[发明专利]用于沉积、注入和处理的具有多种反应气体、高偏置功率和高功率脉冲源的PVD腔室的增设部分

说明书

本公开内容的实施方式提供具有原位离子注入能力的溅射腔室。在一个实施方式中，溅射腔室包含靶材、耦接至所述靶材的RF和DC电源、包含平坦基板接收表面的支撑件主体、耦接至支撑件主体的偏置功率源、耦接至偏置功率源的脉冲控制器和排放组件，其中所述脉冲控制器施加脉冲控制信号至偏置功率源，使得在常规脉冲模式或高频率脉冲模式中输送偏置功率，常规脉冲模式具有约100至200微秒的脉冲持续时间和约1Hz至200Hz的脉冲重复频率，而高频率脉冲模式具有约100微秒至300微秒的脉冲持续时间和约200Hz至约20KHz的脉冲重复频率，并且排放组件具有穿过处理腔室的底部形成的同心泵送口。

技术领域

一般而言，本公开内容的实施方式涉及金属和电介质层的形成和离子注入的设备和方法。

背景技术

半导体装置的制造部分地涉及将掺杂元素引入半导体基板中，以形成掺杂的区域。可选择掺杂元素以与半导体材料结合以便产生电载子(electrical carrier)，从而改变半导体材料的导电性。电载子可以是电子(由N型掺杂剂产生)或空穴(由P型掺杂剂产生)。如此引入的掺杂剂元素的浓度决定了所得区域的导电性。产生许多这样的N型和P型掺杂区域，以形成晶体管结构、隔离结构和其它电子结构，所述这些结构共同用作半导体装置。某些其它应用可包括将金属注入到栅极金属材料(gate metal material)以用于表面功能改性。

一种将掺杂剂引入半导体基板的方法是通过离子注入。通过离子注入工艺，期望的掺杂剂材料在离子源中离子化并且离子在电场中加速以形成离子束。通过控制离子束的能量，将离子束导引于基板处以将离子以可控制的掺杂分布注入到基板中。可以在任何给定的时间段内输送到基板的注入剂量主要随离子束的电流密度和功率而变。离子注入工艺遇到的一个问题是离子束可能变得难以操纵，并且当注入电流升高到某个阈值(例如，约75毫安)以上时，热损坏或不稳定的注入分布随之发生。由于某些掺杂剂材料(如稀土金属)的高熔点而需要较高的离子束功率来离子化，因此不希望限制离子束功率。

因此，需要改进的等离子体掺杂系统，以用于各种类型材料的离子注入。

发明内容

一般而言，本公开内容的实施方式提供改善的溅射腔室，所述溅射腔室具有原位离子注入能力，以用于具有高膜质量的各种材料(从金属到电介质)。在一个实施方式中，溅射腔室包含：靶材，具有第一表面和第二表面，第一表面设置于处理腔室的处理区域中，而第二表面与第一表面相对；耦接至靶材的RF和DC电源；支撑件主体，包含跨基板支撑件的整个直径的平坦的基板接收表面；耦接至支撑件主体的偏置功率源；耦接至偏置功率源的脉冲控制器，其中所述脉冲控制器可将脉冲控制信号施加至偏置功率源，使得偏置功率在常规脉冲模式或高频率脉冲模式中输送，所述常规脉冲模式具有约100微秒至约200微秒的脉冲持续时间(pulse duration)，和约1Hz至约200Hz的脉冲重复频率(pulse repetitionfrequency)，而所述高频率脉冲模式具有约100微秒至约300微秒的脉冲持续时间，和约200Hz至约20KHz的脉冲重复频率；和排放组件，具有同心泵送口，所述同心泵送口穿过处理腔室的底部而形成。

在另一实施方式中，溅射腔室包含：溅射靶材；旋转磁控管，邻近溅射靶材的表面设置；耦接至溅射靶材的RF电源；耦接至溅射靶材的DC电源；支撑件主体，包含基板接收表面，其中贴近基板接收表面下方的至少一部分跨基板接收表面的直径具有均匀厚度；耦接至支撑件主体的偏置功率源；耦接至偏置功率源的脉冲控制器，所述脉冲控制器施加脉冲控制信号至偏置功率源，使得在常规脉冲模式或高频率脉冲模式中输送偏置功率，所述常规脉冲模式具有约100微秒至约200微秒的脉冲持续时间和约1Hz至约200Hz的脉冲重复频率，而所述高频率脉冲模式具有约100微秒至约300微秒的脉冲持续时间和约200Hz至约20KHz的脉冲重复频率；设置在处理腔室的侧壁处的气体导管；耦接至处理腔室的侧壁的屏蔽件，其中屏蔽件向下延伸，以至少部分地限制处理区域的一部分；和排放组件，具有泵送口，所述泵送口穿过处理腔室的底部而形成，其中泵送口绕着中心轴对称地设置，而所述中心轴通过处理腔室的中心。