專利名稱：在物理氣相沉積期間支撐工件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在物理氣相沉積(physical vapour deposition, PVD)期間支撐工件的方法以及一種支撐工件的物理氣相沉積的設(shè)備。
背景技術(shù)：
高功率晶體管常常使用厚鋁層作為接觸層以便于處理這些裝置中固有的極高電流密度。需要厚Al薄膜來最大程度減少接觸電阻，以及隨之的會降低裝置速度和效率的切換損耗(switching losses)。典型的裝置具有包括一個或多個招層的源觸點的豎直構(gòu)造，鋁層的厚度為1-20 μ并沉積在嵌入完整厚度的晶片上的半導(dǎo)體設(shè)備上。招及招薄膜可通過磁控派射(magnetron sputtering)技術(shù)沉積到晶片上。因此在鋁靶和環(huán)形陽極環(huán)之間連接有直流(DC)電源。當(dāng)系統(tǒng)為真空且在靶下方的支座上放置 待涂覆部件時，形成低壓放電(通常在幾mT左右)并且使材料從靶濺射到晶片上。利用該技術(shù)來沉積厚金屬涂層可導(dǎo)致待涂覆晶片的溫度顯著上升，這是因為在真空系統(tǒng)中難以去除金屬離子或中性分子的瞬時磁通以及來自等離子體的熱量。然而，在制造過程中，晶片可達(dá)到的溫度往往是受限的，450°C是普遍的上限值并且是對于后端線(Back End Of Line,BE0L)集成方案的典型的最高溫度。相比之下，產(chǎn)率要求高沉積速率，高沉積速率反過來導(dǎo)致靶的高DC功率，而這些高功率導(dǎo)致晶片上的顯著的熱負(fù)荷。最普遍的，通過晶片和晶片支座之間的氣體傳導(dǎo)來控制晶片溫度，晶片支座包括靜電夾具或機械夾固系統(tǒng)。雖然這兩種方法都可實現(xiàn)，但其實施相對昂貴，且隨著濺射材料開始涂層固定物，其性能降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一方面在于提供一種在物理氣相沉積(PVD)期間支撐工件的方法，包括(a)設(shè)置涂有吸熱涂層的鋁表面；(b)冷卻支座至100°C左右；以及(c)進(jìn)行PVD過程以使得在冷卻作用下工件的溫度在350°C 450°C之間。涉及使用涂層工件支座的方法是已知的(例如美國專利5183402中所公開的)。該專利的目的是將晶片保持在板的溫度(platen temparature)。然而,招一向被認(rèn)為是不適合高溫( > 400°C )操作的板材料，并且到目前為止板通常由不銹鋼制成。本領(lǐng)域技術(shù)人員不認(rèn)為鋁需要涂層，這是因為已知鋁具有比不銹鋼更好的導(dǎo)熱性。然而，如下所示，發(fā)明人經(jīng)確定只在上面設(shè)定的具體溫度狀況下涂層才具有實質(zhì)效果。該涂層為惰性和/或超高電壓兼容。例如涂層為CrOx或A1203。本發(fā)明另一方面在于一種物理氣相沉積的設(shè)備，該設(shè)備包括真空室和設(shè)置在該室中的用于支撐工件的支座以及用于冷卻支座的冷卻電路，其中支座包括具有支撐面的鋁體(aluminium body),且支撐面涂有吸熱涂層。
優(yōu)選地，該涂層如上所述。在一個具體實施例中，冷卻支座至100°C左右。如上所述的方法和設(shè)備尤其適用于濺射高沉積鋁中。雖然以上限定了本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明包括以上或以下描述的特征的任何創(chuàng)造性組合。


本發(fā)明可以以各種方式實施，且現(xiàn)將通過參照所附附圖的實例來說明具體實施例，其中圖I為濺射設(shè)備的示意圖；圖2顯示在供應(yīng)有26kw功率的靶時，在具體溫度范圍內(nèi)對涂層的影響；
圖3為對于40kw的設(shè)置的相應(yīng)圖示；以及圖4為列出了控制40kW直流功率以及控制板的溫度在100°C時，鋁和鋁/CrOx涂層板組件的沉積的薄膜晶粒尺寸與晶片的溫度的表格。
具體實施例方式圖I中真空室10包括與靶12正對的支座或板11。如本領(lǐng)域中已知的,靶具有由磁控管13產(chǎn)生的變化磁場并且靶由直流電源14供電。還如本領(lǐng)域中已知的，在該室中等離子體15被發(fā)射，并且等離子體中的離子轟擊靶以從靶上濺射出鋁，從靶上濺射出的鋁沉積到載于支座11上的晶片16上。一般，在350°C到400°C以上，硅晶片發(fā)射顯著量的熱輻射。由于例如硅晶片上的二氧化硅層上的鋁涂層，從晶片的任何熱傳遞的大部分被限制在晶片背面。由于申請人關(guān)注于高沉積速率所涉及的有效功率，以及發(fā)熱，因為鋁板具有更大的熱傳導(dǎo)率，他們決定嘗試使用鋁板。然而，如圖2和3所示，當(dāng)他們用冷卻至100°C的鋁板對兩個不同的功率進(jìn)行試驗時，令人驚訝的是，發(fā)現(xiàn)晶片溫度持續(xù)上升直到高于450°C，該過程是不可接受的。然而，當(dāng)板涂有惰性超高電壓兼容涂層時，晶片的溫度在350°C左右變平，并且在兩種情況下都使板的溫度保持在450°C以下。實際上在第一種情況下，板的溫度保持在400°C。因此，令人驚訝的是，該設(shè)置提供了一種在高溫過程中，無須背側(cè)氣體冷卻、靜電夾具或甚至機械夾固系統(tǒng)來冷卻晶片的非常有效的方法。圖4顯示控制鋁板在40kW，100°C下的過程，在SiO2或Si02/Ti/TiN襯板上導(dǎo)致晶片的溫度為540°C，而此時具有吸收涂層的板組件使晶片的溫度保持在440°C。對于涂層板組件觀察到，更小的晶粒尺寸表明更低的晶片的溫度。對于設(shè)備的該過程需要將BEOL的熱衡算限制在< 450°C，且因此不能使用常規(guī)的鋁板。
權(quán)利要求
1.一種在物理氣相沉積(PVD)期間支撐工件的方法，所述方法包括 (a)設(shè)置具有支撐平面的鋁支座，所述支撐平面涂有吸熱涂層； (b)冷卻所述支座至100°C左右；以及 (c)進(jìn)行PVD過程以使得在冷卻作用下所述工件的溫度在350°C 450°C之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述涂層為惰性和/或超高電壓兼容。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述涂層為Cr0x、Al203或任何強吸收金屬氧化物薄膜。
4.一種物理氣相沉積的設(shè)備，所述設(shè)備包括真空室和設(shè)置在所述真空室內(nèi)的用于支撐工件的支座以及用于冷卻所述支座的冷卻回路，其中所述支座包括具有支撐面的鋁體，且所述支撐面涂有吸熱涂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述涂層為惰性和/或超高電壓兼容。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，所述涂層為Cr0x、Al203或任何其它強吸收金屬氧化物薄膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中所述的設(shè)備，其中，所述支座被冷卻至100°C左右。
全文摘要
本發(fā)明涉及在物理氣相沉積期間支撐工件的方法以及相關(guān)的設(shè)備。設(shè)置涂有吸熱涂層(15)的支撐平面的鋁支座(11)。冷卻該支座至100℃左右，進(jìn)行PVD過程以使得在冷卻作用下工件的溫度在350℃～450℃之間。涂層為惰性和/或超高電壓兼容。
文檔編號C23C14/50GK102839355SQ20121019348
公開日2012年12月26日 申請日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月21日
發(fā)明者斯蒂芬·R·伯吉斯 申請人:Spts科技有限公司