通過(guò)脈沖雙極濺射的涂覆方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及脈沖雙極濺射的方法、裝置，用于制造工件的方法以及一種工件。
【背景技術(shù)】
[0002] 脈沖雙極濺射在半導(dǎo)體制造工業(yè)中眾所周知。這樣的濺射通過(guò)應(yīng)用負(fù)濺射脈沖和 隨后的正脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述正脈沖表現(xiàn)為正過(guò)沖。該過(guò)沖取決于電壓源的設(shè)計(jì)以及腔室阻 抗，特別地取決于電壓源變壓器的固定抽頭。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明具有的目的在于提出脈沖雙極濺射的改進(jìn)的方法、改進(jìn)的裝置，用于制造 工件的改進(jìn)的方法，以及改進(jìn)的工件。
[0004] 該目的通過(guò)包括權(quán)利要求1中所指定的特征的方法來(lái)達(dá)到。在另外的權(quán)利要求中 指定方法、裝置、用于制造工件的方法以及工件的另外的實(shí)施例。
[0005] 本發(fā)明涉及脈沖雙極濺射的方法。所述方法包括步驟： -在第一時(shí)間段期間應(yīng)用濺射脈沖；和 -在隨后的第二時(shí)間段期間應(yīng)用反轉(zhuǎn)（revers)電壓脈沖。
[0006] 應(yīng)用反轉(zhuǎn)電壓脈沖的步驟包括控制、特別是調(diào)整反轉(zhuǎn)電壓脈沖的定時(shí)。這樣，實(shí)現(xiàn) 高質(zhì)量濺射，特別是對(duì)于濺射溫度敏感的材料。
[0007] 遍及本描述和權(quán)利要求，術(shù)語(yǔ)"脈沖"或"應(yīng)用脈沖"是指一系列脈沖，其可以或可 以不是時(shí)間上周期性的。另外，術(shù)語(yǔ)"空閑時(shí)間（off-time)"是指在隨后的相同極性的濺射 脈沖、特別是隨后的負(fù)濺射脈沖之間的時(shí)間段。因而，至少部分地在空閑時(shí)間期間應(yīng)用反轉(zhuǎn) 電壓脈沖。還可以在整個(gè)空閑時(shí)間期間應(yīng)用反轉(zhuǎn)電壓脈沖。
[0008] 令人驚訝地，根據(jù)本發(fā)明的方法通過(guò)精確控制反轉(zhuǎn)電壓脈沖的定時(shí)、特別是其持 續(xù)時(shí)間和/或強(qiáng)度而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的涂層或膜。例如，通過(guò)特別降低的粗糙度來(lái)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量。 另外，根據(jù)本發(fā)明的方法提供穩(wěn)定過(guò)程條件以及反轉(zhuǎn)電壓的過(guò)沖，所謂的"振鈴（ringing)" 被降低或避免。另外，根據(jù)本發(fā)明的方法對(duì)于具有有限功率密度的應(yīng)用、例如對(duì)于諸如GST (Ge2Sb2Te5,鍺銻碲）之類(lèi)的容易可蒸發(fā)的材料而言是特別有利的。
[0009] 在根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例中，控制獨(dú)立于濺射脈沖的屬性和/或根據(jù)至少一 個(gè)預(yù)定值來(lái)執(zhí)行。這樣，實(shí)現(xiàn)了高水平的靈活性和/或穩(wěn)定電壓。
[0010] 在一個(gè)示例中，預(yù)定值是基本上恒定的值，其在應(yīng)用反轉(zhuǎn)電壓脈沖期間提供特別 穩(wěn)定的過(guò)程條件。
[0011] 在根據(jù)本發(fā)明的方法的另外的實(shí)施例中，控制包括控制反轉(zhuǎn)電壓脈沖的至少一個(gè) 參數(shù)，特別是以下中的至少一個(gè)： -在第一時(shí)間段和第二時(shí)間段之間的間隔， -第二時(shí)間段的持續(xù)時(shí)間， -在第二時(shí)間段和隨后的第一時(shí)間段之間的間隔， -空閑時(shí)間，以及 -脈沖的強(qiáng)度，特別是電壓。
[0012] 在根據(jù)本發(fā)明的方法的另外的實(shí)施例中，通過(guò)操作H橋電路來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。
[0013] 在根據(jù)本發(fā)明的方法的另外的實(shí)施例中，濺射是不對(duì)稱(chēng)脈沖雙極濺射，其中特別 地第一時(shí)間段長(zhǎng)于或短于第二時(shí)間段。
[0014] 在一個(gè)示例中，濺射脈沖是負(fù)電壓脈沖和/或反轉(zhuǎn)電壓脈沖是正電壓脈沖。
[0015] 在根據(jù)本發(fā)明的方法的另外的實(shí)施例中，在第一時(shí)間段和第二時(shí)間段之間的間隔 是至少1 μ s和/或5 μ s或更少，特別地2 μ s或更少。這樣，實(shí)現(xiàn)濺射階段的最小損耗并 且放電衰減被降低或避免。
[0016] 在根據(jù)本發(fā)明的方法的另外的實(shí)施例中，所述方法包括調(diào)整第二時(shí)間段以控制膜 參數(shù)和/或涂層屬性、特別是粗糙度、密度或應(yīng)力，另外特別是金屬層的應(yīng)力。
[0017] 在根據(jù)本發(fā)明的方法的另外的實(shí)施例中，所述方法此外包括沉積硫族化物膜、特 別是GST，和/或相變材料，特別是容易可蒸發(fā)的材料。
[0018] 在根據(jù)本發(fā)明的方法的另外的實(shí)施例中，所述方法此外包括形成3D結(jié)構(gòu)和/或通 孔填充。
[0019] 在根據(jù)本發(fā)明的方法的另外的實(shí)施例中，濺射是低占空比濺射和/或?yàn)R射脈沖是 高功率濺射脈沖并且在第二時(shí)間段之后的時(shí)間段被延長(zhǎng)。這樣，實(shí)現(xiàn)了特別高質(zhì)量的濺射， 特別是降低的粗糙度。
[0020] 利用這樣的低占空比濺射，在具有有限脈沖長(zhǎng)度的濺射脈沖期間可以應(yīng)用高功 率，以使得不發(fā)生危險(xiǎn)的電弧形成或從靶上局部熱斑的蒸發(fā)。
[0021] 在根據(jù)本發(fā)明的方法的另外的實(shí)施例中，所述方法包括使用具有高蒸氣壓和/或 敏感于靶表面上熱斑形成的材料，特別地使用GST。這提供高離子能量的優(yōu)點(diǎn)，而沒(méi)有形成 電弧或熱斑的風(fēng)險(xiǎn)。
[0022] 在根據(jù)本發(fā)明的方法的另外的實(shí)施例中，所述方法包括將濺射與襯底上的RF偏 壓組合。這樣，實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)的濺射質(zhì)量，特別是降低的粗糙度。
[0023] 另外，本發(fā)明涉及用于雙極濺射的裝置，其包括濺射靶和脈沖發(fā)生器，以用于在第 一時(shí)間段期間應(yīng)用濺射脈沖并且在隨后的第二時(shí)間段期間應(yīng)用反轉(zhuǎn)電壓脈沖，其中脈沖發(fā) 生器是可配置的、特別是可調(diào)整的以控制反轉(zhuǎn)電壓脈沖。
[0024] 在根據(jù)本發(fā)明的裝置的另外的實(shí)施例中，脈沖發(fā)生器包括用于生成反轉(zhuǎn)電壓脈沖 的H橋電路。
[0025] 另外，本發(fā)明涉及用于通過(guò)使用根據(jù)之前的方法實(shí)施例中任一個(gè)的方法或根據(jù) 之前的裝置實(shí)施例中任一個(gè)的裝置來(lái)制造工件的方法，特別是用于致密化和/或背濺射 (back-sputtering)，另外特別是用于派射GST。
[0026] 另外，本發(fā)明涉及工件，其特別包括3D結(jié)構(gòu)，此外特別是一個(gè)或多個(gè)通孔，其中根 據(jù)之前的方法實(shí)施例的方法來(lái)制造工件。
[0027] 明確指出的是，以上提及的實(shí)施例的任何組合、或組合的組合經(jīng)受另外的組合。只 有將會(huì)導(dǎo)致矛盾的那些組合被排除。
【附圖說(shuō)明】
[0028] 以下，借助于示例性實(shí)施例和所包括的簡(jiǎn)化附圖來(lái)更詳細(xì)地描述本發(fā)明。其示出 在： 圖1是示意性圖示了反轉(zhuǎn)電壓背濺射的原理的布置； 圖2是描繪了利用正過(guò)沖的雙極濺射中高離子能量的原理的圖解； 圖3是具有正過(guò)沖的DC脈沖功率供應(yīng)的電壓跡線； 圖4是H橋電路； 圖5是不對(duì)稱(chēng)雙極脈沖的定時(shí)方案； 圖6是雙極脈沖的電壓曲線圖； 圖7是高頻單極和雙極電壓和電流曲線圖； 圖8是中頻單極和雙極電壓和電流曲線圖； 圖9是用于低壓的高功率/低占空比的曲線圖； 圖10是用于高壓的高功率/低占空比的曲線圖；以及 圖11是對(duì)于雙極濺射的GST膜的AFM粗糙度結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 所描述的實(shí)施例意為說(shuō)明示例并且不應(yīng)當(dāng)限制本發(fā)明。
[0030] 本發(fā)明涉及的技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及用于背濺射應(yīng)用、特別是利用像是相變、GeSbTe或類(lèi)似物之類(lèi)的材料來(lái)填 充通孔的脈沖雙極濺射。
[0031] 技術(shù)背景 自單靶的雙極濺射使用非對(duì)稱(chēng)雙極脈沖，其中較長(zhǎng)的負(fù)脈沖用于濺射靶材料并且直接 在負(fù)脈沖之后的較短的正脈沖使用在以下應(yīng)用中： a) 滅除電弧， b) 應(yīng)力控制（參見(jiàn)：EP_1511877_B1) 商用功率供應(yīng)、像是Advanced Energy的Pinnacle Plus被設(shè)計(jì)用于滿足在絕緣層的 反應(yīng)性濺射中的電弧滅除的預(yù)期。這些發(fā)生器使用具有固定抽頭的輸出端處的電感。該電 感在負(fù)濺射脈沖之后生成正過(guò)沖來(lái)滅除電弧。正過(guò)沖是脈沖的空閑時(shí)間的一部分?？臻e時(shí) 間還已被用作過(guò)程參數(shù)來(lái)調(diào)整膜屬性，像是金屬層的應(yīng)力，參見(jiàn)：EP_1511877_B1。正過(guò)沖還 可以用于襯底的致密化或背濺射。
[0032] 圖1示出反轉(zhuǎn)電壓背濺射的原理。在負(fù)脈沖期間，濺射氣體的正離子(Ar+)加速 到靶，而在正脈沖期間，Ar+離子朝向襯底加速。
[0033] 圖2在左上的圖解中示出被應(yīng)用于電抗器的偏壓波形并且在左下的圖解中示出 在襯底支架處測(cè)量的時(shí)間平均的離子能量分布，其中IEDF軸具有線性縮放。另外，圖2在 右方的圖解中示出時(shí)間分辨的離子能量分布，其具有通過(guò)p-dc周期的IOOnm時(shí)間分辨率。
[0034] 值得注意的是，在正過(guò)沖中觀察到高離子能量，如已在以下中報(bào)告的：等離子體源 (Plasma Sources) Sci. Technol. 21 (2012) 024004(參見(jiàn)圖 2) 〇
[0035] 已經(jīng)在專(zhuān)利EP_1612266_A1和EP_1710324_B1中以及在專(zhuān)利申請(qǐng) US2010/