[发明专利]一种等离子气相沉积方法

说明书

技术领域

本发明涉及以一定方式在工件中的凹槽内等离子气相沉积金属的方法，以实现将凹槽底部的金属再溅射(re-sputtering)至侧壁上。

背景技术

使用离子化金属的溅射技术是公知的，其涉及高功率非平衡磁控管放电源。利用通过向晶片基座施加RF功率所引起的DC偏压使金属离子被吸引至在工件(例如半导体晶片)中形成的凹槽的底部。这在凹槽中产生改良的底部和侧壁覆盖率。已知可通过将已沉积在底部的金属再溅射至凹槽侧壁的较下部分和中间部分来实现进一步的改进。为实现再溅射，需要50-500伏的DC偏压。DC偏压越高则再溅射越强，并且会提高侧壁的覆盖率。

虽然如此，目前的结果并不是对于所有的用途都令人满意。

发明内容

从一方面，本发明涉及通过用溅射气体溅射金属靶以一定方式将金属等离子气相沉积到工件中的凹槽内的方法，从而实现将凹槽底部的金属再溅射至侧壁，其特征在于溅射气体是Ar和He的混合物，这时He∶Ar的比值是至少约10∶1。

所述比值优选为约20∶1。

Ar的流量小于10sccm且He的流量大于100sccm。因此，例如He的流量可为约140sccm且Ar的流量可为约7sccm。

在任何上述情况下，所述金属可为铜。

在另外的实施方案中，该方法的特征可在于He和Ar的混合物使得靶电流密度至少为约0.035A/cm²，且优选为约0.037A/cm²。

尽管上文对本发明进行了定义，然而应理解的是，本发明包括上文或下面的说明所述特征的任何发明组合。

附图说明

可以按多种方式实施本发明，现在将通过实施例并参照附图来描述具体的实施方案，在附图中：

图1是DC磁控离子化沉积溅射系统的剖视图；

图2是显示二次电子发射与入射到Mo靶和W靶上的离子的气体类型和轰击能量的关系的图表。该图表摘自Glow Discharge Processes，Chapmen，Wileyand Sons 1980；

图3示出了通过将He添加到Ar溅射工艺中靶电流和电压随各流量的变化；

图4显示了对于标准Ar工艺在5∶1沟槽结构中的侧壁覆盖率；

图5显示了关于优化的He/Ar工艺与图4的等效视图；

图6是具有减小的He流量的He/Ar工艺的等效视图；

图6(a)、(b)、(c)分别显示了He/Ar流量对沉积速率(比例系数)、应力和晶片内不均匀性的影响；和

图7是采用另一He配比时与图5的等效视图。

具体实施方式

在非平衡DC磁控管离子化溅射沉积系统中，通过金属和气体原子与靶表面产生的二次电子的碰撞实现金属和气体的离子化。二次电子通过提供至靶表面的负偏压而被加速并获得高能量，典型为200-1000eV。这些高能量的二次电子与金属和气体的原子或分子碰撞并产生离子。因此，如果能够增加从靶发射的二次电子数量，那么离子化分数(即任何物质的离子与中性物质的比率)也将增加。

从图2可看出各种溅射气体的二次电子特征随所用的溅射气体而变化。因而，与较重的气体如Ar和Kr相比，He和Ne具有较高水平的二次电子发射。因此申请人认为采用He或Ne代替Ar进行溅射可能会导致更多的二次电子从靶发射出并由此具有更大的离子化分数。

申请人已经通过如下方式研究了这种效果：使用铜靶，逐渐引入增加水平的He流量并降低Ar流量，将看到随着He增加和Ar降低，由于在靶表面形成二次电子从而电流增加。发现低水平Ar的存在对维持膜的密度品质是必要的。

实验

然后申请人采用图1的设备利用下表1所示的工艺条件进行了实验。

表1