[发明专利]具有可旋转衬底基座的物理气相沉积室

说明书

技术领域

本发明的实施方式一般涉及半导体衬底处理系统。更具体地，本发明涉及半导体衬底处理系统的物理气相沉积室。

背景技术

物理气相沉积(PVD)，或溅射是集成电路和器件制造中最普遍使用的工艺之一。PVD为在真空室中进行的等离子体工艺，在该真空室中负偏压靶(通常为磁控管靶)暴露于具有相对重的原子的惰性气体(例如，氩(Ar))或包括这样的惰性气体的气体混合物的等离子体中。通过惰性气体的离子对该靶的轰击导致靶材料的原子发射。发射的原子聚集为设置在靶下方的衬底基座上的衬底上的沉积膜。

PVD工艺的一个关键参数是沉积膜的厚度不均匀性。已有许多改进致力于减小膜的不均匀性。这样的改进通常涉及靶(例如，靶材料组成、磁控管结构等)和真空室的设计。然而，这样的方法单独并不能满足对于膜均匀性日益增长的严格要求。

所以，在本领域中仍然存在改进PVD室的需求。

发明内容

本发明公开了一种用于沉积高度均匀的薄膜的PVD室。该室包括可旋转的衬底基座。在一个实施方式中，该基座在膜沉积过程中以每分钟约10转到每分钟100转的角速度旋转。在进一步的实施方式中，一个或多个溅射靶可移动地设置在该基座之上。靶相对于基座的取向可横向、垂直或成角度地调节。在一个实施方式中，靶可调节为在相对于基座旋转轴为约0度到约45度之间的角度。

附图说明

参照所附的附图示出了其一部分的实施方式可以获得对以上简要概述的本发明的更具体的描述，从而可以更详细地理解本发明的理解本发明的上述特征。然而，应该理解，附图仅仅阐明本发明的典型实施方式并且因此不应认为是对其范围的限制，对于本发明而言，可允许其它等效的实施方式。

图1为具有可旋转衬底基座的PVD室的一个实施方式的示意性截面图；

图2为具有可旋转衬底基座的PVD室的另一实施方式的示意性截面图；

图2A到图2B为具有位于不同处理位置的靶的PVD室的示意性截面图；

图3A为图1的可旋转衬底基座的部分横截面图；

图3B为图1的衬底支撑基座的俯视图；

图4A为另一PVD室的示意性透视图，该室具有多个设置在可旋转衬底基座周围的斜角溅射靶；

图4B为沿着图4A的线4A-4A提取的图4A的PVD室的截面图。

为了便于理解，尽可能的，相同的附图标记表示对于各个附图而言公共的相同元件。

具体实施方式

本发明通常为用于沉积高度均匀薄膜的PVD室。通过可旋转的衬底支撑基座可至少部分获得膜沉积不均匀性的改进。

图1示出了具有可旋转衬底基座126的PVD室100的一个实施方式。图3A示出了衬底基座126的部分横截面图。图3A的横截面图沿着衬底基座126的径向提取。图1和图3A的视图为了阐释性的目的做了简化并且未按比例绘出。为了最好的理解本发明的该实施方式，读者应该同时参照图1和图3A。

PVD室100通常包括盖组件102、主组件104、运动控制单元170、支撑系统160以及控制器180。在一个实施方式中，盖组件102包括靶组件110和上机壳122。靶组件110包括设置在靶底座112(例如，水冷底座)中的可旋转的磁控管组114，靶118以及靶护罩120。磁控管组件114与驱动116机械联接，从而在操作时，该驱动116以预定的角速度旋转该磁控管组。在2003年11月4日授权给A.Tepman的美国专利No.6,641,701中描述了可适于受益于本发明的一个磁控管组。靶组件110与诸如RF、DC、脉冲DC以及类似功率源的等离子功率源(未图示)电连接。

在一个实施方式中，主组件104包括室体128、可旋转衬底基座126、与室体128沿周边附着的倒置护罩136以及多个辐射加热器134。护罩136通常从室体128的上部朝向基座126向下和向内延伸。衬底基座126包括彼此联接的衬底工作台154和柱状模块150。在盖组件102和主组件104之间的真空密封联接由至少一个如图所示的O形环132的密封物示例性地提供。

衬底130(例如，硅(Si)晶片等)通过室体128中的狭口阀124移入和移出PVD室100。辐射加热器134(例如，红外(IR)灯等)通常用于将衬底130和/或室100的内部部件预加热到由具体工艺配方确定的温度。由于辐射加热器134位于护罩136的下方，加热器134可避免可能不利地影响加热器性能的溅射出的靶材料的沉积。