沉积材料的方法和设备的制造方法
【专利摘要】本发明涉及沉积材料的方法和设备。本发明提供一种在腔室内用脉冲DC磁控装置通过脉冲DC磁控溅射将介电材料沉积到衬底上的方法，所述脉冲DC磁控装置产生一个或多个初级磁场；其中，溅射材料从靶材中溅射出，其中，所述靶材和所述衬底隔开2.5～10cm的间隙，并且在所述腔室内产生次级磁场，所述次级磁场引起由所述脉冲DC磁控装置产生的等离子体向所述腔室的一个或多个壁扩展。
【专利说明】
沉积材料的方法和设备
技术领域
[0001] 本发明设及一种通过磁控瓣射将材料沉积到腔室中的衬底上的方法W及相关设 备。
【背景技术】
[0002] 磁控瓣射是众所周知的PVD(物理气相沉积）的实例。磁控瓣射用于将一定范围的 膜沉积到一定范围的衬底上。例如，已知通过脉冲D切兹控瓣射沉积A1N膜。A1N膜能够W确定 的结晶取向进行沉积，从而产生压电特性。沉积的膜从而能够在某些确定的RF频带下形成 谐振结构。运种类型的膜例如在体声波(BAW)装置的制造中具有应用，并用作RF频率的滤波 器。通常情况下，表面积为几平方毫米的BAW装置被装配到圆形娃衬底上。娃衬底可W是直 径为200mm。压电A1N膜的谐振频率是膜厚及其声学特性的一阶函数。因此，整个衬底上的 A1N厚度的不均匀性必须非常低，W允许滤波器在校正的RF滤波器频带中工作。通常情况 下，A1N厚度的不均匀性(NU%)应小于1%。
[0003] A1N的PVD的已知问题是：沉积的膜厚在衬底的径向最外端部分上明显下降。对于 200mm直径的娃晶片，径向最外端15mm的晶片特别容易受到A1N膜厚大幅下降的影响。运种 下降使得BAW滤波器不能由运一部分的晶片制成，除非进行额外的工艺步骤W适应膜厚的 运种内在变化。图1示出了 A1N膜厚(埃)关于娃晶片半径(mm)的函数的两个线扫描，一个线 扫描在90〇,另一个线扫描在第一晶片1和第二晶片2上的沉积。膜厚的下降在晶片的较外 20mm处变得显著，并且在晶片的最外15mm处特别明显。对于200mm直径晶片，晶片的最外 15mm代表87cm2的面积，其中全表面积为314cm2。运代表用于处理的可用娃的损失为28%。
[0004] 应理解的是，通常期望实现均匀的磁控瓣射的沉积膜厚，因为通常期望制造过程 提供均匀的结果。因此，本发明并不限定于A1N膜的沉积。
[0005] 在至少一些本发明的实施方式中，本发明解决了上述问题。
【发明内容】
[0006] 根据本发明的第一方面，提供了 一种在腔室中用脉冲D切兹控装置通过脉冲D切兹控 瓣射将介电材料沉积到衬底上的方法，所述脉冲D切兹控装置产生一个或多个初级磁场；
[0007] 其中，从祀材中瓣射出瓣射材料，其中，所述祀材和所述衬底隔开2.5~10cm的间 隙，并且在所述腔室内产生次级磁场，所述腔室引起由所述脉冲DC磁控装置产生的等离子 体向所述腔室的一个或多个壁扩展。
[000引所述衬底可W具有150mm或更大的宽度。
[0009]所述祀材可W具有一宽度，并且所述衬底可W具有一宽度。所述祀材的宽度可W 大于所述衬底的宽度。在运些情况下，所述等离子体的宽度大于所述衬底的宽度，并且与直 觉相反的是:运可能有利于使所述等离子体进一步扩展。通常情况下，所述祀材和所述衬底 的宽度为各自的半径。原则上，所述祀材和所述衬底可W是不同形状的，并且所述宽度可W 对应于一种或多种不同的线性尺寸。
[0010] 可w使用电磁体仓幡所述次级磁场。可W通过将DC电流施加到线圈来仓幡所述次 级磁场。所述线圈可W设置在所述腔室的外周。通常情况下，所述磁控装置位于所述腔室的 上部区域，并且所述线圈设置在所述腔室的主体部分周围，所述腔室的主体部分位于所述 腔室的上部区域的下方。原则上，所述线圈可W设置在所述腔室内。然而，运被认为是不太 实用的布置。
[0011] 所述电磁体可W是单个电磁体或具有对齐的极性的一系列电磁体，使得全部电磁 体引起由所述磁控装置产生的等离子体向所述腔室的一个或多个壁扩展。
[0012] 或者，可W使用永磁体创建所述次级磁场。然而，有利的是能够使用电磁体，因为 电磁体更容易对所述次级磁场进行微调W产生最佳性能。
[0013] -般情况下，产生所述次级磁场，W便在所述衬底的外周部分提供厚度增大的沉 积的材料。
[0014] 所述次级磁场可W引起离子偏离所述衬底的外周部分。所述次级磁场可W向所述 腔室的一个或多个壁吸引电子W产生漂移电场，所述漂移电场使离子偏离所述衬底的外周 部分。
[0015] 在所述腔室的壁和所述衬底之间的区域中，所述次级磁场可W在所述腔室中大致 沿轴向延伸。
[0016] 可W使用脉冲D切兹控瓣射来沉积所述材料。当与脉冲DC磁控瓣射或产生高密度离 子的任何其它磁控瓣射技术一起使用时，本发明被认为是特别有效的。
[0017] 可W使用反应瓣射来沉积所述材料。
[0018] 沉积的介电材料可W是A1N。沉积的介电材料可W是娃氧化物。
[0019] 负偏压电位可被施加到衬底支架，所述衬底放置在所述衬底支架上。
[0020] 所述等离子体可W在包含氣的气体混合物中产生。其它稀有气体是可预期的。
[0021] Ar+离子可W偏离所述衬底的外周部分。
[0022] 所述衬底可W是半导体衬底，诸如半导体晶片。所述衬底可W是娃衬底。所述衬底 可W是半径为200mm或300mm的晶片。
[0023] 根据本发明的第二方面，提供了一种通过脉冲D切兹控瓣射将介电材料沉积到衬底 上的PV的受备，包括：
[0024] 腔室；
[0025] 脉冲DC磁控装置，所述脉冲DC磁控装置产生一个或多个初级磁场，所述脉冲DC磁 控装置包括能瓣射出瓣射材料的祀材；
[0026] 衬底支架，所述衬底支架设置在所述腔室中；
[0027] 次级磁场产生装置，所述次级磁场产生装置被配置成在使用时所述祀材和所述衬 底隔开2.5~10cm的间隙；W及，
[0028] 控制器，所述控制器被配置成控制所述次级磁场产生装置，使得次级磁场产生在 所述腔室内，而同时沉积所述介电材料，所述次级磁场使所述腔室的一个或多个壁偏离漂 移电场，所述漂移电场使离子偏离所述衬底的外周部分。
[0029] 所述衬底支架被配置成支承宽度为150mm或更大的衬底。
[0030] 所述祀材可W具有宽度。所述衬底支架被配置成支承具有宽度的衬底。所述祀材 的宽度可W大于所述衬底的宽度。
[0031] 所述次级磁场产生装置可W是电磁体。所述电磁体可W是单个电磁体或具有对齐 的极性的一系列电磁体，使得全部电磁体产生磁场，所述磁场使电子向所述腔室的一个或 多个壁偏移W产生漂移电场，所述漂移电场使离子偏离所述衬底的外周部分。
[0032] 所述次级磁场产生装置可W包括:设置在所述腔室的外周的线圈，W及将DC电流 施加到所述线圈的电源。
[0033] 所述脉冲D切兹控装置可W是平衡的磁控管或未平衡的磁控管。
[0034] 所述设备可W进一步包括所述衬底。
[0035] 根据本发明的第Ξ方面，提供了一种制造体声波装置的方法，所述方法包括使用 根据本发明的第一方面的方法将介电材料沉积到衬底上。
[0036] 虽然本发明已经描述如上，但是它延伸至上文中或者下面的说明书、附图或权利 要求中所陈述的特征的任何发明组合。
【附图说明】
[0037] 将参照附图描述根据本发明的设备和方法的实施方式，其中：
[0038] 图1示出了现有技术沉积工艺的作为晶片径向位置的函数的A1N膜厚；
[0039] 图2是现有技术用于沉积A1N的D切兹控系统的一部分的半示意性截面图；
[0040] 图3示出了根据本发明的PV的受备；
[0041] 图4是用于沉积A1N的本发明的D切兹控系统的一部分的半示意性截面图；
[0042] 图5示出了对于DC线圈中的若干DC电流值，作为晶片径向位置的函数的A1N膜厚； W及，
[0043] 图6示出了对于DC线圈中的若干DC电流值，晶片内已沉积的A1N膜的不均一性。
【具体实施方式】
[0044] 图3示出了本发明的PVD设备，通常用30描述。设备30包括腔室32,腔室32容纳DC磁 控装置34;祀材36,通过磁控装置34从祀材36中瓣射出材料；W及衬底支架38,衬底支架38 支承衬底(未示出），所需的材料沉积在衬底上。设备30进一步包括线圈40,线圈40设置在腔 室32的主体部分周围。在图3所示的实施方式中，腔室是圆柱形的，虽然在原则上可W利用 其它腔室形状和其它线圈横截面形状。为了简单呈现起见，磁控瓣射装置的其它通用方面 (诸如气体入口和出口）未在图3中示出。
[0045] 将脉冲DC功率从DC电源施加到祀材36上。通过线圈DC电源46将DC功率施加到线圈 40，线圈DC电源46能够改变施加的电流。将RF功率从RF电源44施加到衬底支架38，W便使衬 底支架具有负偏压。通常情况下，衬底支架38通常W13.56MHz进行驱动，尽管本发明并不受 限制于运个方面。电源42、44、46的操作由控制器48控制。控制器48可W是具有合适的图形 用户界面的计算机。
[0046] 已在上面描述了与材料(诸如A1N)沉积有关的膜均匀性的问题。本发明人认为:他 们已经发现了沉积的A1N膜在晶片外周处的厚度降低的原因。不希望受到任何特定的理论 或推测所束缚，据信:在晶片外周处的膜厚降低是由于带正电荷的离子瓣射。运被描绘在图 2中，图2示出了D邱兹控系统的一部分，D邱兹控系统的一部分包括具有祀材背板20a的腔室 20,祀材背板20a充当盖部。祀材22被粘接到祀材背板20a上。一对可旋转的磁铁24放置在祀 材背板20a的对面，远离祀材22。晶片26放置在台板28上，台板28能被RF驱动W产生负DC偏 压。将氣气和氮气的混合物引入腔室，并且将负的脉冲高DC电压施加到由此充当阴极的祀 材背板20a/祀材22。运产生了包含氣离子和A1N离子的高密度等离子体。晶片26位于阴极的 主侵蚀轨道内，阴极的主侵蚀轨道由磁铁24的转动路径限定。据信，一部分离子使等离子体 的阴极辉光(negative glow)逸出并朝着台板28移动。也据信，台板28上的负偏压起到将带 正电荷的离子(诸如Ar+)吸引到晶片26的边缘的作用，从而导致沉积的A1N膜在该区域中通 过瓣射蚀刻变薄。A1正离子和N正离子可能也会产生某些瓣射蚀刻。
[0047] 图4示出了本发明的设备的一部分，运与图2所示的现有技术设备的许多特征相 同。因此，图4中已使用的相同附图标记描述了运些相同特征。图4中所示的本发明的实施方 式进一步包括多应线圈29,多应线圈29位于腔室20的主体部分周围。线圈29由DC电源(未示 出)供给DC电流。图4也示出了由通电线圈29产生的次级磁场线。可见，腔室20的内部中产生 的磁场线21沿着腔室大致轴向延伸至接近主体部分的腔室壁。由线圈29产生的次级磁场的 作用是引起等离子体朝向腔室20的主体部分的壁扩展。不希望受到任何特定的理论或推测 所束缚，据信:次级磁场吸引来自阴极的电子，运反过来建立了漂移电场，该漂移电场使离 子偏离晶片26的边缘。运降低了在晶片的边缘处的瓣射蚀刻。因此，据信，本发明能够通过 使运些正离子朝向腔室壁偏离来减少朝向晶片边缘移动的正离子的数目，否则运会瓣射蚀 刻晶片的边缘区域。由于影响晶片边缘区域的正离子数得W减少，据信，由离子轰击导致的 晶片的运个区域中的局部变薄的效果也减少。运导致沉积的膜均匀性改善。
[0048] 已使用根据图2和图4的设备进行实验，W将A1N膜沉积到娃衬底上。所使用的沉积 工艺条件示于表1中。
[0049] 表1 :A1N膜沉积的工艺条件
[(K)加]
[0051]将多种DC电流施加到产生次级磁场的线圈（分别对应于图4和图3中所示的线圈29 和线圈40)。更具体地说，0A、10A和20A的电流与33应线圈结合使用。图5示出了对于使用运 些DC电流沉积的膜，沉积的A1N膜厚与晶片上的径向位置的函数。线50示出了当不施加电流 时的膜厚，线52示出了 10A电流的膜厚，并且线54示出了 20A电流的膜厚。可见，当20A电流用 于产生次级磁场时，在娃晶片的边缘处A1N膜厚没有出现下降。图6示出了3、5和10mm边缘排 除(ee)的49点极性测量的由10%标准偏差表示的晶片内膜(WIW)厚度不均匀性关于施加到 生成次级磁场的线圈的DC线圈电流的函数。线60、62、64分别对应于3mm、5mm和10mm的边缘 排除。图6示出了在未施加直流电流时不均匀性在3和5mm边缘排除处较高，运是由于在晶片 边缘处膜厚下降。在施加20A的DC电流时，晶片内不均匀性对于3mm、5mm到10mm的边缘排除 来说基本上相同。可见，对于与运些实验相关的系统和工艺条件，最佳次级磁场是由施加约 20A的DC电流产生的。也能够看出获得了优异的结果。实际上，加工到3mm边缘排除被认为是 现有技术。使用电磁体产生次级磁场是有利的，因为它允许磁场的强度容易改变W得到最 佳结果。在本文提供的实例中，优化的磁场为33X20 = 660安培应(Amp turn)。对于任何给 定的实现方式，使用本文提供的原理能够容易地得到优化的磁场。
[0052]本发明能够应用于范围广泛的PVD系统。能够产生实施本发明的预定系统，并且也 能够容易地改进现有的PVD系统。
【主权项】
1. 一种在腔室内用脉冲DC磁控装置通过脉冲DC磁控溅射将介电材料沉积到衬底上的 方法，所述脉冲DC磁控装置产生一个或多个初级磁场； 其中，从靶材中溅射出溅射材料，其中，所述靶材和所述衬底隔开2.5~10cm的间隙，并 且在所述腔室内产生次级磁场，所述次级磁场引起由所述脉冲DC磁控装置产生的等离子体 向所述腔室的一个或多个壁扩展。2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述衬底具有150mm或更大的宽度。3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述靶材具有宽度，所述衬底具有宽度，并且 所述靶材的宽度大于所述衬底的宽度。4. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，使用电磁体创建所述次级磁场。5. 根据权利要求4所述的方法，其中，通过将DC电流施加到线圈来创建所述次级磁场， 所述线圈设置在所述腔室的外周。6. 根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述电磁体是单个电磁体或具有对齐的极性 的一系列电磁体，使得全部电磁体引起由所述磁控装置产生的等离子体向所述腔室的一个 或多个壁扩展。7. 根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，产生所述次级磁场，以便在所述衬底 的外周部分提供厚度增大的沉积的介电材料。8. 根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述次级磁场引起离子偏离所述衬 底的外周部分。9. 根据权利要求8所述的方法，其中，Ar+离子偏离所述衬底的外周部分。10. 根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述次级磁场向所述腔室的一个或多个壁吸 引电子以产生漂移电场，所述漂移电场使离子偏离所述衬底的外周部分。11. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述腔室的壁和所述衬底之间的 区域中，所述次级磁场在所述腔室中大致沿轴向延伸。12. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，A1N被沉积。13. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将负偏压电位施加到衬底支架，所 述衬底放置在所述衬底支架上。14. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述衬底是半导体衬底，诸如硅衬 底。15. -种通过DC磁控溅射将介电材料沉积到衬底上的PVD设备，包括： 腔室； 脉冲DC磁控装置，所述DC磁控装置产生一个或多个初级磁场，所述脉冲DC磁控装置包 括能溅射出溅射材料的靶材； 衬底支架，所述衬底支架设置在所述腔室中； 次级磁场产生装置，所述次级磁场产生装置被配置成在使用时所述靶材和所述衬底隔 开2.5~10cm的间隙；以及， 控制器，所述控制器被配置成控制所述次级磁场产生装置，使得在所述腔室内产生次 级磁场，而同时沉积所述介电材料，所述次级磁场使电子向所述腔室的一个或多个壁偏移 以产生漂移电场，所述漂移电场使离子偏离所述衬底的外周部分。16. 根据权利要求15所述的设备，其中，所述衬底支架被配置成支承宽度为150mm或更 大的衬底。17. 根据权利要求15或16所述的设备，其中，所述靶材具有宽度，所述衬底支架被配置 成支承具有宽度的衬底，并且所述靶材的宽度大于所述衬底的宽度。18. 根据权利要求15至17中任一项所述的设备，其中，所述次级磁场产生装置是电磁 体。19. 根据权利要求18所述的设备，其中，所述电磁体是单个电磁体或具有对齐的极性的 一系列电磁体，使得全部电磁体产生磁场，所述磁场使电子向所述腔室的一个或多个壁偏 移以产生漂移电场，所述漂移电场使离子偏离所述衬底的外周部分。20. 根据权利要求15至19中任一项所述的设备，其中，所述次级磁场产生装置包括:设 置在所述腔室的外周的线圈，以及将DC电流施加到所述线圈的电源。21. 根据权利要求15至20中任一项所述的设备，进一步包括所述衬底。22. -种制造体声波装置的方法，所述方法包括使用根据权利要求1所述的方法将介电 材料沉积到衬底上。
【文档编号】C23C14/06GK106011761SQ201610201666
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】斯蒂芬·R·伯吉斯, R·辛德曼, 阿米特·拉斯托吉, 保罗·埃杜拉多·利马, C·L·威迪克斯, 保罗·理查, 斯科特·海莫尔, 丹尼尔·库克
【申请人】Spts科技有限公司