用于介电膜的高功率脉冲磁控溅射物理气相沉积的脉冲直流源及应用方法技术

使用物理气相沉积处理形成介电膜层的设备和方法包括将溅射气体输送到位于处理腔室的处理区域中的基板，该处理腔室具有含电介质的溅射靶，输送能量脉冲到溅射气体产生溅射等离子体，溅射等离子体由能量脉冲所形成，能量脉冲具有在小于50kHz并且大于5kHz的频率下的在约800伏特和约2000伏特之间的平均电压和在约50安培和约300安培之间的平均电流，并且将溅射等离子体引导朝向含电介质的溅射靶以形成包含从含电介质的溅射靶溅射的电介质材料的电离物质，电离物质在基板上形成含电介质的膜。

Pulsed DC source for high power pulsed magnetron sputtering physical vapor deposition of dielectric films and its application

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于介电膜的高功率脉冲磁控溅射物理气相沉积的脉冲直流源及应用方法
本原理的实施方式一般涉及用于沉积膜的方法和设备，更具体地涉及用于沉积介电脉冲高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)物理气相沉积(PVD)膜的HIPIMS源及其方法。
技术介绍
随着半导体工业引入具有更高效能和更大功能的新一代集成电路(IC)，形成这些IC的元件的密度增加，而各个部件或元件之间的尺寸、大小和间隔减小。虽然过去这种减少仅受限于使用光刻法定义结构的能力，但是具有以微米或纳米测量的尺寸的装置几何形状产生了新的限制因素，例如导电互连的导电性、互连之间使用的绝缘材料的介电常数、在3D的NAND或DRAM形式处理中蚀刻小结构或其他挑战。这些限制可能受益于更耐用、更高密度和更高硬度的硬掩模。厚的介电硬掩模，例如碳硬掩模，是众所周知的并且通常用作POR膜。然而，当前的介电硬掩模如石墨、Sp2型，或其他碳硬掩模组合物预期会不足，因为DRAM和NAND继续缩小至低于约10nm的范围。这种缩小将需要甚至更高深宽比的深接触孔或沟槽蚀刻。高深宽比蚀刻问题包括堵塞、孔形变形和图案变形，在这些应用中通常会观察到顶部临界尺寸爆炸、线弯曲、轮廓弯曲。许多蚀刻挑战取决于硬掩模材料特性。深接触孔变形可能与较低的硬掩模密度和较高的颗粒数有关。狭缝图案变形或线弯曲是由于硬掩模材料较低的选择性和应力。因此，专利技术人认为需要具有更高密度、更高蚀刻选择性、更低应力和更高反射率指数的蚀刻硬掩模。
技术实现思路
本文提供了使用物理气相沉积处理形成介电膜层的设备和方法的实施方式。在一些实施方式中，使用物理气相沉积处理形成介电膜层的方法包括将溅射气体输送到位于处理腔室的处理区域中的基板，该处理腔室具有含电介质的溅射靶，输送能量脉冲到溅射气体以产生溅射等离子体，溅射等离子体由能量脉冲所形成，所述能量脉冲具有在小于50kHz和大于5kHz的频率下的在约800伏特和约2000伏特之间的平均电压以及在约50安培和约300安培之间的平均电流，并且将溅射等离子体引导朝向含电介质的溅射靶以形成包含从含电介质的溅射靶溅射的电介质材料的电离物质，电离物质在基板上形成含电介质的膜。在一些实施方式中，用于使用物理气相沉积处理提供用于形成介电膜层的能量脉冲的设备包括用于提供功率的电源、用于累积功率以提供高功率的充电电路，以及用于提供能量脉冲的放电电路。在至少一个实施方式中，该设备被配置为向位于处理腔室的处理区域中的基板附近的溅射气体提供能量脉冲，该处理腔室具有含电介质的溅射靶以产生溅射等离子体，能量脉冲具有在小于50kHz且大于5kHz的频率下的在约800伏特和约2000伏特之间的平均电压以及在约50安培和约300安培之间的平均电流。在一些实施方式中，使用物理气相沉积处理形成碳膜层的方法包括将溅射气体输送到位于处理腔室的处理区域中的基板，该处理腔室具有含碳溅射靶，输送能量脉冲至溅射气体以产生溅射等离子体，溅射等离子体由能量脉冲所形成，所述能量脉冲具有在小于50kHz且大于5kHz的频率下的在约800伏特和约2000伏特之间的平均电压以及在约50安培和约300安培之间的平均电流，并形成电离物质，所述电离物质包括从含碳溅射靶溅射的碳材料，其中电离物质在基板上形成含碳膜层。下面描述本原理的其他和进一步的实施方式。附图说明通过参考附图中描绘的本原理的说明性实施方式，可以理解以上简要概述以及下面更详细讨论的本原理的实施方式。然而，附图仅示出了本原理的典型实施方式，因此不应视为对范围的限制，因为本原理可允许其他同等有效的实施方式。图1描绘了根据本原理的实施方式的物理气相沉积(PVD)处理腔室的示意性截面图。图2描绘了根据本原理的实施方式的混合高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)功率源的高级示意图。图3描绘了根据本原理的实施方式的颗粒数作为由HIPIMSPVD处理产生的频率增加的函数的曲线图。图4描绘了根据本原理使用两种不同频率产生的碳膜形态的图示。图5描绘了根据本原理的实施方式的使用PVD处理形成介电膜层的方法的流程图。为了便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记来表示附图中共有的相同元件。附图未按比例绘制，并且为了清楚起见可以简化。一个实施方式的元件和特征可以有利地并入其他实施方式中而无需进一步叙述。具体实施方式在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本文描述的示例性实施方式或其他示例的透彻理解。然而，可以在没有具体细节的情况下实践这些实施方式和示例。在其他情况下，没有详细描述众所周知的方法、处理、部件和/或电路，以免模糊以下描述。此外，所公开的实施方式仅用于示例性目的，并且可以采用其他实施方式来代替所公开的实施方式或与所公开的实施方式组合。图1示出了根据本原理的实施方式的适用于使用高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)处理溅射沉积材料的示例性物理气相沉积(PVD)处理腔室100(例如，溅射处理腔室)。可以适于形成根据本原理的介电膜的处理腔室的一个例子是PVD处理腔室，可从位于加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司获得。其他溅射处理腔室(包括来自其他制造商的那些)可以适于实施本原理。处理腔室100包括腔室主体108，腔室主体108具有限定在其中的处理空间118。腔室主体108具有侧壁110和底部146。腔室主体108和处理腔室100的相关部件的尺寸不受限制，并且通常成比例地大于待处理的基板190的尺寸。可以处理任何合适的基板尺寸。合适的基板尺寸的实例包括直径为200mm、直径为300mm、直径为450mm或更大的基板。腔室盖组件104安装在腔室主体108的顶部上。腔室主体108可以由铝或其他合适的材料制成。基板进出口130穿过腔室主体108的侧壁110而形成，以便于基板190传送进出处理腔室100。进出口130可以耦合到传送腔室和/或基板处理系统的其他腔室。气体源128连接到腔室主体108，以将处理气体供应到处理空间118中。在一个实施方式中，如果需要，处理气体可包括惰性气体、非反应性气体和反应性气体。可由气体源128提供的处理气体的实例包括但不限于氩气(Ar)、氦气(He)、氖气(Ne)、氪(Kr)、氙(Xe)、氮气(N2)、氧气(O2)、氢气(H2)、合成气体(N2+H2)、氨气(NH3)、甲烷(CH4)、一氧化碳(CO)和/或二氧化碳(CO2)等。穿过腔室主体108的底部146而形成泵送口150。泵送装置152连接到处理空间118以抽空和控制其中的压力。泵送系统和腔室冷却设计可在适合热预算需求的高温(例如，-25摄氏度至+650摄氏度)下实现高本底真空(basevacuum)(例如，1E-8托或更低)和低升高率(例如，1,000毫托/分钟)。泵送系统旨在提供处理压力的精确控制，这是晶体结构(例如，Sp3含量)、应力控制和调整的关键参数。处理压力可以保持在约1毫托至约500毫托之间的范围内，例如在约2毫托至约20毫托之间。盖组件104通常包括靶120本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用物理气相沉积处理形成介电膜层的方法，包括以下步骤：/n将溅射气体输送到位于处理腔室的处理区域中的基板，所述处理腔室具有含电介质的溅射靶；/n向所述溅射气体输送能量脉冲以产生溅射等离子体，所述溅射等离子体由能量脉冲所形成，所述能量脉冲具有在小于50kHz且大于5kHz的频率下的在约800伏特和约2000伏特之间的平均电压以及在约50安培和约300安培之间的平均电流；和/n将所述溅射等离子体引导朝向所述含电介质的溅射靶以形成电离物质，所述电离物质包含从所述含电介质的溅射靶溅射的电介质材料，所述电离物质在所述基板上形成含电介质的膜。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171030 US 15/797,3611.一种使用物理气相沉积处理形成介电膜层的方法，包括以下步骤：
将溅射气体输送到位于处理腔室的处理区域中的基板，所述处理腔室具有含电介质的溅射靶；
向所述溅射气体输送能量脉冲以产生溅射等离子体，所述溅射等离子体由能量脉冲所形成，所述能量脉冲具有在小于50kHz且大于5kHz的频率下的在约800伏特和约2000伏特之间的平均电压以及在约50安培和约300安培之间的平均电流；和
将所述溅射等离子体引导朝向所述含电介质的溅射靶以形成电离物质，所述电离物质包含从所述含电介质的溅射靶溅射的电介质材料，所述电离物质在所述基板上形成含电介质的膜。


2.如权利要求1所述的方法，其中所述电介质材料包括碳。


3.如权利要求2所述的方法，其中所述能量脉冲在5和10微秒之间。


4.如权利要求1所述的方法，其中所述基板保持在约2毫托和约20毫托之间的压力下。


5.如权利要求1所述的方法，其中所述能量脉冲的宽度小于100微秒且大于5微秒。


6.如权利要求1所述的方法，其中所述溅射气体包括对所述基板或所述溅射靶中的至少一个呈惰性的气体。


7.一种发生器，用于使用物理气相沉积处理提供形成介电膜层的能量脉冲，包括：
整流电路，提供能量电荷；
反相电路，反转所述能量电荷；和
脉冲电路，将经反转的能量电荷转换为能量脉冲；
其中所述发生器被配置为：
向位于处理腔室的处理区域中的基板附近的溅射气体提供能量脉冲，所述处理腔室具有含电介质的溅射靶以产生溅射等离...

【专利技术属性】
技术研发人员：维加斯拉夫·巴巴扬，阿道夫·米勒·艾伦，巴加夫·西特拉，罗纳德·D·迪多尔，凡妮莎·法恩，华忠强，瓦贝哈夫·索尼，吴梦露，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US