[发明专利]位置控制双磁控管

说明书

技术领域

本发明一般涉及一种溅射材料。特别地，本发明涉及在等离子体溅射中使用的磁控管。

背景技术

溅射、或者称作物理气相沉积(PVD)是一种在制造半导体集成电路中沉积金属层或者相关材料的非常普遍的方法。大力研究溅射以溅射沉积用于电接触的铝金属化平坦层。然而，近些年，先进集成电路已增加使用通过电化学电镀(ECP)施加的铜金属化，但是也依赖于溅射，用于在高纵横比孔中沉积薄共形衬垫层，包括如Ta/TaN的阻挡层和用于稍后施加的ECP铜的铜种子层。

将薄层溅射到深孔如通孔中要求自靶溅射的大部分溅射原子被离子化且晶片被电偏置以在孔中将离子吸引得更深。在广泛使用的方法中，在靶中心外围附近旋转小磁控管，以投射与靶溅射面相邻的强磁场，从而产生高密度等离子体，其不仅增加了溅射速度，而且还产生大量离子化的溅射颗粒。即使磁控管远离靶中心设置，离子也易于向中心扩散并且横跨整个晶片溅射沉积。事实上，除非采取其他预防措施，与晶片边缘处比较，溅射沉积更易于发生在晶片中心，这是由于离子向室壁发生边缘损耗。

然而，小的外围设置磁控管存在没有溅射的靶区域上再次沉积大量的溅射原子的问题。不对在靶中心的再沉积材料进一步进行溅射，并形成厚膜，该厚膜不会很好地粘附到下部靶上。一些点处，再沉积膜从靶上脱落并在室中产生过量颗粒。这种颗粒易于落到被处理晶片上并在所获得的集成电路中产生缺陷，具有产量损失或者降低的器件可靠性。结果，通常的实践是不时地清洗靶。在清洗模式中，通常制造晶片不在溅射室中，改进溅射条件以使靶中心被溅射以去除所再沉积的溅射材料。

缩小位于磁控管外围尺寸使得公知的清洗技术复杂化，并增加了需要清洗的靶中心区域的尺寸。然而，任何解决方案都不应当招致室复杂性或成本的大幅度增加或者以过多的清洗时间影响系统产率。

发明内容

本发明的一个方案包括两个磁控管，两者以不同的可变半径在溅射靶后面旋转。磁控管尺寸、强度和不平衡性可都不同。

源磁控管相对较小、结实、且不平衡，并且在溅射沉积和溅射蚀刻期间在靶外围附近旋转。辅助磁控管相对较大、不牢固且较平衡，并且在靶清洗期间在靶中心区域的大部分上方旋转。

源磁控管在溅射沉积期间位于各自径向内部位置处但是在靶外围附近，并且在靶清洗期间位于与室壁相邻的径向外部位置处，此时其等离子体受到抑制或者被短路。辅助磁控管在靶清洗期间位于覆盖接近靶中心区域的各自径向内部位置处，且在溅射沉积期间位于室壁附近的径向外部位置处，此时其等离子体优选受到抑制并被短路。这两个磁控管在互补的径向方向上移动。制造晶片在溅射沉积期间而不是靶清洗期间位于靶的相反向。

这两个磁控管可被支撑在由臂支撑的偏转部件上，该臂关于室中心轴旋转，偏转部件关于远离中心轴的枢轴线转动。这两个磁控管位于臂的相反侧上且两个被相似地设置的与臂啮合的阻尼器限制该转动动作。

附图说明

图1是结合了本发明双磁控管的等离子体溅射室的截面图。

图2是包括在本发明中的溅射工艺的流程图。

图3是在本发明双磁控管的一个实施例中的源和辅助磁控管的平面图。

图4是结合了图3的源和辅助磁控管的磁控管系统的垂直图。

图5是源和辅助磁控管在其溅射沉积位置中的平面图。

图6是源和辅助磁控在其靶清洗位置中的平面图。

具体实施方式

本发明改进了常规磁控管溅射室，其包括多个不相似的磁控管，其在互补径向方向上关于旋转中心移位，以提供增加对不同相位溅射工艺的控制，该工艺包括溅射沉积或者溅射蚀刻和靶清洗。