專利名稱：用于金屬氣隙填充的屏蔽設計的制作方法
技術領域：
本發明一般地涉及半導體技術領域，更具體地來說，涉及物理汽相沉積系統。
背景技術：
集成芯片通過復雜的制造工藝形成，在制造過程中，工件經過不同的步驟以形成一個或多個半導體器件。一些處理步驟可以包括:在半導體襯底上方形成薄膜。可以使用物理汽相沉積在低壓處理室中的半導體襯底上方沉積薄膜。通常通過作用于靶材料以將靶材轉化為蒸汽來實施物理汽相沉積。通常，通過包括多個高能量離子的等離子體作用于靶材料。高能量離子與靶材料碰撞，以將顆粒移動到蒸汽中。將該蒸汽輸送到半導體襯底上，蒸汽在半導體襯底上方積累以形成薄膜。
發明內容
為了解決現有技術中所存在的缺陷，根據本發明的一方面，提供了一種物理汽相沉積系統，包括:處理室，被配置成 容納襯底；靶，被配置成向所述處理室提供靶原子；以及至少一個熱源，包括一個或多個燈模塊并且被配置成加熱所述襯底的表面。該物理汽相沉積系統進一步包括屏蔽裝置。在該物理汽相沉積系統中，所述屏蔽裝置包括一體式裝置或分體式裝置。在該物理汽相沉積系統中，所述分體式裝置包括上部和下部。在該物理汽相沉積系統中，在所述處理室中，所述一個或多個燈模塊被設置成:a)在包含分體式屏蔽裝置的室中，位于下屏蔽裝置和室壁之間山)在包含分體式屏蔽裝置的室中，位于上屏蔽裝置和下屏蔽裝置之間；c)在包含一體式屏蔽裝置的室中，位于所述室屏蔽裝置下方；或者d)在包含分體式屏蔽裝置的室中，位于可旋轉移動的傳送臂上方。在該物理汽相沉積系統中，所述燈模塊包括多個獨立的燈。在該物理汽相沉積系統中，所述獨立的燈提供波長在可見光譜范圍內的光。該物理汽相沉積系統進一步包括與每一個燈模塊相關的反射裝置。在該物理汽相沉積系統中，所述反射裝置包括反射器或反射器組。根據本發明的另一方面，提供了一種用于快速熱處理半導體襯底的裝置，包括:底座，被配置成支撐所述半導體襯底，所述半導體襯底在其上具有金屬膜；熱源，包括一個或多個燈模塊且被配置成在物理汽相沉積工藝過程中進行所述金屬膜的回流，所述金屬膜沉積在所述半導體襯底上方。在該裝置中，所述燈模塊包括多個獨立的燈。在該裝置中，獨立的燈在燈模塊中包括多個區域。該裝置進一步包括一體式屏蔽裝置并且所述燈模塊設置在所述屏蔽裝置下方。該裝置進一步包括分體式屏蔽裝置，并且所述燈模塊設置在所述屏蔽裝置的上部和下部之間或者設置在所述屏蔽裝置的下部和處理室壁之間。在該裝置中，所述燈模塊設置在可旋轉移動的傳送臂上方。
該裝置進一步包括反射裝置，所述反射裝置將所述燈模塊所發出的光能引導向所述襯底。在該裝置中，可以調節所述反射裝置，以改變所述燈模塊所發出的光的路徑。根據本發明的又一方面，提供了一種在物理汽相沉積處理室中加熱半導體襯底的方法，包括:在底座上方支撐在其上具有金屬膜的半導體襯底，所述底座位于處理室中，所述處理室被配置成包括屏蔽裝置，所述屏蔽裝置可操作地將熱源和所述半導體襯底熱分離；將所述半導體襯底暴露在所述熱源下；以及使用所述熱源加熱所述半導體襯底，所述熱源包括一個或多個燈模塊且被配置成加熱所述襯底的表面。在該方法中，暴露所述半導體襯底包括:a)移動所述屏蔽裝置；b)移動所述底座；
c)將所述燈模塊所發出的光能反射到所述襯底上；或者d)將其上安裝有燈模塊的傳送臂置于所述襯底上方。在該方法中，由功率控制器控制所述半導體襯底的加熱，所述功率控制器用于增加或降低所述燈所發出的光能。
圖1A至IC示出了根據本發明的實施例的物理汽相沉積系統的橫截面圖。圖2A和2B不出了物理汽 相沉積系統的另一個實施例的橫截面圖。圖3A至3C示出了具有一體式屏蔽設計(one-piece shielding design)的物理汽相沉積系統的橫截面圖。圖4A至4C示出了具有可旋轉移動的傳送臂的物理汽相沉積系統的實施例的橫截面圖。圖5示出了在物理汽相沉積系統中加熱半導體襯底的方法的一些實施例的流程圖。
具體實施例方式本發明結合附圖進行了描述，相同的標號通常用于指定相同的元件。并且其中各個結構沒有必要按比例繪制。在以下描述中，為了說明的目的，闡述了大量的具體細節以幫助理解。然而，顯然，對本領域的普通技術人員來說，可以利用較少程度的這些具體細節來實施本文中所描述的一個或多個方面。在其它情況下，以結構圖的形式示出公知的結構和裝置以幫助理解。現代半導體器件通常包括通過介電層(絕緣)層隔開的多層，介電層通常簡稱為氧化物層。這些層通過貫穿中間氧化物層的孔進行電互聯，該孔與一些底層導電部件接觸。在蝕刻孔以后，孔填充有金屬，如鋁或銅，以將底層和頂層進行電連接。通用結構稱為插塞。利用金屬填充這些孔會引起某些困難，包括填充孔但內含空隙。任何內含空隙降低了通過插塞的導電性并且引入了可靠性問題。由于其快速的沉積速率，物理汽相沉積(“PVD”)或濺射是用于填充這些開口的最常用的工藝之一。PVD是在真空處理室中實施的等離子體工藝，在該真空處理室中，相對于處理室體部或接地濺射屏蔽的負偏壓靶材暴露在氣體混合物的等離子體中，氣體混合物包括諸如惰性氣體(例如，氬(Ar))的氣體。通過惰性氣體離子撞擊靶材導致靶材料原子的噴射。在某種情況下，將磁控管設置在靶材的背面，以發射與靶材正面平行的磁場來捕捉電子并且增加等離子體密度和濺射速率。噴射的原子在襯底上方積累作為積淀薄膜，襯底位于設置在處理室內的襯底底座的上方。然而，PVD不能固有地共形涂覆深且窄的開口。將PVD應用于深開口中的一個方法是將金屬濺射到熱襯底上方，使得沉積的材料自然流入窄且深的部件中。該工藝通常稱為回流。然而，高溫回流(例如，高于400° C)產生高熱預算以及損害先前形成在裝置上方的層，并且常常需要使用一個以上的室，從而由于必須將晶圓從一個處理室移動到另一個處理室的必要性而增加了處理時間。因此，本發明涉及被配置成加熱半導體襯底或晶圓的物理汽相沉積系統。在一些實施例中，所公開的物理汽相沉積系統包括具有一個或多個燈模塊的至少一個熱源，熱源被配置成回流沉積在襯底上方的金屬膜。可以通過屏蔽裝置將燈模塊與襯底熱分離。在一些實施例中，屏蔽裝置包括一體式裝置(one-piece device)或分體式裝置(two piecedevice)。所公開的物理汽相沉積系統可以加熱半導體襯底，回流沉積在半導體襯底上方的金屬膜而無需單獨的室，因此降低處理時間，需要較少的熱預算并且降低了襯底損傷。通常，本發明的實施例預期由一個或多個燈模塊限定的熱源，燈模塊包括發射波長在可見光譜范圍內的光的多個間隔開的燈。燈產生了提供即時能量的快速等溫處理系統，通常需要非常短和良好控制的啟動周期。燈可以包括:例如，高強度氣體放電燈、白熾燈、氣體放電燈、電子激發燈等。如當到達晶圓溫度的設定點時，可以快速打開和關閉這些燈。通過調節功率控制器提供的功率，可以變化地控制燈，因此增加或降低任何燈發射的輻射能。此外，每個燈模塊可以具有由多個間隔開的燈構成的多個區域。以這種方式，通過調整在打開或關閉的燈模塊中的單個或多個區域可以控制每個模塊發射的光能。一般地，燈的功率范圍為大約Ik瓦到大約IOOk瓦，能夠快速加熱晶圓，例如，在10秒內可以從0° C加熱到700° C。也可以調節燈光的角 度來控制晶圓溫度。如圖1A所示，示出了包括由室壁102限定的處理室100的物理汽相沉積系統的第一實施例。底座110通常是溫度可控的，將底座110配置成支撐要濺射涂覆108的晶圓或其它半導體襯底106。將PVD靶材104配置成提供靶原子，該PVD靶材104與襯底106的相對地設置在處理室100內，其中，襯底106具有濺射涂覆108的PVD金屬膜109層。金屬膜109通常是鋁或銅。分體式屏蔽裝置包括上屏蔽部件112和下屏蔽部件114，該分體式屏蔽裝置保護室壁102和底座110的側面以防進行濺射沉積，以及將熱源與襯底熱分離。對于鋁濺射來說，例如，至少面對襯底106的靶材104的正面由鋁或鋁合金構成。可控冷卻裝置116可以使冷卻水或其它冷凍液體循環到達形成在底座110上方的冷卻通道(沒有示出)。將包括一個或多個燈模塊118的至少一個熱源設置在下屏蔽部件114附近并且設置在下屏蔽部件114和室壁102之間。一個或多個反射裝置120與每一個燈模塊相關以便幫助將燈模塊118所發出的光能反射到襯底106上方。反射裝置120可以包括反射器或反射器組。反射裝置120可以由適合反射光能的任何材料制成并且可以具有任何適合形狀，該材料和形狀幫助將燈模塊118發射的光能反射到襯底106上方。反射裝置120是可以調節的，使得可以改變從燈模塊所發出的光的路徑。襯底106的濺射涂覆108之后，在室100工作的過程中，開始實施快速熱處理以加熱襯底106并且進行濺射涂層108回流。如圖1B所示，在如箭頭122所示的向下方向上移動下屏蔽部件114，暴露燈模塊118。燈模塊118可以彼此電連接并且通過控制系統控制該燈模塊，當照亮各個輻射熱源中的每一個時，控制系統進行控制。控制系統通常是(但不僅限于)計算機處理系統，如PC或工作站。如圖1B所示，通過反射裝置120部分圍繞燈模塊118。通過反射裝置120將由燈模塊118發射的光能124反射到晶圓上方。預定時間之后，如圖1C所示，可以關閉燈模塊118并且升高下屏蔽部件。然后，通過流經底座110的冷卻水或其它冷凍液體的循環來冷卻襯底106。在圖2A中，示出了本發明所公開的物理汽相沉積系統的另一個實施例。該系統包括由室壁202形成的處理室200。將一個或多個燈模塊218設置在上屏蔽部件212和下屏蔽部件214之間。燈模塊218包括反射裝置220。反射裝置220將燈模塊218發射的光能222聚焦到底座210支撐的襯底206的表面上，并且金屬膜209在其上進行回流。在金屬膜209回流之后，可以關閉燈模塊218。然后，如圖2B所示，通過底座210冷卻襯底206。圖3A示出了本發明所公開的物理汽相沉積系統的另一個實施例。在該實施例中，將燈模塊318設置在室壁302內的一體式屏蔽裝置322下方。將來自靶材304的靶原子308濺射到襯底306上方以形成薄膜309以后，如圖3B中的方向箭頭324所示，降低底座310。通過燈模塊318的快速加熱完成金屬膜309的回流。可以從反射裝置320反射燈模塊318所發出的光能326并且反射到襯底306的表面。一旦完成回流工藝，就可以關閉燈模塊318并且如圖3C中的方向箭頭328所示，升高底座。然后通過流經底座310的冷卻水或其它冷凍液體的循環冷卻襯底306。圖4A示出了本發明所公開的物理汽相沉積系統的又一個實施例。在圖4A中，在安裝架420上方支撐燈模塊418。安裝 架420附接至可旋轉移動的傳送臂422。傳送臂422可以容納在室中的一側(side chamber)(沒有示出)。傳送臂可以在處理室400中通過插板閥(slit valve) 424 旋轉。在圖4B中，插板閥424打開并且傳送臂422旋轉，以將安裝架420上方的燈模塊418移動到襯底406上的金屬膜409上方的位置。打開燈模塊418并且加熱襯底406以進行金屬膜409回流。預定時間之后，如圖4C所示，關閉燈模塊418并且傳送臂422旋轉以將燈模塊從處理室400移除。然后，通過底座410冷卻襯底406。圖5示出了在具有一個或多個燈模塊的物理汽相沉積室中加熱半導體襯底的方法500的一些實施例的流程圖。盡管示出了方法500并且在下文中作為一系列步驟或事件描述了方法500，但是應該理解，這些步驟或事件所示順序不是限定性的。例如，一些步驟可以以不同的順序發生和/或與其它步驟或事件(除了本發明所示的和/或所描述的順序以夕卜)同時發生。此外，不需要所有示出的步驟，以實施本文中描述的一個或多個方面或實施例。而且，可以在一個或多個獨立的步驟和/或階段中實施本文中所描述的一個或多個步驟。在步驟502中，將半導體襯底設置在具有靶材的物理汽相沉積室中，靶材被配置成向底座支撐的襯底提供靶原子。將靶材設置為與要濺射的襯底相對。在步驟504中，通過將偏壓施加給靶材所生成的靶原子在襯底上方形成金屬膜，將偏壓施加給靶材導致通過室內的等離子體生成高能量離子以濺射靶材。靶原子聚集在襯底上方以形成薄膜。在步驟506中，襯底暴露在燈模塊下。可以通過移動屏蔽裝置、移動底座、將燈模塊所發出的光能反射到襯底上方、或將安裝有燈模塊的傳送臂置于襯底上方來實現將襯底暴露在一個或多個燈模塊下。在步驟508中，打開燈模塊。燈模塊所發出的光能可以通過功率控制器來控制，使用功率控制器來增加或降低燈所發出的光能。在步驟510中，通過燈模塊所發出的光能快速加熱襯底引起金屬膜回流，因此促進金屬膜流入在襯底中所形成的孔中，以提供襯底中各個層之間的互連部件。在預定時間之后，在步驟512中，關閉燈模塊。然后在步驟514中，通過流經底座中的管道的冷卻液體來冷卻襯底。應該理解，本領域的普通技術人員根據說明書和附圖的閱讀和理解進行等效的替換和/更改。本文中的公開內容包括所有這樣的更改和替換，因此，通常本發明并不旨在限定。此外，雖然僅相對于幾個實施例中的一個公開了特定特征或方面，但是這種特征或方面可與期望的其它實施例的一個或多個其它特征和/或方面結合。而且，就本文中所使用的術語“包含”、“含有”、“具有”、“帶有”及其變化形式來說，這些術語旨在具有包含的意思(類似于“包括”)。同樣，術語“示例性”僅僅是實例，而不是最佳實施例。還應該理解，為了簡單和容易理解的目的，本文中所描述的特征、層和/或元件相對于彼此以特定的尺寸和/或定向示出，并且實際的尺寸和/或定向可能 完全不同于所示尺寸和/或定向。因此，本發明涉及具有容納襯底的處理室的物理汽相沉積系統。將處理室內的靶材配置成向處理室提供靶原子。將包括一個或多個燈模塊的至少一個熱源配置成加熱襯底的表面。在另一個實施例中，本發明涉及裝置，底座被配置成支撐半導體襯底，襯底在其上具有金屬膜。裝置進一步包括:熱源，包括一個或多個燈模塊且被配置成進行金屬膜回流，在物理汽相沉積工藝過程中將金屬薄沉積到半導體襯底上方。該裝置進一步包括:屏蔽裝置，被配置成將熱源與半導體襯底熱分離。在又一個實施例中，本發明涉及在物理汽相沉積室中加熱半導體襯底的方法。該方法包括:支撐其上具有金屬膜的半導體襯底，半導體襯底在室內并且由底座支撐，處理室被配置成包括屏蔽裝置，屏蔽裝置可以操作地將熱源與半導體襯底熱分離。該方法進一步包括:將半導體襯底暴露在熱源下。該方法進一步包括:通過熱源加熱半導體襯底，熱源包括被配置成加熱半導體襯底的表面一個或多個燈模塊。
權利要求
1.一種物理汽相沉積系統，包括: 處理室，被配置成容納襯底； 靶，被配置成向所述處理室提供靶原子；以及 至少一個熱源，包括一個或多個燈模塊并且被配置成加熱所述襯底的表面。
2.根據權利要求1所述的物理汽相沉積系統，進一步包括屏蔽裝置。
3.根據權利要求2所述的物理汽相沉積系統，其中，所述屏蔽裝置包括一體式裝置或分體式裝置。
4.根據權利要求3所述的物理汽相沉積系統，其中，所述分體式裝置包括上部和下部。
5.根據權利要求4所述的物理汽相沉積系統，其中，在所述處理室中，所述一個或多個燈模塊被設置成: a)在包含分體式屏蔽裝置的室中，位于下屏蔽裝置和室壁之間； b)在包含分體式屏蔽裝置的室中，位于上屏蔽裝置和下屏蔽裝置之間； c)在包含一體式屏蔽裝置的室中，位于所述室屏蔽裝置下方；或者 d)在包含分體式屏蔽裝置的室中，位于可旋轉移動的傳送臂上方。
6.根據權利要求1所述的物理汽相沉積系統，其中，所述燈模塊包括多個獨立的燈。
7.根據權利要求1所述的物理汽相沉積系統，其中，所述獨立的燈提供波長在可見光譜范圍內的光。
8.根據權利要求1所述的物理汽相沉積系統，進一步包括與每一個燈模塊相關的反射裝置
9.一種用于快速熱處理半導體襯底的裝置，包括: 底座，被配置成支撐所述半導體襯底，所述半導體襯底在其上具有金屬膜； 熱源，包括一個或多個燈模塊且被配置成在物理汽相沉積工藝過程中進行所述金屬膜的回流，所述金屬膜沉積在所述半導體襯底上方。
10.一種在物理汽相沉積處理室中加熱半導體襯底的方法，包括: 在底座上方支撐在其上具有金屬膜的半導體襯底，所述底座位于處理室中，所述處理室被配置成包括屏蔽裝置，所述屏蔽裝置可操作地將熱源和所述半導體襯底熱分離； 將所述半導體襯底暴露在所述熱源下；以及 使用所述熱源加熱所述半導體襯底，所述熱源包括一個或多個燈模塊且被配置成加熱所述襯底的表面。
全文摘要
本發明涉及被配置成加熱半導體襯底或晶圓的物理汽相沉積系統。在一些實施例中，所公開的物理汽相沉積系統包括至少一個熱源，熱源具有加熱襯底的一個或多個燈模塊。屏蔽裝置可以將燈模塊和襯底分離。在一些實施例中，屏蔽裝置包括一體式裝置或分體式裝置。所公開的物理汽相沉積系統可以加熱半導體襯底，進行在半導體襯底上方沉積的金屬膜回流而無需單獨的室，因此降低處理時間，需要較少的熱預算并且降低襯底損傷。本發明還提供了用于金屬氣隙填充的屏蔽設計。
文檔編號C23C14/14GK103215549SQ20121020672
公開日2013年7月24日 申請日期2012年6月18日 優先權日2012年1月23日
發明者蔡明志, 林柏宏, 周友華, 高宗恩 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司