通过脉冲双极溅射的涂覆方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及脉冲双极溅射的方法、装置，用于制造工件的方法以及一种工件。
【背景技术】
[0002] 脉冲双极溅射在半导体制造工业中众所周知。这样的溅射通过应用负溅射脉冲和 随后的正脉冲来实现，所述正脉冲表现为正过冲。该过冲取决于电压源的设计以及腔室阻 抗，特别地取决于电压源变压器的固定抽头。
【发明内容】
[0003] 本发明具有的目的在于提出脉冲双极溅射的改进的方法、改进的装置，用于制造 工件的改进的方法，以及改进的工件。
[0004] 该目的通过包括权利要求1中所指定的特征的方法来达到。在另外的权利要求中 指定方法、装置、用于制造工件的方法以及工件的另外的实施例。
[0005] 本发明涉及脉冲双极溅射的方法。所述方法包括步骤： -在第一时间段期间应用溅射脉冲；和 -在随后的第二时间段期间应用反转（revers)电压脉冲。
[0006] 应用反转电压脉冲的步骤包括控制、特别是调整反转电压脉冲的定时。这样，实现 高质量溅射，特别是对于溅射温度敏感的材料。
[0007] 遍及本描述和权利要求，术语"脉冲"或"应用脉冲"是指一系列脉冲，其可以或可 以不是时间上周期性的。另外，术语"空闲时间（off-time)"是指在随后的相同极性的溅射 脉冲、特别是随后的负溅射脉冲之间的时间段。因而，至少部分地在空闲时间期间应用反转 电压脉冲。还可以在整个空闲时间期间应用反转电压脉冲。
[0008] 令人惊讶地，根据本发明的方法通过精确控制反转电压脉冲的定时、特别是其持 续时间和/或强度而实现高质量的涂层或膜。例如，通过特别降低的粗糙度来实现高质量。 另外，根据本发明的方法提供稳定过程条件以及反转电压的过冲，所谓的"振铃（ringing)" 被降低或避免。另外，根据本发明的方法对于具有有限功率密度的应用、例如对于诸如GST (Ge2Sb2Te5,锗锑碲）之类的容易可蒸发的材料而言是特别有利的。
[0009] 在根据本发明的方法的实施例中，控制独立于溅射脉冲的属性和/或根据至少一 个预定值来执行。这样，实现了高水平的灵活性和/或稳定电压。
[0010] 在一个示例中，预定值是基本上恒定的值，其在应用反转电压脉冲期间提供特别 稳定的过程条件。
[0011] 在根据本发明的方法的另外的实施例中，控制包括控制反转电压脉冲的至少一个 参数，特别是以下中的至少一个： -在第一时间段和第二时间段之间的间隔， -第二时间段的持续时间， -在第二时间段和随后的第一时间段之间的间隔， -空闲时间，以及 -脉冲的强度，特别是电压。
[0012] 在根据本发明的方法的另外的实施例中，通过操作H桥电路来实现控制。
[0013] 在根据本发明的方法的另外的实施例中，溅射是不对称脉冲双极溅射，其中特别 地第一时间段长于或短于第二时间段。
[0014] 在一个示例中，溅射脉冲是负电压脉冲和/或反转电压脉冲是正电压脉冲。
[0015] 在根据本发明的方法的另外的实施例中，在第一时间段和第二时间段之间的间隔 是至少1 μ s和/或5 μ s或更少，特别地2 μ s或更少。这样，实现溅射阶段的最小损耗并 且放电衰减被降低或避免。
[0016] 在根据本发明的方法的另外的实施例中，所述方法包括调整第二时间段以控制膜 参数和/或涂层属性、特别是粗糙度、密度或应力，另外特别是金属层的应力。
[0017] 在根据本发明的方法的另外的实施例中，所述方法此外包括沉积硫族化物膜、特 别是GST，和/或相变材料，特别是容易可蒸发的材料。
[0018] 在根据本发明的方法的另外的实施例中，所述方法此外包括形成3D结构和/或通 孔填充。
[0019] 在根据本发明的方法的另外的实施例中，溅射是低占空比溅射和/或溅射脉冲是 高功率溅射脉冲并且在第二时间段之后的时间段被延长。这样，实现了特别高质量的溅射， 特别是降低的粗糙度。
[0020] 利用这样的低占空比溅射，在具有有限脉冲长度的溅射脉冲期间可以应用高功 率，以使得不发生危险的电弧形成或从靶上局部热斑的蒸发。
[0021] 在根据本发明的方法的另外的实施例中，所述方法包括使用具有高蒸气压和/或 敏感于靶表面上热斑形成的材料，特别地使用GST。这提供高离子能量的优点，而没有形成 电弧或热斑的风险。
[0022] 在根据本发明的方法的另外的实施例中，所述方法包括将溅射与衬底上的RF偏 压组合。这样，实现了改进的溅射质量，特别是降低的粗糙度。
[0023] 另外，本发明涉及用于双极溅射的装置，其包括溅射靶和脉冲发生器，以用于在第 一时间段期间应用溅射脉冲并且在随后的第二时间段期间应用反转电压脉冲，其中脉冲发 生器是可配置的、特别是可调整的以控制反转电压脉冲。
[0024] 在根据本发明的装置的另外的实施例中，脉冲发生器包括用于生成反转电压脉冲 的H桥电路。
[0025] 另外，本发明涉及用于通过使用根据之前的方法实施例中任一个的方法或根据 之前的装置实施例中任一个的装置来制造工件的方法，特别是用于致密化和/或背溅射 (back-sputtering)，另外特别是用于派射GST。
[0026] 另外，本发明涉及工件，其特别包括3D结构，此外特别是一个或多个通孔，其中根 据之前的方法实施例的方法来制造工件。
[0027] 明确指出的是，以上提及的实施例的任何组合、或组合的组合经受另外的组合。只 有将会导致矛盾的那些组合被排除。
【附图说明】
[0028] 以下，借助于示例性实施例和所包括的简化附图来更详细地描述本发明。其示出 在： 图1是示意性图示了反转电压背溅射的原理的布置； 图2是描绘了利用正过冲的双极溅射中高离子能量的原理的图解； 图3是具有正过冲的DC脉冲功率供应的电压迹线； 图4是H桥电路； 图5是不对称双极脉冲的定时方案； 图6是双极脉冲的电压曲线图； 图7是高频单极和双极电压和电流曲线图； 图8是中频单极和双极电压和电流曲线图； 图9是用于低压的高功率/低占空比的曲线图； 图10是用于高压的高功率/低占空比的曲线图；以及 图11是对于双极溅射的GST膜的AFM粗糙度结果。
【具体实施方式】
[0029] 所描述的实施例意为说明示例并且不应当限制本发明。
[0030] 本发明涉及的技术领域 本发明涉及用于背溅射应用、特别是利用像是相变、GeSbTe或类似物之类的材料来填 充通孔的脉冲双极溅射。
[0031] 技术背景 自单靶的双极溅射使用非对称双极脉冲，其中较长的负脉冲用于溅射靶材料并且直接 在负脉冲之后的较短的正脉冲使用在以下应用中： a) 灭除电弧， b) 应力控制（参见：EP_1511877_B1) 商用功率供应、像是Advanced Energy的Pinnacle Plus被设计用于满足在绝缘层的 反应性溅射中的电弧灭除的预期。这些发生器使用具有固定抽头的输出端处的电感。该电 感在负溅射脉冲之后生成正过冲来灭除电弧。正过冲是脉冲的空闲时间的一部分。空闲时 间还已被用作过程参数来调整膜属性，像是金属层的应力，参见：EP_1511877_B1。正过冲还 可以用于衬底的致密化或背溅射。
[0032] 图1示出反转电压背溅射的原理。在负脉冲期间，溅射气体的正离子(Ar+)加速 到靶，而在正脉冲期间，Ar+离子朝向衬底加速。
[0033] 图2在左上的图解中示出被应用于电抗器的偏压波形并且在左下的图解中示出 在衬底支架处测量的时间平均的离子能量分布，其中IEDF轴具有线性缩放。另外，图2在 右方的图解中示出时间分辨的离子能量分布，其具有通过p-dc周期的IOOnm时间分辨率。
[0034] 值得注意的是，在正过冲中观察到高离子能量，如已在以下中报告的：等离子体源 (Plasma Sources) Sci. Technol. 21 (2012) 024004(参见图 2) 〇
[0035] 已经在专利EP_1612266_A1和EP_1710324_B1中以及在专利申请 US2010/