專利名稱：在高深寬比特征結構中沉積金屬的方法
技術領域：
本發(fā)明的實施例大體涉及在形成于基板上的高深寬比特征結構中沉積金屬的方法。
背景技術：
穿硅通孔(TSV)或類似技術需要將連續(xù)含金屬層沉積在基板上的高深寬比特征結構中。例如，該待沉積的含金屬層可以是阻障層，以防止材料從該特征結構擴散進入該基板，或是晶種層，可運用電鍍或其它適合技術利用該晶種層作為填充該特征結構的模板。高深寬比特征結構，例如，可包含深寬比約5 1或更大的特征結構。遺憾的是，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)常 規(guī)的直流(DC)濺射，例如在DC物理氣相沉積(DC PVD)腔室內(nèi)執(zhí)行的DC濺射，無法提供對高深寬比特征結構的底表面的適當覆蓋。例如，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)就某些金屬而言，例如鈦(Ti)、鉭(Ta)或銅(Cu)，該底表面覆蓋會低于約3%。該特征結構中缺乏連續(xù)表面覆蓋會在填充該特征結構期間造成空隙的形成。此外，雖然可調(diào)整DCPVD工藝條件以達到可接受的底表面覆蓋，但該些條件需要長的沉積時間并將基板暴露在高溫下，此舉顯著影響每基板成本，且不良地將基板暴露在高溫下，導致材料不良地在該基板的現(xiàn)有區(qū)域間擴散。因此，發(fā)明人研發(fā)出改良的技術以在高深寬比特征結構中沉積連續(xù)含金屬層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種在形成于基板上的高深寬比特征結構中沉積金屬的方法。在某些實施例中提供一種在物理氣相沉積(PVD)腔室內(nèi)處理基板的方法，該基板具有開口，該開口形成在該基板的第一表面內(nèi)，并且朝向該基板的與第一表面相對的第二表面延伸進入該基板內(nèi)，該開口擁有高度對寬度至少5 :1的深寬比。在某些實施例中，該方法可包括以超高頻(VHF)頻率施加第一射頻(RF)功率至含金屬的靶材，以從等離子體形成氣體形成等離子體，該靶材設置在該基板上方；施加DC功率至該靶材，以引導等離子體朝向該靶材；利用該等離子體從該靶材濺射金屬原子，同時維持PVD腔室內(nèi)的第一壓力使足以離子化從該靶材派射出的大部分金屬原子；在該開口的底表面上以及該基板的第一表面上沉積第一多個金屬原子；施加第二 RF功率至設置在該基板下方的第一電極，以將至少某些第一多個金屬原子從該底表面重分配至該開口的側壁的下部；以及通過減少PVD腔室內(nèi)的離子化金屬原子數(shù)量在該側壁上部沉積第二多個金屬原子，其中該第一多個金屬原子與該第二多個金屬原子形成第一層，該第一層實質上沉積在該開口的全表面上。下文描述本發(fā)明的其它及進一步實施例。附圖簡要說明上文簡要概述和下文更詳細論述的本發(fā)明的實施例可通過參考在附圖中圖示的本發(fā)明的說明性實施例來理解。但是應注意的是，附圖僅圖示本發(fā)明的典型實施例，且因此不應視為是對本發(fā)明范疇的限制，因為本發(fā)明可允許其它等效實施例。

圖1圖示根據(jù)本發(fā)明某些實施例的處理基板的方法的流程圖。
圖2A-圖2F圖示根據(jù)本發(fā)明某些實施例的填充高深寬比開口的各個階段。圖3圖示根據(jù)本發(fā)明某些實施例的物理氣相沉積(PVD)腔室的示意性剖面圖。為了促進理解，盡可能地使用相同的參考標記來表示圖中共有的相同元件。圖未按比例繪制且可為了清楚起見而簡化。預期到一實施例的元件及特征結構可有利地并入其它實施例而無需進一步詳述。
具體實施例方式本文提供在形成于基板上的高深寬比特征結構中沉積金屬的方法。本發(fā)明方法有利地提供該高深寬比特征結構表面的金屬連續(xù)覆蓋，同時維持高工藝產(chǎn)量與低基板溫度。本發(fā)明方法可與穿硅通孔(TSV)應用并用，例如，先通孔或后通孔的制造方法，以及與可能需要在高深寬比開口中沉積連續(xù)金屬層的其它適合應用并用。
圖1圖示根據(jù)本發(fā)明某些實施例的處理基板的方法100的流程圖。該方法100在下文是對照如圖2所示的填充高深寬比特征結構的各個階段描述。此外，該方法100可在具備DC與射頻(RF)功率源兩者的任何適合的PVD工藝腔室內(nèi)執(zhí)行，例如在下文描述并在圖3中圖示的工藝腔室300。該方法100始于步驟102，提供基板200至PVD腔室，例如工藝腔室300。該基板200包含高深寬比開口 202，該開口 202是形成在該基板200的第一表面204內(nèi)，并且該開口 202朝向該基板200的與第一表面204相對的第二表面206延伸進入該基板200內(nèi)。該基板200可以是在基板中形成有高深寬比開口的任何適合基板。例如，該基板200可包含硅(Si)、氧化硅(SiO2)或諸如此類的一種或多種。此外，該基板200可包含額外材料層，或者在基板內(nèi)或基板上可形成有一個或多個完整或部分完整的結構。該開口可以是擁有高深寬比的任何開口，例如通孔、溝槽、雙鑲嵌結構或諸如此類。在某些實施例中，該開口 202可擁有至少約5 :1的高度對寬度深寬比(例如高深寬比)。例如，在某些實施例中，該深寬比可以是約10 1或更大，例如約15 :1。該開口 202可通過運用任何適合蝕刻工藝來蝕刻該基板而形成。該開口 202包含底表面208及側壁210，如圖所示。在某些實施例中，底表面208與側壁210可在如下所述沉積金屬原子前先覆蓋有一層或多層。例如，并且如圖2A中虛線所示，該開口 202的底表面與側壁及該基板200的第一表面可由氧化物層212覆蓋，例如氧化硅(SiO2)或諸如此類。在提供該基板200至PVD腔室前，可先行沉積或成長該氧化物層，例如在化學氣相沉積(CVD)腔室或氧化腔室內(nèi)。該氧化物層212可充當該基板與待隨后沉積在該開口內(nèi)的含金屬層間的電氣和/或物理阻障，和/或可用作在下述沉積工藝期間較該基板的原表面更好的附著表面。在某些實施例中，可在該氧化物層212上方沉積阻障層214 (如圖所示)，或是若無氧化物層存在的話，在該開口的底表面與側壁及該基板的第一表面上方沉積所述沉積阻障層214。該阻障層214可發(fā)揮與上述氧化物層212類似的作用。在某些實施例中，該阻障層214可包含鈦(Ti)、鉭(Ta)、鈷(Co)、鈦、鉭和/或鈷的氧化物或氮化物或諸如此類的至少一種。可用任何適合方法沉積該阻障層214，例如CVD或PVD，包含運用下述方法100在該開口 202內(nèi)形成連續(xù)阻障層。在某些實施例中，并且如圖2A的虛體所示，該開口 202可完全延伸通過該基板200，并且第二基板218的上表面216可形成該開口 202的底表面208。該第二基板218可毗鄰該基板200的第二表面206設置。此外(如圖2F所示并在下文論述)，器件，例如邏輯器件或諸如此類，或是器件需要電氣連接的部分，例如柵極、接觸焊盤、導電通孔或諸如此類，可設置在該第二基板218的上表面216內(nèi)并與該開口 202對準。在步驟104，以VHF頻率施加第一 RF功率(例如從RF功率源318，在下文描述)至含金屬的靶材，該靶材設置在該基板200上方，以從等離子體形成氣體形成等離子體。例如，該靶材可以是下文論述的靶材306。該靶材可包含純度適合的金屬、金屬合金或諸如此類的一種或多種，以在該開口 202的表面以及該基板200的第一表面204上形成所要材料的連續(xù)阻障層或晶種層。例如，該靶材可包含鈦(Ti)、鉭(Ta)、銅(Cu)、鋁(Al)、鈷(Co)、鎢(W)、它們的合金或諸如此類。該等離子體形成氣體可包含氬(Ar)、氖(Ne)、氪(Kr)、氦(He)、氫(H2)、氮(N2)或諸如此類,或它們的組合。
可以VHF頻率施加該第一 RF功率，以進行從該等離子體形成氣體形成等離子體以及利用該等離子體離子化從該靶材濺射出的金屬原子的一或多種。如本文所使用，VHF頻率是范圍從約27MHz至約162MHz的頻率。在某些實施例中，所施加的VHF頻率約是60MHz。提高VHF頻率可增加等離子體密度和/或從該靶材濺射出的金屬原子的離子化數(shù)量。在步驟106，施加DC功率至該靶材，例如，從耦合至該靶材306的DC功率源320，如下文關于圖3所述。該DC功率可偏壓該靶材，以促進引導等離子體朝向該靶材。該DC功率強度范圍可從約I至約4千瓦(kW)。在某些實施例中，該DC功率可以是約2kW?？烧{(diào)整該DC功率以控制所濺射出的金屬原子在該基板上的沉積速率。例如，增加該DC功率會導致等離子體與該靶材間的相互作用的增強，而增加金屬原子從該靶材的濺射。在步驟108，利用該等離子體從該靶材濺射出金屬原子，同時維持該PVD腔室內(nèi)的第一壓力使足以離子化從該靶材濺射出的大部分金屬原子。例如，大部分金屬原子的范圍可以是抵達晶圓的總金屬原子數(shù)量的約50%至約75%。在某些實施例中，并且例如，最初從該靶材濺射出的金屬原子可能大部分未離子化，僅在一旦通過該等離子體后，金屬原子才會被離子化。例如，大部分的中性金屬原子會損失在該工藝腔室的屏蔽下，因此抵達該晶圓的金屬原子應是大多數(shù)被離子化的。該第一壓力，除了所施加的第一 RF功率與DC功率外，可取決于工藝腔室?guī)缀谓Y構(例如基板尺寸、靶材至基板距離及諸如此類)。例如，在靶材至基板間隙配置為約60毫米(mm)的腔室中，該第一壓力的范圍可從約60至約300毫托耳(mT)。在某些實施例中，該第一壓力是約100mT?？衫迷摰入x子體形成氣體的流速和/或額外氣體，例如惰性氣體的流速來維持該腔室中的第一壓力，該額外氣體可與該等離子體形成氣體共流。該第一壓力可在該靶材與該基板之間提供高密度氣體分子，濺射出的金屬原子可與氣體分子碰撞而離子化。另外可用壓力來控制從該靶材濺射出的金屬原子的離子化數(shù)量。例如，增加該腔室內(nèi)的壓力和/或拉長該靶材至基板的間隙可增加與金屬原子的碰撞次數(shù)，且因而增加離子化金屬原子的數(shù)量。在步驟110，在該基板200的上表面204上以及該開口 202的底表面208上沉積第一多個金屬原子220，如圖2B所示?？捎蒙衔恼撌龅奶幚項l件例如該第一壓力、第一 RF功率、DC功率和/或該VHF頻率，來沉積該第一多個金屬原子220。此類處理條件可促進使該第一多個金屬原子220的方向大約與基板200垂直，如圖2B所示。在某些實施例中，可在該第一多個金屬原子220的沉積期間施加可選的第三RF功率至該基板200。可以范圍從約400kHz至約27MHz的頻率以及高至約50W的功率施加該第三RF功率。在某些實施例中，該第三RF功率的頻率可以是約2MHz，或約13. 56MHz，或兩者，若可選的第二 RF功率源額外耦合該PVD腔室的基板支撐座。該可選的第三RF功率可以很小，以最小化沉積金屬原子的能量，而使在該開口 202的口部上方的任何懸垂物形成最小?；蛘撸c施加可選的第三RF功率達到類似效果的另一可選的實施例是使用調(diào)諧電路，該調(diào)諧電路可連結至該基板支撐件?？捎迷撜{(diào)諧電路(LC)來改變現(xiàn)有基板支撐調(diào)諧電路的阻抗，該現(xiàn)有基板支撐調(diào)諧電路耦合RF偏壓源至該基板支撐件，以接受或拒絕來自該等離子體的電流?？赏ㄟ^改變電抗來調(diào)整離子化物質的抵達能量，以實現(xiàn)低能量或高能量工藝，此等同于低或高偏壓功率。在步驟112，施加第二 RF功率以將至少某些第一多個金屬原子220從該開口 202的底表面208重分配至該開口 202的側壁210的下部222，如圖2C所示。該下部222可包 含占該開口 202的側壁210約50%的下端部分?？梢耘c在以上步驟110所論述相同的頻率來施加該第二 RF功率?？墒褂玫诙?RF功率來增加入射到該基板200上的離子224的離子能量和/或入射角，如圖2C所示。例如，入射到該基板200上的離子可包含離子化金屬原子、來自等離子體的離子化元素或它們的組合?？稍鰪娫摰诙?RF功率以增加離子能量，例如，以增加尚子對于該開口 202的底表面208上的沉積金屬原子的沖擊,如圖2B所不。尚子對該開口的底表面208沖擊的增加可促進金屬原子的至少某些該第一多個金屬原子220重分配至該下部222上，如圖所示。該第二 RF功率的強度可實質上大于如上述在第一多個金屬原子220沉積期間施加的可選的第三RF功率的強度。例如，該第二 RF功率的強度可大于約50瓦，或范圍從約100至約400瓦。在某些實施例中，該第二 RF功率的強度是約200瓦。在某些實施例中，如圖2C所示，至少某些第一多個金屬原子220可從該基板200的上表面204重分配至該開口 202內(nèi)。例如，如圖2C所示，由于入射離子224相對于該基板200的入射角并非垂直，此現(xiàn)象至少部分歸因于所施加的第二 RF功率，至少某些第一多個金屬原子220可從該上表面204重分配至該開口 202的側壁210的上部226。此外，在某些實施例中，在步驟112重分配至少某些第一多個金屬原子220至該下部222時，保持該DC功率以繼續(xù)利用等離子體從該靶材濺射金屬原子。或者或是組合使用，在步驟112重分配至少某些第一多個金屬原子220時，可維持該第一 RF功率或該第一壓力的至少之一以繼續(xù)沉積該第一多個金屬原子220。在某些實施例中，降低該第一壓力至第二壓力以減少入射在該基板200上的離子化金屬原子數(shù)量。該第二壓力的范圍可從約40至約 80mTor;r?；蛘?，在步驟112重分配期間可實質減少或可終止該第一多個金屬原子220的沉積。例如，并且在某些實施例中，可在重分配期間降低或關閉施加至該靶材的DC功率，以避免金屬原子從該靶材濺射出?？捎么祟悓嵤├齺斫档椭胤峙淦陂g沉積在該上表面204或該底表面208上的金屬原子層的厚度。因此，在此替代實施例中，入射在該基板200上的離子224可實質上包含該等離子體形成氣體的離子化元素。在步驟114，通過減少PVD腔室內(nèi)的離子化金屬原子數(shù)量，在該側壁210的上部226上沉積第二多個金屬原子228 (在圖2D中所不)，其中該第一多個金屬原子220及該第二多個金屬原子228共同形成第一層230,該第一層230實質上沉積在該開口 202的全部表面上(在圖2E中所示)。該上部226可包含占該開口 202的側壁210約50%的上端部分。該第二多個金屬原子228的沉積可包含降低該第一 RF功率、該第一壓力或增加該DC功率的一種或多種，以達到在該側壁210的上部226上沉積該第二多個金屬原子228的目的。例如，并且在某些實施例中，可降低該第一壓力至第三壓力，或者替代地，可降低該第二壓力至該第三壓力，若該第一壓力已如前述被降低。在某些實施例中，該第三壓力的范圍可從約10至約40mTorr。例如，該第三壓力可能足以減少離子化金屬原子的數(shù)量，此舉轉而增加入射到該基板200上的第二多個金屬原子228內(nèi)中性金屬原子的數(shù)量。所述中性金屬原子不具電荷，可能不會受到外力影響，例如來自等離子體、基板RF偏壓或諸如此類的外力。因此，至少某些中性金屬原子可以非垂直角度入射至該基板200并沉積在該上部226上，如圖2D所示?；蛘撸蚺c沉積該第二多個金屬原子228期間降低該PVD腔室內(nèi)的壓力組合使用，可將該第一 RF功率從第一強度降至第二強度，以減少該PVD腔室內(nèi)的離子化金屬原子數(shù)量或該PVD腔室內(nèi)的濺射金屬原子數(shù)量的至少之一。在某些實施例中，該第二強度的范圍可從約IkW至約3kW。 或者，或與沉積該第二多個金屬原子228的任何上述實施例組合使用，可將該DC功率從第一強度降至第二強度，以通過減少該PVD腔室內(nèi)的濺射金屬原子數(shù)量來減少該PVD腔室內(nèi)的離子化金屬原子數(shù)量。在某些實施例中，該第二強度的范圍可從約O. 5kW至約2kW。或者，或與沉積該第二多個金屬原子228的任何上述實施例組合使用，可將該第二 RF功率從第一強度降至第二強度或降至O強度，以減少或避免離子化物質將沉積的金屬原子從該開口 202上部226移除，所述離子化物質例如該等離子體形成氣體的離子化元素。在某些實施例中，該第二 RF功率的第二強度可以是約低于50W。在步驟114形成該第一層230后，可通過電鍍或類似的處理技術在該第一層230上沉積材料232以填充該開口 202來繼續(xù)進行該方法100，如圖2F所示。該第一層230可用作晶種層，該材料232沉積在晶種層上。該材料232可包含金屬、金屬合金或諸如此類。在某些實施例中，該材料包含銅(Cu)、鎢(W)或諸如此類的一種或多種。在某些實施例中，該材料232與該第一層230的金屬是相同材料。在某些實施例中，并且如上文參考圖2A所論述，可在執(zhí)行上述方法步驟104-114之前先提供該第二基板218。因此，如圖2F所示，該第二基板218毗鄰該基板200的第二表面206設置，在此該開口 202完全延伸穿過該基板200，而該第二基板218的上表面216形成該開口 202的底表面。在某些實施例中，器件234可設置在該第二基板的上表面216內(nèi)，并與該開口 202對準?？蛇M一步處理該基板200的第一表面204以移除來自填充工藝的過量材料232、沉積的金屬原子、可能存在的部分其它層(例如氧化物層212和/或阻障層214)。例如，可用化學機械研磨、拋光、蝕刻或諸如此類來移除不想要的材料并暴露出該第一表面204,如圖2F所不?；蛘?，在某些實施例中，可能在執(zhí)行方法步驟104-114前并不先提供該第二基板218。在此類實施例中，并且在如上述沉積該材料232后，該方法可通過從該基板200的第二表面206移除材料來繼續(xù)進行，以移除該開口 202的底表面208并暴露出該第一層230或該沉積材料232 (在圖2F中該第一層230圖示為已暴露出)至少之一。例如，可從該基板200的第二表面206移除材料，例如，利用化學機械研磨、拋光或諸如此類，以暴露出該第一層230或該沉積材料232至少之一。在從該第二表面206移除材料后，該基板200的第二表面206可與該第二基板218的上表面216耦合。在器件234設置在該第二基板218的上表面216內(nèi)的實施例中，該器件234可與該基板200內(nèi)的開口 202對準。圖3圖示根據(jù)本發(fā)明某些實施例的物理氣相沉積腔室(工藝腔室300)的示意性剖面圖。適合的PVD腔室的實例包含ALPS Plus與SIP ENCORE PVD工藝腔室，兩者皆可自加州圣塔克拉拉的應用材料公司購得。來自應用材料公司或其它制造商的其它工藝腔室也可受益于本文揭示的發(fā)明設備。該工藝腔室300含有基板支撐座302，用以在基板支撐座302上容納基板304 ；以及濺射源，例如靶材306。該基板支撐座302可定位于接地圍封件內(nèi)，該接地圍封件可以是腔室壁308 (如圖所示)或接地屏蔽(圖示接地屏蔽340，該接地屏蔽340在該靶材306上 方覆蓋至少某些部分的腔室300。在某些實施例中，該接地屏蔽340可延伸至該靶材下方以同時封住該支撐座302)。在某些實施例中，該工藝腔室包含饋送結構，以耦合RF和DC能量至該靶材306。該饋送結構是一種設備，用來耦合RF和DC能量至該靶材，或者至含有該靶材的組件(例如，如本文所述)。該饋送結構的第一端可耦合至RF功率源318及DC功率源320，RF功率源318及DC功率源320可分別用來提供RF和DC能量至該靶材306。例如，該DC功率源320可用來向該靶材306施加負電壓或偏壓。在某些實施例中，該RF功率源318供應的RF能量的頻率范圍可從約2MHz至約60MHz，或者，例如，可使用非限制性頻率，例如2MHz、13. 56MHz、27. 12MHz、40. 68MHz或60MHz。在某些實施例中，可提供多個RF功率源(即，兩個或更多個)，來以多種上述頻率提供RF能量。該饋送結構可由適合的導電材料制成，以傳導來自該RF功率源318和該DC功率源320的RF和DC能量。在某些實施例中，該饋送結構可有適合的長度，該適合的長度實質上分別促進RF和DC能量在該饋送結構周邊的均勻分布。例如，在某些實施例中，該饋送結構可具有約I至約12英寸，或約4英寸的長度。在某些實施例中，主體可擁有至少約1:1的長度對內(nèi)徑比。提供至少1:1或更大的比率提供了從該饋送結構的更均勻的射頻輸送(即，該RF能量圍繞該饋送結構更均勻分布，以使RF近于稱合至該饋送結構的真實中心點)。該饋送結構的內(nèi)徑可以盡可能小，例如，直徑從約I英寸至約6英寸，或約4英寸。提供較小的內(nèi)徑促進了改良長度對內(nèi)徑比，而不會增加該饋送結構的長度。該饋送結構的第二端可耦合至來源分布平板322。該來源分布平板包含孔324，該孔324穿透該來源分布平板322設置，并與該饋送結構的中央開口對準。該來源分布平板322可由適合的導電材料制成，以傳導來自該饋送結構的RF和DC能量。該來源分布平板322可經(jīng)由傳導構件325耦合至該靶材306。該傳導構件325可以是管狀構件，該管狀構件的第一端326在接近該來源分布平板322外緣處耦合至該來源分布平板322的面向靶材的表面328。該傳導構件325進一步包含第二端330，該第二端330在接近該靶材306外緣處耦合至該靶材306的面向來源分布平板的表面332 (或是耦合至該革G材306的背板346)。該傳導構件325的內(nèi)壁、該來源分布平板322的面向靶材的表面328以及該靶材306的面向來源分布平板的表面332界定出空腔334。該空腔334經(jīng)由該來源分布平板322的孔324流體耦合至該主體的中央開口 315。該空腔334與該主體的中央開口 315可用來至少部分容納可旋轉磁控管組件336的一或多個部分，如圖3所示并在下文進一步所述。在某些實施例中，該空腔可至少部分填充有冷卻流體，例如水(H2O)或諸如此類?？商峁┙拥仄帘?40以覆蓋該工藝腔室300的蓋的外表面。該接地屏蔽340可經(jīng)由，例如，該腔室主體的接地連接耦合至接地。該接地屏蔽340擁有中央開口，以容許該饋送結構穿過該接地屏蔽340，以耦合至該來源分布平板322。該接地屏蔽340可包含任何適合的導電材料，例如鋁、銅或諸如此類。在該接地屏蔽340與該分布平板322的外表面、該導電元件325以及該靶材306 (和/或背板346)之間提供絕緣間隙339，以避免RF和DC能量被直接導引至接地。該絕緣間隙可填充有空氣或某些其它適合的介電材料，例如陶瓷、塑料或諸如此類。在某些實施例中，接地環(huán)可圍繞該饋送結構主體和下部設置。該接地環(huán)耦合至該接地屏蔽340，并且可以是該接地屏蔽340的集成部分或是耦合至該接地屏蔽的分離部分，以提供該饋送結構的接地。該接地環(huán)可由適合的導電材料制成，例如鋁或銅。在某些實施例中，設置在該接地環(huán)的內(nèi)徑與該饋送結構主體的外徑之間的間隙可保持最小，并且剛好足以提供電氣隔離。該間隙可填充有絕緣材料，例如塑料或陶瓷，或者可以是氣隙。該接地環(huán)避免該RF饋送(例如，電氣饋送205，在下文論述)與該主體之間的干擾，由此改良等離子體與處理均勻性。隔離平板338可設置在該來源分布平板322與該接地屏蔽340之間，以避免RF和DC能量被直接導引至接地。該隔離平板338擁有中央開口，以容許該饋送結構穿過該隔離平板338并耦合至該來源分布平板322。該隔離平板338可包含適合的介電材料，例如陶瓷、塑料或諸如此類?；蛘撸商峁庀秮泶嬖摳綦x平板338。在提供氣隙來代替該隔離平板的實施例中，該接地屏蔽340在結構上會足夠穩(wěn)固以支撐擱置在該接地屏蔽340上的任何組件。該靶材306可經(jīng)由介電隔離器344支撐在接地的導電鋁配接器342上。該靶材306包含待在濺射期間沉積在該基板304上的材料，例如金屬或金屬氧化物。在某些實施例中，該背板346可耦合至該靶材306的面向來源分布平板的表面332。該背板346可包含導電材料，例如銅-鋅、銅-鉻或與該靶材相同的材料，以使RF和DC功率可經(jīng)由該背板346耦合至該靶材306?；蛘撸摫嘲?46可以不導電，并且可包含導電元件(未圖示)，例如電氣饋通或諸如此類，以將該靶材306的面向來源分布平板的表面332耦合至該導電元件325的第二端330。該背板346可被包含在內(nèi)以，例如，改良該靶材306的結構穩(wěn)定性。該基板支撐座302擁有材料容納表面，該材料容納表面面向該靶材306的主表面并支撐待濺射涂布的基板304使基板304呈平面位置，與該靶材306的主表面相對。該基板支撐座302可將該基板304支撐在該工藝腔室300的中央?yún)^(qū)域348內(nèi)。該中央?yún)^(qū)域348經(jīng)界定為處理期間位于該基板支撐座302上方的區(qū)域(例如，當處于處理位置時介于該靶材306與該基板支撐座302之間)。在某些實施例中，該基板支撐座302可以是能夠垂直移動的，透過連接至底部腔室壁352的波紋管350，以容許該基板304經(jīng)由位于該處理腔室300下部的負載鎖定室(未圖示)移送至該基板支撐座302上，并在之后升至沉積，或處理位置?？山?jīng)由質流控制器356從氣源354供應一種或多種處理氣體至該腔室300下部內(nèi)?？商峁┡艢饪?358并經(jīng)由閥門360連接至泵(未圖示)，用于該工藝腔室300的內(nèi)部空間的排氣，并促進在該工藝腔室300內(nèi)部維持所要壓力。RF偏壓功率源362可耦合至該基板支撐座302，以在該基板304上誘導負DC偏壓。此外，在某些實施例中，可在處理期間在該基板304上形成負DC自偏壓。例如，該RF偏壓功率源362供應的RF功率的頻率范圍可從約2MHz至約60MHz，例如，可使用非限制性頻率，例如2MHz、13. 56MHz或60MHz。視情況，第二 RF偏壓功率源(未圖示)可耦合至該基板支撐座302并提供任何上述頻率以與該RF偏壓功率源362并用。在其它應用中，該基板支撐座302可接地或維持電氣浮接(electrically floating)。例如,在不需要RF偏壓功率的應用中，電容調(diào)諧器364可耦合至該基板支撐座，以調(diào)整該基板304上的電壓?？舌徑摪胁?06的背表面(例如，面向來源分布平板的表面332)設置可旋轉磁控管組件336。該可旋轉磁控管組件336包含多個由底板368支撐的磁控管366。該底板368連接至旋轉桿370，該旋轉桿370與該腔室300及該基板304的中央軸重合。馬達372 可耦合至該旋轉桿370上端，以驅動該磁控管組件336的旋轉。該磁控管366在該腔室300內(nèi)提供磁場，通常是平行且靠近該靶材306的表面，以俘獲電子并增加局部等離子體密度，此舉轉而增加濺射率。磁控管366在該腔室300頂端周圍產(chǎn)生電磁場，并且磁控管366經(jīng)旋轉以旋轉該電磁場，該電磁場影響該工藝的等離子體密度以更均勻地濺射該靶材306。例如，該旋轉桿370每分鐘可旋轉約O至約150次。在某些實施例中，該腔室300可進一步包含工藝套組屏蔽374，該工藝套組屏蔽374擁有面對該中央?yún)^(qū)域348的內(nèi)表面380。該工藝套組屏蔽374可與該配接器342的突出部分376連接。該配接器342轉而密封并接地至該腔室壁308，該配接器342可以是鋁。大體而言，該工藝套組屏蔽374沿著該配接器342的側壁及該腔室壁308向下延伸至低于該基板支撐座302的上表面，并向上回升至觸及該基板支撐座302的上表面為止(例如，在底部形成U形部分384)?；蛘?，該工藝套組屏蔽的最底部不需要是U形部分384，而可以是任何適合形狀。當該基板支撐座302位于較低的負載位置時，蓋環(huán)386擱置在該工藝套組屏蔽374向上延伸的唇緣388頂端，但當該基板支撐座302位于較高的沉積位置時，該蓋環(huán)386擱置在該基板支撐座302的外緣上，以保護該基板支撐座302免于受到濺射沉積。可使用額外的沉積環(huán)(未圖示)來屏蔽該基板304的周邊免于受到沉積。工藝套組屏蔽的實施例在下文根據(jù)本發(fā)明論述。在某些實施例中，可在該腔室300周圍設置磁控管390，以選擇性地在該基板支撐座302與該靶材306間提供磁場。例如，如圖3所示，當位于處理位置時，可將磁控管390設置在該腔室壁308外部周圍恰好位于該基板支撐座302上方的區(qū)域內(nèi)。在某些實施例中，該磁控管390可另外或替代地設置在其它位置上，例如毗鄰該配接器342。該磁控管390可以是電磁鐵，并且可耦合至功率源(未圖示)以控制該電磁鐵所產(chǎn)生的磁場強度?？商峁┛刂破?10并將控制器310耦合至該工藝腔室300的各個組件以控制該工藝腔室300的操作。該控制器310包含中央處理單元(CPU) 312、內(nèi)存314以及支持電路316。該控制器310可直接控制該工藝腔室300，或經(jīng)由與特定工藝腔室和/或支撐系統(tǒng)組件相關聯(lián)的計算機(或控制器)來控制。該控制器310可以是能夠用在工業(yè)設定上以控制各個腔室及子處理器的任何形式的通用計算機處理器的一種。該控制器310的內(nèi)存314，或計算機可讀取介質，可以是能輕易取得的一種或多種內(nèi)存，例如隨機存取內(nèi)存(RAM)、只讀存儲器(ROM)、軟盤、硬盤、光學儲存介質(例如，光盤或數(shù)字視頻光盤)、閃存或任何其它形式的數(shù)字儲存器(局域或遠程的)。該支援電路316耦合至該CPU312以利用常規(guī)方式支持該處理器。這些電路包含高速緩存、電源、時鐘電路、輸入/輸出電路系統(tǒng)及子系統(tǒng)，以及諸如此類。本文所述的發(fā)明方法可儲存在該內(nèi)存314中作為軟件程序，該軟件程序可經(jīng)執(zhí)行或引動(invoke)以利用本文所述方式控制該工藝腔室300的操作。該軟件程序也可由第二 CPU (未圖示)儲存和/或執(zhí)行，該第二 CPU遠離由該CPU312控制的硬件定位。因此，本文提供在形成于基板上的高深寬比特征結構中沉積金屬的方法。所述發(fā)明方法有利地提供了該高深寬比特征結構表面的金屬連續(xù)覆蓋，同時維持高工藝產(chǎn)量與低基板溫度。所述發(fā)明方法可與穿硅通孔(TSV)應用并用，例如，先通孔或后通孔的制造方法，以及與沉積連續(xù)金屬層會是有利的其它適合應用并用。 雖然前述內(nèi)容針對本發(fā)明的實施例，但可在不脫離本發(fā)明基本范疇下設計出本發(fā)明的其它及進一步實施例。
權利要求
1.一種在物理氣相沉積(PVD)腔室內(nèi)處理基板的方法，該基板具有一開口，該開口形成在該基板的第一表面內(nèi)，并且朝向該基板的相對的第二表面延伸進入該基板內(nèi)，該開口擁有高度對寬度為至少5 1的深寬比,該方法包括以下步驟以超高頻(VHF)頻率施加第一射頻(RF)功率至含金屬的靶材，以從等離子體形成氣體形成等離子體，該靶材設置在該基板上方；施加直流(DC)功率至該靶材，以引導該等離子體朝向該靶材；利用該等離子體從該靶材濺射金屬原子，同時維持該PVD腔室內(nèi)的第一壓力使足以離子化從該靶材濺射出的大部分金屬原子；在該開口的底表面上以及該基板的該第一表面上沉積第一多個金屬原子；施加第二 RF功率至設置在該基板下方的第一電極，以將至少某些該第一多個金屬原子從該底表面重分配至該開口的側壁的下部；以及通過減少該PVD腔室內(nèi)的離子化金屬原子數(shù)量在該側壁的上部沉積第二多個金屬原子，其中該第一多個金屬原子與該第二多個金屬原子形成第一層，該第一層實質上是沉積在該開口的全表面上。
2.權利要求1的方法，其中沉積該第一多個金屬原子進一步包括施加一強度高至約50瓦的第三RF功率至該第一電極，以引導該第一多個金屬原子朝向該開口的該底表面。
3.權利要求2的方法，其中該第三RF功率的強度低于該第二RF功率的強度。
4.權利要求1的方法，其中施加該第二RF功率至該第一電極以重分配至少某些該第一多個金屬原子進一步包括在重分配至少某些該第一多個金屬原子至該下部的同時，維持該DC功率的該強度以持續(xù)利用該等離子體從該靶材濺射金屬原子；或在重分配至少某些該第一多個金屬原子至該下部的同時，降低該DC功率的該強度或將該DC功率關閉以避免金屬原子利用該等離子體從該靶材濺射出。
5.權利要求1的方法，其中施加該第二RF功率至該第一電極以重分配至少某些該第一多個金屬原子進一步包括在重分配至少某些該第一多個金屬原子至該開口的所述側壁的該下部的同時，維持該第一 RF功率或該第一壓力的至少之一，以將該第一多個金屬原子持續(xù)沉積在該基板的該第一表面及該開口的該底表面上；或將該第一壓力降至第二壓力。
6.權利要求1的方法，其中施加該第二RF功率以重分配至少某些該第一多個金屬原子進一步包括將該第一壓力降至第二壓力，以及其中在所述側壁的該上部沉積該第二多個金屬原子進一步包括將該第二壓力降至第三壓力，以減少該PVD腔室內(nèi)的離子化金屬原子數(shù)量。
7.權利要求1的方法，其中在該開口的所述側壁的該上部沉積該第二多個金屬原子進一步包括以下步驟至少之一將該第一 RF功率的該強度從第一強度降至第二強度，以減少該PVD腔室內(nèi)的離子化金屬原子數(shù)量；將該DC功率的該強度從第一強度降至第二強度，以減少該PVD腔室內(nèi)的離子化金屬原子數(shù)量；或將該第二 RF功率的強度降至低于約50瓦。
8.權利要求1至7中任一項的方法，該方法進一步包括蝕刻該基板以在該基板內(nèi)形成該開口；在該基板的該上表面上并且沿著該開口的側壁與底表面形成氧化物層；以及在沉積金屬原子之前先在該氧化物層上方形成阻障層。
9.權利要求8的方法，該方法進一步包括利用電鍍工藝在該第一層上方沉積材料，以填充該開口。
10.權利要求9的方法，其中該沉積材料與該金屬是相同材料。
11.權利要求9的方法，其中該基板是第一基板，并且該方法進一步包括提供第二基板，該第二基板毗鄰該第一基板的該第二表面設置，其中該開口完全延伸穿透該第一基板，并且該第二基板的上表面形成該開口的底部。
12.權利要求9的方法，該方法進一步包括移除該開口的該底表面以暴露出該第一層或該沉積材料的至少其一。
13.權利要求12的方法，其中移除該開口的該底表面的步驟進一步包括利用化學機械研磨至少部分移除該基板的該第二表面，以移除該開口的該底表面。
14.權利要求13的方法，該方法進一步包括在至少部分移除該基板的該第二表面之后，耦合該基板的該第二表面至第二基板的上表面。
15.權利要求14的方法，其中耦合該基板的該第二表面進一步包括將該開口與相應組件對準，該相應組件的設置在該第二基板的該上表面內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在形成于基板上的高深寬比特征結構中沉積金屬的方法。在某些實施例中，一方法包括以超高頻(VHF)頻率施加第一射頻(RF)功率至含金屬的靶材以形成等離子體，該靶材設置在基板上方；施加直流(DC)功率至靶材，以引導等離子體朝向靶材；利用等離子體從靶材濺射金屬原子，同時維持物理氣相沉積(PVD)腔室內(nèi)的壓力使足以離子化大部分的金屬原子；在開口的底表面上以及基板的第一表面上沉積第一多個金屬原子；施加第二RF功率以將至少某些第一多個金屬原子從底表面重分配至該開口側壁的下部；以及通過減少PVD腔室內(nèi)的離子化金屬原子數(shù)量在側壁上部沉積第二多個金屬原子，其中第一多個金屬原子與第二多個金屬原子形成第一層，該第一層實質上沉積在開口的全表面上。
文檔編號H01L21/28GK103026462SQ201180036678
公開日2013年4月3日 申請日期2011年7月21日 優(yōu)先權日2010年7月30日
發(fā)明者艾倫·里奇, 卡爾·布朗, 約翰·皮比通 申請人:應用材料公司