本公開內容的實施方式涉及在物理氣相沉積腔室中用于處理基板的設備。特別地，本公開內容的實施方式涉及用于物理氣相沉積(pvd)的電介質沉積的設備。

背景技術：

在半導體處理中，物理氣相沉積(pvd)是用于沉積薄膜的傳統(tǒng)使用的工藝。pvd工藝大體上包括轟擊靶材，致使源材料被從靶材濺射，所述靶材包括具有來自等離子體的離子的源材料。噴射出的源材料接著經(jīng)由電壓偏壓而被加速朝向待處理的基板，導致具有與其他反應劑反應，或不具有與其他反應劑反應的源材料的沉積。

近年來，pvd工藝已被越來越多地用以取代化學氣相沉積(cvd)而沉積電介質材料。與通過cvd而形成的電介質膜相比，通過pvd而形成的電介質薄膜具有更少的污染，因此具有更高的質量。通常的脈沖dcpvd真空腔室硬件包含基板底座、處理配件(包括(多個)處理屏蔽件)和來源(包括靶材)。通常地，靶材(陰極)被充電且處理屏蔽件接地(陽極)以維持等離子體。使用屏蔽件作為陽極的操作在金屬沉積中運作良好，但產(chǎn)生有電介質沉積的問題。

然而，在pvd腔室中沉積電介質材料伴隨著pvd腔室的內表面被非導電的電介質材料緩慢地涂覆。因為在處理期間pvd腔室的內屏蔽件用作系統(tǒng)陽極，在內表面上的電介質涂層可引起電路阻抗和電壓分布的變化。電介質涂層也可以改變在pvd腔室內側的等離子體分布，因而不利地影響沉積速率和膜厚度的均勻性。最終地，電介質涂層可能甚至導致電路中斷和陽極消失的問題。因此，在屏蔽件上使用金屬黏貼工藝以恢復接地(陽極)。黏貼工藝阻礙腔室的產(chǎn)出性能。

因此，存在有在沉積電介質材料期間用于使pvd腔室的內表面維持導電的設備的需求。

技術實現(xiàn)要素：

在此提供一種用于電介質材料的物理氣相沉積的設備。在一些實施方式中，物理氣相沉積腔室的腔室蓋包括：內部磁控管組件，所述內部磁控管組件耦接至內部靶材組件；和外部磁鐵組件，所述外部磁鐵組件耦接至外部靶材組件，其中內部磁控管組件和內部靶材組件與外部磁鐵組件和外部靶材組件電隔離。

在一些實施方式中，物理氣相沉積腔室包括：內部磁控管組件，所述內部磁控管組件耦接至內部靶材組件，其中內部磁控管組件包括內部磁控管外殼，所述內部磁控管外殼經(jīng)配置以容納冷卻劑；和外部磁控管組件，所述外部磁控管組件耦接至外部靶材組件，其中外部靶材組件包括外部靶材背板，所述外部靶材背板包括冷卻劑通道，且其中外部磁鐵組件包括外部磁控管外殼，冷卻劑通道形成在外部磁控管外殼中，以將冷卻劑供應到形成在外部靶材組件中的冷卻劑通道。

在一些實施方式中，物理氣相沉積腔室包括：腔室本體，所述腔室本體具有第一容積；腔室蓋，所述腔室蓋設置在腔室本體的頂上，所述腔室蓋包括：內部旋轉磁控管組件和外部非旋轉磁鐵組件，所述內部旋轉磁控管組件耦接至內部靶材組件，所述外部非旋轉磁鐵組件耦接至外部靶材組件，其中內部旋轉磁控管組件和內部靶材組件與外部非旋轉磁鐵組件和外部靶材組件是電隔離的；dc電源，所述dc電源經(jīng)配置以提供dc脈沖功率到內部靶材組件和外部靶材組件；基板支撐件，所述基板支撐件設置在第一容積內，與內部靶材組件和外部靶材組件相對，并具有基板處理表面；以及屏蔽件，所述屏蔽件設置在腔室本體內，腔室本體包括經(jīng)配置以包圍第一容積的一個或多個側壁，其中屏蔽件向下延伸到基板的頂表面的下方。

本公開內容的其它和進一步的實施方式詳細說明于下。

附圖說明

可參考附圖中描繪的本公開內容的示例性的實施方式來理解本公開內容的以上簡要概述并以下更詳細描述的實施方式。然而，應注意的是附圖僅示出了本公開內容的典型實施方式，并且因此將不被視為對本公開內容的范圍的限制，因為本公開內容可允許其它等效實施方式。。

圖1描繪了具有根據(jù)本公開內容的一些實施方式的具有基板支撐件的處理腔室的示意性截面圖。

圖2描繪了根據(jù)本公開內容的一些實施方式的pvd腔室蓋的右側的示意性截面圖。

圖3描繪了根據(jù)本公開內容的一些實施方式的pvd腔室蓋的左側的示意性截面圖。

為了促進理解，已盡可能地使用相同的參考數(shù)字來指定在附圖中共通的相同元件。附圖未按比例繪制且可為了清晰而簡化。應當預期一個實施方式的元件和特征可被有利地并入其它實施方式中而無需進一步贅述。

具體實施方式

本公開內容的實施方式包括在沉積電介質材料期間用于使pvd腔室的內表面維持導電的設備。在一些實施方式中，pvd腔室被設置以消除黏貼的需求，同時改善所濺射的電介質膜的均勻性和品質。在與本公開內容一致的實施方式中，在電介質沉積工藝期間的等離子體可持續(xù)性不依賴處理屏蔽件的導電性。反之，等離子體可持續(xù)性被有利地通過改變靶材組件的設計而被實現(xiàn)。更具體地，靶材被分割成至少兩個電隔離區(qū)(例如，內部靶材和外部靶材)。脈沖電壓在多個區(qū)之間被切換，這除了再調節(jié)靶材區(qū)時，在操作期間有利地維持等離子體。在一些實施方式中，存在有靠近外部靶材(外部陰極)的固定磁控管和靠近內部靶材(內部電極)的移動/旋轉磁控管。在一些實施方式中，靶材組件之一或兩者的背側被液體冷卻。

圖1描繪了物理氣相沉積(pvd)腔室100的簡化截面圖。pvd腔室100包括根據(jù)本公開內容的一些實施方式的基板支撐件106。在此所公開的示例性的物理氣相沉積處理系統(tǒng)可包括(但不限于)那些或產(chǎn)線的處理系統(tǒng)，以及plus或sippvd處理腔室，全部可由加州圣克拉拉市的應用材料公司購得。其他處理腔室(包括來自其他制造商的處理腔室)也可合適地與在此所提供的教導結合而使用。

在本公開內容的一些實施方式中，pvd腔室100包括腔室蓋101，腔室蓋101設置于腔室本體104的頂上且可從腔室本體104移除。腔室蓋101可包括內部靶材組件102和外部靶材組件103。內部靶材組件可包括耦接至內部靶材背板115的內部靶材114(例如，電介質靶材源材料)。外部靶材組件可包括耦接至外部靶材背板117的外部靶材116(例如，電介質靶材源材料)。腔室本體104含有用于接收基板108在其上的基板支撐件106。基板支撐件106可位于腔室本體104內。

基板支撐件106具有面向內部靶材114和外部靶材的主要表面的材料接收表面，并支撐基板108，基板108待被來自靶材的材料濺射涂布，靶材在與內部靶材114和外部靶材116的主要表面相對的平面位置中。在一些實施方式中，內部靶材114和外部靶材116可由硅化合物、鋁化合物、鈦化合物和類似化合物制成。內部靶材114和外部靶材116可由待被沉積在基板108上的相同的材料制成。在一些實施方式中，內部靶材114和外部靶材116可由不同的材料制成。在一些實施方式中，為了更好的靶材使用率，在內部靶材114和外部靶材116上的靶材的材料厚度可不同。在一些實施方式中，這可通過使靶材背板的底部位置在不同的高度而實現(xiàn)。因此，靶材的底部可為共面的，但內部靶材114和外部靶材116的厚度將彼此不同?；逯渭?06可包括具有基板處理表面109的電介質構件105，以用于將基板108支撐于基板處理表面109上。在一些實施方式中，基板支撐件106可包括設置在電介質構件105的下方的一個或多個第一導電構件107。例如，電介質構件105和一個或多個第一導電構件107可為可被用以提供夾持力或rf功率至基板支撐件106的靜電卡盤、射頻電極或類似物的一部分。

基板支撐件106可將基板108支撐在腔室本體104的第一容積120中。第一容積120可為被用于處理基板108且可在處理基板108期間與內部容積(例如，非處理容積)的剩余部分分離的腔室本體104的內部容積的一部分。第一容積120在處理期間被界定為在基板支撐件106的上方的區(qū)域(例如，當在處理位置時，在靶材114、116與基板支撐件106之間)。

在一些實施方式中，基板支撐件106可被垂直地移動，以允許基板108通過在腔室本體104的下部的負載鎖定閥或開口(未示出)而被傳送到基板支撐件106上，并接著被升高或降低以用于特定的應用。一個或多個氣體可被供應到腔室本體104的下部中。

rf偏壓電源134可被耦接至基板支撐件106，以在基板108上引發(fā)負dc偏壓。此外，在一些實施方式中，負dc自偏壓可在處理其間形成在基板108上。例如，由rf偏壓電源134供應的rf能量可能頻率范圍從大約2mhz至約60mhz，例如，可使用非限制性的頻率，諸如2mhz、13.56mhz或60mhz。在其它應用中，基板支撐件106可被接地或可被維持電氣浮動的。替代地或結合地，電容調諧器136可被耦接至基板支撐件106，用于調整在基板108上的電壓，以將rf偏壓功率用于可能不被期望的應用中。替代地，或結合地，如由虛線框所指出的，rf偏壓電源134可為dc電源，且當基板支撐件106經(jīng)設置為靜電卡盤時可被耦接至設置在基板支撐件106中的夾持電極。

腔室本體104進一步包括處理配件屏蔽件，或屏蔽件138，以包圍腔室本體104的處理容積或第一容積，并保護其他腔室部件免于來自處理的損壞和/或污染。在一些實施方式中，屏蔽件138可為接地屏蔽件或以其它方式被連接到腔室本體104的接地外殼壁。屏蔽件138在電介質材料沉積期間可具有電介質材料層139沉積在屏蔽件138上，這發(fā)生在基板處理期間。屏蔽件138向下延伸，且經(jīng)配置以包圍第一容積120。在一些實施方式中，屏蔽件138可由陶瓷材料，諸如(例如)，氧化鋁所制成。在其它實施方式中，屏蔽件138可由非磁性金屬(例如，鋁或不銹鋼)所制成。

如以上所述，等離子體可持續(xù)性可有利地通過將靶材分割成至少兩個電隔離區(qū)(例如，內部靶材114和外部靶材116)而實現(xiàn)，且消失的陽極問題被解決。在一些實施方式中，存在有靠近內部靶材114的移動/旋轉內部磁控管組件130和靠近外部靶材116的固定外部磁控管組件132。內部磁控管組件130和外部磁控管組件132可被設置在腔室蓋101中，用于選擇性地在基板支撐件106和靶材114、116之間的提供磁場。在一些實施方式中，內部磁控管組件130包括設置在內部磁控管外殼111中的多個內部磁鐵110。內部磁鐵110的數(shù)量可在1和45之間。在一些實施方式中，外部磁控管組件132包括設置在外部磁控管外殼113中的一個或多對外部磁鐵112。在一些實施方式中，內部磁控管外殼111和外部磁控管外殼113可被至少部分地填充有冷卻流體，諸如水(例如，去離子的h2o或蒸餾的h2o)或類似物，所述冷卻流體冷卻磁控管組件130、132和/或靶材組件102、103。

來自dc源140的脈沖電壓在內部靶材114和外部靶材116之間切換，這除了再調節(jié)靶材114、116時，在操作期間有利地維持等離子體142。dc電壓可通過包括在內部磁控管組件130中的導電元件(例如，內部磁控管外殼111)而被供應給內部靶材114，形成內部陰極。dc電壓可通過包括在外部磁控管組件132中的導電元件(例如，外部磁控管外殼113)而被供應給外部靶材116，形成外部陰極。在一些實施方式中，相同的dc源140可被耦接至內部磁控管組件130和外部磁控管組件132。dc源140可能夠可獨立地提供功率至內部磁控管組件130和外部磁控管組件132。在其他實施方式中，dc源140可包括被分別地耦接至內部磁控管組件130和外部磁控管組件132的多個dc源。在一些實施方式中，由dc源140供應的脈沖電壓可為約200-600伏特dc。在一些實施方式中，可選的rf性能源可被耦接至內部靶材，以將從13.56-40mhz的頻率范圍和從約500w-5000w的功率范圍提供rf功率。

圖2和圖3描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的腔室蓋101的右截面圖和左截面圖，圖2和圖3顯示設置在腔室蓋中的創(chuàng)造性靶材組件102、103和磁控管組件130、132的進一步細節(jié)。

腔室蓋101包括腔室蓋壁202，腔室蓋壁202形成用于腔室蓋101的外部外殼。內部磁控管外殼111和外部磁控管外殼113經(jīng)由熱螺絲204而被固定到腔室蓋101內的電絕緣器208。電絕緣器208與內部磁控管外殼111和外部磁控管外殼113通過定位銷210的使用。在一些實施方式中，定位銷210的數(shù)目可介于3個銷至10個銷之間。在一些實施方式中，電絕緣器208可包括用于檢測在腔室蓋101內的泄漏的濕度檢測孔206。在一些實施方式中，腔室蓋壁202可由非磁性金屬(例如，鋁或不銹鋼)所制成。在一些實施方式中，電絕緣器208是由玻璃纖維或聚合物材料所制成。

在一些實施方式中，dc源可獨立地通過熱螺絲204而提供脈沖dc功率至內部磁控管外殼111和外部磁控管外殼113。內部磁控管外殼111和外部磁控管外殼113是由導電金屬材料所制成，或者不然是涂覆有導電金屬材料。在一些實施方式中，內部磁控管外殼111和外部磁控管外殼113是通過磁控管外殼dc源140之間的其他連接而電連接到dc源140。在一些實施方式中，內部磁控管外殼111的底部部分可通過內部靶材背板115而形成。定位銷222可幫助對準/固定內部磁控管外殼111與內部靶材背板115。類似地，在一些實施方式中，外部磁控管外殼113的底部部分可通過外部靶材背板117而形成。

內部磁控管外殼111和外部磁控管外殼113通過設置在內部磁控管外殼111和外部磁控管外殼113與內部靶材組件102和外部靶材組件103之間的各種絕緣器而彼此電絕緣。例如，在內部磁控管外殼111和外部磁控管外殼113之間和在內部靶材組件102和外部靶材組件103之間的電絕緣器208和214和陶瓷間隔件220以及空氣將內部磁控管外殼111和內部靶材組件102與外部磁控管外殼113和外部靶材組件103電隔離。

內部磁控管外殼111包括支撐內部磁鐵110的內部金屬分流件240。內部磁鐵被成對(a，b)配置且磁鐵包括下極元件(lowerpoleelement)232。在一些實施方式中，每對(a，b)內部磁鐵110與下個最近的一對(a，b)內部磁鐵110具有相反的極性。內部磁控管外殼111還包括可被至少部分地填充有冷卻流體，諸如水(h2o)或類似物的容積242，冷卻流體冷卻內部磁控管組件130和/或內部靶材組件102。在一些實施方式中，內部金屬分流件240是連接到與腔室100和基板108的中央軸一致的旋轉軸252的盤形分流件。在一些實施方式中，旋轉軸252可被垂直地調整，以允許垂直調整內部金屬分流件240和附接的內部磁鐵110。馬達250可以耦接至旋轉軸252的上端，以驅動內部磁控管組件130的旋轉。內部磁鐵110在腔室100內產(chǎn)生磁場，磁場大體平行并靠近內部靶材114的表面，以捕獲電子并增加局部等離子體密度，依次增加濺射速率。內部磁鐵110產(chǎn)生圍繞腔室100的頂部的電磁場，且磁鐵被旋轉，以旋轉電磁場，這影響處理的等離子體密度，以更均勻地濺射內部靶材114。例如，旋轉軸252可每分鐘旋轉約0至約150次。

外部磁控管組件132包括外部磁控管外殼113，外部磁控管外殼113包括一個或多個流體通道212，流體通道212流體地耦接至外部靶材背板117的冷卻劑通道226，使得流體通道212可提供冷卻劑流體(諸如水(h2o)或類似物)到外部靶材背板117內的水通道226和230。流體鉆孔通道212和外部靶材背板117之間的接口可經(jīng)由可壓縮密封件(例如，o形環(huán)密封件)234而被流體地密封。外部靶材背板117還可包括可被焊接或以其他方式耦接至外部靶材背板117的插塞228，以防止冷卻劑泄漏。在一些實施方式中，內部金屬分流件240可由馬氏體的(磁鐵的)不銹鋼所形成。可壓縮密封件234可由合成橡膠或含氟聚合物彈性體所制成。

在一些實施方式中，外部磁控管組件132進一步包括耦接至第一可移動外部分流件218的外部磁鐵112，第一可移動外部分流件218允許外部磁鐵112的垂直移動。外部磁鐵112包括下極224，下極224在與外部磁鐵112被附接到第一可移動外部分流件218的一端的相對端上。外部磁控管組件132進一步包括相對于外部磁鐵112被固定在適當位置的第二靜止外部分流件216。在一些實施方式中，第一可移動外部分流件218和第二靜止外部分流件216兩者是可由導電金屬材料所制成的非評級分流件(non-ratingshunt)。在一些實施方式中，分流件216和218可由馬氏體的(磁鐵的)不銹鋼所形成。

外部磁鐵112在腔室100內產(chǎn)生磁場，磁場大體平行并靠近外部靶材116的表面，以捕獲電子并增加局部等離子體密度，依次增加濺射速率。外部磁鐵112產(chǎn)生圍繞腔室100的頂部的電磁場。

在一些實施方式中，可在內部靶材組件102和外部靶材組件103之間形成間隙150。在一些實施方式中，間隙150可為約0.5mm至約2.5mm寬之間。在一些實施方式中，間隙150可為約1.5mm。在一些實施方式中，在內部和外部靶材114和116之間的間隙150的位置是直接地在成對的內部磁鐵110的一個之下。在一些實施方式中，在內部和外部靶材114和116之間的間隙150的位置是直接地在最外側對的內部磁鐵110之下。在內部和外部靶材114和116之間的間隙150的位置直接地在最外側對的內部磁鐵110之下有利地產(chǎn)生在內部磁鐵110的向內和向外相等的磁場，這可使等離子體的分離允許對兩個陰極(即，內部靶材114和外部靶材116)的全面侵蝕。全面侵蝕幫助防止再沉積，從而防止顆粒形成。此外，在靶材背板115和117之間延伸的間隙150的部分防止金屬沉積的材料涂布陶瓷間隔件220和并造成電短路。

真空密封件236可被設置經(jīng)過整個腔室蓋，以防止處理氣體從腔室內進入腔室蓋。在一些實施方式中，壓縮彈簧元件302如圖3中所示設置在內部磁控管外殼111和絕緣器208之間。壓縮彈簧302元件施加力到內部磁控管外殼111，使得內部磁控管外殼111壓縮可壓縮的真空密封件236。真空密封件236可由合成橡膠或含氟聚合物彈性體制成。

在一些實施方式中，內部靶材夾持螺絲304將內部磁控管外殼111耦接至內部靶材背板115。在一些實施方式中，外部靶材夾持螺絲310將外部磁控管外殼113耦接至外部靶材背板117。

雖然上述內容針對本公開內容的實施方式，但是可在不脫離本公開內容的基本范圍的情況下設計本公開內容的其他和進一步的實施方式。