专利名称：用于rf物理气相沉积的处理套件的制作方法
技术领域：
本发明的具体实施例一般涉及用于半导体处理室的处理套件、以及具有处理套件的半导体处理室。更具体说，本发明的具体实施例涉及处理套件，该处理套件包括使用于物理沉积室中的覆盖环、沉积环、屏蔽件以及隔离件。
背景技术：
物理气相沉积(PVD)或溅射是电子装置的制造中最常使用的处理方式之一。PVD 是一种在真空室中执行的等离子体处理，其中负偏压靶材曝露至具有相对较重原子的惰性气体(例如，氩(Ar))的等离子体或包括这种惰性气体的混合气体的等离子体。借由惰性气体的离子轰炸靶材，使得靶材材料原子射出。射出的原子在设置于处理室内的衬底支撑件底座上的衬底上聚积成沉积薄膜。可将处理套件设置于处理室中，以帮助在处理室内的期望区域中相对于衬底界定处理区域。处理套件通常包括覆盖环、沉积环以及接地屏蔽件。限定等离子体和射出的原子到达处理区域有助于维持处理室中的其他组件上没有沉积材料，并促进靶材材料的更有效利用，因为较高比例的射出原子沉积在衬底上。虽然传统的环和屏蔽件设计具有鲁棒性的处理历史，但临界尺寸的减少使得人们更注意在处理室内的污染源。由于衬底支撑件底座在移转和处理位置间升起和降下，环和屏蔽件定期地互相接触，因此传统的设计是微粒污染的潜在来源。此外，现有的屏蔽件设计往往缺乏多个接地点，且往往无法提供必要的电气绝缘以防止来自射频(RF)源等离子体的电弧。此外，沉积环防止在衬底支撑件底座周围的沉积。覆盖环通常用于在沉积环和接地屏蔽件之间产生曲径间隙(labyrinth gap)，从而防止在衬底下方的沉积。覆盖环也可以用来协助控制高于或低于衬底的边缘处的沉积。因此，发明人认识到，具有减少偏离等离子体(stray plasma)同时还使处理室污染最小化的处理套件是有益的。因此，在本技术领域中需要改良的处理套件。
发明内容
本发明的具体实施例一般地提供用于物理气相沉积(PVD)室中的处理套件、以及具有插入式处理套件的PVD室。在一个具体实施例中，处理套件包括插入式接地屏蔽件、覆盖环以及隔离环。在一个具体实施例中，提供屏蔽件，其用以环绕溅射靶材的溅射表面，该溅射表面面对衬底处理室中的衬底支撑件。屏蔽件包括柱状外环带，该柱状外环带具有第一直径，第一直径的大小能环绕溅射靶材的溅射表面，柱状外环带具有顶端和底端，顶端的大小能围绕溅射表面，底端的大小能围绕衬底支撑件。倾斜阶具有大于第一直径的第二直径，倾斜阶从柱状外环带的顶端径向朝外延伸。安装凸缘从倾斜阶径向朝外延伸。基底板从柱状外环带的底端径向朝内延伸。柱状内环带连接基底板，且柱状内环带的大小能环绕衬底支撑件的周围边缘。在另一具体实施例中，提供覆盖环，其用以在衬底处理室中安置沉积环。沉积环定位在室中的衬底支撑件和柱状屏蔽件之间。覆盖环包括环状楔。环状楔包括环绕衬底支撑件的倾斜顶表面，倾斜顶表面具有内侧周围以及外侧周围。基脚从倾斜顶表面向下延伸以放置在沉积环上。凸出边沿在顶表面的内侧周围附近延伸。内侧柱状带以及外侧柱状带从环状楔向下延伸，内环带的高度较外环带小。在另一具体实施例中，提供隔离环，其用于设置在靶材和接地屏蔽件之间。隔离环包括环状带，环状带的大小能在靶材的溅射表面附近延伸并环绕靶材的溅射表面。环状带包括顶壁，其具有第一宽度；底壁，其具有第二宽度；和支撑边部，其具有第三宽度并从顶壁径向朝外延伸。竖直沟槽形成于底壁的外侧周围和支撑边部的底接触表面之间。在另一具体实施例中，提供处理套件，其用于设置在衬底处理室中的溅射靶材和衬底支撑件附近。处理套件包括屏蔽件，该屏蔽件环绕溅射靶材和衬底支撑件。屏蔽件包括柱状外环带，该柱状外环带具有大小能环绕溅射靶材的溅射表面的第一直径。柱状外环带具有环绕溅射表面的顶端、以及环绕衬底支撑件的底端。倾斜阶具有大于第一直径的第二直径，且倾斜阶从柱状外环带的顶端径向朝外延伸。安装凸缘从倾斜阶径向朝外延伸。基底板从柱状外环带的底端径向朝内延伸。柱状内环带连接基底板、且部分地环绕衬底支撑件的周围边缘。处理套件进一步包括隔离环。隔离环包括环状带，该环状带在靶材的溅射表面附近延伸并环绕靶材的溅射表面。环状带包括具有第一宽度的顶壁；具有第二宽度的底壁；以及具有第三宽度的支撑边部，且支撑边部从顶壁径向朝外延伸。竖直沟槽形成于底壁的外侧周围和支撑边部和底接触表面之间。
为使本发明的上述特征得以更详细被了解，通过参照具体实施例而更具体说明以上所简述的发明，其中部分具体实施例绘示于附图中。然而，需注意的是，附图仅为说明本发明的典型实施例，而非用于限制本发明的范围，本发明还可允许有其它等效实施例。图1是具有处理套件的一个具体实施例的半导体处理系统的简化截面视图；图2是处理套件的一个具体实施例的部分截面视图，该处理套件连接图1所示的靶材和配接器；图3是处理套件的一个具体实施例的部分截面视图，该处理套件连接图1所示的靶材和配接器；图4A至图4C是处理套件的可替换具体实施例的部分截面视图，该处理套件连接图1所示的处理系统；图5A是根据本文所描述的一个具体实施例的一件式屏蔽件的俯视图；图5B是图5A中的一件式屏蔽件的一个具体实施例的侧视图；图5C是图5A中的一件式屏蔽件的一个具体实施例的截面视图；图5D是图5A中的一件式屏蔽件的一个具体实施例的仰视图；图6A是根据本文所描述的一个具体实施例的绝缘环的俯视图；图6B是图6A中的绝缘环的一个具体实施例的侧视图；图6C是图6A中的绝缘环的一个具体实施例的截面视图；和
图6D是图6A中的绝缘环的一个具体实施例的仰视图。为了增进了解，尽可能使用相同的组件符号来表示各图式中相同的组件。应知在一个具体实施例中所揭示的组件也可用于其它具体实施例，而无须另行特定说明。
具体实施例方式本发明的具体实施例一般地提供用于物理沉积(PVD)室中的处理套件。在一个具体实施例中，处理套件提供了减少的RF返回路径，该减少的RF返回路径有助于RF谐波的减小以及处理腔外侧的偏离等离子体减少，这增进了较大的处理一致性与可重复性、且伴随着较长的处理室组件使用寿命。在一个具体实施例中，处理套件提供了隔离环，该隔离环设计成减少处理室壁与靶材之间的电性短路。图1描述了示例性半导体处理室100，该半导体处理室100具有能处理衬底105的处理套件150的一个具体实施例。处理套件150包括一件式接地屏蔽件160、插入式覆盖环 170以及隔离环180。在图示版本中，处理室100包括溅射室，又称为物理气相沉积或PVD 室，该溅射室能沉积钛或氧化铝于衬底上。处理室100也可使用于其它目的，例如，用于沉积铝、铜、钽、氮化钽、碳化钽、钨、氮化钨、镧、氧化镧以及钛。可因本发明而受益的处理室的一个示例是可购自 California 的 Santa Clara 的 Applied Materials, Inc. ^ ALPS Plus 与SIP ENCORE PVD处理室。应考虑到，包括那些来自其它制造者的处理室的其他处理室也可因本发明而受益。处理室100包括处理室本体101，该处理室本体具有包围内部容积110或等离子体区的包围壁102与侧壁104、底壁106以及盖体组合件108。处理室本体101典型地以不锈钢焊接板或以单一铝块制成。在具体实施例中，侧壁包括铝，且底壁包括不锈钢。侧壁104 通常包括狭缝阀(未示出)，以提供衬底105从处理室100的入口和出口。处理室100的盖体组合件108配合与覆盖环170交错的接地屏蔽件160，将形成在内部容积110中的等离子体限制于衬底上方的区域。底座组合件120由处理室100的底壁106支撑。在处理期间，底座组合件120支撑沉积环302以及衬底105。底座组合件120通过举升机构122耦接至处理室100的底壁 106，举升机构122构造成在较高位置和较低位置之间移动底座组合件120。此外，在较低位置，举升销(未示出)移动穿过底座组合件120以将衬底与底座组合件120分隔开，以促进与设置于处理室100外部的晶片转移机构(如单臂机器人(未示出))之间的衬底交换。 波纹管IM通常设置于底座组合件120以及处理室底壁106之间，以将处理室本体101的内部容积110、与底座组合件120的内部以及处理室的外部隔离开。底座组合件120通常包括衬底支撑件126，该衬底支撑件密封地连接平台外壳 128。平台外壳1 通常由诸如不锈钢或铝等的金属材料制造。冷却板(未示出)通常设置于平台外壳128内，以对衬底支撑件1 进行热调控。可因本文所描述的具体实施例而受益的一个底座组合件120描述于1996年4月16日授与Davenport等人的美国专利第 5，507，499号中，该描述完整内容以引用方式并入本文中。衬底支撑件1 可由铝或陶瓷组成。衬底支撑件1 具有衬底承接表面127，该衬底承接表面在处理期间承接并支撑衬底105，表面127具有基本上与靶材132的溅射表面 133平行的平面。衬底支撑件1 还具有周围边缘129，该周围边缘终止于衬底105的悬垂边缘(overhanging edge)之前。衬底支撑件1 可以是静电夹盘(electrostatic chuck)、 陶瓷体、加热器或其组合。在一个具体实施例中，衬底支撑件126是静电夹盘，该静电夹盘包括中间嵌入有导电层的电介质本体。电介质本体通常由高导热系数电介质材料制造，如热解氮化硼、氮化铝、氮化硅、氧化铝(alumina)或等效材料。盖体组合件108通常包括盖体130、靶材132以及磁控管134。当处于关闭位置时，盖体130由侧壁104支撑，如图1所示。陶瓷环状密封件136设置于隔离环180、与盖体 130以及侧壁104之间，以防止其间的真空泄漏。靶材132连接盖体130并暴露于处理室100的内部容积110。靶材132在PVD处理期间提供沉积在衬底上的材料。隔离环180设置于靶材132、盖体130以及处理室本体 101之间，以使盖体130和处理室本体101与靶材132电性隔离。通过电源140将相对接地端(例如，处理室本体101及配接器220)而言的偏压施加至靶材132。将气体(如氩)从气体源142经由导管144供应至内部容积110。气体源 142可包括非反应性气体，如氩或氙，该非反应性气体能充满能量地撞击靶材132、并从靶材132溅射出材料。气体源142还可包括反应气体，如含氧气体、含氮气体、含甲烷气体中的一种或多种，该反应气体能与溅射材料反应以在衬底上形成层。用过的处理气体以及副产物从处理室100经过排放口 146排放，排放口 146接收用过的处理气体、并将用过的处理气体导引至排放导管148，该排放导管具有节流阀以控制处理室100中的气体压力。排放导管148连接至一或多个排放泵149。典型地，将处理室100中的溅射气体的压力设定为次大气压等级，如真空环境，例如，0. 6mTorr至400mTorr的气压。由气体在衬底105以及靶材 132之间形成等离子体。等离子体中的离子朝向靶材132加速，并造成材料从靶材132移出。所移出的靶材材料沉积于衬底上。磁控管134在处理室100外部连接盖体130。可利用的一个磁控管描述于1999年 9月21日授与Or等人的美国专利第5，953，827号中，该描述完整内容以引用方式并入本文中。处理室100由控制器190所控制，控制器190包括程序代码，该程序代码具有操作处理室100的组件在处理室100中处理衬底的指令集。举例而言，控制器190可包括程序代码，该程序代码包括衬底定位指令集，以操作底座组合件120 ；气体流量控制指令集，以操作气体流量控制阀来设定流至处理室100的溅射气体的流量；气体压力控制指令集，以操作节流阀来保持处理室100中的压力；温度控制指令集，以控制底座组合件120或侧壁104 中的温度控制系统(未示出)来分别设定衬底或侧壁104的温度；以及处理监视指令集，以处理室100中的处理。处理室100还含有处理套件150，该处理套件包括可容易地从处理室100移除的多种组件，例如，以清洁组件表面的溅射沉积、更换或修理受侵蚀组件，或以调整处理室100 使适应其它处理。在具体实施例中，处理套件150包括隔离环180、接地屏蔽件160以及环组合件168，用以配置衬底支撑件126的周围边缘129，该周围边缘终止于衬底105的悬垂边缘之前，参见图4A至C。屏蔽件160环绕溅射靶材132的溅射表面133，该溅射表面133面对衬底支撑件 126以及衬底支撑件126的周围边缘129。屏蔽件160覆盖并遮蔽处理室100的侧壁104， 以减少来自溅射靶材132的溅射表面133的溅射沉积物沉积至屏蔽件160后方的组件及表面上。举例而言，屏蔽件160可保护处理室100的衬底支撑件126、衬底105的悬垂边缘、侧壁104以及底壁106的表面。如图1、5A、5B、5C以及5D所示，屏蔽件160是单一结构并包括柱状外环带210，该柱状外环带210的直径尺寸能环绕溅射靶材132的溅射表面133以及衬底支撑件126。在具体实施例中，柱状外环带210具有由箭头“A”所表示的内径。在具体实施例中，柱状外环带210的内径“A”介于约16英寸(40. 6cm)和约18英寸(45. 7cm)之间。在另一具体实施例中，柱状外环带210的内径“A”介于约16. 8英寸(42. 7cm)和约17英寸(43. 2cm)之间。 在具体实施例中，柱状外环带210具有由箭头“B”所表示的外径。在具体实施例中，柱状外环带210的外径“B”介于约17英寸(43. 2cm)和约19英寸(48. 3cm)之间。在另一具体实施例中，柱状外环带210的外径“B”介于约17. 1英寸4cm)和约17. 3英寸9cm) 之间。柱状外环带210具有环绕溅射靶材132的溅射表面133的顶端212、以及环绕衬底支撑件126的底端213。倾斜阶214从柱状外环带210的顶端212径向朝外延伸。在具体实施例中，倾斜阶214相对于竖直方向形成角度“ α ”。在具体实施例中，角度“ α ”相对于竖直方向介于约15度至约25度之间。在另一具体实施例中，倾斜角度“ α ”大约为20度。在具体实施例中，屏蔽件160具有箭头“C”所代表的高度，该高度介于约10英寸和约12英寸之间。在另一具体实施例中，屏蔽件160具有介于约11英寸07.9cm)和约 11. 5英寸2cm)之间的高度“C”。在再一具体实施例中，屏蔽件160具有介于约7英寸 (17. 8cm)和约8英寸3cm)之间的高度“C”。在再一具体实施例中，屏蔽件具有介于约 7. 2英寸(18. 3cm)和约7. 4英寸(18. 8cm)之间的高度“C”。安装凸缘216从柱状外环带210的倾斜阶214径向朝外延伸。请参见图2以及图 5C，安装凸缘216包括下方接触表面218以及上方接触表面219，该下方接触表面218放置在围绕处理室100的侧壁104的环状配接器220上。在一具体实施例中，安装凸缘216的下方接触表面218包括多个埋头孔(未示出)，埋头孔的形状和大小适于接收螺钉以将屏蔽件160附接至配接器220。如图2所示，上方接触表面219的内侧周围217形成台阶221。 台阶221提供了曲径间隙，该曲径间隙可防止导电性材料在隔离环180和屏蔽件160之间产生表面桥(surface bridge)，因此保持电性不导通。在一具体实施例中，配接器220支撑屏蔽件160，且配接器220可作衬底处理室 100的侧壁104的热交换器。配接器220以及屏蔽件160形成一组合件，该组合件容许改进来自屏蔽件160的热传导、且减少沉积在屏蔽件上的材料的热膨胀应力。可通过暴露至衬底处理室100中所形成的等离子体来过度加热屏蔽件160的部分，造成屏蔽件的热膨胀， 并使得形成于屏蔽件上的溅射沉积物从屏蔽件剥离、并掉落至且污染衬底105。配接器220 具有放置表面222，该放置表面222接触屏蔽件160的下方接触表面218，以实现屏蔽件160 和配接器220之间的良好导电性和导热性。在一具体实施例中，配接器220进一步包括导管，该导管使传热流体从中流过以控制配接器220的温度。请参见图1、4A、5A、5B、5C以及OT，柱状外环带210还包括底端213，该底端213环绕衬底支撑件126。基底板2M从柱状外环带210的底端213径向朝内延伸。柱状内环带 226连接基底板224，且柱状内环带2 至少部分地环绕衬底支撑件1 的周围边缘129。在具体实施例中，柱状内环带具有由箭头“D”所代表的直径。在一具体实施例中，柱状内环带226具有介于约14英寸(35. 6cm)和约16英寸(40. 6cm)之间的直径“D”。在另一具体实施例中，柱状内环带2 具有介于约14. 5英寸(36. 8cm)和约15英寸(38. Icm)之间的直径 “D”。柱状内环带2 从基底板224向上延伸并垂直于基底板224。柱状内环带226、基底板224以及柱状外环带210形成U形通道。柱状内环带2 所包括的高度小于柱状外环带 210的高度。在一具体实施例中，内环带2 的高度约为柱状外环带210的高度的五分之一。 在一具体实施例中，柱状内环带2 具有由箭头“E”所表示的高度。在一具体实施例中，柱状内环带226的高度“E”是从约0. 8英寸(2cm)至约1. 3英寸(3. 3cm)。在另一具体实施例中，柱状内环带226的高度“E”是从约1. 1英寸(2. 8cm)至约1. 3英寸(3. 3cm)。在另一具体实施例中，柱状内环带226的高度“E”是从约0. 8英寸(2cm)至约0. 9英寸(2. 3cm)。柱状外环带210、倾斜阶214、安装凸缘216、基底板224以及柱状内环带2 包括单一结构。举例而言，在一具体实施例中，整个屏蔽件160可由铝制成，或在另一具体实施例中，整个屏蔽件160可由300系列不锈钢制成。单一的屏蔽件160优于使用包括多个组件(通常是二个或三个分开的组件)制成整个屏蔽件的先前屏蔽件。相较于现有多部件屏蔽件，该现有多部件屏蔽件提供延伸的RF返回路径、因而造成引起处理腔外侧的偏离等离子体的RF谐波，单一屏蔽件减少了 RF返回路径，因而在内部处理区域中提供改进的等离子体约束(plasma containment)。具多个组件的屏蔽件160较难也较费力移除屏蔽件进行进行清洁。单件式屏蔽件160具有暴露至溅射沉积物的连续表面，而没有难以清洁的界面或角落。单件式屏蔽件160在处理循环期间还更有效率地防止处理室侧壁104受到溅射沉积。在一具体实施例中，去除传导特征(conductance feature)，如传导洞。传导特征的去除减少了内部容积110外侧的偏离等离子体的形成。在一具体实施例中，屏蔽件160的暴露表面用CLEANC0AT 进行处理，CLEANC0AT 可购自 California 的 Santa Clara 的 Applied Materials, Inc.。CLEANC0AT 为双线铝电弧喷涂，该双线铝电弧喷涂可应用至衬底处理室组件(如屏蔽件160)以降低沉积物的颗粒脱落到屏蔽件160上，并因而避免处理室100中的衬底105受到污染。在一具体实施例中， 屏蔽件160上的双线铝电弧喷涂具有从约600至约2300微英寸的表面粗糙度。屏蔽件160具有暴露表面，该暴露表面面对处理室100中的内部容积110。在一具体实施例中，暴露表面经过喷丸(bead blast)而具有175士75微英寸的表面粗糙度。纹理化喷丸表面可减少颗粒脱落、并防止处理室100内的污染。表面粗糙度平均是从沿暴露表面的粗糙特征的峰与谷的平均线的偏移的绝对值的平均。可通过轮廓仪(profilometer) 将针传到暴露表面上、并产生表面粗糙处的高度的波动轨迹，或通过扫描电子显微镜利用从表面反射的电子束来产生表面的影像，以测定粗糙度平均值、偏斜或其它特性。请参见图3，在一具体实施例中，隔离环180为L形。隔离环180包括环状带，该环状带在靶材132的溅射表面133附近延伸并环绕靶材132的溅射表面133。隔离环180使靶材132与屏蔽件160电性隔离并分隔开，并且隔离环180通常由电介质材料或绝缘材料形成，如氧化铝。隔离环180包括下方水平部分232和自下方水平部分232向上延伸的竖直部分234。下方水平部分232包括内侧周围235、外侧周围236、底接触表面237以及顶表面238，其中下方水平部分232的底接触表面237接触安装凸缘216的上方接触表面219。 在一具体实施例中，屏蔽件160的上方接触表面219形成台阶233。台阶233提供了曲径间隙，该曲径间隙防止传导材料在隔离环180与屏蔽件160之间产生表面桥，因而维持电性不导通。隔离环180的上方竖直部分234包括内侧周围239、外侧周围MO以及顶表面Ml。 上方竖直部分234的内侧周围239以及下方水平部分232的内侧周围235形成单一表面。 下方水平部分232的顶表面238以及上方竖直部分234的外侧周围240在过渡点242处相交，以形成台阶M3。在一具体实施例中，台阶243与环状密封件136及靶材132形成曲径间隙。在一具体实施例中，隔离环180具有由内侧周围235以及内侧周围239所定义的内径，该内径介于约17. 5英寸5cm)和约18英寸7cm)之间。在另一具体实施例中，隔离环180具有介于约17. 5英寸5cm)和17. 7英寸05cm)之间的内径。在一具体实施例中，隔离环180具有由下方水平部分232的外侧周围236所定义的外径，该外径介于约18英寸7cm)和约19英寸3cm)之间。在另一具体实施例中，隔离环180具有介于约18. 7英寸5cm)和约19英寸3cm)之间的外径。在另一具体实施例中， 隔离环180具有由上方竖直部分234的外侧周围240所定义的第二外径，该第二外径介于约18英寸G5.7cm)和约18. 5英寸07cm)之间。在另一具体实施例中，第二外径介于约 18. 2英寸(46. 2cm)和约18. 4英寸(46. 7cm)之间。在一具体实施例中，隔离环180具有介于约1英寸(2. 5cm)和约1. 5英寸(3. 8cm)之间的高度。在另一具体实施例中，隔离环 180具有介于约1. 4英寸(3. 6cm)和约1. 45英寸(3. 7cm)之间的高度。在一具体实施例中，使用例如喷砂(grit blast)来对隔离环180的暴露表面进行纹理化，该暴露表面包括竖直部分234的顶表面241和内侧周围、下方水平部分232的内侧周围235和底接触表面237，使该暴露表面具有180士20Ra的表面粗糙度，该表面粗糙度对低沉积和较低应力薄膜提供了合适的纹理。参见图2、6A、6B、6C以及6D，在另一具体实施例中，隔离环280为T形。隔离环观0 包括环状带250，该环状带在靶材132的溅射表面133附近延伸并环绕靶材132的溅射表面133。隔离环观0的环状带250包括具有第一宽度的顶壁252、具有第二宽度的底壁254、 以及具有第三宽度的支撑边部256，该支撑边部256自环状带250的顶壁252径向朝外延伸。在一具体实施例中，第一宽度小于第三宽度但大于第二宽度。在一具体实施例中，隔离环280具有介于约18. 5英寸07cm)和约19英寸3cm)之间的外径“F”。在另一具体实施例中，隔离环280具有介于约18. 8英寸(47. 8cm)和约18. 9英寸(48cm)之间的外径 “F”。顶壁252包括内侧周围258、位于邻近靶材132处的顶表面沈0、以及位于邻近环状密封件136处的外侧周围沈2。支撑边部256包括底接触表面沈4以及上方表面沈6。支撑边部256的底接触表面264放置于铝环267上。在某些具体实施例中，铝环267不存在， 且配接器220构造成支撑该支撑边部256。底壁2M包括内侧周围沈8、外侧周围270以及底表面272。底壁254的内侧周围沈8以及顶壁252的内侧周围258形成单一表面。在一具体实施例中，隔离环280具有由底壁2M的内侧周围沈8以及顶壁252的内侧周围258所定义的内径“G”，该内径介于约17英寸2cm)和约18英寸7cm)之间。在另一具体实施例中，隔离环280的内径“G”介于约17. 5英寸(44. 5cm)和约17. 8英寸(45. 2cm)之间。竖直沟槽276形成于底壁254的外侧周围270和支撑边部256的底接触表面264 之间的过渡点278处。屏蔽件160的台阶221结合竖直沟槽276提供了曲径间隙，该曲径间隙防止传导材料在隔离环280和屏蔽件160之间产生表面桥，因而维持电不连续性、并同时仍对处理室侧壁104提供屏蔽。在一具体实施例中，隔离环280在靶材132和处理套件150的接地组件之间提供间隙，并同时仍对处理室壁提供屏蔽。在一具体实施例中，靶材 132和屏蔽件160之间的间隙介于约1英寸(2. 5cm)和约2英寸(5. Icm)之间，例如，约1 英寸(2.5cm)。在另一具体实施例中，靶材132和屏蔽件160之间的间隙介于约1.1英寸 (2. 8cm)和约1. 2英寸(3cm)之间。在又一具体实施例中，靶材132和屏蔽件160之间的间隙大于1英寸(2. 5cm)。隔离环观0的阶状设计使屏蔽件160可相对配接器220置中，其中配接器220也是与屏蔽件配合的安装点、以及靶材132的对齐特征。阶状设计还消除了从靶材132到屏蔽件160的单点连线(line-of-site)，因而消除此区中的偏离等离子体顾虑。在一具体实施例中，隔离环280具有用以增加膜附着力的喷砂表面纹理，该表面纹理具有180士20Ra的表面粗糙度，该表面粗糙度对低沉积和较低应力薄膜提供了合适的纹理。在一具体实施例中，隔离环280具有用于增加膜附着力的通过激光脉冲所提供的表面纹理，该表面纹理具有大于500Ra的表面粗糙度以用于更高的沉积厚度以及更高的膜应力。在一具体实施例中，当处理室100用于沉积金属、金属氮化物、金属氧化物及金属碳化物时，纹理化表面延长了隔离环观0的寿命。隔离环280也可自处理室100移除，提供了循环利用此部件的能力，而不会影响材料的孔隙度，材料的孔隙度可能妨碍在真空密封应用中的重复使用。支撑边部256容许隔离环280相对于配接器220置中，同时消除了从靶材 132到接地屏蔽件160的单点连线、以消除偏离等离子体顾虑。在一具体实施例中，环沈7 包括一系列的对齐销(未示出)，该对齐销定位/对齐屏蔽件160中的一系列插槽(未示出)。请参见图4A，环组合件168包括沉积环302以及覆盖环170。沉积环302包括围绕衬底支撑件126的环状带304。覆盖环170至少部分地覆盖沉积环302。沉积环302和覆盖环170相互配合以减少溅射沉积物形成于衬底支撑件126的周围边缘1 和衬底105 的悬垂边缘。覆盖环170环绕并至少部分地覆盖沉积环302，以接受沉积环302并因此遮蔽沉积环302避免大部分的溅射沉积物。覆盖环170是由可抵抗溅射等离子体侵蚀的材料所制成，例如，金属材料(如不锈钢、钛或铝)或陶瓷材料(如氧化铝)。在一具体实施例中，覆盖环170是由具有纯度至少约99. 9百分比的钛构成。在一具体实施例中，用双线铝电弧喷涂(例如，CLEANC0AT )来处理覆盖环170的表面，以减少从覆盖环170表面的颗粒脱落。覆盖环170包括环状楔310，该环状楔包括径向朝内倾斜并环绕衬底支撑件1 的倾斜顶表面312。环状楔310的倾斜顶表面312具有内侧周围314以及外侧周围316。内侧周围314包括凸出边沿318，该凸出边沿覆盖径向朝内的凹处，该凹处包括沉积环302的开放内通道。凸出边沿318减少溅射沉积物沉积在沉积环302的开放内通道上。在一具体实施例中，凸出边沿318所凸出的距离对应于凸出边沿318与沉积环302形成的弧形间隙 402的至少约一半宽度。凸出边沿318的大小、形状和位置配合弧形间隙402并与弧形间隙 402互补，以在覆盖环170和沉积环302之间形成回旋且受限的流动路径，该流动路径抑制处理沉积物流动至衬底支撑件126以及平台外壳1 上。间隙402的受限的流动路径限制了低能量溅射沉积物在沉积环302和覆盖环170的配合表面上的聚积，这否则可能会造成沉积环302和覆盖环170相互黏附、或黏附至衬底105的周围悬垂边缘。倾斜顶表面312可以以介于约10度和约20度之间的角度倾斜，例如，相对于水平方向约16度。覆盖环170的倾斜顶表面312的角度经设计，以使最靠近衬底105的悬垂边缘的溅射沉积物的聚积最小化，这否则可能会对整个衬底105所获得的粒子性能产生负面影响。覆盖环170包括基脚320，该基脚从环状楔310的倾斜顶表面312向下延伸、以放置在沉积环302的台架306上。基脚320从环状楔310向下延伸，以基本压住沉积环302、 而不使沉积环302压裂或折断。在一具体实施例中，双台阶表面(dual-stepped surface) 形成于基脚320和凸出边沿318的较低表面之间。覆盖环170进一步包括从环状楔310向下延伸的内侧柱状带32 和外侧柱状带 324b，且内侧柱状带32 和外侧柱状带324b之间具有间隙。在一具体实施例中，内侧柱状带32 和外侧柱状带324b基本上为竖直的。内侧和外侧柱状带32 和324b位于环状楔 310的基脚320的径向朝外处。内侧柱状带32 具有小于外侧柱状带324b的高度。典型地，外侧柱状带324b的高度至少约为内侧柱状带32 的高度的1. 2倍。举例而言，对于具有154mm的内半径的覆盖环170而言，外侧柱状带324b的高度约15至约35mm(例如， 25mm)；且内侧柱状带32 的高度从约12至约24mm(例如，约19mm)。覆盖环可包括任何能与处理化学物质兼容的材料，如钛或不锈钢。在一具体实施例中，内侧柱状带32 的表面与竖直方向的夹角介于约12度和约 18度之间。在另一具体实施例中，内侧柱状带32 的表面夹角介于约15度和约17度之间。在一具体实施例中，覆盖环170具有由外侧柱状带324b所定义的外径，该外径介于约15. 5英寸(39. 4cm)和约16英寸6cm)之间。在另一具体实施例中，覆盖环170具有介于约15. 6英寸(39. 6cm)和约15. 8英寸Icm)之间的外径。在一具体实施例中， 覆盖环170具有介于约1英寸(2. 5cm)和约1. 5英寸(3. 8cm)之间的高度。在另一具体实施例中，覆盖环170介于约1. 2英寸(3cm)和约1. 3英寸(3. 3cm)之间。屏蔽件160和覆盖环170之间的间隔或间隙404形成供等离子体行进用的回旋S 形路径或曲径。此路径的形状是有益的，例如，因为该形状妨碍并阻碍等离子体物种进入此区域中，所以减少溅射材料的非期望沉积。图4B为环组合件168的另一具体实施例，该环组合件包括沉积环410以及覆盖环 440。相较于以下所描述参照图4C的包括沉积环410和覆盖环460的环组合件168而言， 已发现包括沉积环410和覆盖环440的环组合件168可在高处理压力下产生良好的PVD处理结果。沉积环410包括第一环状带412，该第一环状带通过柱状体416连接第二环状带 414。第一环状带412包括阶状顶表面420，该阶状顶表面具有从第一环状带412的内侧边缘422向上延伸的唇部418。柱状体416从第一环状带412的外侧边缘和底表面434向下延伸至第二环状带414的内侧边缘4 和顶表面426，以使得第二环状带414竖直地位于第一环状带412下方，并相对于第一环状带412径向朝外。第一环状带412的底表面434放置在衬底支撑件126的台架上。第二环状带414的顶表面4 包括升高的环状内侧衬垫428，该环状内侧衬垫通过凹槽432与环状外侧衬垫430分隔开。相较于升高的环状外侧衬垫430，升高的环状内侧衬垫4 延伸更高于第二环状带414的顶表面426、但低于第一环状带412的底表面434。升高的环状外侧衬垫430支撑覆盖环440。覆盖环440至少部分地覆盖沉积环410。沉积环410与覆盖环440相互配合以减少溅射沉积物形成在衬底支撑件126的周围边缘和衬底105的悬垂边缘上。覆盖环440环绕并至少部分地覆盖沉积环410，以接受沉积环410并因此遮蔽沉积环410避免大部分的溅射沉积物。覆盖环440是由可抵抗溅射等离子体侵蚀的材料所制成，例如，金属材料(如不锈钢、钛或铝)或陶瓷材料(如氧化铝)。在一具体实施例中，覆盖环440是由具有纯度至少约99. 9百分比的钛构成。在一具体实施例中，以双线铝电弧喷涂(例如，CLEANC0AT )来处理覆盖环440的表面，以减少从覆盖环440表面的颗粒脱落。覆盖环440包含环状楔442，该环状楔包含径向朝内倾斜并环绕衬底支撑件1沈的倾斜顶表面444。环状楔442的倾斜顶表面444具有内侧周围446以及外侧周围448。内侧周围446包括球根状的凸出边沿450，该球根状的凸出边沿朝向升高的环状内侧衬垫428 向下延伸。凸出边沿450减少溅射材料沉积在沉积环410的外侧上方表面上。倾斜顶表面444可以以介于约10度和约20度之间的角度倾斜，例如，相对于水平方向约16度。覆盖环440的倾斜顶表面444的角度经设计，以使最靠近衬底105的悬垂边缘的溅射沉积物的聚积最小化，这否则可能会对整个衬底105所获得的粒子性能产生负面影响。在一具体实施例中，顶表面444完全低于衬底105以及沉积环410的顶部。覆盖环440包括基脚452，该基脚452从环状楔442的倾斜顶表面444向下延伸、 以放置在沉积环410的环状外侧衬垫430上。在一具体实施例中，双台阶表面形成于基脚 452和凸出边沿450的较低表面之间。覆盖环440进一步包括从环状楔442向下延伸的内侧柱状带454以及外侧柱状带 456，以在内侧柱状带妨4和外侧柱状带456之间限定间隙，该间隙容许带妨4、456与屏蔽件160交错。在一具体实施例中，内侧柱状带妨4和外侧柱状带456基本上为竖直的。内与外侧柱状带4M和456位于环状楔442的基脚452的径向朝外处。内侧柱状带4M具有小于外侧柱状带456的高度。此外，两个带454、456在基脚452下方延伸。覆盖环440可包括任何能与处理化学物质兼容的材料，如钛或不锈钢。屏蔽件160和覆盖环440之间的间隔或间隙404形成供等离子体行进用的回旋S 形路径或曲径。此路径的形状是有益的，举例而言，因该形状妨碍并阻碍等离子体物种进入此区域中，所以减少溅射材料的非期望沉积。图4C为环组合件168的另一具体实施例，该环组合件包括如上所述的沉积环410 以及覆盖环460。相较于以上所描述参照图4B的包括沉积环410以及覆盖环440的环组合件168而言，已发现包括沉积环410以及覆盖环460的环组合件168可在较低处理压力下产生良好的PVD处理结果。沉积环410放置在衬底支撑件1 上，而覆盖环460至少部分地覆盖沉积环410。沉积环410以及覆盖环460相互配合以减少溅射沉积物形成于衬底支撑件126的周围边缘129以及衬底105的悬垂边缘上。覆盖环460环绕并至少部分地覆盖沉积环410，以接受沉积环410并因此遮蔽沉积环410避免大部分的溅射沉积物。覆盖环460是由可抵抗溅射等离子体侵蚀的材料所制成，例如，金属材料(如不锈钢、钛或铝)或陶瓷材料(如氧化铝)。在一具体实施例中，覆盖环460是由具有纯度至少约99. 9百分比的钛构成。在一具体实施例中，以双线铝电弧喷涂(例如，CLEANC0AT )来处理覆盖环460的表面，以减少从覆盖环460表面的颗粒脱落。覆盖环460包括环状楔462，该环状楔包括倾斜顶表面444，该倾斜顶表面444径向朝内倾斜并环绕衬底支撑件126。环状楔462的倾斜顶表面444具有内侧周围446以及外侧周围464。内侧周围446包括球根状的凸出边沿461，该球根状的凸出边沿与沉积环 410的升高的环状内侧衬垫4 重叠。凸出边沿461减少溅射沉积物沉积在沉积环410的外侧上方表面。在一具体实施例中，凸出边沿461所凸出的距离对应于凸出边沿461与沉积环410所形成的弧形间隙402的至少约一半宽度。凸出边沿461的大小、形状和位置配合弧形间隙402并与弧形间隙402补，以在覆盖环460及沉积环410之间形成回旋且受限的流动路径，该流动路径抑制处理沉积物流动至衬底支撑件126以及平台外壳1 上。间隙402的受限的流动路径限制了低能量溅射沉积物在沉积环410以及覆盖环460的配合表面上的累积，这否则可能会造成沉积环410和覆盖环460相互黏附、或黏附至衬底105的周围悬垂边缘。在一具体实施例中，倾斜顶表面444低于沉积环410的顶部。倾斜顶表面444可以以介于约10度及约20度之间的角度倾斜，例如，相对于水平方向约16度。覆盖环460的倾斜顶表面444的角度经设计，以使最靠近衬底105的悬垂边缘的溅射沉积物的聚积最小化，这否则可能会对整个衬底105所获得的粒子性能产生负面影响。类似于覆盖环440，覆盖环460包括基脚452，该基脚452从环状楔462的倾斜顶表面444向下延伸、以放置在沉积环410的台架上。基脚452从环状楔462向下延伸，以基本上压住沉积环410、而不使沉积环410压裂或折断。在一具体实施例中，双台阶表面形成于基脚452以及凸出边沿461的较低表面之间。覆盖环460进一步包括内侧柱状带470以及外侧柱状带472。内侧柱状带470从环状楔462同时向下且向上延伸，且内侧柱状带470的主要部位设置在环状楔462上方。 内侧柱状带470的上方部分通过桥474连接至外侧柱状带472。桥474设置在远高于环状楔462处，且高于沉积环410。外侧柱状带472从桥474基本上平行于内侧柱状带470而向下延伸达到端部476，以在外侧柱状带472和内侧柱状带470之间形成间隙，该间隙容许带 470,472与屏蔽件160的端部交错。端部476终止于边沿461底表面上方的高度，并且，在一具体实施例中，端部476对齐第一环状带412的底表面434。在一具体实施例中，内侧柱状带470以及外侧柱状带472基本上是竖直的。内侧及外侧柱状带470及472位于环状楔462的基脚452径向朝外延伸处。内侧柱状带470在外侧柱状带472的端部476下方延伸。在一具体实施例中，覆盖环460具有约15. 6英寸的外径和约2. 5英寸的高度。覆盖环可包括任何能与处理化学物质兼容的材料，如钛或不锈钢。在一具体实施例中，覆盖环460具有由外侧柱状带472所定义的外径，该外径介于约15. 5英寸(39. 4cm)和约16英寸6cm)之间。在另一具体实施例中，覆盖环460具有介于约15. 6英寸(39. 6cm)和约15. 8英寸Icm)之间的外径。在一具体实施例中， 覆盖环460具有介于约2英寸及约3英寸之间的高度。屏蔽件160及覆盖环460之间的间隔或间隙404形成供等离子体行进的回旋S形路径或曲径。此路径的形状是有益的，举例而言，因为该形状妨碍并阻碍等离子体物种进入此区域中，所以减少溅射材料的非期望沉积。
本文所述的处理套件150的组件可单独或结合运作，以显著地减少颗粒产生及偏离等离子体。相较于提供延伸RF返回路径、因而造成引起处理腔外侧的偏离等离子体的 RF谐波的现有多部件屏蔽件而言，前文所描述的一件式屏蔽件减少了 RF返回路径，因而在内部处理区域中提供改进的等离子体约束(plasma containment)。一件式屏蔽件的平坦基底板提供了经过底座的额外缩短的RF返回路径，以进一步减少谐波以及偏离等离子体、 以及为现有接地硬件提供放置位置。一件式屏蔽件还去除了提供RF返回的不连续性并造成处理容积外的偏离等离子体的所有传导特征。一件式屏蔽件可经修饰以容许隔离环插入处理室内。隔离环阻挡RF源与接地路径中的处理套件部件之间的视线。屏蔽件上的安装凸缘经修饰以提供台阶以及大半径，该台阶以及大半径提供曲径，该曲径避免传导材料的沉积在隔离环以及屏蔽件之间产生表面桥，从而维持电不连续性。为了容许通过流动成形 (flow forming)进行制造，一件式屏蔽件也通过减少材料厚度来针对低成本的可制造性进行设计。虽然上文系针对本发明的具体实施例，亦可能衍生其它及更进一步的具体实施例，而不偏离本发明的基本范畴，且本发明之范畴是由权利要求书所界定。
权利要求
1.一种屏蔽件，其用于环绕溅射靶材的溅射表面，所述溅射表面面对衬底处理室中的衬底支撑件，所述屏蔽件包括柱状外环带，其具有第一直径，所述第一直径的大小能环绕所述溅射靶材的所述溅射表面，所述柱状外环带具有顶端和底端，所述顶端的大小能围绕所述溅射表面，所述底端的大小能围绕所述衬底支撑件；倾斜阶，其具有大于所述第一直径的第二直径，所述倾斜阶从所述柱状外环带的所述顶端径向朝外延伸；安装凸缘，其从所述倾斜阶径向朝外延伸；基底板，其从所述柱状外环带的所述底端径向朝内延伸；和柱状内环带，其连接所述基底板，且所述柱状内环带的大小能环绕所述衬底支撑件的周围边缘。
2.根据权利要求1所述的屏蔽件，其中，所述柱状外环带、所述倾斜阶、所述安装凸缘、 所述基底板和所述柱状内环带包括单一的铝结构。
3.根据权利要求1所述的屏蔽件，其中，所述柱状内环带的高度小于所述柱状外环带的高度。
4.根据权利要求1所述的屏蔽件，其中，所述柱状内环带具有小于所述第一直径的第三直径。
5.根据权利要求1所述的屏蔽件，其中，所述安装凸缘具有台阶，所述台阶在所述屏蔽件和位于所述屏蔽件上方的隔离环之间提供曲径间隙。
6.根据权利要求1所述的屏蔽件，其包括在所述屏蔽件的表面上的双线铝电弧喷涂层。
7.根据权利要求6所述的屏蔽件，其中，所述双线铝电弧喷涂层包括从约600至约 2300微英寸的表面粗糙度。
8.根据权利要求1所述的屏蔽件，其中，所述屏蔽件的多个暴露表面经过喷丸而具有 175士75微英寸的表面粗糙度。
9.一种处理套件，其包括根据权利要求1所述的屏蔽件，所述处理套件还包括隔离环，其包括环状带，所述环状带在所述靶材的溅射表面附近延伸，且所述环状带的大小能环绕所述靶材的所述溅射表面，所述环状带包括 顶壁，具有第一宽度； 底壁，具有第二宽度；和支撑边部，具有第三宽度且从所述顶壁径向朝外延伸，其中，竖直沟槽形成于所述底壁的外侧周围和支撑边部的底接触表面之间；和覆盖环，其用于在衬底处理室中安置沉积环，所述沉积环定位于所述衬底处理室中的衬底支撑件和柱状屏蔽件之间，所述覆盖环包括 环状楔，其包括倾斜顶表面，其环绕所述衬底支撑件，所述倾斜顶表面具有内侧周围和外侧周围； 基脚，其从所述倾斜顶表面向下延伸以放置在所述沉积环上；和凸出边沿，其位于所述顶表面的内侧周围附近； 内侧柱状带，其从所述环状楔向下延伸；和外侧柱状带，其从所述环状楔向下延伸，其中，所述内侧柱状带的高度小于所述外侧柱状带的高度。
10.一种隔离环，其用于设置在靶材和接地屏蔽件之间，所述隔离环包括环状带，其大小能在所述靶材的溅射表面附近延伸并环绕所述靶材的所述溅射表面， 所述环状带包括顶壁，其具有第一宽度； 底壁，其具有第二宽度；和支撑边部，具有第三宽度且从所述顶壁径向朝外延伸，其中，竖直沟槽形成于所述底壁的外侧周围和所述支撑边部的底接触表面之间。
11.根据权利要求10所述的隔离环，其中，所述第一宽度小于所述第三宽度但大于所述第二宽度。
12.根据权利要求10所述的隔离环，其包括喷砂表面纹理，以增强膜附着力，所述喷砂表面纹理具有180士20Ra的表面粗糙度。
13.根据权利要求10所述的隔离环，其包括通过激光脉冲所提供的表面纹理，用以增进膜附着力，所述表面纹理具有大于500Ra的表面粗糙度。
14.根据权利要求10所述的隔离环，其中，所述隔离环在所述靶材和所述屏蔽件之间形成约1英寸和约2英寸之间的间隙。
15.根据权利要求10所述的隔离环，其包括陶瓷材料。
16.一种覆盖环，其用以在衬底处理室中安置沉积环，其中，所述沉积环适于定位在所述衬底处理室中的衬底支撑件和柱状屏蔽件之间，所述覆盖环包括环状楔，其包括倾斜顶表面，其大小能环绕所述衬底支撑件，所述倾斜顶表面具有内侧周围和外侧周围；基脚，其从所述倾斜顶表面向下延伸、并构造成放置在所述沉积环上；和凸出边沿，其位于所述顶表面的内侧周围附近； 内侧柱状带，其从所述环状楔向下延伸；和外侧柱状带，其从所述环状楔向下延伸，其中，所述内侧柱状带的高度小于所述外侧柱状带的高度。
17.根据权利要求16所述的覆盖环，其中，所述覆盖环包括不锈钢。
18.根据权利要求16所述的覆盖环，其中，所述环状楔的所述倾斜顶表面径向朝内倾斜。
19.根据权利要求16所述的覆盖环，其中，所述内侧柱状带和所述外侧柱状带基本上是竖直的。
20.根据权利要求16所述的覆盖环，其包括具有双线铝电弧喷涂层的暴露表面。
全文摘要
本发明的具体实施例一般涉及一种供半导体处理室所用的处理套件，以及具有处理套件的半导体处理室。详言之，本文所描述的具体实施例涉及一种处理套件，其包括使用于物理沉积室中的覆盖环、屏蔽件以及隔离件。处理套件的组件单独地和可结合地工作，以显著减少颗粒产生和偏离等离子体。相较于现有的多部件屏蔽件，现有的多部件屏蔽件提供延伸的RF返回路径而促使RF谐波造成处理腔外侧的偏离等离子体，本发明的处理套件的组件减少了RF返回路径，因而在内部处理区域中提供改良的等离子体。
文档编号H01L21/203GK102576664SQ201080035744
公开日2012年7月11日 申请日期2010年8月4日 优先权日2009年8月11日
发明者劳拉·郝勒查克, 希兰库玛·萨万戴亚, 汪荣军, 穆罕默德·M·拉希德, 谢志刚, 阿道弗·米勒·阿伦 申请人:应用材料公司