專利名稱：離子化物理氣相沉積(ipvd)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體晶片上通孔和溝槽結(jié)構(gòu)的金屬化。更具體地，本發(fā)明涉及利用離子化濺射材料對硅晶片的高深寬比的通孔和溝槽結(jié)構(gòu)進行金屬化以形成襯底的阻擋層和種子層。
背景技術(shù)：
在半導體晶片上的高深寬比(aspect ratio)的通孔和溝槽的金屬化中，需要阻擋層和種子層具有良好的側(cè)壁覆蓋。
離子化PVD沉積被用于金屬化高級IC晶片中的阻擋層和種子層。離子化PVD提供了通孔和溝槽結(jié)構(gòu)中的良好側(cè)壁和底部覆蓋。然而，隨著幾何結(jié)構(gòu)變小以及通孔尺寸降至小于0.15微米，離子化沉積的要求變得更為苛刻。因此，十分期望存在可很好地平衡底部與側(cè)壁覆蓋以及使突懸(overhang)最小的離子化PVD工藝。
因此，需要進一步控制金屬的階梯覆蓋或者通常在沉積步驟期間發(fā)展的突懸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種操作離子化物理氣相沉積(iPVD)系統(tǒng)的方法，其中圖案化的襯底被置于iPVD系統(tǒng)中的處理室內(nèi)的晶片臺上；用低凈沉積(Low Net Deposition，LND)工藝沉積阻擋層，其中晶片臺上的偏壓被調(diào)節(jié)以在圖案化襯底的表面區(qū)域(field area)建立超低的沉積速率；用無凈沉積(No Net Deposition，NND)工藝沉積種子層，其中晶片臺上的偏壓被調(diào)節(jié)以使圖案化襯底的表面區(qū)域中的沉積速率接近于零。


通過參考以下的詳細說明，特別是結(jié)合附圖來考慮，可以很容易地對本發(fā)明的各種實施方式及其許多附帶優(yōu)點作出更全面的評價。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的晶片剖面簡化圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的處理系統(tǒng)的示例性框圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的操作iPVD系統(tǒng)的方法的簡化流程圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的示例性沉積工藝；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的示例性LND工藝空間圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的LND阻擋層沉積工藝；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的示例性NND工藝空間圖；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的NND種子層沉積工藝；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的示例性工藝的示意圖；圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的另一種示例性工藝的示意圖；圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的阻擋層沉積工藝的示例性結(jié)果；圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的種子層沉積工藝的示例性結(jié)果。
具體實施例方式
Yasar等在未決的美國專利申請公開No.20030034244(其被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人)中描述了一種工藝，提供了離子化PVD以及隨后的沉積和蝕刻。盡管在這種順序下，突懸或過載比現(xiàn)有的工藝明顯改善，但是在沉積步驟中仍會形成一定的突懸(overhang)或過載(overburden)，并且在蝕刻步驟中無法將其完全去除。
Yasar等描述了在單個真空室中進行多次沉積和蝕刻的技術(shù)。在該工藝的沉積步驟中，突懸并未得到根本控制。在為了將材料重新分布至側(cè)壁并減少底部覆蓋而對底部進行回蝕刻之前，通常在沉積步驟中采用較高的偏壓功率來沉積盡可能多的底部覆蓋，這會增加線路電阻。突懸的減少在隨后的蝕刻步驟中完成。
本發(fā)明提供了操作離子化物理氣相沉積(iPVD)系統(tǒng)以將材料沉積到iPVD系統(tǒng)中的處理室內(nèi)的晶片臺上的圖案化襯底上的納米構(gòu)件中的方法。本方法可用于例如用低凈沉積(LND)iPVD工藝來沉積阻擋層，其中晶片臺上的偏壓被調(diào)節(jié)以在圖案化襯底的表面區(qū)域建立超低的沉積速率。本方法還可用于例如用無凈沉積(NND)iPVD工藝在圖案化襯底表面上的納米構(gòu)件的側(cè)壁上沉積種子層，其中晶片臺上的偏壓被調(diào)節(jié)以使圖案化襯底的表面區(qū)域中的沉積速率接近于零。
所述“表面區(qū)域”是指被處理襯底的上表面，即高深寬比的通孔和溝槽所伸入的表面。本文所指的“超低沉積速率”是小于約30納米每分鐘的沉積速率。
對于LND和NND工藝，使用iPVD工藝。iPVD工藝通常在iPVD裝置的真空處理室中進行，在其中，待涂覆的襯底被保持在支架上。在內(nèi)含處理氣體的室中維持高密度等離子體，該處理氣體可以是例如通常已由濺射而引入金屬或氣體涂層材料蒸汽的惰性氣體。高密度等離子體通常是通過將RF能量耦合到處理氣體來進行離子化的，常常通過室外部的電感耦合。RF能量對處理氣體和部分涂層材料都進行離子化，其可以是僅為幾伏特的低等離子體電勢，但也可以更高。然后，可通過控制襯底上的偏壓以使處理氣體和離子化涂層材料到達襯底上，從而對襯底進行涂層和/或蝕刻。對于本發(fā)明的LND和NND工藝，進行iPVD工藝，但其沉積速率按以下實施例所述減小?？刂苅PVD工藝的參數(shù)，以便在朝向等離子體的襯底表面，或襯底的表面區(qū)域，得到LND和NND結(jié)果。當如此控制時，iPVD工藝以各個實施例中所述的方式，得到了沉積阻擋層或種子層的期望結(jié)果，而不在構(gòu)件開口周圍形成突懸。
在材料處理系統(tǒng)中，晶片或其他襯底被置于例如卡盤的支架上，該支架可包括加熱和/或冷卻元件。在本發(fā)明的一種實施方式中，提供了改進的支架，該支架包括含有嵌入石英的高純碳導線的獨特加熱元件。
下面描述本發(fā)明的方法的示例性實施方式，其公開了與iPVD系統(tǒng)一起使用的沉積技術(shù)，用于通過沉積具有流向襯底的表面區(qū)域表面的流的離子化金屬而對高深寬比的通孔和溝槽進行金屬化，該離子化金屬可產(chǎn)生流向構(gòu)件側(cè)壁的流。此技術(shù)不依靠蝕刻順序來控制金屬的保形性。沉積工藝使突懸或過載被消除或最小化，減少對作為突懸控制的蝕刻步驟的依賴或需要。在所述實施方式中，此工藝包括首先沉積例如Ta或TaN的阻擋材料的薄層，然后再沉積例如Cu的種子層金屬。
在根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的工藝中，用離子化膜沉積(iPVD)工藝將材料沉積在尺寸小于130nm的通孔和溝槽的高深寬比的結(jié)構(gòu)中。
現(xiàn)有技術(shù)教導了為了提高保形性采用具有高RF偏壓功率的高DC功率，或者在不同的真空室內(nèi)進行幾個沉積和蝕刻步驟的情況，本發(fā)明明顯不同于現(xiàn)有技術(shù)。本工藝的特征在于沉積速率非常低。例如，可降低DC功率以將沉積速率減至小于10nm/min?；蛘?，在沉積過程中對晶片施加很小的偏壓或不施加偏壓。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的晶片剖面簡化圖。在圖示的實施方式中，示出了通孔結(jié)構(gòu)11，其具有沉積在所述通孔結(jié)構(gòu)的側(cè)壁16上的金屬膜10和沉積在所述通孔結(jié)構(gòu)的底部15上的金屬膜10。一改進的iPVD工藝被用來將金屬膜10沉積在半導體晶片12的電介質(zhì)中間層13中形成的通孔結(jié)構(gòu)11中。當金屬離子18被沉積在晶片12上時，金屬沉積傾向于在通孔入口變得更厚而形成突懸結(jié)構(gòu)14。本發(fā)明的方法可防止或減小突懸結(jié)構(gòu)。類似地，在通孔11的底部15上沉積的金屬可比側(cè)壁16上沉積的更厚。本發(fā)明的方法可使在通孔的側(cè)壁和底部沉積的材料更均勻。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的處理系統(tǒng)的示例性框圖。在圖示的實施方式中，示出了iPVD系統(tǒng)200。
iPVD系統(tǒng)包括iPVD處理模塊、耦合至處理室32的氣體供給系統(tǒng)23、耦合至處理室32的壓力控制系統(tǒng)29、耦合至處理室32的第一RF源27、耦合至處理室的RF偏壓發(fā)生器28和耦合至處理室的DC源24。
iPVD系統(tǒng)包括控制器50，該控制器50耦合至處理室；耦合至氣體供給系統(tǒng)23；耦合至壓力控制系統(tǒng)29；耦合至第一RF源27；耦合至第二RF源28；并且耦合至DC源24。
iPVD處理模塊還包括天線26、耦合至天線的窗口31、耦合至窗口的百葉式沉積擋板33、靶25和耦合至靶的永久磁鐵組件34。RF功率可從RF發(fā)生器27供給至天線26，用于在室32中產(chǎn)生電感耦合的等離子體。永久磁鐵組件34可定位于靶25之后，用于在靶25上產(chǎn)生用于磁控濺射的磁隧道。
天線26可位于室30的外部，在室壁32上的電介質(zhì)窗口31的后方。優(yōu)選由開槽金屬材料形成的百葉式沉積擋板33位于室30內(nèi)部，與窗口31相距很近，從而避免窗口31被沉積?？刂破?0可被用于確定要提供的ICP功率的大小以及何時對天線施加ICP功率。例如，在沉積工藝中，從RF發(fā)生器27至天線26的ICP功率可在不同的功率水平上轉(zhuǎn)換。
RF發(fā)生器27的操作頻率可為1MHz-100MHz。例如，可使用約為13.56MHz的操作頻率?；蛘?，可使用其他頻率。
iPVD處理模塊還包括用Z-運動驅(qū)動器35耦合至處理室的晶片臺22。Z-運動驅(qū)動器35可被用于調(diào)節(jié)襯底與源之間的距離，以提供最佳的沉積均勻性以及通孔11的側(cè)壁16與底部15的最佳覆蓋和對稱性?？刂破?0可用于確定沉積工藝中所需的靶與襯底(TS)的間距，并且在需要時提供Z-運動驅(qū)動器35的控制數(shù)據(jù)。在改進的沉積工藝期間，襯底與源之間的距離通常為150-275mm。
晶片臺22可容納200mm的晶片或300mm的晶片。例如，可通過由門閥裝置(未示出)控制的開口(未示出)將晶片21傳入和傳出處理室30。此外，可用自動沉積傳輸系統(tǒng)(未示出)將晶片21傳上和傳下晶片臺。另外，通過置于晶片臺22內(nèi)部的襯底提升桿(未示出)來接收晶片21，并且通過置于晶片臺22內(nèi)的裝置使晶片21機械平移。一旦晶片21從傳輸系統(tǒng)被接收，它就可被降低至晶片臺22的上表面。
在處理期間，晶片21可保持在晶片臺22頂部的適當位置。例如，可使用靜電卡盤作為晶片臺22。另外，當晶片在晶片臺22上時，可控制晶片的溫度。例如，可使用加熱和/或冷卻元件(未示出)?？煽刂凭?1的溫度以獲得最佳的通孔金屬化。控制器50可被用于確定和控制晶片溫度。此外，可通過向晶片臺22提供冷卻液通路和適當?shù)臏囟瓤刂苼砜刂凭瑴囟??？赏ㄟ^在晶片21與晶片臺22之間提供背面氣體傳導以使晶片臺22與晶片21之間實現(xiàn)良好的熱接觸?？稍诔练e步驟期間對背面氣體壓力進行控制，以確保薄的金屬沉積物(特別是在通孔結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上的金屬沉積物)不團簇。
處理期間在襯底21上生成的熱可被晶片臺22有效地導出，從而將晶片21的溫度保持在基本上低于室溫，優(yōu)選低于0℃，優(yōu)選至約-30℃。
可用RF偏壓發(fā)生器28將RF偏壓功率供給至晶片臺22。控制器50可用于確定要提供的RF偏壓功率的大小以及何時對晶片臺施加RF偏壓功率。例如，可在沉積時將RF偏壓功率調(diào)至合適的水平，以在晶片21上提供凈負偏壓，從而改善和影響該工藝。
RF偏壓發(fā)生器28的操作頻率可為1MHz-100MHz。例如，可使用約為13.56MHz的操作頻率?；蛘?，可使用其他頻率。
可通過氣體供給系統(tǒng)23向處理室30提供處理氣體。處理氣體可包括含金屬的氣體或惰性氣體，或其組合。惰性氣體可以是氬氣(通常采用)，但也可以是與本工藝相容的其他惰性氣體或非惰性氣體。
可用壓力控制系統(tǒng)29來控制室壓力。例如，可通過氣體供給系統(tǒng)23將處理氣體供給至真空處理室30中?？赏ㄟ^壓力控制系統(tǒng)29將室壓力保持在真空。控制器可用于控制處理氣體的流率和化學組成，從而控制室壓力。
可從功率源24向靶25供給DC功率?？刂破?0可用于確定要提供的DC功率的大小以及何時對靶施加DC功率。在完成特定的期望量的沉積之后，減小或關(guān)閉對靶25施加的功率24，從而基本上減少或終止沉積工藝。在某些情況下，可通過將DC功率水平24降低至很低的水平而不完全將其關(guān)閉，以使沉積工藝基本上減少和/或終止。
iPVD系統(tǒng)包括能夠提供如下特征和操作條件的有用模塊，其包括(1)小于10-8Torr的基礎(chǔ)真空；(2)操作惰性氣體的壓力為30-130mTorr；(3)提供分壓為0-50mTorr的反應性氣體；(4)襯底與靶的間距為6-9英寸；(5)帶背面氣體加熱或冷卻的卡盤；以及(6)為了防止顆粒生成而限制沉積到可拆卸、可清潔的部件的屏蔽物，該部件具有可很好地粘附濺射材料的表面。
iPVD系統(tǒng)的整體概念描述在通過引用而結(jié)合于此的美國專利No.6287435中。iPVD系統(tǒng)很適合在獨立控制流向晶片的金屬離子流的條件下而在處理氣體離子等離子體中保持高水平的金屬離子。這種靈活性可減小流向襯底的金屬流，而依然具有高度離子化的金屬流。這種設置的結(jié)果是，可在晶片水平對工藝進行控制，從而在具有高深寬比的納米尺度構(gòu)件上形成很少突懸或不形成突懸的條件下，得到高度保形的膜覆蓋。
控制器50可被設置以向系統(tǒng)部件提供控制數(shù)據(jù)并接收來自系統(tǒng)部件的工藝和/或狀態(tài)數(shù)據(jù)。例如，控制器50可包括微處理器、存儲器(例如，易失性或非易失性存儲器)和能夠產(chǎn)生足以傳達與激活對于iPVD系統(tǒng)200的輸入以及監(jiān)控來自iPVD系統(tǒng)200的輸出的控制電壓。而且，控制器50可與系統(tǒng)部件交換信息，并且可利用存儲在存儲器中的程序按照處理步驟來控制iPVD系統(tǒng)的上述部件。此外，控制器50可被設置以分析工藝和/或狀態(tài)數(shù)據(jù)，將該工藝和/或狀態(tài)數(shù)據(jù)與目標工藝和/或狀態(tài)數(shù)據(jù)進行比較，并利用比較結(jié)果來改變工藝和/或控制系統(tǒng)部件。另外，該控制器可被設置以分析工藝和/或狀態(tài)數(shù)據(jù)，將該工藝和/或狀態(tài)數(shù)據(jù)與歷史工藝和/或狀態(tài)數(shù)據(jù)進行比較，并利用比較結(jié)果來預測、防止和/或報告錯誤。
在靶表面的磁控磁鐵的場下捕獲的主要濺射等離子體將涂層材料從靶濺射進入被稠密的次級等離子體占據(jù)的處理空間區(qū)域，在其中，主要部分的材料的電子被剝離，以形成涂層材料的正離子。向襯底支架上的晶片施加負偏置電壓，將次級等離子體區(qū)域的濺射材料的正離子吸引到襯底表面上，其入射角與襯底垂直，以使其能夠進入晶片襯底上的溝槽和孔中，從而涂覆這些孔和溝槽的底部。
在一種實施方式中，使用了錐形靶，但這不是本發(fā)明必須的?；蛘?，可以使用其他形式的靶。iPVD系統(tǒng)提供以下特征和性質(zhì)(1)進行常規(guī)任務費力最小且所需工具最少；(2)在最大程度上提供了獨立的RF和DC功率；(3)設計與操作相對簡單；(4)可以對源進行快速修復或更換，包括快速更換整個內(nèi)部源組件；(5)內(nèi)部組件模塊化；(6)保持屏蔽完整性以防止輻射泄漏到操作環(huán)境中。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的操作iPVD系統(tǒng)的方法的簡化流程圖。在圖示的實施方式中，在進行低凈沉積(LND)工藝之后，進行無凈沉積(NND)工藝。在其他實施方式中，可以進行其他過程，包括只進行LND，只進行NND工藝，以及LND工藝與NND工藝的各種組合。過程300始于310。
在315中，如這里所述，圖案化的襯底/晶片可被置于處理室中的晶片臺上?；蛘撸梢允褂梦磮D案化的襯底/晶片。處理室可例如是沉積室。
在320中，可以進行第一工藝。在一種實施方式中，第一工藝可包括進行LND工藝，該LND工藝可在處理室中進行。在另一種實施方式中，可進行NND工藝。在處理室中可生成高密度等離子體，該高密度等離子體可包含高濃度的金屬離子和大量的處理氣體離子。圖案化的襯底可暴露于高密度的等離子體。在一種實施方式中，晶片臺可垂直移動。
室壓力、室溫度、襯底溫度、處理氣體化學組成、處理氣體流率、靶材料、ICP功率、襯底位置、靶功率和襯底偏壓功率中的至少一個可被調(diào)節(jié)，以在圖案化襯底表面區(qū)域建立包括超低沉積速率的LND沉積速率。隨著LND工藝進行，材料可被沉積到圖案化襯底的構(gòu)件中，而在構(gòu)件開口處基本上不形成突懸。
LND工藝可包括LND預處理時間、LND處理時間或LND后處理時間，或其組合。在另一種實施方式中，可使用不同的時間。LND預處理時間可從約0秒至約50秒變化；LND處理時間可從約10秒至約500秒變化；LND后處理時間可從約0秒至約50秒變化。
在一種實施方式中，可用離子化物理氣相沉積(iPVD)處理室來進行LND工藝。在另一種實施方式中，可用其他類型的沉積室來進行LND工藝，例如PVD室、CVD室和PECVD室。
在一種實施方式中，沉積系統(tǒng)可包括可向晶片臺提供襯底偏壓功率的襯底偏壓發(fā)生器。在另一種實施方式中，并不需要襯底偏壓發(fā)生器?？烧{(diào)節(jié)襯底偏壓功率以在LND工藝期間建立LND沉積速率。在LND工藝中，襯底偏壓功率可被調(diào)節(jié)至第一值，該值在低于濺射閾值的范圍內(nèi)。在另一種實施方式中，襯底偏壓功率可在LND工藝期間被調(diào)節(jié)至在低于濺射閾值的范圍內(nèi)的不止一個值。例如，可使用控制器，并且可改變襯底偏壓功率來優(yōu)化工藝，從而確保基本上不生成突懸。
襯底偏壓發(fā)生器可以是RF發(fā)生器，該RF發(fā)生器可在約1MHz值約100MHz的頻率范圍內(nèi)操作。例如，RF發(fā)生器可在約13.56MHz下操作。襯底偏壓功率可為約0.0W至約1000W。例如，襯底偏壓功率可為約130W至約200W。
此外，沉積系統(tǒng)可包括靶和可向該靶提供LND靶功率的靶功率源。在另一種實施方式中，并不需要靶功率源。例如，可以以蒸汽形式提供靶材料。在LND工藝期間，可調(diào)節(jié)LND靶功率以建立LND沉積速率。在LND工藝期間，LND靶功率可被調(diào)節(jié)至LND區(qū)(圖7)中的值。在另一種實施方式中，在LND工藝期間，LND靶功率可被調(diào)節(jié)至LND區(qū)中的不止一個值。例如，可使用控制器，并且可改變LND靶功率來優(yōu)化工藝，從而確保基本上不生成突懸。
可調(diào)節(jié)LND靶功率以在圖案化襯底的表面區(qū)域達到超低的沉積速率，該超低襯底速率小于30nm/min。
靶功率源可以是DC功率源。在另一種實施方式中，靶功率源可以是RF發(fā)生器，該RF發(fā)生器可在約1MHz至約100MHz的頻率范圍內(nèi)操作。LND靶功率可為約10W至約2000W。例如，LND靶功率可為約800W至約1600W。
沉積系統(tǒng)還可包括耦合至靶的永久磁鐵組件。
沉積系統(tǒng)可包括耦合至處理室的壓力控制系統(tǒng)，該壓力控制系統(tǒng)可用于在至少部分LND處理時間期間建立LND室壓力。LND室壓力可為約1mTorr至約100mTorr。例如，LND室壓力可為約20mTorr至約70mTorr。
在一種實施方式中，沉積系統(tǒng)可包括天線，耦合至天線和處理室側(cè)壁的電介質(zhì)窗口、耦合至電介質(zhì)窗口的百葉式沉積擋板，以及耦合至天線以向天線提供ICP功率的ICP源。或者，可使用不同的配置。在LND工藝期間，可調(diào)節(jié)ICP功率以在處理室中形成高密度的等離子體。例如，可使用控制器，并且可改變ICP功率來優(yōu)化工藝，從而確?；旧喜簧赏粦摇?br> ICP源可以是RF發(fā)生器，該ICP源可在約1.0MHz至約100MHz的頻率范圍內(nèi)操作。例如，ICP源可在約13.56MHz下操作。ICP功率可為約2000W至約10000W。例如，ICP功率可為約3000W至約6000W。
沉積系統(tǒng)還可包括耦合至處理室的氣體供給系統(tǒng)，該氣體供給系統(tǒng)可用于在至少部分LND處理時間期間使處理氣體流入處理室中。處理氣體可包括惰性氣體、含氮氣體、含氧氣體或含金屬氣體，或其組合。
含氮氣體可包括N2、NO、N2O或NH3，或其組合；含氧氣體可包括O2、NO、N2O或H2O，或其組合。
惰性氣體可包括氬氣、氦氣、氪氣、氡氣或氙氣，或其組合。含金屬氣體包括銅(Cu)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、釕(Ru)、銥(Ir)、鋁(Al)、銀(Ag)或鉛(Pb)，或其組合。
在一種實施方式中，LND工藝可用于沉積阻擋層。例如，該阻擋材料可包括金屬。
在某些情況下，晶片可從處理室移出并在另一個室中測量。例如，可使用光學數(shù)字成像(ODP)工具。另外，可以使用掃描電子顯微鏡(SEM)數(shù)據(jù)和/或TEM數(shù)據(jù)。
在325中，進行一個查詢來確定何時終止第一工藝。如圖3所示，當作出終止第一工藝的決定時，過程300繼續(xù)進行到330，當作出不終止第一工藝的決定時，過程300返回到320，然后過程300繼續(xù)。例如，一個或多個LND沉積工藝可進行一次或多次。
在330中，進行一個查詢來確定何時進行第二工藝。當作出進行第二工藝的決定時，過程300在335中繼續(xù)。當作出不進行第二工藝的決定時，過程300跳至355并結(jié)束。
在335中，可進行第二工藝。由第一工藝得到的工藝結(jié)果可用來確定作為第二工藝進行的工藝類型。
在一種實施方式中，第二工藝可包括進行NND工藝，該NND工藝可在相同的處理室中進行?；蛘?，NND工藝可在不同的處理室中進行。在另一種實施方式中，第二工藝可包括一個或多個LND工藝。
NND工藝可包括NND預處理時間、NND處理時間或NND后處理時間，或其組合。在另一種實施方式中，可使用不同的時間。NND預處理時間可從約0秒至約50秒變化；NND處理時間可從約10秒至約500秒變化，例如約20秒至約100秒；NND后處理時間可從約0秒至約50秒變化。
處理室條件可以改變，并且可以進行NND過程。可以調(diào)節(jié)室壓力、室溫度、襯底溫度、處理氣體化學組成、處理氣體流率、靶材料、ICP功率、襯底位置、靶功率或襯底偏壓功率或其組合，從而將沉積速率從LND沉積速率變?yōu)镹ND沉積速率。
NND沉積速率可包括表面沉積速率，其為圖案化襯底表面區(qū)域的材料沉積速率。表面沉積速率可為約-10nm/min至約+10nm/min。例如，表面沉積速率可為約-3nm/min至約+3nm/min。NND沉積速率可包括側(cè)壁沉積速率，其為圖案化襯底的一個或多個構(gòu)件的一個或多個側(cè)壁上的材料沉積速率。側(cè)壁沉積速率可為約0nm/min至約+10nm/min。例如，側(cè)壁沉積速率可為約0nm/min至約+5nm/min。NND沉積速率可包括底面沉積速率，其為圖案化襯底的一個或多個構(gòu)件的一個或多個底部表面上材料沉積速率。底面沉積速率可為約-10nm/min至約+10nm/min。例如，底面沉積速率可為約-5nm/min至約+5nm/min。
在至少部分NND處理時間期間，材料可被沉積在圖案化襯底的構(gòu)件的側(cè)壁上，而基本上沒有材料沉積在圖案化襯底的表面區(qū)域中。在至少部分NND處理時間期間，材料可被沉積在圖案化襯底的構(gòu)件的底面上和/和從其上移除，而基本上沒有材料沉積在圖案化襯底的表面區(qū)域中。
在至少部分NND處理時間期間，可在約13.56MHz下操作襯底偏壓發(fā)生器，襯底偏壓功率可為約500W至約1500W。例如，襯底偏壓功率可為約750W至約900W。在NND工藝中，襯底偏壓功率可被調(diào)節(jié)至高于濺射閾值的范圍內(nèi)的一個或多個值。例如，可使用控制器，并且可改變襯底偏壓功率來優(yōu)化工藝，從而確保在圖案化襯底的表面區(qū)域中基本上發(fā)生無凈沉積。
靶功率可為約100W至約1500W。例如，靶功率可為約450W至約550W。ICP功率可為約2000W至約10000W。例如，ICP功率可為約3000W至約6000W。
另外，在至少部分NND處理時間期間，NND處理氣體可流入處理室中。NND處理氣體可包括惰性氣體、含氮氣體、含氧氣體或含金屬氣體，或其組合。
含氮氣體可包括N2、NO、N2O或NH3。含氧氣體可包括O2、NO、N2O或H2O。
惰性氣體可包括氬氣、氦氣、氪氣、氡氣或氙氣，或其組合。含金屬氣體包括銅(Cu)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、釕(Ru)、銥(Ir)、鋁(Al)、銀(Ag)或鉛(Pb)，或其組合。
當NND工藝在不同的室中進行時，圖案化襯底可被置于第二處理室內(nèi)的第二晶片臺上。在第二處理室中可生成高密度等離子體，該高密度等離子體可包含高濃度的金屬離子和大量的處理氣體離子。
可在第二處理室中建立適當?shù)奶幚硎覘l件進行NND工藝。可以調(diào)節(jié)室壓力、室溫度、襯底溫度、處理氣體化學組成、處理氣體流率、靶材料、ICP功率、襯底位置、靶功率或襯底偏壓功率或其組合，從而建立NND沉積速率。
在另一種實施方式中，沉積系統(tǒng)可包括耦合至第二晶片臺的第二襯底偏壓發(fā)生器。第二襯底偏壓發(fā)生器可以是第二RF發(fā)生器，該第二RF發(fā)生器可在約1MHz至約100MHz的頻率范圍內(nèi)操作。例如，第二RF發(fā)生器可在約13.56MHz下操作。第二襯底偏壓功率可為約500W至約1500W。例如，第二襯底偏壓功率可為約750W至約900W。
在至少部分NND處理時間期間，第二襯底偏壓功率可被調(diào)節(jié)至高于濺射閾值的范圍內(nèi)的一個或多個值。例如，可使用控制器，并且可改變第二襯底偏壓功率來優(yōu)化工藝，從而確保在圖案化襯底的表面區(qū)域中基本上無凈沉積發(fā)生。
NND沉積速率可包括表面沉積速率，其為圖案化襯底表面區(qū)域的材料沉積速率。表面沉積速率可為約-10nm/min至約+10nm/min。例如，表面沉積速率可為約-5nm/min至約+5nm/min。NND沉積速率可包括側(cè)壁沉積速率，其為圖案化襯底的一個或多個構(gòu)件的一個或多個側(cè)壁上的材料沉積速率。側(cè)壁沉積速率可為約0nm/min至約+10nm/min。例如，側(cè)壁沉積速率可為約0nm/min至約+5nm/min。NND沉積速率可包括底面沉積速率，其為圖案化襯底的一個或多個構(gòu)件的一個或多個底部表面上材料沉積速率。底面沉積速率可為約-10nm/min至約+10nm/min。例如，底面沉積速率可為約-5nm/min至約+5nm/min。
在另一種實施方式中，沉積體系可包括第二靶，第二靶功率源可向第二靶提供第二靶功率。第二靶功率源可為DC功率源。在另一種實施方式中，第二靶功率源可以是可在約1MHz至約100MHz頻率范圍內(nèi)操作的RF發(fā)生器。第二靶功率可為約100W至約1500W。例如，第二靶功率可為約450W至約550W。
此外，沉積系統(tǒng)可包括第二天線，耦合至第二天線和第二處理室側(cè)壁的第二電介質(zhì)窗口、耦合至第二電介質(zhì)窗口的第二百葉式沉積擋板，以及耦合至第二天線以向第二天線提供第二ICP功率的第二ICP源。或者，可使用不同的配置。在NND工藝期間，可調(diào)節(jié)第二ICP功率以在第二處理室中形成高密度的等離子體。例如，可使用控制器，并且可改變第二ICP功率來優(yōu)化工藝，從而確?；旧喜簧赏粦?。
第二ICP源可以是RF發(fā)生器，第二ICP源可在約1.0MHz至約100MHz的頻率范圍內(nèi)操作。例如，第二ICP源可在約13.56MHz下操作。第二ICP功率可為約2000W至約10000W。例如，第二ICP功率可為約3000W至約6000W。
在另一種實施方式中，沉積系統(tǒng)可包括耦合至第二處理室的第二壓力控制系統(tǒng)，該第二壓力控制系統(tǒng)可用于在至少部分NND處理時間期間建立NND室壓力。NND室壓力可為約1mTorr至約100mTorr。例如，LND室壓力可為約20mTorr至約70mTorr。
在另一種實施方式中，沉積系統(tǒng)還可包括耦合至第二處理室的第二氣體供給系統(tǒng)，該第二氣體供給系統(tǒng)可用于在至少部分NND處理時間期間使NND處理氣體流入第二處理室中。NND處理氣體可包括惰性氣體、含氮氣體、含氧氣體或含金屬氣體，或其組合。
含氮氣體可包括N2、NO、N2O或NH3。含氧氣體可包括O2、NO、N2O或H2O。
惰性氣體可包括氬氣、氦氣、氪氣、氡氣或氙氣，或其組合。含金屬氣體包括銅(Cu)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、釕(Ru)、銥(Ir)、鋁(Al)、銀(Ag)或鉛(Pb)，或其組合。
在不同的實施方式中，NND工藝被用于進行如下過程中的一個或多個沉積種子層，修復種子層，沉積阻擋層和修復阻擋層。
在不同的實施方式中，第二工藝可包括NND工藝或LND工藝。
在340中，進行一個查詢來確定何時終止第二工藝。如圖3所示，當作出終止第二工藝的決定時，過程300繼續(xù)進行到345，當作出不終止第二工藝的決定時，過程300返回到335，然后過程300繼續(xù)。例如，一個或多個第二沉積工藝可進行一次或多次。
測量數(shù)據(jù)可在第二工藝期間獲得，并用于確定何時終止第二工藝。測量數(shù)據(jù)可包括室壓力數(shù)據(jù)、室溫度數(shù)據(jù)、襯底溫度數(shù)據(jù)、處理氣體化學組成數(shù)據(jù)、處理氣體流率數(shù)據(jù)、靶材料數(shù)據(jù)、ICP功率數(shù)據(jù)、襯底位置數(shù)據(jù)、靶功率數(shù)據(jù)、襯底偏壓功率數(shù)據(jù)、處理時間數(shù)據(jù)或處理方法數(shù)據(jù)，或其組合。
在某些情況下，晶片可從處理室移出并在另一個室中測量。例如，可使用光學數(shù)字成像(ODP)工具。另外，可以使用SEM數(shù)據(jù)和/或TEM數(shù)據(jù)。
處理時間可用于確定何時終止第二工藝?；蛘?，厚度數(shù)據(jù)可用于確定何時終止第二工藝。
在370中，進行一個查詢來確定何時進行附加的工藝。當作出進行附加工藝的決定時，過程300繼續(xù)進行到350，并且在345中進行附加工藝。當作出不進行附加工藝的決定時，過程300跳至355并結(jié)束。
附加工藝可包括LND工藝、NND工藝、傳統(tǒng)沉積工藝、蝕刻工藝、沉積/蝕刻工藝、清潔工藝、測量工藝、存儲工藝或電鍍工藝，或其組合。附加工藝可在相同的處理室或其他處理室中進行。例如，可在通過傳輸系統(tǒng)而彼此耦合的一個或多個處理室中進行。
測量數(shù)據(jù)可在第一和/或第二工藝期間獲得，并用于確定何時終止第二工藝。測量數(shù)據(jù)可包括室壓力數(shù)據(jù)、室溫度數(shù)據(jù)、襯底溫度數(shù)據(jù)、處理氣體化學組成數(shù)據(jù)、處理氣體流率數(shù)據(jù)、靶材料數(shù)據(jù)、ICP功率數(shù)據(jù)、襯底位置數(shù)據(jù)、靶功率數(shù)據(jù)、襯底偏壓功率數(shù)據(jù)、處理時間數(shù)據(jù)或處理方法數(shù)據(jù)，或其組合。
在某些情況下，晶片可從處理室移出并在另一個室中測量。例如，可使用光學數(shù)字成像(ODP)工具。另外，可以使用SEM數(shù)據(jù)和/或TEM數(shù)據(jù)。
處理時間可用于確定何時終止第二工藝?；蛘?，厚度數(shù)據(jù)可用于確定何時終止第二工藝。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的示例性沉積工藝。在圖示的實施方式中，示出了沉積工藝的簡化圖。例如，簡化工藝400可包括預處理時間段410、處理時間段420和后處理時間段430。
在預處理時間段期間，可設置處理工具。襯底被裝在晶片臺上，進入處理室，晶片臺可被設定為處理高度。處理氣體可被引入處理室以升高室壓力?？梢砸造o電方式將襯底夾在晶片臺上。另外，可啟動背面氣體冷卻。
在處理時間段期間，處理氣體可被引入處理室以控制處理壓力。可調(diào)節(jié)ICP源，可向天線提供較高的ICP功率。可調(diào)節(jié)DC源；在LND工藝期間，可向靶提供期望的LND DC功率；在NND工藝期間，可向靶提供期望的NND DC功率。此外，可調(diào)節(jié)RF偏壓功率源；在LND工藝期間，可向靶提供期望的LND RF偏壓功率；在NND工藝期間，可向靶提供期望的NND RF偏壓功率。
在后處理時間段期間，晶片臺可被設定為取出高度?？赏Ｖ固幚須怏w流，并且停止背面氣體冷卻。以靜電方式將襯底從晶片臺上脫離。穩(wěn)定室壓力；將襯底從晶片臺移走；可將襯底轉(zhuǎn)移出處理室。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的示例性LND工藝空間圖。在圖示的實施方式中，可通過用RF偏壓功率作為x軸并用沉積速率與DC功率的比作為y軸來定義LND工藝空間。在另外的實施方式中，其他工藝參數(shù)和/或工藝參數(shù)的組合可用于定義LND工藝空間。
圖5示出了穿過點512的線510，點512表示蝕刻開始進行的點。圖5還示出了LND區(qū)520。
LND區(qū)表明了可進行LND工藝的示例性區(qū)域。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的LND阻擋層沉積工藝。在圖示的實施方式中，示出了LND阻擋層沉積工藝，其中，變化各種工藝參數(shù)來得到基本上均勻的阻擋層。如圖所示，在LND阻擋層沉積工藝期間，由功率源24施加至靶25的DC功率可被開啟、改變?yōu)椴煌揭约瓣P(guān)閉?！癉C功率”是指由功率供給源24施加至靶25材料以引起材料濺射的DC功率。此外，在LND阻擋層沉積工藝期間，由RF發(fā)生器27施加至天線26的ICP功率可被開啟和關(guān)閉?！癐CP功率”是指由發(fā)生器27電感耦合而用于形成稠密等離子體的RF。在LND阻擋層沉積工藝期間，由RF偏壓發(fā)生器28施加至晶片臺22的RF襯底偏壓功率也可被開啟和關(guān)閉?！癛F襯底偏壓功率”是指由RF偏壓發(fā)生器28施加至晶片臺22以在襯底21上產(chǎn)生負偏壓的RF功率。而且，在LND阻擋層沉積工藝期間，室壓力可變化為不同的值。
iPVD系統(tǒng)可被用于進行LND阻擋層沉積工藝。在LND阻擋層沉積工藝期間，待沉積的材料可被濺射或者由源蒸發(fā)，然后蒸發(fā)的材料在達到待涂覆的襯底之前，其主要部分被轉(zhuǎn)化為正離子。在真空室內(nèi)由處理氣體生成的高密度等離子體可以產(chǎn)生大量的離子。然后，可對涂層材料的正離子施加電磁力，例如通過在晶片上施加負偏壓。偏壓導致涂層材料的離子向著晶片加速運動，以使更多的涂層材料以幾乎垂直于晶片的角度沉積在晶片上。以此方式，可在晶片表面的平面區(qū)域以及晶片上的高深寬比構(gòu)件中沉積均勻的阻擋薄層。LND工藝使高深寬比構(gòu)件的底部和側(cè)壁得到了很好的覆蓋。
在LND工藝期間，晶片21被保持在溫控晶片臺22上的適當位置。處理氣體可由源23供給至真空處理室30中，該室的壓力由泵29保持在真空，并被調(diào)節(jié)至用于LND工藝的離子化沉積的合適范圍。DC功率由功率源24供給至靶25，功率源24可被開啟并調(diào)節(jié)至適于LND工藝的功率水平。通過RF偏壓發(fā)生器28向卡盤22供給晶片RF偏壓，RF偏壓發(fā)生器28在LND工藝期間也可被開啟并調(diào)節(jié)至合適的水平。另外，在LND工藝期間，由RF發(fā)生器27施加至天線26的ICP功率可被開啟并調(diào)節(jié)。此外，在LND工藝期間，室壓力可變化為不同的值。
處理氣體可由氣體供給系統(tǒng)23供給至真空處理室30中，該室的壓力由壓力控制系統(tǒng)29保持在真空，并被調(diào)節(jié)至用于LND工藝的離子化沉積的合適范圍。
iPVD系統(tǒng)可包括可耦合至處理室的控制器，本方法還可包括測量一個或多個工藝參數(shù)；在至少部分LND預處理時間段期間將至少一個工藝參數(shù)調(diào)節(jié)至第一水平；在至少部分LND處理時間段期間將所述至少一個工藝參數(shù)調(diào)節(jié)至第二水平；在至少部分LND后處理時間段期間將所述至少一個工藝參數(shù)調(diào)節(jié)至第三水平。
在對半導體晶片上的高深寬比的通孔和溝槽進行金屬化時，要求阻擋層和種子層具有良好的側(cè)壁和底部覆蓋。阻擋層需要在不犧牲其阻擋性質(zhì)的條件下盡可能的薄。由于阻擋層的電阻會疊加到通孔結(jié)構(gòu)的電阻上，所以應當最小化阻擋層的電阻，因而該層必須是薄的。阻擋層應當保形且連續(xù)，以防止種子層的材料擴散至電介質(zhì)層中以及其他層中，從而防止可靠性出現(xiàn)問題。這就要求必須很好地控制阻擋層厚度并且特別是在通孔的底部使其最小化。通孔底部較厚的阻擋層可將實質(zhì)上不期望的電阻疊加在金屬互連上。
如圖6所示，在至少部分LND預處理時間段期間，室壓力可小于約20mTorr；在LND處理時間段期間，室壓力可大于約50mTorr且小于約100mTorr；在至少部分LND后處理時間段期間，室壓力可小于約20mTorr。在至少部分LND預處理時間段期間，ICP功率可小于約20W；在至少部分LND處理時間段期間，ICP功率可大于約5000W且小于約5500W；在至少部分后LND處理時間段期間，ICP功率可小于約20W。
此外，在至少部分LND預處理時間段期間，DC功率可小于約10W；在至少部分LND處理時間段期間，DC功率可大于約1000W且小于約1500W；在至少部分LND后處理時間段期間，DC功率可小于約20W。在至少部分LND預處理時間段期間，RF襯底偏壓功率可小于約10W；在至少部分LND處理時間段期間，RF襯底偏壓功率可大于約130W且小于約200W；在至少部分LND后處理時間段期間，RF襯底偏壓功率可小于約10W。
如圖示出的實施方式所示，LND預處理時間段可小于約50秒且大于約20秒。例如，LND預處理時間段可為約25秒至約35秒?；蛘撸墒褂貌煌腖ND預處理時間段。
LND處理時間段可小于約250秒且大于約150秒。例如，LND處理時間段可為約180秒至約220秒。在其他實施方式中，LND處理時間段可為約10秒至約1000秒，可通過測量沉積厚度來確定LND處理時間段。
另外，LND后處理時間段可小于約50秒且大于約20秒。例如，LND后處理時間段可為約25秒至約35秒?；蛘?，可使用不同的LND后處理時間段。
圖6示出了單個LND處理時間段，但這不是本發(fā)明必須的。在其他實施方式中，可用一個或多個處理條件可不同的LND處理時間段對襯底進行處理。例如，在一個LND處理時間段期間對孤立的構(gòu)件建立處理條件，而在另一個LND處理時間段期間對密集的構(gòu)件建立其他的處理條件。
而且，iPVD系統(tǒng)還包括耦合至處理室的氣體供給系統(tǒng)，并且LND方法還可包括在至少部分LND預處理時間段期間提供第一處理氣體；在至少部分LND處理時間段期間提供第二處理氣體；在至少部分LND后處理時間段期間提供第三處理氣體。另外，在不同的LND時間段可建立不同的流率，并且在不同的LND時間段可改變流率。
在一種實施方式中，第一處理氣體可包括惰性氣體或含氮氣體，或其組合；第二處理氣體可包括惰性氣體、含氮氣體或含金屬氣體，或其組合；第三處理氣體可包括惰性氣體或含氮氣體，或其組合。例如，惰性氣體可包括氬氣、氦氣、氪氣、氡氣或氙氣，或其組合。此外，含金屬氣體包括銅(Cu)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、釕(Ru)、銥(Ir)、鋁(Al)、銀(Ag)或鉛(Pb)，或其組合。
在LND阻擋層沉積工藝中，金屬可以在低速率下從靶濺射。這導致處理氣體離子等離子體的密度較小。金屬電離并以可小于10nm/min的速率被沉積在晶片上。對晶片施加低偏壓以使離子被吸引至構(gòu)件底部。由于表面沉積速率低且偏壓低，因此金屬被沉積而產(chǎn)生的突懸很小或不產(chǎn)生突懸。側(cè)壁覆蓋得以增強，得到高度保形的金屬沉積，這對金屬阻擋層來說是理想的。
如果本工藝為反應性工藝，則可在LND阻擋層沉積工藝期間添加例如TaN、N2或其他反應性氣體。通常，如果iPVD工藝是以更期望的非污染方式或金屬方式進行時，則使用氮氣流；然而，通過增大反應性氣體流可以實現(xiàn)污染方式。根據(jù)本發(fā)明，通過進一步改變氮氣流，可以相當容易地將金屬氮化物的組成從富氮變成貧氮。此特性可使用戶調(diào)整金屬氮化物的化學計量，因而十分理想。無論是需要更好的阻擋性質(zhì)(N2含量較高)，還是需要更好的潤濕性質(zhì)(N2含量較低)，本發(fā)明均可滿足用戶的要求。例如，可通過改變氮氣和反應性氣體流以在整個沉積工藝中控制金屬氮化物的側(cè)壁化學計量。另外，在沉積步驟之后，可通過Ar/N2離子等離子體來控制側(cè)壁金屬膜的氮化。
當與iPVD系統(tǒng)結(jié)合使用時，本發(fā)明的方法特別有利于以很低的速率來沉積高度離子化的材料(例如Ta和Cu)。本發(fā)明的優(yōu)點還在于可以在30-100mTorr的高壓下均勻地沉積同樣的材料，這也可使用戶能夠以較低的沉積速率來沉積離子化的金屬。此外，本發(fā)明的工藝可以方便地適用于不同的金屬，特別是與前述裝置結(jié)合使用時。
本發(fā)明可使用金屬離子比例高且流向襯底的處理氣體離子流量大的、以沉積方式操作的iPVD系統(tǒng)，以使沉積材料的粘附系數(shù)減小且表面遷移率增大，從而提高圖案化晶片的構(gòu)件的側(cè)壁覆蓋。
本發(fā)明可使用在圖案化襯底的表面區(qū)域具有超低沉積速率的、以沉積方式操作的iPVD系統(tǒng)，并且與常規(guī)iPVD工藝相比，可提高保形性，特別是提高側(cè)壁覆蓋。
在另一種實施方式中，在進行iPVD工藝中，將對晶片的偏壓升高至一定的功率，以使表面區(qū)域基本上不沉積金屬而在構(gòu)件的側(cè)壁仍發(fā)生沉積。這可以通過減少向襯底表面的金屬流而容易地實現(xiàn)。通過施加合適的晶片偏壓來平衡沉積速率和蝕刻速率，結(jié)果在本工藝期間并未對中間層電介質(zhì)和預金屬化表面進行蝕刻。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的示例性NND工藝空間圖。在圖示的實施方式中，可通過用RF偏壓功率作為x軸并用沉積速率與DC功率的比作為y軸來定義NND工藝空間。在另外的實施方式中，其他工藝參數(shù)和/或工藝參數(shù)的組合可用于定義NND工藝空間。
圖7示出了穿過點712的線710，點712表示蝕刻開始進行的點。
圖7還示出了NND區(qū)720。NND區(qū)表明了可進行NND工藝的示例性區(qū)域。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的NND工藝。在圖示的實施方式中，示出了NND種子層沉積工藝，其中，變化各種工藝參數(shù)來達到基本上均勻的種子層。如圖所示，在NND Cu種子層沉積工藝期間，由功率源24施加至靶25的DC功率可被開啟、改變?yōu)椴煌揭约瓣P(guān)閉。此外，在NND Cu種子層沉積工藝期間，由RF發(fā)生器27施加至天線26的ICP功率可被開啟和關(guān)閉。在NND Cu種子層沉積工藝期間，由RF偏壓發(fā)生器28施加至晶片臺22的RF襯底偏壓功率也可被開啟和關(guān)閉。而且，在NND Cu種子層沉積工藝期間，室壓力可變化為不同的值。
iPVD系統(tǒng)可被用于進行NND工藝。在NND工藝期間，待沉積的材料可被濺射或者由源蒸發(fā)，然后蒸發(fā)的材料在達到待涂覆的襯底之前，其主要部分被轉(zhuǎn)化為正離子。在真空室內(nèi)由處理氣體生成的高密度等離子體可以產(chǎn)生大量的離子。然后，可對涂層材料的正離子施加電磁力，例如通過在晶片上施加負偏壓。偏壓導致涂層材料的離子向著晶片加速運動，以使更多的涂層材料以幾乎垂直于晶片的角度沉積在晶片上。以此方式，可在晶片表面的平面區(qū)域上沉積最小量(基本上為零)的材料，而在晶片上的高深寬比構(gòu)件內(nèi)沉積少量的材料。NND工藝使高深寬比構(gòu)件的側(cè)壁得到了很好的覆蓋。
在NND工藝期間，晶片21被保持在溫控晶片臺22上的適當位置。處理氣體可由源23供給至真空處理室30中，該室的壓力由泵29保持在真空，并被調(diào)節(jié)至用于NND工藝的離子化沉積的合適范圍。DC功率由功率源24供給至靶25，功率源24可被開啟并調(diào)節(jié)至適于NND工藝的功率水平。通過RF偏壓發(fā)生器28向卡盤22供給晶片RF偏壓，RF偏壓發(fā)生器28在NND工藝期間也可被開啟并調(diào)節(jié)至合適的水平。另外，在NND工藝期間，由RF發(fā)生器27施加至天線26的ICP功率可被開啟并調(diào)節(jié)。此外，在NND工藝期間，室壓力可變化為不同的值。
處理氣體可由氣體供給系統(tǒng)23供給至真空處理室30中，該室的壓力由壓力控制系統(tǒng)29保持在真空，并被調(diào)節(jié)至用于NND工藝的離子化沉積的合適范圍。
iPVD系統(tǒng)可包括可耦合至處理室的控制器，本方法還可包括測量一個或多個工藝參數(shù)；在至少部分NND預處理時間段期間將至少一個工藝參數(shù)調(diào)節(jié)至第一水平；在至少部分NND處理時間段期間將所述至少一個工藝參數(shù)調(diào)節(jié)至第二水平；在至少部分NND后處理時間段期間將所述至少一個工藝參數(shù)調(diào)節(jié)至第三水平。
如圖8所示，在至少部分NND預處理時間段期間，室壓力可小于約20mTorr；在NND處理時間段期間，室壓力可大于約50mTorr且小于約100mTorr；在至少部分NND后處理時間段期間，室壓力可小于約20mTorr。在至少部分NND預處理時間段期間，ICP功率可小于約20W；在至少部分NND處理時間段期間，ICP功率可大于約5000W且小于約5500W；在至少部分后NND處理時間段期間，ICP功率可小于約20W。
此外，在至少部分NND預處理時間段期間，DC功率可小于約10W；在至少部分NND處理時間段期間，DC功率可大于約1000W且小于約1500W；在至少部分NND后處理時間段期間，DC功率可小于約20W。在至少部分NND預處理時間段期間，RF襯底偏壓功率可小于約10W；在至少部分NND處理時間段期間，RF襯底偏壓功率可大于約450W且小于約550W；在至少部分NND后處理時間段期間，RF襯底偏壓功率可小于約10W。
如圖8中的實施方式所示，NND預處理時間段可小于約35秒且大于約10秒。例如，NND預處理時間段可為約20秒至約30秒?；蛘?，可使用不同的NND預處理時間段。
NND處理時間段可小于約50秒且大于約15秒。例如，NND處理時間段可為約20秒至約40秒。在其他實施方式中，NND處理時間段可為約10秒至約1000秒，可通過測量沉積厚度來確定NND處理時間段。
另外，NND后處理時間段可小于約30秒且大于約10秒。例如，NND后處理時間段可為約15秒至約25秒。或者，可使用不同的NND后處理時間段。
圖8示出了單個NND處理時間段，但這不是本發(fā)明必須的。在其他實施方式中，可用一個或多個處理條件可不同的NND處理時間段對襯底進行處理。例如，在一個NND處理時間段期間對孤立的構(gòu)件建立處理條件，而在另一個NND處理時間段期間對密集的構(gòu)件建立其他的處理條件。
而且，iPVD系統(tǒng)還包括耦合至處理室的氣體供給系統(tǒng)，并且NND方法還可包括在至少部分NND預處理時間段期間提供第一處理氣體；在至少部分NND處理時間段期間提供第二處理氣體；在至少部分NND后處理時間段期間提供第三處理氣體。另外，在不同的NND時間段期間可建立不同的流率，并且在不同的NND時間段期間可改變流率。
在一種實施方式中，第一處理氣體可包括惰性氣體或含氮氣體，或其組合；第二處理氣體可包括惰性氣體、含氮氣體或含金屬氣體，或其組合；第三處理氣體可包括惰性氣體或含氮氣體，或其組合。例如，惰性氣體可包括氬氣、氦氣、氪氣、氡氣或氙氣，或其組合。此外，含金屬氣體包括銅(Cu)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、釕(Ru)、銥(Ir)、鋁(Al)、銀(Ag)或鉛(Pb)，或其組合。
在NND阻擋層沉積工藝中，金屬可以在低速率下從靶濺射。這導致處理氣體離子等離子體的密度較小。金屬電離并以可小于0.1nm/min的速率被沉積在晶片上。對晶片施加低偏壓以使離子被吸引至構(gòu)件底部。由于在表面區(qū)域基本上不沉積且在側(cè)壁上基本上均勻沉積，因此金屬被沉積而產(chǎn)生的突懸很小或不產(chǎn)生突懸。側(cè)壁覆蓋得以提高，得到高度保形的金屬沉積，這對金屬阻擋層來說是理想的。
在一種實施方式中，NND處理氣體可包括作為濺射氣體的氬氣。為了沉積例如TaNx的金屬氮化物阻擋層，在NND工藝期間也可使用氮氣。
如果本工藝為反應性工藝，則可在NND阻擋層沉積工藝期間添加例如TaN、N2或其他反應性氣體。通常，如果iPVD工藝是以更期望的非污染方式或金屬方式進行時，則使用氮氣流；然而，通過增大反應性氣體流可以實現(xiàn)污染方式。根據(jù)本發(fā)明，通過進一步改變氮氣流，可以相當容易地將金屬氮化物的組成從富氮變成貧氮。此特性可使用戶調(diào)整金屬氮化物的化學計量，因而十分理想。無論是需要更好的阻擋性質(zhì)(N2含量較高)，還是需要更好的潤濕性質(zhì)(N2含量較低)，本發(fā)明均可滿足用戶的要求。例如，可通過改變氮氣和反應性氣體流以在整個沉積工藝中控制金屬氮化物的側(cè)壁化學計量。另外，在沉積步驟之后，可通過Ar/N2離子等離子體來控制側(cè)壁金屬膜的氮化。
在沉積工藝期間降低壓力可導致晶片上的正氬離子流變得更為均勻，并且借助于晶片偏壓，可更好地定向正氬離子流并使其垂直于襯底。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的示例性工藝的示意圖。為了便于說明，僅示出了襯底910中的單個構(gòu)件911。襯底910可包括多個形狀不同的構(gòu)件。圖中示出了在構(gòu)件911中并且在襯底910頂面上的阻擋層912。在一種實施方式中，阻擋層912可包括Ta。或者，可以使用其他材料。此外，可利用NND工藝和LND工藝中得至少一個在基本無突懸的條件下沉積阻擋層912。
在構(gòu)件911內(nèi)可沉積種子層914，而在構(gòu)件開口處基本上不形成突懸。在一種實施方式中，種子層914可包括Cu?；蛘撸墒褂闷渌牧?。隨后，可在構(gòu)件911內(nèi)和襯底910的頂面上沉積額外的種子層916。可在構(gòu)件開口處基本上不形成突懸的條件下沉積額外的種子層916。最后，可以沉積鍍層918。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的另一種示例性工藝的示意圖。為了便于說明，僅示出襯底1010中的單個構(gòu)件1011。圖中示出了構(gòu)件底部的穿透區(qū)域。NND工藝可控制穿透量。襯底1010可包括多個形狀不同的構(gòu)件。圖中示出了在構(gòu)件1011中和在襯底1010頂面上的阻擋層1012。在一種實施方式中，阻擋層1012可包括Ta?；蛘?，可以使用其他材料。此外，可利用NND工藝或LND工藝或其組合，在基本無突懸的條件下沉積阻擋層1012。
在構(gòu)件1011內(nèi)可沉積種子層1014，而在構(gòu)件開口處基本上不形成突懸。在一種實施方式中，種子層1014可包括Cu?；蛘撸墒褂闷渌牧?。隨后，可在構(gòu)件1011內(nèi)和襯底1010的頂面上沉積額外的種子層1016。可在構(gòu)件開口處基本上不形成突懸的條件下沉積額外的種子層1016。最后，可以沉積鍍層1018。
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的阻擋層沉積工藝的示例性結(jié)果。圖中示出了Ta-TaN阻擋層工藝的SEM結(jié)果。結(jié)果表明，LND工藝沒有形成突懸。
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的種子層沉積工藝的示例性結(jié)果。圖中示出了Cu種子層工藝的SEM結(jié)果。結(jié)果表明，NND工藝沒有形成突懸。
盡管以上僅對本發(fā)明的特定實施方式作了詳細描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，在不實質(zhì)上脫離本發(fā)明的新穎教導和優(yōu)點的前提下，還可以對這些實施方式進行許多改進。因此，所有此類改進均被包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.操作沉積系統(tǒng)的方法，包括將圖案化襯底置于處理室內(nèi)的晶片臺上；在所述處理室中生成高密度等離子體，其中所述高密度等離子體包含涂層材料離子和大量處理氣體離子；使所述圖案化襯底暴露于所述高密度等離子體中；進行低凈沉積(LND)工藝，其中調(diào)節(jié)靶功率或襯底偏壓功率或其組合來建立LND沉積速率，所述LND沉積速率包括所述圖案化襯底表面區(qū)域上的超低沉積速率；和將材料沉積在所述圖案化襯底的構(gòu)件中，而在構(gòu)件開口處基本上不形成材料突懸。
2.如權(quán)利要求1的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述LND工藝包括LND預處理時間、LND處理時間或LND后處理時間或其組合，其中所述LND預處理時間為約0秒至約50秒；所述LND處理時間為約10秒至約500秒；所述LND后處理時間為約0秒至約5000秒。
3.如權(quán)利要求2的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述LND處理時間大于約150秒且小于約250秒。
4.如權(quán)利要求2的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述沉積系統(tǒng)還包括耦合至所述晶片臺的沉積偏壓發(fā)生器，所述方法還包括在至少部分LND處理時間期間，將所述LND襯底偏壓功率調(diào)節(jié)至低于濺射閾值范圍內(nèi)的第一值，其中所述LND襯底偏壓功率可為約0W至約200W。
5.如權(quán)利要求2的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述沉積系統(tǒng)還包括靶以及向所述靶提供LND靶功率的靶功率源，所述方法還包括在至少部分LND處理時間期間，調(diào)節(jié)所述LND靶功率以達到LND沉積速率，其中所述超低沉積速率小于30nm/min，所述LND靶功率為約10W至約2000W。
6.如權(quán)利要求2的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述沉積系統(tǒng)還包括耦合至所述處理室的壓力控制系統(tǒng)，所述方法還包括在至少部分LND處理時間期間建立LND室壓力，其中所述LND室壓力小于約130mTorr且大于約1mTorr。
7.如權(quán)利要求2的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述沉積系統(tǒng)還包括天線、耦合至所述天線和所述處理室側(cè)壁的電介質(zhì)窗口、耦合至所述電介質(zhì)窗口的百葉式沉積擋板以及耦合至所述天線的ICP源，所述方法還包括在第一頻率下操作所述ICP源；和調(diào)節(jié)所述ICP源以在至少部分LND處理時間期間提供LND ICP功率水平。
8.如權(quán)利要求7的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述LND ICP功率水平大于約3000W且小于約6000W。
9.如權(quán)利要求5的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述沉積系統(tǒng)還包括耦合至所述處理室側(cè)壁的靶、耦合至所述靶的永久磁鐵組件以及耦合至所述靶的DC源，所述方法包括在至少部分LND處理時間期間，將DC源的功率輸出水平設定在第一LND靶功率水平，其中所述第一LND靶功率水平大于約1000W且小于約3000W。
10.如權(quán)利要求2的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述沉積系統(tǒng)還包括耦合至所述處理室的氣體供給系統(tǒng)，所述方法還包括在至少部分LND處理時間期間，使第一處理氣體流入所述處理室，其中所述第一處理氣體包括惰性氣體、含氮氣體、含氧氣體或含金屬氣體，或其組合。
11.如權(quán)利要求10的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述惰性氣體包括氬氣、氦氣、氪氣、氡氣或氙氣，或其組合。
12.如權(quán)利要求10的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述含金屬氣體包括鎢(W)、銅(Cu)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、釕(Ru)、銥(Ir)、鋁(Al)、銀(Ag)或鉛(Pb)，或其組合。
13.如權(quán)利要求1的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述LND工藝被用于沉積阻擋層。
14.如權(quán)利要求1的操作沉積系統(tǒng)的方法，還包括將工藝從LND工藝變?yōu)闊o凈沉積(NND)工藝，從而將沉積速率從LND沉積速率變?yōu)镹ND沉積速率，所述NND沉積速率包括表面沉積速率、側(cè)壁沉積速率或底部沉積速率，或其組合；和用所述NND工藝處理所述圖案化襯底，從而將材料沉積在所述圖案化襯底的構(gòu)件的側(cè)壁上或所述圖案化襯底的底面上或其組合，其中調(diào)節(jié)室壓力、室溫度、襯底溫度、處理氣體化學組成、處理氣體流率、靶材料、ICP功率、襯底位置、靶功率或襯底偏壓功率或其組合，以將工藝從所述LND工藝變?yōu)镹ND工藝。
15.如權(quán)利要求14的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述NND表面沉積速率為約-10nm/min至約+10nm/min。
16.如權(quán)利要求15的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述NND表面沉積速率為約-5nm/min至約+5nm/min。
17.如權(quán)利要求14的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述NND表面沉積速率為約-10nm/min至約+10nm/min。
18.如權(quán)利要求19的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述NND表面沉積速率為約-5nm/min至約+5nm/min。
19.如權(quán)利要求14的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述NND工藝包括NND預處理時間、NND處理時間或NND后處理時間或其組合，其中所述NND預處理時間為約0秒至約50秒；所述NND處理時間為約10秒至約500秒；所述NND后處理時間為約0秒至約5000秒。
20.如權(quán)利要求19的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述NND處理時間大于約150秒且小于約250秒。
21.如權(quán)利要求19的操作沉積系統(tǒng)的方法，還包括在至少部分NND處理時間期間，將所述襯底偏壓功率調(diào)節(jié)至高于第二濺射閾值的第二值，其中所述襯底偏壓功率為約500W至約1500W。
22.如權(quán)利要求21的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述襯底偏壓功率為約750W至約900W。
23.如權(quán)利要求19的操作沉積系統(tǒng)的方法，還包括在至少部分NND處理時間期間，將所述NND靶功率調(diào)節(jié)至新的值，其中所述NND靶功率為約100W至約1500W。
24.如權(quán)利要求19的操作沉積系統(tǒng)的方法，還包括調(diào)節(jié)所述ICP源以在至少部分NND處理時間內(nèi)提供NND ICP功率，其中所述NND ICP功率水平為約2000W至約10000W。
25.如權(quán)利要求24的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述NND ICP功率水平為約3000W至約6000W。
26.如權(quán)利要求19的操作沉積系統(tǒng)的方法，還包括在至少部分NND處理時間期間建立NND室壓力，其中所述NND室壓力小于約130mTorr且大于約1mTorr。
27.如權(quán)利要求19的操作沉積系統(tǒng)的方法，還包括在至少部分NND處理時間期間，使第二處理氣體流入所述處理室，其中所述第二處理氣體包括惰性氣體、含氮氣體、含氧氣體或含金屬氣體，或其組合。
28.如權(quán)利要求27的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述惰性氣體包括氬氣、氦氣、氪氣、氡氣或氙氣，或其組合。
29.如權(quán)利要求27的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述含金屬氣體包括鎢(W)、銅(Cu)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、釕(Ru)、銥(Ir)、鋁(Al)、銀(Ag)或鉛(Pb)，或其組合。
30.如權(quán)利要求14的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述NND工藝被用于沉積種子層。
31.如權(quán)利要求14的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述NND工藝被用于修復種子層。
32.如權(quán)利要求14的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述NND工藝被用于修復阻擋層。
33.如權(quán)利要求14的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述NND工藝被用于沉積阻擋層。
34.如權(quán)利要求14的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述NND工藝被用于在所述圖案化襯底的至少一個所述構(gòu)件中產(chǎn)生穿透。
35.如權(quán)利要求1的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述沉積系統(tǒng)包括離子化物理氣相沉積(iPVD)處理室。
36.如權(quán)利要求1的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述沉積系統(tǒng)包括傳輸系統(tǒng)。
37.如權(quán)利要求1的操作沉積系統(tǒng)的方法，還包括進行第二LND工藝，其中調(diào)節(jié)靶功率和襯底偏壓功率以在所述圖案化襯底的表面區(qū)域建立第二LND沉積速率；和將額外的材料沉積在所述圖案化襯底的構(gòu)件中，而在構(gòu)件開口處基本上不形成材料突懸。
38.如權(quán)利要求1的操作沉積系統(tǒng)的方法，還包括將所述圖案化襯底置于第二處理室內(nèi)的第二晶片臺上；進行第二LND工藝，其中調(diào)節(jié)第二靶功率和第二襯底偏壓功率以在所述圖案化襯底的表面區(qū)域建立第二LND沉積速率；和將額外的材料沉積在所述圖案化襯底的構(gòu)件中，而在構(gòu)件開口處基本上不形成材料突懸。
39.如權(quán)利要求14的操作沉積系統(tǒng)的方法，還包括進行第二NND工藝，其中調(diào)節(jié)第二靶功率和第二襯底偏壓功率以形成第二NND沉積速率，所述NND沉積速率在所述圖案化襯底的表面區(qū)域內(nèi)約為零；和處理所述圖案化襯底，從而將額外的材料沉積在所述圖案化襯底的構(gòu)件的側(cè)壁上或所述圖案化襯底的構(gòu)件的底面上，或其組合。
40.如權(quán)利要求14的操作沉積系統(tǒng)的方法，還包括將所述圖案化襯底置于第二處理室內(nèi)的第二晶片臺上；進行第二NND工藝，其中調(diào)節(jié)第二靶功率和第二襯底偏壓功率以形成第二NND沉積速率，所述NND沉積速率在所述圖案化襯底的表面區(qū)域內(nèi)約為零；和處理所述圖案化襯底，從而將額外的材料沉積在所述圖案化襯底的構(gòu)件的側(cè)壁上或所述圖案化襯底的構(gòu)件的底面上，或其組合。
41.如權(quán)利要求1的操作沉積系統(tǒng)的方法，還包括將所述圖案化襯底置于另外的處理室內(nèi)的晶片臺上；和進行另外的工藝。
42.如權(quán)利要求14的操作沉積系統(tǒng)的方法，還包括將所述圖案化襯底置于另外的處理室內(nèi)的晶片臺上；和進行另外的工藝。
43.操作沉積系統(tǒng)的方法，包括將圖案化襯底置于處理室內(nèi)的晶片臺上；在所述處理室中生成高密度等離子體，其中所述高密度等離子體包含高濃度的金屬離子和大量處理氣體離子；使所述圖案化襯底暴露于所述高密度等離子體中；進行無凈沉積(NND)工藝，其中調(diào)節(jié)靶功率和襯底偏壓功率或其組合以建立NND沉積速率，所述NND沉積速率包括NND表面沉積速率、NND側(cè)壁沉積速率或NND底面沉積速率，或其組合；和用所述NND工藝處理所述圖案化襯底，從而將材料沉積在所述圖案化襯底的構(gòu)件的側(cè)壁上或所述圖案化襯底的構(gòu)件的底面上，其中在所述NND工藝期間，調(diào)節(jié)室壓力、室溫度、襯底溫度、處理氣體化學組成、處理氣體流率、靶材料、ICP功率、襯底位置、靶功率或襯底偏壓功率，或其組合。
44.如權(quán)利要求43的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述NND表面沉積速率為約-10nm/min至約+10nm/min。
45.如權(quán)利要求44的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述NND表面沉積速率為約-5nm/min至約+5nm/min。
46.如權(quán)利要求43的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述NND表面沉積速率為約-10nm/min至約+10nm/min。
47.如權(quán)利要求46的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述NND表面沉積速率為約-5nm/min至約+5nm/min。
48.如權(quán)利要求43的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述NND工藝包括NND預處理時間、NND處理時間或NND后處理時間或其組合，其中所述NND預處理時間為約0秒至約50秒；所述NND處理時間為約10秒至約500秒；所述NND后處理時間為約0秒至約5000秒。
49.如權(quán)利要求48的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述NND處理時間大于約150秒且小于約250秒。
50.如權(quán)利要求48的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述沉積系統(tǒng)還包括耦合至所述晶片臺的襯底偏壓發(fā)生器，所述方法包括在至少部分NND處理時間期間，將所述NND襯底偏壓功率調(diào)節(jié)至高于濺射閾值的第一值，其中所述襯底偏壓功率為約500W至約1500W。
51.如權(quán)利要求50的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述NND襯底偏壓功率為約750W至約900W。
52.如權(quán)利要求48的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述沉積系統(tǒng)還包括靶以及向所述靶提供NND靶功率的靶功率源，所述方法還包括在至少部分NND處理時間期間，將所述NND靶功率調(diào)節(jié)至可達到NND沉積速率的值，其中所述NND靶功率為約100W至約1500W。
53.如權(quán)利要求48的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述沉積系統(tǒng)還包括耦合至所述處理室側(cè)壁的靶、耦合至所述靶的永久磁鐵組件以及耦合至所述靶的DC源，所述方法還包括在至少部分NND處理時間期間，將所述NND靶功率調(diào)節(jié)至可達到NND沉積速率的值，其中所述NND靶功率為約100W至約1500W。
54.如權(quán)利要求48的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述沉積系統(tǒng)還包括耦合至所述處理室的壓力控制系統(tǒng)，所述方法還包括在至少部分NND處理時間期間建立NND室壓力，其中所述NND室壓力小于約100mTorr且大于約1mTorr。
55.如權(quán)利要求48的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述沉積系統(tǒng)還包括天線、耦合至所述天線和所述處理室側(cè)壁的電介質(zhì)窗口、耦合至所述電介質(zhì)窗口的百葉式沉積擋板以及耦合至所述天線的ICP RF源，所述方法還包括在第一頻率下操作所述ICP RF源；和調(diào)節(jié)所述ICP源以在至少部分NND處理時間期間提供NND ICP功率水平。
56.如權(quán)利要求55的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述NND ICP功率水平大于約1000W且小于約10000W。
57.如權(quán)利要求56的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述NND ICP功率水平為約3000W至約6000W。
58.如權(quán)利要求48的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述沉積系統(tǒng)還包括耦合至所述處理室的氣體供給系統(tǒng)，所述方法還包括在至少部分NND處理時間期間，使第一處理氣體流入所述處理室，其中所述第一處理氣體包括惰性氣體、含氮氣體、含氧氣體或含金屬氣體，或其組合。
59.如權(quán)利要求58的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述惰性氣體包括氬氣、氦氣、氪氣、氡氣或氙氣，或其組合。
60.如權(quán)利要求58的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述含金屬氣體包括鎢(W)、銅(Cu)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、釕(Ru)、銥(Ir)、鋁(Al)、銀(Ag)或鉛(Pb)，或其組合。
61.如權(quán)利要求43的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述NND工藝被用于沉積阻擋層。
62.如權(quán)利要求43的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述NND工藝被用于修復阻擋層。
63.如權(quán)利要求43的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述NND工藝被用于在所述圖案化襯底的至少一個構(gòu)件中生成穿透。
64.如權(quán)利要求43的操作沉積系統(tǒng)的方法，還包括將工藝從NND工藝變?yōu)榈蛢舫练e(LND)工藝，從而將沉積速率從NND沉積速率變?yōu)長ND沉積速率，所述LND沉積速率包括LND表面沉積速率、LND側(cè)壁沉積速率或LND底面沉積速率，或其組合，所述LND表面沉積速率包括所述圖案化襯底表面區(qū)域上的超低沉積速率；和用所述LND工藝處理所述圖案化襯底，從而將材料沉積在所述圖案化襯底的構(gòu)件的表面區(qū)域上或所述圖案化襯底的構(gòu)件側(cè)壁上所述圖案化襯底的構(gòu)件底面上或其組合，而在構(gòu)件開口處基本上不形成材料突懸，其中調(diào)節(jié)室壓力、室溫度、襯底溫度、處理氣體化學組成、處理氣體流率、靶材料、ICP功率、襯底位置、靶功率或襯底偏壓功率或其組合，以將工藝從所述NND工藝變?yōu)長ND工藝。
65.如權(quán)利要求64的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述LND表面沉積速率為約0nm/min至約+50nm/min。
66.如權(quán)利要求65的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述LND表面沉積速率為約0nm/min至約+30nm/min。
67.如權(quán)利要求64的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述LND底面沉積速率為約-10nm/min至約+10nm/min。
68.如權(quán)利要求67的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述LND底面沉積速率為約-5nm/min至約+5nm/min。
69.如權(quán)利要求64的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述LND工藝包括LND預處理時間、LND處理時間或LND后處理時間或其組合，其中所述LND預處理時間為約0秒至約50秒；所述LND處理時間為約10秒至約500秒；所述LND后處理時間為約0秒至約5000秒。
70.如權(quán)利要求69的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述LND處理時間大于約150秒且小于約250秒。
71.如權(quán)利要求69的操作沉積系統(tǒng)的方法，還包括在至少部分LND處理時間期間，將所述LND襯底偏壓功率調(diào)節(jié)至低于濺射閾值的第二值，其中所述LND襯底偏壓功率可為約0W至約1000W。
72.如權(quán)利要求71的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述LND襯底偏壓功率為約750W至約900W。
73.如權(quán)利要求69的操作沉積系統(tǒng)的方法，還包括在至少部分LND處理時間期間，將所述LND靶功率調(diào)節(jié)至新的值，其中所述LND靶功率為約10W至約2000W。
74.如權(quán)利要求73的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述LND靶功率為約800W至約1600W。
75.如權(quán)利要求69的操作沉積系統(tǒng)的方法，還包括調(diào)節(jié)所述ICP源以在至少部分LND處理時間內(nèi)提供LND ICP功率，其中所述LND ICP功率水平為約2000W至約10000W。
76.如權(quán)利要求75的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述LND ICP功率水平為約3000W至約6000W。
77.如權(quán)利要求69的操作沉積系統(tǒng)的方法，還包括在至少部分LND處理時間期間建立LND室壓力，其中所述LND室壓力小于約100mTorr且大于約1mTorr。
78.如權(quán)利要求69的操作沉積系統(tǒng)的方法，還包括在至少部分NND處理時間期間，使LND處理氣體流入所述處理室，其中所述LND處理氣體包括惰性氣體、含氮氣體、含氧氣體或含金屬氣體，或其組合。
79.如權(quán)利要求78的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述惰性氣體包括氬氣、氦氣、氪氣、氡氣或氙氣，或其組合。
80.如權(quán)利要求78的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述含金屬氣體包括鎢(W)、銅(Cu)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、釕(Ru)、銥(Ir)、鋁(Al)、銀(Ag)或鉛(Pb)，或其組合。
81.如權(quán)利要求64的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述LND工藝被用于沉積種子層。
82.如權(quán)利要求64的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述LND工藝被用于修復種子層。
83.如權(quán)利要求65的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述LND工藝被用于修復阻擋層。
84.如權(quán)利要求43的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述沉積系統(tǒng)包括離子化物理氣相沉積(iPVD)處理室。
85.如權(quán)利要求43的操作沉積系統(tǒng)的方法，其中所述沉積系統(tǒng)包括傳輸系統(tǒng)。
86.如權(quán)利要求64的操作沉積系統(tǒng)的方法，還包括進行第二LND工藝，其中調(diào)節(jié)靶功率和襯底偏壓功率以在所述圖案化襯底的表面區(qū)域建立第二LND沉積速率；和將額外的材料沉積在所述圖案化襯底的構(gòu)件中，而在構(gòu)件開口處基本上小形成材料突懸。
87.如權(quán)利要求64的操作沉積系統(tǒng)的方法，還包括將所述圖案化襯底置于第二處理室內(nèi)的第二晶片臺上；進行第二LND工藝，其中調(diào)節(jié)第二靶功率和第二襯底偏壓功率以在所述圖案化襯底的表面區(qū)域建立第二LND沉積速率；和將額外的材料沉積在所述圖案化襯底的構(gòu)件中，而在構(gòu)件開口處基本上不形成材料突懸。
88.如權(quán)利要求43的操作沉積系統(tǒng)的方法，還包括進行第二NND工藝，其中調(diào)節(jié)第二靶功率和第二襯底偏壓功率以形成第二NND沉積速率，所述NND沉積速率在所述圖案化襯底的表面區(qū)域內(nèi)約為零；和處理所述圖案化襯底，從而將額外的材料沉積在所述圖案化襯底的構(gòu)件的側(cè)壁上或所述圖案化襯底的構(gòu)件的底面上，或其組合。
89.如權(quán)利要求43的操作沉積系統(tǒng)的方法，還包括將所述圖案化襯底置于第二處理室內(nèi)的第二晶片臺上；進行第二NND工藝，其中調(diào)節(jié)第二靶功率和第二襯底偏壓功率以形成第二NND沉積速率，所述NND沉積速率在所述圖案化襯底的表面區(qū)域內(nèi)約為零；和處理所述圖案化襯底，從而將額外的材料沉積在所述圖案化襯底的構(gòu)件的側(cè)壁上或所述圖案化襯底的構(gòu)件的底面上，或其組合。
90.如權(quán)利要求43的操作沉積系統(tǒng)的方法，還包括將所述圖案化襯底置于另外的處理室內(nèi)的晶片臺上；和進行另外的工藝。
91.如權(quán)利要求64的操作沉積系統(tǒng)的方法，還包括將所述圖案化襯底置于另外的處理室內(nèi)的晶片臺上；和進行另外的工藝。
92.處理半導體襯底的方法，所述方法將材料沉積在所述圖案化襯底的構(gòu)件中，而在構(gòu)件開口處基本上不形成材料突懸，所述方法包括將圖案化襯底置于離子化物理氣相沉積(iPVD)系統(tǒng)的處理室內(nèi)的晶片臺上；在所述處理室中，生成高密度處理氣體離子等離子體，其包含正離子比例高的蒸發(fā)金屬涂層材料；使所述圖案化襯底暴露于所述高密度等離子體中，從而在襯底上進行離子化物理氣相沉積工藝而同時控制所述iPVD系統(tǒng)的參數(shù)，以在所述圖案化襯底的表面區(qū)域建立不超過約30nm/min的凈沉積速率。
93.如權(quán)利要求92的方法，其中進行所述離子化物理氣相沉積工藝包括在所述襯底上的通孔或溝槽的側(cè)壁上沉積阻擋層。
94.如權(quán)利要求92的方法，其中進行所述離子化物理氣相沉積工藝包括在所述襯底上的通孔或溝槽的側(cè)壁上沉積種子層。
95.如權(quán)利要求92的方法，其中進行所述離子化物理氣相沉積工藝包括控制所述iPVD系統(tǒng)的參數(shù)，以使所述襯底的表面區(qū)域上的凈沉積速率為零。
全文摘要
設置iPVD系統(tǒng)(200)，用于將例如阻擋材料(912)的均一材料沉積在半導體襯底(21)上的高深寬比的納米尺寸構(gòu)件(11)中，所采用的工藝在真空室(30)內(nèi)相對于表面(10)和底部(15)覆蓋而增加了側(cè)壁(16)覆蓋，而使突懸(14)最小和消除。在低靶功率和＞50mT的高壓下操作iPVD系統(tǒng)(200)，從而由靶濺射材料。將RF能量耦合到處理室中，從而形成高密度等離子體。為了提高覆蓋特別是底部覆蓋，可施加小RF偏壓(僅數(shù)伏特)。
文檔編號C23C14/02GK1938449SQ200580009861
公開日2007年3月28日 申請日期2005年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月26日
發(fā)明者弗蘭克·M·小切里奧, 雅克·法戈特, 布魯斯·D·吉特萊曼, 羅德尼·L·羅賓森 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社