[发明专利]偏压晶片时的铝溅镀

说明书

技术领域

本发明大致关于利用材料的溅镀沉积。更明确而言，本发明是有关于一种两步骤式铝溅镀制程及用于该制程的装置。

背景技术

撇开于极先进电路中铜金属联机渐趋重要不谈，硅集成电路一直持续使用铝作为多层金属结构中垂直或水平内联机的导电材料。铝通常藉由磁控管溅镀方法加以沉积。然而，当垂直内联机的深宽比(aspect ratio)持续增加时，齐几何形状通常不利于溅镀沉积，也因此铝溅镀沉积制程面临渐困难的挑战。尽管如此，由于简单、低成本与长期惯用的缘故，传统直流磁控管溅镀反应室仍为人所爱用。

如简单绘示于图1中的剖面图般，直流(DC)磁控管溅镀反应室10包含一真空腔12，其是沿着中心轴1 4对称配置。真空泵系统16将该真空腔12抽空至介于约10-8托耳(Torr)的极低基本压力。然而，一气体源18通过一质流控制器20连接至该真空腔，以提供氩气(argon)作为溅镀工作气体。该真空腔12内部的氩气压力通常保持在该低毫托耳范围内。一基座22配置于该中心轴14的四周，已固持晶片24或其它欲进行溅镀膜层的基板。一未绘出的夹环或静电夹盘可能用来将该晶片24固持于该基座22上，且通常可控制其温度。外罩26保护着该真空腔壁以及该基座22的侧边不受溅镀沉积。一具有一平坦正面的靶材28是配置于该基座22的相反侧处，且具有一无实质功效的部份延伸接近该基座。对于铝溅镀而言，至少该靶材28面对该晶片24的正面需由铝或除了元素铝的外其它一或多种合金元素的含量不超过10％的铝合金所构成。该靶材28是通过一隔离件(isolator)30真空密封至该真空腔12。

直流(DC)电源供应器32是相对于该外罩28电性负偏压该靶材28，或当该靶材28电性接地时电性负偏压其它的真空腔部分，以造成该氩气溅镀工作气体注入等离子中，使得该带正电的氩离子为负偏压的靶材28所吸引，而将靶材材料溅击出来。从该靶材28射出的溅镀材料沉积在该晶片24上成为一膜层。在反应性离子溅镀中，额外允许诸如氮气等反应性气体进入该真空腔中，而造成金属化合物的沉积，例如氮化金属。在某些用于溅镀铜或耐火阻障材料的应用中，可使用一射频(RF)功率源34，例如操作频率为13.56MHz或其它射频频率的射频功率源，通过一电容式耦合电路(capacitive coupling circuit)38来偏压该基座22中的电极36。在包括溅镀铝在内的其它应用中，通常省略掉该射频偏压电路，且该基座22是电性浮动的。

视应用用途的不同，该晶片24在溅镀过程中可能需要加热或冷却。一可控制电源供应器40可供应电流至一包埋在该基座22中的电阻加热器42，以加热该晶片24。另一方面，一可控制冷却器44可使冷却水或其它冷冻剂在形于在该基座22中的冷却信道46内循环。虽然图中并未显示，但更能利用可控制地供应氩气热传递气体至位于该基座电极36的顶面中的盘旋状信道来热耦接该晶片24至该基座22的方式来进行热控制。

传统上，用于铝溅镀的二极直流磁控管溅镀反应室并不包含可耦接大量能量至该等离子的射频感应能量源或微波能量源。

可借着在靶材28的背侧安装一磁控管50来大幅提高溅镀速率。该磁控管50(其为本发明一态样)可为任何形状或型式。该磁控管50可能包含多对具有相反垂直磁性的磁极52与54，且所述磁极通常配置成环状，而在邻近该靶材28正面处形成一高密度等离子(HDP)所构成的环状区域56。该高密度等离子区域56是因水平延伸在所述邻近磁极52与54间的磁场会捕捉电子进而提高等离子密度所造成的。提高的等离子密度大幅提升该靶材28的邻近区域的溅击作用。利用其包围区域小于该欲扫描与溅镀的靶材区域(例如小于15％)的磁控管50可更进一步提高等离子密度，因而将该靶材功率集中在该磁控管50的缩小区域(reduced area)中。为了提供更均匀的靶材溅镀图案(puttering pattern)，该环形磁控管50通常偏离(offset)该中心轴14。马达60驱动一旋转轴62，该旋转轴62是沿着中心轴14延伸且固定至一用来支撑称所述磁极52与54的平台64，以沿着该中心轴14旋转该磁控管50。旋转该偏离的磁控管50制造出一方位角均匀平均时间磁场(azimuthally uniform time-averaged magnetic field)。若磁极52与54分别由相反磁性的圆柱状永久磁石所形成时，该平台64则较佳由一磁性材料所构成，以作为一磁轭(magnetic yoke)。