本發(fā)明涉及半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域，具體地，涉及一種用于物理氣相沉積(PVD)的沉積環(huán)(deposition ring)和具有該沉積環(huán)的物理氣相沉積設(shè)備。

背景技術(shù)：

PVD技術(shù)，例如濺射技術(shù)，是制備薄膜材料的重要方法之一，其泛指采用物理方法制備薄膜的薄膜制備工藝。PVD技術(shù)可應(yīng)用于很多工藝領(lǐng)域，如銅互連線技術(shù)、封裝領(lǐng)域中的硅穿孔(Through Silicon Via,TSV)技術(shù)等等。

采用現(xiàn)有的PVD設(shè)備進(jìn)行工藝成膜時(shí)，基片的側(cè)面會(huì)有膜沉積，背面也會(huì)因?yàn)槔@鍍而有膜出現(xiàn)。在基片的側(cè)面和背面形成的膜，尤其是金屬氮化物膜，因?yàn)閼?yīng)力較大，在后續(xù)濕法清洗和機(jī)械拋光時(shí)，受外力作用容易脫落形成顆粒，造成基片的二次污染和表面劃傷。

隨著半導(dǎo)體技術(shù)不斷發(fā)展，集成電路的尺寸越來越小，對(duì)顆粒尺寸和數(shù)量的要求越來越高。尤其對(duì)于后段工藝(BEOL)來說，顆粒的產(chǎn)生將直接導(dǎo)致金屬線斷連或電阻增加，影響器件的穩(wěn)定性和功率。

一般來說，顆粒的尺寸不能超過刻蝕后線寬尺寸的2倍。例如，在28nm技術(shù)代后段工藝中，線條寬度是40nm，則顆粒尺寸應(yīng)控制在0.08微米以內(nèi)。PVD成膜時(shí)，金屬膜的顆粒相對(duì)容易控制，而金屬氮化物或其他應(yīng)力較大的膜，顆?？刂剖莻€(gè)很大挑戰(zhàn)。另外，采用PVD成膜時(shí)對(duì)顆粒數(shù)量還提出了要求，例如，在28nm技術(shù)代后段工藝中，對(duì)顆粒數(shù)量的要求為不大于20顆。

因此，需要提供一種新型的用于物理氣相沉積的沉積環(huán)和具有該沉積環(huán)的物理氣相沉積設(shè)備，以至少部分地解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了至少部分地解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方 面，提供一種用于物理氣相沉積的沉積環(huán)。所述沉積環(huán)的內(nèi)周表面上具有環(huán)形的內(nèi)凸臺(tái)，所述內(nèi)凸臺(tái)具有用于承接基片的承接面，所述內(nèi)凸臺(tái)上方的內(nèi)周表面為沿著向上的方向漸開的錐形面。

優(yōu)選地，所述錐形面與水平面的夾角為45至60度。

優(yōu)選地，所述錐形面通過倒角過渡至所述沉積環(huán)的頂部。

優(yōu)選地，所述承接面的形狀與所述基片的背面邊緣的形狀相適配。

優(yōu)選地，所述沉積環(huán)的外周表面上設(shè)置有環(huán)形的外凸臺(tái)，所述外凸臺(tái)用于承載覆蓋環(huán)。

優(yōu)選地，所述沉積環(huán)的頂部高于所述內(nèi)凸臺(tái)3至6毫米。

優(yōu)選地，所述錐形面和所述內(nèi)凸臺(tái)經(jīng)由熔射處理，以在所述錐形面和所述內(nèi)凸臺(tái)的表面上形成熔射層。

優(yōu)選地，所述熔射層的粗糙度為10至15微米。

優(yōu)選地，所述內(nèi)凸臺(tái)的外徑與所述基片的外徑之差為1至3毫米。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供一種物理氣相沉積設(shè)備，所述物理氣相沉積設(shè)備具有物理氣相沉積腔室，在所述物理氣相沉積腔室中設(shè)置有如上所述的任一種沉積環(huán)。

本發(fā)明提供的沉積環(huán)采用了錐形面和內(nèi)凸臺(tái)相結(jié)合的設(shè)計(jì)。通過向下漸縮(即沿向上方向漸開)的錐形面來減小基片的側(cè)面和錐形面之間的縫隙，進(jìn)而避免在基片的側(cè)面鍍膜。并且，還可以使基片的背面邊緣直接與凸臺(tái)的承載面接觸，因此避免了背面繞鍍的可能。此外，由于沿向上方向漸開的錐形面的存在，還可以利用重力作用使基片自動(dòng)地滑落到內(nèi)凸臺(tái)的承接面上，使基片準(zhǔn)確地落入到預(yù)定位置，進(jìn)而可以容許較大的傳入位置偏差。

在發(fā)明內(nèi)容中引入了一系列簡(jiǎn)化的概念，這些概念將在具體實(shí)施方式部分中進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。

以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征。

附圖說明

本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中 示出了本發(fā)明的實(shí)施方式及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，

圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的磁控濺射設(shè)備的示意圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的沉積環(huán)的立體圖；以及

圖3為圖2中所示的沉積環(huán)的截面圖。

具體實(shí)施方式

在下文的描述中，提供了大量的細(xì)節(jié)以便能夠徹底地理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以了解，如下描述僅涉及本發(fā)明的較佳實(shí)施例，本發(fā)明可以無需一個(gè)或多個(gè)這樣的細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。此外，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種在PVD中使用的沉積環(huán)。PVD技術(shù)例如包括真空蒸鍍、濺射鍍膜(諸如磁控濺射)、電弧等離子體鍍、離子鍍膜以及分子束外延等。為了更容易理解本發(fā)明提供的沉積環(huán)，首先對(duì)PVD設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。下文將以PVD設(shè)備中的一種，即磁控濺射設(shè)備，來說明本發(fā)明的原理，但是顯然本發(fā)明可應(yīng)用于各種PVD設(shè)備。圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的磁控濺射設(shè)備。需要說明的是，本文的圖示僅為用于示例目的的簡(jiǎn)圖并非按比例繪制。

如圖1所示，磁控濺射設(shè)備包括高真空工藝腔109、抽氣腔106和磁控管腔111。磁控管腔111內(nèi)包括磁控管102，磁控管102上設(shè)置有極性相反的磁鐵103和104。高真空工藝腔109的上方包括被濺射的靶材110。磁控管102與磁鐵103和104的周圍以及靶材110的周圍都設(shè)置有冷卻系統(tǒng)(未示出)。高真空工藝腔109內(nèi)還包括用于承接基片107的基座108。

為了提高濺射效率，磁控管102可以放置在靶材110背面。磁鐵103和104受到軌道束縛在臨近磁鐵的腔室范圍內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)。在一個(gè)實(shí)施例中，其內(nèi)軌道由一個(gè)或多個(gè)磁鐵構(gòu)成，外軌道與內(nèi)軌道的磁鐵極性相反并包圍內(nèi)軌道。為了達(dá)到均勻?yàn)R射的目的，磁控管102可以通過電機(jī)101帶動(dòng)在靶材110表面上方勻速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而均勻地掃描。作為示例，磁控管102的旋轉(zhuǎn)速度可以為60-100rpm。

磁控管102產(chǎn)生的磁場(chǎng)束縛電子，限制電子的運(yùn)動(dòng)范圍，并延長(zhǎng)電子的運(yùn)動(dòng)軌跡，使電子最大幅度地離化進(jìn)入到高真空工藝腔109內(nèi)的氣體原子，以形成該氣體的離子。氣體原子例如包括惰性氣體原子(諸如氬原子)、 和/或氮原子等，以形成氬離子、和/或氮離子。以形成氮化鈦TiN膜為例，通入到高真空工藝腔109內(nèi)的反應(yīng)氣體可以包括氮?dú)夂蜌鍤?，靶?10的材料可以為鈦。離化形成的氮離子在靶材110表面與鈦Ti反應(yīng)形成氮化鈦TiN，而離化形成的氬離子受靶材110上施加的負(fù)電壓吸引轟擊靶材110，撞擊出靶材110表面的氮化鈦TiN，并在基片107上沉積，進(jìn)而在基片107上形成氮化鈦TiN膜。

本文對(duì)上述部件的圖示和描述主要用于清楚地理解本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思，因此，對(duì)這些部件的圖示說明和文字描述僅為示例性的。此外，本發(fā)明的貢獻(xiàn)并非在于這些部件的具體構(gòu)造，它們可以采用現(xiàn)有技術(shù)中存在的或未來可能出現(xiàn)的各種構(gòu)造，因此本文將不再對(duì)它們進(jìn)一步詳細(xì)地描述。

沉積環(huán)200在使用時(shí)圍繞基片107放置。沉積環(huán)200可以放置在基座108上，用于遮擋基座108上基片107周圍的區(qū)域。本發(fā)明提供的沉積環(huán)200還能夠起到避免在基片的側(cè)面以及基片的背面邊緣鍍膜的作用。后文將結(jié)合圖2和3對(duì)該作用進(jìn)一步詳細(xì)地描述。沉積環(huán)200可以形成為一體的結(jié)構(gòu)。沉積環(huán)200可由陶瓷或金屬材料制成，諸如石英、氧化鋁、不銹鋼、鈦或其他適合的材料。

在沉積環(huán)200的徑向上的外側(cè)還放置有覆蓋環(huán)300。覆蓋環(huán)300可以覆蓋沉積環(huán)200的一部分。進(jìn)一步地，覆蓋環(huán)300還可以覆蓋基座108的側(cè)面，以接收大量的沉積膜，減少在基座108和沉積環(huán)200上形成的沉積膜，減小等離子體對(duì)基座108和沉積環(huán)200的侵蝕作用。作為示例，覆蓋環(huán)300可以與沉積環(huán)200搭接。但優(yōu)選地，覆蓋環(huán)300與沉積環(huán)200均采用非固定的連接方式，以允許處理過程中受熱膨脹所引起的尺寸改變。覆蓋環(huán)300優(yōu)選地由能夠抗濺射的等離子體侵蝕的材料制成，該材料例如為金屬材料或陶瓷材料，該金屬材料諸如不銹鋼、鈦或鋁，該陶瓷材料諸如氧化鋁。

圖2和圖3分別為沉積環(huán)200的立體圖和截面圖。如圖2-3所示，沉積環(huán)200整體上呈環(huán)形。在沉積環(huán)200的面向沉積環(huán)200的中心的側(cè)面上，即在沉積環(huán)200的內(nèi)周表面上具有環(huán)形的內(nèi)凸臺(tái)210。該內(nèi)凸臺(tái)210具有承接面211，用于承接基片107(見圖3)。內(nèi)凸臺(tái)210的截面可以具有任意形狀，只要具有能夠承接基片107的承接面211即可。作為示例，內(nèi)凸臺(tái)210的截面可以為圖3中所示的大體矩形。在未示出的其他實(shí)施例中， 內(nèi)凸臺(tái)210的截面大體上也可以為三角形、或梯形等等。內(nèi)凸臺(tái)210上方的內(nèi)周表面為錐形面220，并且該錐形面220沿著向上的方向漸開，以形成自下而上逐漸增大的接收空間。在基片107傳入到高真空工藝腔中時(shí)，先由頂針將基片107承接。隨著頂針下降，基片107從頂部落入到錐形面220形成的接收空間內(nèi)，并沿著錐形面220向下滑動(dòng)。最終，基片107被放置在基座108和內(nèi)凸臺(tái)210的承接面211上，如圖1所示。

基片107傳進(jìn)到高真空工藝腔中時(shí)，雖然每次位置相對(duì)于預(yù)定位置可能都不一致，但目前的傳入設(shè)備可以使誤差控制在偏差3mm以內(nèi)。在本發(fā)明提供的PVD設(shè)備中，可以允許基片107的傳入位置存在偏差。其原因在于，基片107下落期間，基片107的一側(cè)會(huì)接觸錐形面220，并由于重力作用，基片107最終可以在基座移動(dòng)到工藝位的過程中，自動(dòng)地滑落到內(nèi)凸臺(tái)210的承接面211上。這樣，可以使基片107準(zhǔn)確地落入到預(yù)定位置。

進(jìn)一步，由于向下漸縮的錐形面設(shè)計(jì)，可以使錐形面220的靠近內(nèi)凸臺(tái)210的部分的尺寸與基片107的尺寸相適配。當(dāng)基片107放置在內(nèi)凸臺(tái)210上時(shí)，基片107的側(cè)面和錐形面220之間的縫隙較小，進(jìn)而避免在基片107的側(cè)面鍍膜。優(yōu)選地，內(nèi)凸臺(tái)210的外徑與基片107的外徑之差可以為1至3毫米。此外，由于基片107的背面邊緣直接與內(nèi)凸臺(tái)210的承載面211接觸，因此避免了背面繞鍍的可能。目前常用的基片包括硅片。硅片的正面邊緣和背面邊緣通常都具有斜邊(wafer bevel)，因此，優(yōu)選地，承接面211的形狀與基片107的背面邊緣的形狀相適配，以便使承接面211與基片107的背面邊緣緊密地貼靠，盡可能地避免背面繞鍍的可能。

優(yōu)選地，錐形面220與水平面的夾角α可以為45至60度。上述角度的選擇主要考慮兩方面的原因：其一是錐形面220與基片107的側(cè)面之間的間距；其二是錐形面220的頂部形成的開口的尺寸。該夾角α越大，錐形面220與基片107的側(cè)面之間的間距越小，對(duì)于避免在基片107的側(cè)面上鍍膜越有利。該夾角α越小，在限制沉積環(huán)200的高度的情況下，錐形面220頂部的開口尺寸越大，對(duì)于容許基片107的傳入位置偏差越有利。折衷上述兩點(diǎn)考慮，將夾角α設(shè)置在上述優(yōu)選范圍內(nèi)。

優(yōu)選地，錐形面220通過倒角230過渡至沉積環(huán)200的頂部240。在對(duì)基片107鍍膜過程中，在沉積環(huán)200的暴露至沉積空間的表面上也會(huì)形成薄膜。如果這些暴露的表面上存在比較尖銳的角，則形成在其上的薄膜 很容易脫落。通過倒角230來連接錐形面220和頂部240可以避免存在容易導(dǎo)致薄膜脫落的區(qū)域，進(jìn)而避免薄膜脫落形成的顆粒對(duì)基片造成二次污染和表面劃傷。優(yōu)選地，該倒角的直徑可以為0.5至2毫米。優(yōu)選地，沉積環(huán)200的頂部240比內(nèi)凸臺(tái)210高3至6毫米，以保護(hù)基片107的側(cè)面，避免在其上鍍膜。

此外，在沉積環(huán)200的遠(yuǎn)離沉積環(huán)200的中心的側(cè)面上，即在沉積環(huán)200的外周表面上設(shè)置有環(huán)形的外凸臺(tái)250。該外凸臺(tái)250用于承載覆蓋環(huán)300(見圖1)。覆蓋環(huán)300通常呈L形，其一端支撐在該外凸臺(tái)250上，另一端覆蓋沉積環(huán)200和基座108的外側(cè)壁(或外周表面)。

優(yōu)選地，錐形面220和內(nèi)凸臺(tái)210經(jīng)由熔射處理，以在錐形面220和內(nèi)凸臺(tái)210的表面上形成熔射層(未示出)。當(dāng)然，也可以對(duì)沉積環(huán)200的除錐形面220和內(nèi)凸臺(tái)210以外的其他外表面進(jìn)行熔射處理。熔射處理是將材料(例如粉末或線材)加熱熔化，在氣體帶送下高速?zèng)_擊并附著于錐形面220和內(nèi)凸臺(tái)210的表面，并堆積、凝固形成膜層。經(jīng)熔射處理形成的熔射層能夠使表面粗糙化，以黏附沉積在其上的薄膜，減少顆粒的產(chǎn)生。優(yōu)選地，熔射層的粗糙度可以為10至15微米，以更加牢固地黏附沉積在其上的薄膜。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供一種物理氣相沉積設(shè)備。該物理氣相沉積設(shè)備具有物理氣相沉積腔室，在處理腔室中設(shè)置有如上所述的任一種沉積環(huán)。物理氣相沉積設(shè)備和沉積環(huán)所包含的各個(gè)部件或部分在上文部分已經(jīng)詳細(xì)地予以描述，為了簡(jiǎn)潔，在此將不再贅述。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“上”、“下”、“左”、“右”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于正常使用時(shí)的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。

應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)元件或?qū)颖环Q為“在...上”、“與...相鄰”、“連接到”或“耦合到”其它元件或?qū)訒r(shí)，其可以直接地在其它元件或?qū)由稀⑴c之相鄰、連接 或耦合到其它元件或?qū)樱蛘呖梢源嬖诰娱g的元件或?qū)?。相反，?dāng)元件被稱為“直接在...上”、“與...直接相鄰”、“直接連接到”或“直接耦合到”其它元件或?qū)訒r(shí)，則不存在居間的元件或?qū)印?/p>

本發(fā)明已經(jīng)通過上述實(shí)施例進(jìn)行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實(shí)施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。