專利名稱：在靶材上同時(shí)使用射頻和直流功率的超均勻?yàn)R射沉積法的制作方法
在靶材上同時(shí)使用射頻和直流功率的超均勻?yàn)R射沉積法
背景技術(shù)：
超大型集成電路的制造涉及利用物理汽相沉積(PVD)的金屬膜沉積。典型地，提 供由在工件或半導(dǎo)體晶圓上待沉積成為薄膜的材料所構(gòu)成的靶材。此材料可以是諸如銅、 鈦、鉭或其他金屬、金屬氧化物、金屬氮化物。例如，在一工藝中，氮化鈦被沉積在薄膜結(jié)構(gòu) 上，其中該薄膜結(jié)構(gòu)包括位于源極-漏極溝道上方的非常薄的HfO2柵極氧化物層。這樣的 工藝必須在橫越整個(gè)工件或晶圓上達(dá)到高均勻的沉積膜厚度分布。目前，PVD工藝是依賴 短的靶材晶圓間隔(通常小于100mm)或晶圓背側(cè)偏壓來(lái)達(dá)到良好的均勻性。然而，許多工 藝，特別是用于前端應(yīng)用的工藝，需要在沉積期間不會(huì)引發(fā)等離子損壞。短靶材晶圓間隔 和晶圓偏壓皆會(huì)在晶圓上造成等離子損壞。當(dāng)靶材晶圓間隔大于IlOmm且晶圓偏壓為零瓦 時(shí)，PVD工藝可以在在橫越300mm直徑晶圓上達(dá)到所沉積膜厚度的均勻性，其中膜厚度的標(biāo) 準(zhǔn)差為約6%。隨著特征尺寸或關(guān)鍵尺寸減小到32nm和以下，膜厚度均勻性需求顯得更為 迫切且可接受的膜厚度的標(biāo)準(zhǔn)差降低到1%。目前的PVD工藝無(wú)法在可靠的基礎(chǔ)下獲得這 樣高程度的均勻性。傳統(tǒng)的PVD反應(yīng)器包括真空腔室、位于反應(yīng)腔室室頂處的濺射靶材(銅、鈦、鉭或 其他希望的金屬)、位于室頂下方且面對(duì)室頂?shù)挠糜诠坛肿」ぜ?例如半導(dǎo)體晶圓)的支撐 載座、耦接到靶材的高電壓直流功率供應(yīng)器、以及用于將載氣(例如氬)引入到反應(yīng)器腔室 內(nèi)的氣體注射設(shè)備。靶材上的直流電壓足以將載氣離子化，以在濺射靶材附近產(chǎn)生等離子。 由旋轉(zhuǎn)磁鐵構(gòu)成的磁性物組件設(shè)置在室頂與濺射靶材上方，并且建立將等離子限制在靶材 附近以形成靶材的等離子濺射的足夠高磁場(chǎng)。從靶材濺射的材料可以包括靶材物種的中性 原子和離子，并且一部分的濺射材料會(huì)沉積在工件上成為薄膜。在一些情況中，直流或射頻 偏壓功率可以耦接到工件以吸引從靶材濺射的離子。在由磁性物覆蓋住的區(qū)域中靶材受到腐蝕。在沉積期間，磁性物以圓形或行星運(yùn) 動(dòng)方式移動(dòng)橫越室頂，以分布靶材腐蝕且分布工件上的沉積。然而，工件上的沉積速率分布 傾向于在工件中心處是高的且在邊緣處是低的，限制了均勻性，因而最小的沉積膜厚度的 標(biāo)準(zhǔn)差超過(guò)5%。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種在腔室中于工件上執(zhí)行等離子增強(qiáng)物理汽相沉積的方法。提供濺 射靶材，該靶材包含欲被沉積在該工件上的材料或材料的前驅(qū)物。支撐該工件在該腔室中 使其面對(duì)該濺射靶材。提供磁鐵于該靶材上方。該方法包括將載氣引入到該腔室中，以及 施加射頻功率與直流功率到該靶材以在靠近該靶材處產(chǎn)生等離子，并在該工件上形成來(lái)自 該靶材的相應(yīng)材料沉積。該沉積在該工件上具有沉積速率徑向分布。該方法還包括執(zhí)行下 述其一a.通過(guò)增加射頻功率的功率水平相對(duì)于直流功率的功率水平以第一修正下述其 一 (a)中心高非均勻性的徑向分布；或(b)邊緣高非均勻性的徑向分布；b.通過(guò)增加直流功率的功率水平相對(duì)于射頻功率的功率水平以第二修正下述其一 (a)中心高非均勻性的徑向分布；或(b)邊緣高非均勻性的徑向分布。在一實(shí)施例中，前述各個(gè)射頻或直流功率水平調(diào)整執(zhí)行直到將非均勻性的徑向分 布已經(jīng)至少接近最小化才停止。在一實(shí)施例中，通過(guò)調(diào)整磁鐵在靶材上方的高度來(lái)調(diào)整磁 場(chǎng)線(靶材被浸在其中)的陡峭度，以達(dá)到徑向分布均勻性的進(jìn)一步最佳化。在另一實(shí)施 例中，通過(guò)調(diào)整磁鐵在靶材上方環(huán)行的軌道運(yùn)動(dòng)的半徑，以達(dá)到徑向分布均勻性的進(jìn)一步 最佳化。在又一實(shí)施例中，通過(guò)將靶材的邊緣表面相對(duì)于靶材的平坦中心表面形成銳角，以 減少中心高非均勻性的徑向分布。


本發(fā)明的示范性實(shí)施例、詳細(xì)說(shuō)明可以通過(guò)參照實(shí)施例來(lái)詳細(xì)地了解，其中一些 實(shí)施例繪示在附圖中。然而，值得注意的是本文并未討論特定已知的工藝，以為了避免使本 發(fā)明模糊化。圖1為可用于實(shí)施特定實(shí)施例的方法的等離子增強(qiáng)物理汽相沉積反應(yīng)器的簡(jiǎn)化 方塊圖。圖2A繪示在圖1的反應(yīng)器中磁性物相對(duì)于靶材的不同位置。圖2B是相應(yīng)于圖2A的圖，其繪示在僅施加直流功率到圖1反應(yīng)器的濺射靶材的 期間的薄膜沉積厚度徑向分布。圖2C是相應(yīng)于圖2A的圖，其繪示在僅施加射頻功率到圖1反應(yīng)器的濺射靶材的 期間的薄膜沉積厚度徑向分布。圖3繪示根據(jù)第一實(shí)施例的在施加射頻與直流功率兩者到濺射靶材的期間所形 成的薄膜沉積厚度徑向分布。圖4A繪示用于圖1反應(yīng)器中的第一磁性物結(jié)構(gòu)。圖4B繪示利用圖4A磁性物(A)當(dāng)僅施加射頻功率到靶材時(shí)和(B)當(dāng)僅施加直流 功率到靶材時(shí)所獲得的膜厚度徑向分布。圖5A繪示用于圖1反應(yīng)器中的第二磁性物結(jié)構(gòu)。圖5B繪示利用圖5A磁性物(A)當(dāng)僅施加射頻功率到靶材時(shí)和(B)當(dāng)僅施加直流 功率到靶材時(shí)所獲得的膜厚度徑向分布。圖6繪示根據(jù)第二實(shí)施例的圖1反應(yīng)器的磁性物組件的變更，其中控制器可以改 變磁性物在室頂上方的高度。圖7A繪示濺射靶材與磁性物靠近靶材時(shí)的磁場(chǎng)線之間的關(guān)系。圖7B繪示相應(yīng)于圖7A的靠近靶材處離子速度的角度分布。
圖7C繪示相應(yīng)于圖7A的瞬間薄膜沉積徑向分布。圖7D繪示相應(yīng)于圖7A的在磁性物旋轉(zhuǎn)數(shù)次期間經(jīng)平均化獲得的平均薄膜沉積徑 向分布。圖8A繪示濺射靶材與磁性物遠(yuǎn)離靶材時(shí)的磁場(chǎng)線之間的關(guān)系。圖8B繪示相應(yīng)于圖8A的靠近靶材處離子速度的角度分布。圖8C繪示相應(yīng)于圖8A的瞬間薄膜沉積徑向分布。圖8D繪示相應(yīng)于圖8A的在磁性物旋轉(zhuǎn)數(shù)次期間經(jīng)平均化獲得的平均薄膜沉積徑 向分布。
圖9A繪示根據(jù)進(jìn)一步實(shí)施例的圖1反應(yīng)器的變更，其中磁性物的徑向位置已經(jīng)由 控制器設(shè)定在小半徑處。圖9B繪示圖9A的小半徑設(shè)定所形成的中心高的膜厚度徑向分布。圖IOA繪示圖1反應(yīng)器的變更，其中磁性物的徑向位置已經(jīng)由控制器設(shè)定在大半 徑處。圖IOB繪示圖IOA的大半徑設(shè)定所形成的中心低的膜厚度徑向分布，并又以虛線 來(lái)繪示通過(guò)將圖9A與圖IOA的不同模式予以時(shí)間平均化所形成的分布。圖IlA為可用作為圖1反應(yīng)器中濺射靶材的濺射靶材的剖面圖，第11圖的濺射靶 材特別地被塑形以改善圖1反應(yīng)器中的薄膜沉積均勻性。圖IlB比較以圖IlA的塑形靶材所獲得的膜沉積徑向分布(實(shí)線)與以傳統(tǒng)濺射 靶材所獲得的分布(虛線)。圖12為繪示根據(jù)實(shí)施例的方法的方塊圖。為了促進(jìn)了解，倘若可行，則在附圖中使用相同的元件符號(hào)來(lái)指稱相同的元件。應(yīng) 知悉，一實(shí)施例中揭示的元件可以有益地被用在其他實(shí)施例中，而不需贅述。然而，應(yīng)了解， 附圖僅繪示出本發(fā)明的示范性實(shí)施例，并且不會(huì)被視為本發(fā)明范圍的限制，本發(fā)明允許其 他等效實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)參照?qǐng)D1，用于執(zhí)行PEPVD工藝的反應(yīng)器包括由圓柱形側(cè)壁102包圍住的真空 腔室100、室頂104以及室底106。工件支撐載座108被支撐在腔室室底106上方，用以固 持住面對(duì)室頂104的工件或晶圓110。氣體分布環(huán)112具有多個(gè)氣體注射孔114，該些氣體 注射孔114延伸穿過(guò)側(cè)壁102且由工藝氣體供應(yīng)器116經(jīng)由流量控制閥118來(lái)供應(yīng)。真空 泵120經(jīng)由壓力控制閥122來(lái)凈空(evacuate)腔室100。濺射靶材IM被支撐在室頂104 處。直流功率源126經(jīng)由射頻阻隔濾器1 耦接到靶材124。射頻功率產(chǎn)生器130也經(jīng)由 射頻阻抗匹配131耦接到濺射靶材124。工藝控制器132控制直流功率源1 和射頻功率 產(chǎn)生器130的輸出功率水平。設(shè)置在室頂104上方的磁性物134對(duì)準(zhǔn)在濺射靶材上方。包 括中心轉(zhuǎn)軸138與行星轉(zhuǎn)軸140的旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器136促進(jìn)(可選擇地)磁性物134在室頂上 方的兩軸旋轉(zhuǎn)，因此其執(zhí)行特征為軌道半徑的連續(xù)軌道運(yùn)動(dòng)。工藝控制器132可以控制反 應(yīng)器的所有方面，包括直流和射頻功率源126、130的輸出功率水平、工藝氣體供應(yīng)器116、 氣體流量閥118、真空泵壓力控制閥122、以及磁性物旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器136。圖2A繪示旋轉(zhuǎn)磁性物134相對(duì)于靶材124的瞬間位置，而圖2B繪示當(dāng)僅施加直 流功率到靶材124時(shí)所獲得的相應(yīng)瞬間薄膜沉積厚度(或等效的速率)徑向分布。在180 度旋轉(zhuǎn)后，另一瞬間磁性物位置繪示在圖2A的虛線。圖2C繪示在磁性物旋轉(zhuǎn)數(shù)次期間經(jīng) 平均化獲得的平均薄膜分布。由于瞬間分布的非均勻性(圖2B)，形成的平均薄膜分布(圖 2C)是中心高的。典型地，中心高的非均勻性表示分布的標(biāo)準(zhǔn)差為至少5%或6%或更大。圖3繪示(實(shí)線)當(dāng)僅施加射頻功率到濺射靶材IM時(shí)所獲得的膜沉積厚度徑向 分布。圖3實(shí)線的施加射頻功率的膜分布與圖2C的施加直流功率的膜分布是互補(bǔ)的。為 了清晰起見，圖2C的施加直流功率的膜分布重新繪制成在圖3的點(diǎn)線。圖3顯示發(fā)明人觀 察到的是可以施加射頻與直流功率兩者到靶材124，并且通過(guò)控制器132對(duì)直流與射頻輸出功率水平的適當(dāng)調(diào)整，施加直流與射頻功率的膜分布的加成(圖3虛線)是高均勻性的， 因此施加直流與射頻功率兩者到靶材可以形成均勻的膜厚度分布。已觀察到的是，結(jié)合分 布的標(biāo)準(zhǔn)差可能是或更小，其改善了均勻性五倍或六倍。在一實(shí)施例中，同時(shí)施加射頻 與直流功率到靶材124。在另一實(shí)施例中，在交替間隔期間施加射頻功率，并且在剩余的時(shí) 間間隔期間施加直流功率?？刂破?32調(diào)整射頻與直流輸出功率水平，以將形成的膜厚度 徑向分布均勻性予以最大化。圖4A繪示圖1磁性物的第一磁性配置，其中北極與繞著北極的環(huán)狀南極提供圓形 對(duì)稱性。圖4B繪示利用圖4A磁性物當(dāng)僅施加射頻功率(實(shí)線)和僅施加直流功率(虛 線)到靶材IM時(shí)在工件上所獲得的所沉積膜厚度徑向分布。圖5A繪示圖1磁性物的第二磁性配置，其中一連串北極沿著腎臟形狀界限的半部 來(lái)提供，并且一連串南極沿著腎臟形狀界限的另一半部來(lái)提供。圖5B繪示利用圖5A磁性物 當(dāng)(a)僅施加射頻功率(實(shí)線)和(b)僅施加直流功率(虛線)到靶材124時(shí)在工件上所 獲得的所沉積膜厚度徑向分布。比較圖4B與圖5B，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)交換(圖4A與圖5A的) 此兩磁鐵設(shè)計(jì)時(shí)，射頻與直流功率獲得的結(jié)果反轉(zhuǎn)。參照?qǐng)D6，磁性物旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器136可以額外地包括升降致動(dòng)器150，升降致動(dòng)器150 可以調(diào)整磁性物134在室頂104與濺射靶材124上方的高度。如圖7A所示，磁性物134可 以是圖4A繪示的圓形對(duì)稱形式。當(dāng)磁性物134位于圖6繪示的實(shí)線位置時(shí)(即靠近靶材 124時(shí))，靶材IM被浸在最靠近磁性物134的淺磁場(chǎng)線中。結(jié)果是離子速度的角度分布是 寬廣的，如圖7B所示。相應(yīng)瞬間薄膜分布速率被繪示在圖7C，并且具有相當(dāng)寬廣的分布。 在磁性物134旋轉(zhuǎn)數(shù)次期間經(jīng)平均化獲得的平均分布被繪示在圖7D，并且具有中心高的薄 膜分布。參照?qǐng)D8A，當(dāng)磁性物134位于圖6的虛線位置時(shí)(即相當(dāng)遠(yuǎn)離靶材124時(shí))，靶材 1 被浸在最遠(yuǎn)離磁性物134的陡垂直磁場(chǎng)線中。結(jié)果是離子速度的角度分布是狹窄的， 繞著垂直線置中，如圖8B所示。相應(yīng)瞬間薄膜分布速率被繪示在圖8C，并且具有狹窄的分 布。在磁性物134旋轉(zhuǎn)數(shù)次期間經(jīng)平均化獲得的平均分布被繪示在圖8D，并且具有清楚的 中心低的薄膜分布。根據(jù)進(jìn)一步實(shí)施例，控制器132控制磁性物升降致動(dòng)器150并可改變 磁性物高度，由此將薄膜分布調(diào)整到介于圖7D中心高分布與圖8D中心低分布之間的最佳 均勻性。參照?qǐng)D9A，圖1的磁性物組件可以進(jìn)一步包括徑向位置致動(dòng)器160，徑向位置致動(dòng) 器160可以在控制器132的控制下改變磁性物134的徑向位置，其決定了靶材124的連續(xù) 環(huán)行運(yùn)動(dòng)的軌道半徑。在圖9A中，徑向位置被設(shè)定成小半徑以用于小軌道半徑的靶材環(huán)行 運(yùn)動(dòng)。在此配置，膜沉積分布(在磁性物134旋轉(zhuǎn)數(shù)次的平均值)是中心高的，并且被繪示 在圖9B。在圖IOA中，徑向位置被設(shè)定成大半徑以用于大軌道半徑的靶材環(huán)行運(yùn)動(dòng)。在此 配置，膜沉積分布(在磁性物134旋轉(zhuǎn)數(shù)次的平均值)是中心低的，并且被繪示在圖10B。 根據(jù)一實(shí)施例，控制器132通過(guò)使用徑向位置致動(dòng)器160改變磁性物134的徑向位置(或 環(huán)行運(yùn)動(dòng)的軌道半徑)來(lái)調(diào)整所沉積膜厚度的徑向分布。例如，控制器可以通過(guò)調(diào)整磁性 物在較大和較小徑向位置處耗費(fèi)的相對(duì)時(shí)間量來(lái)調(diào)整分布形狀。此結(jié)果對(duì)應(yīng)于第9B與IOB 圖的徑向分布的加成，其可以是圖IOB的虛線的相當(dāng)平(均勻)分布。圖IlA繪示如何將圖1的濺射靶材IM塑形以減少工件上膜沉積分布是中心高的傾向。在圖1的實(shí)施例中，濺射靶材1 具有窄的側(cè)面125，側(cè)面125垂直于靶材124的平 坦面127。平坦面127大致上平行于工件110。在圖1中，所有的(或幾乎所有的)被濺射 材料從靶材平坦面127放射，并且因此具有圍繞著垂直方向置中的角度分布。圖IlA的經(jīng) 變更的靶材2M可通過(guò)引導(dǎo)從靶材邊緣濺射的材料遠(yuǎn)離工件中心，以減少被濺射材料到工 件中心的流量，而增加被濺射材料到工件邊緣的流量。在圖IlA的實(shí)施例中，濺射靶材224 具有圍繞平坦面226的側(cè)面225?？蛇x地，靶材2M進(jìn)一步包括圍繞側(cè)面225的環(huán)狀平臺(tái) 227。側(cè)面225被定向(傾斜)成相對(duì)于靶材平坦面2 呈角度“A”。傾斜的側(cè)面225具有 內(nèi)圓形邊緣22 (其重疊靶材平坦面226的外圍)與外圓形邊緣22 (其接合平臺(tái)227)。 盡管角度A可以是任何適當(dāng)范圍內(nèi)(例如5°到50°，或3°到70° )的角度，角度A在一 實(shí)施例中為15°。從靶材濺射的材料傾向于以大致上垂直于靶材表面的方向來(lái)放射。例如，從圖1 的簡(jiǎn)單平靶材1 濺射的材料傾向于具有圍繞著垂直(軸向)方向置中的速度輪廓。在圖 IlA的塑形靶材2M中，從平坦面2 濺射的材料傾向于具有圍繞著垂直方向置中的速度輪 廓。然而，從傾斜側(cè)面225濺射的材料傾向于具有圍繞著垂直于傾斜側(cè)面225的方向(即 與角度A呈90° )置中的速度輪廓。此方向朝向工件110的圓周。因此，從傾斜側(cè)面225 濺射的材料有助于工件外圍處的薄膜沉積，由此增加工件邊緣處的膜沉積。這可減少膜沉 積分布具有中心高非均勻性的傾向。可以通過(guò)選擇傾斜側(cè)面225的角度A來(lái)控制中心高膜 分布非均勻性被降低的程度。圖IlB相應(yīng)于圖IlA的圖，其比較以圖IlA的塑形靶材2 所獲得的薄膜沉積厚 度分布(圖IlB的實(shí)線)與以傳統(tǒng)平靶材(例如圖1的靶材124)所獲得的分布。傳統(tǒng)靶 材產(chǎn)生非均勻(中心高)的分布，而塑形靶材2M產(chǎn)生較多邊緣高且較少中心高的改善的 分布。平臺(tái)227的厚度t足以使得平臺(tái)227在靶材224的壽命期間不會(huì)由于濺射而完全 地腐蝕。在下述說(shuō)明，特定實(shí)施例僅被提供作為范例，并且實(shí)施例不被受限在下述尺寸或不 被限制在下述范圍。平臺(tái)厚度t可以位于例如0.25英寸至1英寸的適當(dāng)范圍內(nèi)。在一實(shí) 施例中，厚度t為約0. 3英寸。平坦面2 區(qū)域中的靶材厚度T可以位于約0. 5英寸至1. 5 英寸的適當(dāng)范圍內(nèi)。在一實(shí)施例中，靶材厚度T為0.77英寸。對(duì)于工件直徑為約12英寸 (300mm)，傾斜面225的內(nèi)緣22 的直徑可以位于約9英寸至12英寸的適當(dāng)范圍內(nèi)。在一 實(shí)施例中，傾斜面225的內(nèi)緣22 的直徑為約11英寸。傾斜面225的外緣22 的直徑可 以位于約12英寸至15英寸的適當(dāng)范圍內(nèi)。在一實(shí)施例中，傾斜面225的外緣22 的直徑 為約14英寸。平臺(tái)227的外緣227a的直徑可以位于約10英寸至25英寸的適當(dāng)范圍內(nèi)。 在一實(shí)施例中，外緣227a的直徑位于約17英寸至18英寸的適當(dāng)范圍內(nèi)。圖1-3涉及第一實(shí)施例，其中控制器132通過(guò)調(diào)整施加到靶材124的射頻與直流 功率的相對(duì)量來(lái)調(diào)整薄膜沉積分布。圖6-8涉及第二實(shí)施例，其中控制器132通過(guò)調(diào)整磁 性物134在靶材IM上方的高度來(lái)調(diào)整薄膜沉積分布。圖9-10涉及第三實(shí)施例，其中控制 器132通過(guò)調(diào)整磁性物134的徑向位置來(lái)調(diào)整薄膜沉積分布。圖11A-11B涉及第四實(shí)施 例，其中濺射靶材的圓周部分是傾斜或具有角度的，以促進(jìn)靠近工件的外圍處的材料沉積。 這四個(gè)實(shí)施例的任一實(shí)施例或所有實(shí)施例可以被結(jié)合在單一反應(yīng)器中。例如，在一組合中， 控制器132控制(a)施加到靶材(圖1- 的射頻與直流功率的比例；以及下述兩者或任一者(b)磁性物134距離靶材的距離(圖6-8)和(c)磁性物的徑向位置(圖9-10)。控制 器132可以同時(shí)地或在不同時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行前述調(diào)整的任一者或全部，以將沉積速率(或所沉 積膜厚度)徑向分布的均勻性最佳化。在另一組合中，控制器132可以進(jìn)行前述調(diào)整的任 一者或全部，并且反應(yīng)器被提供有圖IlA所繪示類型的塑形靶材。圖12繪示根據(jù)前述實(shí)施例的方法。此方法包括將載氣引入到圖1的腔室100內(nèi) (圖12的方塊310)，并且施加射頻功率與直流功率到靶材124(圖12的方塊312)，以在靠 近靶材124處產(chǎn)生等離子(圖1)且在工件110上形成來(lái)自靶材124的相應(yīng)材料沉積。在 一實(shí)施例中，等離子分布的徑向非均勻性是通過(guò)增加射頻功率的功率水平相對(duì)于直流功率 的功率水平來(lái)修正(圖12的方塊314)。此非均勻性可能是(a)中心高非均勻性的徑向分 布(圖12的方塊314-1)；或(b)邊緣高非均勻性的徑向分布(圖12的方塊314-2)。在第 二實(shí)施例中，等離子分布的徑向非均勻性是通過(guò)增加直流功率的功率水平相對(duì)于射頻功率 的功率水平來(lái)修正(圖12的方塊320)。此非均勻性可能是(a)中心高非均勻性的徑向分 布(圖12的方塊320-1)；或(b)邊緣高非均勻性的徑向分布(圖12的方塊320-2)。在使用圖6繪示的設(shè)備的一實(shí)施例中，通過(guò)調(diào)整磁鐵在靶材上方的高度來(lái)調(diào)整磁 場(chǎng)線(靶材被浸在其中)的陡峭度，以達(dá)到等離子徑向分布均勻性的進(jìn)一步最佳化(圖12 的方塊330)。在使用圖9A與IOA繪示的設(shè)備的另一實(shí)施例中，通過(guò)調(diào)整磁鐵在靶材上方環(huán) 行的軌道運(yùn)動(dòng)的半徑，以達(dá)到等離子徑向分布均勻性的進(jìn)一步最佳化(圖12的方塊332)。 在圖IlA繪示的又一實(shí)施例中，通過(guò)將靶材124的邊緣表面225相對(duì)于靶材的平坦中心表 面形成銳角，以減少中心高非均勻性的徑向分布(圖12的方塊334)。盡管前述說(shuō)明是著重在本發(fā)明的實(shí)施例，可以在不脫離本發(fā)明的基本范圍下設(shè)想 出本發(fā)明的其他與進(jìn)一步實(shí)施例，并且本發(fā)明范圍是由隨附權(quán)利要求來(lái)決定。
權(quán)利要求
1.一種在腔室中于工件上執(zhí)行等離子增強(qiáng)物理汽相沉積的方法，包含下述步驟提供濺射靶材在靠近該腔室的室頂處，該靶材包含欲被沉積在該工件上的材料或材料 的前驅(qū)物；支撐該工件在該腔室中使其面對(duì)該濺射靶材；將載氣引入到該腔室中；提供磁鐵于該靶材上方；施加射頻功率與直流功率到該靶材以在靠近該靶材處產(chǎn)生等離子，并在該工件上形成 來(lái)自該靶材的相應(yīng)材料沉積，該沉積在該工件上具有沉積速率徑向分布；執(zhí)行下述其一(A)通過(guò)增加射頻功率的功率水平相對(duì)于直流功率的功率水平以第一修正下述其一 (a)中心高非均勻性的徑向分布；或(b)邊緣高非均勻性的徑向分布；(B)通過(guò)增加直流功率的功率水平相對(duì)于射頻功率的功率水平以第二修正下述其一 (a)中心高非均勻性的徑向分布；或(b)邊緣高非均勻性的徑向分布。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第一修正的步驟包含修正中心高非均勻性的徑向分布；以及該第二修正的步驟包含修正邊緣高非均勻性的徑向分布。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該增加射頻功率的功率水平的步驟執(zhí)行直到將中心 高非均勻性的徑向分布至少接近最小化才停止。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該增加直流功率的功率水平的步驟執(zhí)行直到將邊緣 高非均勻性的徑向分布至少接近最小化才停止。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第一修正的步驟包含修正邊緣高非均勻性的徑向分布；以及該第二修正的步驟包含修正中心高非均勻性的徑向分布。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中該增加射頻功率的功率水平的步驟執(zhí)行直到將邊緣 高非均勻性的徑向分布至少接近最小化才停止。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中該增加直流功率的功率水平的步驟執(zhí)行直到將中心 高非均勻性的徑向分布至少接近最小化才停止。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，還包含通過(guò)調(diào)整該磁鐵與該靶材之間距離來(lái)控制徑向分布。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該調(diào)整的步驟包含通過(guò)減少該磁鐵與該靶材之間距 離來(lái)減少中心高非均勻性的徑向分布。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該調(diào)整的步驟包含通過(guò)增加該磁鐵與該靶材之間 距離來(lái)減少邊緣高非均勻性的徑向分布。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該磁鐵位于該腔室外且該室頂上方，及其中該調(diào)整 的步驟包含相對(duì)于該室頂升高和降低該磁鐵。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該調(diào)整的步驟包含通過(guò)增加該靶材在該磁鐵的磁 場(chǎng)線中的浸沒來(lái)減少中心高非均勻性的徑向分布，并且該磁鐵的磁場(chǎng)線具有相對(duì)于對(duì)稱軸 的淺軌線。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該調(diào)整的步驟包含通過(guò)增加該靶材在該磁鐵的磁場(chǎng)線中的浸沒來(lái)減少邊緣高非均勻性的徑向分布，并且該磁鐵的磁場(chǎng)線具有相對(duì)于對(duì)稱軸 的陡軌線。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，還包含將該磁鐵以由軌道半徑界定的軌道運(yùn)動(dòng)連續(xù)地環(huán)行在平面中，其中該平面位于該磁鐵 上方且大致上平行于該工件。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包含通過(guò)增加該磁鐵的該軌道運(yùn)動(dòng)的該軌道半徑來(lái) 減少中心高非均勻性的徑向分布。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，還包含通過(guò)減少該磁鐵的該軌道運(yùn)動(dòng)的該軌道半徑來(lái) 減少邊緣高非均勻性的徑向分布。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，還包含提供實(shí)心塊體的該靶材，該靶材包含(a)中心表 面，其平行于且面對(duì)該工件；以及(b)邊緣表面，其橫向地環(huán)繞該中心表面，該方法還包含 通過(guò)將該邊緣表面定向成相對(duì)于該中心表面呈小于90°的角度來(lái)減少中心高非均勻性的 徑向分布，該邊緣表面徑向向外面對(duì)。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中該定向的步驟包含將該邊緣表面定向成呈3°至 70°的角度。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該施加的步驟包含以(a)同時(shí)地；(b)交替地中的 其中一種方式來(lái)施加射頻功率與直流功率到該靶材。
全文摘要
在等離子增強(qiáng)物理汽相沉積反應(yīng)器中，橫越工件的沉積速率徑向分布的均勻性通過(guò)施加射頻與直流功率到靶材且獨(dú)立地調(diào)整射頻與直流功率的功率水平來(lái)提升。進(jìn)一步最佳化可通過(guò)下述方式來(lái)達(dá)到調(diào)整磁鐵在靶材上方的高度；調(diào)整磁鐵在靶材上方的軌道運(yùn)動(dòng)的半徑；以及提供靶材的呈角度的邊緣表面。
文檔編號(hào)H01L21/203GK102113091SQ200980130469
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2009年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月8日
發(fā)明者劉振東, 唐先民, 汪榮軍, 莫里斯·E·尤爾特, 龔則敬 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司