本公開內(nèi)容的實施方式一般涉及用于半導體制造系統(tǒng)中的基板處理腔室。

背景技術(shù)：

可靠地生產(chǎn)亞微米和更小特征是用于半導體裝置的下一代特大規(guī)模集成電路(very large scale integration；VLSI)和超大規(guī)模集成電路(ultra large scale integration；ULSI)的關(guān)鍵技術(shù)。然而，隨著電路技術(shù)的小型化迫在眉睫，VLSI和ULSI技術(shù)中互連裝置的縮小尺寸已經(jīng)對處理能力提出了額外的的需求。作為VLSI和ULSI技術(shù)的核心，多級互連需要對諸如通孔和其它互連裝置的高深寬比特征進行精確處理。

隨著下一代裝置的電路密度增大，諸如通孔、溝槽、觸點、柵極結(jié)構(gòu)和其它特征的互連裝置的寬度和所述互連裝置之間的介電材料的寬度降至45納米和32納米或更小尺寸。然而，介電層厚度大體上仍為恒定的，從而使得特征的深度與寬度的深寬比增大。

也被稱作物理氣相沉積(PVD)的濺射是在集成電路中形成金屬特征的方法。濺射在基板上沉積材料層。諸如靶材的源材料被經(jīng)電場強力加速的離子轟擊以從靶材中噴射材料，然后所述材料沉積在基板上。

在物理氣相沉積工藝中，快速移動的離子擊打靶材，從而將粒子驅(qū)離靶材表面。粒子可經(jīng)由電荷轉(zhuǎn)移機制與入射離子相互作用而帶電?；蛘?，粒子可經(jīng)由與空間中存在的任何電場相互作用而帶電，或粒子可保持不帶電。沉積一般在場區(qū)域上和溝槽側(cè)壁頂部附近更快地發(fā)生。在沉積期間，噴射的粒子可在各個方向行進，而非在大體垂直于基板表面的方向行進，造成在溝槽的隅角上形成懸伸結(jié)構(gòu)。安置在溝槽或其它開口的相對側(cè)上的懸伸結(jié)構(gòu)可長合在一起，導致過早閉合，且由此阻止溝槽或開口的完全充填和形成孔或空隙。在沉積導電材料以形成裝置的導電路徑時，此種孔或空隙不利地嚴重減弱所形成特征的電導率。此外，下一代裝置中較高深寬比的溝槽和通孔甚至更難以在不產(chǎn)生空隙的情況下進行充填。

將到達基板表面的離子占比或離子密度控制在某一范圍內(nèi)可改良金屬層沉積工藝期間的底部和側(cè)壁覆蓋率。在一個實例中，被驅(qū)離靶材的粒子可被離子化并在施加于基板的電偏壓下加速。所產(chǎn)生的狹窄角通量分配在溝槽的早期閉合之前激勵粒子向下行進至溝槽內(nèi)。相信，通過增大基板表面附近的離子占比/離子密度，可促使離子軌跡更加垂直于基板。在加速離子接近基板表面時，自加速離子承載的動量可向下到達溝槽內(nèi)的更深處，此處所述離子在電偏壓的影響下向溝槽側(cè)壁偏轉(zhuǎn)。盡管如此，更深地滲透至溝槽內(nèi)降低了側(cè)壁頂部附近的懸伸效應(yīng)。然而，隨著溝槽的深寬比變得更高和基板尺寸變得更大，更難以向下到達溝槽底部，且也更難以跨越基板表面均勻地沉積材料。因此，PVD處理仍然是克服懸伸管理的問題的挑戰(zhàn)。

因此，發(fā)明人已提供改良的方法和設(shè)備以用于在對底部和側(cè)壁具有優(yōu)良管理的情況下形成包含金屬的層。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供用于改良的離子過濾的方法和設(shè)備的實施方式。在一些實施方式中，基板處理腔室包括：腔室主體和腔室蓋，腔室蓋安置在腔室主體上，界定腔室主體內(nèi)于蓋下方的處理區(qū)域；準直器，所述準直器安置在處理區(qū)域中；電源，所述電源耦接至準直器；和第一組磁體，所述第一組磁體在腔室主體周圍安置在準直器上方，和第二組磁體，所述第二組磁體在腔室主體周圍安置在準直器下方，所述兩組磁體一起產(chǎn)生導引磁場，所述導引磁場大體上垂直于準直器。

在一些實施方式中，基板處理腔室包括：腔室主體和腔室蓋，腔室蓋安置在腔室主體上，界定腔室主體內(nèi)于蓋下方的處理區(qū)域；靶材，所述靶材安置在腔室蓋下方；準直器，所述準直器安置在處理區(qū)域中于蓋之下；直流電源，所述直流電源耦接至準直器；和第一組磁體，所述第一組磁體在腔室主體周圍安置在準直器上方，和第二組磁體，所述第二組磁體在腔室主體周圍安置在準直器下方，所述兩組磁體一起產(chǎn)生導引磁場，所述導引磁場大體上垂直于準直器。

在一些實施方式中，在基板上沉積金屬層的方法包括：將氣體混合物供應(yīng)至處理腔室中；施加射頻或直流電源功率以自氣體混合物形成等離子體，以自安置在處理腔室中的靶材濺射源材料；向安置在處理腔室中的準直器施加直流偏壓功率；產(chǎn)生大體上垂直于準直器的導引磁場；和在基板上沉積源材料。

本公開內(nèi)容的其它和進一步實施方式描述如下。

附圖說明

可通過參照在附圖中繪示的本公開內(nèi)容的示例性實施方式來理解本公開內(nèi)容的實施方式、以上所簡要概述的內(nèi)容和下文中更詳細論述的內(nèi)容。然而，附圖僅示出本公開內(nèi)容的典型實施方式，并因此將不被視作對本公開內(nèi)容的范圍的限制，因為本公開內(nèi)容可允許其它等效的實施方式。

圖1繪示了依據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方式的處理腔室的示意性截面圖。

圖2繪示了依據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方式的準直器的俯視圖。

圖3繪示了依據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方式的施加至圖2中準直器的電壓，所述電壓經(jīng)繪制為隨時間而變化。

圖4繪示了依據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方式的在處理腔室中產(chǎn)生的磁場。

圖5繪示了依據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方式的在處理腔室中產(chǎn)生的磁場。

圖6A-圖6B繪示了依據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方式的在金屬層沉積工藝的制造期間基板的截面圖。

圖7繪示了依據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方式的在基板上沉積金屬層的方法的流程圖。

為便于理解，已盡可能使用相同參考數(shù)字以指定附圖中共通的相同元件。附圖并非按比例繪制，且可為清晰明確起見而加以簡化。一個實施方式的元件和特征可被有利地整合于其它實施方式中，而無需贅述。

具體實施方式

本發(fā)明提供用于改良的金屬離子過濾的方法和設(shè)備的實施方式。在一些實施方式中，本發(fā)明的設(shè)備可有利地控制離子/中性粒子過濾效應(yīng)，以便在物理氣相沉積工藝期間有效控制離子軌跡行為并協(xié)助從底部向上充填能力。例如，本公開內(nèi)容的實施方式通過利用離子過濾而增強的金屬離子化和在離子和中性粒子到達基板位準之前對所述兩者的通量角度分配的改良控制，可在對底部和側(cè)壁具有優(yōu)良管理的情況下促進在形成于基板上的特征內(nèi)沉積材料。如下文中更詳細的描述，可通過幾何準直和電準直而有利地實現(xiàn)金屬離子過濾。盡管幾何準直對中性粒子和離子有效，但電準直僅對金屬離子有效(借助來自直流偏壓和強磁場排列的幫助)。更高的金屬離子化(由于準直器的更少損失)和/或狹窄的離子角擴展有利地產(chǎn)生更好的沉積覆蓋率。在一些實施方式中，偏壓準直器也可用以控制等離子體電位。

圖1示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方式的物理氣相沉積(PVD)腔室100(例如濺射處理腔室)，所述腔室具有適合于濺射沉積材料的雙極準直器(準直器118)?？山?jīng)調(diào)適以得益于本公開內(nèi)容的PVD腔室的實例包括Plus和SIPPVD處理腔室，所述兩者可自美國加利福尼亞州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司購得?？勺云渌圃焐烫庂彽玫奶幚砬皇乙部山?jīng)調(diào)適以執(zhí)行本文所述的實施方式。

PVD腔室100具有上側(cè)壁102、下側(cè)壁103和蓋部分104，上述三者界定主體105，所述主體包圍PVD腔室100的內(nèi)部體積106。適配器板107可安置于上側(cè)壁102與下側(cè)壁103之間。諸如基板支撐件108的基板支撐件安置于PVD腔室100的內(nèi)部體積106中?；鍌魉涂?09形成于下側(cè)壁103中以用于將基板移送進出內(nèi)部體積106。

在一些實施方式中，PVD腔室100包括濺射腔室，也被稱作物理氣相沉積(PVD)腔室，所述濺射腔室能夠在諸如基板101的基板上沉積例如鈦、氧化鋁、鋁、氮氧化鋁、銅、鉭、氮化鉭、氮氧化鉭、氮氧化鈦、鎢或氮化鎢。

氣源110耦接至PVD腔室100以將處理氣體供應(yīng)至內(nèi)部體積106中。在一些實施方式中，處理氣體可包括惰性氣體、非反應(yīng)性氣體和反應(yīng)性氣體(如若需要)?？捎蓺庠?10提供的處理氣體的實例包括但不限于氬氣(Ar)、氦(He)、氖氣(Ne)、氮氣(N₂)、氧氣(O₂)和水蒸氣H₂O，以及其它處理氣體。

泵送裝置112耦接至PVD腔室100以與內(nèi)部體積106形成連通，以控制內(nèi)部體積106的壓力。在一些實施方式中，PVD腔室100的壓力位準可維持在約1托或更低。在另一個實施方式中，PVD腔室100的壓力位準可維持在約500毫托或更低。在又一個實施方式中，PVD腔室100的壓力位準可維持在約1毫托和約300毫托。

蓋部分104可支撐濺射源114，諸如靶材。在一些實施方式中，濺射源114可利用包含以下各材料的材料制造而成，或在一些實施方式中可利用大體上由以下各材料組成的材料制造而成：鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鋁(Al)、上述各金屬的合金、上述各金屬的組合或類似物。例如，在一些實施方式中，濺射源114可利用選自由以下各材料組成的群的一種或多種材料制造而成：鋁(Al)、鈷(Co)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鎢(W)、上述各金屬的合金、上述各金屬的組合，以及類似物。在一些實施方式中，濺射源114可利用鈦(Ti)、鉭(Ta)或鋁(Al)制造而成。

濺射源114可耦接至源組件116，所述源組件包括電源117(例如電源)以用于濺射源114。電源117可提供射頻源功率或直流電源功率。在一些實施方式中，提供射頻和直流電源功率兩者。包括磁體組的磁控管組件119可耦接鄰近至濺射源114，所述磁控管組件在處理期間增強從濺射源114高效濺射材料。磁控管組件的實例包括電磁線性磁控管、蛇形磁控管、螺旋形磁控管、雙趾狀磁控管、矩形化螺旋形磁控管等等。

在一些實施方式中，第一組磁體194可在腔室主體周圍安置于準直器上方，例如在適配器板107與上側(cè)壁102之間以協(xié)助為被驅(qū)離濺射源114的金屬離子產(chǎn)生電子場。此外，第二組磁體196可在腔室主體周圍安置于準直器下方，例如在蓋部分104鄰近處以協(xié)助產(chǎn)生電場以從濺射源114驅(qū)離材料。安置于PVD腔室100周圍的磁體的數(shù)目、尺寸和強度可經(jīng)選擇以改良等離子體解離和濺射效率。例如，在一些實施方式中，第一組磁體194在靶材表面處可具有約500至約3000高斯的總強度。在一些實施方式中，第二組磁體196可具有約0至約300高斯的總強度，此強度在距離靶材表面約7英寸處(例如下方)測得。在一些實施方式中，由第一組磁體194和第二組磁體196產(chǎn)生的導引磁場可具有約10至約300高斯的總強度，此強度在距離靶材表面約7英寸處(例如下方)測得。第一組磁體194的個別磁體可為永久磁體、電磁體(例如電磁線圈)或上述各磁體的組合。第二組磁體196的個別磁體可為永久磁體、電磁體(例如電磁線圈)或上述各磁體的組合。導引磁場的總體磁場強度和磁控管組件的不平衡比(例如外部磁極的總表面積/內(nèi)部磁極的總表面積)可經(jīng)優(yōu)化以產(chǎn)生所需的等離子體密度并增強等離子體擴散。例如，通常，增大不平衡比(例如增大至約2-5或以上)增大等離子體功率密度，從而增進金屬離子通量的產(chǎn)生。

在一些實施方式中，額外的射頻電源180也可經(jīng)由基板支撐件108耦接至PVD腔室100，以在濺射源114與基板支撐件108之間提供偏壓功率。在一些實施方式中，射頻電源180可具有約400Hz與約60MHz之間的頻率，如約13.56MHz。

準直器118可在內(nèi)部體積106中定位于濺射源114與基板支撐件108之間。準直器118可處于雙極性模式以便控制離子穿過準直器118的方向?？煽刂频闹绷麟娏?direct current；DC)或交流電流準直器電源190可耦接至準直器118，以向準直器118提供交替脈沖正電壓或負電壓，以便在雙極性模式下控制準直器118(例如雙極性電源)。關(guān)于雙極準直器118的細節(jié)將在下文中通過參照圖2-3進一步討論。在一些實施方式中，準直器電源190是直流電源。在一些實施方式中，準直器電源190是雙極性脈沖直流電源。

屏蔽管120可鄰近于準直器118和蓋部分104的內(nèi)部。準直器118包括多個孔以在內(nèi)部體積106內(nèi)導引氣體和/或材料通量。準直器118可機械耦接和電耦接至屏蔽管120。在一些實施方式中，準直器118通過諸如焊接工藝而機械耦接至屏蔽管120，從而使得準直器118與屏蔽管120成為一體。在另一各實施方式中，準直器118可在PVD腔室100內(nèi)電浮動。在另一個實施方式中，準直器118可耦接至電源和/或電耦接至PVD腔室100的主體105的蓋部分104。

屏蔽管120可包括管狀主體121，所述管狀主體具有形成于管狀主體121上表面中的凹槽122。凹槽122提供與準直器118的下表面相配合的界面。屏蔽管120的管狀主體121可包括肩部區(qū)域123，所述肩部區(qū)域具有一內(nèi)徑，所述內(nèi)徑小于管狀主體121其余部分的內(nèi)徑。在一些實施方式中，管狀主體121的內(nèi)表面沿錐形表面124向肩部區(qū)域123的內(nèi)表面徑向地向內(nèi)過渡。屏蔽環(huán)126可在PVD腔室100中經(jīng)安置臨近屏蔽管120并處于屏蔽管120與適配器板107中間。屏蔽環(huán)126可至少部分地安置于由屏蔽管120的肩部區(qū)域123的相對側(cè)與適配器板107的內(nèi)部側(cè)壁形成的凹槽128中。

在一個方面中，屏蔽環(huán)126包括軸向凸出的環(huán)形側(cè)壁127，所述側(cè)壁包括一內(nèi)徑，所述內(nèi)徑大于屏蔽管120的肩部區(qū)域123的外徑。徑向凸緣130自環(huán)形側(cè)壁127延伸。徑向凸緣130可相對于屏蔽環(huán)126的環(huán)形側(cè)壁127的內(nèi)徑表面以某一角度而形成，所述角度大于約九十度(90°)。徑向凸緣130包括形成于徑向凸緣130下表面上的凸出物132。凸出物132可為自徑向凸緣130表面在大體上平行于屏蔽環(huán)126的環(huán)形側(cè)壁127的內(nèi)徑表面的定向上延伸的環(huán)形脊。凸出物132一般經(jīng)調(diào)適以與形成于邊緣環(huán)136中的凹陷凸緣134配合，所述邊緣環(huán)136安置于基板支撐件108上。凹陷凸緣134可為形成于邊緣環(huán)136中的環(huán)形溝槽。凸出物132與凹陷凸緣134的接合使屏蔽環(huán)126相對于基板支撐件108的縱軸而定中心?；?01(示出為被支撐在升降銷140上)通過在基板支撐件108與機械葉片(未圖示)之間進行坐標定位校準來相對于基板支撐件108的縱軸定中心。由此，基板101可在PVD腔室100內(nèi)的中心處，且屏蔽環(huán)126可在處理期間圍繞基板101徑向地定中心。

在操作中，承載基板101的機械葉片(未圖示)貫穿基板傳送口109延伸?？山档突逯渭?08以允許基板101被移送至自基板支撐件108伸出的升降銷140?；逯渭?08和/或升降銷140的升舉和降低可由耦接至基板支撐件108的驅(qū)動器142控制?；?01可降至基板支撐件108的基板接收表面144上。在基板101定位在基板支撐件108的基板接收表面144上的情況下，可在基板101上執(zhí)行濺射沉積。在處理期間，邊緣環(huán)136可與基板101電絕緣。因此，基板接收表面144可包括一高度，所述高度大于邊緣環(huán)136與基板101相鄰的部分的高度，以便阻止基板101接觸邊緣環(huán)136。在濺射沉積期間，可利用安置于基板支撐件108中的熱控制通道146來控制基板101的溫度。

在濺射沉積的后，基板101可通過利用升降銷140而升高至與基板支撐件108相間隔的位置。升高的位置可緊鄰屏蔽環(huán)126和鄰近于適配器板107的反射器環(huán)148中的一個或兩個。適配器板107包括耦接至適配器板107的一個或多個燈150，所述燈位于反射器環(huán)148的下表面與適配器板107的凹面152中間的位置。燈150提供具有可見光波長或近可見光波長的光能和/或輻射能，如在紅外線(infra-red；IR)和/或紫外線(ultraviolet；UV)光譜中的波長。來自燈150的能量向基板101背側(cè)(即下表面)徑向地向內(nèi)聚焦，以加熱基板101和在基板101上沉積的材料。環(huán)繞基板101的腔室部件上的反射表面用以使能量向基板101背側(cè)聚焦和遠離其它腔室部件，所述能量在所述其它腔室部件處將損失和/或不被利用。在加熱期間，適配器板107可耦接至冷卻劑源154以控制適配器板207的溫度。

在將基板101控制至預(yù)定溫度之后，基板101降至基板支撐件108的基板接收表面144上的位置?；?01可通過利用基板支撐件108中的熱控制通道146經(jīng)由傳導而快速冷卻?；?01的溫度可以數(shù)秒至約1分鐘的時間自第一溫度向下緩降至第二溫度?？蓪⒒?01經(jīng)由基板傳送口109從PVD腔室100中移除，以便進行進一步處理?；?01可維持在預(yù)定溫度范圍中，諸如低于約250℃。

控制器198耦接至PVD腔室100?？刂破?98包括中央處理單元(CPU)160、內(nèi)存158和支持電路162?？刂破?98用以控制處理順序，從而調(diào)節(jié)自氣源110進入PVD腔室100中的氣流并控制濺射源114的離子轟擊。CPU 160可具有可用于工業(yè)環(huán)境中的任何形式的通用計算機處理器。軟件程序可儲存在內(nèi)存158中，諸如隨機存取內(nèi)存、只讀存儲器、軟盤或硬盤驅(qū)動，或其它形式的數(shù)字儲存器。支持電路162以常規(guī)方式耦接至CPU 160且可包括高速緩存、時鐘電路、輸入/輸出子系統(tǒng)、電源和類似物。軟件程序在由CPU 160執(zhí)行時將CPU轉(zhuǎn)變至特定用途計算機(控制器)198，所述特定用途計算機控制PVD腔室100以便依據(jù)本公開內(nèi)容執(zhí)行處理。軟件程序也可由第二控制器(未圖示)儲存和/或執(zhí)行，所述第二控制器定位于PVD腔室100的遠離處。

在處理期間，材料從濺射源114被濺射，并在基板101的表面上沉積。濺射源114和基板支撐件108相對于彼此而由電源117或射頻電源180偏壓，以維持利用氣源110所供應(yīng)的處理氣體而形成的等離子體。施加至準直器118的直流脈沖偏壓功率也協(xié)助控制穿過準直器118的離子與中性粒子的比，由此增強溝槽側(cè)壁和底部的填滿能力。來自等離子體的離子向濺射源114加速行進并擊打濺射源114，從而使得靶材材料被驅(qū)離濺射源114。被驅(qū)離的靶材材料和處理氣體在基板101上形成具有預(yù)定組成的層。

圖2繪示了耦接至準直器電源190的準直器118的頂視圖，所述準直器電源可安置于圖1的PVD腔室100中。準直器118大體為蜂巢狀結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)具有六角形壁226，所述壁以緊密裝填的排列分隔六角形孔244。可提供額外的壁242以將蜂巢狀結(jié)構(gòu)連接至準直器118的大體圓柱形主體206。六角形孔244的深寬比可定義為孔244的深度(等于準直器長度)除以孔244的寬度246。在一些實施方式中，壁226的厚度在約0.06英寸與約0.18英寸之間。在一些實施方式中，壁226的厚度在約0.12英寸與約0.15英寸之間。在一些實施方式中，準直器118包含一材料，所述材料選自鋁、銅和不銹鋼。

準直器118的蜂巢狀結(jié)構(gòu)可用作集成通量優(yōu)化器210以優(yōu)化離子穿過準直器118時的流徑、離子占比和離子軌跡行為。在一些實施方式中，鄰近于屏蔽部分892的六角形壁226具有倒角250和半徑。準直器118的屏蔽部分892可協(xié)助將準直器118安裝至PVD腔室100內(nèi)。

在一些實施方式中，準直器118可由一整塊鋁進行機械加工而成。準直器118可視情況被涂覆或陽極化?；蛘?，準直器118可由與處理環(huán)境兼容的其它材料制成，且也可包含一個或多個區(qū)段。或者，屏蔽部分892和集成通量優(yōu)化器210形成為單獨工件，并通過使用諸如焊接的適合附接手段耦接在一起。

準直器118用作過濾器，用以捕獲從來自濺射源114的材料中以超過選定角度的角度(相對于基板101近似垂直)發(fā)射的離子和中性粒子。準直器118可具有跨越準直器118寬度的深寬比變化，以允許例如從來自濺射源114的材料的中心或外圍區(qū)域發(fā)射的不同百分數(shù)的離子穿過準直器118。因此，調(diào)整和控制沉積在基板101外圍區(qū)域和中心區(qū)域上的離子的數(shù)目和離子的到達角度。因此，材料可更均勻地濺射跨越基板101的表面沉積。此外，材料也可更均勻地沉積在深寬比較高的特征的底部和側(cè)壁上，尤其是位于基板101外圍附近的深寬比較高的通孔和溝槽。

在一些實施方式中，耦接至準直器118的準直器電源190可以脈沖或交替方式向準直器118供應(yīng)電壓功率，以協(xié)助在基板101上的局部沉積。準直器電源190經(jīng)配置以向準直器118提供負電壓和/或正電壓脈沖，以便在單極性或雙極性模式下控制準直器118。在一些實施方式中，經(jīng)控制在雙極性模式下的準直器118可控制和捕獲離子，以便產(chǎn)生穿過準直器118的離子與中性粒子的不同比率。在不希望受理論約束的情況下，對于沒有強導引磁場的情況而言，發(fā)明人相信施加至準直器118的正電壓脈沖可將等離子體中的電子吸引向基板表面，而施加至準直器118的負電壓脈沖可將等離子體中的電子推向靶材。因此，通過對準直器118施加脈沖交替正電壓和負電壓，可更有效地控制穿過準直器118的離子與中性粒子的定向。

圖3繪示了在向準直器118施加直流功率時，根據(jù)準直器118檢測到的電壓信號302。如自準直器電源190供應(yīng)至準直器118的電壓可經(jīng)控制為脈沖模式，如圖3中所示，以將交替的正電壓310和負電壓312脈沖施加至準直器118。正電壓脈沖310和負電壓脈沖312可分別具有預(yù)定脈寬304、308(例如脈沖時間)和脈波振幅306、314(例如脈沖電壓值)。脈沖調(diào)變(例如脈寬和脈波振幅)經(jīng)控制以實現(xiàn)預(yù)定的沉積輪廓。例如，在更多定向離子加速向基板表面行進以增強從底部向上充填能力的實施方式中，可向正電壓供應(yīng)更長的脈寬(例如更久的脈沖時間)，以協(xié)助在溝槽底部上的沉積。相比之下，在無定向離子沉積在溝壕側(cè)壁上或用以濺射蝕刻溝槽隅角處的沉積物的實施方式中，可向負電壓供應(yīng)更長的脈寬(例如更久的脈沖時間)，以增強側(cè)壁沉積管理。供應(yīng)至準直器118的電壓也可處于連續(xù)模式下。

在一些實施方式中，來自準直器電源190的直流偏壓功率脈沖在約400Hz與約60MHz的間的偏壓頻率下可具有約5％(例如5％工作和95％關(guān)閉)至約70％(例如70％工作和30％關(guān)閉)之間的工作循環(huán)，諸如約5％與約50％之間，如約15％與約45％之間?；蛘?，脈沖至準直器118的直流偏壓功率的循環(huán)可由所執(zhí)行的預(yù)定數(shù)目的時段來控制。例如，直流偏壓功率可以自約每1毫秒至約每100毫秒的頻率執(zhí)行脈沖。在一些實施方式中，直流偏壓功率可控制在約1kW與約10kW之間。

圖4繪示了穿過準直器118的離子所產(chǎn)生的行進方向。如圖4中可見，離子的行進方向并非完全地垂直于基板101。為進一步校正行進方向和由此改良在溝槽底部上的沉積，第二組磁體196產(chǎn)生大體上垂直于準直器118的導引磁場。強導引磁場提供對電子的束縛，且因此穿過準直器118的離子的行進方向變得更為垂直于基板101，如圖5所示，此舉有利地減少了準直器118的壁的金屬離子損失。

在一些實施方式中，來自用于本發(fā)明繪示的PVD腔室100中的濺射源114的材料是金屬(諸如銅合金)，所述金屬經(jīng)配置以將金屬層(如銅層)沉積至形成于在基板101上安置的絕緣材料604中的開口602中，如圖6A所示。在沉積期間，向PVD腔室100中供應(yīng)氣體混合物，以利用具有較高從底部向上充填能力的濺射材料在形成于基板101上的開口602內(nèi)形成金屬層606(如銅層)。在一些實施方式中，氣體混合物可包括反應(yīng)性氣體、非反應(yīng)性氣體、惰性氣體等等。反應(yīng)性和非反應(yīng)性氣體的實例包括但不限于O₂、N₂、N₂O、NO₂、NH₃和H₂O等等。惰性氣體的實例包括但不限于氬(Ar)、氖(Ne)、氦(He)、氙(Xe)和氪(Kr)等等。在本發(fā)明繪示的一個特定實施方式中，供應(yīng)至處理腔室中的氣體混合物包括至少一種含氮氣體和/或惰性氣體。由含銅合金制成的金屬合金靶材可用作濺射源114的源材料以進行濺射工藝。如本發(fā)明所述的含銅(Cu)靶材僅以說明為目的，且不應(yīng)被視作限制本公開內(nèi)容的范圍。此外，可用作濺射源114的金屬或金屬合金靶材可由來自由以下各材料組成的群中的材料制成：鋁(Al)、鈷(Co)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鎢(W)、上述各金屬的合金、上述各金屬的組合等等。

在將氣體混合物供應(yīng)至PVD腔室100中以用于處理之后，將高壓功率供應(yīng)至濺射源114(例如Cu靶材)以自濺射源114以銅離子的形式濺射金屬Cu源材料，如Cu²⁺。在濺射源114與基板支撐件108之間施加的偏壓功率在PVD腔室100中維持由氣體混合物形成的等離子體。供應(yīng)至準直器118的直流偏壓脈沖功率可協(xié)助控制離子占比、離子比率和延伸向基板表面的離子軌跡路徑。主要來自氣體混合物的離子轟擊濺射源114中的材料并將材料從濺射源114中濺射出。氣體混合物和/或其它工藝參數(shù)在濺射沉積工藝期間可變化，由此產(chǎn)生沉積金屬層606的梯度，所述層的薄膜特性針對不同的薄膜質(zhì)量需求而控制。

在一些實施方式中，可在約400kHz與約60MHz之間的頻率下供應(yīng)約500瓦特與約25千瓦之間的射頻源功率?？稍?3.56MHz或2MHz的頻率下向基板支撐件供應(yīng)高達約3000瓦特的射頻偏壓功率。在一些實施方式中，可在約400kHz與約60MHz之間的頻率下向氣體混合物供應(yīng)約100瓦特與約3000瓦特之間的射頻源功率。在某些情況下，雙頻或三頻可用以調(diào)變離子能?？稍诿}沖模式下向準直器施加約1千瓦與約10千瓦之間的直流偏壓功率?；蛘撸稍谶B續(xù)模式下向準直器施加直流偏壓功率。

在供應(yīng)氣體混合物和脈沖射頻偏壓功率模式以執(zhí)行沉積工藝的同時，也可控制多個工藝參數(shù)。處理腔室的壓力可控制在約0.5毫托與約500毫托的間，如約1毫托與約100毫托的間，例如約20毫托?；鍦囟瓤煽刂圃诩s-40℃與約450℃的間。

在沉積工藝之后，諸如銅層的金屬層606可在對側(cè)壁和底部沉積進行優(yōu)良管理的情況下共形地沉積在開口602中，如圖6B中所示?？蓤?zhí)行沉積工藝直到在絕緣材料604層中界定的開口602已由金屬層606全部填滿，所述金屬層606由假想線608示出。

圖7繪示了依據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方式的在基板上沉積材料的方法700的流程圖。在步驟705中，將氣體混合物供應(yīng)至處理腔室。在步驟710中，將射頻源功率施加于氣體混合物以形成等離子體以將源材料從安置在處理腔室中的靶材中濺射出。在步驟715中，為控制從源中發(fā)射的金屬離子的行進方向，將直流偏壓功率施加于安置在處理腔室中的準直器。在步驟720中，產(chǎn)生大體上垂直于準直器的導引磁場以進一步控制金屬離子的行進方向。在步驟725中，濺射源材料沉積在基板上。

因此，本發(fā)明已提供將雙極準直器安置在物理氣相沉積腔室中的設(shè)備和使用所述設(shè)備的方法。通過在物理氣相沉積腔室中利用雙極準直器和導引磁場，可獲得對離子/中性粒子過濾效應(yīng)的有效控制，以便在物理氣相沉積工藝期間有效地控制離子軌跡行為和協(xié)助從底部向上充填能力。

盡管前述內(nèi)容是針對本公開內(nèi)容的實施方式，但可在不脫離本公開內(nèi)容的基本范圍的情況下設(shè)計本公開內(nèi)容的其它和進一步的實施方式。