[发明专利]用于硅通孔填充的磁控溅射腔室和半导体处理设备

说明书

本发明公开了一种用于硅通孔填充的磁控溅射腔室和半导体处理设备。本发明的磁控溅射腔室包括腔体、设置于腔体顶部的靶材、设置于靶材上方的磁控管、以及设置于腔体内部且位于靶材下方的基座，磁控管在靶材上的投影面积小于五分之一的靶材面积，以提高介质气体的离化率，从而提高对硅通孔的填充速率。根据本发明的半导体处理设备包括本发明的磁控溅射腔室。本发明的磁控溅射腔室和半导体处理设备，均提高了对硅通孔的填充速率。

技术领域

本发明属于半导体设备领域，具体地，涉及一种用于硅通孔填充的磁控溅射腔室和半导体处理设备。

背景技术

物理气相沉积(PVD)是集成电路制造过程中沉积金属层和相关材料广泛采用的方法。目前硅通孔(Through Silicon Via)技术的应用越来越广泛，该技术大大降低了芯片之间的互连延迟，并且是三维集成实现的关键技术。PVD在TSV中的应用主要是在硅通孔内部沉积阻挡层和铜籽晶层，阻挡层的作用是防止铜向硅或者二氧化硅中扩散，铜籽晶层的作用是为后续电镀工艺做一层导电层，因此在硅通孔内沉积阻挡层和铜籽晶层对物理气相沉积的薄膜覆盖率有很高的要求。阻挡层的薄膜覆盖率不佳，会影响TSV器件的可靠性；籽晶层的覆盖率不佳，可能会导致电镀无法进行，或者电镀后的TSV有空洞或缝隙，严重影响器件性能。

典型的直流磁控溅射设备如图1所示，该设备包括用于承载晶片4的基座3，基座3和放置于基座3上的晶片4与靶材2正对设置；为了保证薄膜的均匀性，磁控管面积设计的都较大，一般磁控管在靶材上的投影面积占靶材面积的二分之一以上；为了提高薄膜的沉积速率，靶基距通常设置为小于70mm。

但在现有技术中，存在以下问题：

(1)由于磁控管面积太大导致了介质气体的离化率较低，从而使硅通孔的填充速率较慢；

(2)如图2所示，靶材2的主要腐蚀区域靠近靶材的边缘位置，由于靶基距太小，离子和原子入射至晶片41中心部位的硅通孔41的角度大于入射至晶片4中心部位的硅通孔41的角度大，导致了晶片中心位置和晶片边缘位置处的覆盖率差异较大，对硅通孔的填充不均匀。

鉴于此，需要提供一种提高硅通孔填充速率和提高硅通孔填充均匀度的磁控溅射腔室和半导体处理设备。

发明内容

本发明提供了一种用于硅通孔填充的磁控溅射腔室和半导体处理设备，至少解决了现有技术中存在的对硅通孔填充时沉积速率低的问题。

根据本发明的一方面，提供了一种用于硅通孔填充的磁控溅射腔室，包括：腔体、设置于所述腔体顶部的靶材、设置于所述靶材上方的磁控管、以及设置于所述腔体内部且位于所述靶材下方的基座，所述磁控管在所述靶材上的投影面积小于五分之一的所述靶材面积，以提高介质气体的离化率，从而提高对硅通孔的填充速率。

可选地，根据本发明的磁控溅射腔室，所述磁控管在所述靶材上的投影面积小于十五分之一的所述靶材的面积。

可选地，根据本发明的磁控溅射腔室，所述磁控管包括磁性相反的外磁极和内磁极，所述内磁极被所述外磁极包围。

可选地，根据本发明的磁控溅射腔室，所述外磁极具有长径和短径，所述短径小于或等于所述腔室内径与所述晶片直径的差的二分之一。

可选地，根据本发明的磁控溅射腔室，还包括旋转机构，所述旋转机构包括旋转轴、第一旋转臂和第二旋转臂；

所述第一旋转臂的一端与所述旋转轴固定连接，另一端与所述第二旋转臂的一端连接,所述第二旋转臂的另一端与所述磁控管固定连接；

所述第一旋转臂与所述第二旋转臂之间具有夹角；

所述旋转轴带动所述第一旋转臂和所述第二旋转臂旋转，从而带动所述磁控管旋转。