用于濺射和再濺射的自離子化和電感耦合的等離子體的制作方法

專利名稱：用于濺射和再濺射的自離子化和電感耦合的等離子體的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及濺射和再濺射。特別地，本發明涉及在半導體集成電路的形成中材料的濺射沉積和沉積材料的再濺射。
背景技術：
半導體集成電路一般包括多層涂敷金屬以提供在大量有源半導體器件之間的電連接。先進集成電路，特別是那些用于微處理器的，可以包括五層或更多的涂敷金屬層。以前，鋁是受歡迎的涂敷金屬，但是已經開發銅作為先進集成電路的涂敷金屬。
在剖面1中示出了典型的涂敷金屬層。下級層110包括導電部件112。如果下級層110是諸如氧化硅或其他絕緣材料的下級介電層，則導電部件112可以是下級銅涂敷金屬，并且上級涂敷金屬的垂直部分因其互連兩層涂敷金屬而被稱為通路。如果下級層110為硅層，則導電部件112可以是摻雜硅區，并且在孔中形成的上級涂敷金屬的垂直部分因其電氣地接觸硅而被稱為觸點。上級介電層114沉積在下級介電層110和下級涂敷金屬112上。還有包括管線和溝槽的其他形狀的孔。同樣，如下所述，在雙金屬鑲嵌和類似的互連結構中，孔具有復雜形狀。在一些應用中，孔不貫穿介電層。后續討論僅針對通路孔，但是在大多數情況下，該討論同樣適用于僅有本領域所公知的少量修改的其他類型的孔。
通常，電介質是通過增強等離子體化學氣相沉積(PECVD)利用四乙烷正硅酸鹽(TEOS)作為前體形成的氧化硅。然而，可以考慮其他成分的低k材料和沉積技術。一些正在開發的低k電介質可以具有硅酸鹽的特征，例如氟化硅酸鹽玻璃。下文中僅直接描述硅酸鹽(氧化物)電介質，但可預計的是也可以使用其他電介質合成物。
在硅酸鹽電介質的情況中，通常利用氟基等離子體蝕刻工藝在上級介電層114中蝕刻通路孔。在先進集成電路中，通路孔的寬度可以小于等于0.18μm。介電層114的厚度通常至少為0.7μm，有時為其兩倍，以至于該孔的孔徑比為4∶1或更大。目前建議采用6∶1或更大的孔徑比。而且，在大多數情況下，通路孔應該具有垂直側面。
襯套層116可以沉積在孔的底部和側面上以及介電層114之上。襯套116可以實現幾個功能。它可以用作電介質與金屬之間的粘合層，因為金屬膜易于從氧化物上剝離。它還可以用作阻止氧化物基電介質與金屬之間相互擴散的屏障。它還可以用作籽晶和成核層以促進均勻的粘合和生長以及填充孔的金屬沉積物的可能的低溫重熔，并使獨立的籽晶層均勻生長。可以沉積一個或多個襯套層，其中一個層主要用作屏障層而其他層主要用作粘合、籽晶或成核層。
例如，諸如銅的導電金屬制成的互連層118隨后沉積在襯套層116上，以填充孔并覆蓋介電層114的頂部。通過對金屬層118的平面部分的選擇性蝕刻，常規的鋁涂敷金屬被構圖成水平互連。然而，用于銅涂敷金屬的稱為雙金屬鑲嵌的技術將介電層114中的孔形成為兩個連接部分，第一為穿過電介質底部的狹窄通路而第二為在表面部分中與通路互連的較寬溝槽。在金屬沉積之后，執行化學機械拋光(CMP)，該化學機械拋光除去暴露在電介質氧化物上相對較軟的銅而停止于較硬的氧化物上。結果，相似于鄰接的下一級的導電部件112，上級的多個填銅溝槽彼此隔離。填銅溝槽用作在填銅通路之間的水平互連。雙金屬鑲嵌工藝與CMP的結合不再需要蝕刻銅。已經研制出用于雙金屬鑲嵌的若干種層結構和蝕刻順序，并且其他的涂敷金屬結構具有相似的制造要求。
諸如出現在雙鑲嵌金屬中的襯套和填充通路孔以及相似的高孔徑比結構，隨著它們的孔徑比不斷增大，已經表現出持續的難題。4∶1的孔徑比是普通的，而且該值將進一步增大。此處所用的孔徑比定義為孔的深度和孔的最窄寬度的比率，孔的最窄寬度通常在其頂表面附近。0.18μm的通路寬度也是普通的，而且該值將進一步降低。對于形成在氧化物電介質中的先進的銅互連，屏障層的形成傾向于與成核和籽晶層明確分離。擴散屏障層可以由Ta/TaN、W/WN或Ti/TiN或其他結構的雙層形成。屏障層的典型厚度為10至50nm。對于銅互連，已發現沉積一個或更多個銅層以實現成核和籽晶功能是十分有利的。
通過常規物理氣相沉積(PVD)的襯套層或涂敷金屬的沉積，也稱為濺射，較快。DC磁控管濺射反應器具有由要濺射沉積的金屬組成的且由DC電源向其提供電力的靶。磁控管在靶的背面附近被掃描且將其磁場發射在相鄰于靶的反應器部分以增加那里的等離子體的密度，從而增加濺射速率。然而，常規的DC濺射(與要介紹的其他類型濺射相比較將其稱之為PVD)主要濺射中性原子。典型的PVD離子密度通常小于109cm-3。PVD還易于將原子濺射呈寬角分布，通常具有關于靶法線的余弦關系式。這種寬分布會不利于填充深且窄的通路孔122，以致如圖2中示出那樣，其中屏障層124已經沉積。大量的角外濺射顆粒可以引起層126優先沉積在孔122的上拐角周圍并形成突出物128。大的突出物可以進一步地限制進入孔122，并引起孔122的側壁130和底部132的不充分覆蓋。而且，突出物128在填充孔之前會跨接孔122并在孔122內的涂敷金屬中產生空白134。一旦形成空白134，通常很難通過將金屬加熱之接近其熔點來將其重熔。即使小的空白可以引起可靠性的問題。如果設計有第二涂敷金屬沉積步驟，如通過電鍍，跨接的突出物會使隨后的沉積更困難。
一種改善突出物問題的方法是長射程濺射，其中將濺射靶放置在距離要被濺射涂覆的晶片或其他基底相對較遠的地方。例如，靶至晶片的距離可以至少是晶片直徑的50％，優選大于90％，且更為優選地大于140％。結果，濺射分布的角外部分優先射向室壁，但是角中央部分仍然基本上射向晶片。截角分布會引起要深射入孔122中的濺射顆粒的高粒度級且減小突出物128的突出程度。通過在靶與晶片之間放置準直儀能夠實現類似效果。因為準直儀具有大量的高孔徑比的孔，角外濺射顆粒易于轟擊準直儀的側壁，角中央的顆粒易于穿過。遠距靶和準直儀通常都減小到達晶片的濺射顆粒的流量，從而有助于降低濺射沉積速率。隨著射程加長或隨著使校準更嚴于適應增加孔徑比的通路孔，這種減小可以變得更為顯著。
而且可以限制可增加的長射程濺射的長度。在PVD濺射中常使用的幾毫托的氬壓力下，隨著靶至晶片間隔的增加，氬分散濺射顆粒的可能性更大。因此，可以減少向前顆粒的幾何選擇。長射程和準直的另一問題是減少了的金屬粒子會導致較長的沉積周期，其不僅降低了產量，而且有助于增加晶片在濺射期間經歷的最大溫度。更進一步地，長射程濺射可以減小突出物并提供在側壁中間和上部的良好覆蓋，但是側壁下部和底部覆蓋會令人較不滿意。
用于深孔襯套和填充的另一技術是在稱為離子化金屬電鍍(IMP)的濺射工藝中利用高密度等離子體(HDP)濺射。一般的高密度等離子體的密度在除去等離子體護罩之外的具有全部等離子體范圍內的至少1011cm-3的平均等離子體密度，優選為至少1012cm-3。例如，在IMP沉積中，通過將RF電源電感耦合至來自在靶與晶片之間的等離子體源區周圍的纏繞的電線圈的等離子體，在遠離晶片的區域中形成獨立的等離子體源區。以這種方式產生的等離子體稱為電感耦合等離子體(ICP)。具有該結構的HDP室來自Applied Materials of Santa Clara，California的商用HDP PVD反應器。可以利用其他的HDP濺射反應器。較高的功率不僅離子化氬工作氣體還顯著增加濺射原子的離子系數，即產生金屬離子。晶片或者自充電至負電勢或為RF偏置以控制其DC電勢。隨著金屬離子接近負偏置晶片，它們被加速穿過等離子護罩。結果，它們的角分布在向前方向中變得更尖以至于它們深深地吸入通路孔。在IMP濺射中突起物成為更小的問題，且底部覆蓋和底部側壁覆蓋相對較高。
通常在諸如30毫托或更高的較高壓力下執行利用遠程等離子體源的IMP濺射。較高壓力和高密度的等離子體可以產生非常多的氬離子，該氬離子加速穿過等離子護罩倍至要被濺射沉積的表面。通常將氬離子的能量作為熱直接分散進要形成的膜中。在IMP中經歷的升高溫度下，即使在50至75℃那樣低的溫度下，銅可以與氮化鈦和其他屏障材料反浸潤。此外，氬易于植入形成中的膜。IMP沉積為在橫截面3的136示出的銅膜，該銅膜具有粗糙或不連續的表面形態。如果這樣，這種膜不會促進孔填充，特別是當襯套用作電鍍的電極時。
沉積金屬的另一種技術是持續自濺射(SSS)，其由Fu等人在1997年5月8日提交的美國專利申請序號08/854,008中以及Fu在1999年8月12日提交的美國專利號6,183,614 B1、序號09/373,097描述。例如，在鄰接銅靶處的足夠高的等離子體密度下，產生足夠高的銅離子密度以致銅離子以超出單位的量再濺射銅靶。然后氬工作氣體的供給可以被消除或至少減小到較低的壓力而銅等離子體仍舊持續。鋁被認為是不容易受SSS影響的。一些其他材料，如Pd、Pt、Ag和Au也可以經受SSS。
通過銅的持續自濺射而沉積的銅或其他金屬具有很多優點。在SSS中的濺射速率趨向于高。具有被加速穿過等離子護罩并朝向偏壓晶片的銅離子的高粒度級，因而就提高了濺射流的方向性。室壓可以非常低，其通常由背側的冷卻氣體的泄漏所限制，從而減小來自氬離子的晶片加熱，并減少氬引起的金屬顆粒的分散。
已經開發出促進持續自濺射的技術和反應器結構。可觀察到的是，盡管一些濺射材料因為低于單位的再濺射量而不能經受SSS，但是仍然可從這些同樣的技術和結構中獲益，可能這是因為產生部分自離子化等離子體(SIP)的部分自濺射。此外，即使可獲得沒有任何氬工作氣體的SSS，但是以低而有限的氬壓力的濺射銅通常是有利的。因此，SIP濺射是用于更多包括減小的或零工作氣體壓力的一般濺射工藝的優選術語，因而SSS是SIP的一種。
還可以通過利用金屬-有機前體的化學氣相沉積(CVD)來沉積金屬，其中金屬-有機前體諸如Cu-HFAC-VTMS，其可從Schumacher以具有額外添加劑的專利混合物的形式在市場上買到，商品名CupraSelect。本領域技術人員公知熱CVD處理可以與該前體一起使用，但是等離子增強CVD(PECVD)也有可能。即使在高孔徑比的孔中，CVD處理也能夠沉積幾乎保形的膜。例如，CVD將膜沉積為薄的籽晶層，然后PVD或其他技術用于最后的孔填充。然而，通常觀察到CVD銅籽晶層是粗糙的。粗糙可以消弱其作為籽晶層的作用，特別是作為重熔層的作用，重熔層要改善沉積銅深入孔中后的低溫重熔。同樣，粗糙表明會需要50nm數量級的較厚的CVD銅層來可靠地涂覆連續的籽晶層。現在考慮較窄的通路孔，特定厚度的CVD籽晶層會幾乎填充該孔。然而，通過CVD執行的完全填充會受中央接縫的影響，中央接縫會影響器件的可靠性。
另一種結合技術使用IMP濺射以沉積出一個薄的銅成核層，有時稱之為閃沉積(flash)，并且較厚的CVD銅籽晶層沉積在IMP層上。然而，如圖3所示，IMP層136可能是粗糙的，且CVD層易于保形地跟隨著粗糙的基底。因此，在IMP層上的CVD也容易粗糙。
電化學鍍(ECP)是另一種正在開發的銅沉積技術。在該方法中，將晶片浸入銅電解槽中。將晶片相對于槽電偏置，并按照普通的保形工藝將銅電化學地沉積在晶片上。還可以利用無電鍍技術。電鍍及其相關工藝是有利的，因為可以在大氣壓下用簡單的設備來執行它們，沉積速率高，而且液體處理與隨后的化學機械拋光相容。
然而，電鍍強加于其自身的需要。籽晶和粘合層通常設置在諸如Ta/TaN的屏障層頂部之上，以使電鍍的銅成核并將其粘結到屏障材料。而且，通路孔122周圍的普通絕緣的結構需要形成在絕緣層114與通路孔122之間的電鍍電極。鉭和其他屏障材料一般為相對較弱的電導體，而面對通路孔122(包含銅電解質)的屏障層124的常見的滲氮亞層對于在電鍍中需要的長橫向電流路徑甚至具有更弱的導電性。因此，經常沉積良導電性的籽晶和粘合層以促進電鍍有效地填充通路孔的底部。
沉積在屏障層124上的銅籽晶層一般用作電鍍電極。然而，優選連續平滑且均勻的膜。否則，電鍍電流會僅流向由銅覆蓋的區域或優選流向由較厚的銅覆蓋的區域。沉積銅籽晶層表現出其自身的困難。IMP沉積的籽晶層在高孔徑比的孔中提供良好的底部覆蓋，但是其側壁覆蓋可能是小的以致最終的薄膜可能是粗糙的或不連續的。薄的CVD沉積的籽晶也可能很粗糙。較厚的CVD籽晶層或IMP銅上的CVD銅需要過厚的籽晶層以獲得要求的連續性。此外，電鍍電極主要在整個孔側壁上操作以便于期望高側壁覆蓋。長射程提供充足的側壁覆蓋，但是底部覆蓋可能并不充足。

發明內容
本發明的一個實施例涉及通過在一個室中結合長射程濺射、自離子化等離子體(SIP)濺射、電感耦合等離子體(ICP)再濺射和線圈濺射來濺射沉積諸如氮化鉭的襯套材料。長射程濺射的特征為靶至基底的距離與基底直徑的比率較高。長射程SIP濺射促進離子化的和中性的沉積材料成分的深孔涂覆。ICP再濺射可以減小深孔底部覆蓋層的厚度以減小接觸電阻。在ICP再濺射期間，ICP線圈濺射能夠沉積保護層，具體地在諸如鄰接孔開口的區域上，其處可能并不希望通過再濺射變薄。
本發明的另一實施例涉及通過在一個室中結合長射程濺射、自離子化等離子體(SIP)濺射和電感耦合等離子體(ICP)濺射來濺射沉積諸如銅的互連材料。長射程SIP濺射促進離子化的和中性的銅成分的深孔涂覆。ICP濺射為深孔的良好底部覆蓋促進增強金屬離子化。
通過低于5毫托、優選低于2毫托且更為優選的低于1毫托的低壓，有助于促進SIP。特別在這些低壓下，具有相對較小面積從而增加靶功率密度的磁控管和具有產生磁場穿透基底的不對稱磁鐵的磁控管有助于促進SIP。在另一實施例中，離靶相對較遠延伸的電懸浮的濺射護罩也可促進SIP，優選在6至10cm的范圍內。通過提供一個或多個設置在等離子體生成區域周圍的RF線圈來促進ICP濺射。RF能量電感耦合于該區域以產生并保持等離子體。根據本發明的一個方案，控制濺射條件以在SIP與ICP濺射之間選擇，或者要不然在SIP與ICP濺射之間提供平衡從而控制濺射流中金屬離子和中性金屬原子的比率。
本發明可用于沉積籽晶層，促進在沉積了層之后的成核或種晶，特別有利于形成貫穿介電層的窄而深的通路或觸點。通過電化學鍍(ECP)沉積另一層。在另一實施例中，通過化學氣相沉積(CVD)沉積另一層。CVD層自身可以用作隨后ECP的籽晶層，或者CVD層可以完全填充孔，特別是對很高孔徑比的孔。
如下所討論的，存在本發明的其他方案。因此應該意識到，前述僅為本發明的一些實施例和方案的簡要說明。本發明的另外的實施例和方案將在下面提及。還應該意識到的是，在不脫離本發明的精神和范圍下對公開的實施例可以作出大量的變化。因此前述說明并無意限制本發明的范圍。更準確地，本發明的范圍僅由所附的權利要求及其等同物決定。


圖1是在現有技術中實施的由覆蓋介電層頂部的涂敷金屬填充的通路的橫截面圖。
圖2是在涂敷金屬填充通路期間的通路的橫截面圖，其中涂敷金屬突出并封閉了通路孔。
圖3是具有通過離子化金屬電鍍沉積的粗糙籽晶層的通路的橫截面圖。
圖4是可用于本發明實施例的濺射室的示意圖。
圖5是圖4的濺射室的各部分的電互連的示意圖。
圖6是詳述靶、護罩、線圈、支座、隔離體和靶的O-環的圖4的部分放大圖。
圖7是說明懸浮護罩的長度與維持等離子體的最小壓力之間關系的圖。
圖8A-8E是根據本發明的一個實施例的通路襯套和通路襯套形成工藝的橫截面圖。
圖9是根據本發明的一個實施例的工藝形成的通路涂敷金屬的橫截面圖。
圖10是根據本發明的替換實施例的濺射室的示意圖。
圖11是圖10的濺射室的各部分的電互連的示意圖。
圖12A和12B是描繪對于兩個不同磁控管和不同操作條件穿過晶片的電流流量的圖。
圖13A是根據SIP工藝的通路涂敷金屬的橫截面圖。
圖13B是根據替換SIP的通路涂敷金屬的橫截面圖。
圖14是降低晶片加熱的等離子體激發順序的流程圖。
圖15是可在其上實現本發明實施例的集成處理設備的示意圖。
具體實施例方式
在DC磁控管濺射反應器中的側壁和底部覆蓋之間的分布適合于制造諸如在介電層中的孔或通路中具有期望輪廓的襯套層的金屬層。濺射沉積入高孔徑比通路中的SIP膜可以具有良好的上側壁覆蓋且不易于產生突出物。如果需要，可以通過通路底部的ICP再濺射來減薄或消除底部覆蓋。根據本發明的一個方案，可以在反應器中獲得兩類濺射的優點，該反應器優選在分離步驟中結合SIP和ICP等離子產生技術的精選方案。這種反應器的實例以圖4中的150概要說明。另外，通過濺射位于室內的ICP線圈151將線圈材料沉積到基底上可使襯套層側壁的上部免于再濺射。
反應器150可以用于利用SIP或ICP、優選二者結合、但可選地也可二者中選其一產生的等離子體濺射沉積諸如互連層的金屬層。在DC磁控管濺射反應器中的離子化的與中性的原子流量的分布可以適合于在介電層中的孔或通路中產生保形涂層。如前所述，濺射沉積在高孔徑比的孔中的SIP膜具有良好的上側壁覆蓋并且不易于產生突出物。另一方面，ICP產生的等離子體可以增加金屬離子化以便于濺射沉積到這種孔中的膜可以具有良好的底部和底部拐角覆蓋。根據本發明的另一方案，在諸如反應器150的反應器中可以獲得兩種濺射類型的優點，在該反應器中結合兩種沉積技術的選擇方面。另外，如果需要，線圈材料也可以被濺射以貢獻于沉積層。
示出的實施例的反應器150是基于Endura PVD反應器變型的DC磁控管型反應器，Endura PVD反應器可從Applied Materials，Inc.ofSanta Clara，California公司獲得。反應器150包括真空室152，真空室152通常是金屬的且電接地、整個靶隔離器154一直到PVD靶156都被密封，其中PVD靶156具有至少一個表面部分是由要在晶片158上濺射沉積的材料組成的。雖然靶的濺射表面在附圖中畫作平面，但應意識到靶濺射表面可具有包括拱形和圓柱形在內的各種形狀。晶片可以是包括150、200、300和450nm在內的不同尺寸。所示反應器150能夠以長射程模式自離子化濺射(SIP)。該SIP模式可以用于一個實施例中，在該實施例中期望諸如主要針對孔側壁的覆蓋的非保形覆蓋。SIP模式還可以用于獲得保形覆蓋。
反應器150還具有RF線圈151，該線圈將RF能量電感耦合進入反應器的內部。由線圈151提供的RF能量將諸如氬的前體氣體離子化來保持等離子體以利用離子化的氬將沉積層再濺射為薄的底部覆蓋，或離子化濺射的沉積材料以改善底部覆蓋。在一個實施例中，例如，不是在諸如通常用于高密度IMP工藝的20-60毫托的較高壓力下保持等離子體，該壓力優選保持在相當低的壓力下，諸如對于氮化鉭沉積為1毫托或對于鉭沉積為2.5毫托。然而，取決于應用，在0.1至40毫托范圍內的壓力可適用。因此，認為在反應器150內的離子化速率明顯低于一般的高密度IMP工藝的離子化速率。該等離子體可以用于再濺射沉積層或離子化濺射的沉積材料，或兩者。更進一步地，可以濺射線圈151自身以在沉積到晶片上的材料的再濺射期間在對晶片上的那些不期望減薄沉積材料的區域提供保護涂層，或另外提供附加的沉積材料。
在一個實施例中，認為在多步工藝中可以獲得良好的上側壁覆蓋和底部拐角覆蓋，其中在一個步驟中，向線圈施加很少的RF功率或不施加。這樣，在一個步驟中，濺射靶的沉積材料的離子化主要作為自離子化的結果發生。因此，認為可以獲得良好的上側壁覆蓋。在第二步驟中且優選在相同的室中，可以向線圈151施加RF功率而向靶施加低功率或不施加。在該實施例中，幾乎不或沒有材料從靶156上濺射而前體氣體的離子化會主要由通過線圈151電感耦合的RF能量引發。ICP等離子可以通過蝕刻或再濺射來直接減薄或消除底部覆蓋以減小孔底部的屏障層電阻。另外，可以濺射線圈151以在不期望減薄的地方沉積保護材料。在一個實施例中，壓力保持相對較低以使等離子的密度也相對較低以減小來自線圈的濺射沉積材料的離子化。結果，濺射的線圈材料可以主要保持為中性以致主要沉積在上側壁上以保護那些部分不被減薄。
因為所示的反應器150能夠自離子化濺射，不僅作為RF線圈151保持的等離子體的結果而且還通過靶156自身的濺射，沉積材料可以自離子化。當期望沉積保形層時，認為結合的SIP和ICP離子化工藝為良好的底部和底部拐角覆蓋提供充足的離子化材料。然而，還認為由RF線圈151提供的低壓等離子體的較低的離子化速率使充足的中性濺射材料保持非離子化以便于沉積在上側壁。這樣，認為離子化沉積材料的組合源可以提供良好的上側壁覆蓋以及良好的底部和底部拐角覆蓋，下面將作更為詳細的解釋。
在替換實施例中，認為可以在多步工藝中獲得良好的上側壁覆蓋、底部覆蓋和底部拐角覆蓋，在該工藝中，在一個步驟中，幾乎沒有或沒有RF功率施加到線圈。這樣，在一個步驟中，沉積材料的離子化會主要作為自離子化的結果發生。結果，認為可以獲得良好的上側壁覆蓋。在第二步驟中且優選在相同的室中，RF功率施加到線圈151。另外，在一個實施例中，充分升高壓力以便于保持高密度等離子體。結果，認為在第二步驟中可以獲得良好的底部以及底部拐角覆蓋。
晶片夾具160將晶片158夾持在基座電極162上。可以提供阻抗加熱器、制冷槽和在基座162中的熱傳遞氣體腔以允許基座的溫度被控制在小于-40℃的溫度，從而使晶片溫度被相似地控制。
通過第二介電護罩隔離體168獨立的暗區護罩164和室護罩166保持在室152內以保護室壁152不受濺射材料的影響。在示出的實施例中，暗區護罩164和室護罩166接地。然而，在一些實施例中，護罩可以懸浮或偏壓至非接地電平。室護罩166還充當相對于陰極靶156的陽極接地平面，從而電容性支撐等離子體。如果允許暗區護罩電懸浮，一些電子會沉積在暗區護罩164上以至于在那構成負電荷。認為負電勢不僅可以排斥進一步的電子沉積，而且如果需要，將電子限定在主要的等離子體區域，這樣減小了電子損失，維持了低壓濺射，并增加了等離子體的密度。
通過多個線圈支座180將線圈151支撐在護罩164上，線圈支座將線圈151與支撐護罩164電絕緣。另外，支座180具有曲折的通道，該通道允許導電材料從靶110到線圈支座180上重復沉積同時防止沉積材料從線圈151到護罩164的全部導電路徑形成，該導電路徑會將線圈151短路于護罩164(其通常接地)。
為了能夠將線圈用作電路路徑，RF功率通過真空室壁并通過護罩164穿至線圈151的端部。真空饋入裝置(未示出)延伸穿過真空室壁以提供來自發生器的RF電流，該發生器優選位于真空壓力室的外部。通過饋入裝置支座182穿過護罩164向線圈151施加RF功率(圖5)，與線圈支座180相似饋入裝置支座182具有曲折通道以防止會將線圈151短路于護罩164的從線圈151到護罩164的沉積材料的路徑形成。
等離子體暗區護罩164通常為圓柱形。等離子體室護罩166通常為碗狀，并包括常為圓柱狀的、垂直定向的壁190，支座180和182與該壁190相連以絕緣地支撐線圈151。
圖5是示出的實施例的等離子體產生設備的電連接示意圖。為了吸引有等離子體產生的離子，例如，通過在1-40kW的DC功率下可變的DC電源200對靶156優選地加負偏壓。電源200將靶156負偏壓至相對于室護罩166大約-400至-600 VDC以激發并維持等離子體。通常使用1與5kW之間的靶功率來激發等離子體而大于10kW的功率優選用于此處所述的SIP濺射。例如，可以使用24kW的靶功率來通過SIP濺射沉積氮化鉭，并可以使用20kW的靶功率來通過SIP濺射沉積鉭。在ICP再濺射期間，靶功率可以減小至100-200瓦，例如，為保持等離子體的均勻性。或者，如果期望在ICP再濺射期間靶濺射，靶功率可以保持在較高的水平，或者如果需要可以將其完全關掉。
因此盡管可以允許基座162和晶片158電懸浮，但是其上仍可能產生負DC自偏壓，或者，可以通過在-30 VDC下的電源202對基座162加負偏壓，來對基底159加負偏壓以將離子化的沉積材料吸引至基底。其他實施例可以將RF偏壓施加到基座162以進一步控制其上產生的負DC偏壓。例如，偏壓電源202可以是工作于13.56MHz的RF電源。其可提供在10瓦至5kW范圍內的RF功率，例如，對于在SIP沉積中的200mm晶片更優選的范圍在150至300W的。
線圈151的一端通過饋入裝置支座182穿過護罩166絕緣耦合至RF電源如放大器以及匹配網絡204的輸出。匹配網絡204的輸入耦合于RF發生器206，該發生器為了該實施例的ICP等離子體的生成提供大約1或1.5kW的RF功率。例如，優選的是對于氮化鉭沉積為1.5kW的功率和對于鉭沉積為1kW的功率。優選范圍為50瓦至10kW。在SIP沉積期間，如果需要，可以關掉導線圈的RF功率。或者，如果需要，在SIP沉積期間提供RF功率。
線圈151的另一端也通過相似的饋入裝置支座182穿過護罩166絕緣地耦合至地線，優選地穿過為可變電容器的極間耦合電容器208，以在線圈151上維持DC偏壓。因此線圈151上的DC偏壓和線圈濺射速率可以通過耦合至線圈151的DC電源209來控制，如美國專利號6,375,810所描述的。用于ICP等離子體產生和線圈濺射的適合的DC功率范圍包括50瓦至10千瓦。在線圈濺射期間的優選值為500瓦。如果需要，在SIP沉積期間，可以關掉到線圈151的DC功率。
當然，上述功率水平可以根據具體應用而改變。可以編程基于計算機的控制器224以控制根據具體應用的各種電源的功率水平、電壓、電流和頻率。
可以將RF線圈151放置在室中的較低位置處以便線圈濺射的材料轟擊晶片時具有低入射角。結果，線圈材料優先沉積在孔的上拐角以便于當孔的底部通過ICP等離子體再濺射時保護孔的那些部分。在示出的實施例中，優選地，當線圈的主要功能是產生等離子體以再濺射晶片和在再濺射期間提供保護涂層時，將線圈定位成和靶相比更接近于晶片。對于許多應用，認為線圈至晶片的間距為0至500mm的是合適的。然而要意識到，實際的位置會取決于具體應用而改變。在這些應用中，其中線圈的主要功能是產生等離子體以離子化沉積材料，可以將線圈更接近于靶定位。同樣，在1996年7月10日提交的標題為Sputtering Coil for Generating a Plasma的且為本申請的受讓人轉讓的美國專利號6,368,469(律師摘要(attorney docket)1390-CIP/PVD/DV)中更為詳細地闡述，還可以定位RF線圈以改善由濺射的線圈材料沉積的層的均勻性。另外，線圈可以具有以螺旋或螺線方式形成的多個匝或具有如單匝的少量匝以減小復雜性和成本并便于清潔。
各種線圈支撐支座和饋入裝置支座可以用于絕緣地支撐線圈。因為特別是在與SSS、SIP和ICP相關的包括高電壓的高功率水平下的濺射，介電隔離體通常分成不同的被偏置的部分。從而期望保護這種隔離體不被金屬沉積。
支座的內部結構優選為曲折的，如在2000年2月29日提交的標題為“COIL AND COIL SUPPORT FOR GENERATING A PLASMA”的由本申請的受讓人轉讓的未決申請序號09/515,880中更為詳細地描述。線圈151和直接暴露于等離子體中的支座的那些部分優選由與要沉積的材料相同的材料制成。因此，如果要沉積的材料由鉭制成，則支座的外部也優選由鉭制成。為了促進沉積材料的粘結，通過會減少沉積材料顆粒脫落的噴丸清洗(bead blasting)處理暴露的金屬表面。除了鉭之外，線圈和靶可以由包括銅、鋁和鎢的各種沉積材料制成。應該設計迷宮體(labyrinth)的尺寸以阻止線圈到護罩的完整的導電路徑形成。當導電的沉積材料沉積在線圈和支座上時，這種導電路徑會形成。應該意識到，迷宮體的其他的尺寸、形狀和通道數量是可能的，這取決于具體應用。影響迷宮體設計的因素包括要沉積的材料的類型和在支座需要被清洗或替換之前期望的沉積量。適合的饋入裝置支座可以以相似的方式構造，除了RF功率要施加到穿過支座延伸的螺栓或其他導電部件的情況外。
線圈151可以具有重疊但間隔的端部。在這種布置中，每一端的饋入裝置支座182可以在平行于真空室靶156與基底夾具162之間的等離子體室中心軸的方向上疊置，如圖4所示。結果，從線圈一端到線圈另一端的RF路徑可以相似地重疊從而避免了晶片上的間隙。認為這種重疊布置可以提高等離子產生、離子化和沉積的均勻性，如在1998年3月16日提交的由本申請受讓人轉讓的未決申請序號09/039,695中描述的。
支撐支座180分布在線圈剩余物的周圍以提供適合的支撐。在示出的實施例中，每一個線圈具有三個在各自線圈的外面呈90度分離分布的轂部件504。應該意識到支座的數量和間距可以根據具體應用而改變。
所示實施例的線圈151每個由制成單匝線圈的2×1/4英寸的耐用的經噴丸清洗的鉭或銅帶制成。然而，可以利用其他高導電材料和形狀。例如，線圈的厚度可以減小至1/16英寸而寬度增加至2英寸。此外，可以利用中空管，特別是如果期望使用水冷卻。
適合的RF發生器和匹配電路是本領域的技術人員所公知的組件。例如，諸如ENI Genesis系列的RF發生器是適合的，其具有頻率搜索以找到與匹配電路和天線相匹配的最佳頻率的能力。用于向線圈產生RF功率的發生器的頻率優選為2MHz，但是可預料到的是，例如，該范圍可在其他AC頻率如1MHz至200MHz和非RF頻率下改變。這些組件還可以通過可編程控制器224控制。
靶156包括鋁或鈦的背襯板230，向該背襯板230焊接或擴散粘結諸如鉭和銅的要沉積的金屬的靶部分232。背襯板230的凸緣233放置于并通過聚合物靶O-環234真空密封于靶隔離體154，靶隔離體154優選由諸如氧化鋁的陶瓷構成。靶隔離體154放置于并通過適配器O-環245真空密封于室152，其實質上是密封主室體的鋁適配器。
金屬夾具環236在其內部半徑側面上具有向上延伸的環形邊237。螺栓或其他適合的固定件將金屬夾具環236固定于室152的向內延伸的凸緣238上，并將鎖住室護罩166的凸緣239。從而，室護罩166機械地且電氣地連接于接地的室152。
1999年10月8日提交的、本申請的受讓人轉讓的、序號為09/414,614的、標題為“Self-ionized Plasma for Sputtering Copper”(律師摘要號3920)的未決申請描述了一個室護罩的適合結構的實施例。如那兒更為詳細的描述，護罩隔離體168自由放置在夾具環236上且可以由諸如氧化鋁的陶瓷材料加工而成。其是緊湊的，但與較小的寬度相比具有約165mm的相對較大的高度以在反應器溫度循環期間提供強度。護罩隔離體168下部具有適合于夾具環236的邊237外部的內部環形凹口。邊237不僅使護罩隔離體168相對于夾具環236內徑位居中心，而且還用作防止陶瓷護罩隔離體168與金屬環夾具236之間的滑動表面250產生的任何顆粒到達主處理區的屏障層。
暗區護罩164的凸緣251自由放置在護罩隔離體168上且具有在其外側向下延伸進形成于護罩隔離體168的上外部拐角的凹槽中的突出部或邊252。由此，突出部252在護罩隔離體168外徑處使暗區護罩164相對于靶156位居中心。護罩突出部252通過一個窄間隙與護罩隔離體168分離，該窄間隙要足夠小以對準等離子體暗區，同時該窄間隙又要足夠大以防止護罩隔離體168夾緊，并且暗區護罩251放置與在突出部252內側和上面的滑動接觸區253中的護罩隔離體168上。
窄溝道254形成在暗區護罩164的頭部255與靶156之間。其具有大約2mm的寬度以充當等離子暗區。窄溝道254繼續在路徑中延伸，甚至比剛才所述的背襯板234的脊256更加徑向地向內，其中脊256向下突起至護罩頭部255與靶隔離體154之間的上部后間隙260。這些元件的結構和它們的特性類似于Tang等人在1998年10月30日提交的美國專利申請09/191,253中所公開的。上部后間隙260在室溫下具有大約1.5mm的寬度。當護罩元件被溫度循環時，它們易于變形。具有小于鄰近靶156的窄溝道254的寬度的上部后間隙260足以保持窄溝道254中的等離子體暗區。后間隙260繼續向下延伸至內側的護罩隔離體168與環夾具236以及外側的室體152之間的下部后間隙262。下部后間隙262用作收集陶瓷護罩隔離體168與夾具環236以及暗區護罩164之間的滑動表面250、253產生的陶瓷顆粒的腔體。護罩隔離體168另外還包括在其上面的內部拐角上的淺凹口264以收集來自其徑向向內的側面上的滑動表面253的陶瓷顆粒。
暗區護罩164包括向下延伸的寬的上圓柱部分288，該圓柱部分從凸緣251向下延伸并通過過渡部分292將其下端連接至較窄的下圓柱部分290。相似的，室護罩166具有暗區護罩164外側的較寬的上圓柱部分294，因而比暗區護罩164的上圓柱部分要寬。接地上圓柱部分294在其上端部上連接于接地護罩凸緣250而在其下端通過過渡部分298連接至變窄的下圓柱部分296，過渡部分298近似地向室的徑向延伸。接地下圓柱部分296裝于暗區下圓柱部分290的外側，從而比暗區下圓柱部分290寬；但是其比暗區上圓柱部分164小大約3mm的徑向間距。兩個過渡部分292、298都垂直或水平偏移。因此在暗區與室護罩164、166之間形成曲折窄溝道300，在接地下圓柱部分296與暗區上圓柱部分164之間的偏移確保在兩個垂直溝道的部分間沒有的直的瞄準線。溝道300的一個目的是電隔離兩個護罩164、166同時保護夾具環236和護罩隔離體168不受銅沉積的影響。
護罩164、166的下圓柱部分290、296之間的溝道300的下部具有4∶1或更大的孔徑比，優選為8∶1或更大。溝道300的下部具有示例性的寬度0.25cm和長度2.5cm，且優選范圍在0.25至0.3cm與2至3cm。由此，透過溝道300的任何沉積材料和散射的沉積材料原子很可能必須從護罩反彈幾次，并且在它們發現它們進一步朝向夾具環236和護罩隔離體168的路之前至少通過上接地圓柱部分294停止。任意一次反彈都可能導致離子被護罩吸收。在兩個過渡部分292、298之間的溝道300中的兩個相鄰90度轉彎或彎曲還將護罩隔離體168與等離子體隔離。采用60度彎曲或45度彎曲可以獲得相似但減弱的效果而且更為有效的90度彎曲更容易形成于護罩材料中。90度轉彎更為有效，因為它們增加了來自任意方向的沉積顆粒具有至少一次高角度轟擊并由此通過上接地圓柱部分而損失它們大部分能量的可能性。90度轉彎還遮蔽夾具環236和護罩隔離體168免受沉積顆粒的直接照射。認為金屬優先在暗區過渡部分292的底部水平表面上和在一個90度轉彎的兩端部的垂直上接地圓柱部分294上沉積。同樣，在室護罩166的水平過渡部分298上的處理期間，回旋溝道300收集由護罩隔離體168產生的陶瓷顆粒。這樣的所收集的顆粒會被同樣進行收集的金屬粘住，這是有可能的。
返回大視4，室護罩166的下圓柱部分296繼續向下延伸至恰好在支撐晶片158的底座162頂部后面。室護罩166然后繼續徑向向內延伸至碗狀部分302并在最內側的圓柱部分151中垂直向上延伸至近似于晶片158的高度而與底座162的外側徑向間隔開。
護罩164、166一般由不銹鋼構成。且它們的內側可以被噴丸清洗或另外使其變粗糙的方式，以促進濺射沉積在它們上的材料的粘合。然而，有時在延長的濺射期間，沉積材料堆積至很可能剝落的厚度，產生了有害的顆粒。在到達該點之前，應該清洗護罩或更為可能地用新護罩替換。然而，在大部分維護周期中不需要替換較昂貴的隔離體154、168。而且，維護周期是由護罩的剝落來決定的，而不是由隔離體的電短路決定。
如上所述，暗區護罩164如果懸浮會堆積一些電子電荷并建立起負電勢。由此抑制進一步到暗區護罩164的電子損失并由此限定更加接近靶156的等離子體。Ding等人已經在美國專利5,736,021中公開了具有有些類似結構的類似效果。然而，圖6的暗區護罩164具有其下圓柱部分290，該部分290比Ding等人的相應部分更加遠離靶156延伸，由此將等離子體限制在較大容積。然而，暗區護罩164將室護罩166與靶156電屏蔽因而其不會延伸至離靶156太遠。如果太長，則很難轟擊等離子體，但是如果太短，會增加電子損失以至于不能在低壓下維持等離子體且等離子體密度下降。已經找到最優長度，在該長度下暗區護罩166的底部頂點306與靶156的面距離6cm，暗區護罩166的總軸向長度為7.6cm，如圖6所示。測試三種不同的暗區護罩的保持銅濺射的最小壓力。對于1kW和18kW的靶功率，結果在圖7中示出。橫坐標表示總護罩長度，在護罩頂點164與靶156之間的間距小于1.6cm。間距的優選范圍為5至7cm，長度優選范圍為6.6至8.6cm。將護罩長度延伸至10cm略微減小了最小壓力但是增加了轟擊等離子體的難度。
再次參考圖4，氣體源314通過質量流控制器316向室152供給濺射工作氣體，一般為化學性質不活潑的惰性氣體氬。允許工作氣體通過一個或多個入口管通到室的頂部，或如示出的，在其底部，其中該入口管穿透貫穿室護罩166底部或者貫穿室護罩166、晶片夾具160和底座162之間的間隙318的孔。通過寬泵壓口322連接于室152的真空泵系統320將室保持在低壓下。雖然基本壓力可以保持在大約10-7托或更低，但工作氣體的壓力在常規濺射期間一般保持在大約1與1000毫托之間而在SIP濺射中低于大約5毫托。基于計算機的控制器224控制包括DC靶電源200、偏壓電源202和質量流控制器316的反應器。
為了提供有效的濺射，磁控管330放置在靶156的背面。其具有由磁軛336連接并支撐的對置磁鐵332、334。磁鐵在室152內產生相鄰于磁控管130的磁場。磁場俘獲電子，而對于電荷中性，離子密度增加以形成高密度等離子體區338。通常通過電機驅動軸342在靶156的中心340附近旋轉磁控管330，以在靶156的濺射中獲得完整的覆蓋。為了獲得高密度的等離子體338，其離子密度要足以允許銅的持續自濺射，必須使傳送到相鄰于磁控管330的區域的功率密度優選地高。這可以通過增加從DC電源200的傳送的功率水平并通過減小磁控管330的面積如用三角形或跑道形來獲得，如Fu在上述引用的專利中所描述的。一個以其近似與靶中心340一致的頂點旋轉的60度三角形磁控管在任何時候僅覆蓋靶的大約1/6。1/4的覆蓋在能夠SIP濺射的商用反應器中為優選的最大值。
為了減少電子損失，通過內部磁鐵332和磁極面表現的內部磁極應該沒有顯著的孔且由通過外部磁鐵334和磁極面表示的連續的外部磁極包圍。而且，為了將離子化的濺射顆粒導向晶片158，外部磁極必須比內部磁極產生更高的磁通量。延伸的磁場線俘獲電子且因此將等離子體傳播到更接近于晶片158。磁通量的比率應該至少為150％且優選大于200％。Fu的三角形磁控管的兩個實施例具有25個外部磁鐵和6或10個相同強度但相反極性的內部磁鐵。雖然結合均勻的靶表面來描述，會意識到各種不均衡的磁控管可以與各種形狀的靶一起使用以產生自離子化等離子體。
當允許氬進入室中時，在靶156與室護罩166之間的DC電壓差將氬激發成為等離子體，且帶正電荷的氬離子被吸引到帶負電荷的靶156。離子在足夠的能量下轟擊靶156并產生要從靶156上濺射的靶原子或原子團。一些靶顆粒轟擊晶片158并由此沉積在其上，由此形成靶材料膜。在金屬氮化物的反應濺射中，還允許氮氣進入室中，且氮與濺射的金屬原子反應以在晶片158上形成金屬氮化物。
圖8A-8E示出根據本發明的一個方案的襯套層形成的順序橫截面圖。參考圖8A，層間電介質345(例如二氧化硅)沉積在互連348(圖8E)的第一金屬層(例如第一銅層347a)上。然后在層間電介質345中蝕刻通路349以暴露第一銅層347a。可以利用CVD、PVD、電鍍或其他這樣的公知金屬沉積技術來沉積第一金屬層，且第一金屬層穿過介電層經由觸點連接到形成在下面的半導體晶片中的器件。如果將第一銅層347a暴露于氧氣，諸如當晶片從蝕刻室中移走，在該蝕刻室中，蝕刻覆蓋第一銅層的氧化物以產生用于制造第一銅層與第二種要被沉積金屬層之間的通路的孔，可以很容易地在其上形成絕緣/高阻抗的氧化銅層347a′。因此，為了減小銅互連348的阻抗，會除去通路349內的任何氧化銅層347a′和任何處理剩余物。
在除去氧化銅層347a′之前，屏障層351可以沉積(例如，在圖2的濺射室152內)在層間電介質345上和暴露的第一銅層347a上。優選包括鉭、氮化鉭、氮化鈦、鎢或氮化鎢的屏障層351阻止隨后沉積的銅層混入層間電介質345中并退化層間電介質(如前所述)。
例如，如果濺射室152構造成用于氮化鉭層的沉積，采用鉭靶156。一般地，氬氣和氮氣都通過氣體入口360(可以使用多個入口，每一種氣體一個入口)流入濺射室152，同時功率信號經由DC電源200施加到靶156。選擇地，功率信號還可以經由第一RF電源206施加到線圈151。在穩定狀態的處理期間，氮與鉭靶156反應以在鉭靶156上形成氮化物膜以便于從其上濺射氮化鉭。另外，還會從靶上濺射非氮化物鉭原子這種原子可以與氮結合在飛行中或在由底座162支撐的晶片(未示出)上形成氮化鉭。
在操作中，可操作地耦合到排放出口的節流閥被放置在中間位置，以便在將處理氣體引入室之前將沉積室152保持在期望的大約1×10-8托的低真空級。為了在濺射室152內開始處理，氬氣和氮氣的混合物經由氣體入口360流入濺射室152中。在氣體壓力穩定在10-100毫托之后，將DC功率經由DC電源200施加到鉭靶1 56(同時氣體混合物繼續經由氣體入口360流入濺射室152并通過泵37從其中抽出)。施加到靶156的DC功率使氬/氮氣體混合物形成SIP等離子體并產生氬和氮離子，這些粒子被吸引到靶156并轟擊靶156使靶材料(例如坦和氮化鉭)從其上噴射出。噴射的靶材料傳到并沉積在由底座162支撐的晶片158上。根據SIP工藝，由不對稱的磁控管產生的等離子體離子化部分濺射的鉭和氮化鉭。通過調節施加到基底支撐底座162的RF功率信號，可以在基底支撐底座162與等離子體之間產生負偏壓。基底維持底座162與等離子體之間的負偏壓使鉭離子、氮化鉭離子和氬離子朝向底座162和支撐在其上的任何晶片加速。因此，中性的和離子化的氮化鉭可以沉積在晶片上，根據SIP提供良好的側壁和上側壁覆蓋。另外，特別是如果RF功率選擇施加到ICP線圈，可以通過氬離子濺射蝕刻晶片同時來自靶156的氮化鉭材料沉積在晶片上(即，同步沉積/濺射蝕刻)。
在屏障層351沉積之后，如果期望減薄或消除底部，可以通過氬等離子體如圖8B中所示濺射蝕刻或再濺射在通路349底部的屏障層351和其下的氧化銅層347a′(以及任何處理剩余物)。主要通過向ICP線圈施加RF功率氬等離子體優選在該步驟中產生。值得注意的是，在該實施例中的濺射室152(圖2)內的濺射蝕刻期間，施加到靶156的功率優選被除掉或減小至低電平(例如100或200W)，以便于抑制或阻止來自靶156的顯著沉積。低的靶功率水平，而不是沒有靶功率，可以提供更均勻的等離子體且現在為優選的。
ICP氬離子通過電場(例如由圖2的第二RF電源41施加在基底支撐底座162的RF信號，該信號在底座上產生負的自偏壓)朝屏障層351加速，轟擊屏障層351，且取決于動量傳遞，從通路孔的底部濺射屏障層材料并沿著涂覆通路349側壁的屏障層351的部分將其再分布。將氬離子在基本垂直于基底的方向上吸引至基底。結果，幾乎沒有通路側壁的濺射發生，而充分發生通路底部的濺射。為了促進再濺射，例如，施加到底座和晶片的偏壓可以為400瓦。
再濺射工藝參數的具體值可以根據具體工藝而改變。未決的或已出版的申請08/768,058、09/126,890、09/449,202、09/846,581、09/490,026和09/704,161描述了再濺射工藝，它們通過引用被整體地并入此處。
根據本發明的另一方案，ICP線圈151可以由諸如鉭的襯套材料以與靶156相同的方式形成，并被濺射以在晶片上沉積氮化鉭同時再濺射通路底部。由于在再濺射工藝期間相對低的壓力，從線圈151上濺射的沉積材料的離子化速率相對較低。因此，沉積到晶片上的濺射材料主要為中性材料。另外，將線圈151相對較低地放置在室中，包圍并相鄰于晶片。
因此，從線圈151上濺射的材料的軌道易于具有相對較小的入射角。因而，從線圈151上濺射的材料易于沉積在晶片上表面上的以及晶片的孔或通路的開口周圍的層364中，而不深入晶片孔中。來自線圈151的沉積材料可以用于提供保護免受再濺射的程度以致通過主要在孔底部的再濺射來減薄屏障層，而非在側壁上和孔開口的周圍，那里并不希望減薄屏障層。
一旦已經從通路底部濺射蝕刻屏障層351，氬離子就轟擊氧化銅層347a′，并濺射該氧化層以再分布來自通路底部的氧化銅層材料，濺射材料的一些或全部沿著涂覆通路349側壁的屏障層351的部分進行沉積。銅原子347a″也涂覆沉積在通路349側壁上的屏障層351和364。然而，因為初始沉積的屏障層351以及從通路底部到通路側壁再分布的屏障層是銅原子347a″的擴散屏障，銅原子347a″在屏障層351內基本上不能移動，并被阻止到達層間介電層345。因此沉積在側壁上的銅原子347a″通常不產生通路至通路的漏電流，因為它們被再分布到沒有涂覆的側壁。
此后，在相同的室152或具有SIP和ICP能力的類似室中，在先前的屏障層351上可以沉積由諸如鉭的第二材料制成的第二襯套層371(圖8C)。鉭襯套層在下面的氮化鉭屏障層與隨后沉積的諸如銅的導體金屬互連層之間提供良好的粘結。可以用與第一襯套層351相同的方式沉積第二襯套層371。即，可以在第一SIP步驟中沉積鉭襯套層371，在該步驟中主要通過靶磁控管330產生等離子體。然而，不允許氮氣進入以便于沉積鉭而非氮化鉭。根據SIP濺射，可以獲得良好的側壁和上側壁覆蓋。如果需要，可以減小或消除到ICP線圈151的RF功率。
在鉭襯套層371沉積之后，如果希望減薄或消除底部，可以通過氬等離子體以與襯套層351底部相同的方式濺射蝕刻或再濺射其下的通路349底部的部分襯套層371(和任意的處理剩余物)，如圖8D中所示。主要通過向ICP線圈施加RF功率來在該步驟中優選產生氬等離子體。又一值得注意的是，在濺射室152(圖2)內的濺射-蝕刻期間，優選將施加到靶156的功率除去或減小至低電平(例如500W)以便于在減薄或消除第二襯套層的底部覆蓋期間抑制或阻止來自靶156的顯著沉積。另外，線圈151被優選濺射以沉積襯套材料374，同時氬等離子體再濺射該層底部以保護襯套側壁和上部在底部部分再濺射期間基本上不被減薄。
在上述實施例中，通路側壁上的靶材料的SIP沉積主要發生在第一步驟中，而通路底部的ICP再濺射和線圈151材料的ICP沉積主要發生在隨后的步驟中。應意識到，如果需要，在通路349側壁上的靶材料和線圈材料的沉積能夠同步發生。還應進一步意識到，如果需要，在通路349底部的沉積材料的ICP濺射-蝕刻與靶和線圈材料在側壁上的沉積能夠同步發生。通過調節施加到線圈151、靶156和底座162的功率信號利用圖2的室152可以實現同步沉積/濺射-蝕刻。因為線圈151可以用于保持等離子體，所以等離子體可以濺射晶片，在該晶片上具有相對較低的偏壓(小于需要維持等離子體的偏壓)。一旦到達濺射閾值，對于具體的晶片偏壓，施加到線圈151的RF功率(“RF線圈功率”)相比較于施加到靶156的DC功率(“DC靶功率”)的比率影響濺射蝕刻與沉積之間的關系。例如，RF∶DC功率比率越高，發生濺射蝕刻就越多，這是由于增加的離子化以及隨后增加的到晶片的離子轟擊流量。增加晶片的偏壓(例如增加施加到支撐底座162的RF功率)會增加引入離子的能量，這將會增加濺射量和蝕刻率。例如，增加施加的底座162的RF信號的電壓電平增加了入射在晶片上的離子能量，同時增加施加到底座162的RF信號的占空比來增加入射離子的數量。
因此，可以調節晶片偏壓的電壓電平和占空比來控制濺射率。另外，保持DC靶功率低會減少可用于沉積的屏障材料的數量。零DC靶功率會導致僅進行濺射-蝕刻。與高RF線圈功率和晶片偏壓耦合的低DC靶功率會導致同時發生通路側壁沉積和通路底部濺射。因此，該工藝適合于所述的材料和幾何形狀。對于利用鉭或氮化鉭作為屏障材料的200mm晶片上的一般3∶1的孔徑比，在2至3kW或更大的RF線圈功率的、具有持續施加的250W至400W或更大的晶片偏壓(例如100％的占空比)的500W至1kW的DC靶功率會導致屏障層沉積在晶片側壁上而從通路底部除去材料。DC靶功率越低，沉積在側壁上的材料越少。DC靶功率越高，濺射通路底部所需的RF線圈功率和/或晶片偏壓功率也就越高。例如，在線圈151上的2kW RF線圈功率水平和在底座162上的具有100％占空比的250W RF晶片功率水平可以用于同步沉積/濺射蝕刻。在同步沉積/濺射蝕刻初期(例如，幾秒鐘或更多，取決于所述的具體幾何形狀/材料)可以不施加晶片偏壓以使充足的通路側壁覆蓋來防止通路底部的材料的濺射蝕刻污染側壁。
例如，在通路349的同步沉積/濺射蝕刻初期不施加晶片偏壓會促進在層間電介質345上的初始屏障層的形成，該屏障層抑制濺射的銅原子在沉積/濺射蝕刻的剩余物操作期間污染層間電介質345。或者，可以在相同的室內順序完成沉積/濺射蝕刻，即通過在第一處理室內沉積屏障層351，在獨立的第二處理室(例如諸如Applied Materials′Preclean II室的濺射-蝕刻室)內濺射蝕刻屏障層351和氧化銅層347a′。
在第二襯套層371沉積且底部覆蓋減薄之后，沉積第二金屬層347b(圖8E)以形成銅互連348。第二銅層347b可以保形地或以致形成如圖8E所示的銅插塞347b′地沉積在第二襯套層371之上和在每一通路底部暴露的第一銅層347a的部分之上。銅層347b可以包括銅籽晶層。因為第一和第二銅層347a、347b直接接觸，而不是通過屏障層351或第二襯套層371接觸，因此銅互連348的阻抗可以較低，同樣通路至通路的漏電流也可以較低。
如果互連由不是襯套層或多層的不同導電金屬形成，可以在具有不同導電金屬靶的濺射室中沉積互連層。濺射室可以為SIP型或ICP型。可以通過包括CVD和電化學鍍的其他類型的室和設備的其他方法來沉積金屬互連。
更進一步，根據本發明的另一方案，互連層或多層可以在相似于產生SIP和ICP等離子體的室152的濺射室中沉積。如果在諸如室152的室中沉積，例如，靶156會由諸如銅的沉積材料形成。另外，ICP線圈151也可以由相同的沉積材料形成，特別是如果需要線圈濺射用于部分或全部的互連金屬沉積。
如前所述，示出的室152能夠包括持續自濺射的銅的自離子化濺射。在這種情況中，在已經激發等離子體之后，在SSS的情況中關閉氬供給，且銅離子具有足夠的高密度以大于單位的量銅靶。或者，可以繼續供給一些氬離子，但是是在減小的流速和室壓下，并且可能具有不足以維持純的持續自濺射的靶功率密度，但是仍具有顯著的而減小的自濺射粒度。如果氬壓力顯著地增加至5毫托之上，氬會從銅離子上除去能量，從而減小自濺射。晶片偏壓將銅顆粒的離子化的碎屑深深地吸入孔中。
然而，為了使用部分中性流獲得較深的孔的涂層，需要增加靶156與晶片1 58之間的距離，即為了在所述的長射程模式中操作。在長射程中，靶至基底的間距一般大于基底直徑的一半，優選地大于晶片直徑，更優選地，至少應是基底直徑的80％，并且最好是基底直徑的140％。對于許多應用，認為50至1000mm的靶至晶片間距是適合的。常規濺射中的長射程降低了濺射沉積速率，但是離子化的濺射顆粒不會遭受這么大的減小。
在自離子化等離子體(SIP)濺射、電感耦合等離子體(ICP)濺射和持續自濺射(SSS)中的受控劃分允許控制中性與離子化濺射顆粒之間的分布。這種控制特別有利于高孔徑比的通路孔中的銅籽晶層的濺射沉積。通過混合自離子化等離子體(SIP)濺射和電感耦合等離子體(ICP)濺射可以實現對濺射的離子化率的控制。
根據本發明的結構的一個實施例是圖9中橫截面中示出的通路。例如，利用圖4中示出的長射程濺射反應器并在促進SIP和ICP組合和/或SIP和ICP二者之一的條件下，銅籽晶層380沉積在襯套層384(其可以包括一層或多層屏障層和襯套層，諸如前述的TaN屏障層和Ta襯套層)上的通路孔382中。例如，可以將SIP-ICP銅層380沉積至50至300nm或更為優選的80至200nm的覆層厚度。SIP-ICP銅籽晶層380在通路側壁上優選具有2至20nm范圍的厚度，更為優選的7至15nm。考慮到窄孔，側壁厚度不應該超過50nm。通過降底座的溫度降低至小于0℃且優選的小于-40℃來改善膜質量以致快速SIP沉積提供的冷卻變得重要。
認為SIP-ICP銅籽晶層380具有良好的底部覆蓋和提高的側壁覆蓋。在沉積了保形的銅籽晶層380之后，優選通過利用籽晶層380作為一個電鍍電極的電化學鍍，用相似于圖1的銅層18的銅層填充孔。然而，SIP-ICP銅籽晶層380的平滑結構還促進通過標準濺射或物理氣相沉積(PVD)的銅的重熔或高溫沉積。
在一個實施例中，可以在將SIP和ICP沉積技術的精選方案組合于一個步驟的工藝中，形成SIP-ICP層，該步驟在此處通常稱為SIP-ICP步驟。另外，根據替換實施例的反應器385除線圈151之外還具有第二線圈386，如圖10中所示。以與線圈151相同的方式，線圈386的一端通過饋入裝置支座181穿過暗區護罩164′絕緣地耦合至放大器和匹配網絡387的輸出(圖11)。匹配網絡387的輸入耦合至RF發生器388。線圈386的另一端通過饋入裝置支座182穿過護罩164′經由隔離電容器389絕緣地耦合至地線，以在線圈386上提供DC偏壓。可以通過獨立的DC源391來控制DC偏壓。
在ICP或組合的SIP-ICP步驟中，例如，在1-3kW且2MHz的頻率下，向RF線圈151與386的一個或兩個施加RF能量。線圈151和386被施加功率時，將RF能量電感耦合至反應器的內部。通過線圈提供的RF能量離子化諸如氬的前體氣體以在相對較高的壓力下保持等離子體來離子化濺射的沉積材料。然而，并不是在相對較高的壓力下保持等離子體，例如對于高密度IMP工藝的一般為20-60毫托，而是將壓力優選地保持在明顯較低的壓力下，例如2毫托。因此，認為在反應器150內的離子化速率明顯低于一般高密度IMP工藝的離子化速率。
而且，如上面討論的，示出的反應器150還能夠在長射程模式下自離子化濺射。因此，不僅作為通過RF線圈保持的低壓等離子體的結果而且通過靶的DC磁控管濺射的等離子體的自生成，沉積材料可以被離子化。認為組合的SIP和ICP離子化工藝可以提供用于良好底部拐角覆蓋的充足的離子化材料。然而，還認為通過RF線圈151和386提供的低壓等離子體的較低的離子化速率允許充足的中性濺射材料保留非離子化以便于通過反應器的長射程能力沉積在上側壁上。因此，認為離子化沉積材料的組合的SIP和ICP源可以提供良好的上側壁覆蓋以及良好的底部與底部拐角覆蓋。在另一實施例中，可以交替改變到線圈151和386的功率以便于在第一步驟中，相對于到下線圈151的功率消除或減小上線圈396的功率。在該步驟中，電感耦合等離子體的中心從靶偏移開并接近于基底。這種布置可以減小相鄰于靶產生的自離子化等離子體于通過一個或多個線圈保持的電感耦合等離子體之間的相互作用。結果，可以保持較高比例的中性濺射材料。
在第二步驟中，可以反向功率以致相對于施加到上線圈386的功率消除或減小下線圈151的功率。在該步驟中，電感耦合等離子體的中心可以朝向靶偏移并離開基底。這種布置可以增加離子化濺射材料的比例。
在另一實施例中，在兩個步驟或多個步驟中形成該層，其中在一個步驟中，即此處通常所稱的SIP步驟，很少或沒有RF功率被施加到任意線圈。另外，將壓力保持在相對較低的水平，例如優選低于5毫托，更為優選低于2毫托，如1毫托。而且，施加到靶的功率會相對較高，例如，諸如在18-24kW DC的范圍內。例如在500瓦的功率水平下還向基底支撐施加偏壓。在這些條件下，認為沉積材料的離子化會主要作為自離子化等離子體(SIP)的結果發生。結合反應器的長射程模式的布置，認為可以獲得具有低突出物的良好上側壁覆蓋。例如，在該初始步驟中沉積的層部分可以在1000-2000埃的范圍內。
在第二步驟中，即此處通常所稱的ICP步驟，且優選的在同一室中，向線圈151與386中的一個或兩個施加RF功率。另外，在一個實施例中，壓力充分上升以便于保持高密度等離子體。例如，壓力可以上升至20-60毫托，施加到線圈的RF功率上升至1-3kW的范圍內，施加到靶的DC功率減小至1-2kW且基底支撐的偏壓減小至150瓦。在這些條件下，認為沉積材料的離子化會主要作為高密度ICP的結果發生。結果在第二步驟中可以獲得良好的底部以及底部拐角覆蓋。功率可以同時或交替地施加到兩個線圈上，如上所述。
在通過組合SIP和ICP的工藝濺射沉積銅籽晶層之后，通過相同或另一工藝來填充孔的剩余部分。例如通過電鍍或CVD來填充孔的剩余部。
應該意識到SIP和ICP步驟的順序可以顛倒，在SIP步驟中一些RF功率可以施加到一個或多個線圈上，在ICP步驟中以引入自離子化。另外，可以在一個或多個步驟中引入持續自濺射(SSS)。因此，可以根據具體應用改變包括壓力、功率和靶至晶片距離在內的工藝參數，以獲得期望的結果。
例如，于1999年10月8日提交的未決申請序列號09/414,614描述幾個試驗，在這些試驗中，改變工藝參數以在沒有RF線圈的反應器中獲得SIP和SSS沉積與長射程模式的不同組合。可以將描述的工藝條件施加到在其中采用SIP-ICP步驟、包括SIP步驟和ICP步驟的多個步驟或其結合的反應器中。
如申請09/414,614中所述，在諸如將籽晶層SIP沉積在1.2μm氧化物中的0.20μm寬的通路孔中進行幾個試驗，采用290mm的靶至基底間隔、小于0.1毫托的室壓力(指SSS模式)且用601三角形磁控管施加到靶的14kW的DC功率，在氧化物的頂部上產生0.2μm的銅覆層厚度的沉積在通路底部上產生18nm而在通路側壁上產生大約12nm。一般為30s和更短的沉積時間是典型的。當靶功率增加至18kW，底部覆蓋增加至37nm，而側壁厚度沒有顯著的變化。較高功率下的較高的底部覆蓋表明較高的離子化系數。對于這兩種情況，可看到沉積的銅膜比IMP或CVD銅更光滑。
與不大于0.2μm/min的IMP沉積速率相比，SIP沉積相對較快，在0.5至1.0μm/min之間。快沉積速率導致短沉積周期，并與不存在氬離子加熱相協力顯著地減少熱聚積。認為低溫SIP沉積產生非常平滑的銅籽晶層。
290nm的射程用于Fu利用十個內部磁鐵和二十五個外部磁鐵的標準的三角形磁控管。在各種條件下測量離子流量作為離靶中心的半徑的函數。在圖12A的圖中描繪了該結果。曲線560是對16kW的靶功率和0毫托的室壓測量的。曲線562、564、566是對18kW的靶功率和0、0.2及1毫托的室壓分別測量的。與小于109cm-3的常規的磁控管和濺射反應器相比，這些電流對應于1011與1012cm-3之間的離子密度。還使用零壓力條件來測量銅離子化系數。空間相關性(spatialdependences)與DC靶功率的定向相關性(direct dependence)在10％與20％之間改變的離子化系數基本相同。相對較低的離子化系數表明沒有長射程的SIP具有中性銅流量的大系數，其具有常規PVD的不利的深填充特性。結果表明，由于增加的離子化，應優選在較高功率下操作以更好地進行覆蓋。
然后重復試驗，Fu磁控管中的內部磁鐵的數量減小至6。即，第二次控管在磁通量中具有改善的均勻性，這促進了朝向晶片的均勻濺射的離子流。在圖12B中描繪了該結果。曲線568示出了對于12kW靶功率和0毫托壓力下的離子流流量，曲線570對于18kW。對于14kW和16kW的曲線居中。因此，改進的磁控管產生穿過晶片的更均勻的離子流，這再次取決于具有優選較高功率的靶功率。
相對低的離子化系數10％至20％與IMP系數90％至100％相比表明中性銅的實質流量。雖然晶片偏壓會將銅離子深深地導向孔中，長射程和銅中性一樣可實現相同的。
用一組試驗來確定射程和室壓力在濺射顆粒分布上的聯合影響。在零室壓下，140mm的射程產生大約451的分布，190mm的射程，大約351；290mm的射程，大約251。對于190mm的射程改變壓力。中央分布保留大約0、0.5和1毫托那樣。然而，低電平末梢被推至幾乎101的最高壓力，表明一些顆粒的散射。這些結果表明在5毫托下獲得可接受的結果，但優選的范圍為小于2毫托，更為優選的范圍為小于1毫托，且最為優選的范圍為0.2毫托和更小。同樣，如期望的那樣，長射程分布最好。
對于窄的高孔徑比的通路，SIP側壁覆蓋可能會出現問題。正在研究對于0.13μm的通路或更小的技術。在大約100nm的覆層厚度下，側壁覆蓋變得不連續。如圖13A的橫截面圖所示，不利的幾何圖形會使SIP銅膜390形成為包括在通路側壁130上的空隙或其他缺陷392的不連續的膜。缺陷392為沒有銅或以致不能局部充當電鍍陰極的薄銅層的存在。盡管如此，SIP銅膜390與缺陷392平滑分開且良好成核。在這些有問題的幾何形狀中，對于在SIP銅成核膜390上沉積銅CVD籽晶層394卻是有利的。因為通過化學氣相沉積來沉積，其通常保形且由SIP銅膜680良好成核。CVD籽晶層394修補缺陷392并為后面的銅電鍍提供連續的、不粗糙的籽晶層以完成孔382的填充。CVD層可以沉積在用于銅沉積的CVD室中，諸如來自Applied Materials的利用前述熱處理的CuxZ室，。
進行試驗，其中在可選擇的SIP銅成核層和IMP成核層上沉積20nm的CVD銅。結合SIP產生相對平滑的CVD籽晶層，而結合IMP在CVD層產生達到不連續程度的更粗糙的表面。
CVD層394可以沉積至如5至20nm范圍內的厚度。然后通過其他方法用銅來填充孔的剩余部分。通過CVD銅在SIP銅的成核層的頂部上產生的非常平滑的籽晶層提供有效的通過電鍍或常規PVD技術在正在研發的窄通路中的銅孔填充。特別對于電鍍，平滑的銅成核與籽晶層提供連續的且幾乎均勻的用于向電鍍工藝供電的電極。
如圖13B的橫截面圖中示出的，在具有非常高的孔徑比的通路或其他孔的填充中，無須電鍍而是在SIP銅成核層390上沉積足夠厚的CVD銅層398以完全填充通路，是很有利的。CVD填充的優點不需要獨立的電鍍步驟。此外，電鍍需要在0.13μm以下的孔寬很難控制的液體流。
本發明的該實施例的雙層銅的優點是允許以相對較低的熱預算進行銅沉積。鉭在較高的熱預算下易于與氧化物反潤濕。IMP具有許多用于深孔填充的同樣的覆蓋優點，但是IMP易于在更高的溫度下操作因為它產生能量氬離子的高流量，氬離子將它們的能量消散在要沉積的層中。而且，IMP總是將一些氬植入沉積的膜中。相反的，在相對較高的速率下沉積相對較薄的SIP層，SIP工藝因為不存在氬離子所以本來就不熱。而且，SIP沉積速率比IMP更快，以致任何熱沉積都非常短，達到一半。
通過SIP等離子體的冷激發也會減小熱預算。冷等離子體激發和處理工序在圖14的流程圖中示出。在晶片已經通過裝載鎖緊閥插入進濺射反應器中之后，裝載鎖緊閥關閉，且在步驟410中平衡氣體壓力。氬室壓力上升至用于激發的壓力，一般在2和大約5至10毫托之間，且將氬背側冷卻氣體供給于在大約5至10托的背側壓力下的晶片的背部。在步驟412中，用低電平靶功率激發氬，一般在1至5kW的范圍內。在步驟414中，在檢測到等離子體激發后，室壓快速下降，例如超過3s，靶功率保持在低電平。如果計劃持續自濺射，關閉室氬供給，但是等離子體繼續在SSS模式下。對于自離子化等離子體濺射，減小氬供給。背側冷卻氣體繼續供給。一旦減小氬壓力，在步驟416中，靶功率快速上升至預期的濺射電平，例如10至24kW，或對于選擇SIP或SSS濺射的200mm的晶片更大。通過同時減小壓力并上升功率能夠合并步驟414、416。在步驟418中，繼續在所選電平下對靶施加一定時間長度的功率，該時間長度為濺射沉積所選厚度的材料所需要的時間長度。靶可能被濺射，在如上所述的組合的SIP-ICP離子化工藝或多步的SIP和ICP工藝中離子化濺射沉積材料。在另一種情況中，圖14中的激發順序與利用激發的預計的濺射功率水平的相比要更冷。較高的氬壓力促進激發，但是如果在希望用于濺射沉積的較高功率水平下繼續，會有害地影響濺射的中性粒子，除非希望將高壓ICP離子化用于該膜的一部分。在較低的激發功率下，由于在減小功率下的低沉積速率，只有非常少量的銅沉積。此外，底座能夠冷卻保持通過激發工藝已冷卻的基底。
如前所述，在線圈151和386中可以獨立或一起操作。在一個實施例中，線圈一起操作，其中施加到一個線圈的RF信號相對施加到另一線圈的RF信號偏移以便于產生螺旋波。例如，可以通過波長系數對RF信號進行相移，如在美國專利號6,264,812中所述。
本發明的一個實施例包括優選在集成多室設備中實踐的集成工藝，諸如在圖15的平面圖中示意性示出的Endura 5500平臺。Tepman等人在美國專利5,186,718中對該平臺進行了功能性描述。
將已經在介電層蝕刻有通路孔或其他結構的晶片通過兩個獨立操作的裝載鎖緊室432、434傳入和傳出系統，其中裝載鎖緊室432、434被構造成從裝入相應裝載鎖緊室的晶片盒中將晶片傳入和傳出該系統。在將晶片盒裝在進裝載鎖緊室432、434之后，對室抽真空至適當低的壓力，例如，在10-3至10-4托的范圍內，且將裝載鎖緊室與第一晶片傳送室436之間的狹縫閥打開。其后將第一晶片傳送室736的壓力保持在低壓。
裝載于第一傳送室436中的第一機械手438將晶片從盒傳送至兩個排氣/定向室440、442中的一個，且然后至第一等離子體預清洗室444，其中氫或氬等離子體清洗晶片表面。如果要沉積CVD屏障層，第一機械手438然后將晶片傳送至CVD屏障層室446。在CVD屏障層沉積之后，機械手438將晶片傳送進過渡室448，第二機械手450從那里將其傳送至第二傳送室452。狹縫閥將室444、446、448與第一傳送室436分離以便隔離處理和壓力水平。
第二機械手450有選擇地將晶片傳送至環繞周邊布置的反應器或從反應器傳送出。第一IMP濺射室454可用于沉積銅。相似于上面描述的室150的SIP-ICP濺射室456可用于SIP-ICP銅成核層的沉積。該室在上述的一個步驟或多個步驟的工藝中結合用于底部覆蓋的ICP沉積和用于側壁覆蓋的SIP沉積并減少了暫停。此外，例如，Ta/TaN的至少部分屏障層通過SIP濺射和線圈濺射以及ICP再濺射來沉積，且因此第二SIP-ICP濺射室460用于濺射難熔金屬，可能在反應的氮等離子體中。相同的SIP-ICP室460用于沉積難熔金屬及其氮化物。CVD室458用于銅籽晶層的沉積并有可能完成孔的填充。通過狹縫閥對第二傳送室452有選擇地打開室454、456、458、460的每一個。可能使用不同的結構。例如，IMP室454可以由第二CVD銅室替換，特別是如果CVD用于完成孔填充。
在低壓處理之后，第二機械手450將晶片傳送至立即放置的熱處理室462，如果前續處理太熱該熱處理室462可能為冷卻室，或者如果需要為涂敷金屬退火則該室為快速熱處理(RTP)室。在熱處理之后，第一機械手438將晶片取回并將其傳送回裝載鎖緊室432、434其中一個中的盒中。當然，可以采用其他結構，根據集成工藝的步驟來實施本發明。
通過在控制總線472上操作的基于計算機的控制器470來控制整個系統以與跟各室相關的子控制器相通信。通過可讀媒介474從控制器470中讀取工藝配方，諸如可插入在控制器470的或在通信線路476上的軟磁盤或CD-ROM。
本發明的設備和工藝的許多特征可以應用于不包括長射程的濺射。雖然本發明目前特別有用于鉭以及氮化鉭襯套層沉積和銅級間涂敷金屬，但本發明的不同方案可以應用于濺射其他材料和其他目的。2001年8月30日提交的臨時申請號60/316,137涉及濺射和再濺射技術，通過引用全部并入此處。
本發明提供了改進的濺射室，盡管利用了簡單的元件結合，但是這種結合對在一些有難度的幾何結構中的濺射非常有效。本發明還提供用于將銅填充進高孔徑比的孔中的簡明工藝。對現有技術作出改進的所有的這些優點促進了金屬孔填充技術，特別是用銅的。
當然，應理解本發明在其各個方案中的修改對于本領域技術人員是顯而易見的，一些在通過學習后也是明顯的，另一些為常規的機械和工藝設計。也可能存在其他實施例，它們的具體設計取決于具體應用。同樣地，本發明的范圍不應該被限于此處所描述的具體實施例，而僅應該由所附的權利要求及其等同物來限定。
權利要求
1.一種在具有靶的室中將沉積材料濺射沉積在基底上的方法，包括在靶的背面附近旋轉磁控管，所述磁控管具有不大于1/4靶面積的面積并包括一種磁極性的內部磁極，該內部磁極由相反磁極性的外部磁極包圍，所述外部磁極的磁通量比所述內部磁極的磁通量至少大50％以產生相鄰于所述靶的自離子化等離子體；向所述靶施加功率，從而將材料從所述靶濺射到所述基底上，其中至少有一部分濺射材料在所述自離子化等離子體中被離子化；并且向線圈施加RF功率以電感耦合RF能量，以產生相鄰于所述基底的電感耦合等離子體。
2.根據權利要求1所述的方法，進一步包括對所述基底施加足夠的偏壓，以將離子化的沉積材料吸引至具有至少4∶1的高對寬孔徑比的所述基底的孔中。
3.根據權利要求1所述的方法，進一步包括對所述基底施加足夠的偏壓，以利用在所述電感耦合等離子體中產生的離子從所述基底再濺射沉積材料。
4.根據權利要求3所述的方法，進一步包括將前體氣體供給到所述室中，其中所述前體氣體在所述電感耦合等離子體中被離子化以產生用于從所述基底再濺射沉積材料的所述離子。
5.根據權利要求1所述的方法，進一步包括利用電感耦合等離子體離子化附加的濺射沉積材料。
6.根據權利要求1所述的方法，進一步包括利用所述電感耦合等離子體將材料從所述線圈濺射到所述基底上。
7.根據權利要求1所述的方法，進一步包括利用耦合到所述線圈的DC源控制所述線圈上的DC偏壓以控制從所述線圈濺射線圈材料的速率。
8.根據權利要求7所述的方法，其中所述控制包括利用耦合到所述線圈的極間耦合電容器維持所述線圈上的DC偏壓。
9.根據權利要求1所述的方法，進一步包括在第一步驟中，對所述基底施加足夠的偏壓以將離子化的沉積材料吸引至具有至少3∶1的高對寬孔徑比的所述基底的孔中，以在所述孔中形成沉積材料的層，其中所述層具有底部部分和側壁部分；在第二步驟中，對所述基底施加足夠的偏壓以利用在電感耦合等離子體中產生的離子再濺射所述孔的底部部分的沉積材料，以致少減薄所述底部部分同時至少減小施加到所述靶的功率以減小在所述第二步驟期間從所述靶濺射的材料的量。
10.根據權利要求9所述的方法，其中在所述第二步驟的至少一部分期間，將施加到所述靶的功率減小至1kW以下。
11.根據權利要求9所述的方法，其中在所述第二步驟的至少一部分期間，將施加到所述靶的功率減小至200瓦以下。
12.根據權利要求9所述的方法，其中施加到所述線圈的所述RF功率在所述第一步驟的至少一部分期間小于500瓦，而在所述第二步驟的至少一部分期間大于500瓦。
13.根據權利要求12所述的方法，其中施加到所述線圈的所述RF功率在所述第一步驟的至少一部分期間為0瓦，而在所述第二步驟的至少一部分期間為至少1kW。
14.根據權利要求9所述的方法，進一步包括將線圈材料從所述線圈濺射到所述層的所述側壁部分上，同時在所述第二步驟期間利用所述電感耦合等離子體再濺射所述層底部部分的沉積材料。
15.根據權利要求14所述的方法，其中所述線圈濺射包括在所述第二步驟的至少一部分期間將DC功率施加到所述線圈。
16.根據權利要求14所述的方法，其中所述層是屏障層。
17.根據權利要求16所述的方法，其中所述屏障層包括氮化鉭。
18.根據權利要求14所述的方法，其中所述層是襯套層。
19.根據權利要求18所述的方法，其中所述襯套層包括鉭。
20.根據權利要求1所述的方法，其中當向所述線圈施加RF功率時，所述室內的壓力小于5毫托。
21.根據權利要求1所述的方法，其中通過大于基底直徑的50％的射程距離，將所述靶與用于夾持所述基底的底座間隔開。
22.根據權利要求21所述的方法，其中所述射程距離大于所述基底直徑的80％。
23.根據權利要求22所述的方法，其中所述射程距離大于所述基底直徑的140％。
24.根據權利要求1所述的方法，其中所述材料是銅，其沉積到形成于所述基底的介電層中并具有至少4∶1的高對寬孔徑比的孔中。
25.一種將材料沉積在各自具有至少4∶1的孔徑比并形成在基底的介電層的孔中的方法，包括利用產生自離子化等離子體的磁控管濺射室的靶，該自離子化等離子體離子化從靶上濺射的材料；在所述室中將在自離子化等離子體中被離子化的濺射材料沉積到基底的所述孔中；和在所述室中利用RF線圈產生電感耦合等離子體以進一步處理基底。
26.根據權利要求25所述的方法，其中所述沉積包括對所述基底施加足夠的偏壓以將離子化的沉積材料吸引至所述基底中的所述孔中。
27.根據權利要求25所述的方法，進一步包括對所述基底施加足夠的偏壓以利用在所述電感耦合等離子體中產生的離子從所述基底中的所述孔中再濺射沉積材料。
28.根據權利要求27所述的方法，進一步包括將前體氣體供給到所述室中，其中所述前體氣體在所述電感耦合等離子體中被離子化以產生用于從所述基底再濺射沉積材料的所述離子。
29.根據權利要求25所述的方法，進一步包括利用所述電感耦合等離子體離子化附加的濺射沉積材料。
30.根據權利要求25所述的方法，進一步包括利用所述電感耦合等離子體將材料從所述線圈濺射到所述基底上。
31.根據權利要求30所述的方法，進一步包括利用耦合到所述線圈的DC源控制所述線圈上的DC偏壓以控制從所述線圈濺射線圈材料的速率。
32.根據權利要求31所述的方法，其中所述控制包括利用耦合到所述線圈的極間耦合電容維持所述線圈上的DC偏壓。
33.根據權利要求25所述的方法，其中所述沉積包括對所述基底施加充足的偏壓以將離子化的沉積材料吸引至所述基底中的所述孔中以在所述孔中形成沉積材料的層，其中所述層具有底部部分和側壁部分，且在第二步驟中，對所述基底施加足夠的偏壓以利用在所述電感耦合等離子體中產生的離子從所述孔的底部部分再濺射沉積材料以至少減薄所述底部部分同時至少減小施加到所述靶的功率，以減小在所述第二步驟期間從所述靶濺射的材料的量。
34.一種將沉積材料濺射沉積到基底上的方法，包括提供具有靶的室；在靶的背面附近旋轉磁控管，所述磁控管具有不大于1/4靶面積的面積且包括一種磁極性的內部磁極，該內部磁極由相反磁極性的外部磁極包圍，所述外部磁極的磁通量比所述內部磁極的磁通量至少大50％；向所述靶施加功率，從而在第一速率下將材料從所述靶濺射到所述基底上；和向第一線圈施加RF功率，以提供等離子體來在所述室中將沉積材料再濺射到所述基底上。
35.根據權利要求34所述的方法，其中通過大于基底直徑的50％的射程距離，將所述靶與用于夾持所述基底的底座間隔開。
36.根據權利要求34所述的方法，進一步包括濺射所述線圈以將線圈材料沉積到所述基底上同時再濺射所述基底上的靶材料。
37.根據權利要求36所述的方法，進一步包括抑制濺射所述靶同時再濺射所述基底上的靶材料。
38.一種將材料沉積在各自具有至少4∶1的孔徑比并形成在基底的介電層的孔中的方法，包括在室中的產生自離子化等離子體的磁控管中離子化濺射靶材料；在所述室中，將在自離子化等離子體中被離子化的濺射材料沉積到基底的所述孔中；和在所述室中的電感耦合等離子體中再濺射所述孔的每一個的底部部分的材料。
39.根據權利要求38所述的方法，進一步包括在所述室中的所述電感耦合等離子體中將RF線圈材料濺射沉積到所述孔的周圍。
40.一種在形成于基底的介電層的孔中形成屏障層和襯套層的方法，包括操作磁控管以在室中產生相鄰于靶的自離子化等離子體；濺射所述靶以提供濺射的靶材料，其中所述濺射靶材料中至少有一部分在所述自離子化等離子體中被離子化；對所述室中的所述基底加偏壓以在每一個所述孔中沉積屏障層，所述屏障層包括在所述室中產生自離子化等離子體的所述磁控管中被離子化的濺射靶材料；操作RF線圈以在所述室中產生電感耦合等離子體；在所述室中將線圈材料從所述RF線圈濺射到所述基底上；利用在所述室中的電感耦合等離子體再濺射所述屏障層的底部部分以減薄所述屏障層的所述底部部分；操作所述磁控管以在所述室中產生相鄰于所述靶的附加自離子化等離子體；濺射所述靶，以提供附加的濺射靶材料，其中所述附加的濺射靶材料中至少有一部分在所述附加的自離子化等離子體中被離子化；對所述室中的所述基底加偏壓以在每一個所述孔中沉積襯套層，所述襯套層包括在所述室中產生自離子化等離子體的所述附加磁控管中被離子化的所述附加的濺射靶材料；操作所述RF線圈以在所述室中產生附加的電感耦合等離子體；在所述室中將附加的線圈材料從RF線圈濺射到所述基底上；和利用所述室中的所述附加的電感耦合等離子體再濺射所述襯套層的底部部分以減薄所述襯套層的所述底部部分。
41.一種用于在基底上濺射沉積膜的等離子體濺射反應器，包括真空室，包含與室軸對準且具有用于支撐要被濺射沉積的基底的支撐表面的底座；靶，包括要被濺射沉積到所述基底上的材料，且與所述真空室電隔離；磁控管，相鄰于所述靶放置且具有不大于靶面積的大約1/4的面積，并包括一種磁極性的內部磁極，該內部磁極由相反磁極性的外部磁極包圍，所述外部磁極的磁通量比所述內部磁極的磁通量至少大50％，且適用于在所述室中相鄰于所述靶產生自離子化等離子體以離子化從所述靶濺射的沉積材料；和第一RF線圈，設置在所述靶與所述底座之間，且適用于電感耦合RF能量以在所述靶與底座之間的等離子體生成區域中產生電感耦合等離子體。
42.根據權利要求41所述的反應器，進一步包括關于所述軸大體對稱且設置在所述室內的第一導電護罩，其中所述線圈關于所述軸大體對稱且由所述護罩絕緣地支撐。
43.根據權利要求41所述的反應器，進一步包括壓力泵和控制器，其中該壓力泵與所述的室耦合，該控制器適用于控制所述壓力泵和所述室中的壓力在所述濺射沉積的至少第一部分期間不超過5毫托的壓力。
44.根據權利要求41所述的反應器，進一步包括源和控制器，其中該源與所述線圈耦合，該控制器適用于控制所述源以對所述基底施加足夠的偏壓以將離子化的沉積材料吸引到所述基底中的具有至少4∶1的高對寬孔徑比的所述孔中。
45.根據權利要求44所述的反應器，其中所述控制器適用于控制所述源來對所述基底施加足夠的偏壓以利用在所述電感耦合等離子體中產生的離子來從所述基底再濺射沉積材料。
46.根據權利要求45所述的反應器，進一步包括前體氣體供給器，其中所述控制器適用于控制所述供給器將前體氣體供給到所述室中，其中所述前體氣體在所述電感耦合等離子體中被離子化以產生用于從所述基底再濺射沉積材料的所述離子。
47.根據權利要求41所述的反應器，其中所述線圈適用于被濺射，所述反應器進一步包括DC源和控制器，其中該DC源與所述線圈耦合，該控制器適用于控制所述DC源以控制所述線圈上的DC偏壓從而控制從所述線圈濺射線圈材料的速率。
48.根據權利要求47所述的反應器，進一步包括耦合到所述線圈以維持所述線圈上的DC偏壓的極間耦合電容。
49.根據權利要求41所述的反應器，進一步包括偏壓源和控制器，其中該偏壓源與所述底座耦合，該控制器適用于控制所述偏壓源在第一步驟中對所述基底施加足夠的偏壓以將離子化的沉積材料吸引到所述基底中具有至少3∶1的高對寬孔徑比的孔中，以在每一個所述孔中形成沉積材料的層，其中所述層具有底部部分和側壁部分；在第二步驟中，對所述基底施加足夠的偏壓以利用在所述電感耦合等離子體中產生的離子從所述層的底部部分再濺射沉積材料以致少減薄所述底部部分同時減小施加到所述靶的功率，以減小在所述第二步驟期間從所述靶濺射的材料的量。
50.根據權利要求49所述的反應器，進一步包括適用于向所述靶施加功率的功率源，其中所述控制器適用于控制靶功率源以在所述第二步驟的至少一部分期間將施加到所述靶的功率減小至1kW以下。
51.根據權利要求49所述的反應器，其中在所述第二步驟的至少一部分期間將施加到所述靶的所述功率減小至200瓦以下。
52.根據權利要求51所述的反應器，其中在所述第二步驟的至少一部分期間沒有材料從所述靶濺射。
53.根據權利要求49所述的反應器，進一步包括適用于向所述線圈施加RF功率的RF功率源，其中所述控制器適用于控制該線圈RF功率源以在所述第一步驟的至少一部分期間向所述線圈施加小于500瓦的RF功率而在所述第二步驟的至少一部分期間大于500瓦的RF功率。
54.根據權利要求53所述的反應器，其中向所述線圈施加的所述RF功率在所述第一步驟的至少一部分期間是0瓦，在所述第二步驟的至少一部分期間是至少1kW。
55.根據權利要求49所述的反應器，進一步包括適用于向所述線圈施加DC功率的DC功率源，其中所述控制器適用于控制該線圈DC功率源以向所述線圈施加DC功率來在所述第二步驟的至少部分期間控制線圈濺射。
56.根據權利要求55所述的反應器，其中所述控制器適用于控制所述線圈DC功率源，以將線圈材料從所述線圈濺射到所述層的所述側壁部分上，同時在所述第二步驟期間利用所述電感耦合等離子體將沉積材料從所述層的底部部分再濺射。
57.根據權利要求41所述的反應器，其中所述靶材料包括鉭。
58.根據權利要求47所述的反應器，其中所述線圈材料包括鉭。
59.根據權利要求41所述的反應器，其中所述靶與所述底座通過大于基底直徑的50％的射程距離間隔開。
60.根據權利要求59所述的反應器，其中所述射程距離大于基底所述直徑的80％。
61.根據權利要求60所述的反應器，其中所述射程距離大于基底所述直徑的140％。
62.一種用于在基底上濺射沉積膜的等離子體濺射反應器，包括真空室，包含與室軸對準且具有用于支撐要被濺射沉積的基底的支撐表面的底座；靶，包括要被濺射沉積到所述基底上的材料，且與所述真空室電隔離；磁控管，設置在相鄰于所述靶且具有不大于靶面積的大約1/4的面積，并包括一種磁極性的內部磁極，該內部磁極由相反磁極性的外部磁極包圍，所述外部磁極的磁通量比所述內部磁極的磁通量至少大50％，且適用于在所述室中相鄰于所述靶產生自離子化等離子體以離子化從所述靶濺射的沉積材料；和第一RF線圈，設置在所述靶與所述底座之間，且適用于電感耦合RF能量以在所述靶與底座之間的等離子體生成區域中產生電感耦合等離子體，以從所述基底再濺射靶沉積材料。
63.根據權利要求62所述的反應器，其中所述線圈適用于被濺射，所述反應器進一步包括DC源和控制器，其中該DC源與所述線圈耦合，該控制器適用于控制所述DC源以控制所述線圈上的DC偏壓從而控制從所述線圈濺射線圈材料的速率。
64.根據權利要求63所述的反應器，進一步包括耦合到所述線圈以維持所述線圈上的DC偏壓的極間耦合電容。
65.一種用于在具有多個孔的基底上濺射沉積膜的等離子體濺射反應器，包括真空室，包含與室軸對準且具有用于支撐要被濺射沉積的基底的支撐表面的底座；控制器；底座功率源，響應于所述控制器且耦合到所述底座，適用于對支撐在所述底座支撐表面上的所述基底加偏壓；靶，包括要被濺射沉積到所述基底上的材料，且與所述真空室電隔離，其中所述靶通過大于基底直徑的50％的射程距離與所述底座間隔開；磁控管，響應于所述控制器，相鄰于所述靶放置，具有不大于靶面積的大約1/4的面積，并包括一種磁極性的內部磁極，該內部磁極由相反磁極性的外部磁極包圍，所述外部磁極的磁通量比所述內部磁極的磁通量至少大50％，且適用于在所述室中相鄰于所述靶產生自離子化等離子體以離子化從所述靶濺射的沉積材料；靶功率源，耦合到所述靶，并響應于所述控制器對所述靶施加偏壓以導致從所述靶濺射靶材料；第一導電護罩，關于所述軸大體對稱且設置在所述室內；RF線圈，關于所述軸大體對稱，通過所述護罩被絕緣承載，并放置在所述靶與所述底座之間；RF功率源，響應于所述控制器，并耦合到所述RF線圈以對所述RF線圈施加功率來電感耦合RF能量以在所述靶與所述底座之間的等離子體生成區域中產生電感耦合等離子體；和線圈偏壓源，響應于所述控制器，耦合于所述RF線圈，并適用于對所述RF線圈施加偏壓以導致從所述RF線圈濺射線圈材料；其中所述控制器適用于操作所述磁控管以產生相鄰于所述靶的自離子化等離子體；操作所述靶功率源以對所述靶施加偏壓，來濺射所述靶以提供濺射靶材料，其中所述濺射靶材料中至少有一部分在所述自離子化等離子體中被離子化；操作所述底座功率源以對所述室中的所述基底施加偏壓以在每一個所述孔中沉積屏障層，該屏障層包括在所述室中產生自離子化等離子體的所述磁控管中被離子化的濺射靶材料；操作所述RF源以操作所述RF線圈以在所述室中產生電感耦合等離子體；操作所述線圈偏壓源以對所述RF線圈施加偏壓，以將線圈材料從所述RF線圈濺射到所述室中的所述基底上；操作所述底座功率源以對所述基底施加偏壓，來利用在所述室中的所述電感耦合等離子體再濺射所述屏障層底部部分以減薄所述屏障層的底部部分；操作所述磁控管以在所述室中相鄰于所述靶產生附加的自離子化等離子體；操作所述靶功率源以對所述靶施加偏壓，來濺射所述靶以提供附加的濺射靶材料，其中所述附加的濺射靶材料中至少有一部分在所述附加的自離子化等離子體中被離子化；操作所述底座功率源以對所述室中的所述基底施加偏壓，以在每一個所述孔中沉積襯套層，所述襯套層包括在所述室中產生自離子化等離子體的所述附加磁控管中被離子化的所述附加濺射靶材料；操作所述RF功率源以操作所述RF線圈，以在所述室中產生附加的電感耦合等離子體；操作所述線圈偏壓源以對所述RF線圈施加偏壓，以將附加線圈材料從所述RF線圈濺射到所述室中的所述基底上；和操作所述底座功率源以對所述基底施加偏壓，來利用在所述室中的所述附加電感耦合等離子體再濺射所述襯套層的底部部分以減薄所述襯套層的底部部分。
66.根據權利要求65所述的反應器，其中所述靶材料和所述線圈材料包括鉭，而所述屏障層包括氮化鉭，所述襯套層包括鉭。
67.一種用于在基底上沉積導電材料的反應器，包括靶裝置，用于將導電材料的層濺射沉積到所述基底上，且用于產生自離子化等離子體以在沉積到所述基底上之前，離子化從所述靶裝置濺射的一部分所述導電材料；和電感耦合等離子體裝置，用于相鄰于所述基底產生電感耦合等離子體。
68.一種用于將導電材料沉積到基底上的反應器，包括底座裝置，用于支撐基底；靶裝置，用于將導電材料的層濺射沉積到所述基底上，且用于產生自離子化等離子體以在沉積到所述基底上之前，離子化從所述靶裝置濺射的一部分所述導電材料；用于對所述基底施加偏壓以從所述靶裝置吸引被離子化的導電材料來將其沉積到所述基底上的裝置；電感耦合等離子體裝置，用于產生包含所述室內的離子的電感耦合等離子體，所述電感耦合等離子體裝置包括導電材料的RF線圈；所述基底偏壓裝置還用于對所述基底加偏壓以從所述電感耦合等離子體吸引所述離子，以再濺射從所述靶裝置沉積到所述基底上的所述基底導電材料；和當從所述基底再濺射靶裝置導電材料時用于濺射所述線圈以將線圈材料沉積到所述基底上的裝置；其中，所述底座裝置包括基底支撐表面，且所述靶裝置包括通過大于基底直徑的50％的射程距離與所述基底支撐表面間隔開的靶。
69.一種將沉積材料濺射沉積到基底上的方法，包括提供具有靶的室；在靶的背面附近旋轉磁控管，所述磁控管具有不超出靶面積1/4的面積，且包括一種磁極性的內部磁極，該內部磁極有相反磁極性的外部磁極包圍，所述外部磁極的磁通量比所述內部磁極磁通量至少大50％；向所述靶施加功率，從而將濺射材料從所述靶濺射到所述基底上；和向第一線圈施加RF功率以在所述室中提供附加的等離子體密度。
70.根據權利要求69所述的方法，其中所述靶通過大于基底直徑的50％的射程距離與用于夾持所述基底的底座間隔開。
71.根據權利要求69所述的方法，其中進一步包括向第二線圈施加RF功率以提供附加的等離子體密度。
72.根據權利要求71所述的方法，其中所述第一線圈定位在比所述基底底座更接近于所述靶，且所述第二線圈定位在比所述靶更接近于所述基底底座。
73.根據權利要求72所述的方法，其中在第一間隔期間，所述第二線圈比第一線圈提供更多的附加等離子體密度，同時將靶材料濺射到所述基底上。
74.根據權利要求73所述的方法，其中在第二間隔期間，所述第一線圈比第二線圈提供更多的附加等離子體密度，同時將靶材料濺射到所述基底上。
75.根據權利要求69所述的方法，進一步包括，在室中激發等離子體之后，在所述靶功率施加的至少第一部分期間對所述室泵壓至不超過5毫托的壓力。
76.根據權利要求75所述的方法，進一步包括在靶功率施加的第二部分期間將所述壓力泵壓至大于5毫托的壓力。
77.根據權利要求76所述的方法，其中在所述第二部分期間，大于5毫托的所述壓力至少為20毫托，所述RF功率至少為1kW，而所述靶功率小于10kW。
78.根據權利要求76所述的方法，其中在所述第二部分期間，大于5毫托的所述壓力為20-40毫托，所述RF功率為1-3kW，而所述靶功率為1-2kW DC。
79.根據權利要求75所述的方法，其中在所述第一部分期間，所述RF功率為至少1kW，而所述靶功率為至少10kW DC。
80.根據權利要求79所述的方法，其中在所述第一部分期間，所述RF功率為至少1kW，而所述靶功率為至少18kW DC。
81.根據權利要求75所述的方法，其中在所述靶功率施加的所述第一部分期間沒有向所述線圈施加RF功率。
82.根據權利要求75所述的方法，其中所述靶通過大于基底直徑的50％的射程距離與用于夾持所述基底的底座間隔開，且其中所述壓力小于2毫托。
83.根據權利要求82所述的方法，其中所述射程距離大于基底所述直徑的80％。
84.根據權利要求83所述的方法，其中所述射程距離大于基底所述直徑的140％。
85.根據權利要求75所述的方法，其中所述壓力小于2毫托。
86.根據權利要求85所述的方法，其中所述壓力小于1毫托。
87.根據權利要求86所述的方法，其中所述靶通過大于基底所述直徑80％的射程距離與用于夾持所述基底的底座間隔開。
88.根據權利要求75所述的方法，其中所述基底為200mm晶片，而所述靶功率施加步驟向對于所述200mm晶片標準化的所述靶施加至少18kW的DC功率。
89.根據權利要求76所述的方法，進一步包括向支撐所述基底的支撐施加功率以在所述基底上施加偏壓。
90.根據權利要求89所述的方法，其中在向所述支撐施加功率期間，在所述第一部分期間施加的功率高于在所述第二部分期間施加的功率。
91.根據權利要求90所述的方法，其中在向所述支撐施加功率期間，在所述第一部分期間施加的功率約為500瓦，在所述第二部分期間施加的功率約為150瓦。
92.根據權利要求88所述的方法，其中所述靶功率施加功率向對于所述200mm晶片標準化的所述靶施加至少24kW的DC功率。
93.根據權利要求75所述的方法，其中所述基底為200mm的晶片，所述壓力小于1毫托，所述靶通過大于所述基底直徑的140％的射程距離與用于夾持所述基底的底座間隔開，且所述靶施加功率向對于所述200mm晶片標準化的所述靶施加至少24kW的DC功率。
94.根據權利要求69所述的方法，其中所述材料是銅，其沉積在形成于所述基底的介電層中的且具有至少4∶1的孔徑比的孔中。
95.根據權利要求94所述的方法，其中所述銅在所述基底的頂部平坦表面上沉積至50至300nm之間的厚度，且進一步包括將銅填充進所述孔的剩余部分中。
96.根據權利要求95所述的方法，其中所述厚度在150至200nm之間。
97.根據權利要求95所述的方法，其中所述填充包括電鍍。
98.根據權利要求95所述的方法，其中所述填充包括化學氣相沉積。
99.根據權利要求76所述的方法，其中所述材料是銅，其沉積在形成于所述基底的介電層中的且具有至少4∶1的孔徑比的孔中，且其中所述銅在所述第一部分期間在所述基底的頂部平坦表面上沉積至100至200nm之間的厚度，而在所述第二部分期間在所述基底的頂部平坦表面上沉積至50至100nm之間的厚度。
100.一種在具有至少4∶1孔徑比并形成于基底的介電層的孔中沉積銅的方法，包括在室中的自離子化等離子體中濺射沉積第一銅層以在所述孔壁的至少第一部分上形成銅層但不填充所述孔；在所述室中的電感耦合等離子體中濺射沉積第二銅層以在所述孔壁的至少第二部分上形成另一銅層但不填充所述孔；和在所述第一和第二層上沉積第三銅層。
101.根據權利要求100所述的方法，其中在所述濺射沉積第一銅層之后進行所述濺射沉積第二銅層。
102.根據權利要求100所述的方法，其中在所述濺射沉積第一銅層的同時進行所述濺射沉積第二銅層。
103.根據權利要求100所述的方法，其中所述濺射沉積第二銅至少部分使用RF電感耦合以形成所述電感耦合等離子體。
104.根據權利要求100所述的方法，其中所述第一銅層具有第一銅覆層厚度，而所述第二銅層具有第二銅覆層厚度，所述第一對所述第二覆層厚度的比在4∶1至1∶1的范圍內。
105.根據權利要求100所述的方法，其中所述沉積第三銅層包括電鍍。
106.根據權利要求100所述的方法，其中在小于5毫托的室壓下進行所述沉積第一銅層。
107.根據權利要求100所述的方法，其中所述第一層在所述介電層的頂表面上具有100至200nm的厚度。
108.根據權利要求100所述的方法，其中所述第二層在所述介電層的頂表面上具有50至100nm的厚度。
109.根據權利要求100所述的方法，其中所述沉積第三銅層用銅填充所述孔。
110.根據權利要求100所述的方法，其中所述沉積第三銅層包括化學氣相沉積。
111.根據權利要求110所述的方法，進一步包括沉積第四銅層，其包括將包括銅的所述第四層電鍍到所述第三層上從而用銅填充所述孔。
112.根據權利要求110所述的方法，其中沉積第三銅層使用銅填充所述孔。
113.一種將銅濺射沉積到基底上的方法，包括提供具有主要包括銅的靶的室，該靶通過大于基底直徑的50％的射程距離與用于夾持要被濺射涂覆的基底的底座間隔開；在靶的背面附近旋轉磁控管，所述磁控管具有不超出靶面積1/4的面積且包括一種磁極性的內部磁極，該內部磁極由相反磁極性的外部磁極包圍，所述外部磁極的磁通量比所述內部磁極的磁銅量至少大50％；在室中激活等離子體之后，泵所述室至不超過5毫托的壓力；當所述室被泵至所述壓力時，向對于200mm晶片標準化的所述靶施加至少10kW的DC功率，從而將銅從所述靶濺射到所述基底上；和向線圈施加RF功率以提供附加的等離子體密度。
114.一種用于在基底上濺射沉積膜的等離子體濺射反應器，包括金屬真空室，包含與室軸對準且具有用于支撐要被濺射沉積的基底的支撐表面的底座；靶，包括要被濺射沉積到所述基底上的材料，且與所述真空室電隔離；磁控管，相鄰于所述靶放置且具有不大于靶面積的大約1/4的面積的，并包括一種磁極性的內部磁極，該內部磁極由相反磁極性的外部磁極包圍，所述外部磁極的磁通量比所述內部磁極的磁通量至少大50％；第一導電護罩，關于所述軸大體對稱，支撐在所述室上且電連接于所述室，并沿所述室的壁遠離所述靶延伸至在所述支撐表面之后的高度；第一RF線圈，由所述第一護罩絕緣地承載；和控制器，適用于在所述濺射沉積的至少第一部分期間控制所述室中壓力至不超過5毫托的壓力。
115.根據權利要求113所述的反應器，進一步包括絕緣地承載在所述室內的第二RF線圈。
116.根據權利要求113所述的反應器，進一步包括由所述室支撐的電隔離體；第二導電護罩，關于所述軸大體對稱、支撐在所述隔離體上、與所述室和所述靶電隔離；和由所述第二護罩絕緣地承載的第二RF線圈。
117.根據權利要求114所述的反應器，其中所述靶通過大于基底直徑的50％的射程距離與用于夾持所述基底的底座間隔開。
118.根據權利要求114所述的反應器，進一步包括適用于向所述第一線圈施加RF功率的第一RF發生器。
119.根據權利要求115所述的反應器，其中所述第一線圈定位在比所述基底支撐更接近于所述靶，而所述第二線圈定位在比所述靶更接近于所述基底。
120.根據權利要求119所述的反應器，進一步包括適用于向所述第一線圈施加RF功率的第一RF發生器和適用于向所述第二線圈施加RF功率的第二RF發生器，且其中所述控制器適用于在第一間隔期間向所述第二線圈提供的功率大于向所述第一線圈提供的功率同時將靶材料濺射到所述基底上。
121.根據權利要求120所述的反應器，其中所述控制器適用于在第二間隔期間向所述第一線圈提供的功率大于向所述第二線圈提供的功率同時將靶材料濺射到所述基底上。
122.根據權利要求118所述的反應器，其中所述控制器適用于在所述濺射沉積的第二部分期間控制所述壓力至大于5毫托的壓力同時向所述線圈施加RF功率。
123.根據權利要求122所述的反應器，進一步包括響應于所述控制器并適用于向所述靶提供把功率的DC功率供給器。
124.根據權利要求123所述的反應器，其中在所述第二部分期間，所述大于5毫托的壓力至少為20毫托，所述RF功率至少為1kW，且所述靶功率小于10kW。
125.根據權利要求123所述的反應器，其中在所述第二部分期間，所述大于5毫托的壓力為20-40毫托，所述RF功率為1-3kW，且所述靶功率為1-2kW DC。
126.根據權利要求114所述的反應器，進一步包括響應于所述控制器且適用于向所述第一線圈施加RF功率的第一RF發生器，其中在所述第一部分期間，所述RF功率至少為1kW。
127.根據權利要求126所述的反應器，進一步包括響應于所述控制器且適用于向所述靶提供靶功率的DC功率發生器，其中在所述第一部分期間，所述靶功率至少為10kW DC。
128.根據權利要求127所述的反應器，其中在所述第一部分期間，所述靶功率至少為18kW DC。
129.根據權利要求118所述的反應器，其中所述控制器適用于控制所屬RF發生器以在所述濺射沉積的所述第一部分期間不提供RF功率。
130.根據權利要求118所述的反應器，其中所述靶通過大于基底直徑的50％的射程距離與用于夾持所述基底的底座間隔開，且其中所述壓力小于2毫托。
131.根據權利要求130所述的反應器，其中所述射程距離大于所述基底直徑的80％。
132.根據權利要求131所述的反應器，其中所述射程距離大于所述基底直徑的140％。
133.根據權利要求114所述的反應器，其中所述壓力小于2毫托。
134.根據權利要求133所述的反應器，其中所述壓力小于1毫托。
135.根據權利要求134所述的反應器，其中所述靶通過大于所述基底直徑的80％的射程距離與用于夾持所述基底的底座間隔開。
136.根據權利要求114所述的反應器，進一步包括DC功率供給器，其中所述基底為200mm的晶片，且所述控制器適用于向對于200mm晶片標準化的所述靶施加至少18kW的DC功率。
137.根據權利要求136所述的反應器，其中所述控制器相對于200mm晶片標準化的所述靶施加至少24kW的DC功率。
138.根據權利要求46所述的反應器，其中所述基底為200mm的晶片，所述壓力小于1毫托，所述靶通過大于所述直徑140％的射程距離與用于夾持所述基底的底座間隔開。
139.根據權利要求122所述的反應器，進一步包括響應于所述控制器且適用于向支撐所述基底的所述支撐表面施加功率以對所述基底加偏壓的源。
140.根據權利要求139所述的反應器，其中施加到所述支撐的所述支撐功率，在所述第一部分期間施加的功率高于所述第二部分期間施加的功率。
141.根據權利要求140所述的反應器，其中施加到所述支撐的所述支撐功率在所述第一部分期間施加的功率約為500瓦，在所述第二部分期間施加的功率約為150瓦。
142.一種用于將導電材料沉積到基底上的反應器，包括靶裝置，用于將導電材料層濺射沉積到所述基底上，且用于產生自離子化等離子體，以在沉積到所述基底上之前，離子化從所述靶裝置濺射的一部分所述導電材料；和電感耦合等離子體裝置，用于產生電感耦合等離子體以在沉積到所述基底上之前離子化從所述靶裝置濺射的一部分所述導電材料。
143.根據權利要求142所述的反應器，其中所述靶裝置包括靶和磁控管，其中該靶包括要濺射沉積在所述基底上的導電材料，該磁控管相鄰于所述靶放置，具有不超出靶面積1/4的面積，并包括一種磁極性的內部磁極，該內部磁極由相反磁極性的外部磁極包圍，所述外部磁極的磁通量比所述內部磁極的磁通量大50％。
144.根據權利要求142所述的反應器，其中所述電感耦合等離子體裝置包括放置在所述靶裝置與所述基底之間的RF線圈，和用于向所述RF線圈施加RF能量的RF發生裝置。
全文摘要
一種磁控管濺射反應器及其使用方法，該反應器用于濺射沉積諸如例如鉭、氮化鉭和銅的材料，其中自離子化等離子體(SIP)濺射和電感耦合等離子體(ICP)濺射，兩者一起或兩者之一，在同一室中被促進。此外，通過ICP再濺射可減薄或消除底部覆蓋。通過具有不均勻磁強度磁極的小磁控管和在濺射期間施加到靶的高功率來促進SIP。通過一個或多個將RF能量電感耦合進等離子體中的RF線圈來提供ICP。組合的SIP－ICP層可以充當用于孔的襯套或阻擋或籽晶或成核層。另外，可以濺射RF線圈以在ICP再濺射期間提供保護材料。
文檔編號H01L21/768GK1620712SQ02828203
公開日2005年5月25日 申請日期2002年12月10日 優先權日2001年12月21日
發明者P·丁, Z·徐, R·C·莫塞利, S·倫加拉詹, N·邁蒂, D·A·卡爾, B·秦, P·F·史密斯, D·安杰洛, A·托利亞, J·傅, F·陳, P·戈帕拉賈, X·唐, J·C·福斯特 申請人:應用材料有限公司