專利名稱：：具有可施加至靶材的射頻電源的物理氣相沉積等離子體反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種物理氣相沉積反應(yīng)器，尤其涉及一種具有可施加到靶材的射頻電源的物理氣相沉積等離子體反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
：近來(lái)隨著集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步，位于半導(dǎo)體晶體管上方的多層互連結(jié)構(gòu)現(xiàn)今已有多達(dá)六層至十層的互連層。絕緣層將連續(xù)的導(dǎo)體層分開(kāi)。導(dǎo)體互連層可具有完全不同的導(dǎo)體圖案，以及導(dǎo)體互連層之間彼此連接且經(jīng)由垂直延伸穿過(guò)絕緣層的通孔而在不同位置連接到晶體管層。本發(fā)明涉及通孔(via)的形成。為了減少集成電路中的電阻功率損耗，互連層與通孔通常運(yùn)用鋁而近來(lái)運(yùn)用銅作為主要的導(dǎo)體。絕緣層為二氧化硅，不過(guò)近來(lái)除了二氧化硅之外，已增加使用了其他具有低介電常數(shù)的介電材料。因?yàn)殂~容易隨時(shí)間擴(kuò)散通過(guò)絕緣層從而造成電路短路，所以在集成電路內(nèi)銅材料與介電材料的界面之間設(shè)置一層可阻擋銅擴(kuò)散的阻擋層。阻擋層通常包含與絕緣層接觸的下層的氮化鉭或氮化鈦層、上層純(或接近純質(zhì))鉭或鈦層，以及最后在純鉭(或鈦)層上方的銅種晶層。若導(dǎo)體為銅金屬時(shí)，則鉭為較佳選擇。該銅導(dǎo)體沉積在銅種晶層上。這樣的阻擋層可避免銅原子遷移或擴(kuò)散進(jìn)入介電材料中。與銅相比較，鉭與氮化鉭(或鈦與氮化鈦)層屬于不良導(dǎo)體。利用物理氣相沉積以形成阻擋層與銅導(dǎo)體。其他沉積工藝可運(yùn)用在金屬填充階段(銅沉積)，例如化學(xué)氣相沉積、等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積或電鍍。在水平互連層之間形成垂直延伸的通孔將會(huì)產(chǎn)生以下問(wèn)題。利用刻蝕孔洞穿過(guò)上層水平絕緣(二氧化硅)層，以暴露出在下層水平互連層中的部分的銅導(dǎo)體，而形成每個(gè)垂直的通孔開(kāi)口。通過(guò)通孔可連接至金屬暴露的部分。在銅導(dǎo)體形成于通孔內(nèi)之前，阻擋層必須沉積在通孔的內(nèi)表面上，以避免銅原子如上述般的遷移。覆蓋著通孔所有內(nèi)表面的阻擋層覆蓋所述下層銅導(dǎo)體的暴露部分。因?yàn)樽钃鯇訛檩^差導(dǎo)體，必須選擇性地將下層銅導(dǎo)體上的阻擋層去除(在一刻蝕工藝中)，而不會(huì)由通孔的其他內(nèi)表面處去除阻擋層。在去除步驟中需要中止物理氣相沉積工藝以將晶片置于刻蝕腔室中進(jìn)而進(jìn)行在下層銅表面上選擇性去除阻擋層的工藝。晶片接著會(huì)返回物理氣相沉積反應(yīng)室中以形成銅導(dǎo)體。因選擇性去除阻擋層所產(chǎn)生的步驟中斷需要較高的生產(chǎn)成本并浪費(fèi)工藝時(shí)間。近來(lái)已發(fā)展出一種兩用(dualpurpose)反應(yīng)器，所述兩用反應(yīng)器能夠進(jìn)行阻擋層的物理氣相沉積以及在阻擋層形成步驟后選擇性去除阻擋層，而不需從反應(yīng)器中去除晶片。因此，可大幅節(jié)省生產(chǎn)成本與生產(chǎn)時(shí)間。利用在物理氣相沉積腔室中接近晶片處提供一個(gè)單獨(dú)的線圈(coil)即可完成上述技術(shù)特征。在阻擋層形成之后，線圈用于形成感應(yīng)耦合等離子體(inductivelycoupledplasma),所述感應(yīng)稱合等離子體可選擇性地由水平表面(即，由下層銅導(dǎo)體形成的底面)上濺射阻擋層。通過(guò)將射頻(RF)偏壓功率施加到晶片上，達(dá)到主要為垂直的離子速度分布，如此可達(dá)到該選擇性濺射(后文稱為“再濺射”(re-sputtering))。雖然這兩用反應(yīng)器可相當(dāng)好地運(yùn)行,但卻必須承擔(dān)額外的費(fèi)用。例如，因?yàn)樽钃鯇映练e步驟包括濺射金屬靶材，因而會(huì)將金屬沉積在所有反應(yīng)器腔室的內(nèi)表面上，而再濺射線圈必須位于腔室內(nèi)，使得不會(huì)有金屬化的表面來(lái)遮蔽線圈或防止來(lái)自再濺射線圈的射頻功率感應(yīng)耦合到等離子體中。為了避免工藝污染，再濺射線圈由純鉭金屬所形成，這會(huì)增加成本。線圈在使用壽命期間遭受非常大的溫度變動(dòng)而必須定期地更換。射頻功率必須經(jīng)過(guò)反應(yīng)器腔室的真空密封以及經(jīng)過(guò)周期性完全充滿金屬蒸氣的環(huán)境，而耦接到再濺射線圈上。因此，必須運(yùn)用可承受金屬沉積的射頻饋通(feedthrough)線，所述射頻饋通線的外表面的結(jié)構(gòu)可避免沉積材料的過(guò)度累積與剝落，且所述射頻饋通線可在使用壽命期間承受寬廣的溫度漂移。另外已知的兩用反應(yīng)器是運(yùn)用一外部線圈，所述外部線圈位于頂板中未受金屬濺射靶材阻隔的部分上方。但是問(wèn)題在于，金屬氣相沉積工藝會(huì)使頂板涂覆一層金屬因而阻隔來(lái)自線圈天線的感應(yīng)耦合。另一個(gè)較嚴(yán)重的問(wèn)題在于由線圈所產(chǎn)生的射頻等離子體會(huì)從靶材產(chǎn)生出高比例的金屬離子，使得無(wú)法將晶片偏壓調(diào)整至不影響(去最優(yōu)化)來(lái)自靶材的金屬離子/蒸氣通量下能選擇性刻蝕水平表面的最佳情況。因此，金屬沉積工藝與再濺射工藝必須在不同時(shí)間下進(jìn)行。應(yīng)該注意的是，雖然上述兩用反應(yīng)器能夠進(jìn)行鉭/氮化鉭(Ta/TaN)阻擋層沉積步驟與再濺射步驟，但是通常需運(yùn)用不同的反應(yīng)器以進(jìn)行后續(xù)的銅沉積步驟。這是因?yàn)榫闲枰咄康你~離子，且PVD反應(yīng)器必須特別配置，以使濺射出的銅離子在銅靶材處非常致密的等離子體中自離子化(self-ionize)。特定地，將非常高的直流功率(40_56千瓦)施加到銅祀材上，并運(yùn)用一特定裝配的磁控管(magnetron)在祀材處以產(chǎn)生較集中的等離子體。因?yàn)樵诮咏胁奶幱懈呙芏鹊你~離子，所以磁控管設(shè)置在晶片上方非常高的位置(390毫米)上，這將銅沉積速率限制在可接受的臨界值(以及提供銅中性粒子有利的準(zhǔn)直(collimation))。然而，通常大部分的銅離子沉積在腔室中的護(hù)罩(shield)上，或者則在長(zhǎng)距離的行進(jìn)中損耗掉。除了需要銅PVD腔室與阻擋層PVD腔室之外，必須運(yùn)用第三腔室“刻蝕腔室”以進(jìn)行預(yù)沉積清潔工藝(pre-depositioncleaningprocess),因?yàn)殂~PVD腔室與阻擋層PVD/再濺射腔室不適于進(jìn)行清潔/刻蝕工藝。另外的問(wèn)題是，在阻擋層形成過(guò)程中沉積的鉭和/或氮化鉭容易在通孔側(cè)壁上有不均勻的厚度，特別是接近垂直壁的頂角落的累積較快，而呈現(xiàn)出夾止(Pinch-OfT)的趨勢(shì)。因此必須限制工藝條件以改善上述問(wèn)題。在完成阻擋層沉積之后進(jìn)行再濺射工藝即可解決一部分此類問(wèn)題，因?yàn)樵贋R射工藝對(duì)通孔側(cè)壁的頂部與角落的鉭或氮化鉭去除較快，而其他部分則較慢，同時(shí)可將由通孔的水平表面(底面)上去除的鉭或氮化鉭材料傳輸至通孔側(cè)壁的下部分上。不過(guò)，若能同時(shí)避免初期不均勻的鉭或氮化鉭沉積問(wèn)題以消除任何夾止產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，則可允許更自由的工藝條件范圍。避免使用該內(nèi)部再濺射線圈，而以較簡(jiǎn)單的方式來(lái)提供至少部分該內(nèi)部再濺射線圈所帶來(lái)的好處是有益的。本發(fā)明在不需要使用內(nèi)部再濺射線圈之下仍能得到先前技術(shù)中使用該線圈才能獲得的好處。本發(fā)明進(jìn)一步提供減輕或避免阻擋層不均勻沉積的方法和一種在阻擋層形成過(guò)程中避免或減小阻擋層沉積在作為通孔底面的暴露銅導(dǎo)體表面上的方法。另一欲解決的問(wèn)題是，當(dāng)技術(shù)進(jìn)步而使通孔與其他特征有較小的幾何形狀和較高的深寬比時(shí)，必須提高濺射材料(例如，銅)的離子化程度，以達(dá)成沉積膜層所需的共形性(conformality).上述提高離子化程度需要將較高的VHF功率施加到晶片支撐底座上。為了增加工藝性能需要精確控制晶片的溫度，因此需使用靜電吸盤以將晶片夾固于溫度受控的表面上。使用靜電吸盤限制了可施加到晶片上的VHF功率量。即，主要原因在于在靜電吸盤中由射頻功率施加的電極通常由氮化招盤(puck)內(nèi)的小型鑰網(wǎng)(molybdenummesh)所組成。網(wǎng)的小直徑(gauge)(例如，100微米)大幅度限制了作為射頻發(fā)射器的網(wǎng)的效率且限制了可施加網(wǎng)上的射頻功率量低至最多I.5千瓦。而用在小特征(例如，45納米)的高深寬比的開(kāi)口上的共形沉積所需要的離子化程度卻只能在非常高的VHF功率(例如3.5千瓦或更高)下方能達(dá)成。
發(fā)明內(nèi)容一物理氣相沉積反應(yīng)器包含一真空腔室、一耦接到腔室上的真空泵、一耦接至腔室的工藝氣體入口，以及一耦接至工藝氣體入口的工藝氣體源，其中該真空腔室包含側(cè)壁、頂板與接近腔室底面的晶片支撐底座。金屬濺射靶材位于頂板上，且一高電壓直流源耦接至濺射靶材上。一射頻等離子體源功率產(chǎn)生器耦接至該金屬濺射靶材上，且所述射頻等離子體源功率產(chǎn)生器具有適合激發(fā)運(yùn)動(dòng)電子的頻率。優(yōu)選地，該晶片支撐底座包含一靜電吸盤，以及一射頻等離子體偏壓功率產(chǎn)生器耦接至該晶片支撐底座上，所述射頻等離子體偏壓功率產(chǎn)生器具有適于耦合能源至等離子體離子的頻率。優(yōu)選地，具有直徑超過(guò)約0.5英寸的固體金屬射頻饋入桿(feedrod)與金屬祀材哨合,此射頻饋入桿穿過(guò)頂板而軸向延伸至靶材上方且耦接至射頻等離子體源功率產(chǎn)生器。圖I是運(yùn)用本發(fā)明的等離子體反應(yīng)器的剖面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方案的晶片支撐底座的放大剖面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方案的晶片支撐底座的放大剖面圖；圖4不出在圖I的反應(yīng)器中使用兩種不同的等尚子體偏壓功率頻率；圖5示出圖4實(shí)施例的不同偏壓功率頻率的不同離子能量分布的組合；圖6A至圖6E是根據(jù)本發(fā)明工藝的集成電路的連續(xù)剖面圖；圖7是在圖6A至圖6E工藝中所形成的阻擋層的放大剖面圖；圖8A至圖SC示出在本發(fā)明工藝的一個(gè)實(shí)施例中的阻擋層的形成；圖9A至圖9B示出在本發(fā)明工藝優(yōu)選實(shí)施例中的阻擋層的形成；圖10是本發(fā)明優(yōu)選工藝的方塊流程圖；圖11A、圖IlB與圖IlC是一穿透介電層的窄開(kāi)口的剖面?zhèn)纫晥D，以及圖11A、圖IlB與圖IlC示出在圖I的反應(yīng)器的三個(gè)不同模式中的沉積結(jié)果，此三個(gè)模式分別為共形(conformal)模式、非共形(non-conformal)模式以及穿通(punch-through)模式；圖12示出根據(jù)第一實(shí)施例的等離子體反應(yīng)器；圖13示出根據(jù)第二實(shí)施例的等離子體反應(yīng)器；圖14示出根據(jù)第三實(shí)施例的等離子體反應(yīng)器；圖15示出根據(jù)第四實(shí)施例的等離子體反應(yīng)器；圖16示出根據(jù)第五實(shí)施例的等離子體反應(yīng)器；圖17描述了圖I反應(yīng)器在同一晶片上進(jìn)行預(yù)沉積清潔工藝、介電阻擋層沉積工藝與金屬阻擋層沉積工藝；圖18A與圖18B不出圖2的射頻接地導(dǎo)電片(RFgroundingconductivetab)的一個(gè)實(shí)施例；圖19示出PVD反應(yīng)器的第一優(yōu)選實(shí)施例，該P(yáng)VD反應(yīng)器具有靜電吸盤和高效VHF發(fā)射器，并且所述PVD反應(yīng)器在派射祀材上運(yùn)用一轉(zhuǎn)動(dòng)磁鐵陣列(magnetarray)；圖20是對(duì)應(yīng)圖19的俯視圖；圖21示出圖19與圖20的磁鐵陣列的環(huán)形磁局限(toroidalmagneticconfinement,或稱環(huán)形磁圍阻)圖案；圖22示出PVD反應(yīng)器的第二優(yōu)選實(shí)施例，該P(yáng)VD反應(yīng)器具有靜電吸盤和高效VHF發(fā)射器，并且所述PVD反應(yīng)器在濺射靶材上運(yùn)用一轉(zhuǎn)動(dòng)磁鐵陣列；圖23示出在圖22反應(yīng)器的派射祀材上的射頻饋入圓柱物(RFfeedcolumn)的第一方案;圖24示出在圖22反應(yīng)器的濺射靶材上的射頻饋入圓柱物的第二方案；圖25、圖26與圖27分別示出第一、第二與第三的可供選擇實(shí)施例；圖28示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案中用以進(jìn)行物理氣相沉積的工藝。具體實(shí)施例方式等離子體反應(yīng)器形成用于導(dǎo)體的阻擋層(如，鉭/氮化鉭膜或鈦/氮化鈦膜)，在溝槽中或位于集成電路的連續(xù)互連層間的貫穿通孔中，例如當(dāng)導(dǎo)體為銅時(shí)，所述銅的阻擋材料為鉭/氮化鉭。等離子體反應(yīng)器能進(jìn)行物理氣相沉積與高度選擇性的再濺射工藝，以從構(gòu)成通孔底面的下層導(dǎo)體的暴露水平表面上去除阻擋材料。值得注目地，反應(yīng)器完成上述所有工藝，而不需要使用內(nèi)部線圈，所述內(nèi)部線圈在先前技術(shù)中用于完全和準(zhǔn)確控制的再濺射步驟中。取代的是，等離子體形成在晶片附近以進(jìn)行再濺射步驟。為了上述目的，可導(dǎo)入諸如氬氣的工藝氣體，并以可有效地將能量耦接至運(yùn)動(dòng)電子以在接近晶片處激發(fā)氬氣等離子體離子的射頻頻率將源功率施加到晶片上。在本說(shuō)明書中所使用的“源功率(sourcepower)”一詞是指射頻功率，該射頻功率可利用將功率耦合到等離子體中的運(yùn)動(dòng)電子上，而維持射頻耦合等離子體?！霸垂β省迸c“源”一詞有所區(qū)別，當(dāng)提到直流電激發(fā)金屬濺射靶材時(shí)，“源”指在金屬沉積工藝中金屬原子或離子的“源”。通常，因?yàn)殡娮拥牡唾|(zhì)荷比(mass-to-chargeratio)所以源功率頻率為VHF頻率。在再派射步驟中運(yùn)用形成在晶片附近的VHF耦合等離子體的離子。通過(guò)可有效地將能量耦接到離子(例如，氬離子)上的射頻頻率將偏壓功率施加到晶片上，可建立再濺射步驟對(duì)水平表面的選擇性，由于離子具有高質(zhì)荷比所以此射頻頻率通常為高頻(HF)或低頻(LF)。這使得在晶片表面的等離子體鞘上的離子速度分布被限制在繞著腔室軸的小方向范圍內(nèi)，通常為垂直方向；并使再濺射步驟對(duì)垂直于腔室軸的表面具有高度選擇性，通常為水平表面。顯著的特征為，可在不影響來(lái)自靶材朝向晶片移動(dòng)的金屬離子的通量(flux)的情況下，以偏壓功率控制離子再濺射或刻蝕步驟的選擇性。利用在靶材表面處的一低功率(2-5千瓦)直流放電等離子體可有利于上述特征，所述低功率直流放電等離子體由靶材處產(chǎn)生主要為中性的金屬粒子或原子，這些粒子或原子不受施加到晶片上的偏壓功率的影響。因此，運(yùn)用兩種不同的等離子體，一種等離子體為位于靶材處的直流放電等離子體，而另一種等離子體則為位于晶片處的射頻(VHF)等離子體。因此，可使靶材濺射最佳而不影響在晶片處的再濺射等離子體，同時(shí)可使偏壓電壓最佳而不影響靶材濺射。如果運(yùn)用在接近靶材處使用射頻耦合等離子體以產(chǎn)生物理氣相沉積工藝的金屬離子的傳統(tǒng)的離子物理氣相沉積反應(yīng)器的話，則無(wú)法達(dá)到該特征。提供本發(fā)明特有的優(yōu)選模式，其中物理氣相沉積與再濺射可同時(shí)進(jìn)行，且可在不影響來(lái)自靶材的金屬原子通量(flux)的情況下，調(diào)整再濺射與刻蝕工藝的選擇性。再濺射步驟可補(bǔ)償阻擋層材料沉積的不均勻性。因此，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，再濺射步驟可與阻擋層沉積步驟同時(shí)進(jìn)行。上述方案是可行的，因?yàn)楸景l(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例產(chǎn)生某種程度上獨(dú)立的兩種等離子體，即，由磁控管局限到靶材上的接近頂板或靶材處的直流放電等離子體，以及接近晶片表面的射頻等離子體，以進(jìn)行再濺射。因此，最佳化接近頂板的等離子體以濺射靶材，此時(shí)(同時(shí))最佳化在晶片處的等離子體以再濺射并選擇性刻蝕每個(gè)通孔的底面。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)為可使沉積阻擋層上顯著的不均勻性被減少或從未形成，從而減少夾止發(fā)生的機(jī)會(huì)或其他在通孔中的問(wèn)題。此實(shí)施例的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，在整個(gè)阻擋層沉積/再濺射工藝當(dāng)中，可完全避免阻擋材料累積在用以形成通孔底面的下層導(dǎo)體的暴露水平表面上。通過(guò)相對(duì)于再濺射速率(主要由施加至晶片的VHF等離子體源功率所控制)調(diào)整阻擋材料沉積速率(主要由鉭靶材直流濺射電壓所控制)而完成上述方案。本發(fā)明根據(jù)應(yīng)用可提供一些好處。例如，因?yàn)樾枰饘僦行粤Ｗ?，所以運(yùn)用低功率(2-5千瓦)直流功率以在所有沉積工藝中濺射金屬靶材，這些金屬包含銅、鉭和鈦。因此，在晶片上方的靶材高度與磁控管設(shè)計(jì)在所有工藝中相同，使得同樣的腔室可進(jìn)行任何一個(gè)或所有上述工藝。例如，在晶片上方的靶材高度可相對(duì)較低，或介于約225毫米(mm)與290毫米之間。此外，可使用VHF源功率施加器(applicator)與高頻偏壓功率施加器以激發(fā)等離子體(例如氬氣等離子體)而不需要靶材，以在每個(gè)沉積工藝之前進(jìn)行預(yù)沉積清潔工藝。在每個(gè)沉積步驟與所有沉積步驟之前，可重復(fù)上述預(yù)清潔工藝，該些沉積步驟包含阻擋金屬(鉭)沉積步驟、阻擋介電(氮化鉭)阻擋沉積步驟、銅種晶層沉積步驟與銅導(dǎo)體沉積步驟。反應(yīng)器設(shè)備參照?qǐng)D1，本發(fā)明第一實(shí)施例的反應(yīng)器包含一由柱狀側(cè)壁10所限定的真空腔室、一盤狀頂板12以及一晶片支撐底座14，所述晶片支撐底座14用于支撐待處理的半導(dǎo)體晶片16。待沉積到晶片16上的金屬(例如，鉭)靶材18置放在頂板12上。由柱狀護(hù)罩20所組成的工藝套件包圍晶片16與靶材18。傳統(tǒng)種類的磁控管22位于靶材18上方，且所述磁控管22位于頂板12的外側(cè)。高電壓直流源24耦接到靶材18。工藝氣體注射器26提供來(lái)自一供給28的工藝氣體進(jìn)入腔室內(nèi)部。真空泵30使真空腔室內(nèi)維持所需的低于大氣的壓力。晶片底座14經(jīng)由一阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)34而耦接到VHF等離子體源功率產(chǎn)生器36，并且所述晶片底座14耦接到一高頻或低頻等離子體偏壓功率產(chǎn)生器38。高壓直流源維持接近靶材18處的上層等離子體40。VHF等離子體源功率產(chǎn)生器36維持位于或接近晶片16的表面的下層等離子體42。兩種等離子體40、42可同時(shí)維持或可在不同時(shí)間產(chǎn)生。上層等離子體40為直流放電等離子體，所述直流放電等離子體可濺射靶材18，以由靶材18處產(chǎn)生用以沉積在晶片上的主要中性金屬原子，以及一些來(lái)自靶材18的金屬離子。下層等離子體42是電容式耦合射頻等離子體，所述電容式耦合射頻等離子體促進(jìn)晶片16的水平表面的選擇性刻蝕?？蓡为?dú)控制這兩種等離子體40、42，以獨(dú)立控制金屬沉積工藝與再濺射工藝。施加到晶片上的低頻偏壓功率決定水平表面的再濺射/刻蝕工藝的選擇性。等離子體均勻性，特別是接近晶片的等離子體42的均勻性，由電磁線圈43所控制，該電磁線圈纏繞反應(yīng)器腔室的柱狀側(cè)壁并由電流源控制器45供給直流電流。在圖2中示出了VHF源功率與高頻或低頻偏壓功率到晶片上的耦合。晶片支撐底座14可以是用于靜電保持晶片16在適當(dāng)位置的靜電吸盤(ESC)。在這種情況下，該ESC或底座由一絕緣層50和一電極52所組成,所述絕緣層50位于導(dǎo)電底座51上,并且所述電極52諸如包埋在該絕緣層50內(nèi)的導(dǎo)電網(wǎng)。該底座結(jié)構(gòu)可向下延伸至一同軸配置中，該同軸配置由一連接到電極52的中央導(dǎo)體54、一絕緣中間層56與一連接到導(dǎo)電底座51的外部導(dǎo)體58所組成。導(dǎo)電底座通過(guò)導(dǎo)電片60耦接到柱狀護(hù)罩20的底部，以提供較連續(xù)的接地參考。中央導(dǎo)體54耦接到該射頻功率源上，同時(shí)外部導(dǎo)體58接地。阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)34由傳統(tǒng)阻抗匹配電路64和傳統(tǒng)阻抗匹配電路68所組成，所述傳統(tǒng)阻抗匹配電路64耦接到射頻(VHF)等離子體源功率產(chǎn)生器36，并且所述傳統(tǒng)阻抗匹配電路68耦接到射頻(高頻或低頻)等離子體偏壓功率產(chǎn)生器38。阻抗匹配電路64的輸出經(jīng)由高通濾波器(highpassfilter)65而連接到晶片底座中央導(dǎo)體54上，而阻抗匹配電路68的輸出經(jīng)由低通濾波器(lowpassfilter)69而連接到晶片底座中央導(dǎo)體54上。此外,直流吸盤電壓源74連接到晶片底座中央導(dǎo)體54上，且所述直流吸盤電壓源74通過(guò)一絕緣電容器76而與射頻功率隔離。高通濾波器65具有足夠高的截止頻率(cut-offfrequency)，以避免來(lái)自射頻產(chǎn)生器38的高頻或低頻電流到達(dá)VHF匹配電路64，而低通濾波器具有足夠低的截止頻率，以避免來(lái)自射頻產(chǎn)生器36的VHF電流到達(dá)高頻(或低頻)匹配電路68。圖3示出晶片支撐底座14的另一個(gè)實(shí)施例，其中電極52接觸晶片且沒(méi)有靜電固定該晶片。在該實(shí)例中，因?yàn)殡姌O52可能暴露至等離子體中，所以電極52可由欲沉積在晶片上的材料所構(gòu)成，所述材料例如鉭。圖4不出由聞?lì)l與低頻頻率(例如，分別為13.56百萬(wàn)赫茲與2百萬(wàn)赫茲)兩者所構(gòu)成的偏壓功率的實(shí)施例。為了這個(gè)目的，使用兩偏壓功率射頻產(chǎn)生器，即高頻偏壓功率產(chǎn)生器38a與低頻偏壓功率產(chǎn)生器38b，所述產(chǎn)生器38a、38b分別經(jīng)由匹配電路68a、68b與濾波器69、69a耦接到晶片底座中央導(dǎo)體54上。VHF源功率產(chǎn)生器36經(jīng)由阻抗匹配電路64與高通濾波器65而耦接到晶片底座中央導(dǎo)體54上。該實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，高頻偏壓的較低離子能量分布與低頻偏壓的較高離子能量分布(都顯示在圖5中)可加以結(jié)合，以產(chǎn)生如下離子能量分布，所述離子分布的波峰介于低頻與高頻離子能量分布波峰之間。通過(guò)調(diào)整低頻與高頻功率產(chǎn)生器38a、38b的相對(duì)功率大小，可使高峰在能量方向上、向上或向下偏移。靶材材料(例如，鉭)的沉積速率主要由直流電壓源輸送到靶材上的功率所決定?？涛g/再濺射工藝(對(duì)于水平表面)的選擇性由偏壓功率所決定，同時(shí)刻蝕/再濺射工藝的速率主要由源功率大小所決定。因此，三種參數(shù)即，金屬沉積速率、對(duì)水平表面的刻蝕選擇性以及刻蝕速率，可個(gè)別地加以控制。因?yàn)榭蓡为?dú)地控制上述參數(shù)，所以若有需要，金屬沉積與刻蝕/再濺射工藝可同時(shí)進(jìn)行。PVD/再濺射方法:圖I的反應(yīng)器對(duì)于形成在集成電路的連續(xù)互連層之間的金屬接觸特別有用。通常，集成電路包含具有數(shù)千個(gè)晶體管的有源半導(dǎo)體層以及多個(gè)絕緣互連層，該絕緣互連層層疊在有源半導(dǎo)體層上，并且所述絕緣互連層在所述晶體管間提供復(fù)雜的互連電路。利用金屬(例如，銅)填充在互連層之間的通孔或垂直孔洞而形成在互連層之間的連線。為了避免因銅擴(kuò)散通過(guò)絕緣材料形成短路而造成失敗，鉭與氮化鉭的阻擋層位于銅與絕緣材料之間。圖I的反應(yīng)器為沉積阻擋層到通孔中的工藝提供非常好的優(yōu)點(diǎn)。圖6A是互連層100的部分制作片段的放大剖面圖，該層疊的互連層位于有源半導(dǎo)體層(未顯示)的上方。圖6B是相應(yīng)的頂視圖。在許多導(dǎo)體中互連層100包含一對(duì)平行的銅導(dǎo)體102、104，所述平行的銅導(dǎo)體102、104嵌入到絕緣層(二氧化硅)106中。每個(gè)銅導(dǎo)體102、104通過(guò)阻擋層108而與介電層106分開(kāi)，該阻擋層可避免銅原子擴(kuò)散到介電層106中。優(yōu)選地，阻擋層108包含氮化鉭層，所述氮化鉭層接觸絕緣層106并被鉭層與銅種晶層所覆蓋。圖7的放大圖更好地示出了所述結(jié)構(gòu)，圖7示出氮化鉭層110覆蓋該絕緣層106，鉭金屬層112位于該氮化鉭層110上以及銅種晶層114位于該鉭金屬層112上。銅導(dǎo)體，例如銅導(dǎo)體102，位于銅種晶層114上。鉭金屬層112與氮化鉭層110之間建立著高質(zhì)量的接合，而銅種晶層在一側(cè)上與鉭金屬層112建立著高質(zhì)量的接合，并在另一側(cè)上與銅導(dǎo)體層102建立著高質(zhì)量的接合。在下一個(gè)互連層形成在絕緣層106的頂表面之前，通常利用刻蝕工藝(圖6A與圖6B)以打通穿過(guò)絕緣層106的垂直開(kāi)口或通孔120。通孔120由大型開(kāi)口122和一對(duì)較小型開(kāi)口124所組成，所述大型開(kāi)口122僅部分延伸到絕緣層106中，以及所述一對(duì)較小型開(kāi)口124向下延伸到個(gè)別銅導(dǎo)體102、104。通常，充分進(jìn)行形成兩個(gè)較小型開(kāi)口124的刻蝕工藝以去除位于每個(gè)導(dǎo)體102、104(圖6A)上的阻擋層108暴露部分。在稍后以銅金屬填充后，通孔120即形成垂直的導(dǎo)體。然而，在銅沉積在通孔120之前，阻擋層130沉積在通孔120的所有表面上且位于絕緣層106的頂表面上，如圖6C所示。阻擋層130具有如圖7所示的相同結(jié)構(gòu)，所述阻擋層130包含氮化鉭層110、金屬鉭層112以及銅種晶層114。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)提供適當(dāng)?shù)牟牧献鳛榻饘侔胁?8(用于子層110、112的鉭，以及用于子層114的銅)，可在個(gè)別的步驟中沉積每個(gè)阻擋層120的子層110、112、114。利用導(dǎo)入工藝氣體以濺射靶材18，該工藝氣體受來(lái)自濺射電壓源24的高直流濺射電壓而在靶材附近離子化。為了沉積氮化鉭子層110，以氮?dú)庾鳛楣に嚉怏w，而當(dāng)鉭原子與氮原子撞擊晶片時(shí)，二者會(huì)結(jié)合在一起以形成氮化鉭膜層。當(dāng)沉積金屬鉭層112和之后沉積銅種晶層114時(shí)，工藝氣體為惰性氣體或非反應(yīng)性氣體，例如氬氣。因此，進(jìn)行三個(gè)沉積步驟。首先，使用鉭濺射靶材與氮?dú)夤に嚉怏w以沉積氮化鉭。其次，使用鉭靶材與氬氣工藝氣體以沉積金屬鉭。最后，使用銅靶材與氬氣以沉積銅種晶層。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，不需要將等離子體射頻(VHF)源功率施加到晶片支撐底座14上，不過(guò)可施加適度的等離子體射頻(高頻或低頻)偏壓功率。這樣，金屬由靶材18中濺射出且沉積在晶片16上。因此，通過(guò)進(jìn)行連續(xù)子層110、112、114的三個(gè)沉積步驟即可形成阻擋層130。阻擋層130覆蓋所有暴露表面，所述暴露表面包含借著小開(kāi)口124而暴露出來(lái)的銅導(dǎo)體102、104的部分，如圖6C所示。在三個(gè)沉積步驟都完成以后，進(jìn)行刻蝕/再濺射步驟(圖6D)，在該步驟中VHF等離子體源功率產(chǎn)生器36與高頻(或低頻)等離子體偏壓功率產(chǎn)生器38將功率輸送到晶片支撐底座14上。這會(huì)在晶片附近產(chǎn)生等離子體，而利用此施加的等離子體偏壓在水平表面上提供離子。這些離子濺射水平表面以去除沉積在所述水平表面上的膜層，例如在小開(kāi)口124底部的阻擋層130部分。在小開(kāi)口124內(nèi)，最靠近垂直壁(或開(kāi)口124的小直徑)處會(huì)促使由每個(gè)開(kāi)口124的底面124a濺射出的原子再沉積在垂直側(cè)壁上。如同預(yù)期地，該沉積未覆蓋在銅導(dǎo)體上，如圖6D所示。在其他沒(méi)有垂直側(cè)壁處，例如絕緣層106的頂表面的大面積處，濺射離子再沉積到水平表面上，所以沒(méi)有凈損耗。在優(yōu)選實(shí)施例中，三個(gè)沉積工藝步驟中的每一個(gè)(對(duì)應(yīng)于三層110、112、114)與刻蝕和再濺射工藝步驟同時(shí)進(jìn)行。在此優(yōu)選實(shí)施例中，濺射電壓源24將功率輸送到靶材18上，同時(shí)VHF等離子體源功率產(chǎn)生器36與高頻(或低頻)等離子體偏壓功率產(chǎn)生器38將功率輸送到晶片支撐底座14上。這會(huì)在晶片附近產(chǎn)生等離子體，而利用所施加的等離子體偏壓功率可提供朝向水平表面的離子，同時(shí)沉積來(lái)自靶材18的原子?？墒乖谒奖砻嫔系目涛g速率與來(lái)自靶材18的原子沉積速率相當(dāng)，以避免來(lái)自靶材18的原子沉積到諸如銅導(dǎo)體102、104的暴露部分等水平表面上。通過(guò)適當(dāng)調(diào)整直流濺射電壓源24的電壓(以調(diào)整沉積速率)與VHF源功率產(chǎn)生器36的功率大小即可實(shí)現(xiàn)上述條件。高頻(或低頻)偏壓功率產(chǎn)生器38的功率大小通過(guò)調(diào)整以達(dá)到對(duì)水平表面所需要的刻蝕選擇性大小。結(jié)果是阻擋層130不會(huì)形成在通孔120的水平底面上，從而工藝順序省略掉了圖6C所示的狀態(tài)。下一步驟(圖6E)為沉積厚銅層以形成下個(gè)互連層200與垂直導(dǎo)體，該導(dǎo)體延伸穿過(guò)位于下層互連導(dǎo)體102、104與上層互連層200之間的通孔120，如圖6E所示。圖8A至圖8C所示出的順序顯示圖6D的再濺射步驟的一個(gè)好處。圖8A示出在阻擋層130沉積以前的其中一個(gè)小開(kāi)口124。圖SB示出形成阻擋層130的方式，其中再濺射步驟并未與沉積步驟同時(shí)進(jìn)行。具體地，阻擋層130容易以較厚的厚度累積在小開(kāi)口124的頂邊緣，而以較薄的厚度沉積在開(kāi)口124的底部。再濺射步驟從頂邊緣去除過(guò)多的材料且從小開(kāi)口的底面去除材料，以及將該材料再沉積到垂直側(cè)壁上，使得沿著垂直側(cè)壁的厚度分布變得較均勻，如圖8C所示。問(wèn)題在于，累積在小開(kāi)口124頂邊緣附近的阻擋材料可能導(dǎo)致夾止，并使得再濺射步驟不具備有利作用而使器件失敗。再濺射步驟(圖6D)與沉積步驟(圖6C)同時(shí)進(jìn)行的優(yōu)選模式中即可避免此風(fēng)險(xiǎn)。在該優(yōu)選模式中，工藝從圖9A所示的新形成的小開(kāi)口124開(kāi)始，接著所述工藝直接轉(zhuǎn)變成如圖9B所示的均勻阻擋層130。同時(shí)沉積/再濺射工藝可避免沉積工藝在阻擋層130中形成明顯的不均勻沉積。這可消除在圖8B所示的夾止效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。圖10示出優(yōu)選工藝的方塊流程圖。圖10的方塊310，沉積直流放電等離子體產(chǎn)生在靶材18(接近頂板)附近，以將來(lái)自靶材的原子沉積到晶片上。在方塊312中，再濺射電容耦合射頻等離子體產(chǎn)生在晶片附近，以產(chǎn)生可轟擊晶片的離子，以再濺射來(lái)自靶材18的沉積原子。在方塊314的步驟中，將等離子體射頻偏壓功率施加到晶片上。偏壓功率足以使濺射對(duì)水平表面有高度選擇性。在方塊320中，施加到晶片上的等離子體源功率與施加到靶材上的直流濺射電壓之間作相對(duì)調(diào)整，使得再濺射速率至少與濺射沉積速率一樣大。本發(fā)明的PVD/再濺射反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)施例能以三種不同模式操作以沉積三層不同種類的膜層在模式(A)中，具有均勻的側(cè)壁與水平表面覆蓋率的高共形層；在模式(B)中，具有少量或無(wú)側(cè)壁覆蓋率的非共形層；以及在模式(C)中，具有良好側(cè)壁覆蓋率與大面積上有良好水平表面覆蓋率，但是高深寬比開(kāi)口的底表面無(wú)覆蓋率的“穿透”(punchthrough)層。欲獲得圖IlA中所示出的模式(A)的共形層可利用將相對(duì)低的直流功率施加到靶材上(例如5千瓦)、將高VHF源功率施加到晶片上(頻率60百萬(wàn)赫茲，功率I千瓦)以及將低程度的HF偏壓功率施加到晶片上(頻率13.56百萬(wàn)赫茲，功率約100瓦)而得的。欲獲得圖IlB所示出的模式(B)的非共形層可利用上述相同條件但是HF偏壓功率大小減至零而得到。欲獲得圖IlC中所示出的模式(C)的“穿透”層可利用將偏壓功率增加到較高程度(頻率13.56百萬(wàn)赫茲，功率500瓦)而得。共形模式對(duì)于沉積銅導(dǎo)體層特別有用。非共形模式對(duì)于覆蓋具有低電阻金屬(例如鉭或鈦)的通孔的底部或底面特別有用。穿透模式對(duì)于在通孔中沉積阻擋層(Ta與TaN)特別有用。在一些實(shí)例中，上述三種模式的等離子體密度分布不一樣。為了維持較均勻的等離子體密度，在三種不同的模式中，電流源控制器45可產(chǎn)生不同程度的直流電流以通過(guò)磁電線圈43。在任何實(shí)例中，最好使由電流控制器45所提供的電流程度最佳，以改進(jìn)在工藝區(qū)域中的徑向等離子體離子密度均勻性。如圖11A、圖IlB與圖IlC中所示的每一個(gè)模式皆可由圖I所示的工藝控制器210所執(zhí)行，該工藝控制器的輸出控制著靶材高壓直流供給24的功率大小、VHF等離子體源功率產(chǎn)生器36的功率大小以及高頻或低頻偏壓功率產(chǎn)生器38的功率大小。工藝控制器210可由使用者通過(guò)使用者界面212所控制，使用者界面可讓使用者程序化控制器，而使圖I的反應(yīng)器自動(dòng)地在上述共形模式、非共形模式與穿透再濺射模式的任一個(gè)操作狀態(tài)間轉(zhuǎn)換。工藝控制器(或處理器)210因此具有三種狀態(tài)，使得使用者可設(shè)定或程序化處理器210進(jìn)入上述三種狀態(tài)。一種狀態(tài)為共形沉積模式，在此模式中處理器210將設(shè)定供給24的直流功率大小為低程度，將VHF產(chǎn)生器36的功率大小設(shè)定為高程度，以及將高頻/低頻偏壓產(chǎn)生器36設(shè)定為低程度。另一種狀態(tài)為非共形沉積模式，在此模式中處理器210將該供給24的直流功率大小設(shè)定為低程度，將VHF產(chǎn)生器36的功率大小設(shè)定為高程度，以及將高頻/低頻偏壓產(chǎn)生器38設(shè)定為零(或接近零)。最后一種狀態(tài)為穿透模式，在此模式中處理器210將該供給24的直流功率大小設(shè)定為低程度，將VHF產(chǎn)生器36的功率大小設(shè)定為高程度，以及將HF/LF偏壓產(chǎn)生器38設(shè)定為高程度。處理器210也可控制磁電電流源45，使得在每個(gè)模式(圖11A、圖11B、圖11C)中，使電流大小最優(yōu)化，以得到等離子體離子密度分布的較均勻的徑向分布。金屬靶材18可設(shè)計(jì)為與圖I所示的圓盤狀的形狀不同。例如，如圖12中所示，可運(yùn)用具有環(huán)狀形狀的改良靶材18’，此形狀使頂板12的中央部分12a暴露出來(lái)，且靶材18’遮蔽了環(huán)狀部分12’。上層的磁控管22’具有相對(duì)應(yīng)的環(huán)狀構(gòu)造。任選地，可通過(guò)額外的VHF源功率產(chǎn)生器36’(圖12中的虛線部分)而將VHF等離子體源功率施加到頂板中央部分12a。此可做為額外耦接到晶片支撐底座14的VHF源功率產(chǎn)生器或用來(lái)替代耦接到晶片支撐底座14的VHF源功率產(chǎn)生器36。然而，優(yōu)選地是將VHF源功率耦接到底座14上而不是耦接到頂板12上。圖13描述了另一個(gè)方案，在此方案中，線圈天線400可設(shè)置在頂板中央部分12a上方，并且所述線圈天線400可通過(guò)阻抗匹配電路415而耦接到射頻源功率產(chǎn)生器410上，以產(chǎn)生感應(yīng)耦合等離子體。具有葉片的護(hù)罩420可在金屬沉積過(guò)程中覆蓋頂板中央部分12a以避免金屬覆蓋在頂板中央部分12a，這樣線圈天線400不會(huì)與等離子體阻隔開(kāi)來(lái)。圖14示出線圈天線400與靶材18’的配置如何與在圖13的線圈天線400與靶材18’的配置交換。在圖14中，線圈天線400為環(huán)狀形狀，而盤狀靶材18位于頂板中央部分12a處。圖14的反應(yīng)器可改良為下述方案可去除環(huán)狀線圈天線400，且頂板12的周圍部分12’可導(dǎo)電且經(jīng)由阻抗匹配電路415而耦接到VHF等離子體源功率產(chǎn)生器410上，如圖14的虛線所示。圖15示出另一替代實(shí)施例，其中靶材18為倒置的杯狀。如圖16所示，杯狀可具有足夠的高度以容納沿著所述杯狀側(cè)邊的磁鐵陣列450以增強(qiáng)離子分布。圖17為在圖I的PVD/再濺射腔室中進(jìn)行的工藝流程圖。在方塊1710的步驟中，利用不施加功率到金屬靶材上、導(dǎo)入刻蝕劑前驅(qū)氣體(例如含氟氣體或諸如氬氣之類的中性氣體)、由VHF產(chǎn)生器36將足夠的VHF等離子體源功率施加到晶片上、以及由HF產(chǎn)生器38將小量的HF偏壓功率施加到晶片上，可執(zhí)行預(yù)清潔工藝。在方塊1720的下一步驟中，利用導(dǎo)入氮?dú)馀c濺射金屬靶材(例如，鉭)，同時(shí)利用維持在晶片附近的VHF驅(qū)動(dòng)的氬氣等離子體進(jìn)行再濺射，以及將偏壓功率施加到晶片上，可沉積阻擋層的介電膜(例如，氮化鉭(TaN))。在下一步驟中(方塊1730)，通過(guò)停止施加氮?dú)馐沟眉兘饘俚靡猿练e，同時(shí)利用VHF驅(qū)動(dòng)的氬氣等離子體進(jìn)行再濺射，而得以沉積阻擋層的金屬膜。因此，三個(gè)連續(xù)的工藝可在圖I的PVD/再濺射反應(yīng)器中進(jìn)行而不需要從反應(yīng)器中去除晶片。在具有VHF源功率供給36的圖I的反應(yīng)器中使用護(hù)罩20可能產(chǎn)生問(wèn)題。這是因?yàn)槲词芸刂频牡入x子體會(huì)產(chǎn)生在護(hù)罩外面而使工藝不受控制。因?yàn)榻咏車牡入x子體的射頻返回路徑沿著護(hù)罩20的內(nèi)側(cè)(晶片側(cè))上升到護(hù)罩20頂部，以及接著下降至腔室側(cè)壁10的內(nèi)表面(行經(jīng)側(cè)壁10的整個(gè)高度)并沿著腔室主體的底部而到達(dá)晶片支撐底座14上,所以上述情況可能發(fā)生。VHF頻率在例如60百萬(wàn)赫時(shí),此射頻返回路徑超過(guò)一個(gè)波長(zhǎng)，所以在整個(gè)路徑上將產(chǎn)生數(shù)個(gè)VHF源功率的駐波峰(standingwavepeaks),而等離子體可能會(huì)產(chǎn)生在這些駐波峰處。當(dāng)高峰落于護(hù)罩20的外側(cè)時(shí)，以致于等離子體將產(chǎn)生在護(hù)罩20的外側(cè)，也就是產(chǎn)生在由護(hù)罩20所包圍的晶片工藝區(qū)域的外側(cè)。上述未受控制的等離子體將使射頻源功率從晶片工藝上轉(zhuǎn)移開(kāi)來(lái)，而損失工藝控制。利用提供射頻連接橋(connectionbride)或上述參照?qǐng)D2的導(dǎo)電片60即可解決該問(wèn)題。射頻連接橋可在護(hù)罩20的邊緣與晶片支撐底座14的導(dǎo)電底座51之間提供極短的射頻返回路徑。因此，在晶片16上方接近護(hù)罩20底部的等離子體的射頻返回路徑短于VHF源功率的波長(zhǎng)，所以沒(méi)有駐波高峰沿著護(hù)罩產(chǎn)生，并因此不會(huì)有不想要的等離子體沿著護(hù)罩20表面產(chǎn)生。圖18A與圖18B示出連接橋或?qū)щ娖?0的優(yōu)選實(shí)施例，所述連接橋或?qū)щ娖?0為由導(dǎo)電材料(例如，銅)所形成的彈性變形柱狀彈簧224。圓柱狀彈簧224支撐在導(dǎo)電臺(tái)(table)上，導(dǎo)電臺(tái)連接到晶片支撐底座14的導(dǎo)電底座51上。如圖18A所示，當(dāng)升高底座14至頂位置(在工藝中底座所在的位置)時(shí)，圓柱狀彈簧224壓靠在護(hù)罩20的底緣上，以便彈性變形成至少部分符合護(hù)罩20的底角落的形狀，從而提供與護(hù)罩20的極低電阻的連接。路徑由護(hù)罩20延伸通過(guò)導(dǎo)電片60并且徑向沿著底座51直到同軸射頻饋入的同軸外部導(dǎo)體58而抵達(dá)底座。在圖18B中，底座14已經(jīng)返回較低位置,使圓柱狀彈簧224可返回至未形變圓柱狀形狀。彈簧224的圓柱狀軸一般與晶片16的平面平行。使用單一VHF頻率的銅沉積:圖I的反應(yīng)器可用以沉積銅，例如圖7的銅種晶層114。圖I的反應(yīng)器中以銅取代鉭為金屬靶材18即可實(shí)現(xiàn)上述方案。然而，使用圖I的反應(yīng)器以進(jìn)行銅沉積會(huì)產(chǎn)生一些特定問(wèn)題。一個(gè)問(wèn)題為在每個(gè)窄深寬比開(kāi)口或通孔(圖8B所示的種類)的側(cè)壁會(huì)形成(在銅沉積過(guò)程中)突出的銅突出物或“頸部”(neck)。特別是，在銅沉積工藝時(shí)更難避免在側(cè)壁上有金屬頸部或突出物的形成。頸部的形成來(lái)自由開(kāi)口的頂角落邊緣濺射在側(cè)壁相對(duì)面上的銅。在開(kāi)口頂部附近由上述突出金屬所形成的頸部容易延伸到窄開(kāi)口或通孔中，且最后會(huì)因所述突出金屬所形成的頸部封閉住了開(kāi)口，而在開(kāi)口底部封鎖不可接受的空洞。濺射主要由載氣(氬氣)離子所造成。因?yàn)殡x子入射角介于30與50度之間時(shí)的濺射速率最大，相對(duì)于其他特征處的濺射作用來(lái)說(shuō)，通孔或窄開(kāi)口的頂角落邊緣處的濺射作用高出許多。發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用載氣(例如氬氣)以促進(jìn)運(yùn)動(dòng)電子的形成(對(duì)產(chǎn)生在晶片附近的VHF等離子體而言)時(shí)，難以找到可以避免形成開(kāi)口的突出或開(kāi)口封閉情形的VHF與HF功率源36、38工藝功率條件。看來(lái)用以導(dǎo)入足夠銅原子通量到通孔開(kāi)口底部(為了良好底部覆蓋率)的HF偏壓功率，會(huì)發(fā)生將窄開(kāi)口的頂角落邊緣的銅再濺射到開(kāi)口的相對(duì)側(cè)壁表面上，而在側(cè)壁上產(chǎn)生問(wèn)題銅突出的不利情形(產(chǎn)生類似圖8A所示的沉積輪廓)。當(dāng)側(cè)壁突出成長(zhǎng)時(shí)，所述側(cè)壁突出會(huì)夾止該開(kāi)口，而使銅無(wú)法沉積在開(kāi)口的底面上。此問(wèn)題可能由兩個(gè)因素所造成第一，此種來(lái)自于頂角落邊緣的銅的有害性再濺射情形在較高離子能量時(shí)會(huì)更嚴(yán)重。這是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，因?yàn)閳DI的HF與LF偏壓功率頻率在非常高的離子能量時(shí)產(chǎn)生具有極高離子能量的顯著組成的寬廣離子能量分布(例如，對(duì)應(yīng)于峰對(duì)峰偏壓電壓的離子能量成分)。第二，在選擇足夠加速足量銅離子到通孔底面的偏壓功率大小時(shí)，必定會(huì)加速多倍于該等數(shù)量的氬離子到晶片，該氬離子會(huì)由窄開(kāi)口的頂角落邊緣濺射出銅原子。上述情形會(huì)發(fā)生是因?yàn)殂~與氬(以本發(fā)明目的來(lái)說(shuō))具有相當(dāng)類似的原子量，使得該偏壓電壓在晶片處整個(gè)等離子體鞘上的離子加速作用對(duì)于銅和氬來(lái)說(shuō)大約相同。上述情況會(huì)有問(wèn)題是因?yàn)椋捎谝糟~作為圖I的靶材18的效率有限，氬離子呈現(xiàn)出比銅離子多一級(jí)次或更多的量級(jí)，所以銅的氬濺射作用超越銅的沉積工藝。在一些實(shí)例中，利用氬離子的濺射作用也可達(dá)到通孔底面，并與通孔底面上的銅沉積作用競(jìng)爭(zhēng)。通過(guò)僅施加來(lái)自VHF源36的VHF源功率，同時(shí)不施加來(lái)自高頻/低頻源38的高頻或低頻偏壓功率，可解決上述問(wèn)題(至少對(duì)65納米特征尺寸設(shè)計(jì)原則而言是如此)。在本說(shuō)明書的先前說(shuō)明中，曾提到在圖I反應(yīng)器的類似操作模式中并未施加高頻或低頻偏壓功率。在標(biāo)稱VHF功率大小時(shí)(例如，100瓦至300瓦)，由于不具高頻或低頻偏壓功率而缺乏再濺射作用，因此此模式產(chǎn)生非共形金屬沉積(所述非共形金屬沉積的特征在于相對(duì)薄的側(cè)壁覆蓋率)。然而，通過(guò)增加VHF源功率大小到中或高程度直到達(dá)到所要求的垂直晶片表面的離子通量(即，平行于每個(gè)高深寬比開(kāi)口的軸)來(lái)獲得想要的再濺射效果，以補(bǔ)償所缺乏的高頻或低頻偏壓功率，而使該模式成為高度共形沉積。我們發(fā)現(xiàn)此方式在沒(méi)有高頻或低頻偏壓功率時(shí)仍達(dá)成高度共形作用。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可利用此方式增加VHF源功率大小而完全補(bǔ)償所缺少的高頻或低頻偏壓功率。相信這是因?yàn)榭稍黾訄DI的VHF源36的VHF源功率大小至一點(diǎn)，在該點(diǎn)可獲得由直接銅沉積所得到的良好通孔底面覆蓋率，以及由銅再濺射所形成的良好側(cè)壁覆蓋率。再濺射效果在說(shuō)明書中前述部分中闡述。因?yàn)樵黾覸HF源功率大小不會(huì)明顯增加離子能量而是主要增加銅離子通量，所以可達(dá)成上述情形。若VHF源功率頻率特別高，例如60百萬(wàn)赫茲時(shí)，尤其可達(dá)成此特征。在上述VHF頻率下增加源功率，不會(huì)明顯地提高在晶片表面處的離子能量，因?yàn)閷?duì)離子而言此頻率太高而無(wú)法隨之振蕩。反而，源功率的主要部分(或全部)會(huì)消耗在于載氣中產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)電子(所述運(yùn)動(dòng)電子相當(dāng)輕而可跟隨源功率振蕩)。此主要部分優(yōu)選是大于至少50%。在60百萬(wàn)赫茲的源功率頻率時(shí)，主要部分可約為80%。因此，不但可避免高頻或低頻偏壓功率造成的不良效應(yīng)，同時(shí)可達(dá)成共形的銅沉積。要獲得上述效果可能需要大幅度的增加VHF功率。非共形沉積的VHF功率的標(biāo)稱功率范圍在約50瓦至300瓦之間，由腔室設(shè)計(jì)以及其他工藝參數(shù)所決定(壓力、氣體組成、氣體流速等等)。通過(guò)將VHF功率增加到中度大小(在約300與800瓦之間)，利用此新穎的單頻共形模式即可獲得所需程度的沉積共形性。在一些實(shí)例中，在完成共形性的所需程度以前，需要將VHF功率增加到高等程度(800至1500瓦之間)。在增加VHF功率程度時(shí)通過(guò)測(cè)量沉積共形性，可憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定用以進(jìn)行單一頻率共形模式的VHF功率的增加幅度?？傊?，在圖I反應(yīng)器的新式銅沉積模式中，金屬靶材18為銅，以及所運(yùn)用的唯一的射頻功率源是VHF等離子體源功率供給36。不施加任何等離子體偏壓功率(即，諸如銅等離子所跟隨的射頻功率具有夠低的頻率)。在該單頻模式中，增加VHF源功率大小，以達(dá)到所沉積銅層的高度共形性。具體地，增加VHF源功率，直到在晶片處的銅離子達(dá)到足夠大的通量以在高深寬比開(kāi)口的底面提供良好的銅覆蓋率，并具有良好再濺射以提供適當(dāng)?shù)膫?cè)壁銅覆蓋率。如在說(shuō)明書中前述的所公開(kāi)的其他模式，高電壓直流供給24與磁控管22僅需要提供中等量的功率，而產(chǎn)生在靶材18附近的銅等離子體可以或不可以自我解離。雙頻率銅沉積樽式:上述的單頻銅沉積對(duì)于尺寸與65納米一樣小的特征有效，而對(duì)于更小尺寸(例如，45納米、35納米)的特征時(shí)使用高頻或低頻偏壓并結(jié)合VHF源功率時(shí)可有最佳呈現(xiàn)。如上所述，增加VHF功率以增加銅離子的通量而不會(huì)成比例地增加離子能量。而通過(guò)將VHF源功率頻率由60百萬(wàn)赫茲增加到81百萬(wàn)赫茲可加強(qiáng)該優(yōu)點(diǎn)。隨著此升高的頻率，源功率中貢獻(xiàn)到運(yùn)動(dòng)電子生成(以產(chǎn)生等離子體離子)的主要部分高達(dá)90%或95%，其中幾乎沒(méi)有源功率用來(lái)增加離子能量。因此，為了增加在晶片處的銅離子通量以增加在通孔底面的銅離子沉積，以及加強(qiáng)均勻的銅再濺射以在通孔側(cè)壁上有均勻沉積，可將VHF源功率增加到更大的程度(而不會(huì)在離子能量上有大幅度傷害性地增加)。該特征減少了用于共形銅沉積所需的高頻偏壓功率大小。例如，所需的高頻功率大小可由5千瓦減少至3千瓦，且在一些實(shí)例中甚至更低(例如，I千瓦)。通過(guò)減少高頻偏壓功率大小，由載氣(例如，氬氣)離子所造成的不良銅濺射也因此減少。應(yīng)該注意的是，高頻偏壓功率有夠低的頻率而使得接近等離子體鞘的離子跟隨所述等離子體振蕩，所以幾乎所有的功率消耗在加速離子朝向晶片移動(dòng)從而增加離子能量。為了調(diào)整或避免因載氣的離子(例如，氬離子)使來(lái)自頂角落通孔邊緣的銅再濺射到通孔側(cè)壁上，所運(yùn)用的載氣必須具有比銅低很多的原子量。更明確而言，運(yùn)用較輕的惰性氣體(氦氣)以作為載氣。雖然氦氣具有較低原子量，然而在VHF源功率的激發(fā)下，所述氦氣幾乎可與氬氣一樣產(chǎn)生足夠的運(yùn)動(dòng)電子并進(jìn)而在晶片表面產(chǎn)生適當(dāng)?shù)你~等離子體。若載氣離子比銅輕很多，則此載氣不會(huì)以很快的速度將通孔頂角落邊緣的銅原子濺射到通孔側(cè)壁上。因此該特征可達(dá)到對(duì)再濺射工藝的加強(qiáng)控制。在一些運(yùn)用較高偏壓功率的實(shí)施例中，另一問(wèn)題為氬氣離子從通孔底面將沉積銅原子濺離的速率高于銅沉積速率。利用較輕的載氣(氦氣)即可解決此額外的問(wèn)題，因?yàn)檩^輕氦氣原子不會(huì)產(chǎn)生如此高的銅濺射速率。因此，銅由頂角落通孔邊緣再濺射到通孔側(cè)壁上的再濺射作用能受到較佳的調(diào)整與控制。此外，通過(guò)較稠密的載氣離子從通孔底面上去除銅的額外問(wèn)題(會(huì)在一些實(shí)例中面臨)亦可消除或至少減少。選擇諸如氦氣之類的惰性氣體的原因在于所述惰性氣體不會(huì)產(chǎn)生其他的化學(xué)反應(yīng)或效應(yīng)且不會(huì)與沉積銅起化學(xué)反應(yīng)。另一銅沉積所特有的問(wèn)題為，沉積銅的表面具有相對(duì)較高的表面能量，且在等離子體增強(qiáng)沉積過(guò)程中為活躍狀態(tài)(類似流體)，因此通過(guò)在表面上累積成銅團(tuán)或銅球體會(huì)減少所述銅的表面能量。此結(jié)果形成低質(zhì)量的銅表面。利用在載氣中添加物種可解決此問(wèn)題，該物種在沉積銅表面上(在晶片上)與銅鍵結(jié)結(jié)合以減少銅表面能量。該表面能量減少劑的較佳選擇為氫氣。在氦氣等離子體中，雙原子的氫氣分子解離成單原子氫，所述單原子氫黏附在位于沉積銅層的表面上的開(kāi)放銅原子鍵結(jié)上。此表面反應(yīng)減少銅表面能量，并使沉積銅原子在沉積過(guò)程時(shí)在均勻平坦層中流動(dòng)，從而形成均勻平滑且高質(zhì)量的銅表面。此實(shí)施例也可有效去除沉積銅上的銅氧化層，或是避免在工藝過(guò)程中形成銅氧化層。在去除銅氧化物方面，氫氣減少銅氧化物，并捕捉氧氣原子以形成水分子，該水分子之后會(huì)被釋放到腔室中。氫氣氣體可占約10%的工藝氣體含量。若特別設(shè)計(jì)反應(yīng)器以控制純氫氣,貝U工藝氣體可全為或幾乎為氫氣所組成。當(dāng)在65納米通孔底面的銅沉積速率超過(guò)在側(cè)壁上的頸部成長(zhǎng)速率時(shí)，此偏壓功率窗口或范圍即為“65納米窗口”。當(dāng)在45納米通孔底面的銅沉積速率超過(guò)在側(cè)壁上的頸部成長(zhǎng)速率時(shí)，此偏壓功率窗口或范圍即為“45納米窗口”，因?yàn)殚_(kāi)口的深寬比較大，所以此45納米窗口明顯地比65納米窗口窄。在每個(gè)窗口范圍內(nèi)，銅底面沉積速率超過(guò)側(cè)壁頸部成長(zhǎng)速率，所以在側(cè)壁銅的頸部封住開(kāi)口的前，足以使銅沉積在通孔底面上并達(dá)到目標(biāo)厚度(例如，50至500埃)。問(wèn)題在于這些窗口并不存在或?qū)?shí)際操作而言太窄。在本發(fā)明中加寬工藝窗口的一種方法是通過(guò)增加VHF源功率大小，從而可增加銅離子通量而不會(huì)同時(shí)增加濺射或頸部成長(zhǎng)速率。另一種加寬工藝窗口的方法為運(yùn)用低原子量的載氣物種(氦氣)。這種方法通過(guò)降低濺射作用而有助于降低頸部成長(zhǎng)速率。使用低原子量載氣也有助于增加在通孔底面的銅沉積速率，因?yàn)檫@可避免去除由載氣濺射而沉積在底面表面上的銅。VHF源功率的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于,通過(guò)至少部分修飾(masking)高頻(或低頻)偏壓功率的徑向分布不均勻性而使工藝窗口更寬廣。在一些實(shí)例中，在整個(gè)晶片表面上的偏壓功率徑向分布非均勻，這限制了可允許的射頻功率范圍(以避免在晶片的任何徑向位置上超過(guò)工藝限制)，因而使偏壓功率工藝窗口(biaspowerprocesswindows)變窄。通過(guò)施加VHF源功率來(lái)至少部分修飾此不均勻性，以減少該效應(yīng)，而能保留較寬的工藝窗口。總之，在圖I的雙頻反應(yīng)器中，銅的高度共形層沉積在高深寬比開(kāi)口的底面以及側(cè)壁上。為了這個(gè)目的，圖I的金屬靶材18為銅。工藝氣體具有大約80%至95%的氦氣以及大約5%至10%的氫氣。低頻(LF)或高頻(HF)或結(jié)合兩者的偏壓功率在較佳約20至40瓦，或低于100瓦。源功率為大約60百萬(wàn)赫的VHF頻率，不過(guò)使用81百萬(wàn)赫的VHF源功率頻率可達(dá)到優(yōu)異的效率。同樣地，在本說(shuō)明書所闡述的上述實(shí)施例中，VHF源功率頻率可增加至81百萬(wàn)赫以提高工藝效率。這使得VHF源功率大小可進(jìn)一步增加，以加強(qiáng)工藝效率而不會(huì)增加離子能量。具有ESC與有效VHF發(fā)射器的PVD反應(yīng)器在圖19的反應(yīng)器中，在具有最大VHF功率容量的高效率VHF發(fā)射器中利用整合濺射靶材與轉(zhuǎn)動(dòng)磁鐵，可消除作為VHF發(fā)射器的靜電吸盤的低效率與低功率容量。參照?qǐng)D19，反應(yīng)器包含由柱狀側(cè)壁10所定義的真空腔室、盤狀頂板12以及晶片支撐底座14，所述晶片支撐底座14用于支撐待處理半導(dǎo)體晶片16。欲沉積在晶片16上的金屬(例如，銅)靶材18固定在頂板12上。由柱狀護(hù)罩20所組成的工藝套件包圍著晶片16與靶材18。傳統(tǒng)種類的轉(zhuǎn)動(dòng)磁鐵(磁控管)22位于靶材18上方，且位于頂板12的外偵U。高壓直流源24經(jīng)由低通濾波器25而耦接到靶材18上，該低通濾波器包含串連電感器(seriesinductor)25a與并聯(lián)電容器(shuntcapacitor)25b。工藝氣體注射器26提供來(lái)自供給28的工藝氣體進(jìn)入腔室內(nèi)部。真空泵30使真空腔室內(nèi)維持所需的低于大氣壓力。晶片底座14經(jīng)由阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)34而耦接到高頻或低頻等離子體偏壓功率產(chǎn)生器38上。施加到晶片上的LF偏壓功率決定水平表面的再濺射/該蝕工藝的選擇性?？衫秒姶啪€圈43來(lái)改善等離子體的均勻性，該電磁線圈纏繞反應(yīng)器腔室的柱狀側(cè)壁并由電流源控制器45供給直流電流。晶片支撐底座14可為圖2所示的靜電吸盤(ESC)種類。參照?qǐng)D2，圖19的晶片支撐底座14由位于導(dǎo)電底座51上的絕緣層50與位于絕緣層50內(nèi)的電極52(例如，導(dǎo)電網(wǎng))所組成。底座結(jié)構(gòu)向下延伸到同軸配置中，該同軸配置由一連接到電極52的中央導(dǎo)體54、絕緣中間層56與外部導(dǎo)體58所組成，所述外部導(dǎo)體58連接到導(dǎo)電底座51。導(dǎo)電底座51通過(guò)導(dǎo)電片60可耦接到柱狀護(hù)罩20的底部以提供較連續(xù)的接地參考。中央導(dǎo)體54通過(guò)絕緣電容76而耦接到射頻匹配34上，同時(shí)外部導(dǎo)體58接地。阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)34耦接到射頻(高頻或低頻)等離子體偏壓功率產(chǎn)生器38。此外，直流吸盤電壓源74經(jīng)由低通濾波器或電感器73而連接到晶片底座中央導(dǎo)體54。在圖19中，磁控管22具有耦接到中央臂81的中央軸80，該中央臂81連接到磁鐵陣列85。利用轉(zhuǎn)動(dòng)中央軸80，電子馬達(dá)(未顯示)可產(chǎn)生軌道運(yùn)動(dòng)。圖20示出可供選擇的實(shí)施例，其中轉(zhuǎn)動(dòng)磁鐵或“磁控管”22具有耦接到中央臂81的近端的中央軸80、雙行星軸(dualplanetaryaxle)82連接到中央臂81的遠(yuǎn)程及行星臂(planetaryarm)83的近端。雙旋轉(zhuǎn)軸84連接到行星臂83的遠(yuǎn)程以及磁鐵陣列85繞著軸84旋轉(zhuǎn)。通過(guò)設(shè)置行星齒輪(未顯示)，磁鐵陣列可進(jìn)行行星移動(dòng)。圖19的優(yōu)選實(shí)施例中，在磁鐵陣列85內(nèi)的磁鐵85a可如圖21的方式對(duì)稱設(shè)置的永久磁鐵，以便在靶材18附近產(chǎn)生離子的環(huán)形局限圖案，所述環(huán)形局限圖案與圖21虛線所描繪的磁鐵局限圖案85b—致。在此實(shí)例中，靶材18的直徑為19英寸且磁鐵陣列85的直徑為5英寸。參照?qǐng)D19，通過(guò)提供相對(duì)較厚(直徑0.75英寸)的射頻桿86嵌入在金屬靶材18中，且所述射頻桿86軸向延伸穿過(guò)中央軸80內(nèi)的柱狀中空以及穿過(guò)頂板12，可將金屬(銅)濺射靶材18與磁控管22整合成具有高效率的高功率VHF發(fā)射器或施加器。射頻桿86可與中央軸80電性絕緣。VHF阻抗匹配電路87耦接(或設(shè)置)到桿86的外部(頂部)端，以及VHF源功率產(chǎn)生器88耦接到匹配電路87。射頻阻抗匹配87的輸出電容器(未圖示)將來(lái)自直流供給24的直流電路與匹配87隔離開(kāi)來(lái)。優(yōu)選地，VHF產(chǎn)生器88施加頻率約81百萬(wàn)赫茲與功率約3.5千瓦(或更多)的射頻功率。在一個(gè)實(shí)例中，靶材18為銅，且射頻桿86為直徑0.75英寸的銅桿且螺旋鎖入靶材18中。在任何實(shí)例中，銅桿86相對(duì)較厚，所述銅桿86的直徑至少為0.5英寸或更厚(0.7英寸或更厚)。圖22示出另一個(gè)實(shí)施例，其中多個(gè)射頻桿90由VHF阻抗匹配電路87徑向延伸到所述軸射頻桿91,所述射頻桿91稱接到祀材18邊緣。在所示出的實(shí)施例中，射頻匹配電路87相對(duì)圓盤狀金屬靶材18中央而設(shè)置，所述桿90具有均等的長(zhǎng)度且桿91有均等的長(zhǎng)度。桿90、91足夠厚(例如，直徑0.7英寸)以提供VHF功率高效耦合且可承受大的VHF功率(例如，3.5千瓦以及以上)。在圖22的實(shí)施例中，有三組對(duì)稱設(shè)置的射頻桿90、91(如圖23的頂視圖所示)或四組對(duì)稱設(shè)置的射頻桿90、91(如圖24的頂視圖所示)或更多。在圖I與圖19的實(shí)施例中，來(lái)自源24的直流功率施加到金屬(銅)靶材18上，以開(kāi)始離子化載氣(例如，氦氣)，這啟動(dòng)金屬靶材18的濺射。來(lái)自靶材18的相對(duì)較少量的金屬原子在此工藝中離子化。通過(guò)磁控管22的磁場(chǎng)，將由DC功率產(chǎn)生的載氣(例如，氦氣)離子和一些銅離子限制在靶材18表面上的上述環(huán)形局限圖案內(nèi)。離子化份額(fraction)不足以用于沉積在晶片上的高深寬比底面上。為了提供可進(jìn)行上述沉積的非常高的離子化份額(例如，超過(guò)80%)，運(yùn)用VHF源功率以解離由靶材18濺射出的中性金屬原子。為了這個(gè)目的，在圖I的實(shí)施例中，VHF源功率耦接到晶片上以在晶片表面附近產(chǎn)生VHF等離子體，該VHF等離子體與通過(guò)施加直流功率到靶材而在靶材18處產(chǎn)生的等離子體可能是分離開(kāi)來(lái)的。在圖I中，最大的VHF功率大小嚴(yán)重地被ESC網(wǎng)狀電極的微細(xì)幾何形狀所限制，因此在一些實(shí)例中將晶片處的最大離子化份額限制在20%左右。我們發(fā)現(xiàn)用于沉積65納米或45納米特征尺寸的高深寬比開(kāi)口的最佳離子化份額為接近或超過(guò)80%。因此，為了克服ESC的限制，在圖19的實(shí)施例中，VHF功率通過(guò)該厚射頻桿86而施加到靶材18上，如上所述。金屬靶材18與射頻桿86具有可使非常高的VHF功率施加到靶材18上的厚度，并且靶材18為相對(duì)有效率的VHF發(fā)射器。因此，在一些實(shí)例中，輸送到等離子體的VHF功率幾乎為三倍。因?yàn)楸景l(fā)明在可控制的沉積速率下可完成良好的離子化程度，所以可減少晶片到靶材之間的距離，而不需要大的間距。操作上，離子化份額不再受低功率臨界值與ESC14的效率(例如，在一些實(shí)例中離子化份額低于20%)的限制，反而可以通過(guò)VHF產(chǎn)生器88施加非常高的VHF功率。所產(chǎn)生的高離子化份額(例如，在一些實(shí)例中大于80%)可消除對(duì)來(lái)自供給24的非常高直流功率的需求，同時(shí)首次能夠在非常高的深寬比的開(kāi)口或通孔中沉積高度共形涂層。優(yōu)選地，直流靶材功率在大約1000瓦到2500瓦的范圍內(nèi)。然而，沉積速率可受到嚴(yán)密控制，并通過(guò)將來(lái)自供給24的直流靶材功率降至非常低的程度(例如，500瓦或更低)，而可將沉積速率設(shè)定在非常低的程度，同時(shí)使用VHF功率將離子化份額提升到所需程度。這樣做減少金屬沉積速率，使得足以消除對(duì)晶片到革巴材問(wèn)的大間距(wafer-to-targetspacing)的需求。至Ij目前為止，在不使用VHF功率時(shí)，除非增加晶片到頂板的距離到大約400毫米(而僅增加7秒沉積時(shí)間)，需要獲得所需離子化份額的高直流功率會(huì)產(chǎn)生不受控制的高沉積速率。利用VHF功率與直流功率驅(qū)動(dòng)靶材18，則晶片到靶材的間距可減至50毫米至70毫米或更少(例如，對(duì)處理300毫米的晶片而言)。此結(jié)果為，由VHF驅(qū)動(dòng)金屬靶材18到晶片上的離子化份額的減少極小或沒(méi)有減少。在此方法中，通過(guò)VHF產(chǎn)生器88驅(qū)動(dòng)(銅)靶材18而產(chǎn)生的VHF等離子體非常接近晶片，所以不需要將在晶片處用于足量離子化的VHF功率供應(yīng)到ESC14上。直流功率可依需要而減少，但不會(huì)明顯減少離子化份額，此使得VHF功率不會(huì)減少。因此，優(yōu)選的方式為減少或限制直流功率，以在晶片處獲得高度控制的沉積速率，例如需要大約一分鐘的沉積工藝(相較于較早的技術(shù)時(shí)，該技術(shù)提供沉積工藝時(shí)間大約僅數(shù)秒鐘因而難以控制)。將高頻功率施加到ESC14上，以產(chǎn)生來(lái)自水平表面或角落的銅再濺射到高深寬比開(kāi)口側(cè)壁上的合適速率的應(yīng)用，已于說(shuō)明書的前文中闡述。用于此目的的高頻功率大小是應(yīng)足夠低，以使ESC14(例如，細(xì)密的網(wǎng)狀電極)的限制因素不會(huì)限制再濺射工藝。因此，用于控制再濺射的高頻功率經(jīng)由圖19反應(yīng)器的ESC14而施加。減少晶片至頂板間距的好處為可減少護(hù)罩20的表面積，而護(hù)罩20表面積的減少，可減少濺射金屬(例如，銅)浪費(fèi)在沉積到護(hù)罩上而不是晶片上的量。因此，在更換金屬靶材18與護(hù)罩20之前，可處理較大數(shù)量的晶片(例如，20000個(gè)晶片)，因而降低操作反應(yīng)器的每個(gè)晶片成本。此展示出約一個(gè)數(shù)量級(jí)上的進(jìn)步。同時(shí)將直流功率與VHF功率施加到靶材18上，并將高頻或低頻功率施加到ESC14上，有助于同步且獨(dú)立控制三個(gè)重要參數(shù)沉積速率、離子化份額與再濺射(再流動(dòng))速率。沉積速率受該直流供給24施加到靶材18上的直流功率大小所控制。離子化份額受由VHF產(chǎn)生器88施加到靶材18上的VHF功率大小所控制。再濺射速率受由高頻(或低頻)產(chǎn)生器38施加到ESC14上的高頻(或低頻)功率大小所控制。在優(yōu)選操作模式中，將非常低的直流功率(例如，小于500瓦)施加到濺射靶材上而得到非常低的沉積速率；將非常高VHF功率(例如，超過(guò)3.5千瓦)施加到濺射靶材上以得到足以在極高的深寬比開(kāi)口中形成共形涂層的高離子化份額；以及將中度高頻功率施加到ESC14上以提供沉積金屬再濺射的合適速率，以使金屬再沉積到高深寬比開(kāi)口的側(cè)壁上。若有需要，則可將沉積速率(利用增加靶材直流功率)增加到一限度，此時(shí)金屬原子通過(guò)VHF生成等離子體的通量超過(guò)等離子體所能達(dá)到的離子化速率，此離子化份額明顯減少。相反地，當(dāng)將一給定大小的直流功率施加到靶材18上時(shí)，可減少VHF功率直到來(lái)自靶材的金屬原子通量超過(guò)VHF等離子體密度。在一個(gè)實(shí)際實(shí)例中，VHF功率大小為3.5千瓦。這可在靶材18上感應(yīng)出一個(gè)相當(dāng)小或可忽略的直流電壓，使得沉積速率幾乎完全受直流靶材功率所控制。在此實(shí)例中，施加到靶材18上的直流功率為500瓦，直流供給提供大約300伏特電壓與大約I.5安培電流。在一個(gè)實(shí)施例中，圖19與圖20的反應(yīng)器用于銅的等離子體增強(qiáng)型物理氣相沉積，革巴材18為銅。氦氣氣體作為載氣以減緩晶片處的再派射速率，以及氫氣包含于工藝氣體內(nèi)(至多約10%氫氣)以避免該高深寬比開(kāi)口側(cè)壁上的沉積銅的去濕潤(rùn)作用(de-wetting)。圖19與圖20的反應(yīng)器可用以沉積阻擋層(例如，氮化鉭阻擋層和/或鉭阻擋層)。在這種情況時(shí)，靶材18為鉭或鈦或其他適當(dāng)?shù)淖钃踅饘佟．?dāng)沉積氮化鉭阻擋層時(shí)，將氮?dú)鈿怏w導(dǎo)入到腔室中。如圖25所示，金屬濺射靶材可為圍繞平面圓形頂板12a的平頭圓錐體18’。射頻桿86以類似圖19所示的方式與靶材18’嚙合，但由于靶材形狀的原因，所以射頻桿86必須偏離中央。另一種對(duì)稱或置中的設(shè)置以虛線顯示，其中VHF源87、88位于軸中央且通過(guò)多個(gè)射頻桿86而饋入至靶材上，所述多個(gè)射頻桿86平均分隔設(shè)置。如圖26所示，靶材18可與中央的圓形頂板12a對(duì)準(zhǔn)且被平頭圓錐形頂板部分12’所包圍。另一選擇(未在圖26中示出)為在平頭圓錐頂板部分12’上提供感應(yīng)天線，如圖14所示。如圖27所示，金屬濺射靶材18可為倒鐘型或“U”型，如圖16的方式。在一個(gè)實(shí)施例中，射頻桿86由靶材的中央向上延伸，如圖27的實(shí)線所示。然而，優(yōu)選的方式為通過(guò)以虛線標(biāo)示的徑向與軸向射頻桿90’、91’，而在沿著圖27的U型靶材18周圍的多個(gè)平均間隔的饋入點(diǎn)18a、18b饋入VHF功率。圖28的流程圖示出在等離子體反應(yīng)器的真空腔室中進(jìn)行銅物理氣相沉積到集成電路上的方法，該方法如下提供接近腔室頂板的銅靶材(圖28的方塊92);在面向接近腔室底面的靶材的晶片支撐底座上(方塊93)放置集成電路晶片；將載氣導(dǎo)入到真空腔室中(方塊94);通過(guò)將直流功率施加到銅靶材上而建立在晶片上的沉積速率(方塊95);通過(guò)將VHF功率施加到銅靶材上，而在接近晶片處建立所需的等離子體離子化份額(方塊96)；利用將高頻或低頻功率耦合到晶片上而促使銅的再濺射于晶片的垂直側(cè)壁上(方塊97)；以及在晶片與靶材之間維持足夠小的距離，使得VHF功率可控制在晶片表面的等離子體離子化份額(方塊98)?？墒褂脠D19的反應(yīng)器來(lái)執(zhí)行類似的工藝以在銅沉積以前，先沉積阻擋層，例如鉭與氮化鉭阻擋層。為了這個(gè)目的，靶材18為鉭。為了沉積氮化鉭阻擋層，將氮?dú)馓砑拥焦に嚉怏w中。盡管本反應(yīng)器已通過(guò)參照優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳加說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)了解的是，可在脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神及范圍下，針對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各式變化或修飾。權(quán)利要求1.一種物理氣相沉積反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包含真空腔室，所述真空腔室包括側(cè)壁、頂板和接近所述腔室的底面的晶片支撐底座，以及耦接到所述腔室的真空泵；工藝氣體入口，所述工藝氣體入口耦接到所述腔室，和工藝氣體源，所述工藝氣體源耦接到所述工藝氣體入口；在所述頂板處的金屬濺射靶材；高電壓直流源，所述高電壓直流源耦接到所述金屬濺射靶材；磁鐵陣列，所述磁鐵陣列與所述金屬濺射靶材的一側(cè)相鄰并與所述晶片支撐底座相對(duì)；中心軸，所述磁鐵陣列繞所述中心軸能轉(zhuǎn)動(dòng)；固體金屬射頻饋入桿，所述固體金屬射頻饋入桿具有超過(guò)約0.5英寸的直徑并且所述固體金屬射頻饋入桿包含第一端和第二端，所述固體金屬射頻饋入桿在所述第一端處與在所述晶片支撐底座的相對(duì)的一側(cè)上的所述金屬濺射靶材的表面處的所述靶材相嚙合，所述固體金屬射頻饋入桿穿過(guò)所述中心軸并且與所述中心軸同軸并相分隔，所述固體金屬射頻饋入桿軸向延伸于所述靶材上方并穿過(guò)所述頂板，所述固體金屬射頻饋入桿的長(zhǎng)度從所述靶材延伸到與所述靶材相對(duì)的所述磁鐵陣列的一側(cè)以外的位置；射頻匹配電路，所述射頻匹配電路耦接到所述射頻饋入桿的所述第二端，并且所述所述射頻匹配電路安置在所述射頻饋入桿的所述第二端上；和射頻等離子體源功率產(chǎn)生器，所述射頻等離子體源功率產(chǎn)生器耦接到所述射頻匹配電路。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，其中所述晶片支撐底座包含靜電吸盤。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，所述反應(yīng)器進(jìn)一步包含射頻等離子體偏壓功率產(chǎn)生器，所述射頻等離子體偏壓功率產(chǎn)生器耦接到所述晶片支撐底座，且所述射頻等離子體偏壓功率產(chǎn)生器適合用于在一頻率下將能量耦合到等離子體離子。4.權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，所述反應(yīng)器進(jìn)一步包含行星運(yùn)動(dòng)設(shè)備，所述行星運(yùn)動(dòng)設(shè)備耦接于所述磁鐵陣列與所述中心軸之間，所述磁鐵陣列包含磁極陣列，設(shè)置所述磁極陣列，以在接近所述靶材處的離子產(chǎn)生大體呈環(huán)形局限圖案。5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，其中所述晶片支撐底座與所述靶材以一距離分隔，所述距離不超過(guò)所述晶片支撐底座的直徑的約四分之一。6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，所述反應(yīng)器進(jìn)一步包含可去除護(hù)罩，所述護(hù)罩包圍著環(huán)繞所述晶片支撐底座的工藝區(qū)域，并分隔所述工藝區(qū)域與所述腔室側(cè)壁。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的反應(yīng)器，所述反應(yīng)器進(jìn)一步包含導(dǎo)電片，所述導(dǎo)電片耦接于所述護(hù)罩與所述晶片支撐底座之間。8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，其中所述金屬濺射靶材包含銅。9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，其中所述金屬濺射靶材包含鉭。10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，其中所述射頻等離子體源功率產(chǎn)生器是射頻產(chǎn)生器。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的反應(yīng)器，其中所述射頻產(chǎn)生器的頻率約81百萬(wàn)赫茲。12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，其中所述金屬靶材具有倒置半球型形狀，且所述倒置半球型形狀的開(kāi)口朝向所述晶片支撐底座。13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，其中所述金屬靶材具有環(huán)狀平頭圓錐形狀。14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，其中所述固體金屬射頻饋入桿的所述第一端以螺紋方式與所述濺射靶材嚙合。15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，其中所述中心軸包含軸向延伸中空通道，所述固體金屬射頻饋入桿延伸穿過(guò)所述通道。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的反應(yīng)器，其中所述射頻饋入桿是相對(duì)于所述靶材居中的單一桿。17.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，其中所述射頻饋入桿的所述第二端嵌入在所述金屬濺射靶材中。18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的反應(yīng)器，其中所述中心軸的所述中空通道的直徑超過(guò)所述射頻饋入桿的直徑。全文摘要一種物理氣相沉積反應(yīng)器包含一真空腔室、一耦接到腔室上的真空泵、一耦接到腔室的工藝氣體入口以及一耦接到工藝氣體入口的工藝氣體源；其中該真空腔室包含一側(cè)壁、一頂板與接近腔室底面的一晶片支撐底座。金屬濺射靶材位于頂板上且高壓直流源耦接到濺射靶材上。射頻等離子體源功率產(chǎn)生器耦接到金屬濺射靶材上，且具有適合激發(fā)運(yùn)動(dòng)電子的頻率。優(yōu)選地，晶片支撐底座包含靜電吸盤，以及耦接到晶片支撐底座上的一射頻等離子體偏壓功率產(chǎn)生器，所述射頻等離子體偏壓功率產(chǎn)生器具有適于將能源耦合到等離子體離子的頻率。優(yōu)選地，具有直徑超過(guò)約0.5英寸的固體金屬射頻饋入桿(feedrod)與金屬靶材嚙合，此射頻饋入桿軸向延伸于靶材上方，并且所述射頻饋入桿穿過(guò)頂板并耦接到射頻等離子體源功率產(chǎn)生器上。文檔編號(hào)C23C14/34GK102758171SQ20121022979公開(kāi)日2012年10月31日申請(qǐng)日期2006年1月30日優(yōu)先權(quán)日2005年2月3日發(fā)明者卡爾·M·布朗,瓦尼特·梅塔,約翰·皮比通申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司