[发明专利]一种用于深孔PVD的金属自离子化装置及镀膜方法

说明书

本申请提供了一种用于深孔PVD的金属自离子化装置及镀膜方法，包括溅射腔体、基片台、溅射组件、绝缘环、适配板和离子化线圈组件，适配板位于溅射腔体上部，溅射组件位于溅射腔体顶部，溅射组件通过绝缘环与适配板绝缘密封布置，基片台位于溅射腔体内，离子化线圈组件位于溅射腔体内，位于基片台和溅射组件之间，离子化线圈组件包括离子化线圈，溅射组件包括溅射靶材，溅射靶材的材质与离子化线圈相同；基片台与第一射频电源连接；离子化线圈与第二射频电源连接。其制备方法是采用以上装置进行镀膜处理。本申请金属自离子化装置，具有结构简单、镀膜均匀性好、沉积效率高等优点，可以实现深孔孔洞中阻挡层薄膜的沉积，使用价值高，应用前景好。

技术领域

本发明属于磁控溅射设备领域，涉及一种用于深孔PVD的金属自离子化装置及镀膜方法。

背景技术

随着半导体芯片特征尺寸遵循摩尔定律不断缩小，半导体器件的性能不断提高，但与此同时，互联性能缺反而因为线宽的缩小而不断变差，使得互联线逐渐成为限制半导体芯片性能提高的瓶颈。

硅通孔(through silicon via，TSV)技术是三维集成电路中堆叠芯片实现互连的一种新的技术解决方案。由于TSV能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大、芯片之间的互连线最短、外形尺寸最小，并且能大大改善芯片速度和低功耗的性能，成为目前电子封装技术中最引人注目的一种技术。

TSV开发工艺包括在晶圆上通过刻蚀、激光钻孔等方式制作垂直硅通孔，然后在硅通孔内制作绝缘层、阻挡层和种子层沉积、填充金属、化学机械抛光、减薄以及随后的晶圆键合步骤，其中阻挡层和种子层沉积工艺一般采用物理气相沉积(PVD)技术。但随着硅通孔的深宽比越来越大，利用PVD工艺制作阻挡层和种子层的难度越来越大，比如，当深宽比＞5:1时，PVD方式在深孔表面沉积的膜层连续性就会变差，甚至在接近孔下端的侧壁处会发生中断，影响后续的工艺效果。

针对上述问题，部分PVD机台采用增大靶基距、或者采用准直器技术，提高镀膜粒子向下运动的方向性，可以增大对深孔的镀膜能力，但仍无法满足高深宽比的深孔表面镀膜需要，一般只能满足孔径20μm以上，深宽比5:1左右的深孔表面镀膜且因为靶基距增大、准直器等因素，造成镀膜均匀性较差等缺陷。另外，现有用于改善深孔镀膜均匀性的PVD设备中，在靶材和基台之间设置扇形状的离子调节器和网格状的金属盘，其中扇形状的离子调节器在溅射过程中可以将金属阳离子由中间向四周移动，以增加边缘区域的金属阳离子浓度，而且该扇形状的离子调节器也能通过离子调节器侧壁的阻挡作用过滤掉大角度入射粒子，但其存在的缺陷是在从靶材中溅射出来的靶材粒子(包括金属阳离子)的总浓度不变的条件下，由于金属阳离子的移动过程中必然会造成损失，因而不仅不会增加腔体中靶材粒子(包括金属阳离子)的总浓度，反而会呈现下降趋势；网格状的金属盘位于基片与靶材之间，也会被靶材粒子镀上薄膜，成为颗粒污染的来源之一；与此同时，虽然在扇形状的离子调节器之下设置的网格状的金属盘能够为金属阳离子提供一个垂直向下的作用力，以避免金属阳离子射入到离子调节器的侧壁上，但该网格状的金属盘仅能加速金属阳离子的向下运动，并不能增大电离率，也并不会补充金属阳离子，因而仍然无法有效避免溅射过程中金属阳离子总浓度的降低趋势，上述缺陷的存在，使得现有PVD设备中形成的垂直向下运动的带正电靶材粒子，难以有效轰击硅通孔入口处的镀膜，即难以有效打开硅通孔的入口；而且，上述现有PVD设备产生的带电粒子所携带的能量较低，因而即便这些带电粒子能够达到孔洞底部，也已不具备能够实现对底部溅射靶材粒子二次反溅射时所需的能量，即仍然会导致硅通孔下部侧壁难以镀膜或镀膜连续性差等缺陷。此外，上述用于改善深孔镀膜均匀性的PVD设备仍然存在结构复杂、沉积效率低等缺陷。因此，如何获得一种结构简单、镀膜均匀性好、沉积效率高的用于深孔PVD的金属自离子化装置及相应的镀膜方法，对于提高深孔的镀膜效果和镀膜效率具有重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、镀膜均匀性好、沉积效率高的用于深孔PVD的金属自离子化装置及相应的镀膜方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：