本發(fā)明屬于半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域，具體地，涉及一種用于硅通孔填充的磁控濺射腔室和半導(dǎo)體處理設(shè)備。
背景技術(shù)：
：物理氣相沉積(pvd)是集成電路制造過程中沉積金屬層和相關(guān)材料廣泛采用的方法。目前硅通孔(throughsiliconvia)技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，該技術(shù)大大降低了芯片之間的互連延遲，并且是三維集成實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。pvd在tsv中的應(yīng)用主要是在硅通孔內(nèi)部沉積阻擋層和銅籽晶層，阻擋層的作用是防止銅向硅或者二氧化硅中擴(kuò)散，銅籽晶層的作用是為后續(xù)電鍍工藝做一層導(dǎo)電層，因此在硅通孔內(nèi)沉積阻擋層和銅籽晶層對物理氣相沉積的薄膜覆蓋率有很高的要求。阻擋層的薄膜覆蓋率不佳，會影響tsv器件的可靠性；籽晶層的覆蓋率不佳，可能會導(dǎo)致電鍍無法進(jìn)行，或者電鍍后的tsv有空洞或縫隙，嚴(yán)重影響器件性能。典型的直流磁控濺射設(shè)備如圖1所示，該設(shè)備包括用于承載晶片4的基座3，基座3和放置于基座3上的晶片4與靶材2正對設(shè)置；為了保證薄膜的均勻性，磁控管面積設(shè)計(jì)的都較大，一般磁控管在靶材上的投影面積占靶材面積的二分之一以上；為了提高薄膜的沉積速率，靶基距通常設(shè)置為小于70mm。但在現(xiàn)有技術(shù)中，存在以下問題：(1)由于磁控管面積太大導(dǎo)致了介質(zhì)氣體的離化率較低，從而使硅通孔的填充速率較慢；(2)如圖2所示，靶材2的主要腐蝕區(qū)域靠近靶材的邊緣位置，由于靶基距太小，離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，導(dǎo)致了晶片中心位置和晶片邊緣位置處的覆蓋率差異較大，對硅通孔的填充不均勻。鑒于此，需要提供一種提高硅通孔填充速率和提高硅通孔填充均勻度的磁控濺射腔室和半導(dǎo)體處理設(shè)備。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供了一種用于硅通孔填充的磁控濺射腔室和半導(dǎo)體處理設(shè)備，至少解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的對硅通孔填充時(shí)沉積速率低的問題。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于硅通孔填充的磁控濺射腔室，包括：腔體、設(shè)置于所述腔體頂部的靶材、設(shè)置于所述靶材上方的磁控管、以及設(shè)置于所述腔體內(nèi)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積小于五分之一的所述靶材面積，以提高介質(zhì)氣體的離化率，從而提高對硅通孔的填充速率。可選地，根據(jù)本發(fā)明的磁控濺射腔室，所述磁控管在所述靶材上的投影面積小于十五分之一的所述靶材的面積?？蛇x地，根據(jù)本發(fā)明的磁控濺射腔室，所述磁控管包括磁性相反的外磁極和內(nèi)磁極，所述內(nèi)磁極被所述外磁極包圍?？蛇x地，根據(jù)本發(fā)明的磁控濺射腔室，所述外磁極具有長徑和短徑，所述短徑小于或等于所述腔室內(nèi)徑與所述晶片直徑的差的二分之一。可選地，根據(jù)本發(fā)明的磁控濺射腔室，還包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)軸、第一旋轉(zhuǎn)臂和第二旋轉(zhuǎn)臂；所述第一旋轉(zhuǎn)臂的一端與所述旋轉(zhuǎn)軸固定連接，另一端與所述第二旋轉(zhuǎn)臂的一端連接,所述第二旋轉(zhuǎn)臂的另一端與所述磁控管固定連接；所述第一旋轉(zhuǎn)臂與所述第二旋轉(zhuǎn)臂之間具有夾角；所述旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)所述第一旋轉(zhuǎn)臂和所述第二旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)所述磁控管旋轉(zhuǎn)?？蛇x地，根據(jù)本發(fā)明的磁控濺射腔室，所述第一旋轉(zhuǎn)臂與所述第二旋轉(zhuǎn)臂之間的夾角可調(diào)，所述夾角范圍為0-180度；當(dāng)所述夾角為0度時(shí)，所述磁控管投影在所述靶材的中心區(qū)域；當(dāng)所述夾角為180度時(shí)，所述磁控管投影在所述靶材的邊緣區(qū)域?？蛇x地，根據(jù)本發(fā)明的磁控濺射腔室，所述磁控濺射腔室還包括偏壓單元，所述偏壓單元在所述基座上產(chǎn)生負(fù)偏壓，以吸引帶正離子垂直進(jìn)入晶片的硅通孔底部。可選地，根據(jù)本發(fā)明的磁控濺射腔室，所述偏壓單元包括射頻電源和匹配器，其中，所述射頻電源通過所述匹配器與所述基座相連；所述射頻電源的功率范圍為800-1400w?？蛇x地，根據(jù)本發(fā)明的磁控濺射腔室，所述靶材與所述基座之間的豎直距離為100-150mm。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種半導(dǎo)體處理設(shè)備，包括上述用于硅通孔填充的磁控濺射腔室。有益效果：本發(fā)明提供的用于硅通孔填充的磁控濺射腔室，磁控管在靶材上的投影面積小于五分之一的靶材面積；而現(xiàn)有技術(shù)中用于硅通孔填充的磁控濺射腔室中，磁控管在靶材上的投影面積一般大于等于二分之一的靶材面積；本發(fā)明中采用了磁控管在靶材上的投影面積小于五分之一的靶材的面積的磁控管，當(dāng)對兩者加載的功率相同的情況下可以提高介質(zhì)氣體(如氬氣)的離化率，從而有效的提高對硅通孔的填充速率，進(jìn)一步提高薄膜覆蓋率。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體設(shè)備，采用了本發(fā)明的用于硅通孔填充的磁控濺射腔室，同樣也提高了對硅通孔的填充速率。附圖說明圖1為現(xiàn)有技術(shù)中用于硅通孔填充的磁控濺射腔室的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中用于硅通孔填充的磁控濺射腔室對硅通孔進(jìn)行填充時(shí)等離子體的入射角度示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施例例的用于硅通孔填充的磁控濺射腔室的示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施例的用于硅通孔填充的磁控濺射腔室的示意圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施例的用于硅通孔填充的磁控濺射腔室的示意圖；圖6為根據(jù)圖5所示實(shí)施例中對硅通孔填充時(shí)正離子的入射角度示意圖；附圖標(biāo)記：1-磁控管；2-靶材；3-基座；4-晶片；41-硅通孔；5-旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；51-旋轉(zhuǎn)軸；52-第一旋轉(zhuǎn)臂；53-第二旋轉(zhuǎn)臂；6-偏壓單元。具體實(shí)施方式現(xiàn)在將結(jié)合附圖和實(shí)施例來對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。值得注意的是下述實(shí)施例僅用于對本發(fā)明進(jìn)行說明，而不對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限制。值得注意的是，相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進(jìn)行進(jìn)一步討論。實(shí)施例1本實(shí)施例提供了一種用于硅通孔填充的磁控濺射腔室，包括：腔體、設(shè)置于腔體頂部的靶材、設(shè)置于靶材上方的磁控管、以及設(shè)置于腔體內(nèi)部且位于靶材下方的基座，磁控管在靶材上的投影面積小于靶材面積的五分之一，以提高介質(zhì)氣體的離化率，從而提高對硅通孔的填充速率?，F(xiàn)有技術(shù)中，磁控管在靶材上的投影面積一般為靶材面積的二分之一，而本發(fā)明提供的磁控濺射腔室采用的磁控管在靶材上的投影面積小于靶材面積的五分之一。在相同功率條件下，對介質(zhì)氣體的離化率會提高，從而提高了對硅通孔的填充速率。其中，磁控管在靶材上的投影面積優(yōu)選小于靶材面積的十五分之一，當(dāng)磁控管在靶材上的投影面積小于靶材面積的十五分之一時(shí)，介質(zhì)氣體的離化率更高，使對硅通孔的填充速率更高。實(shí)施例2本實(shí)施例中的其它設(shè)置與實(shí)施例1的設(shè)置相同，在此不予贅述。其不同之處在于，磁控管包括磁性相反的外磁極和內(nèi)磁極，內(nèi)磁極被外磁極包圍。本發(fā)明的磁控濺射腔室中的磁控管包括磁性相反的外磁極和內(nèi)磁極，內(nèi)磁極被外磁極包圍，進(jìn)一步的優(yōu)選如圖3所示的腎型磁控管1，該磁控管能更好的介質(zhì)氣體的離化率。另外磁控管1的外磁極可以為圓形、矩形或者橢圓形。其中，外磁極具有長徑l和短徑d，短徑d優(yōu)選小于或等于腔室內(nèi)徑與晶片4的直徑的差的二分之一，即短徑d小于或等于腔室內(nèi)徑的半徑與晶片4的半徑的差。當(dāng)磁控管1的短徑d小于或等于腔室與晶片4的半徑差時(shí)，磁控管1在基座3上的投影位于晶片4和腔室壁之間，使磁控管1在基座和晶片以外的區(qū)域移動(dòng)，逸出的靶材原子和離子一部分沉積在晶片4的邊緣區(qū)域，一部分會飄至晶片4的中心區(qū)域沉積在晶片4的中心區(qū)域，從而控制晶片邊緣區(qū)域與中心區(qū)域沉積的均勻性。但磁控管的短徑d和長徑l的最小值以能夠?qū)⒔橘|(zhì)氣體穩(wěn)定維持在等離子體狀態(tài)為條件，尺寸太小有可能會造成磁場減弱，無法使介質(zhì)氣體維持在等離子體狀態(tài)。實(shí)施例3本實(shí)施例中的其它設(shè)置與實(shí)施例2的設(shè)置相同，在此不予贅述。其不同之處在本實(shí)施例的磁控濺射腔室還包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，如圖4所示，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5包括旋轉(zhuǎn)軸51、第一旋轉(zhuǎn)臂52和第二旋轉(zhuǎn)臂53；第一旋轉(zhuǎn)臂52的一端與旋轉(zhuǎn)軸51固定連接，另一端與第二旋轉(zhuǎn)臂53的一端連接,第二旋轉(zhuǎn)臂53的另一端與磁控管1固定連接；第一旋轉(zhuǎn)臂52與第二旋轉(zhuǎn)臂53之間具有夾角；旋轉(zhuǎn)軸51帶動(dòng)第一旋轉(zhuǎn)臂52和第二旋轉(zhuǎn)臂53旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)磁控管1旋轉(zhuǎn)。其中，第一旋轉(zhuǎn)臂52和第二旋轉(zhuǎn)臂53之間的連接方式，可以固定連接，也可以活動(dòng)連接。當(dāng)固定連接時(shí)，則第一旋轉(zhuǎn)臂52和第二旋轉(zhuǎn)臂53之間的角度不可調(diào)；當(dāng)活動(dòng)連接時(shí)，則第一旋轉(zhuǎn)臂52和第二旋轉(zhuǎn)臂53之間的角度可調(diào)，調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)慕嵌群?，進(jìn)行固定后旋轉(zhuǎn)。其中，第一旋轉(zhuǎn)臂52與第二旋轉(zhuǎn)臂53之間的夾角可調(diào)，夾角范圍為0-180度。當(dāng)夾角為0度時(shí)，磁控管1投影在靶材2的邊緣區(qū)域；當(dāng)夾角為180度時(shí)，磁控管1投影在靶材2的中心區(qū)域。其中，第一旋轉(zhuǎn)臂52與第二旋轉(zhuǎn)臂53之間的角度優(yōu)選可調(diào)。第一旋轉(zhuǎn)臂52與第二旋轉(zhuǎn)臂53之間的角度的選擇與對晶片的硅通孔需要填充的位置對應(yīng)。即，根據(jù)晶片需要填充的位置，設(shè)定第一旋轉(zhuǎn)臂52和第二旋轉(zhuǎn)臂53之間的角度。當(dāng)夾角為0度時(shí)，磁控管1投影在靶材2的中心區(qū)域，此時(shí)對晶片中心區(qū)域的硅通孔進(jìn)行填充；當(dāng)夾角為180度時(shí)，磁控管1投影在靶材2的邊緣區(qū)域，此時(shí)，對晶片的邊緣區(qū)域進(jìn)行填充；根據(jù)填充情況，可以及時(shí)的調(diào)節(jié)第一旋轉(zhuǎn)臂52和第二旋轉(zhuǎn)臂53之間的夾角，從而調(diào)整磁控管在靶材上的投影位置，從而改變對晶片的填充位置，使對硅通孔的填充更加均勻。實(shí)施例4本實(shí)施例中的其它設(shè)置與實(shí)施例3的設(shè)置相同，在此不予贅述。如圖5所示，磁控濺射腔室還包括偏壓單元6，偏壓單元6在基座上產(chǎn)生負(fù)偏壓，以吸引帶正電荷的離子垂直進(jìn)入晶片的硅通孔底部。本實(shí)施例中的磁控濺射腔室設(shè)置偏壓單元6，在基座3上產(chǎn)生負(fù)偏壓，從而使正離子垂直進(jìn)入晶片的硅通孔底部，提高對硅通孔填充均勻性。另外，磁控管在靶材上的投影面積小于靶材面積的五分之一，提高了介質(zhì)氣體的離化率，增加了等離子體中正離子的數(shù)量；在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步地設(shè)置偏壓單元，如圖6所示，使產(chǎn)生的正離子垂直填充至硅通孔中，在提高填充速率的基礎(chǔ)上，提高了填充的均勻性；由此也可以看出，設(shè)置偏壓單元后，有效地解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的：正離子在晶片的邊緣部分入射角度接近垂直，而在中心部分的入射角度較大，造成的對晶片的中心部分的硅通孔填充和邊緣部分的硅通孔填充不均勻問題。其中，偏壓單元優(yōu)選包括射頻電源和匹配器，其中，射頻電源通過匹配器與基座相連；射頻電源的功率范圍為800-1400w。本發(fā)明射頻電源的功率范圍優(yōu)選為800-1400w，進(jìn)一步地優(yōu)選1000-1300w，更進(jìn)一步地優(yōu)選1100w、1200w和1250w。當(dāng)射頻功率范圍小于800w時(shí)，在基座上產(chǎn)生的偏壓難以將正離子吸引至晶片的硅通孔中；當(dāng)射頻功率大于1400w時(shí)，在基座上產(chǎn)生的偏壓過大，使正離子運(yùn)動(dòng)的速度過快，沉積至硅通孔41底部時(shí)的能量較強(qiáng)，過度轟擊會減薄薄硅通孔41底部的原有的沉積層，甚至使底部的沉積層完全被濺射到側(cè)壁上，降低沉積的均勻度。當(dāng)射頻電源的功率范圍保持在800-1400w之間時(shí)，一方面，其在基座上產(chǎn)生了適當(dāng)?shù)呢?fù)偏壓，在一定程度上增加正離子的動(dòng)能，加快了正離子向晶片4的移動(dòng)加速，提高了填充速率；另一方面又使離子保持適當(dāng)?shù)膭?dòng)能，在轟擊硅通孔41的底面時(shí)，會使一部分之前沉積在硅通孔41底部的薄膜脫離濺射至硅通孔41的側(cè)壁拐角的位置，從而提高了硅通孔底部和側(cè)壁拐角位置的覆蓋率，使硅通孔41的底部和側(cè)壁拐角位置的沉積厚度較為均勻。實(shí)施例5本實(shí)施例中的其它設(shè)置與實(shí)施例4的設(shè)置相同，在此不予贅述。在本實(shí)施例的磁控濺射腔室中，靶材2與基座3之間的豎直距離為100-150mm。根據(jù)實(shí)施例的磁控濺射腔室，在使磁控管在靶材上的投影面積小于靶材面積的五分之一、且設(shè)置偏壓單元的基礎(chǔ)上，使靶材與基座之間的豎直距離設(shè)置為100-150mm，與現(xiàn)有技術(shù)相比，大于70mm增大了靶基距，垂直填充至硅通孔中的正離子增多，提高薄膜覆蓋率，且提高了靶材的利用率。本發(fā)明實(shí)施例1-實(shí)施例5提供的用于硅通孔填充的磁控濺射腔室，均提高了硅通孔的填充速率，甚至進(jìn)一步地提高了硅通孔的填充均勻性。實(shí)施例6本實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體處理設(shè)備，本實(shí)施例中的半導(dǎo)體處理設(shè)備包括實(shí)施例1-5中的任意一種用于硅通孔填充的磁控濺射腔室。當(dāng)然，在本發(fā)明的半導(dǎo)體設(shè)備中，可以包括權(quán)利要求中進(jìn)行任何排列組合形成的其它磁控濺射腔室。本實(shí)施例中的半導(dǎo)體處理設(shè)備，采用本發(fā)明的磁控濺射腔室，提高了硅通孔填充的填充速率和填充均勻性。綜上可以看出，在本發(fā)明的用于硅通孔填充的磁控濺射腔室及半導(dǎo)體設(shè)備中，將磁控管在靶材上的投影面積設(shè)置為小于靶材面積的五分之一、設(shè)置和基座連接的偏壓單元、和/或?qū)谢嘣O(shè)置在100mm-150mm之間，在對硅通孔進(jìn)行填充時(shí)，這個(gè)三個(gè)方面的因素可以相互結(jié)合、相輔相成，可以更大程度上提高對硅通孔的填充速率和填充均勻性。申請人為了證明本發(fā)明的磁控濺射腔室對硅通孔進(jìn)行填充時(shí)具有提高填充速率和填充均勻性的效果，采用了實(shí)施例和比較例進(jìn)行了對比說明。在下述比較例和實(shí)施例中，采用的磁控濺射腔室的腔體半徑為222.5mm，基座的半徑為150mm。磁控管采用腎形結(jié)構(gòu)，磁控管的短徑長度d為75mm，長徑長度l為140mm。晶片為12寸晶片(直徑300mm)，靶材直徑選用450mm(靶材面積為635580mm2)。同時(shí)為了對比，磁控管選用了三種規(guī)格，可以分別標(biāo)記為磁控管a(用于比較例)、磁控管b(用于實(shí)施例)和磁控管c(用于實(shí)施例)。其中，磁控管a在靶材上投影的面積為靶材面積的1/2，即317925mm2；磁控管b在靶材上投影的面積為靶材面積的1/5，即127170mm2；磁控管c在靶材上投影的面積為靶材面積的1/15，即42390mm2。本發(fā)明的測試結(jié)果用薄膜覆蓋率、薄膜均勻性、產(chǎn)能這三個(gè)參數(shù)來表征。其中薄膜覆蓋率的計(jì)算公式為100％*tb/tf，tb為硅通孔底部薄膜的厚度，tf為晶片表面薄膜的厚度，該值越大則表示沉積在硅通孔底部上的薄膜越厚。薄膜均勻性定義為晶片表面薄膜厚度分布均勻程度，采用專業(yè)的金屬薄膜厚度測量設(shè)備進(jìn)行檢測，常用的如rudolph公司的metapulse；薄膜厚度均勻性的檢測方式一般是通過測量晶片上均勻分布的一定數(shù)量的點(diǎn)的厚度，通常為49個(gè)點(diǎn)，這49個(gè)點(diǎn)的薄膜厚度平均值為avg，方差為stdev，那么均勻性的計(jì)算公式為u＝100％*stdev/avg，該值越小說明薄膜分布越均勻。產(chǎn)能定義為單位時(shí)間內(nèi)設(shè)備生產(chǎn)晶片數(shù)量，一般為每小時(shí)內(nèi)設(shè)備生產(chǎn)晶片的數(shù)量，在本檢測中也采用每小時(shí)內(nèi)設(shè)備生產(chǎn)晶片的數(shù)量，該值越大效果越好。申請人對晶片的性能進(jìn)行了測試，具體的測試條件和測試結(jié)果如表1所示：表1磁控管靶基距(mm)偏壓單元薄膜覆蓋率薄膜均勻性產(chǎn)能比較例1磁控管a70無9％8.6％18實(shí)施例1磁控管b70無12％8.3％21實(shí)施例2磁控管c70無15％8.1％22實(shí)施例3磁控管b70有14％4.1％22實(shí)施例4磁控管c70有18％3.7％23將表1中的實(shí)施例1、實(shí)施例2和比較例1的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，可以看出：當(dāng)磁控管在靶材上的投影面積小于等于靶材面積的十五分之一時(shí)，薄膜覆蓋率得到了提高，進(jìn)一步說明提高了硅通孔的填充速率。將表1中的實(shí)施例3與實(shí)施例1進(jìn)行對比，實(shí)施例4和實(shí)施例2進(jìn)行對比，可以看出：在保持靶材上的投影面積小于等于靶材面積的十五分之一不變的基礎(chǔ)上，設(shè)置偏壓單元后，進(jìn)一步提高了薄膜的覆蓋率和薄膜的均勻性，說明提高了對硅通孔的填充速率和填充均勻性。根據(jù)對表1中數(shù)據(jù)的分析也可以看出，在產(chǎn)能基本保持不變的前提下，在保持靶材上的投影面積小于等于靶材面積的十五分之一不變時(shí)，可以提高介質(zhì)氣體的離化率，增加磁控濺射后正離子的數(shù)量,提高了填充速率；而在此基礎(chǔ)上設(shè)置偏壓單元，使產(chǎn)生的正離子以垂直的角度入射至硅通孔中，提高硅通孔的填充速率的同時(shí)，提高了填充均勻性。雖然已經(jīng)通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，以上實(shí)施例僅為了進(jìn)行說明，而不為了限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，可在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，對以上實(shí)施例進(jìn)行修改。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求來限定。當(dāng)前第1頁12