[发明专利]具有多个靶体和磁体的沉积室的PVD装置和方法

说明书

技术领域

本发明总的来说涉及半导体制造工具和方法。更具体地，本发明涉及具有多靶体设计的物理汽相沉积(PVD)装置和方法，其中，不同的靶体通过可单独控制的电源供电并且将不同的材料沉积到衬底上。

背景技术

在半导体制造工业中常用溅射和其他类型的物理汽相沉积(PVD)以在衬底上沉积膜。PVD是在气相中进行的沉积工艺，其中在真空中将源材料物理转印到衬底。除溅射之外，PVD包括热和电子束蒸发。PVD常用于沉积金属、阻挡材料和氧化物。源材料通常存在于在沉积操作中用作阴极的靶体中。

在溅射阴极中，以靶体形式提供的源材料被来自等离子体放电的能量离子侵蚀，并且通过离子释放的材料经由物理汽相沉积PVD在衬底上沉积为薄膜。通常，利用通过靶体阴极和阳极之间的电源施加的电位和放电电流，在工作气体的控制流下，在蒸发处理室(即，真空室)中保持等离子体放电。

在导电靶体材料的情况下，靶体可以提供有连续或脉动负电压，使得在靶体表面的上方形成等离子体。通过在等离子体和靶体表面之间形成的电场，来自等离子体的带正电离子加速朝向负偏压靶体表面(即，阴极)且到达负偏压靶体表面上，轰击靶体表面并通过从靶体释放材料引起靶体的侵蚀，并导致远离靶体表面溅射材料。来自侵蚀靶体的释放材料被导向到诸如半导体衬底的衬底或者位于沉积室中的其他工件。

在磁控溅射系统中，靶体上方的等离子体密度通过磁场显著增加。通过磁场产生的高等离子体密度区域中的离子变得具有高度活力。通过紧靠靶体布置的磁体产生磁场。磁体通常设置在相对于靶体溅射表面的靶体面上，即，在靶体的后面。

然而，在传统的磁控溅射系统中，靶体将具有不均匀的侵蚀轮廓。不管其形状如何，靶体更优先在相对于磁体的固定磁场的特定位置侵蚀。靶体的不均匀侵蚀轮廓可能导致所沉积的膜的均匀性差以及整个衬底的膜特性不均匀。例如，在衬底的一些空间位置处可以实现较差的阶梯覆盖，而在衬底的其他区域可以实现良好的阶梯覆盖。

在现今快速进步的半导体制造工业中以及随着半导体器件具有越来越微型化的部件，克服现有技术的缺点以及提供具有卓越均匀性和一致质量的沉积薄膜变得越来越重要。

发明内容

一方面，本发明提供了一种膜沉积系统，所述膜沉积系统包括：沉积室，所述沉积室具有其中包括多个靶体组件的靶体布置，每个所述靶体组件都包括靶体构件以及专用磁体或多个专用磁体，每个所述靶体组件都具有可单独控制的电源；以及工作台，所述工作台用于在其上接收工件。

在所述的膜沉积系统中，所述多个靶体组件包括中心靶体构件和围绕所述中心靶体构件的环形靶体构件。

在所述的膜沉积系统中，所述多个靶体组件包括同心布置的所述靶体构件。

在所述的膜沉积系统中，每个所述靶体构件可以由相同或是不同的材料形成。

在所述的膜沉积系统中，每个所述专用磁体或多个专用磁体相对于相关的所述靶体组件的相关的所述靶体构件旋转。

在所述的膜沉积系统中，所述多个靶体组件包括在中心设置的第一靶体组件、围绕所述第一靶体组件的环形第二靶体组件以及围绕所述第二靶体组件的环形第三靶体组件，并且其中，所述多个靶体组件中的每一个都适合于在所述工作台上设置的工件上沉积相关的靶体材料。

在所述的膜沉积系统中，配置所述多个靶体组件，使得所述靶体构件适合于在所述工作台上设置的工件的不同沉积区域上沉积材料。

另一方面，本发明提供了一种采用物理汽相沉积PVD在衬底上沉积膜的方法，所述方法包括：提供由第一材料形成的第一靶体和由第二材料形成的第二靶体；通过利用形成初始功率比率的第一功率和第二功率，首先对所述第一靶体施加所述第一功率以及对所述第二靶体施加所述第二功率来沉积膜；以及通过使用不同的功率比率对所述第一靶体和所述第二靶体提供功率来继续沉积所述膜。

在所述的方法中，所述施加第一功率和所述施加第二功率包括：使用DC功率同时分别向所述第一靶体和所述第二靶体供电。

在所述的方法中，所述提供包括：所述第一靶体包括第一相关的磁体布置，以及所述第二靶体包括第二相关的磁体布置。

在所述的方法中，所述提供由第一材料形成的第一靶体和由第二材料形成的第二靶体包括：在单个沉积室中沉积所述第一靶体和所述第二靶体，所述沉积室进一步包括用于在其上接收工件的工作台，以及其中，所述沉积和所述继续沉积包括将所述膜沉积到设置在所述工作台上的衬底上。