁价格通常都 很昂贵；而如果腔室外部的磁铁采用电磁铁，则在实际应用中电能损 耗又会较大。因此，现有技术提供的半导体处理设备的成本较高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种静电夹持装置，其能够在 反应腔室内产生较强的磁场，并减小对反应腔室外部其他工艺模块和仪 器的电磁干扰，同时还具有成本低、结构简单、安装较为方便等特点。
本发明还提供了一种半导体处理设备，其同样能够在反应腔室内产 生较强的磁场，并减小对反应腔室外部其他工艺模块和仪器的电磁干 扰，同时还具有成本低、结构简单、安装较为方便等特点。
为此，本发明提供了一种静电夹持装置，包括基座以及边磁铁，所 述边磁铁采用这样的设置方式即，环绕所述基座而设置，和/或设置 在所述基座的内部，和/或设置在所述基座的下方。
其中，所述边磁铁包括至少一个边磁铁组件。
其中，所述边磁铁组件呈与所述基座的外形相适配的环状结构。 其中，所述环状边磁铁组件为一整块环状磁铁。其中，所述环状边磁铁组件包括多个磁铁，所述多个磁铁围绕所述 基座均匀设置而呈环状。
其中，所述边磁铁组件为电磁铁和/或永磁铁。
其中，所述边磁铁组件采用这样的方式而固定在所述基座上艮口， 螺接方式和/或铆接方式和/或焊接方式和/或粘接方式，和/或借助于固 定装置而固定在所述基座上。
其中，所述边磁铁组件为两个或两个以上时，这些边磁铁组件彼此 之间采用叠置的设置方式和/或嵌套的设置方式，并且这些边磁铁组件 的相对大小影响磁场零点区域的位置。
此外，本发明还提供一种半导体处理设备，其包括反应腔室，并且 在所述反应腔室内的下方位置处设置有上述静电夹持装置，用以在所述 反应腔室内部产生均匀分布且强度较大的磁场。
其中，在所述反应腔室内的上方位置处，对应于所述静电夹持装置 而设置沉积工艺所需的靶材，并且在所述靶材的上方设置磁控溅射源磁 铁。
相对于现有技术，本发明具有这样的有益效果
其一，由于本发明提供的静电夹持装置本身就设置有边磁铁，因而 将该静电夹持装置设置于半导体处理设备的反应腔室内时，该边磁铁的 大多数磁力线会处于该反应腔室内，因此，该反应腔室的内部可以充分 利用所述边磁铁的剩磁而产生较强的磁场强度。换言之，对于同一个边 磁铁而言，将其设置于静电夹持装置上时，其在反应腔室内产生的磁场 强度会大于将其设置在反应腔室外部时在反应腔室内所产生的磁场强 度。
其二，由于本发明提供的静电夹持装置本身就设置有边磁铁，并且 将该静电夹持装置设置于半导体处理设备的反应腔室内时，其能够在反 应腔室内产生较强的磁场强度，因而无需像现有技术那样通过设置具有 较大剩磁的边磁铁而在反应腔室内获得较强的磁场强度，因此，本发明 具有成本低的特点。
其三，由于静电夹持装置本身就设置有边磁铁，而无需像现有技术 那样在反应腔室的外部设置边磁铁，因此无需在反应腔室侧壁上打孔或者通过另外设置辅助支架来将静电夹持装置设置在反应腔室外部，从而 可以使反应腔室侧壁用来安装观察窗或真空规等元器件。而且，这样还 可以使反应腔室外部的结构更加紧凑，为外部结构设计带来更多空间。 同时，将边磁铁安装固定到静电夹持装置上的过程也较为简便。
其四，由于本发明提供的静电夹持装置本身就设置有边磁铁，因而， 将其置于半导体处理设备的反应腔室内，能够提高反应腔室内溅射工艺 靶材原子的离化率，并且可以扩大腔室内部的磁场分布，进而扩大等离 子体区域，使等离子体均匀分布在腔室内部，这样，成膜的离子在晶片 表面的分布就会较为均匀，从而能够更好地提高孔隙填充的台阶覆盖率 和薄膜沉积均匀性。
此外，本发明提供的静电夹持装置本身就设置有边磁铁，而诸如静 电卡盘的静电夹持装置本身带有的冷却系统，该冷却系统还可以对边磁 铁进行冷却，从而避免该边磁铁温度因超过居里点而消磁。
图l为现有的用于反应溅射的半导体处理设备的结构示意图； 图2为本发明第一实施例提供的半导体处理设备的结构示意图；以
及
图3为本发明第二实施例提供的半导体处理设备的结构示意图。
具体实施例方式
为使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附 图对本发明提供的静电夹持装置以及应用该静电夹持装置的半导体处 理设备进行详细描述。
请参阅图2，本发明提供的半导体处理设备包括反应腔室1，在 反应腔室1的上方设置有靶材3，磁控溅射源磁铁2置于该靶材3之 上，在反应腔室1的下方设置有本发明提供的静电夹持装置，被加工 /处理的半导体器件4 (诸如晶片)便置于该静电夹持装置上。
其中，静电夹持装置包括基座5以及设置在基座5侧面靠上位 置处的边磁铁7 (本实施例中的边磁铁7为一个边磁铁组件所组成的边磁铁，为便于说明，在本实施例中将这一个边磁铁组件也称为边磁 铁7)。所述边磁铁7可以通过螺接和/或铆接的方式而设置到基座5
的侧面，例如，可以在基座5的侧面以及边磁铁7的侧面打孔，并通 过螺钉和/或螺栓和/或铆钉等将边磁铁7安装到基座5的侧面。当然， 边磁铁7也可以通过粘接、焊接的方式而设置到基座5的侧面。
在实际应用中，上述边磁铁7可以为一整块环状磁铁，也可以 由多个小磁铁围绕基座5的侧面环绕构成，优选地环绕基座5均匀地 设置这些磁铁。并且，本实施例中的磁控溅射源磁铁2和边磁铁7可 以为永磁铁和/或电磁铁。
通过将边磁铁7设置在基座5的侧面，可以使边磁铁7的磁力线 更多地集中于反应腔室内部，这既能够扩大磁场强度，又能够扩大磁 场分布，同时使大体积腔室内部的磁场分布更加均匀，进而能够扩大 等离子体区域，使等离子体的分布也更加均匀，同时使成膜的靶材离 子在晶片表面较为均匀地分布，以便在工艺过程中更好地提高孔隙填 充的台阶覆盖率和薄膜沉积均匀性。这是因为，边磁铁7和磁控溅射 源磁铁2共同决定了大体积腔室内部的磁力线分布，并且在限制电子 运动轨迹的同时，延长了电子的运动寿命，从而提高了腔室内部等离 子体密度，改变等离子体分布并扩大等离子体区域，进而提高靶材原 子通过该区域的离化机率，提高孔隙填充的台阶覆盖率。而且，实验 表明，应用图2所示半导体处理设备后，侧壁台阶覆盖率由4%提高至 5%以上。
请参阅图3，本实施例提供的半导体处理设备包括反应腔室1， 在反应腔室1的上方设置有靶材3，磁控溅射源磁铁2置于该靶材3 之上，在反应腔室1的下方设置有本发明提供的静电夹持装置，被加 工/处理的半导体器件4 (诸如晶片)便置于该静电夹持装置上。
其中，静电夹持装置包括基座5以及设置在基座5侧面靠上位 置处的边磁铁8。本实施例中的边磁铁8包括上下叠置的两个边磁铁 组件，其中的每一个边磁铁组件均可以采用图2所示实施例中的边磁 铁7，并且每一个边磁铁组件的极性方向可以根据实际工艺要求进行 更改。需要特别说明的是，本发明中所说的叠置指的是边磁铁组件大致同轴地上下放置，并且对于上下相邻的两个边磁铁组件之间是否保 持有间隙不作限制。
在基座5侧面靠上位置处设置有包含两个不同尺寸的边磁铁组件 的边磁铁8，这样，可以在诸如晶片等的被加工/处理器件的边缘位置
处产生磁场零点区域9。所述磁场零点区域9有独特的物理特性，可以
引导等离子体中的正离子向边缘扩散，从而使诸如晶片等的被加工/处 理器件的表面薄膜沉积更加均匀。
而且在实际应用中，通过改变基座5侧面的各个边磁铁组件的相 对大小，可以控制磁场零点区域9的位置，以使其能够大致位于不同 工艺所需的最佳位置，从而满足不同工艺(例如，不同半导体金属互 连工艺)的要求。
至于边磁铁8的安装固定方式，例如可以采用螺接和/或铆接的 方式而设置到基座5的侧面，具体地，可以在基座5的侧面以及边磁 铁8的侧面打孔，并通过螺钉和/或螺栓和/或铆钉等将边磁铁8安装 到基座5的侧面。或者，也可以通过粘接、焊接的方式而将边磁铁8 设置到基座5的侧面。当然，还可以借助于诸如辅助支架的附加固定 装置而将边磁铁8固定在基座5的周围。
需要指出的是，在实际应用中，边磁铁的设置位置可以不仅仅局 限于前述实施例中所述的设置在基座的侧面，而是也可以设置在基座 的内部，或者设置在基座的下方，只要其能够使反应腔室内具有较多 的磁力线，并且具有较强且分布较为均匀的磁场即可。
进一步需要指出的是，边磁铁所包含的边磁铁组件的数量不必局 限于前述实施例中所述的1个或者2个，而是也可以为更多个，换言 之，边磁铁所包含的边磁铁组件的数量为N，其中N》1。并且，当边 磁铁组件的数量大于等于2时，这些边磁铁组件彼此之间的位置关系 可以不必局限于前述实施例中所述的上下叠置，而是也可以采用嵌套 的方式，例如，围绕基座设置第一边磁铁组件，而后围绕第一边磁铁 组件再设置第二边磁铁组件……，而且，第一边磁铁组件与第二边磁 铁组件可以处于同一个平面，也可以不处于同一个平面。
至于每一个边磁铁组件的结构和构成，类似于前述图2所示实施例中的边磁铁7，在此不再赘述。
通过上述描述可以看出，本发明提供的静电夹持装置本身就设置 有边磁铁，这样，将其置于半导体处理设备的反应腔室内时，能够提 高溅射工艺靶材原子的离化率，并且可以扩大腔室内部的磁场分布， 进而扩大等离子体区域，使等离子体均匀分布在腔室内部，这样，可
以改变离子运动方向，使成膜的离子在晶片表面的分布更为均匀，从 而能够更好地提高孔隙填充的台阶覆盖率和薄膜沉积均匀性。
而且，由于静电夹持装置本身就设置有边磁铁，而无需像现有技 术那样在反应腔室的外部设置边磁铁，因此无需在反应腔室侧壁上打 孔或者通过另外设置辅助支架来将静电夹持装置设置在反应腔室外 部，从而可以使反应腔室侧壁用来安装观察窗或真空规等元器件。而 且，这样还可以使反应腔室外部的结构更加紧凑，为外部结构设计带 来更多空间。同时，将边磁铁安装固定到静电夹持装置上的过程也较 为简便。
另外，本发明提供的静电夹持装置本身设置有边磁铁可以使反应 腔室内部充分利用所述边磁铁的剩磁(如图2和图3所示，所述边磁 铁的磁力线大半都包围在反应腔室内部)，这样无需很大剩磁的磁铁 也能够在反应腔室内获得较强的磁场，这样，既可以降低成本，又可 以使反应腔室之外的其他工艺模块以及诸如心脏起搏器等易受磁场干 扰的仪器少受或者免受干扰，从而维持这些工艺模块以及仪器的良好 工作性能。而且，诸如静电卡盘的静电夹持装置所带有的冷却系统同 样也可以对边磁铁进行冷却，从而避免该边磁铁温度因超过居里点而 消磁。
再有，边磁铁可以在诸如晶片等的被加工/处理器件的表面形成磁 场，而晶片表面的磁场分布可以提高晶片表面的等离子体密度。 一些 文献也指出，晶片在沉积薄膜过程中，有少量离子对其进行轰击，可 以提高薄膜的质密性，减少薄膜的内应力，从而提高薄膜的质量。例 如，将本发明提供的静电夹持装置和半导体处理设备应用于金属铜的
PVD (Physical Vapor Deposition,物理气相沉积)工艺后，薄膜厚度均 匀性由(WIW， 1cj %) <4.0变为<2.0，而且，晶片受到表面等离子体轰击，薄膜应力由0.7Gpa下降至0.5Gpa。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采 用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普 通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出 各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种静电夹持装置，包括基座，其特征在于还包括边磁铁，所述边磁铁采用这样的设置方式即，环绕所述基座而设置，和/或设置在所述基座的内部，和/或设置在所述基座的下方。
2. 根据权利要求l所述的静电夹持装置，其特征在于，所述边磁铁 包括至少一个边磁铁组件。
3. 根据权利要求2所述的静电夹持装置，其特征在于，所述边磁铁 组件呈与所述基座的外形相适配的环状结构。
4. 根据权利要求3所述的静电夹持装置，其特征在于，所述环状边 磁铁组件为一整块环状磁铁。
5. 根据权利要求3所述的静电夹持装置，其特征在于，所述环状边磁铁组件包括多个磁铁，所述多个磁铁围绕所述基座均匀设置而呈环 状。
6. 根据权利要求2至5所述的静电夹持装置，其特征在于，所述边 磁铁组件为电磁铁和/或永磁铁。
7. 根据权利要求2所述的静电夹持装置，其特征在于，所述边磁铁 组件采用这样的方式而固定在所述基座上即，螺接方式和/或铆接方 式和/或焊接方式和/或粘接方式，和/或借助于固定装置而固定在所述基 座上。
8. 根据权利要求2所述的静电夹持装置，其特征在于，所述边磁铁 组件为两个或两个以上时，这些边磁铁组件彼此之间采用叠置的设置方 式和/或嵌套的设置方式，并且这些边磁铁组件的相对大小影响磁场零点区域的位置。
9. 一种半导体处理设备，包括反应腔室，其特征在于，在所述反 应腔室内的下方位置处设置有如权利要求1至8中任意一项所述的静电 夹持装置，用以在所述反应腔室内部产生均匀分布且强度较大的磁场。
10. 根据权利要求9所述的半导体处理设备，其特征在于，在所述 反应腔室内的上方位置处，对应于所述静电夹持装置而设置沉积工艺所 需的靶材，并且在所述靶材的上方设置磁控溅射源磁铁。
全文摘要
本发明公开了一种静电夹持装置，其包括基座以及边磁铁，所述边磁铁采用这样的设置方式即，环绕所述基座而设置，和/或设置在所述基座的内部，和/或设置在所述基座的下方。并且，所述边磁铁包括至少一个边磁铁组件。此外，本发明还公开一种应用上述静电夹持装置的半导体处理设备。本发明提供的静电夹持装置和半导体处理设备能够在反应腔室内产生较强的磁场，并减小对反应腔室外部其他工艺模块和仪器的电磁干扰，同时还具有成本低、结构简单、安装较为方便等特点。
文档编号C30B25/06GK101597789SQ20081011427
公开日2009年12月9日 申请日期2008年6月2日 优先权日2008年6月2日
发明者于大洋 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司