减少沉积不对称性的沉积设备和方法

专利名称：减少沉积不对称性的沉积设备和方法
减少沉积不对称性的沉积设备和方法背景本发明的实施例一般涉及沉积设备和沉积设备的使用方法。更具体而言，本发明的实施例涉及沉积设备，所述沉积设备包括连续接地遮护板，且所述接地遮护板设置在等离子体源组件的外侧。包括物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)的各种沉积工艺用来在半导体晶片上沉积金属薄膜以形成电互连，所述金属薄膜例如是铜。在某些PVD工艺中，在诸如氩气之类的载气存在下施加高直流(D.C.)功率水平在位于晶片上方的铜靶材上。PVD工艺通常凭借极窄角度分布的离子速率使金属沉积在晶片内具有高深宽比(aspect ratio)的开口的侧壁和底壁上。如何相对于沉积在所述开口的底壁上的材料量而言在所述开口的侧壁上沉积足够材料是一个问题。另一个问题是有关如何避免因靠近开口顶部边缘处的沉积作用过快而造成开口夹合(pinch-off)。当特征结构尺寸逐渐缩小时，典型开口的深宽比(深度/宽度)会提高，而目前微电子特征结构的尺寸已缩小至约22纳米。随着缩小幅度越大，在每个开口的底壁或底部上沉积指定沉积厚度且在侧壁上沉积最小沉积厚度的任务变得更难实现。已可通过进一步缩窄离子速率角度分布、提高晶片至溅射靶材的距离(例如提高至300毫米或更多)以及降低腔室压力(例如降至低于I毫托)来解决典型开口的深宽比提高的问题。上述做法却在靠近晶片边缘的薄膜特征结构中衍生出一个问题:当特征结构尺寸极小时，每个高深宽比的开口侧壁会有一部分被靶材的主要部分所遮蔽，因为特征结构尺寸越小，则需要越大的晶片至靶材的间距。此种遮蔽作用多数发生在靠近晶片边缘处，且此种遮蔽作用使得在侧壁的被遮蔽部位上达到最小沉积厚度并非不可能但是很困难。若进一步缩小尺寸，则似乎需要进一步降低腔室压力(例如低于I毫托)且进一步提高晶片至靶材的间距，但所述种做法可能使上述问题恶化。目前的射频(RF)和甚高频(VHF)电容源(capacitive source)的设计是利用不对称性馈送设计(asymmetric feed design)。已发现不对称的馈送设计会导致祀材表面处的电场不对称。此种靶材处或供电电极处的不对称性必定造成晶片的沉积或蚀刻的不对称性。控制馈送设计的深宽比不足以消除所述不对称性。也称为“歪斜性(skew)”的所述不对称性可能成为一项控制因子。因此，为了实现可接受的不一致性，必需减轻所述歪斜性。概述本发明的一个或多个实施例涉及一种沉积设备，所述沉积设备是由接地侧壁和接地顶壁所围成。所述设备包括处理腔室、等离子体源组件和接地遮护板(groundedshield)。所述处理腔室是由所述接地侧壁所围成，并且所述处理腔室具有顶板及底板。所述等离子体源组件位于所述处理腔室的所述顶板上，并且所述等离子体源组件包括导电中空圆柱和至少一个功率源，所述至少一个功率源连接至所述导电中空圆柱。实质连续接地遮护板位于所述导电中空圆柱外侧，并且所述实质连续接地遮护板与所述沉积设备的所述接地侧壁和所述接地顶壁的其中一个或多个接触。所述实质连续接地遮护板的形状与所述导电中空圆柱实质共形，使得在所述导电中空圆柱与所述接地遮护板之间的空间实质均匀—致。某些实施例进一步包括至少一个功率源，所述至少一个功率源通过连接杆而连接至所述导电中空圆柱，且所述连接杆未穿过所述接地遮护板。在多个具体实施例中，所述接地遮护板作为同轴传输线(coaxial transmission line)以创造对称电场。在详细实施例中，所述至少一个功率源通过位于所述接地顶壁内的开口而连接至导电中空圆柱，并且所述至少一个功率源离轴地连接至所述导电中空圆柱，射频(RF)功率源连接至所述中空圆柱，且直流(DC)功率源连接至所述中空圆柱。在一个或多个实施例中，所述至少一个功率源包括射频功率源和直流功率源，所述射频功率源和所述直流功率源连接至所述导电中空圆筒的相反侧。在各种实施例中，所述沉积设备是物理气相沉积腔室或化学气相沉积腔室。在某些实施例中，所述连续接地遮护板由所述设备的接地侧壁和所述接地顶壁整体成形而成。在详细实施例中，所述处理腔室具有处理区域，所述处理区域由基座、溅射靶材和圆柱裙部(cylindrical skirt)所限定而成。所述基座邻接所述处理腔室的底板而设置。所述溅射靶材邻接所述处理腔室的顶板而设置。所述圆柱裙部具有半径，所述半径可包围所述溅射靶材和所述基座。在多个具体实施例中，所述连续接地遮护板是由选自下列组中的材料所制成，所述组由下列材料组成:非磁性导体、铝、铜、镀镍材料、镀银材料和上述材料的组合。根据某些实施例，所述等离子体源组件进一步包括磁铁组件和轴向主轴，所述磁铁组件支撑在径向臂上并且所述轴向主轴支撑所述径向臂，所述轴向主轴延伸通过所述中空圆筒内的开口。在多个详细实施例中，所述轴向主轴连接至致动器，所述致动器适于使所述轴向主轴沿着轴旋转而造成所述支撑于径向臂上的磁铁在所述处理腔室的顶板上方绕着所述轴向主轴旋转。在多个具体实施例中，所述轴向主轴是由介电常数小于约10的介电材料制成。一个或多个实施例具有所述导电中空圆柱和所述连续接地遮护板，且由空间使所述导电中空圆柱及所述连续接地遮护板隔开。在详细实施例中，由介电材料填充所述空间。在具体实施例中，相较于在不具有所述实质连续接地遮护板的类似腔室中所产生的电场而言，由射频功率源和直流功率源所产生的电场在溅射靶材各处上具有更均匀一致的分布情形。所述设备的某些实施例进一步包括处理气体源，所述处理气体源通过质量流量控制器而连接至所述腔室内的气体分配环。详细实施例的所述基座进一步包括内部电极。在具体实施例中，所述设备进一步包括可控直流电压源，所述可控直流电压源连接至所述基座的内部电极。在某些实施例中使设备进一步包括低频射频偏压功率产生器，所述低频射频偏压功率产生器通过射频阻抗匹配器而连接至所述基座的所述内部电极。详细实施例的溅射靶材是选自于由下述所构成的组:硅、经掺杂的硅、氧化锌、氧化铟锡、透明导电氧化物、金属、铜铟镓硒(copper indium gallium diselenide, CIGS)及上述材料的组合。本发明的附加实施例涉及由接地侧壁和接地底壁所围成的沉积设备。所述设备包括处理腔室和实质连续接地遮护板。所述处理腔室是由所述接地侧壁与所述接地底壁围成，并且所述处理腔室具有处理区域，所述处理区域限定为位于导电基座上方的空间并且所述导电基座邻近所述接地底壁而设置。所述实质连续接地遮护板设置在所述基座外侧，并且所述实质连续接地遮护板与所述沉积设备的所述接地侧壁和所述接地底壁的其中一个或多个接触。所述实质连续接地遮护板的形状与所述导电基座的形状实质共形，使得在所述导电基座与所述接地遮护板之间的空间实质上均匀一致。 在某些实施例中，具有至少一个功率源通过连接杆而连接至所述导电基座，所述连接杆未穿过所述连续接地遮护板。一个或多个实施例的连续接地遮护板可作为同轴传输线以创造出对称电场。在某些实施例中的连续接地遮护板由所述接地侧壁与所述接地底壁整体成形而成。在某些详细实施例中，相较于在不具有所述实质连续接地遮护板的类似设备中所产生的电场而言，由射频功率源所产生的电场在所述基座各处上具有更均匀一致的分布。具体实施例的基座进一步包括内部电极。可控直流电压源可连接至所述基座的内部电极。低频射频偏压功率产生器可通过射频阻抗匹配器而连接至所述基座的内部电极。附图简要说明因此，可详细理解且获得本发明的示范实施例的方式，可参照本发明实施例获得上文简要概述的本发明的更具体描述，本发明实施例绘示于附图中。将可理解，文中未对某些众所周知的处理进行讨论，以避免模糊本发明。

图1显示根据本发明一个或多个实施例的物理气相沉积设备的简化正视图；图2显不图1反应器的上部外壳的一个实施例的放大详细视图；图3显示图1反应器的上部外壳的一个或多个实施例的放大详细视图；图4显示根据一个或多个实施例的连续接地遮护板(shield)的放大视图； 图5显示根据一个或多个实施例的沉积设备；图6显示根据本发明的一个或多个实施例的化学气相沉积设备；和图7显示根据本发明的一个或多个实施例的化学气相沉积设备。为便于理解，在可能情况下使用相同标号来表示附图中共有的相同元件。预期一个实施例中的元件和特征可有利地并入其它实施例中而无需进一步详述。然而应注意的是，所述附图仅显示本发明的示范实施例，因此所述附图不应视为本发明范围的限制，且本发明可允许其它同等有效实施例。具体描述在描述本发明的数个示范性实施例之前，需先理解本发明不受限于下述说明内容中所提出的处理步骤与结构的细节。本发明可具有其它实施例，并且可采用各种方式实施或执行本发明。当用在本说明书及所附权利要求书时，除非内文中另有清楚指示，否则单数用语“一个”和“所述”包括复数之意。例如，参阅“单元”一词也可能表示大于一个的单元，且其它诸如此类用语亦然。当用在本说明书及所附权利要求书时，术语“甚高频(VHF) ”和“射频(RF) ”互换使用。在一般用法中，术语“射频(RF)”是用来描述低于约30MHz的频率，而术语“甚高频(VHF) ”是用来描述高于约30MHz的频率。应理解，本发明的各种实施例并不局限于VHF或RF频率任一者，并且VHF或RF频率不应用以限制实施例的范围。已观察到，频率越高，等离子体密度越高。当频率提高至高于约27MHz时，等离子体的不对称性会大幅提高。如果经常需要使用较高的频率，则场不对称性将成为大问题。本发明的实施例可帮助减轻不对称性RF/VHF设计的不一致性。可看出当在馈送处周围设置接地板时，可使沉积“歪斜性”降至可忽略的程度。不受限于任何特定操作理论，相信所述接地板可遮挡(screen)电场并且修饰电流分布情形。源的阻抗显著地从高感抗变成较低的感抗。所述附加的接地板可向下延伸并且环绕所述射频馈送以形成同轴式输送系统，而使歪斜性大幅降低。发现到，在物理气相沉积(PVD)中晶片至靶材的间距缩小会使处理容易受到靶材的射频功率分布不对称性的影响。特别是，由于所述中心轴已被磁控管旋转设备所占据，因此射频功率必须在离轴连接点处(off-axis connection)施加至位于派射祀材上方的顶部结构(例如，顶板)。每当所述磁控管组件的旋转磁铁通过离轴射频功率连接点下方时，耦合至等离子体的射频会短暂增强，同时等离子体条件(例如，带给VHF功率的等离子体负载阻抗)会改变。这些变化会影响可连接至靶材上方的另一个离轴位置处的直流功率。每一次磁铁旋转通过所述离轴射频功率连接点时，这些波动随之发生。虽然此类波动对于具有较大的晶片至靶材间距(例如，300毫米)的常规型反应器而言不是问题，但是对于具有极小的晶片至靶材间距(例如，5厘米)的反应器而言，此类波动与晶片息息相关。上述其中一种状况是在晶片表面上具有不均匀沉积的方位性图案(azimuthalpattern)，所述不均匀沉积的方位性图案系反映出位于靶材上方的射频功率及直流功率连接的离轴位置。在一个实例中，在方位方向上(azimuthal direction)的最小沉积薄膜厚度与最大沉积薄膜厚度之间的偏差为26%。另一个状况是等离子体不稳定性或等离子体阻抗波动，等离子体阻抗波动是指VHF阻抗匹配器在较高腔室压力下无法配合运作，而导致对处理丧失控制并且在某些情况中可能自动关闭VHF产生器。另一个状况是等离子体渗透至所述晶片支撑基座下方并且损害所述处未受保护的部件而导致污染。阻抗波动会使可用的腔室压力范围降至低于期望压力。另一个相关问题是，如果降低直流功率水平，因位于射频连接点下方且位于靶材上方的磁铁通过所引起的等离子体条件波动(例如，电压骤降)会造成所述直流功率源内的自动抗电弧(ant1-arcing)特征结构关闭所述直流功率源。使用VHF产生器可能发生类似效果，因此直流功率和射频功率任一者或两者可随着每次磁铁转动而摇摆不定。由于这些问题使得可实行的处理在高腔室压力(例如，100毫托)下变得难以执行。非磁性金属外壳覆盖着所述空间，且磁铁在所述空间内于所述腔室顶板上方绕转。磁铁旋转驱动轴延伸通过所述导电外壳的所述顶板内的中央通道。导电中空圆柱围绕着所述轴，且所述导电中空圆柱以与所述磁铁旋转驱动轴同轴地的方式从所述导电外壳顶板处向上延伸。VHF阻抗匹配器(用于VHF产生器)具有输出端(output)，所述输出端耦接至所述中空圆柱的侧边。所述直流功率源也耦接至所述中空圆柱杯的侧边。直流连接点(DC connection)与射频连接点可环绕所述导电中空圆柱而错开(offset)约180°。围绕着所述磁铁绕转空间(circulation space)的所述导电中空圆柱和所述导电外壳两者皆为施加VHF源功率至靶材上的导体。环绕着所述导电外壳的外侧导电遮护板可提供射频遮蔽作用(RF shielding)。所述遮护板接地，且由绝缘空间使所述遮护板与所述外壳分隔开，所述绝缘空间可为空气，或者(替代地)可使用绝缘材料填充所述绝缘空间，所述绝缘材料诸如是塑料。如果所述绝缘空间主要填充空气，则可沿着所述空间以周期间隔距离设置小塑料间隔物而维持所述分隔作用。通过所述绝缘空间内提供具有低介电常数的材料(例如空气)可最小化因寄生电容所造成的功率损失。可通过在所述遮护板与所述外壳之间提供大的分隔距离而进一步最小化寄生电容。在一个实施例中，所述遮护板所引起的寄生电容为约14微微法拉(picofarad)以及在60MHz频率下所呈现的接地阻抗约0.2Ω。为了避免电弧放电或击穿绝缘材料，所述分隔距离足够大，使得由所述顶板上的电压在所述绝缘空间各处所造成的电场不超过所述绝缘材料的电击穿阈值(electricalbreakdown threshold)。如果使外壳与遮护板之间的分隔空间填充空气,则所述分隔距离足够大以使所述电场限制在30，000伏特/厘米(空气的击穿阈值)。在一个实例中，来自射频功率源的约500伏特的VHF、来自所述直流功率源约500伏特的直流以及施加偏压电压至晶片且经由所述顶板返回约100伏特的射频电压可使所述顶板上的电压达到约1100伏特。在此实例中，所述分隔距离可能需要至少约0.3毫米。图1显示根据本发明的一个或多个实施例的物理气相沉积(PVD)设备，所述PVD设备也被称为处理腔室100。虽然图中显示物理气相沉积腔室，但应理解所述设备可为如后图中所显示的化学气相沉积腔室。所示的腔室100适用于在工件上执行等离子体增强物理气相沉积，所述工件诸如是半导体晶片。所显示的PVD设备或处理腔室100具有圆柱状接地侧壁102以及接地顶壁103。处理腔室100或真空腔室是由圆柱状侧壁102、顶板104和底壁106所围成。位于处理腔室100内部的工件支撑基座108安置在位于所述处理腔室100内的举升组件或基座底部110上，并且所述工件支撑基座108具有工件支撑表面108a，所述工件支撑表面108a面向所述顶板104。诸如半导体晶片112之类的工件可安置于所述支撑表面108a上。溅射靶材114安置在顶板104的内部表面处，并且溅射靶材114具有主要表面114a，所述主要表面114a面向所述基座108的支撑表面108a。在所述支撑表面108a与靶材主要表面114a之间限定处理区域116。环形陶瓷间隔物118环绕着溅射靶材114的侧边缘114b。环形限制裙部(annular confinement skirt) 120环绕着处理区域116,并且所述环形限制裙部120从陶瓷间隔物118轴向地延伸至支撑基座108的顶部周长边缘108b。气体注入喷嘴122在分隔开的位置处延伸贯穿所述侧壁102，且所述气体注入喷嘴122耦接至中空气体分配环124。处理气体源126通过质量流量控制器或阀128使处理气体注入气体分配环124中。真空泵130通过贯穿所述底壁106的通道132而耦接至腔室100。真空控制阀133控制所述腔室压力。在数个具体实施例中，靶材114是选自于由下述所构成的组:硅、经掺杂的硅、氧化锌、氧化铟锡、透明导电氧化物、金属、铜铟镓硒(CIGS)及上述材料的组合。晶片支撑基座108可包括内部电极134。如果所述基座108包含静电吸盘(electrostatic chuck),则可控直流电压源135可连接至所述基座的内部电极134。为了控制晶片112的表面处的离子能量，低频射频偏压功率产生器136可通过射频阻抗匹配器137而连接至电极134。此外，中频或高频的射频偏压功率产生器138可通过阻抗匹配器139而连接至电极134。位于所述顶板104上方的等离子体源组件142包括导电中空圆柱140。所显示的等离子体源组件142包括磁铁144以及轴向主轴(axial spindle) 148,所述磁铁支撑于径向臂146上，且所述轴向主轴148支撑着所述臂146。径向臂146具有各别以关节连接的臂区段146a、146b。旋转致动器150转动所述主轴148，而造成磁铁144在顶板104上执行轨道旋转运动。导电中空圆柱140包括封罩侧壁(enclosure side wall) 152和外壳盖154。所述外壳盖具有一中央圆形开口 156，所述主轴148通过开口 156而延伸在所述径向臂146与旋转致动器150之间，所述旋转致动器150位于导电中空圆柱140的外部。在详细实施例中，轴向主轴148由介电材料制成。在数个具体实施例中，所述材料的介电常数小于约10。在各种实施例中，所述介电常数小于约9、8、7、6、5、4、3或2。在某些实施例中，所述介电常数小于约8。在一个或多个实施例中，所述介电常数为约4。当通过使射频源功率稱合至腔室顶板104上的离轴点(off-axis point)或f禹合至外壳盖154上的离轴点而使射频源功率施加于靶材114时(两种可能发生的实例)，会发生等离子体波动问题。射频功率分布必定集中在所述施加点处，从而导致方位性的射频功率不均匀分布。当磁铁144通过与所述射频功率施加点对齐的旋转点时，耦合至所述等离子体的功率会短暂达峰值，而导致发生本说明书中之前讨论的处理波动。为了避免此种射频功率的不对称分布情形，射频馈送系统包括对称导体以用于施加射频功率和直流功率至所述靶材114，所述对称导体与所述导电中空圆柱140的顶部所提供的对称轴同轴。具体而言，围绕着主轴148的导电中空圆柱延伸部158从所述圆形开口 156的边缘处朝向远离所述导电中空圆柱140的方向延伸而出。射频连接杆160从所述中空圆柱延伸部158的径向外侧处延伸而出。射频阻抗匹配器162耦接至射频连接杆160的外部末端。射频功率产生器164耦接至射频阻抗匹配器162。直流连接杆166在与射频连接杆160相反的方向上从所述中空圆柱延伸部158的径向外侧处延伸而出。直流功率源168耦接至直流连接杆166的外部末端。直流连接杆166可连接至所述直流功率源168的射频阻断滤波器(RF blocking filter) 169。实质连续接地遮护板170环绕着所述射频馈送系统。当用于本说明书及所附权利要求书时,术语“实质连续(substantially continuous) ”意思是在所述遮护板中没有开口具有足够尺寸可对电场对称性造成5%以上的偏差。更具体而言，所述连续接地遮护板170是位于所述设备100的圆柱状壁102内。参照显示截面的附图，所述连续接地遮护板170如同所述导电中空圆柱140般是圆形部件。图1-3所示的连续接地遮护板170具有两个末端，所述两个末端连接至所述接地顶壁103。此种配置方式仅为一个或多个实施例的示范范例，而不应用以限制所述连续接地遮护板170的形状。在某些实施例中，如图4所示，连续接地遮护板170可与圆柱状侧壁102及接地顶壁103两者接触。所述连续接地遮护板170的形状至少与所述导电中空圆柱140的顶部部位实质共形，并且可看出所述连续接地遮护板170随着所述导电中空圆柱140改变方向。在数个具体实施例中，所述连续接地遮护板170是由选自由:非磁性导体、铝、铜、镀镍材料、镀银材料及上述材料的组合所构成之组中的材料所制成。所述连续接地遮护板170可为中空材料或实心材料。在数个具体实施例中，所述连续接地遮护板170不接触所述中空圆柱140，但所述连续接地遮护板170顺应所述导电中空圆柱140的形状。在详细实施例中，所述实质连续接地遮护板170的形状与所述导电中空圆筒140实质共形，并且在所述连续接地遮护板170与所述导电中空圆柱140之间形成空间180，在所述空间180的长度各处上所述空间180实质均勻一致。当用在本说明书与所附权利要求书时实质均勻一致(substantiallyuniform) ”一词意思是在导电中空圆筒140与连续接地遮护板170之间的空间具有变化量，使得所形成的传输线阻抗的变化少于约25%。在各种实施例中，“实质均匀一致”意思是所述空间具有变化量，使得所形成的传输线阻抗的变化少于约20%、15%、10%或5%。所述连续接地遮护板170的厚度可根据制造工艺而改变。高频功率将无法穿透所述连续接地遮护板170中所使用的材料的全部厚度并且将穿入所述表面达某一深度(趋肤深度，skin depth)。当频率提高时，所述趋肤深度则变浅。在某些实施例中，所述连续接地遮护板170的厚度大于约所用频率的趋肤深度。在详细实施例中，所述连续接地遮护板170的厚度约比所用频率的趋肤深度大两倍。在各种实施例中，所述连续接地遮护板170的厚度约比所用频率的趋肤深度大3倍、4倍或5倍。中空圆柱158、连接杆160和166、导电中空圆柱140以及顶板104是由非磁性导电材料制成，所述非磁性导电材料例如是铝。所述连接杆160、166穿过所述腔室100的接地顶壁103，并且所述连接杆160、166连接至所述导电中空圆柱140而不穿过所述连续接地遮护板170。因此，所述连续接地遮护板170不需要任何孔用以作为通道。所述连接杆160,166以及所述导电中空圆柱140可由铜制成，以提供高导电性的电流路径。来自产生器164的射频电流以圆形方式绕着所述中空圆柱延伸部158流动，以沿着所述导电中空圆柱140的圆周达成均匀一致的分布且均匀地施加于靶材114。来自所述直流源168的直流电流以圆形方式绕着所述中空圆柱延伸部158流动，以沿着所述导电中空圆柱140的圆周达成均匀一致的分布且均匀地施加于靶材114。所述靶材114通常是即将沉积在工件或晶片112上的金属物种。不受限于任何特定的操作理论，相信所述实质连续接地遮护板170可作为同轴传输线而连接所述射频阻抗匹配器与所述等离子体负载。如同传输线般，所述实质连续接地遮护板170的作用类似于波导器，但如同同轴电缆般具有中心导体。因此，所述接地部位是所述外侧导体(连续接地遮护板170)，并且所述携带输入功率的内部导体则类似于所述传输线的中心导体。此种结构配置可在所述内部导体与所述外部接地遮护板之间维持平面波模式(Plane Wave mode),所述平面波模式也称为横向电磁波模式(TransverseElectromagnetic Mode)或TEM模式。在数个具体实施例中,所述接地遮护板的作用如同同轴传输线，以创造对称电场或较对称的电场。此种传输线的重要性质是电势仅随着所述传输线的长度变化，但在传输线的轴向上是等电势的(equipotential)。此性质可确保输送至与等离子体接触的导体的波的电势或电压是关于所述导体的中心呈对称状，并且此性质可确保电势或电压的均匀一致性或同心度。此种结构配置的其它重要性质如所述结构是宽带(broadband)而不具有截止频率(cutoff frequency)。换言之,所述设计仅需对间距或电介质做适当改变便可适用于从射频(RF)到微波的极宽频谱。在本发明的数个具体实施例中，传输线的适当结构可包括在所述导体之间一致的间距、在所述导体之间一致的电介质(或是空气或真空)以及在所述导体内将被消除或最小化的任何不连续性。在详细实施例中，相较于在不具有所述实质连续接地遮护板的类似设备中所产生的电场而言，由射频功率源及直流功率源所产生的电场在溅射靶材各处上具有更均匀一致的分布。图2是根据本发明一个或多个实施例的设备的放大视图。连续接地遮护板170环绕着导电中空圆柱140，并且所述连续接地遮护板170的形状与所述导电中空圆柱140共形(conformal)。所述连续接地遮护板170包括至少一个圆柱状侧壁172及至少一个环状顶部174，并且所述至少一个环状顶部174在导电中空圆柱延伸部158的口部(mouth)处具有圆形开口 156。连续接地遮护板170进一步包括圆柱状侧壁172，所述圆柱状侧壁172与所述中空圆柱延伸部158同轴。连续接地遮护板170可由非磁性金属制成，所述非磁性金属例如是铝或铜。所述第一接地遮护板170与所述导电中空圆柱140由绝缘空间180而隔开。在某些实施例中，所述空间180填充具有低介电常数的介电材料。适当介电材料的一个范例是塑料，所述塑料例如是G-1O塑料。图2显示的实施例具有第一接地遮护板170，所述第一接地遮护板170的形状实质顺应所述导电中空圆柱140的形状。这些构件可能是单一单元的两个表面或可为分离的构件。图4显示不同的结构配置，在所述结构配置中，连续接地遮护板170连接至所述腔室100的圆柱状侧壁102。所述连续接地遮护板170的所述构件到所述中空圆柱140的所述构件的接近程度并未加以限制，并且可依据各种因素决定所述接近程度。这将于下文中对照图4进行说明。图3绘示一实施例，在所述实施例中，空间180主要填充空气，并且由一些小间隔物维持所述空间180。所述间隔物182可由介电材料形成，所述介电材料例如是G-1O塑料。通过最小化所述空间180的介电常数以最小化寄生电容。例如，所述间隔物182可能占所述空间180的体积极小的百分比，所述空间180的剩余空间则填充具有最小介电常数的物质，所述物质例如是空气。可通过提高所述空间180各处的间距D而进一步最小化寄生电容。在一个实施例中，所述连接杆160、166可通过所述第一接地遮护板170的圆柱状板178中的各别开口 184。环形绝缘环186可插入所述开口 184内，以在每个杆160、166与每个各别开口 184的边缘之间提供绝缘作用。空间180的间距D够大，使得遍布所述间距各处的电场不会超过所述空间180的介电材料(例如，空气或塑料)的击穿阈值点。例如，横跨所述绝缘空间180的间距D可能具有1100至1200伏特的电压差。如果射频产生器164施加约500伏特的平均射频电压于外壳140上，所述直流源168施加约500伏特的直流电压在所述外壳140上，并且所述射频偏压功率通过所述外壳140返回可额外施加100伏特时，则可能发生上述1100至1200伏特的电压差。在此情况下，若所述空间180填充空气(击穿阈值为33，000伏特/厘米)，则具体实施例的间距D的最小值约0.3晕米。图4显示一个或多个实施例的展开图以示出连续接地遮护板170。所述导电中空圆柱140与所述连续接地遮护板170之间于不同位置处的距离或空间180以尺寸Dl、D2、D3、D4及D5标示。在某些实施例中，尺寸D1-D5是不同的。在多个具体实施例中，尺寸D1-D5实质相同，意思是尺寸之间的绝对差值小于约10%。虽然图4显示具有五个尺寸的形状，然而此形状仅为示范且不应用以限制本发明范围。在数个具体实施例中，若空间180填充空气时，所述尺寸Dl或尺寸Dl的等同物的范围在约5毫米与约25毫米之间。如有需要，所述等尺寸可经修改并且可根据等离子体负载及频率作调整。图5显示沉积腔室的实施例，所述沉积腔室类似于图2或图3所显示的腔室但不具有旋转磁铁组件。
图6显示根据本发明一个或多个实施例的化学气相沉积设备200的实施例。所述设备200包括诸多部件，所述部件类似于之前结合所述导电中空圆柱所描述的构件，但以具有一系列孔241的导电中空圆柱240取代前述导电中空圆柱,所述一系列的孔241间隔开以允许气体均匀一致地自所述导电中空圆柱240流出。图6显示的是截面图，如此可理解多个孔241间隔地设置在所述导电中空圆柱240各处。所述孔241够小，因而不会干扰来自射频阻抗匹配器162的功率传导作用。气体入口 226使处理气体馈送所述导电中空圆柱240，并且所述气体入口 226可包括计量装置224，所述计量装置224用于控制设备200内的处理气体的压力。图中显示气体入口 226穿过所述连续接地遮护板170，但在特定实施例中，气体入口 226并未穿过所述遮护板，因此所述遮护板中未形成任何孔。图7显是根据本发明的不同实施例的另一个设备200。显示于图7中的设备200是CVD设备，但设备200也可能是类似图1所示的PVD设备。沉积设备200具有接地侧壁102及接地底壁106。处理腔室100是由所述接地侧壁102及接地底壁106所围成。所述处理腔室100具有处理区域，所述处理区域限定为位于导电基座底部110上方的空间。所述导电基座底部Iio邻接所述设备200的接地底壁106而设置。射频阻抗匹配器162连接至所述基座底部110，并且如图1所示般，在某些实施例中所述基座底部110具有内部电极134。实质连续接地遮护板170设置于所述基座底部110的外侧(围绕着所述基座)，并且所述实质连续接地遮护板的形状经塑造而实质顺应所述基座底部110，使得在所述导电基座与所述接地遮护板之间的空间实质均匀一致。此种结构配置可如参照图1至图6所描述的实施例提供相同的不对称性帮助。在具体实施例中，所述实质连续接地遮护板170围绕着所述基座底部110与所述导电中空圆柱140两者。此方式可在所述设备中产生更高的电对称性。在详细实施例中，至少一个功率源通过连接杆而连接至所述导电基座，且所述连接杆未穿过所述连续接地遮护板。多个具体实施例的所述连续接地遮护板170可作为同轴传输线以创造出对称电场，并且所述连续接地遮护板170可由所述接地侧壁与所述接地底壁整体成形而成或是由多个分离部件形成。参阅本说明书全文中的“一个实施例”、“某些实施例”、“一个或多个实施例”、“一实施例”、“一个方面”、“某些方面”、“一个或多个方面”、“一方面”用语意思是参照所述实施例所描述的特定特征、结构、材料或特性可纳入本发明的至少一个实施例中。因此，当于本说明书全文各处中出现诸如“在一个或多个实施例中”、“在某些实施例中”、“在一个实施例中”、“在一实施例中”、“根据一个或多个方面”、“在一方面中”之类的用语不一定代表本发明的同一个实施例或方面。此外，可于一个或多个实施例或方面中组合所述特定特征、结构、材料或特性。上述发明方法所描述的顺序不应视为限制，并且在方法中使用所描述的操作步骤时可不依照顺序或可省略或添加操作步骤。将可理解，上述描述内容意欲用来示范而非作为限制之用。当所属技术领域中技术人员阅读以上描述内容后当可明白诸多其它实施例。因此，本发明的范围当由所附权利要求书所决定，并且所附权利要求书的权利扩及等同物。
权利要求
1.一种由接地侧壁和接地顶壁围成的沉积设备，所述设备包括: 处理腔室，所述处理腔室由所述接地侧壁围成，所述处理腔室具有顶板和底板； 等离子体源组件，所述等离子体源组件位于所述处理腔室的所述顶板上，且所述等离子体源组件包括导电中空圆柱和至少一个功率源，所述至少一个功率源连接至所述导电中空圆柱；和 实质连续接地遮护板，所述实质连续接地遮护板位于所述导电中空圆柱的外侧，且所述实质连续接地遮护板与所述沉积设备的所述接地侧壁和所述接地顶壁的其中一个或多个接触，所述实质连续接地遮护板的形状与所述导电中空圆柱实质共形，使得在所述导电中空圆柱与所述接地遮护板之间的空间实质上均匀一致。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述至少一个功率源通过连接杆连接至所述导电中空圆柱，所述连接杆未穿过所述连续接地遮护板。
3.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述至少一个功率源通过所述接地顶壁内的开口而连接至所述导电中空圆柱，并且所述至少一个功率源离轴地连接至所述导电中空圆柱。
4.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述连续接地遮护板由所述接地侧壁和所述接地顶壁整体成形而成。
5.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述至少一个功率源包括射频功率源和直流功率源，所述射频功率源和所述直流功率源连接至所述导电中空圆柱的相反侧。
6.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中相较于在不具有所述实质连续接地遮护板的类似设备中所产生的电场而言，由射频功率源和直流功率源所产生的电场在溅射靶材各处上具有更均匀一致的分布。
7.一种由接地侧壁和接地底壁围成的沉积设备，所述设备包括: 处理腔室，所述处理腔室由所述接地侧壁和所述接地底壁围成，所述处理腔室具有处理区域且所述处理区域限定为位于导电基座上方的空间，所述导电基座邻接所述接地底壁而设置；和 实质连续接地遮护板，所述实质连续接地遮护板位于所述基座外侧，且所述实质连续接地遮护板与所述沉积设备的所述接地侧壁和所述接地底壁的其中一个或多个接触，所述实质连续接地遮护板的形状与所述导电基座实质共形，使得在所述导电基座与所述接地遮护板之间的空间实质均匀一致。
8.如权利要求7所述的设备，其中至少一个功率源通过连接杆连接至所述导电基座，且所述连接杆未穿过所述连续接地遮护板。
9.如权利要求7至8中任一项所述的设备，其中所述连续接地遮护板由所述接地侧壁和所述接地底壁整体成形而成。
10.如权利要求7至9中任一项所述的设备，其中相较于在不具有所述实质连续接地遮护板的类似设备中所产生的电场而言，由射频功率源所产生的电场在所述基座各处上具有更均匀一致的分布。
11.如权利要求7至10中任一项所述的设备，其中所述基座进一步包括内部电极。
12.如前述权利要求中任一项所述的设备，进一步包括处理气体源，所述处理气体源通过质量流量控制器连接至所述腔室内的气体分配环。
13.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述接地遮护板作为同轴传输线以创造对称电场。
14.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述连续接地遮护板是由选自:非磁性导体、铝、铜、镀镍材料、镀银材料及上述材料的组合所构成之组中的材料所制成。
15.如前述权利要求中任一项所述的设备， 其中所述空间填充介电材料。
全文摘要
本发明的一个或多个实施例涉及沉积设备，所述沉积设备包括接地顶壁、处理腔室和等离子体源组件，所述等离子体源组件具有导电中空圆柱及实质连续接地遮护板，所述接地遮护板实质顺应所述中空圆柱的形状。
文档编号H01L21/205GK103081061SQ201180036763
公开日2013年5月1日 申请日期2011年6月30日 优先权日2010年7月2日
发明者艾伦·里奇, 迈克尔·S·考克斯 申请人:应用材料公司