專利名稱：用pvd法進(jìn)行納米級通孔填充鋁的裝置和工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超大規(guī)模集成電路芯片的制造，特別是一種用PVD法進(jìn)行納米級通孔填 充鋁的裝置和工藝方法，具體是采用射頻(RadioFrequency, RF)電源與物理氣相沉積 (PVD)的高頻等離子體法，將A1填充到小尺寸的半導(dǎo)體芯片的通孔中，成為半導(dǎo)體層 與層之間的導(dǎo)電材料，可以克服傳統(tǒng)工藝只能達(dá)到0.13微米以上的缺陷。本發(fā)明可以實 現(xiàn)將鋁的應(yīng)用延伸到特征線寬《0.1iam，深度與寬度比(h/CD, Critical Dimension)》6。
背景技術(shù)：
超大規(guī)模^成電路(Integrated Circnit，縮寫:IC)芯片制造技術(shù)發(fā)展很迅速。隨著晶片加 工向更高的芯片密度發(fā)展，使用的硅片尺寸達(dá)到300mm或以上，特征尺寸收縮到45nm 甚至更小。近千萬晶體管需要數(shù)以百億計的金屬電連接。這要求用到六層甚至更多金屬連 接層。它們主要由金屬連接溝槽和層與層之間金屬連接通孔組成，其中通孔的金屬填充工 藝隨著線寬變小而變得越來越困難。鋁被用于填充接觸和通孔,稱作鋁平坦化。該技術(shù)可 以通過回流和多步淀積來實現(xiàn)。目前金屬Al主要用在最小導(dǎo)線寬度(特征線寬)大于 0.18pm的技術(shù)上。特征線寬小于0.18pm的填鋁進(jìn)入通孔的技術(shù)不完善，例如，無法解決 空隙缺陷的問題，同時硅鋁固態(tài)互溶而產(chǎn)生的鋁尖峰。這些問題最終會導(dǎo)致器件失效和產(chǎn) 出率下降。
為克服上述的缺陷往往由銅取代。目前IC工藝中銅在納米級特征線寬中的應(yīng)用越來 越廣有兩個主要原因 一是銅有助于降低互連線引起的信號延遲以提高芯片性能。二是通 孔填鋁工藝在0.18微米以下技術(shù)節(jié)點不完善。實際應(yīng)用例如閃存對大密度和低生產(chǎn)成本 要求為第一位，反應(yīng)速度為第二位。若能將鋁的技術(shù)推向0.1微米，則許多由銅替代的技 術(shù)應(yīng)用就沒有必要，無論生產(chǎn)設(shè)備成本還是運行成本都會大大降低，帶來客觀的經(jīng)濟效益。
傳統(tǒng)的填充A1的過程為
第一步用PVD (Physical Vapor Deposition,物理氣相沉積)方法在絕緣層上生長 阻擋層(阻擋層不止一種，這里以Ti/TiN為例，但不限于Ti/TiN)。第二步再以PVD 方法長上厚度約300A-500A的鋁種子層，見圖2。第三步以PVD方法快速長上厚約 3000A-50OOA鋁層，見圖3。第四步在高溫^500'C，或高溫+高壓(w500atm)，或高溫 和等離子體轟擊下(w40(TC),將鋁回流進(jìn)孔內(nèi)，見圖4。全部填滿這一部分成功與否的 關(guān)鍵在于種子層在第2步中均勻覆蓋，見圖2。
若從PVD方法作第二步，最好在整個過程中溫度小于120攝氏度，以便鋁的〈111〉 晶向取向完成。而第四步需要一個高溫腔，所以不宜放在一起。另外，到小尺寸特征線寬 后，第二步也很難做到各向均勻鍍上鋁，往往沒到側(cè)面涂上鋁，頂部已封口，理論上的圖
42在實際中如圖6。目前，即使在實驗室還沒有人能做到0.13Wn以下高深寬比的填鋁。直流電源的PVD系統(tǒng)，見圖5,鋁主要靠直流電在Ar+的作用下打下來的，其中鋁 離子占的比份很小，大部分還是原子態(tài)的鋁。鋁打到孔的垂直度取決于濺射角的大小(0 )。 角度越小，垂直度越好，這就要求靶材離晶片遠(yuǎn)，但還是要求鋁能打到晶片。這樣勢必要 求直流電增加，由于鋁的熔點低，大電流會融化鋁，所以這種辦法有相當(dāng)局限性。更何況 晶片的邊緣，兩邊打下來不對稱，更難做到兩邊都有均勻的覆蓋，更容易早早封口。如圖 6。因此，很有必要對這一步進(jìn)行較大改進(jìn)，使能夠適用于小尺寸特征線寬，并且仍然能 做到很好的均勻的覆蓋。若是以CVD方法制作第二步，CVD各向均勻很好，可是反應(yīng)速度慢，不適合做第三 步，所以還是需要兩個不同的反應(yīng)室。另外CVD方法制作第二步，薄膜的含碳量高，容易 導(dǎo)致空隙形成?？偠灾?，現(xiàn)有技術(shù)方法的缺點是特征線寬小于0.18陶且高深寬比的IC生產(chǎn)工 藝中出現(xiàn)空隙缺陷難免，而且必須有兩個反應(yīng)室來完成步驟第二至第四步的過程，生產(chǎn)設(shè) 備要求高，通常由銅替代，大大提高了生產(chǎn)成本，特別更難于將填鋁技術(shù)延伸到O.lnm 以下(納米級)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種用PVD法進(jìn)行納米級通孔填充鋁的裝置和工藝方法，可以 克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點。它是對現(xiàn)有填充鋁的裝置和工藝方法的改進(jìn)，使填鋁技術(shù)中填充鋁 的特征線寬《0.1pm,深度與寬度比(h/CD)》6,使原先由2個反應(yīng)室完成的步驟可合 并到一個，從而大大提高生產(chǎn)設(shè)備的利用率和晶片產(chǎn)率。本發(fā)明提供的一種用PVD法進(jìn)行納米級通孔填充鋁的裝置包括PVD腔室，直流電源，磁鐵，晶片基座，靶材，靶材置于PVD腔室的頂部，晶片 基座置于PVD腔室底部，靶材與晶片基座相對。該裝置所述的靶材上安裝射頻電源，所 述的蠱片上安裝射頻電源?；鶞囟?00-500'C。見圖7。所述的靶材上的射頻電源是2MHz-200MHz (比如80MHZ)高頻等離子配套電源； 所述的晶片上的射頻電源是0.5MHz-100MHz的高頻等離子配套電源。所述的靶材上射頻電源的功率為500-10000W;所述的晶片上的射頻電源的功率為 200-2000W。所述的靶材上的射頻提供離子的濃度，所述的晶片上的射頻提供離子的能量。所述 的晶片上的射頻也可以是幾種頻率。例如兩種，2MHZ和27MHZ的混合，以達(dá)到最佳濃 度與能量的匹配。所有重要參數(shù)都可以單獨調(diào)節(jié)。所述的靶材上的射頻也可選用脈沖型。本發(fā)明主要采用高頻等離子體以激發(fā)鋁，并在較高真空壓力1.33Pa-66Pa下減小分子 平均自由程，提高碰揸幾率，以最大限度地提高金屬離子的濃度。鋁離子則可以在電場、 磁場的作用下，提高進(jìn)入孔內(nèi)的垂直度，減少提前封頂?shù)男纬伞Ｅc現(xiàn)有的主要靠大直電流及磁場的激發(fā)鋁/鋁陽離子的系統(tǒng)相比，它在靶材上加上高頻電源(2MHz-200MHz)，這樣可以通過高頻與直流的功率比來調(diào)制腔體內(nèi)鋁陽離子占總 體鋁的濃度硅片上也加上高頻電源(0.5MHz-100MHz),主要是用于調(diào)制鋁陽離子及氬離 子的能量。這樣做到鋁陽離子與氬陽離子濃度、能量的單獨控制，拓寬工藝的調(diào)節(jié)窗口， 以適應(yīng)鋁膜生長過程中不同步驟的要求。另外，在高頻等離子環(huán)境下，鋁膜的回流溫度也 大幅降低，這樣可以將鋁膜生長過程在一個腔室內(nèi)完成。不僅簡化了現(xiàn)有的工序，提高了 設(shè)備利用率，也降低了水電消耗，延長了靶材壽命。本發(fā)明提供的一種用PVD法進(jìn)行納米級通孔填充鋁的工藝方法包括的步驟是在一個 PVD腔室內(nèi)，靶材上與晶片分別加上射頻電源，實現(xiàn)通孔填充鋁過程。本發(fā)明提供的一種用PVD法進(jìn)行納米級通孔填充鋁的工藝方法包括的步驟1) 在PVD腔室真空條件下，用PVD方法在阻擋層上生長鋁的種子層，將鋁淀積到 通孔底部。見圖8。這一步在磁場的作用條件下，靠射頻電源(I )激發(fā)出鋁陽離子，鋁 陽離子在硅片上的射頻電源(II)作用下進(jìn)入小尺寸的通孔中，硅片可以不作靜電吸附到 硅片基座上，將鋁淀積到通孔的頂部及底部。2) 在等離子體轟擊下，利用高頻等離子體產(chǎn)生的低溫回流效應(yīng)，使通孔的頂部及底 部的鋁分布到側(cè)面，并使鋁的晶向大部分是〈111〉晶向，鋁在側(cè)面均勻覆蓋；見圖9。3) 增加直流電的輸入，并降低壓力以增加鋁生長速度，以保證足夠的鋁淀積到硅片 的整個通孔的上方；見圖IO。4) 將上述的硅片靜電吸附到硅片基座上，硅片溫度迅速升到基座溫度，再施加上RF (I )和RF (11)，以等離子體轟擊將鋁流進(jìn)通孔內(nèi)，實現(xiàn)完好填滿。見圖11。本發(fā)明提供的一種用PVD法進(jìn)行納米級通孔填充鋁的工藝方法包括的具體步驟1) 在PVD腔室真空條件下，用PVD方法在阻擋層上生長鋁的種子層，將鋁淀積到 通孔底部，在磁場的作用條件下，靠功率為500-10000W的射頻電源(I )激發(fā)出鋁陽離 子，陽離子在硅片上的功率為500W以下的射頻電源(II)作用下進(jìn)入小尺寸的通孔中， 將鋁淀積到通孔的頂部及底部，可做到底部鋁的厚度大于等于頂部的鋁的厚度，沒有嚴(yán)重 封頂傾向；硅片可不作靜電吸附到硅片基座上，晶片溫度低于基座溫度；2) 在等離子體Ar+轟擊下，使通孔的頂部及底部的鋁分布到側(cè)面，由于鋁熔點低， 并在高頻等離子條件下，在Ar+轟擊過程中，形成金屬鋁的低溫回流，使鋁的晶向大部 分是〈111〉晶向，鋁在側(cè)面均勻的覆蓋；3) 增加直流電的輸入，以增加鋁淀積速度，從而保證足夠的鋁淀積到硅片的整個通 孔上方；具體量視通孔尺寸而定。4) 將上述的硅片靜電吸附到硅片基座上，硅片溫度迅速升到基座溫度，再施加上射 頻電源(I )和射頻電源(11)，以Ar+轟擊將鋁流進(jìn)小通孔內(nèi)并完好填滿。上述的用PVD法進(jìn)行納米級通孔填充鋁的工藝方法中，特征線寬不是太小的情況下 (如，特征線寬〉50納米)，步驟l)與步驟2)可以并為一步進(jìn)行，只要在步驟l)中將 射頻電源(II)的功率提高，實現(xiàn)各向均勻覆蓋；或在若特征線寬很小的情況下(如，特 征線寬〈50納米)，步驟l)與步驟2)、步驟3)與步驟4)循環(huán)處理一次以上，使得在6步驟l)、 3)淀積少量的鋁，以便在步驟2)、 4)中將鋁填進(jìn)去。具體步驟1)的反應(yīng)參數(shù)為所述的射頻電源(I )的功率為500-10000W，所述的 射頻電源(II)的功率為500W以下，鋁淀積的厚度約為300A-500 A,所述的PVD腔室 的真空度為3Pa-60Pa (如20Pa)，所述的晶片基座的溫度控制在100-500°C'C; DC直流 2000W以下。具體步驟2)的反應(yīng)參數(shù)為所述的射頻電源(I )的功率為2000W以下，所述的射 頻電源(II)的功率為200-3000W。每個填充鋁的側(cè)面厚度為大于50A,所述的真空度 0.1Pa-15Pa ， DC直流電源的功率為500W以下。具體步驟3)的反應(yīng)參數(shù)為鋁的淀積到通孔的上方厚度1000-10000A，所述的直流 電的輸入為1000-20000W，所述的真空度小于7Pa,所述的射頻電源(I )的功率隨意， 0-10000W,所述的射頻電源(II)的功率0-2000W。具體步驟4)的反應(yīng)參數(shù)為所述的真空壓力0. lPa-70Pa;所述的射頻電源(I )的 功率為500-10000W;所述的射頻電源(II)的功率為100-1500W (如IOOOW)。本發(fā)明所述的用PVD法進(jìn)行納米級通孔填充鋁的裝置的應(yīng)用于特征線寬《0.1pm與 深度與寬度比(h/CD)》6的IC工序工藝中，制造超大規(guī)模集成電路芯片。應(yīng)用了高頻 等離子體環(huán)境下，有助于降低金屬回流的溫度，及高頻等離子體可以增加金屬離子濃度， 提高各向生長的均勻性，使填鋁工藝向小尺寸延伸。本發(fā)明提供的一種用PVD法進(jìn)行納米級通孔填充鋁的裝置和工藝方法顯著特點是1) 用射頻-物理氣相沉積(RF-PVD)填充鋁，達(dá)到特征線寬《0.1pm (小尺寸)，深 度與寬度比(h/CD) 適應(yīng)超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)。2) 高頻等離子體可以降低鋁回流的溫度限制，使種子層生產(chǎn)全部在120'C以下，有 利于〈111〉晶向的形成。3) 由于回流效應(yīng)，不需要很高的射頻(II)就能將鋁從頂部及底部分配到側(cè)面。這 樣孔的頂部及底部不易擊穿。適合于通孔與溝槽在一起或貫穿的結(jié)構(gòu)。4) 由于整個過程溫度較通常方法低很多，Ti/TiN層不易與鋁產(chǎn)生合金后進(jìn)入到絕緣 層內(nèi)。對低介電常數(shù)的絕緣體的損害也相應(yīng)減少。5) 4個步驟流程中可以通過靜電吸附與否切換硅片溫度，既能做到子晶層的低溫生 長，又能做到溫度升高后回流填充。6) 本發(fā)明的裝置和工藝方法也適合所有低熔點的材料。這里提到的鋁往往摻有 0.5%-4%銅的銅鋁合金，以提高電遷移耐性，銅本身就已經(jīng)摻雜在靶材上。7) 在完成阻擋層后，原先兩個分工不同的PVD腔室(阻擋層——鋁反應(yīng)室1——鋁 反應(yīng)室2)，現(xiàn)在可以各自獨立工作，往通孔中進(jìn)行填鋁，完成填鋁工藝中的先前所述的 第二到第四步后續(xù)步驟，晶片產(chǎn)率能夠提高50%。8) 在特征線寬較大或非常小的情況下，本發(fā)明流程步驟可以相應(yīng)調(diào)整?？傊景l(fā)明可以克服傳統(tǒng)工藝上因為空隙缺陷限制鋁的應(yīng)用進(jìn)一步朝小尺寸發(fā)展的局限，提高鋁膜的各向均勻覆蓋及降低鋁膜回流溫度。本發(fā)明降低了設(shè)備運行溫度，節(jié) 約水電、耗材，大大提高生產(chǎn)設(shè)備的利用率和晶片產(chǎn)率。本發(fā)明也可應(yīng)用于較大尺寸或非 常小尺寸的情況下的流程結(jié)構(gòu)，可以用于半導(dǎo)體集成電路芯片層間導(dǎo)電的通孔，接觸孔、 溝槽等填充鋁等導(dǎo)電物質(zhì)，還可以用于線寬小于30納米的金屬門電路上用的鋁的淀積。 同樣方法也適合所有低熔點的技術(shù)材料。


圖1為導(dǎo)電材料鋁應(yīng)填到小尺寸的通孔示意圖。
圖2為已有技術(shù)填鋁前的中的Ti/TiN阻擋層與種子層示意圖。
圖3為已有技術(shù)填鋁過程的中的Ti/TiN阻擋層與種子層示意圖。
圖4為己有技術(shù)填鋁后的Ti/TiN阻擋層與種子層示意圖。
圖5為已有技術(shù)填鋁的反應(yīng)室示意圖。
圖6為己有技術(shù)填鋁呈現(xiàn)封口傾向、不均勻現(xiàn)象的示意圖。
圖7為本發(fā)明改進(jìn)的填鋁的反應(yīng)室示意圖。
圖8為本發(fā)明填鋁到底部和頂部的Ti/TiN阻擋層與種子層示意圖。 圖9為本發(fā)明填鋁到側(cè)面均勻覆蓋示意圖。 圖IOPVD快速積淀足夠鋁到頂部示意圖。 圖ll鋁回流示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明參照附圖詳細(xì)說明如下，但是它們并不是對本發(fā)明作出任何限制。 如圖所示，l為絕緣體，2為阻擋層，3為種子層，4為鋁。
ll為晶片，22為耙材，33為磁鐵，44為直流電源，55為晶片基座，66為射頻電源 (I ) ， 77為射頻電源(11)。
本發(fā)明的裝置主要包括PVD腔室，直流電源44，磁鐵33，晶片基座55,靶材22， 靶材22置于PVD腔室的頂部，晶片基座55置于PVD腔室底部，且與晶片基座55相對， 耙材22上加上射頻電源(I ) 66，晶片(硅片)上加上射頻電源(II) 77。見圖7。
本發(fā)明提供的一種用PVD法進(jìn)行納米級通孔填充鋁(以特征線寬KUnm，深度與寬 度比(h/CD) =6為例，用二氧化硅樣品上做實驗，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)預(yù)處理，阻擋層為Ti/TIN， 在絕緣體Si02上，蝕刻出直徑100納米，高600納米的這樣尺寸的孔，進(jìn)行填鋁實驗， 工藝方法具體包括的步驟
1 )在PVD腔室中，用PVD方法生長鋁的種子層，將鋁淀積到孔底部，厚度約300A-500 A。如圖8。這一步主要靠RF ( I )(功率5000W)在磁場的幫助下激發(fā)出鋁陽離子。 這一步DC直流相應(yīng)很小，小于2000W，選IOOOW。工藝選取較低的真空度3Pa-60Pa，選 20Pa，以優(yōu)化鋁陽離子的濃度。這些陽離子在晶片上的RF (II)電壓作用下垂直性好，進(jìn)入孔中。這一步RF (II)功率不需要很高，小于500W，選200W。這一步能做到底部 鋁的厚度大于等于頂部的鋁的厚度，沒有嚴(yán)重封頂傾向，但側(cè)面厚度往往不夠。這一步將 晶片不作靜電吸附到晶片基座上，并且由于RF (II)用的很小，等離子體并沒有對晶片 起太多的加熱作用，這樣晶片溫度大大低于基座溫度，基座溫度控制在IOO-400'C,選200 °C。見圖8。
2) 在Ar+轟擊下，頂部及底部的鋁分布到側(cè)面，每個側(cè)面厚度大概50A,如圖9。由 于鋁熔點低，在Ar+轟擊過程中可以應(yīng)用低溫回流的技術(shù)。 一般來說，在溫度高于1/3 熔點，金屬鍵能大大降低，金屬就可以產(chǎn)生流動。在高頻等離子作用下，則可以進(jìn)一步降 低金屬鍵能，降低"流動"溫度的要求，這個溫度可以降到150'C以下。這一步RF(II) 的能量較高，可選擇500-1500W，選1000 W， RF (II)的頻率也可以是兩到三種。RF
(I )可以500-10000W,選2000 W，以滿足Ar+能量與密度的要求。這一步壓力范圍 0.1Pa-15Pa選3Pa， DC直流小于500W。做完這一步，鋁在側(cè)面可以很均勻的覆蓋到側(cè)面。 見圖9，將鋁重新分布，使鋁側(cè)面得到均勻覆蓋。
3) 增加直流電的輸入，1000至20000W，選10000，真空度小于7Pa,把足夠的鋁淀 積到孔的上方。如圖10。鋁的厚度1000-10000A,選2000A，把整個孔填滿一定要有足夠 的鋁，因此具體的量看孔的幾何尺寸。在這里，RF( I )不起主要作用，范圍任意，0-10000W。 RF (II)選擇小于2000W (0-2000W)。見圖10。
4) 這時將晶片靜電吸附到晶片基座上，晶片溫度迅速升到基座溫度，再加上RF( I ) (功率500-10000W),選3000W， RF (II) (100-2000W),選1000W。以Ar+轟擊將鋁流
進(jìn)小孔內(nèi)。同樣道理，在高頻等離子體作用下，鋁不需要很高的溫度就能流進(jìn)小孔并完好
填滿。如圖ll。這一步真空度范圍0.1Pa-70Pa。
本發(fā)明填充鋁的技術(shù)指標(biāo)參數(shù)可以采用通用的檢測手段進(jìn)行檢測。
另外若特征線寬不是太小(〉50納米)，深寬比不是很大(<3)的情況下，圖8與
圖9所示的工藝步驟可以并為一步，在原本圖8的工藝中將RF (II)相應(yīng)提高，這樣各
向均勻覆蓋可以在一步做到。
在特征線寬很小的情況下，圖8與圖9、圖10與圖11所示的過程可以循環(huán)處理一次
以上。每次淀積少量的鋁，以便將鋁填進(jìn)去。
本發(fā)明提供的一種用PVD法進(jìn)行納米級通孔填充鋁可將鋁技術(shù)延伸到特征線寬
O.lMm以下，適應(yīng)超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)。原先由2個反應(yīng)室完成的步驟可合并到一個，
提高機器的利用率。在完成Ti/TiN阻擋層后，原先兩個分工不同的反應(yīng)室，現(xiàn)在可以各
自獨立工作，往孔中進(jìn)行填鋁，完成填鋁工藝中的第二到第四后續(xù)步驟，晶片產(chǎn)率可提高
50%。
本發(fā)明的突出的積極效果還在于
用射頻物理氣相沉積法(RF-PVD)做鋁的填孔，使鋁技術(shù)延伸到特征線寬0.1pm工 藝以下的超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)。
9在完成阻擋層后，用射頻物理氣相沉積法(RF-PVD)做到2個反應(yīng)室串聯(lián)做的事情 變成2個反應(yīng)室并聯(lián)，兩個反應(yīng)室同時進(jìn)行填鋁，各自完成填鋁工藝中的第二到第四后續(xù) 步驟。
高頻等離子體可降低鋁回流的溫度限制，使種子層生產(chǎn)全部在12(TC以下，有利于 〈111〉晶向的形成，也有利于側(cè)面的均勻覆蓋。
另外由于回流效應(yīng)，不需要很高的RF(II)就能將鋁從孔頂部及底部分配到側(cè)面。 這樣頂部及底部不易擊穿。
由于整個過程溫度較通常方法低很多，阻擋層不易與絕緣層(Si02等)及鋁產(chǎn)生合 金，這樣鋁和鈦就不易擴散入絕緣層。
對現(xiàn)有反應(yīng)室流程改變，串聯(lián)變并聯(lián)，以提高每小時晶片通過量。在特征線寬較大或 非常小的情況下可以適應(yīng)行調(diào)整流程結(jié)構(gòu)。該裝置和工藝方法不僅能用于鋁，而且還適合 所有低熔點的材料。本發(fā)明中所說的鋁，也可以是鋁銅合金。也包括低熔點的材料，不限 于鋁銅、鋁鍺等金屬及它們的合金，制造超大規(guī)模集成電路芯片。
另外本發(fā)明技術(shù)突破不僅可以用于半導(dǎo)體集成電路芯片層間導(dǎo)電的通孔，接觸孔、溝 槽等填充鋁等導(dǎo)電物質(zhì)，還可以用于線寬小于30納米的金屬門電路上用的鋁的淀積。
權(quán)利要求
1、一種用PVD法進(jìn)行納米級通孔填充鋁的裝置，包括PVD腔室，直流電源，磁鐵，晶片基座，靶材，靶材置于PVD腔室的頂部，晶片基座置于PVD腔室底部，靶材與晶片基座相對，其特征在于該裝置所述的靶材上安裝射頻電源，所述的晶片上安裝射頻電源。
2、 按照權(quán)利要求1所述的用PVD法進(jìn)行納米級通孔填充鋁的裝置，其特征在于所述 的靶材上的射頻電源是2MHz-200MHz，選80MHZ,高頻等離子配套電源；所述的晶片 上的射頻電源是0.5MHz-lOOMHz,選13MHZ,的高頻等離子配套電源；或者，所述的晶片上的射頻電源是2-3種頻率的混合。
3、 按照權(quán)利要求1所述的用PVD法進(jìn)行納米級通孔填充鋁的裝置，其特征在于所 述的耙材上射頻電源的功率為500-10000W;所述的晶片上的射頻電源的功率為 200-3000W。
4、 一種用PVD法進(jìn)行納米級通孔填充鋁的工藝方法，其特征在于包括的步驟1) 在PVD腔室真空條件下，用PVD方法阻擋層上生長鋁的種子層，將鋁淀積到通 孔底部，在磁場的作用條件下，靠射頻電源(I)激發(fā)出鋁陽離子，鋁陽離子在硅片上的 射頻電源(II)作用下進(jìn)入小尺寸的通孔中，硅片可不作靜電吸附到硅片基座上，將鋁淀 積到通孔的頂部及底部；2) 在等離子體轟擊下，使通孔的頂部及底部的鋁分布到側(cè)面，促進(jìn)金屬鋁的低溫回 流，使鋁的晶向大部分是〈111〉晶向，鋁在側(cè)面均勻覆蓋；3) 增加直流電的輸入，可同時降低壓力以增加鋁生長速度，淀積足夠的鋁到通孔頂部；4) 將上述的硅片靜電吸附到硅片基座上，在等離子體轟擊協(xié)助下，硅片溫度迅速升 到基座溫度，再施加上RF ( I )和RF (11)，將鋁流進(jìn)通孔內(nèi)，實現(xiàn)完好填滿。
5、 一種用PVD法進(jìn)行納米級通孔填充鋁的工藝方法，其特征在于包括的步驟1) 在PVD腔室真空條件下，用PVD方法在阻擋層上生長鋁的種子層，將鋁淀積到 通孔底部，在磁場的作用條件下，靠功率為500-10000W的射頻電源(I )激發(fā)出鋁陽離 子，陽離子在硅片上的功率為500W以下的射頻電源(II)作用下進(jìn)入通孔中，硅片不作 靜電吸附到硅片基座上，將鋁淀積到通孔的頂部及底部，能夠做到底部鋁的厚度大于等于 頂部的鋁的厚度，且沒有嚴(yán)重封頂傾向；晶片溫度低于基座溫度；2) 在等離子體Ar+轟擊下，使通孔的頂部及底部的鋁分布到側(cè)面，由于鋁熔點 低，在高頻等離子體Ar+轟擊過程中，形成金屬鋁的低溫回流，使鋁的晶向大部分 是〈111〉晶向，鋁在側(cè)面均勻的覆蓋；3) 增加直流電的輸入，也可同時降低壓力，快速淀積足夠的鋁到通孔頂部；4) 將上述的硅片靜電吸附到硅片基座上，硅片溫度迅速升到基座溫度，再施加上射 頻電源(I )和射頻電源(11)，以Ar+轟擊將鋁流進(jìn)小通孔內(nèi)并完好填滿。
6、 按照權(quán)利要求5所述的用PVD法進(jìn)行納米級通孔填充鋁的工藝方法，其特征在于 包括的步驟特征線寬大于50nm,步驟l)與步驟2)并為一步進(jìn)行，只要將步驟l)中將射頻電 源(II)的功率提高，實現(xiàn)各向均勻覆蓋；或在若特征線寬小于50nm,步驟l)與步驟2)循環(huán)處理一次以上，步驟3)與步驟4) 也可循環(huán)處理一次以上，使得在步驟l)、 3)淀積少量的鋁，以便在步驟2)、 4)中將鋁 填進(jìn)去；或在深寬比不是很大的情況下，如需要填充的是溝槽，也可參照本工藝方法改進(jìn)傳統(tǒng) 方法。
7、 按照權(quán)利要求5所述的用PVD法進(jìn)行納米級通孔填充鋁的工藝方法，其特征在于 步驟1)的反應(yīng)參數(shù)為所述的射頻電源(I )的功率為50-10000W，所述的射頻電源(II ) 的功率為500W以下，鋁淀積的厚度為300A-500 A;所述的PVD腔室的真空度為3Pa-60Pa，所述的晶片基座的溫度控制在100-500°C; DC直流2000W以下。
8、 按照權(quán)利要求5所述的用PVD法進(jìn)行納米級通孔填充鋁的工藝方法，其特征在于 步驟2)的反應(yīng)參數(shù)為所述的射頻電源(I )的功率為2000W以下，所述的射頻電源(II) 的功率為200-3000W，每個填充鋁的側(cè)面厚度為大于等于50A,所述的真空度為 0.1Pa-15Pa, DC直流電源的功率為500W以下。
9、 按照權(quán)利要求5所述的用PVD法進(jìn)行納米級通孔填充鋁的工藝方法，其特征在于 步驟3)的反應(yīng)參數(shù)為鋁的淀積到通孔的上方厚度1000-10000A，所述的直流電的輸入 為1000-20000W，所述的真空度小于7Pa，所述的射頻電源(I)的功率為0-10000W, 所述的射頻電源(II)的功率為0-2000W。
10、 按照權(quán)利要求5所述的用PVD法進(jìn)行納米級通孔填充鋁的工藝方法，其特征在 于步驟4)的反應(yīng)參數(shù)為所述的真空壓力0. 1Pa-70Pa;所述的射頻電源(I )的功率為 500-10000W;所述的射頻電源(II)的功率為100-2000W。
11、 權(quán)利要求1所述的用PVD法進(jìn)行納米級通孔填充鋁的裝置的應(yīng)用，其特征在于 它用在特征線寬達(dá)到O.ljxm或者小于O.lnm與深度與寬度比為6或者大于6的IC前道工 序工藝中，填充鋁、鋁銅合金，鋁鍺、鋁銦金屬及它們的合金，制造超大規(guī)模集成電路芯 片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用PVD法進(jìn)行納米級通孔填充鋁的裝置和工藝方法，采用射頻電源與物理氣相沉積(PVD)的高頻等離子體法，在一個PVD腔室內(nèi)，靶材上與晶片分別加上射頻電源，將Al填充到小尺寸的半導(dǎo)體芯片的通孔中，成為半導(dǎo)體層與層之間的導(dǎo)電材料。本發(fā)明可以克服傳統(tǒng)工藝只能達(dá)到0.13微米以上的缺陷，實現(xiàn)將鋁的應(yīng)用延伸到特征線寬≤0.1μm，深度與寬度比(h/CD)≥6。本發(fā)明降低了設(shè)備運行溫度，節(jié)約水電、耗材，大大提高生產(chǎn)設(shè)備的利用率和晶片產(chǎn)率。可以用于半導(dǎo)體集成電路芯片層間導(dǎo)電的通孔，接觸孔、溝槽等填充鋁等導(dǎo)電物質(zhì)，還可以用于線寬小于30納米的金屬門電路上用的鋁的淀積。并特別指出同樣方法適合所有低熔點的技術(shù)材料。
文檔編號C23C14/28GK101643891SQ200810054068
公開日2010年2月10日 申請日期2008年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月5日
發(fā)明者吉和林 申請人:吉和林