[发明专利]在物理气相沉积期间支撑工件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在物理气相沉积(physical vapour deposition，PVD)期间支撑工件的方法以及一种支撑工件的物理气相沉积的设备。

背景技术

高功率晶体管常常使用厚铝层作为接触层以便于处理这些装置中固有的极高电流密度。需要厚Al薄膜来最大程度减少接触电阻，以及随之的会降低装置速度和效率的切换损耗(switching losses)。典型的装置具有包括一个或多个铝层的源触点的竖直构造，铝层的厚度为1-20μ并沉积在嵌入完整厚度的晶片上的半导体设备上。

铝及铝薄膜可通过磁控溅射(magnetron sputtering)技术沉积到晶片上。因此在铝靶和环形阳极环之间连接有直流(DC)电源。当系统为真空且在靶下方的支座上放置待涂覆部件时，形成低压放电(通常在几mT左右)并且使材料从靶溅射到晶片上。利用该技术来沉积厚金属涂层可导致待涂覆晶片的温度显著上升，这是因为在真空系统中难以去除金属离子或中性分子的瞬时磁通以及来自等离子体的热量。然而，在制造过程中，晶片可达到的温度往往是受限的，450℃是普遍的上限值并且是对于后端线(Back End Of Line，BEOL)集成方案的典型的最高温度。

相比之下，产率要求高沉积速率，高沉积速率反过来导致靶的高DC功率，而这些高功率导致晶片上的显著的热负荷。

最普遍的，通过晶片和晶片支座之间的气体传导来控制晶片温度，晶片支座包括静电夹具或机械夹固系统。虽然这两种方法都可实现，但其实施相对昂贵，且随着溅射材料开始涂层固定物，其性能降低。

发明内容

本发明一方面在于提供一种在物理气相沉积(PVD)期间支撑工件的方法，包括：

(a)设置涂有吸热涂层的铝表面；

(b)冷却支座至100℃左右；以及

(c)进行PVD过程以使得在冷却作用下工件的温度在350℃～450℃之间。

涉及使用涂层工件支座的方法是已知的(例如美国专利5183402中所公开的)。该专利的目的是将晶片保持在板的温度(platen temparature)。然而，铝一向被认为是不适合高温(＞～400℃)操作的板材料，并且到目前为止板通常由不锈钢制成。本领域技术人员不认为铝需要涂层，这是因为已知铝具有比不锈钢更好的导热性。然而，如下所示，发明人经确定只在上面设定的具体温度状况下涂层才具有实质效果。

该涂层为惰性和/或超高电压兼容。例如涂层为CrO_x或Al₂O₃。

本发明另一方面在于一种物理气相沉积的设备，该设备包括：真空室和设置在该室中的用于支撑工件的支座以及用于冷却支座的冷却电路，其中支座包括具有支撑面的铝体(aluminium body)，且支撑面涂有吸热涂层。

优选地，该涂层如上所述。在一个具体实施例中，冷却支座至100℃左右。

如上所述的方法和设备尤其适用于溅射高沉积铝中。

虽然以上限定了本发明，应当理解的是，本发明包括以上或以下描述的特征的任何创造性组合。

附图说明

本发明可以以各种方式实施，且现将通过参照所附附图的实例来说明具体实施例，其中：

图1为溅射设备的示意图；

图2显示在供应有26kw功率的靶时，在具体温度范围内对涂层的影响；

图3为对于40kw的设置的相应图示；以及

图4为列出了控制40kW直流功率以及控制板的温度在100℃时，铝和铝/CrO_x涂层板组件的沉积的薄膜晶粒尺寸与晶片的温度的表格。

具体实施方式

图1中真空室10包括与靶12正对的支座或板11。如本领域中已知的，靶具有由磁控管13产生的变化磁场并且靶由直流电源14供电。还如本领域中已知的，在该室中等离子体15被发射，并且等离子体中的离子轰击靶以从靶上溅射出铝，从靶上溅射出的铝沉积到载于支座11上的晶片16上。

一般，在350℃到400℃以上，硅晶片发射显著量的热辐射。由于例如硅晶片上的二氧化硅层上的铝涂层，从晶片的任何热传递的大部分被限制在晶片背面。