專利名稱：用于在高深寬比的特征結構中沉積金屬的方法
用于在高深寬比的特征結構中沉積金屬的方法領域本發(fā)明的實施例大體上涉及在高深寬比的特征結構中沉積金屬的方法，所述高深寬比的特征結構是形成在襯底上。背景直通娃穿孔(through silicon via, TSV)或類似技術需要連續(xù)的含金屬層,所述連續(xù)的含金屬層是待沉積于襯底上的高深寬比特征結構內。例如，所述待沉積的含金屬層可以是阻擋層，以防止材料從所述特征結構擴散進入所述襯底；或者所述待沉積的含金屬層可以是種晶層，所述種晶層可以用作為通過電鍍或其它適合技術填充所述特征結構的模板。高深寬比的特征結構例如可包括具有約5:1以上的深寬比的特征結構。發(fā)明人已經開發(fā)改良的技術以將連續(xù)的含金屬層沉積在高深寬比的特征結構中。

發(fā)明內容
在此提供在高深寬比特征結構中沉積金屬的方法。一些實施例中，有一種在物理氣相沉積(PVD)腔室中處理襯底的方法，所述襯底具有開口，所述開口形成在所述襯底的第一表面中并且朝向所述襯底的相對的第二表面延伸進入所述襯底，所述開口具有至少5:1的高度與寬度的深寬比，所述方法包括以下步驟:施加VHF頻率的射頻(RF)功率至包含金屬的靶材以從等離子體形成氣體形成等離子體，所述靶材設置在所述PVD腔室中于所述襯底上方；使用所述等離子體從所述靶材濺射金屬原子，同時在所述PVD腔室中維持第一壓力，所述第一壓力足以離子化派射的所述金屬原子的主要部分(predominant portion);將離子化的所述金屬原子沉積在所述開口的底部表面上以及沉積在所述襯底的第一表面上；施加第一 RF功率以從所述底部表面與上表面再分配至少一些沉積的所述金屬原子至所述開口的側壁；以及重復所述離子化的金屬原子的所述沉積以及所述沉積的金屬原子的所述再分配，直到所述金屬的第一層沉積在所述開口的所述底部表面與側壁為止。于下文中描述本發(fā)明其它與進一步的實施例。附圖簡要說明通過參考附圖中所繪的說明性的本發(fā)明實施例，可獲得于如上簡要總結及下文中詳述的本發(fā)明的實施例。然而應注意附圖僅說明此發(fā)明的典型實施例，而不應將所述附圖視為限制本發(fā)明的范圍，因為本發(fā)明可容許其它等效實施例。

圖1描繪根據本發(fā)明一些實施例用于處理襯底的方法的流程圖。圖2A至圖2G描繪根據本發(fā)明一些實施例填充高深寬比開口的階段。圖3描繪根據本發(fā)明一些實施例的物理氣相沉積(PVD)腔室的示意剖面視圖。為了促進理解，在盡可能的地方使用相同元件符號指定各圖共同的相同元件。所述圖并非按照比例尺繪制且為了清楚起見而經過簡化。應考慮一個實施例的元件與特征可有利地結合其它實施例而無須進一步記敘。具體描述

發(fā)明人已經發(fā)現，傳統(tǒng)的直流(DC)濺射(諸如在DC物理氣相沉積(DC PVD)腔室中執(zhí)行的派射)具有狹窄的角分布(angular distribution),所述狹窄的角分布能夠對金屬在高深寬比特征結構的垂直側壁上的沉積造成限制。發(fā)明人已經進一步發(fā)現，DC PVD工藝一般所需的高偏壓功率能夠引發(fā)過量的沉積金屬再濺射，沉積金屬再濺射會非期望地在特征結構中產生懸垂物(overhang)或小平面(facet)。此類懸垂物或小平面可能造成在特征結構中形成空洞。因此，發(fā)明人已經提供用于在襯底上形成的高深寬比特征結構中沉積金屬的方法實施例。本發(fā)明的方法的實施例可有利地提供使用金屬連續(xù)覆蓋高深寬比特征結構的表面同時減少懸垂物或小平面，這些懸垂物或小平面可能引發(fā)在高深寬比特征結構中形成空洞。本發(fā)明的方法的實施例可與直通硅穿孔(TSV)應用(例如，無論是用于穿孔在先或穿孔在后的制造方法)一并使用，也可與其它某些適合的應用一并使用，所述應用中，沉積連續(xù)金屬層可以是有利的。圖1描繪根據本發(fā)明一些實施例用于處理襯底的方法100的流程圖。在下文中針對如圖2所繪的填充高深寬比特征結構的階段描述所述方法100?？梢栽谌魏尉哂蠨C及射頻(RF)功率源二者的適合的PVD處理腔室中執(zhí)行方法100，所述腔室諸如為下文中所述及圖3中所繪的處理腔室300。方法100是以提供襯底200至PVD腔室而開始于102，所述PVD腔室例如為處理腔室300。襯底200包括高深寬比的開口 202，所述開口形成于所述襯底200的第一表面204中并且朝向襯底200的相對的第二表面206延伸進入襯底200。襯底200可以是具有高深寬比開口形成在上面的任何適合的襯底。例如，襯底200可以包含硅(Si)、氧化硅(Si02)、氮化硅(SiN)或其它介電材料中的一或多者。此外，襯底200可包括額外的幾層材料或可具有一或多個形成在所述襯底中或所述襯底上的完成或部分完成的結構。所述開口可以是任何具有高深寬比的開口，諸如用于形成穿孔(via)、溝槽、雙鑲嵌結構或類似物的開口。一些實施例中，開口 202可具有至少約5:1的高度與寬度的深寬t匕(例如，高深寬比)。例如,在一些實施例中，所述深寬比可為約10:1以上，諸如約15:1以上。所述開口 202可通過使用任何適合的蝕刻工藝蝕刻襯底而形成。如圖所示，所述開口202包括底部表面208與側壁210。

一些實施例中，在如下文中所述的沉積金屬原子之前，底部表面208與側壁210可被一或多層覆蓋。例如(及如圖2A中虛線所示)，開口 202的底部表面與側壁以及襯底200的第一表面可被氧化物層212 (諸如為氧化硅(Si02))、硅(Si)、氮化硅(SiN)或其它介電材料覆蓋。在提供襯底200至PVD腔室前，可例如在化學氣相沉積(CVD)腔室或在氧化腔室中沉積或生長氧化物層。氧化物層212可充當襯底與含金屬層(待后續(xù)沉積在所述開口中)之間的電阻擋物及/或實體阻擋物(physical barrier),及/或所述氧化物層212可用作在下文所討論的沉積工藝期間比原生襯底表面更優(yōu)良的用于附著的表面。一些實施例中，阻擋層214可沉積在氧化物層212 (如圖所示)的頂上，或如果氧化物層不存在的話，那么阻擋層214可沉積在所述開口的底部表面與側壁及襯底的第一表面頂上。阻擋層214可起到如上文所討論的氧化物層212的類似的作用。一些實施例中，阻擋層214可包括鈦(Ti )、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)或其它材料的至少一者?？赏ㄟ^任何適合的方法(諸如通過CVD或PVD)沉積阻擋層214以在開口 202中形成連續(xù)阻擋層，所述適合的方法包括通過使用下文所述的方法100。一些實施例中(及如圖2A中的虛線所示)，開口 202可完全延伸通過襯底200，且第二襯底218的表面216可形成開口 202的底部表面208。第二襯底218可配置成鄰接襯底200的第二表面206。再者(如圖2F所示及如下文所討論)，諸如邏輯器件或類似物這樣的器件或需要電連接性的器件的一部分(諸如柵極、接觸墊、傳導通孔或類似物)可配置在第二襯底218的表面216中并且對準開口 202。在104，以VHF頻率施加RF功率(諸如來自RF功率源318的功率，于下文中描述)至包含金屬的靶材以從等離子體形成氣體形成等離子體，而所述靶材設置在襯底200上方。例如，所述靶材可以是下文中討論的靶材306。進一步地，所述靶材可包括金屬、金屬合金或類似物中的一或多者，適合用于在開口 202的表面以及襯底200的第一表面204上形成連續(xù)阻擋層或種晶層。例如，所述靶材可包含鈦(Ti)、鉭(Ta)、銅(Cu)、鋁(Al)或類似物中的一或多者。等離子體形成氣體可包括惰氣，諸如稀有氣體或其它惰氣。例如，適合的等離子體形成氣體的非限制性實例可包括氬氣(Ar)、氦氣(He)、氙氣(Xe)、氖氣(Ne)、氫氣(H2)、氮氣(N2)或類似氣體。可施加VHF頻率的RF功率以用于以下用途的一或多者:從等離子體形成氣體形成等離子體以及將由等離子體從靶材所濺射的金屬原子離子化。如在此所用，VHF頻率是范圍從約27MHz至約IOOMHz的頻率。一些實施例中，所施加的VHF頻率為約60MHz。例如，增加VHF頻率可增加等離子體密度及/或從靶材濺射的金屬原子中離子化的量?？衫鐝腄C功率源320 (所述功率源與靶材306耦接)將DC功率施加至靶材以將等離子體朝靶材導引，如下文所述。DC功率范圍可從約I千瓦(kW)至約2kW。一些實施例中，DC功率可為約l-5kW，或大約2kW?？烧{整DC功率以控制濺射的金屬原子在襯底上的沉積速率。例如，增加DC功率可造成等離子體與靶材的交互作用增加，并且造成金屬原子從靶材的濺射增加。在106，使用等離子體將金屬原子從靶材濺射，同時在PVD腔室中維持第一壓力，所述第一壓力足以離子 化從祀材所派射的金屬原子的主要部分(predominant portion)。例如，金屬原子的主要部分可為等離子體所濺射的金屬原子的總數的約60%至約90%的范圍。除了所施加的第一 RF功率與DC功率之外，第一壓力還可取決于處理腔室的幾何尺寸(諸如襯底尺寸、靶材至襯底的距離與類似者)。例如，在裝設有靶材至襯底間隙為約60毫米至90毫米(mm)的腔室中，第一壓力的范圍可從約6毫托至約140毫托(mT)。一些實施例中，第一壓力約100毫托。等離子體形成氣體的流速及/或額外氣體(諸如惰氣)的流速可維持腔室中的第一壓力，所述額外氣體可與等離子體形成氣體共同流入。第一壓力可在靶材與襯底之間提供高密度的氣體分子，藉由這些高密度的氣體分子，濺射的金屬原子可碰撞并且被離子化?？闪硗饫脡毫刂茝陌胁乃鶠R射的金屬原子的離子化量。例如，增加靶材至襯底的間隙中的壓力可增加與金屬原子的碰撞數目并且增加離子化金屬原子的量。在108，多個第一金屬原子220沉積在襯底200的上表面204與開口 202的底部表面208上，如圖2B所示?？墒褂萌缟衔乃懻摰奶幚項l件(諸如第一壓力、第一 RF功率、DC功率及/或VHF頻率)沉積多個第一金屬原子220。此類處理條件可以促進將多個第一金屬原子220大約垂直地導引至襯底200,如圖2B所不。在一些實施例中，在沉積多個第一金屬原子220期間，可施加視情況任選的RF功率至襯底200，例如，施加至設置在襯底200下方(諸如，在襯底支撐件內)的電極?？稍趶募s2MHz至約13.56MHz的范圍的頻率下及高達約50W的功率下施加RF功率(也指RF偏壓功率)。一些實施例中，RF偏壓功率的頻率可為約2MHz或約13.56MHz，或者如果另一 RF功率源額外地耦接PVD腔室的襯底支撐底座(或襯底支撐底座中所含的電極)，則RF偏壓功率的頻率可為約2MHz及約13.56MHz 二者。在沉積多個第一金屬原子220的同時所提供的視情況任選的RF偏壓功率可以很小，以盡量減少沉積金屬原子的能量，諸如盡量減少任何懸垂物形成于開口 202的口部(mouth)上方。在110，施加第一 RF功率(在此也指第一 RF偏壓功率)至襯底下方所設置的電極，以從開口 202的底部表面208再分配至少一些多個第一金屬原子220至開口 202的側壁210，如圖2C中所示。可施加范圍從約2MHz至約13.56MHz的頻率的第一 RF偏壓功率。例如，在一些實施例中，第一 RF偏壓功率的頻率可以是約2MHz或約13.56MHz，或者若視情況任選的第二 RF偏壓功率源(如圖3中所示的第二 RF偏壓功率源363)額外地耦接襯底支撐底座302 (如圖3所示及如下文中所述)，則RF偏壓功率的頻率可為約2MHz及約13.56MHz二者。第一 RF偏壓功率可用于增加離子能量及/或入射在襯底200上的離子224的入射角度，如圖2C所示。例如，入射在襯底200上的離子可包括離子化金屬原子、來自等離子體的離子化成分(elements)或前述二者的組合?？稍黾拥谝?RF偏壓功率，以增加離子能量，例如以增加開口 202的底部表面208上離子對沉積的金屬原子的撞擊(impact)，如圖2B所示。開口的底部表面208上增加的離子撞擊可促進將金屬原子的至少一些多個第一金屬原子220再分配至側壁210上(如圖所示)。第一 RF偏壓功率可實質上大于上文所討論的沉積多個第一金屬原子220期間所施加的視情況任選的RF偏壓功率。例如，第一 RF偏壓功率可大于約50W，或范圍從約0至約200W。一些實施例中，第一 RF偏壓功率是約50W。同時利用第一 RF偏壓功率與第二 RF偏壓功率(如上文所討論)的一些實施例中，第一 RF偏壓功率可用于控制鄰近襯底200的離子能量，而第二 RF偏壓功率可用于控制鄰近襯底200的離子能量中的分布。一些實施例中(且亦如圖2C中所示)，至少一些多個第一金屬原子220可從襯底200的上表面204再分配進入開口 202。例如，如圖2C所示，由于離子224相對襯底200的入射角非垂直(這至少部分是因為所施加的第一 RF偏壓功率所致)，至少一些多個第一金屬原子220可從上表面204再分配到開口 202的側壁210。

一些實施例中，在112的再分配期間，可以實質上減少或中止在108的多個第一金屬原子220的沉積。例如(且在一些實施例中)，在再分配期間，可減少或關掉施加到靶材的DC功率，以防止金屬原子從靶材濺射。在再分配期間，可利用此類實施例下調(scale back)上表面204或底部表面208上沉積的金屬原子層的厚度。因此，在此實施例中，入射在襯底200上的離子224可實質上包含等離子體形成氣體的離子化成分?；蛘?，在一些實施例中，在112，可維持DC功率，以持續(xù)使用等離子體從靶材濺射金屬原子同時將至少一些多個第一金屬原子220再分配到側壁210。以替代方式或結合方式，在112，可維持施加到靶材的RF源功率或第一壓力的至少一者以持續(xù)沉積多個第一金屬原子220同時再分配至少一些多個第一金屬原子220。一些實施例中，在112，將第一壓力減少到第二壓力，以減少離子化金屬原子入射在襯底200上的量及/或減少等離子體密度，而造成再分配至少一些多個第一金屬原子220期間金屬原子從靶材的濺射減少。第二壓力范圍可從約20mTorr至約80mTorr。在112,可重復于108的沉積與于110的金屬原子的再分配,直到第一金屬層230沉積在開口 202的實質上所有表面上為止，如圖2F所示。例如，在108的沉積的第二反復中，多個第二金屬原子228可沉積在多個第一金屬原子220頂上(所述多個第一金屬原子220位在襯底200的上表面204上及開口 202的底部表面208上)，如圖2D所示。可使用上文所討論的使用于多個第一金屬原子220的任一或所有處理條件沉積多個第二金屬原子228?？墒褂迷诙鄠€第一金屬原子220中相同的處理條件沉積多個第二金屬原子228,或者，可取決于第一層的期望厚度需求等而改變處理條件。進一步而言，多個第二金屬原子228是與多個第一金屬原子220相同的金屬。類似地，在110的再分配的第二反復中，施加第一 RF偏壓功率以從開口 202的底部表面208再分配至少一些多個第二金屬原子228至開口 202的側壁210，如圖2E中所示。可使用上文所討論的使用于多個第一金屬原子220的任一或所有處理條件再分配多個第二金屬原子228。例如，入射到襯底上的離子229可實質上類似前文所討論的離子224，所述離子229可用于再分配至少一些多個第二金屬原子228到開口 202的側壁210。在108的沉積可發(fā)生 第一段時間，而在110的再分配可發(fā)生第二段時間，所述第二段時間有別于所述第一段。一些實施例中，離子化金屬原子沉積達第一段時間，所述第一段時間比第二段時間(所述第二段時間內，沉積的金屬原子被再分配)長大約4倍到大約5倍。例如，達第二段時間的沉積的金屬原子的再分配(或達第二段時間的第一 RF偏壓功率的施力口)可等同于重復RF脈沖偏壓工藝的單一脈沖。例如，所述再分配的第一反復可為第一脈沖，而所述再分配的第二反復可為第二脈沖。進一步而言，可額外有第三反復與進一步的多個反復，直到第一層230被沉積達到期望厚度及/或所述第一層充分覆蓋所述開口 202的實質上所有表面為止。在一些實施例中，脈沖的頻率范圍可以從約100赫(Hz)至約10千赫(kHz)，其中所述脈沖包含施加第一 RF偏壓功率達第二段時間。在于112第一層230形成之后，所述方法100大體上結束，而襯底可持續(xù)供進一步處理，所述處理例如是通過于第一層230頂上沉積材料232以填充開口 202，如圖2G中所繪?？赏ㄟ^任何適合的技術沉積材料232，所述技術諸如通過電鍍。例如，第一層230可用作種晶層，而所述材料通過電鍍工藝被鍍覆在所述種晶層上。材料232可包括金屬、金屬合金或類似物。一些實施例中，所述材料包含銅(Cu)或鎢(W)中的一或多者。在一些實施例中，沉積的材料與第一層230的金屬是相同材料。在一些實施例中(且如上文中針對圖2A所討論的)，在執(zhí)行上文所述的104-114之前，可已提供第二襯底218。因此，如圖2G所示，可將第二襯底218設置成鄰接襯底200的第二表面206，其中開口 202完全延伸通過襯底200，并且第二襯底218的表面216形成開口 202的底部表面。進一步而言，可在第二襯底中設置器件或導電特征結構234，并且將所述器件或導電特征結構234暴露在表面216，其中所述器件或導電特征結構234對準開口202。襯底200的第一表面204可經進一步處理以移除沉積的金屬原子。例如，化學機械研磨技術、蝕刻或類似技術可用于從第一表面204移除沉積的金屬原子，如圖2G所示。在一些實施例中，如前文所述的已沉積材料232之后，可從襯底200的第二表面206移除材料以暴露第一層230或沉積的材料232 (在圖2G圖中示出第一層230被暴露)的至少一者。從第二表面206移除材料可由化學機械研磨或上文所述用于將沉積的金屬從襯底200的第一表面204移除的類似技術執(zhí)行。在從第二表面206移除材料以暴露第一表面230或沉積的材料232的至少一者之后，襯底200的第二表面206可耦接第二襯底218的表面216。一些實施例中，在第二襯底218的表面216處暴露的器件或導電特征結構234可對準襯底200中的開口 202。圖3描繪根據本發(fā)明的一些實施例的物理氣相沉積腔室(處理腔室300)的示意剖
面視圖。適合的PVD腔室的實例包括ALPS' Plus與SIP ENCORE PVD處理腔室，這
兩種腔室都可購自美國加州圣克拉拉(Santa Clara)的應用材料公司。來自應用材料公司或其它制造商的其它處理腔室也可受益于在此揭示的本發(fā)明的設備。處理腔 室300含有濺射源(諸如靶材306)以及襯底支撐底座302，所述襯底支撐底座302用于在所述襯底支撐底座302上接收襯底304。襯底支撐底座302可位于接地包殼壁308內，所述接地包殼壁可以是腔室壁(如圖所示)或接地屏蔽(接地屏蔽340顯示為在靶材306上方覆蓋至少腔室300的一些部分)。一些實施例中，接地屏蔽340可在靶材下方延伸而也包圍底座302。一些實施例中，處理腔室包括饋送結構，所述饋送結構用于將RF與DC能量耦合靶材306。饋送結構是用于將RF與DC能量耦合靶材的設備，或者是將RF與DC能量耦合含有靶材的組件的設備，例如，如在此所述的設備。饋送結構的第一端可耦接RF功率源318以及DC功率源320，所述RF功率源318以及DC功率源320可分別用于提供RF與DC能量至靶材306。例如，DC功率源320可用于施加負電壓(或偏壓)至靶材306。在一些實施例中，由RF功率源318供應的RF能量的頻率范圍可在約2MHz至約60MHz，或者舉例而言，可使用非限制性的頻率，諸如2MHz、13.56MHz,27.12MHz或60MHz。在一些實施例中，可設置多個RF功率源(即兩個以上)以提供多個前述頻率的RF能量。饋送結構可由適合的導電材料制造，以從RF功率源318與DC功率源320傳導RF與DC能量。一些實施例中，饋送結構可具有適合的長度，所述長度促進RF與DC能量分別在饋送結構周邊附近實質上均勻分布。例如，一些實施例中，饋送結構可具有約I英寸至約12英寸之間或約4英寸的長度。一些實施例中，主體可具有至少約1:1的長度與內徑(innerdiameter)比。提供至少1:1以上的比例提供了更均勻的從饋送結構的RF傳送(即RF能量更加均勻地分布在饋送結構周圍，以約略地RF耦合到饋送結構的真實中心點)。饋送結構的內徑可盡可能小，例如，在直徑上為從約I英寸至約6英寸，或約4英寸。提供較小的內徑有助于改善長度與ID的比例而不至于增加饋送結構的長度。饋送結構的第二端可耦接源分配板322。源分配板包括孔324，所述孔324設置成通過源分配板322并且對準饋送結構的中央開口。源分配板322可由適合的導電材料制造，以從饋送結構傳導RF與DC能量。源分配板322可通過導電構件325耦接靶材306。導電構件125可為管狀構件，所述管狀構件具有第一端326，所述第一端326在源分配板322的周邊邊緣附近耦接源分配板322的面向靶材表面328。導電構件325進一步包括第二端330，所述第二端330在所述靶材306的周邊邊緣附近耦接靶材306的面向源分配板的表面332 (或耦接靶材306的背襯板 346)。空穴334可由導電構件325的面向內的壁、源分配板322的面向靶材的表面328以及靶材306的面向源分配板的表面332所界定?？昭?34通過源分配板322的孔324與主體的中央開口 315流體連通式(fluidly)耦接?？昭?34與主體的中央開口 315可用于至少部分容納(house)可旋轉磁電管組件336的一或多個部分，如圖3所示及如下文進一步所述。一些實施例中，空穴可至少部分被冷卻流體(諸如水(H2O)或類似物)所填充。
可設置接地屏蔽340以覆蓋處理腔室300的蓋的外側表面。接地屏蔽340可例如經由腔室主體的接地連接件而耦接接地端。接地屏蔽340具有中央開口，使得饋送結構得以通過接地屏蔽340而被耦接至源分配板322。接地屏蔽340可包含任何適合的導電材料，諸如鋁、銅或類似物。絕緣間隙339是設置在分配板322、導電構件325及靶材306(及/或背襯板346)的外表面與接地屏蔽340之間，以防止RF與DC能量被直接傳輸(route)至接地端。絕緣間隙可用空氣或一些其它適合的介電材料填充，所述介電材料諸如為陶瓷、塑料或類似物?！嵤├?，接地套環(huán)可設置在主體及饋送結構的下部周圍。所述接地套環(huán)耦接接地屏蔽340,并且接地套環(huán)可以是接地屏蔽340的一體的(integral)部件,或者可以是耦接接地屏蔽的分開的部件，所述接地套環(huán)提供饋送結構的接地。接地套環(huán)340可由適合的導電材料所制成，諸如鋁或銅。在一些實施例中，設置在接地套環(huán)的內徑與饋送結構的主體的外徑之間的間隙可以被維持在最小值，并且可將所述間隙維持成正好足以提供電隔離?？捎酶綦x材料(如塑料或陶瓷)填充所述間隙，或所述間隙可為空氣間隙。接地套環(huán)防止RF饋送件(例如電饋送件205，在下文中討論)與主體之間的串擾(cross-talk)，因而改善了等離子體以及處理的均勻度。可將隔離板338設置在源分配板322與接地屏蔽340之間，以防止RF與DC能量被直接傳輸到接地端。隔離板338具有中央開口以使得饋送結構得以通過所述隔離板338并且得以耦接源分配板322。所述隔離板338可包含適合的介電材料，諸如陶瓷、塑料或類似物。或者，可設置空氣間隙以取代隔離板338。在設置空氣間隙取代隔離板的實施例中，接地屏蔽340可在結構上牢固足以支撐任何安置在接地屏蔽340上的部件。靶材306可以通過介電隔離件344被支撐在接地的導電鋁適配器342上。靶材306包含濺射期間待沉積在襯底304上的材料，諸如金屬或金屬氧化物。一些實施例中，背襯板346可耦接靶材306的面向源分配板的表面332。背襯板346可包含導電材料，諸如銅鋅、銅鉻或與靶材相同的材料，使得RF與DC功率可經由背襯板346耦合靶材306?；蛘撸骋r板346可以不導電并且可包括導電元件(諸如電饋通件或類似物，圖中未示)以將靶材306的面向源分配板的表面332耦接導電構件325的第二端330?？杉{入背襯板346以例如改善靶材306的結構穩(wěn)定性。 襯底支撐底座302具有面向靶材306的主表面的材料接收表面，并且所述襯底支撐底座302支撐待以濺射式受到涂覆的襯底304，所述襯底304位于靶材306的主表面對面的平面位置。襯底支撐底座302可在處理腔室300的中央區(qū)域348中支撐襯底304。中央區(qū)域348是被界定為處理期間于襯底支撐底座302上方的區(qū)域，例如，當在處理位置時，所述區(qū)域介于靶材306與襯底支撐底座302之間。一些實施例中，襯底支撐底座302可以通過伸縮囊350垂直移動，所述伸縮囊350連接到底部腔室壁352以使得襯底304得以通過裝載閉鎖閥(位于處理腔室300的下部，圖中未示)傳送到襯底支撐底座302上，且之后所述襯底304得以被抬升到沉積或處理位置?？捎蓺庠?54通過質量流量控制器356供應一或多種處理氣體進入腔室300的下部?？稍O置排氣端口 358并且將所述排氣端口 358通過閥360耦接泵(圖中未示)以用于使處理腔室300的內部排氣并且助于維持處理腔室300內側的期望壓力。RF偏壓功率源362可耦接襯底支撐底座302以為了在襯底304上感應負DC偏壓。此外，一些實施例中，負的DC自偏壓可在處理期間于襯底304上形成。例如，由RF偏壓功率源362所供應的RF功率范圍可為約2MHz至約60MHz的頻率，例如，可使用諸如2MHz、
13.56MHz或60MHz的非限制性的頻率。進一步而言，第二 RF偏壓功率源363可耦接襯底支撐底座302并且提供上文所討論與RF偏壓功率源362 —并使用的任一頻率。其它應用中，襯底支撐底座302可接地或維持電浮置。例如，電容調諧器(capacitance tuner)364可率禹接襯底支撐底座以供調整襯底304上的電壓，而用于可能不期望RF偏壓功率的應用?？尚D的磁電管組件336可定位在靶材306的背表面(例如面向源分配板的表面332)附近?？尚D的磁電管組件336包括多個由基底板368支撐的磁體366?；装?68連接旋轉軸桿370，所述旋轉軸桿370與腔室300及襯底304的中心軸線吻合。馬達372可耦接旋轉軸桿370的上端以驅動磁電管組件336的旋轉。磁體366在腔室300內產生磁場，所述磁場大體上平行并且靠近靶材306的表面以捕捉電子并且增加局部的等離子體密度，此舉進而增加濺射速率。磁體366在腔室300的頂部周圍產生電磁場，而磁體366旋轉而使電磁場旋轉，此舉影響工藝的等離子體密度以更均勻地濺射靶材306。例如，可使旋轉軸桿370每分鐘做約0至約150個旋轉。一些實施例中，腔室300可進一步包括連接適配器342的凸耳376的工藝套件屏蔽374。適配器342進而受到密封并且接地至鋁腔室側壁308。大體而言，工藝套件屏蔽374沿適配器342的壁與腔室壁308向下延伸至襯底支撐底座302的上表面下方，然后向上返回直到抵達襯底支撐底座302的上表面為止(例如，在底部形成U形部分384)?；蛘撸に囂准帘蔚淖畹撞坎恍枋荱形部分384并且可具有任何適合的形狀。當襯底支撐底座302處于自身的下方裝載位置時，覆蓋環(huán)386安置在工藝套件屏蔽374的向上延伸的唇部388的頂部上，但當襯底支撐底座302處于自身的上方沉積位置時，覆蓋環(huán)386安置在襯底支撐底座302的外周邊上，以保護襯底支撐底座302隔離濺射沉積?？墒褂妙~外的沉積環(huán)(圖中未示)遮蔽襯底304的周邊以隔離沉積。根據本發(fā)明的工藝套件屏蔽的實施例于下文中討論。一些實施例中 ，磁體390可設置在腔室200周圍，以選擇性地在襯底支撐底座302與靶材306之間提供磁場。例如，如圖3所示，磁體390可設置在腔室壁308的外側周圍而位于處理位置時的襯底支撐底座302的正上方的區(qū)域中。一些實施例中，可另外或取而代之地將磁體390設置在其它位置，諸如鄰接適配器342。磁體390可以是電磁體且可耦接功率源(圖中未示)以用于控制電磁體所生成的磁場的強度?？稍O置控制器310并且將控制器310耦接處理腔室300的各部件以控制處理腔室300的操作?？刂破?10包括中央處理單元(CPU) 312、存儲器314與支持電路316?？刂破?10可直接控制處理腔室300，或者是通過與特定處理腔室相關聯(lián)的計算機(或控制器)及/或支持系統(tǒng)部件控制處理腔室300。控制器310可以是用在工業(yè)設施中以供控制各腔室與子處理器的通用計算機處理器的任何形式中的一種形式?？刂破?10的存儲器(或計算機可讀媒體)434可以是一種或多種容易獲得的存儲器，所述存儲器諸如為隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、軟盤、硬盤、光學儲存媒體(例如光盤(⑶)或數字視頻光盤(DVD))、閃盤或本地端或遠程的任何其它形式的數字儲存裝置。支持電路316耦接CPU312以用傳統(tǒng)方式支持處理器。所述電路包括高速緩沖儲存器、電源供應器、時鐘電路、輸入/輸出電路及子系統(tǒng)，與類似物。在此所述的本發(fā)明的方法可儲存在存儲器314中作為軟件程序，所述軟件程序可經執(zhí)行(execute)或調用(invoke)以用此述的方式控制處理腔室300的操作。軟件程序也可由第二 CPU (圖中未示)儲存及/或執(zhí)行，所述第二 CPU位于由CPU312所控制的硬件的遠程。因此，在此已提供用于在襯底上形成的高深寬比特征結構中沉積金屬的方法。本發(fā)明的方法有利地提供使用金屬連續(xù)覆蓋高深寬比特征結構的表面同時減少懸垂物或小平面，這些懸垂物或小平面可能引發(fā)在高深寬比特征結構中形成空洞。本發(fā)明的方法的實施例可與直通硅穿孔(TSV)應用(例如，無論是用于穿孔在先或穿孔在后的制造方法)一并使用，也可與其它某些適合的應用一并使用，所述應用中，沉積連續(xù)金屬層可能是有利的。雖前述涉及本發(fā)明的實施例，然而可不背離本發(fā)明的基本范圍而設計本發(fā)明其它與進一步 的實施例。
權利要求
1.一種在物理氣相沉積(PVD)腔室中處理襯底的方法，所述襯底具有開口，所述開口形成在所述襯底的第一表面中并且朝向所述襯底的相對的第二表面延伸進入所述襯底，所述開口具有至少5:1的高度與寬度的深寬比，所述方法包括以下步驟: 施加VHF頻率的RF功率至包含金屬的靶材以從等離子體形成氣體形成等離子體，所述靶材設置在所述PVD腔室中于所述襯底上方； 使用所述等離子體從所述靶材濺射金屬原子，同時在所述PVD腔室中維持第一壓力，所述第一壓力足以離子化濺射的所述金屬原子的主要部分； 將離子化的所述金屬原子沉積在所述開口的底部表面上以及沉積在所述襯底的所述第一表面上； 施加第一 RF功率至設置在所述襯底下方的第一電極以從所述底部表面與上表面再分配至少一些沉積的所述金屬原子至所述開口的側壁；以及 重復所述離子化的金屬原子的所述沉積以及沉積的所述金屬原子的所述再分配，直到所述金屬的第一層沉積在所述開口的實質上所有表面上為止。
2.如權利要求1所述的方法，其中沉積所述離子化的金屬原子的步驟進一步包含以下步驟: 施加高達約50瓦的第二 RF功率至所述電極，以引導離子化的濺射的所述靶材料朝向所述開口的所述底部表面。
3.如權利要求1所述的方法，所述方法進一步包含以下步驟: 施加DC功率至所述靶材，以引導所述等離子體朝向所述靶材。
4.如權利要求3所述的方法，其中施加所述第一RF功率以再分配至少一些沉積的所述金屬原子的步驟進一步包含以下步驟: 減少或關掉所述DC功率，以防止使用所述等離子體從所述靶材濺射金屬原子同時再分配至少一些所述沉積的金屬原子至所述側壁。
5.如權利要求1所述的方法，其中施加所述第一RF功率以再分配至少一些沉積的所述金屬原子的步驟進一步包含以下步驟: 施加第二 RF偏壓功率至所述電極，所述第二 RF偏壓功率是與所述第一 RF偏壓功率同時被施加。
6.如權利要求5所述的方法，其中所述第一RF功率控制鄰近所述襯底的等離子體能量，而所述第二 RF偏壓功率控制鄰近所述襯底的等離子體能量的分布。
7.如權利要求5所述的方法，其中以第一頻率施加所述第一RF功率，且其中以第三頻率施加所述第二 RF偏壓功率，所述第三頻率大于所述第一頻率。
8.如權利要求1所述的方法，其中等離子化的所述金屬原子沉積達第一段時間，沉積的所述金屬原子被再分配達第二段時間，所述第一段時間比所述第二段時間長約4倍到約5倍。
9.如權利要求8所述的方法，其中脈沖的頻率的范圍是從約IOOHz至約10kHz，其中所述脈沖包含施加所述第一 RF功率達所述第二段時間。
10.如權利要求1所述的方法，所述方法進一步包含以下步驟: 蝕刻所述襯底以在所述襯底中形成所述開口； 于所述襯底的所述上表面上形成氧化物層，并且沿所述開口的所述側壁與所述底部表面形成所述氧化物層；以及 在沉積濺射的靶材料之前，在所述氧化物層頂上形成阻擋層。
11.如權利要求10所述的方法，所述方法進一步包含以下步驟: 通過電鍍工藝在所述第一層頂上沉積材料以填充所述開口。
12.如權利要求11所述的方法，其中所述襯底是第一襯底，并且所述方法進一步包含以下步驟: 提供第二襯底，所述第二襯底設置成鄰接所述第一襯底的所述第二表面，其中所述開口完全延伸通過所述第一襯底，并且所述第二襯底的上表面形成所述開口的底部。
13.如權利要求11所述的方法，所述方法進一步包含以下步驟: 移除所述開口的所述底部表面以暴露所述第一層或沉積的所述材料的至少一者。
14.如權利要求13所述的方法，其中移除所述開口的所述底部表面的步驟進一步包含以下步驟:通過化學機械研磨至少部分移除所述襯底的所述第二表面以移除所述開口的所述底部表面，并且所述方法進一步包含以下步驟: 將所述襯底的所述第二表面耦接第二襯底的上表面，以及可選地 將所述開口對準設置在所述第二襯底的所述上表面中的對應的器件。
15.一種計算機可讀媒體，所述計算機可讀媒體具有指令，所述指令儲存在所述計算機可讀媒體上，當執(zhí)行所述指令時，所述指令引發(fā)物理氣相沉積(PVD)腔室執(zhí)行一種處理襯底的方法，所述襯底具有開口，所述開口形成在所述襯底的第一表面中并且朝向所述襯底的相對的第二表面延伸進入所述襯底，所述開口具有至少5:1的高度與寬度的深寬比，所述方法包含權利要求1至權利要求14中所述的方法的任一者。
全文摘要
在此提供在高深寬比特征結構中沉積金屬的方法。一些實施例中，一種處理襯底的方法包括以下步驟施加VHF頻率的RF功率至包含金屬的靶材以從等離子體形成氣體形成等離子體，所述靶材配置在所述PVD腔室中于所述襯底上方；使用所述等離子體從所述靶材濺射金屬原子，同時在所述PVD腔室中維持第一壓力，所述第一壓力足以離子化濺射的所述金屬原子的主要部分；將所述離子化的金屬原子沉積在所述開口的底部表面上以及沉積在所述襯底的第一表面上；施加第一RF功率以從所述底部表面與上表面再分配至少一些沉積的所述金屬原子至所述開口的側壁；以及重復所述沉積工藝與所述再分配工藝，直到金屬的第一層沉積在所述開口的實質上所有表面上為止。
文檔編號C23C14/40GK103180483SQ201180051170
公開日2013年6月26日 申請日期2011年9月6日 優(yōu)先權日2010年9月17日
發(fā)明者卡爾·布朗, 艾倫·里奇, 約翰·皮比通, 芮英, 丹尼爾·J·霍夫曼 申請人:應用材料公司