一种物理气相沉积设备及物理气相沉积方法与流程

本申请涉及沉积，尤其涉及一种物理气相沉积设备及物理气相沉积方法。

背景技术：

1、物理气相沉积（physical vapor deposition，pvd）是半导体集成电路制造过程中的关键工艺技术，广泛应用于铜互连、阻挡层沉积等工序。在铜互连工艺中，pvd-cu沉积设备（即物理气相沉积铜薄膜沉积设备，半导体芯片制造中专门用于沉积金属铜薄膜的一类pvd设备）通过溅射铜靶材产生溅射粒子，使溅射粒子定向沉积至晶圆表面，完成沟槽或通孔结构的填充。

2、随着半导体工艺制程不断推进至更先进节点，器件特征尺寸持续缩小，沟槽或通孔的深宽比（aspect ratio）不断增大，对溅射粒子的垂直入射要求越来越高，因此，如何提高溅射粒子的入射垂直度成为本领域的一个研究方向。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本申请提供了一种物理气相沉积设备及物理气相沉积方法，以实现提高溅射粒子的入射垂直度的目的。具体方案如下：

2、一种物理气相沉积设备，包括：

3、腔室，所述腔室顶部设置有靶材，底部设置有用于承载晶圆的基座；

4、电磁铁组件，设置于所述腔室外周，且位于所述靶材下方，所述电磁铁组件包括沿所述腔室轴向间隔布置的多个电磁线圈，各所述电磁线圈的励磁参数独立可调；

5、准直器，设置于所述腔室内且位于所述电磁铁组件与所述基座之间，所述准直器上开设有若干个沿其厚度方向贯穿的准直孔；

6、自所述靶材溅射出的溅射粒子经所述电磁铁组件调制后进入所述准直器，并经所述准直器准直后直接射向位于所述基座表面的晶圆。

7、可选地，所述电磁铁组件包括沿所述腔室轴向间隔布置的第一电磁线圈、第二电磁线圈和第三电磁线圈；

8、其中，所述第一电磁线圈用于对所述溅射粒子施加汇聚磁场，使所述溅射粒子向所述腔室的中心轴线方向聚拢；所述第二电磁线圈用于对所述溅射粒子施加发散磁场，使所述粒子向远离所述腔室的中心轴线方向发散；所述第三线圈用于对经所述第一电磁线圈和所述第二电磁线圈调制后的溅射粒子施加角度修正磁场，以减小所述溅射粒子进入所述准直器时的入射角度。

9、可选地，所述第一电磁线圈、所述第二电磁线圈和所述第三电磁线圈沿所述腔室顶部至所述腔室底部方向排布；

10、或，

11、所述第二电磁线圈、所述第一电磁线圈和所述第三电磁线圈沿所述腔室顶部至所述腔室底部方向排布。

12、可选地，所述腔室中位于所述靶材和所述晶圆之间的空间划分为第一空间和第二空间，所述第一空间位于靠近所述靶材一侧，所述第二空间位于靠近所述晶圆一侧，所述准直器位于所述第二空间。

13、可选地，还包括调节组件，设置于所述腔室外周，用于调节所述第一电磁线圈、所述第二电磁线圈和所述第三电磁线圈中的至少一个在所述腔室的轴向上的位置。

14、可选地，所述准直器沿所述腔室轴向上的剖视图为矩形。

15、可选地，还包括：第一屏蔽件，环设于所述腔室侧壁内周，位于所述准直器和所述靶材之间。

16、可选地，还包括：第二屏蔽件，环设于所述腔室侧壁内周，且位于所述准直器远离所述靶材的一侧；

17、或，

18、所述准直器包括准直部分以及环设于所述准直部分周围与所述准直部分固定连接的边框部分，所述边框部分相较于所述准直部分朝所述晶圆方向延伸部分长度，用作第二屏蔽件。

19、可选地，还包括：旋转组件，用于控制所述准直器或所述基座沿垂直于所述腔室的轴向方向旋转。

20、一种物理气相沉积方法，应用于上述任一项所述的物理气相沉积装置，该方法包括：

21、将晶圆置于腔室底部的基座上，将腔室抽至预定真空度，并通入工作气体；

22、对设置于所述腔室顶部的靶材施加溅射电源，使工艺气体电离，轰击所述靶材表面产生溅射粒子；

23、利用设置于所述靶材下方的电磁铁组件产生的空间磁场，对所述溅射粒子进行磁场调制，所述电磁铁组件包括沿所述腔室轴向间隔布置的多个电磁线圈，各所述电磁线圈的励磁参数独立可调；

24、利用设置于电磁铁组件下方的准直器对经所述磁场调制后的溅射粒子进行准直，经所述准直器准直后的溅射粒子至少部分直接沉积在所述晶圆表面。

25、本申请实施例所提供的物理气相沉积设备处于工作状态时，自靶材溅射出的溅射粒子首先经过电磁铁组件所在区域，在电磁铁组件产生的空间磁场的作用下发生调制，随后进入准直器，经准直器的准直孔准直后沉积至晶圆表面。由于溅射粒子在穿过准直器之后至沉积到晶圆表面之前不再经历任何磁场或其他方向的调制，避免了因后续磁场调控引起的水平方向倾斜，使得溅射粒子以近乎垂直的方向入射至晶圆表面，提高了溅射粒子的入射垂直度，大幅减少了被准直器阻挡的粒子比例，在同等溅射功率下，提高沉积速率和靶材利用率。而且，被准直器阻挡的粒子比例大幅减少后，准直器表面沉积的粒子量会大幅减少，从而可以缓解准直器因铜层累积而产生的剥落碎片问题，延长物理气相沉积设备维护周期。

26、另外，本申请实施例所提供的物理气相沉积设备中，溅射粒子在穿过准直器之后不再经历任何磁场调制，直接沉积至晶圆表面，因此不会产生由后续磁场引起的水平方向倾斜，在应用于具有深孔结构的晶圆时，可以使得溅射粒子以垂直方向入射至晶圆表面的深孔结构底部，降低了深孔结构顶部悬突和内部空洞的形成风险，提升了深孔底部覆盖率和台阶覆盖率。

1.一种物理气相沉积设备，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的物理气相沉积设备，其特征在于，所述电磁铁组件包括沿所述腔室轴向间隔布置的第一电磁线圈、第二电磁线圈和第三电磁线圈；

3.根据权利要求2所述的物理气相沉积设备，其特征在于，所述第一电磁线圈、所述第二电磁线圈和所述第三电磁线圈沿所述腔室顶部至所述腔室底部方向排布；

4.根据权利要求2所述的物理气相沉积设备，其特征在于，所述腔室中位于所述靶材和所述晶圆之间的空间划分为第一空间和第二空间，所述第一空间位于靠近所述靶材一侧，所述第二空间位于靠近所述晶圆一侧，所述准直器位于所述第二空间。

5.根据权利要求4所述的物理气相沉积设备，其特征在于，还包括调节组件，设置于所述腔室外周，用于调节所述第一电磁线圈、所述第二电磁线圈和所述第三电磁线圈中的至少一个在所述腔室的轴向上的位置。

6.根据权利要求1所述的物理气相沉积设备，其特征在于，所述准直器沿所述腔室轴向上的剖视图为矩形。

7.根据权利要求1所述的物理气相沉积设备，其特征在于，还包括：第一屏蔽件，环设于所述腔室侧壁内周，位于所述准直器和所述靶材之间。

8.根据权利要求1所述的物理气相沉积设备，其特征在于，还包括：第二屏蔽件，环设于所述腔室侧壁内周，且位于所述准直器远离所述靶材的一侧；

9.根据权利要求1所述的物理气相沉积设备，其特征在于，还包括：旋转组件，用于控制所述准直器或所述基座沿垂直于所述腔室的轴向方向旋转。

10.一种物理气相沉积方法，其特征在于，应用于权利要求1-9任一项所述的物理气相沉积装置，该方法包括：