溅射靶和基板处理腔室
阅读：675发布：2024-01-14
专利汇可以提供溅射靶和基板处理腔室专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本公开内容涉及一种溅射靶和一种 基板 处理腔室。本文提供用于改进溅射、或 物理气相沉积 (PVD)的设备。在一些实施方式中，一种溅射靶包括：材料主体，具有背侧和相对的成型处理表面，其中所述成型处理表面包括内部环形凹部和外部环形凹部。，下面是溅射靶和基板处理腔室专利的具体信息内容。
1.一种溅射靶，其特征在于，所述溅射靶包括：
材料主体，所述材料主体具有背侧和相对的成型处理表面，其中所述成型处理表面包括内部环形凹部和外部环形凹部。
2.如权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，所述外部环形凹部是凸出的。
3.如权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，所述外部环形凹部包括两个直线倾斜侧部，它们在所述外部环形凹部的中心附近或所述中心处以钝角而会聚。
4.如权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，所述外部环形凹部包括两个直线倾斜侧部，它们以钝角与平坦中心部分相交。
5.如权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，所述内部环形凹部是凸出的。
6.如权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，所述内部环形凹部包括两个直线倾斜侧部，它们以钝角与平坦中心部分相交。
7.如权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，所述外部环形凹部包括两个直线倾斜侧部，它们以钝角与平坦中心部分相交，其中所述内部环形凹部包括两个直线倾斜侧部，它们以钝角与平坦中心部分相交，并且其中所述外部环形凹部的所述平坦中心部分小于所述内部环形凹部的所述平坦中心部分。
8.如权利要求1至7中任一项所述的溅射靶，其特征在于，所述内部环形凹部具有中心直径，所述中心直径被安置为更靠近所述材料主体的外径，而不是所述材料主体的中心。
9.如权利要求1至7中任一项所述的溅射靶，其特征在于，所述材料主体是盘形的。
10.如权利要求1至7中任一项所述的溅射靶，其特征在于，所述材料主体包括弯曲外周边缘。
11.如权利要求1至7中任一项所述的溅射靶，其特征在于，还包括被耦接到所述材料主体的所述背侧的背板。
12.如权利要求11所述的溅射靶，其特征在于，所述材料主体包括环形突部，所述环形突部从所述材料主体的所述背侧延伸，并且其中所述背板包括对应的环形凹部以与所述环形突部配合。
13.如权利要求11所述的溅射靶，其特征在于，所述背板包括多个插件，所述多个插件围绕所述背板而布置在所述背板702的外周边缘附近并且包围所述材料主体，其中所述插件从所述背板的面向处理容积表面突出。
14.一种基板处理腔室，其特征在于，包括：
腔室主体和腔室盖，所述腔室盖安置在所述腔室主体上，从而限定在所述腔室主体内的位于所述腔室盖下方的处理区域；
基板支撑件，所述基板支撑件安置在所述腔室主体内、与所述腔室盖相对；以及溅射靶，所述溅射靶安置在所述腔室盖的附近、与所述基板支撑件相对，其中所述溅射靶如权利要求1至7中任一项所述。
溅射靶和基板处理腔室
技术领域
背景技术
[0002] 可靠地生产出亚微米和更小特征是特大规模集成(very large scale integration；VLSI)和超大规模集成(ultra large scale integration；ULSI)的下一代半导体器件的关键技术。然而，随着电路技术的小型化推进，VLSI和ULSI技术中的缩小尺寸的互连件已对处理能力提出额外需求。作为VLSI和ULSI技术的核心的多级互连需要对高深宽比特征(诸如通孔和其它互连件)的精确处理。
[0003] 随着下一代器件的电路密度增加，诸如通孔、沟槽、触点、栅极结构和其它特征的互连件以及在它们之间的介电材料的宽度减小至45nm和32nm或更小尺寸。然而，介电层的厚度仍是基本上恒定的，从而导致特征的深度与宽度的深宽比增大。
[0004] 溅射(也被称作物理气相沉积(PVD))是在集成电路中形成金属特征的方法。溅射将材料层沉积在基板上。源材料(诸如靶)被通过电场强力加速的离子轰击，以从靶中喷射材料，然后材料沉积在基板上。在靶后方设有旋转磁体以有助于工艺。随着溅射靶的腐蚀，可调节磁体运动以尝试补偿腐蚀并且保持溅射表面恒定。然而，对溅射表面的不均匀的腐蚀导致极不均匀的靶表面轮廓，这导致了靶寿命的减小。
[0006] 本文提供用于改进溅射、或物理气相沉积(PVD)的设备。在一些实施方式中，一种溅射靶包括：材料主体，具有背侧和相对的成型处理表面，其中所述成型处理表面包括内部环形凹部和外部环形凹部。
[0007] 在一些实施方式中，一种基板处理腔室包括：腔室主体和腔室盖，所述腔室盖安置在所述腔室主体上，从而限定在所述腔室主体内的位于所述腔室盖下方的处理区域；基板支撑件，安置在所述腔室主体内、与所述腔室盖相对；以及溅射靶，安置在所述腔室盖的附近、与所述基板支撑件相对，其中所述溅射靶如本文所公开的实施方式中任一种所述。
[0008] 一种溅射靶，包括：
[0009] 材料主体，所述材料主体具有背侧和相对的成型处理表面，其中所述成型处理表面包括内部环形凹部和外部环形凹部。
[0010] 在所述溅射靶中，所述外部环形凹部是凸出的。
[0011] 在所述溅射靶中，所述外部环形凹部包括两个直线倾斜侧部，它们在所述外部环形凹部的中心附近或所述中心处以钝角而会聚。
[0012] 在所述溅射靶中，所述外部环形凹部包括两个直线倾斜侧部，它们以钝角与平坦中心部分相交。
[0013] 在所述溅射靶中，所述内部环形凹部是凸出的。
[0014] 在所述溅射靶中，所述内部环形凹部包括两个直线倾斜侧部，它们以钝角与平坦中心部分相交。
[0015] 在所述溅射靶中，所述外部环形凹部包括两个直线倾斜侧部，它们以钝角与平坦中心部分相交，其中所述内部环形凹部包括两个直线倾斜侧部，它们以钝角与平坦中心部分相交，并且其中所述外部环形凹部的所述平坦中心部分小于所述内部环形凹部的所述平坦中心部分。
[0016] 在所述溅射靶中，所述内部环形凹部具有中心直径，所述中心直径被安置为更靠近所述材料主体的外径，而不是所述材料主体的中心。
[0017] 在所述溅射靶中，所述材料主体是盘形的。
[0018] 在所述溅射靶中，所述材料主体包括弯曲外周边缘。
[0020] 在所述溅射靶中，所述材料主体包括环形突部，所述环形突部从所述材料主体的所述背侧延伸，并且其中所述背板包括对应的环形凹部以与所述环形突部配合。
[0022] 一种基板处理腔室，包括：
[0023] 腔室主体和腔室盖，所述腔室盖安置在所述腔室主体上，从而限定在所述腔室主体内的位于所述腔室盖下方的处理区域；
[0024] 基板支撑件，所述基板支撑件安置在所述腔室主体内、与所述腔室盖相对；以及[0025] 溅射靶，所述溅射靶安置在所述腔室盖的附近、与所述基板支撑件相对，其中所述溅射靶如以上所述的溅射靶。
[0027] 可参考附图中描绘的本实用新型的例示性的实施方式来理解本实用新型的以上简要概述并以下更详细描述的实施方式。然而，附图仅示出了本实用新型的典型实施方式，并且因此将不被视为对本实用新型的范围的限制，因为本实用新型可允许其它等效实施方式。
[0028] 图1描绘了根据本实用新型的一些实施方式的处理腔室的示意性横截面图。
[0029] 图2描绘了根据本实用新型的一些实施方式的准直器的俯视图。
[0032] 图5描绘了根据本实用新型的一些实施方式的在处理腔室中产生的磁场。
[0033] 图6A-图6B描绘了根据本实用新型的一些实施方式的在金属层沉积工艺的制造期间的基板的横截面图。
[0034] 图7描绘了根据本实用新型的一些实施方式的溅射靶的透视图。
[0035] 图8描绘了根据本实用新型的一些实施方式的图7的溅射靶的俯视图。
[0036] 图9描绘了根据本实用新型的一些实施方式的图8的溅射靶沿剖面线A-A’的横截面侧视图。
[0037] 为了方便理解，已尽可能使用相同附图标记指示附图中共有的相同元件。附图未按比例绘制，并且可简化以变得清晰。一个实施方式的要素和特征可有利地并入到其它实施方式中，而不需要赘述。
具体实施方式
[0038] 本文提供用于改进溅射的设备的实施方式。具体地讲，提供溅射靶的实施方式，这些溅射靶的实施方式有利地提供了在靶的整个寿命中更稳定的等离子体，从而在将材料溅射沉积到基板上的过程中增加靶的寿命。
[0039] 图1示出了根据本实用新型的一些实施方式的物理气相沉积(PVD)腔室100(例如，溅射处理腔室)，所述腔室具有适合于溅射沉积材料的溅射源(或靶)。可经调适以适于得受益于本实用新型的PVD腔室的示例包括 Plus和SIP PVD处理腔室，所述两者可自美国加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司(Applied Materials,Inc.,SantaClara,of California)购得。可自其它制造商处购得的处理腔室也可经调适适于执行本文所述实施方式。
[0040] PVD腔室100具有上侧壁102、下侧壁103和盖部分104，它们限定主体105，主体包围PVD腔室100的内部容积106(例如，处理容积)。适配器板107可安置于上侧壁102与下侧壁103之间。基板支撑件(诸如基板支撑件108)安置于PVD腔室100的内部容积106中。基板传送端口109形成于下侧壁103中，用于将基板传送进出内部容积106。
[0041] 在一些实施方式中，PVD腔室100包括溅射腔室，也被称作物理气相沉积(PVD)腔室，所述溅射腔室能够在基板(诸如基板101)上沉积例如钛、氧化铝、铝、氮氧化铝、铜、钽、氮化钽、氮氧化钽、氮氧化钛、钨或氮化钨。
[0042] 气源110被耦接至PVD腔室100以将处理气体供应至内部容积106中。在一些实施方式中，处理气体可包括惰性气体、非反应性气体和反应性气体(如若需要)。可由气源110提供的处理气体的示例包括但不限于氩(Ar)、氦(He)、氖(Ne)、氮(N2)、氧(O2)和水蒸气(H2O)，以及其它处理气体。
[0043] 泵送装置112被耦接至PVD腔室100以与内部容积106连通，从而控制内部容积106的压力。在一些实施方式中，PVD腔室100的压力水平可维持为约1 Torr托或更低。在另一实施方式中，PVD腔室100的压力水平可维持为约500 mTorr或更低。在又一实施方式中，PVD腔室100的压力水平可维持为约1 mTorr和约300 mTorr。
[0044] 盖部分104可以支撑溅射源114，诸如靶。在一些实施方式中，溅射源114可由包含以下材料或在一些实施方式中基本上由以下材料制成：钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、铝(Al)、上述各金属的合金、上述各金属的组合等等。例如，在一些实施方式中，溅射源114可由选自由以下项组成的组中的一种或多种材料制成：铝(Al)、钴(Co)、铬(Cr)、镍(Ni)、钽(Ta)、钛(Ti)、钨(W)、上述各金属的合金、上述各金属的组合等等。在一些实施方式中，溅射源114可由钛(Ti)、钽(Ta)或铝(Al)制成。
[0045] 溅射源114可耦接至源组件116，源组件包括用于溅射源114的电源117(例如电源)。电源117可以提供RF源功率或DC源功率。在一些实施方式中，提供射频和DC源功率两者。包括成组的磁体的磁控管组件119可耦接至溅射源114附近，这增强了在处理期间从溅射源114高效溅射材料。磁控管组件的示例包括电磁线性磁控管、蛇形磁控管、螺旋形磁控管、双趾状磁控管、矩形化螺旋形磁控管等等。
[0046] 在一些实施方式中，第一组磁体194可安置在腔室主体周围，位于准直器上方，例如在适配器板107与上侧壁102之间以有助于为被驱离溅射源114的金属离子产生电子场。此外，第二组磁体196可安置在腔室主体周围、位于准直器下方，例如在盖部分104的附近，以有助于产生电场以从溅射源114驱离材料。安置于PVD腔室100周围的磁体的数目、尺寸和强度可选择以改进等离子体解离和溅射的效率。例如，在一些实施方式中，第一组磁体194在靶表面处可具有约500至约3000高斯的总强度。在一些实施方式中，第二组磁体196可具有约0至约300高斯的总强度，此强度在距靶表面约7英寸处(例如下方)测得。在一些实施方式中，由第一组磁体194和第二组磁体196产生的导引磁场可具有约10至约300高斯的总强度，此强度在距靶表面约7英寸处(例如下方)测得。第一组磁体194中的各个磁体可为永磁体、电磁体(例如电磁线圈)或它们的组合。第二组磁体196中的各个磁体可为永磁体、电磁体(例如电磁线圈)或它们的组合。导引磁场的总磁场强度和磁控管组件的不平衡比率(例如外部磁极的总表面积/内部磁极的总表面积)可优化以产生所需等离子体密度，并且增强等离子体扩散。例如，通常，增大不平衡比率(例如，增大至约2-5或更大)增大等离子体功率密度，从而增大金属离子通量产生。
[0047] 在一些实施方式中，额外RF电源180也可经由基板支撑件108来耦接至PVD腔室100，以便在溅射源114与基板支撑件108之间提供偏置功率。在一些实施方式中，RF功率源
180可具有约400 Hz与约60 MHz之间的频率，诸如约13.56 MHz。
180可具有约400 Hz与约60 MHz之间的频率，诸如约13.56 MHz。
[0048] 准直器118可定位在内部容积106中，位于溅射源114与基板支撑件108之间。准直器118可处于双极性模式下，以便控制离子穿过准直器118的方向。可控制的直流电流(direct current；DC)或交流电流准直器电源190可耦接至准直器118，以向准直器118提供交替脉冲的正电压或负电压，以便在双极性模式下(例如双极性电源)控制准直器118。关于双极性准直器118的细节将在下文中通过参考图2-3进一步讨论。在一些实施方式中，准直器电源190是DC电源。在一些实施方式中，准直器电源190是双极性脉冲DC电源。
[0049] 屏蔽管120可邻近于准直器118、以及盖部分104的内部。准直器118包括多个孔以在内部容积106内导引气体和/或材料通量。准直器118可机械耦接和电耦接至屏蔽管120。在一些实施方式中，准直器118通过诸如焊接工艺而机械耦接至屏蔽管120，从而使得准直器118与屏蔽管120成一体。在另一实施方式中，准直器118可电浮动于PVD腔室100内。在另一实施方式中，准直器118可耦接至电源和/或电耦接至PVD腔室100的主体105的盖部分
104。
104。
[0050] 屏蔽管120可以包括管状主体121，管状主体具有形成于管状主体121的上表面中的凹部122。凹部122提供与准直器118的下表面配合的界面。屏蔽管120的管状主体121可以包括肩部区域123，肩部区域具有内径，所述内径小于管状主体121的其余部分的内径。在一些实施方式中，管状主体121的内表面沿锥形表面124向肩部区域123的内表面径向向内过渡。屏蔽环126可安置在PVD腔室100中、邻近屏蔽管120，并且位于屏蔽管120与适配器板107中间。屏蔽环126可至少部分地安置在由屏蔽管120的肩部区域123的相对侧与适配器板107的内部侧壁形成的凹部128中。
[0051] 在一个方面中，屏蔽环126包括轴向地突出的环形侧壁127，轴向地突出的环形侧壁包括内径，所述内径大于屏蔽管120的肩部区域123的外径。径向凸缘130从环形侧壁127延伸。径向凸缘130可相对于屏蔽环126的环形侧壁127的内径表面以大于约九十度(90°)的角度形成。径向凸缘130包括形成在径向凸缘130的下表面上的凸部132。凸部132可为从径向凸缘130表面在基本上平行于屏蔽环126的环形侧壁127的内径表面的取向上延伸的环形脊。凸部132一般适于与形成在边缘环136中的凹陷凸缘134配合，边缘环安置在基板支撑件108上。凹陷凸缘134可为形成在边缘环136中的环形沟槽。凸部132与凹陷凸缘134的接合使屏蔽环126相对于基板支撑件108的纵向轴线而定位在中心处。基板101(示为支撑在升降销
140上)通过在基板支撑件108与机械手叶片(未示出)之间的协调定位校准来相对于基板支撑件108的纵向轴线而定位在中心处。由此，基板101可以在PVD腔室100内的中心处，并且屏蔽环126可在处理期间围绕基板101径向地定中心。
140上)通过在基板支撑件108与机械手叶片(未示出)之间的协调定位校准来相对于基板支撑件108的纵向轴线而定位在中心处。由此，基板101可以在PVD腔室100内的中心处，并且屏蔽环126可在处理期间围绕基板101径向地定中心。
[0052] 在操作中，载送基板101的机械手叶片(未示出)延伸穿过基板传送端口109。可降低基板支撑件108以允许基板101被传送至从基板支撑件108伸出的升降销140。基板支撑件108和/或升降销140的升高和降低可由耦接至基板支撑件108的驱动器142控制。基板101可下降至基板支撑件108的基板接收表面144上。在基板101定位在基板支撑件108的基板接收表面144上的情况下，可在基板101上执行溅射沉积。在处理期间，边缘环136可与基板101电绝缘。因此，基板接收表面144可以包括高度，所述高度大于边缘环136与基板101相邻的部分的高度，使得防止基板101接触边缘环136。在溅射沉积期间，可利用安置于基板支撑件
108中的热控制通道146来控制基板101的温度。
108中的热控制通道146来控制基板101的温度。
[0053] 在溅射沉积的后，基板101可通过利用升降销140而升高至与基板支撑件108相间隔的位置。升高位置可接近于屏蔽环126和邻近于适配器板107的反射器环148中的一个或两个。适配器板107包括耦接至适配器板107的一个或多个灯150，灯在反射器环148的下表面与适配器板107的凹表面152中间的位置。灯150提供具有可见波长或近可见波长(诸如在红外(infra-red；IR)和/或紫外(ultraviolet；UV)光谱中的波长)的光学和/或辐射能量。来自灯150的能量向基板101的背侧(即，下表面)径向向内聚焦，以便加热基板101和沉积在基板101上的材料。在环绕基板101的腔室部件上的反射表面用以使能量向基板101背侧聚焦和远离其它腔室部件，其中能量将会损失和/或不被利用。在加热期间，适配器板107可耦接至冷却剂源154以控制适配器板207的温度。
[0054] 在将基板101控制为预定温度之后，基板101降至基板支撑件108的基板接收表面144上的位置。基板101可通过利用基板支撑件108中的热控制通道146经由传导而快速冷却。基板101的温度可以在几秒至约1分钟的时间内从第一温度斜降至第二温度。可经由基板传送端口109将基板101从PVD腔室100中移除，以进一步处理。基板101可维持为预定温度范围，诸如低于约250℃。
[0055] 控制器198被耦接至PVD腔室100。控制器198包括中央处理单元(CPU)160、存储器158和支持电路162。控制器198用以控制工艺序列，从而调节从气源110进入PVD腔室100中的气流并且控制溅射源114的离子轰击。CPU 160可以具有可用于工业环境中的任何形式通用计算机处理器。软件程序可储存在存储器158中，诸如随机存取存储器、只读存储器、软盘或硬盘驱动器，或其它形式的数字储存装置。支持电路162以常规方式耦接至CPU 160，并且可以包括高速缓存、时钟电路、输入/输出子系统、电源等等。软件程序在由CPU 160执行时将CPU转变至特定用途计算机(控制器)198，以便控制PVD腔室100，使得工艺根据本实用新型来执行。软件程序也可由第二控制器(未示出)储存和/或执行，第二控制器位于PVD腔室
100的远程位置处。
100的远程位置处。
[0056] 在处理期间，材料从溅射源114溅射并沉积在基板101的表面上。溅射源114和基板支撑件108相对于彼此由电源117或RF功率源180偏置，以维持由气源110供应的处理气体形成的等离子体。施加至准直器118的DC脉冲偏置功率也有助于控制穿过准直器118的离子与中性粒子的比率，由此增强沟槽侧壁和底部填充能力。来自等离子体的离子向溅射源114加速行进并撞击溅射源114，从而导致靶材料被驱离溅射源114。被驱离的靶材料和处理气体在基板101上形成具有预定组成的层。
[0057] 图2示出了耦接至准直器电源190的准直器118的俯视图，准直器电源可安置在图1的PVD腔室100中。准直器118大体上为蜂巢状结构，具有六边形壁226，六边形壁将呈紧密装填布置的六边形孔244分离。六边形孔244的深宽比可定义为孔244的深度(等于准直器长度)除以孔244的宽度246。在一些实施方式中，壁226的厚度在约0.06英寸与约0.18英寸之间。在一些实施方式中，壁226的厚度在约0.12英寸与约0.15英寸之间。在一些实施方式中，准直器118是由选自铝、铜和不锈钢中的材料构成。
[0058] 准直器118的蜂巢状结构可以用作集成通量优化器210以优化离子穿过准直器118时的流动路径、离子份数和离子轨迹行为。在一些实施方式中，邻近于屏蔽部分892的六边形壁226具有倒角250和半径。准直器118的屏蔽部分892可有助于将准直器118安装至PVD腔室100内。
[0059] 在一些实施方式中，准直器118可由一整块铝机加工成。准直器118可视情况被涂覆或阳极化。或者，准直器118可由与处理环境相容的其它材料制成，并且也可包含一个或多个区段。或者，屏蔽部分892和集成通量优化器210被形成为单独工件，并且通过使用适合附接手段(诸如焊接)而耦接在一起。
[0060] 准直器118用作过滤器，用以捕获从来自溅射源114的材料以超过选定角度的角度(相对基板101近似垂直)发射的离子和中性粒子。准直器118可以具有跨准直器118宽度的深宽比变化，以允许例如从来自溅射源114的材料的中心区域或外围区域发射的不同百分数离子穿过准直器118。因此，调整和控制沉积在基板101外围区域和中心区域上的离子数目和离子到达角度。因此，可使材料跨基板101的表面更均匀地溅射沉积。此外，材料也可更均匀地沉积在深宽比较高的特征的底部和侧壁上，尤其是位于基板101外围附近的深宽比较高的通孔和沟槽。
[0061] 在一些实施方式中，耦接至准直器118的准直器电源190可以脉冲或交替方式向准直器118供应电压功率，以有助于在基板101上的局部沉积。准直器电源190被配置为向准直器118提供负电压和/或正电压脉冲，以便在单极性或双极性模式下控制准直器118。在一些实施方式中，被控制为处于双极性模式下的准直器118可控制和捕获离子，以便形成穿过准直器118的离子与中性粒子的不同比率。在不希望受理论约束的情况下，对于没有强导引磁场的情况而言，本发明人相信施加至准直器118的正电压脉冲可将等离子体中的电子引向基板表面，而施加至准直器118的负电压脉冲可将等离子体中的电子推向靶。因此，通过对准直器118脉冲交替的正电压和负电压，就可更有效地控制穿过准直器118的离子与中性粒子的定向。
[0062] 图3示出了在向准直器118施加DC功率时，从准直器118检测的电压信号302。如从准直器电源190供应至准直器118的电压可控制为脉冲模式，如图3所示，以便将交替的正电压310和负电压312脉冲施加至准直器118。正电压脉冲310和负电压脉冲312可以分别具有预定脉宽304、308(例如，脉冲时间)和脉波振幅306、314(例如，脉冲电压值)。脉冲调制(例如，脉宽和脉波振幅)被控制以实现预定沉积轮廓。例如，在更多定向离子加速向基板表面行进以增强自底向上充填能力的实施方式中，可以更长脉宽供应正电压(例如，更长脉冲时间)，以有助于在沟槽的底部上的沉积。相比之下，在无定向的离子沉积在沟槽侧壁上或用以溅射蚀刻沟槽角落的沉积物的实施方式中，可以更长脉宽供应负电压(例如，更长脉冲时间)，以使侧壁沉积管理增强。供应至准直器118的电压也可在连续模式下。
[0063] 在一些实施方式中，来自准直器电源190的DC偏置功率脉冲可以在约400 Hz与约60 MHz之间的偏置频率下具有约5％(例如，5％接通和95％断开)至约70％(例如70％接通和30％断开)之间、诸如约5％与约50％之间、诸如约15％与约45％之间的工作周期。或者，脉冲至准直器118的DC偏置功率的周期可由所执行的预定量的时段控制。例如，DC偏置功率可以脉冲约每1毫秒至约每100毫秒。在一些实施方式中，DC偏置功率可控制为在约1 kW与约10 kW之间。
[0064] 图4示出了穿过准直器118的离子所产生的行进方向。如图4可见，离子行进方向并非完全地垂直于基板101。为进一步校正行进方向和改进在沟槽的底部上的沉积，第二组磁体196产生基本上垂直于准直器118的导引磁场。较强导引磁场提供对电子的约束，并且因此穿过准直器118的离子的行进方向变得更垂直于基板101，如图5所示，这有利地减少准直器118的壁的金属离子损失。
[0065] 在一些实施方式中，来自用于本文所绘PVD腔室100中的溅射源114的材料是金属(诸如铜合金)，所述金属经配置以将金属层(如铜层)沉积至形成于在基板101上安置的绝缘材料604中的开口602中，如图6A所示。在沉积期间，向PVD腔室100中供应气体混合物，以便利用具有高自底向上充填能力的溅射材料在形成于基板101上的开口602内形成金属层606(诸如铜层)。在一些实施方式中，气体混合物可以包括反应性气体、非反应性气体、惰性气体等等。反应性和非反应性气体示例包括但不限于O2、N2、N2O、NO2、NH3和H2O等等。惰性气体示例包括但不限于氩(Ar)、氖(Ne)、氦(He)、氙(Xe)和氪(Kr)等等。在本文所绘一个特定实施方式中，供应至处理腔室中的气体混合物包括至少一种含氮气体和/或惰性气体。由含铜合金制成的金属合金靶可以用作溅射源114的源材料用于溅射工艺。如本文所述含铜(Cu)靶仅仅出于说明目的，而不应被视为限制本实用新型的范围。此外，可用作溅射源114的金属或金属合金靶可由来自由以下项组成的组中的材料制成：铝(Al)、钴(Co)、铬(Cr)、镍(Ni)、钽(Ta)、钛(Ti)、钨(W)、上述各金属的合金、上述各金属的组合等等。
[0066] 在将气体混合物供应至PVD腔室100中以用于处理后，将高压功率供应至溅射源114(例如Cu靶)从而从溅射源114以铜离子的形式溅射金属Cu源材料，如Cu2+。在溅射源114与基板支撑件108之间施加的偏置功率在PVD腔室100中维持由气体混合物形成的等离子体。供应至准直器118的DC偏置脉冲功率可有助于控制离子份数、离子比率和延伸到基板表面的离子轨迹路径。等离子体中的主要来自气体混合物的离子轰击溅射源114中的材料并将材料从溅射源114中溅射出。气体混合物和/或其它工艺参数可在溅射沉积工艺期间变化，由此形成沉积金属层606中的梯度，金属层606的膜性质针对不同的膜质量需求而受控制。
[0067] 在一些实施方式中，可以在约400 kHz与约60 MHz之间的频率下供应约500瓦特与约25千瓦之间的RF源功率。可以在13.56 MHz或2 MHz的频率下，将高达约3000瓦特的RF偏置功率供应给基板支撑件。在一些实施方式中，可以在约400 kHz与约60 MHz之间的频率在气体混合物处供应约100瓦特与约3000瓦特之间的RF源功率。在某些情况下，双频或三频可以用以调制离子能量。可以在脉冲模式下，将约1千瓦与约10千瓦之间的DC偏置功率施加给准直器。或者，可以在连续模式下，将DC偏置功率施加给准直器。
[0068] 还可在供应气体混合物和脉冲RF偏置功率模式以执行沉积工艺的同时，控制多个工艺参数。处理腔室中的压力可控制在约0.5 mTorr与约500 mTorr之间，诸如约1 mTor与约100 mTor之间，例如约20 mTor。基板温度可控制在约-40℃与约450℃之间。
[0069] 在沉积工艺后，金属层606(诸如铜层)可在对侧壁和底部沉积良好优良管理的情况下共形地沉积在开口602中，如图6B所示。可以执行沉积工艺，直到在绝缘材料604的层中限定的开口602已被金属层606完全填满，这由虚线608示出。
[0070] 本发明人已经发现，靶的形状(例如要溅射的靶材料的形状)可极大地影响总靶寿命(例如，处理的基板的总数)。具体地讲，在处理期间的靶上电压与溅射表面处的磁场强度成比例。溅射表面处的磁场强度是由溅射表面与磁控管(例如，图1中所示的磁控管组件119)的磁体的距离确定。然而，从溅射表面到磁控管的距离可因靶腐蚀和磁体间距补偿而随目标寿命变化。在较高功率期间的靶上剧烈电压摆动或高电压会过早地熄灭等离子体，从而结束靶的使用寿命。本发明人已经提供具有成型处理表面的靶，这有利地通过对低腐蚀区预先开槽而延长靶的寿命(例如，处理的基板的总数)，从而允许在靶的整个寿命中更稳定的等离子体。
[0071] 例如，图7描绘了根据本实用新型的一些实施方式的溅射靶700的透视图。图8描绘了根据本实用新型的一些实施方式的图7的溅射靶700的俯视图。图9描绘了根据本实用新型的一些实施方式的图8的溅射靶700沿剖面线A-A’的横截面侧视图。溅射靶700可以用作以上论述的溅射源114。
[0072] 如图7所示，靶700包括背板702和安置在背板702上待溅射的材料主体704。待溅射的材料(材料主体704)可为以上针对溅射源114而论述的材料。在一些实施方式中，材料是铜。
[0073] 在一些实施方式中，背板702为大体盘形的。背板702可以包括导电材料，诸如铜-锌、铜-铬或与靶相同的材料，使得功率(例如，RF和/或DC功率)可经由背板702耦合到靶700。或者，背板702可为不导电的，并且可以包括导电元件(未示出)，诸如电馈通件等等，用于将功率耦合到靶700。
[0074] 背板可以包括各种特征以有利于在处理腔室中的安装和使用。例如，在一些实施方式中，可提供O形环凹槽708以接收O形环，从而促进在靶700安装在处理腔室的盖中时，形成与处理腔室中的其它部件的密封。另外，可提供多个孔洞714来用于将背板安装到处理腔室。
[0075] 在一些实施方式中，多个插件710可布置在背板702周围，接近靶的背板702的外周边缘处。插件710从背板702的面向处理容积表面略微突出，但是突出的量比材料主体704小得多。例如，每个插件710部分地安置在背板702的对应凹部中，使得插件710的上部支承表面在背板702的上方间隔开来(即，从背板702突出)，并且插件710的支座表面是由背板702中的凹部的底表面支撑，以便防止进一步位移到背板702之中。在一些实施方式中，每个插件710的上部支承表面在背板702的上方以约0.05mm至约1mm、例如约0.75mm的距离间隔开来。
[0076] 插件710可经由埋头式紧固件712耦接到背板。紧固件712可为螺栓、螺钉、铆钉或穿过垫式插件710安置的其它类型的紧固件。插件710是由工艺相容材料形成，这种工艺相容材料具有低的摩擦系数和高的屈服强度，以便承受真空力或其它基板处理环境负载。可用于插件710的材料的一些非限制性示例包括超高分子量聚乙烯(UHMW PE)、聚醚醚酮(PEEK)、聚四氟乙烯(PTFE)、缩醛均聚物树脂(诸如 )等等。
[0077] 在一些实施方式中，可以提供16个插件710。在一些实施方式中，插件710可成对地提供。在一些实施方式中，可以提供8对插件。在一些实施方式中，插件710可彼此等距地间隔开来。在一些实施方式中，并且如图7所示，插件710被成对地提供，其中每相应对中的每个插件彼此间隔第一距离，并且相邻对的插件彼此间隔第二距离，第二距离大于第一距离。虽然在附图中示出的是16个插件710，但是可将更多或更少的插件710可以围绕溅射靶700安置，其数量足以来支撑如本文所述的溅射靶700。
[0078] 在一些实施方式中，材料主体704为大体盘形的。材料主体具有背侧和相对的成型处理表面706。材料主体背侧可耦接到诸如腔室盖的处理腔室部件，或耦接到背板702(如附图中所绘)。成型处理表面706与背侧相对，并且在被安装在处理腔室(即，图1中所示的内部容积106)中时，面向处理容积。
[0079] 成型处理表面具有成型形状，诸如具有凹槽、凹部或其它特征，以便补偿靶在使用期间随时间的不均匀的磨损。例如，如图9最佳所示，成型处理表面706包括外部环形凹部902和内部环形凹部904。在一些实施方式中，外部环形凹部902是凸出的。在一些实施方式中，外部环形凹部902具有基本V形的横截面(例如，由两个直线倾斜侧部组成，两个直线倾斜侧部在外部环形凹部902的中心附近或所述中心处以钝角而会聚)。在一些实施方式中，外部环形凹部902可以具有扁平V形的横截面(例如，由两个直线倾斜侧部组成，两个直线倾斜侧部以钝角与平坦中心部分相交)。
[0080] 在一些实施方式中，内部环形凹部904是凸出的。在一些实施方式中，内部环形凹部904具有扁平V形的横截面(例如，由两个直线倾斜侧部组成，两个直线倾斜侧部以钝角与平坦中心部分相交)。在一些实施方式中，外部环形凹部902的平坦中心部分小于内部环形凹部904的平坦中心部分。
[0081] 内部环形凹部904具有中心直径(例如，内部环形凹部904的中心的直径)，所述中心直径被安置为更靠近材料主体704的外径，而不是材料主体704的中心。在一些实施方式中，材料主体704包括弯曲外周边缘906。在一些实施方式中，材料主体704包括环形突部908，所述环形突部从材料主体704的背侧延伸(与成型处理表面706相对)。在此类实施方式中，背板702包括对应环形凹部910以与环形突部908配合，并且在背板702与材料主体704之间提供增大结合表面。
[0082] 虽然上述内容针对本实用新型的实施方式，但是也可在不脱离本实用新型的基本范围的情况下，设想本实用新型的其它和进一步实施方式。
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