一种应用于半导体铜互连工艺的磁控溅射方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路制造工艺技术领域，更具体地，涉及一种应用于半导体铜互连工艺的具有高台阶覆盖能力的磁控溅射方法。
【背景技术】
[0002]随着半导体集成电路制造技术进入90nm及以下技术代，铜互连工艺已成为芯片制造中后道互连工艺的主流技术。为了降低铜互连层间的RC延迟，业界普遍采用低介电常数介质代替传统的Si02(k ? 4.2)介质，例如从应用于90]1111-65111]1技术代、介电常数在2.8-3.0的S1CH介质，到介电常数在2.0-2.5的多孔型S1CH介质。尽管现有技术的超低介电常数介质已经将k值降至2.0附近，仍很难满足20nm以下技术代金属线宽进一步缩小的技术要求。
[0003]进入20nm技术代，铜互连RC延迟遇到严峻挑战。这是因为铜导线的电阻率受到尺寸效应的影响而显著增加，铜导线表面的界面散射和铜导线内的晶界散射成为电阻率增加的主要来源。为了控制RC延迟，不得不采用更薄的阻挡层和籽晶层，来增加双大马士革结构内金属铜的体积，尽可能降低铜导线的电阻。但是，作为阻挡层和籽晶层传统沉积方法的磁控溅射技术存在台阶覆盖能力的局限性，对于高深宽比的小尺寸图形，很难保证极薄的沉积薄膜能够获得连续的台阶覆盖。
[0004]阻挡层和籽晶层的减薄是大势所趋，新材料和新沉积技术的开发也是势在必行。现有研究在保证铜填充能力的前提下，采用极薄的磁控溅射钽氮复合层、磁控溅射铜锰合金籽晶层和化学气相沉积钴覆盖层来进一步减薄阻挡层和籽晶层厚度，并得到不错的金属填充结果。也有研究采用原子层沉积技术(ALD)的钌(Ru)及其合金作为阻挡层和籽晶层的实例，并得到较好的铜填充性能及电学性能。
[0005]尽管新材料和新技术的研发如火如荼，但并没有得到实际产品的验证，业界对这些新材料的可靠性还存有疑虑，需要较长时间的验证才能投入使用。因此，有必要对现有沉积技术进行工艺优化，使得磁控溅射工艺能够获得更好的侧壁覆盖率，来满足极薄厚度的阻挡层和籽晶层的工艺需求，并能够尽快应用于现有的磁控溅射工艺，支持半导体技术路线的顺利推进。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种应用于半导体铜互连工艺的磁控溅射方法，可使得磁控溅射工艺能够获得更好的侧壁覆盖率。
[0007]为实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0008]—种应用于半导体铜互连工艺的磁控溅射方法，包括:
[0009]利用一磁控溅射设备，将金属靶材和待处理硅片分别置于磁控溅射设备的阴极和阳极；
[0010]将磁控溅射设备抽真空至超高真空状态，通入氩气至气流稳定；
[0011 ]在金属革E材和娃片之间施加一个直流电压信号，并在娃片背面施加一个交流电压信号，同时对所述交流电压信号进行脉冲调制，以形成一个脉冲交流偏压，使交流偏压在一个脉冲周期内，间歇地控制溅射金属的运行轨迹，以增加溅射金属在硅片图形结构侧壁上的沉积概率。
[0012]优选地，通过调节脉冲交流偏压的占空比，以改变溅射金属沉积在硅片图形结构侧壁上的覆盖率。
[0013]优选地，所述脉冲交流偏压的占空比为30-70%。
[0014]优选地，所述交流电压信号的频率为13.56兆赫兹。
[0015]优选地，所述交流电压信号的功率为不超过2千瓦。
[0016]优选地，所述直流电压信号的功率为不超过30千瓦。
[0017]优选地，通过在阴极和阳极之间设置一个直流电源，并将阴极接地，用以在金属靶材和硅片之间施加直流电压信号;通过在阳极上设置一个交流电源，并接地，用以在硅片背面施加交流电压信号。
[0018]优选地，通过在交流电源与阳极之间设置一个高频继电器，用以对交流电压信号进tx脉冲调制。
[0019]优选地，所述高频继电器的脉冲频率为1-5兆赫兹。
[0020]优选地，所述超高真空状态时的真空度为IX10—7托以下;所述氩气的通入流量为10-100晕升/分钟。
[0021]从上述技术方案可以看出，本发明通过在金属靶材(阴极)和硅片(阳极)之间施加一个直流电压信号，并在硅片背面施加一个交流电压信号，同时对交流电压信号进行脉冲调制，以形成一个脉冲交流偏压，使交流偏压在一个脉冲周期内，间歇地控制溅射金属的运行轨迹，从而改变了现有技术的持续交流偏置方式，能够更有效地控制被溅射金属的运行轨迹，并可通过调节脉冲交流偏压的占空比，提高溅射金属沉积在硅片图形结构侧壁上的覆盖率，改善磁控溅射工艺的台阶覆盖能力，获得侧壁覆盖率更高的沉积金属薄膜。本发明能够快速应用到现有磁控溅射设备上，支持极小线宽的先进铜互连工艺开发与应用。
【附图说明】
[0022]图1是本发明一较佳实施例的一种应用于半导体铜互连工艺的磁控溅射方法中应用的一种磁控溅射设备结构示意图；
[0023]图2是应用图1的方法得到的脉冲交流偏压波形图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0025]需要说明的是，在下述的【具体实施方式】中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
[0026]在以下本发明的【具体实施方式】中，请参阅图1，图1是本发明一较佳实施例的一种应用于半导体铜互连工艺的磁控溅射方法中应用的一种磁控溅射设备结构示意图。如图1所示，在本发明的一种应用于半导体铜互连工艺的磁控溅射方法中，可以利用现有的磁控溅射设备来实施。在此磁控溅射设备中，阴极1设置于磁控溅射设备真空腔的上方，阳极2设置于真空腔的下方。将金属靶材3固定在阴极1下端面，将待处理硅片4放置在阳极2上，并正对金属革E材3。在真空腔外安装有磁铁5，且位于阴极1的上方，用于给金属革E材3提供磁场，以在溅射过程中对溅射离子进行磁场控制。
[0027]请参阅图1。在溅射过程中，需要在金属靶材3和硅片4之间施加一个直流电压信号；同时，还需要在硅片4背面施加一个交流电压信号。为此，可在磁控溅射设备的阴极1和阳极2之间设置一个直流电源A，并将阴极1连接大地，用以在金属靶材3和硅片4之间施加直流电压信号;在阳极2上设置一个交流电源B，并接地，用以在硅片4背面施加交流电压信号。
[0028]请继续参阅图1。在溅射过程中，作为本发明的关键发明点，还需要同时对交流电压信号进行脉冲调制，以形成一个脉冲交流偏压，使交流偏压在一个脉