CN101868562A - 用于沉积扩散薄膜的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及扩散薄膜的沉积方法和装置，用于半导体制造和各种工其的表面涂覆中。为了使用薄膜涂覆处理目标(诸如，半导体、各种成型产品或各种工具)的表面，连续地并变化地调节选择自偏置电压、气体量、电弧电源、和溅射电源的过程因素，其中形成在处理目标表面的薄膜成分比率不是通过化学反应而是通过物理方法被连续改变。因而生产了具有高硬度的薄膜。根据其最终用途选择待沉积薄膜的成分比率，因而沉积了具有优异耐磨性、耐冲击性和耐热性的薄膜。

Description

用于沉积扩散薄膜的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于半导体制造和各种切削工具的表面涂覆中的扩散薄膜沉积的方法和装置，尤其涉及扩散薄膜的沉积方法和装置，其中，当不是通过化学气相沉积(CVD)而是通过物理气相沉积(PVD)沉积薄膜时，通过使用离子碰撞能量的再溅射，薄膜成分比率在其深度方向是连续变化的，而且，根据其最终用途而选择待沉积的薄膜的成分比率，因而改善了薄膜的特性和沉积特性。
背景技术
一般来说，用于处理目标(诸如半导体、各种成型产品或工具)的表面处理的薄膜沉积(或涂覆)，需要使用能够沉积薄膜厚度范围从几个到几十个微米(μm)的PVD装置。根据最终用途和周围环境，这种用于沉积薄膜的装置使薄膜的形式能够满足各种需要，包括高硬度、耐磨性和耐冲击性。
因此，为了提供具有满足全部的高硬度、耐磨性、耐冲击性和耐热性的优良特性的薄膜，人们已经做出了很大的努力，以改进各种沉积条件，包括薄膜沉积方法、薄膜材料和供应的反映气体。
鉴于此，如图1所例示的，当使用TiAlN薄膜涂覆处理目标时，为了同时改善相互矛盾的耐磨性和耐冲击性，不仅可以将具有高耐磨性和耐热性的氮化铝薄膜层(AlN：层2，层4)，而且可以将具有高硬度和润滑能力的氮化钛薄膜层(TiN：层1，层3)或其它薄膜层(未示出)层叠，从而实现了能够同时满足耐磨性和耐冲击性的多层薄膜10。
如上所述，当AlN薄膜层(层2，层4)以及TiN薄膜层(层1，层3)被沉积，从而形成多层结构(层1至层4)时，可以改善各个层(层1、层2、层3、层4)的耐磨性或耐冲击性。然而，连接层(或分裂层)可能形成在各个层(层1、层2、层3、层4)之间，不合期望地使多层薄膜裂开并分离，使得不可能明显改善作为完整的多层结构的薄膜10的特性。
发明内容
技术问题
因此，本发明针对现有技术中出现的上述问题，提供了一种用于沉积扩散薄膜的方法和装置，其中，当使用薄膜涂覆处理目标(诸如，半导体、各种成型产品或各种切削工具)的表面时，薄膜的成分比率在其深度方向上连续变化，而且，根据其最终用途选择待沉积薄膜的成分比率，从而改善了薄膜的沉积特性。
技术方案
根据本发明，一种沉积扩散薄膜的方法，可以包括：施加从偏置电压、气体量、电弧电源和溅射电源之中选择的一个或更多个过程因素，其引起一种或更多种薄膜材料被引导并沉积在处理目标上，同时连续改变所述一个或更多个过程因素，以改变所述处理目标的表面上的离子碰撞能量，因而造成所述薄膜成分的再溅射，因此形成了所述扩散薄膜。
同样，从偏置电压、气体量、电弧电源和溅射电源之中选择的所述一个或更多个过程因素，在用户设置的时间内至少可以被连续增加或减小一次。
而且，在用户设置的时间内，从偏置电压、气体量、电弧电源和溅射电源之中选择的所述一个或更多个过程因素，可以被增加并随后减小，或被减小并随后增加至少一次。
在被引导并沉积在所述处理目标的表面上的所述扩散薄膜中，相对于所述薄膜的全部或部分厚度，所述扩散薄膜的一个或更多成分比率在0.2～35％的范围内，在所述薄膜的深度方向上可以被连续增加或减小至少一次。
同样，在被引导并沉积在所述处理目标的表面上的扩散薄膜中，相对于所述薄膜的全部或部分厚度，所述扩散薄膜的一个或更多成分比率在0.2～35％的范围内，在所述薄膜的深度方向上，可以被增加并随后减小或被减小并随后增加至少一次。
所述扩散薄膜可以被形成为单层薄膜或多层薄膜，并且所述多层薄膜的一个或更多成分比率在0.2～35％的范围内，在所述薄膜的深度方向上，可以被连续增加或减小至少一次。
使用由包括Ti、V、Cr、Cu、Y、Zr、Nb、或Mo的过渡金属和至少一种选择自Al、B和Si的金属组成的合金靶，以及包括选择自氮气(N2)、包括甲烷(CH4)或乙炔(C2H2)的碳族(C)和氧气(O2)之中的一种或更多种的反应气体，可以形成所述多层薄膜。
电源的波形可以是直流(DC)波形或脉冲波形，所述电源包括用于沉积被电离的各种薄膜材料的所述偏置电压、所述电弧电源或所述溅射电源。
所述扩散薄膜可以包括具有在0.7～2.0范围内的面(111)和(200)的半高宽(FWHM)的晶粒。
此外，根据本发明，一种用于沉积扩散薄膜的装置可以包括：真空室，用于将接收在其内的所述扩散薄膜沉积在处理目标上；气体源，用于将反应气体提供到所述真空室内；电源，用于将电能供给所述真空室；真空泵，用于在所述真空室内产生真空状态；以及控制器，用于可变化地控制供给所述真空室的电能的大小。
所述控制器可以包括键入部分，其用于输入包括偏置电压、气体量、电弧电源和溅射电源的设置条件和包括用于开始所述薄膜沉积的指令的用户指令。
所述控制器还包括存储部分，其用于存储通过所述键入部分输入的数据。
所述控制器还可以包括显示部分，其用于外部显示通过所述键入部分输入的所述设置条件和所述薄膜沉积的进行程度。
有益效果
根据本发明，在用于沉积扩散薄膜的方法和装置中，当用薄膜涂覆处理目标(诸如，半导体、各种造型的产品、或各种工具)的表面时，从偏置电压、气体量、电弧电源和溅射电源之中选择的一个或更多个过程因素被连续并变化地调节，使沉积在处理目标表面的薄膜的成分比率连续改变，而且，根据其最终用途，选择待沉积的薄膜的成分比率，因而改善了薄膜的沉积特性。
此外，根据本发明，当薄膜被沉积在处理目标上时，可以任意选择连续可变的诸如偏置电压、气体量、电弧电源和溅射电源的过程因素。因此，即使使用相同的薄膜材料，也可以沉积适合于最终用途和材料类型的薄膜。
附图说明
图1例示了现有技术的通过用于薄膜沉积的装置和方法所获得的薄膜；
图2例示了根据本发明的薄膜沉积的过程以及因而的薄膜沉积速率的改变；
图3例示了根据本发明的第一个实施方式的扩散薄膜的沉积过程，以及由此沉积的薄膜；
图4例示了根据本发明的第二个实施方式的扩散薄膜的沉积过程以及由此沉积的薄膜；
图5例示了根据本发明的第三个实施方式的扩散薄膜的沉积过程以及由此沉积的薄膜；
图6是例示了根据本发明的扩散薄膜的沉积过程的流程图；
图7示意地例示了根据本发明的用于扩散薄膜沉积的装置；以及
图8例示了根据本发明的用于扩散薄膜沉积的装置的构造。
具体实施方式
下面将参考附图，详细描述根据本发明的扩散薄膜沉积的方法。
图2例示了根据本发明的扩散薄膜的沉积过程以及因而的薄膜沉积速率的改变，图3例示了根据本发明的第一个实施方式的扩散薄膜的沉积过程，以及由此沉积的薄膜，图4例示了根据本发明的第二个实施方式的扩散薄膜的沉积过程以及由此沉积的薄膜，图5例示了根据本发明的第三个实施方式的沉积扩散薄膜的过程以及由此沉积的薄膜。图6是例示了根据本发明的扩散薄膜沉积过程的流程图。
根据本发明，在使用薄膜涂覆处理目标(诸如半导体和各种切削工具)的表面时，提供了用于扩散薄膜沉积的方法和装置，其通过PVD(也就是，使用离子碰撞能量的物理再溅射)替代了用于通过化学反应扩散多种成分的CVD。
在本发明中，在沉积薄膜时，薄膜的成分改变在深度方向上连续可变，因而形成了扩散薄膜。由此获得的薄膜的作用相当于具有至少数百层的超多层，因而显示了更高的硬度。
进一步，为了形成包含两种或更多成分的薄膜，在薄膜的成分比率连续变化的情况下，不仅可以改善高硬度，而且可以改进耐磨性、耐冲击性和耐热性。同样，根据其最终用途，选择待沉积薄膜成分增加或减少的起始点，因而使薄膜的形成具有所需的形状和特性。
因此，在本发明中，为了变化地调节形成在处理目标的表面上的薄膜的成分比率，从偏置电压、气体量、电弧电源和溅射电源之中选择的将薄膜材料引导并沉积到处理目标所需的一个或更多个过程因素，应该在用户设置的时间段内连续可变。
当从偏置电压、气体量、电弧电源和溅射电源之中选择的一个或更多个过程因素连续可变时，薄膜成分的改变被控制，使得在用户设置的时间段内，在其深度方向上至少被增加或减小一次。
进一步，当从偏置电压、气体量、电弧电源和溅射电源之中选择的一个或更多个过程因素是独立的并且连续被调节，特别是当只有偏置电压、只有电弧或溅射电源，或只有响应于所供给的气体量的控制的真空流导(vacuum conductance)被调节，形成在处理目标表面的薄膜的离子碰撞能量被改变，并且再溅射的程度根据离子的大小而变化，因而改变了多层薄膜中的薄膜的成分比率。以这种方式，可以调节薄膜的成分改变，因而可以形成适合于处理目标的形状和特性的由各种材料形成的最优薄膜。
能够被沉积的厚度范围从几个到几十μm的薄膜，根据最终用途和周围环境，需要显示各种特性，包括高硬度、耐磨性、韧性、耐冲击性和耐热性。
也就是，当使用单一成分金属靶而涂覆厚度范围从几个到几十μm的薄薄膜(light thin film)时，其比具有相同厚度的单层薄膜具有更高的硬度。硬度与具有多层结构的扩散薄膜(未示出)的成分比率的增加或减小周期成比例增强，其中，薄膜的成分在其深度方向上连续改变。
扩散薄膜层的数量与薄膜涂覆时间过程中的转台(turntable)的每分钟转数(rpm)成比例增加。
图2例示了根据本发明的扩散薄膜的沉积过程以及因而的薄膜沉积速率的变化。
如图2所说明的，在根据本发明的扩散薄膜的沉积方法中，引起被电离的各种薄膜材料(也称作靶或蒸镀源)被引导并沉积在处理目标(诸如，基板和各种成型产品)上的电弧、溅射或偏置电压在用户设置的预定时间内(包括薄膜沉积时间的全部或部分)连续改变。
例如，使用由原子百分比率是5∶5的钛(Ti)和铝(Al)组成的电离薄膜材料并使用用于提供氮气作为反应气体的电弧源，将各种处理目标涂覆薄膜。当在设置的时间内连续改变偏置电压时，在真空室50中将以离子状态存在的钛和铝沉积到处理目标的沉积速率21b和21c也变化。
也就是说，在真空室50中以比率5∶5存在的钛离子和铝离子也应该以5∶5的比率沉积在处理目标上。然而，如电压斜率Vslope21a所示，当升高偏置电压并施加高电压时，具有相对小尺寸的铝粒子以比钛粒子更高的速度撞击该处理目标，并因而被沉积，随后，铝粒子和钛粒子连续撞击并沉积。所沉积的铝粒子以相对大于钛粒子的程度而受到反弹(以下称作“再溅射”)。虽然沉积速率根据偏置电压的大小而稍有不同，铝沉积速率21b与钛沉积速率21c之间的比率为大约4∶6。
相反，当降低偏置电压并施加低电压时，各个粒子的撞击速度也减小，因此所沉积的铝粒子的再溅射减少。因此铝沉积速率从40％增加至50％，并且钛沉积速率从大约60％降低至50％，造成铝与钛的比率大约为5∶5。
因此，当偏置电压在预定时间段内从高电压至低电压或从低电压至高电压连续变化，连续产生上面描述的变化，因而可以涂覆显示铝和钛的所有优点的混合薄膜。同样，因为缓慢并连续变化偏置电压，所以在薄膜中不产生分裂层，并且特别地，使用不产生层间分离的物理方法，可以形成扩散薄膜，因而越来越改善其特性。
甚至在电弧和溅射电源以及氮气以变化的量施加的情况下，在施加偏置电压时再溅射效果和平均自由程(mean free path)变化，因而形成了具有在其深度方向上成分比率变化的扩散薄膜。
进一步，甚至在选择自偏置电压、电弧电源、溅射电源和气体量的一个或更多过程因素连续变化的情况下，可以制造具有硬度高、耐磨性强、韧性强、抗冲击性强和耐热性高的薄膜。
而且，甚至在除了单成分或多成分靶之外，同时施加两种或更多反应气体的情况下，成分再溅射的程度变化依赖于反应气体的量，因而薄膜的成分在其深度方向上变得不同。
在被引导并被沉积在处理目标上的扩散薄膜中，相对于薄膜厚度的全部或部分，优选一种或更多成分比率在0.2～35％的范围内在深度方向上连续增加或减少至少一次。当薄膜的成分比率小于0.2％，耐磨性和韧性非常类似于成分没有不同的情况。另一方面，当薄膜成分比率变化，使其超过35％时，薄膜的应力增加，并且不期望地，当施加厚膜的厚度为10μm或更多时，其部分可能脱落。
如果薄膜的一种或更多成分比率落入0.2～35％的范围内，薄膜的成分比率不是连续地增加或减少，而是重复地增加并随后减少，或者重复地减少并随后增加至少数百次，从而形成厚膜。在这种情况下，所获得的膜具有高质量，并且不会脱落。相对于具有不变成分比率的薄膜，其成分具有很多变化的扩散薄膜不承受应力，因而方便制造厚度达数十μm的薄膜。
优选地，当薄膜的成分比率在20％的范围内增加或减少，硬度和薄膜的特性得到改善。更优选地，当在10％的范围内增加或减少薄膜的成分比率，硬度和薄膜特性被最大化。
一般来说，在切削工具受到薄涂覆(light coating)的情况下，薄膜根据最终用途形成在(111)面或(200)面的生长方向，并且随后薄膜被涂覆的更厚，从而由传统的几个μm的厚度达到几十μm，从而改进了耐磨性。然而，如果薄膜以该方式被形成的过厚，其在单一方向上具有柱状晶体结构，使薄膜的残余应力与薄膜的厚度成比例增加，使得不期望地容易将膜剥落。
相比之下，根据本发明，在扩散薄膜形成的情况下，可以控制薄膜的剩余应力。例如，对于偏置电压，当重复连续从高电压减少至低电压并随后增加的多个循环，生长方向与电压成比例地从(111)转至(200)并随后至(111)，因而防止了薄膜在单一方向生长为柱状晶体结构，并且其各个层具有精细(fine)的结构。
进一步，如X-射线分析的结果，扩散薄膜的晶粒显示了在0.7～2.0°的(111)和(200)面的半高宽(FWHM)范围内的非晶相(结晶峰被加宽)。经过切削，所观察的断裂表面的形式为具有阻力的倾斜表面，但其没有被垂直切削。
图3例示了根据本发明的第一个实施方式的扩散薄膜的沉积过程以及因而沉积的薄膜。图4例示了根据本发明的第二个实施方式的扩散薄膜的沉积过程以及因而沉积的薄膜，以及图5例示了根据本发明的第三个实施方式的扩散薄膜的沉积过程以及因而沉积的薄膜。
从图3的(a)中显而易见的是，在根据本发明的沉积扩散薄膜的方法中，如电弧电流斜率1Arcslope-122a和电弧电流斜率2Arcslope-222b所示，在薄膜沉积时间的全部或部分内，电弧电流重复地增加并减小(高电流→低电流→高电流→低电流)。
因此，如图3的(b)中所示，所沉积的薄膜22c没有显示分裂结构，而具有扩散结构，因而防止了薄膜22c的层间分离(interlayerseparation)，并同时满足了各种特性，包括，韧性、耐磨性以及耐冲击性。
同样，电弧电流在预定的时间内连续变化。为了改善薄膜的硬度和耐磨性，如电弧电流斜率122a所示，电弧电流优选从高电流向低电流变化。为了改善薄膜22c的韧性，电弧电流优选从低电流向高电流变化，如电弧电流斜率222b所示。
此外，从图4的(a)中显而易见的是，在根据本发明的沉积扩散薄膜的方法中，如气体量斜率3Gasslope-323a和气体量斜率4Gasslope-423b所示，在薄膜沉积时间的全部或部分内，反应气体量重复地减小(高→低，高→低)，或重复地增加(低→高，低→高)，从而在处理过程中改变真空导流。
因此，如图4的(b)所示，所沉积的薄膜的形式为多层薄膜。其各个层具有扩散结构，因而同时满足了各种特性，包括，韧性、耐磨性以及耐冲击性。然而，薄膜23c的层间分离特性较图3而言稍有下降。
此外，从图5的(a)中显而易见的是，在根据本发明的沉积扩散薄膜的方法中，如电压斜率5Vslope-524a和电弧电流斜率Arcslope-624b所示，在薄膜沉积时间的全部或部分内，与偏置电压重复地减少并保持(高电压→低电压→低电压)的同时，电弧电流重复地增加并保持(低电流→高电流→高电流)。
因此，如图5的(b)所示，所沉积的薄膜没有显示分裂结构，而具有扩散结构，因而防止了薄膜24c的层间分离，并同时满足了各种特性，包括，韧性、耐磨性以及耐冲击性。
特别是，当过程因素(诸如，偏置电压、气体量、电弧和溅射电源)越来越缓慢地被增加或减少，薄膜的附着力(the force of cohesion)可以进一步被增加。
如上所述，扩散薄膜可以形成为单层薄膜或多层薄膜。在这种情况下，为了改进高温硬度和耐热性，靶的成分包括具有多种成分的合金靶，该合金靶由过渡金属(诸如钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铜(Cu)、钇(Y)、锆(Zr)、铌(Nb)、或钼(Mo))以及金属(诸如铝(Al)、硼(B)或硅(Si))组成。
与合金靶反应的反应气体典型地举例为氮气(N2)。此外，包括碳族(C)(诸如甲烷(CH4)或乙炔(C2H2))或氧气(O2)的反应气体，可以根据用途在其之间选择性地组合。
也就是，在由具有多-成分成分的合金靶和多种反应气体组成的薄薄膜(light thin film)中，当选择自偏置电压、气体量、电弧电源和溅射电源的一个或更多过程因素连续变化，薄膜的成分比率根据成分的金属或气体离子的大小，在其深度方向上改变，因而获得了扩散薄膜，其成分在0.2～35％的范围内连续变化至少一次。
以这种方式，当选择自偏置电压、气体量、电弧电源和溅射电源的一个或更多过程因素，在设置的时间内连续变化，薄膜成分比率的改变在用户设置的时间内，在其深度方向上至少增加或减少一次，因而形成了扩散薄膜，其作为由至少数百层组成的超多层(未示出)，因而改善了高硬度和耐磨性、韧性和耐冲击性。根据最终用途选择所沉积的薄膜的成分增加或减小的起始点，因而使薄膜的形成能够适合于处理目标的形状和特性。
下面参考图6描述通过根据本发明的沉积扩散薄膜的方法的薄膜沉积过程。
如图6所说明的，在步骤S31检查所使用的预设条件(涉及偏置电压的最大值和最小值、电弧电流和反应气体量以及其变化)是否发生改变。当用户选择使用没有发生改变的预设条件，在步骤S35根据预设条件开始薄膜沉积。
否则，在薄膜将要在不同条件下被沉积的情况下，在步骤S32a、S32b和S32c，用户通过键入设置偏置电压的最大值和最小值、电弧电流和反应气体量以及其变化。
在步骤S32a、S32b和S32c设置条件之后，在步骤S33，根据薄膜的最终用途，选择偏置电压、电弧电流和反应气体量的最初的起始值。也就是，选择偏置电压从低电压变化至高电压还是从高电压变化至低电压。进一步，在步骤S33，选择施加到靶上的电弧电流从低电流变化至高电流还是从高电流变化至低电流，并且选择反应气体量。
在步骤S33选择最初的起始值之后，在步骤S34选择随后的条件，例如，电压斜率、电流斜率和反应气体量斜率。例如，在所述斜率的情况下，如图3-5所示，在各种斜率22a、22b、23a、23b、24a、24b中，选择任一个。对于本领域的技术人员显而易见的是，除了上面举例的斜率外，可以设置并选择具有各种斜率梯度的连续变化形式的斜率。
在步骤S34选择上述条件后，在步骤S35开始薄膜沉积。检查沉积是否完成。如果沉积完成，过程终止。如果沉积没有完成，重复上面的程序。
以这种方式，根据用户的选择，当偏置电压、电弧电流、以及反应气体量被设置，薄膜可以形成在各种类型的处理目标的表面上。因此，因而获得的薄膜具有扩散结构，从而使薄膜同时满足各种特性，包括韧性、耐磨性和耐冲击性，同时防止了其层间分离，以适应最终用途。
然后，下面参考附图，描述根据本发明的扩散薄膜的沉积装置。
图7示意性地例示了根据本发明的用于扩散薄膜沉积的装置，并且图8例示了根据本发明的用于扩散薄膜沉积的装置的实施方式。
如图7所例示的，用于沉积薄膜的装置包括，真空室(或系统)50，用于将薄膜沉积在处理目标(或基板)56上，气体源(gas supplier)，46，用于使用MFC(质量流量控制器)将反应气体提供给真空室50，电源41，用于将电能提供给真空室50，真空泵48，用于在真空室50内建立真空状态，以及控制器43，用于变化地控制供应给真空室50的电能的大小。
用于薄膜沉积的装置的举例包括能够进行PVD的各种薄膜沉积装置，包括离子植入、溅射以及其结合。下面，例示性地描述了使用电弧源的离子植入装置。
如图8所说明的，真空室50包括在其顶部的反应气体入口53，以使用MFC(未示出)将反应气体从气体源46提供给真空室50。在其底部，设置有反应气体出口54，以释放反应气体或使用真空泵48在真空室50内建立真空状态。
进一步，真空室50包括一个或更多阴极靶或蒸镀源52，设置在其一个侧面上，电弧蒸镀源51，用于使用电弧放电熔化并蒸镀靶或蒸镀源52，以及基板支架55，用于支撑离子沉积于其上的基板(或处理目标)56并用于施加偏置电压，从而吸引在靶或蒸镀源52中被电离的精细粒子。
将真空室50的反应气体出口54与真空泵48连接，从而保持并控制真空室50内的真空状态。
而且，在薄膜被沉积在基板56上之前，为了使用离子清洗基板56的表面，从而增加薄膜的附着力和均匀度，可以设置HCD(空心阴极放电)枪57a和炉床(hearth)57b，其分别被施加了负电势(-)和正电势(+)，并且如果需要，在炉床57b和基板56之间可以设置辅助阳极(未示出)。
电源41用于根据设置条件向真空室50供电，诸如偏置电压或电弧电流。
控制器43可以具有键入部分45，存储部分42和显示部分44。键入部分45用于输入条件(包括偏置电压、气体量、电弧电源和溅射电源)和用户指令(包括开始沉积薄膜)，并且存储部分42用于存储信息数据，其涉及使用键入部分45设置的电压、气体量、电弧电源和溅射电源。显示部分44用于外部显示通过键入部分45输入的设置条件、预设条件和薄膜沉积的进行程度。
因此，控制器43的作用是，将通过键入部分45输入的设置条件存储到存储部分42，处理数据使其从存储部分45可读，并根据设置条件控制电源41的输出。
因此，当连续地并变化地调节选自偏置电压、气体量、电弧电源和溅射电源的一个或更多过程因素，所沉积的薄膜没有显示出分裂结构，而是具有扩散结构，因而防止了薄膜的层间分离并同时满足了各种特性，包括韧性、耐磨性和耐冲击性。同样，可以选择薄膜沉积的起始电压，以适合于其最终用途。当形成单层薄膜(诸如，TiN、TiCN、TiSiN、TiAlN、AlTiN、AlCrN或TiAlSiCrN)或多层薄膜(诸如，TiN/TiAlN、CrN/TiAlCrN、TiN/TiSiN、TiAlN/TiCrAlN或TiAlN/TiAlSiN)，一种或更多种薄膜可以被沉积为扩散薄膜的形式，并且其成分比率在范围0.2～35％的范围内连续变化至少一次。
虽然根据沉积薄膜的方法，已经为了说明的目的公开了本发明的优选实施方式，本领域的技术人员应理解的是，在不背离本发明的范围和精神的情况下，各种变型、附加和替代是可能的。
特别地，薄膜沉积具体用于涂覆各种处理目标，但本发明并不限于此。对于本领域的技术人员显而易见的是，可以将本发明应用于需要薄膜沉积的半导体的制造，诸如，栅(gate)、位线、绝缘层(或间隔子)，以及过孔。
在本发明中，电弧和溅射电源的举例性代表为直流电波形和脉冲波形。但是，对于本领域的技术人员显而易见的是，甚至当使用交流电(AC)型电源(包括射频(RF)电源)，除了变化数值(包括可变电压、最大值、最小值、最大值和最小值之间的差以及周期)，通过在预定的时间内连续增加或较少，可以沉积薄膜。
应理解的是，仅涉及本发明的范围的上面的描述被限定在所附权利要求中，而不是在其前面的描述中，并且所有在权利要求范围限定内的变化或等同均落入权利要求的保护范围。
工业实用性
如上所述，本发明涉及用于扩散薄膜(在制造半导体中使用)的沉积和用于各种切削工具的表面涂覆的方法和装置，本发明尤其涉及用于扩散薄膜沉积的方法和装置，其中，当不是通过CVD而是通过PVD沉积薄膜时，通过使用离子碰撞能量的再溅射，薄膜成分比率在其深度方向是连续变化的，而且，所沉积的薄膜的成分比率根据其最终用途而被选择，因而改善了薄膜的特性和沉积特性。

Claims (13)

1.一种沉积扩散薄膜的方法，包括：
施加从偏置电压、气体量、电弧电源和溅射电源之中选择的一个或更多个过程因素，其引起一种或更多种薄膜材料被引导并沉积在处理目标上，同时连续改变所述一个或更多个过程因素，以改变所述处理目标的表面上的离子碰撞能量，因而造成所述薄膜成分的再溅射，因此形成所述扩散薄膜。
2.如权利要求1所述的方法，其中，从偏置电压、气体量、电弧电源和溅射电源之中选择的所述一个或更多个过程因素，在用户设置的时间内至少被连续增加或减小一次。
3.如权利要求1所述的方法，其中，从偏置电压、气体量、电弧电源和溅射电源之中选择的所述一个或更多个过程因素，在用户设置的时间内，被增加并随后减小或被减小并随后增加至少一次。
4.如权利要求1所述的方法，其中，在被引导并沉积在所述处理目标的表面上的所述扩散薄膜中，相对于所述薄膜的全部或部分厚度，在0.2～35％的范围内，所述扩散薄膜的一个或更多成分比率在所述薄膜的深度方上被连续增加或减小至少一次。
5.如权利要求1所述的方法，其中，在被引导并沉积在所述处理目标的表面上的所述扩散薄膜中，相对于所述薄膜的全部或部分厚度，在0.2～35％的范围内，所述扩散薄膜的一个或更多成分比率在所述薄膜的深度方向上，被增加并随后减小或被减小并随后增加至少一次。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述扩散薄膜被形成为单层薄膜或多层薄膜，并且在0.2～35％的范围内，所述多层薄膜的一个或更多成分比率在所述薄膜的深度方向上被连续增加或减小至少一次。
7.如权利要求6所述的方法，其中，使用由包括Ti、V、Cr、Cu、Y、Zr、Nb或Mo的过渡金属和至少一种选择自Al、B和Si之中的金属组成的合金靶，以及包括选择自氮气(N2)、包括甲烷(CH4)或乙炔(C2H2)的碳族(C)和氧气(O2)之中的一种或更多种的反应气体，形成所述多层薄膜。
8.如权利要求1所述的方法，其中，电源的波形是直流(DC)波形或脉冲波形，所述电源包括所述偏置电压、所述电弧电源或所述溅射电源，用于沉积被电离的各种薄膜材料。
9.如权利要求1至8任一项所述的方法，其中，所述扩散薄膜包括具有在0.7～2.0范围内的面(111)和(200)的半高宽(FWHM)的晶粒。
10.一种用于沉积扩散薄膜的装置，包括：
真空室，用于将所述扩散薄膜沉积在其内接收的处理目标上；
气体源，用于将反应气体供入所述真空室内；
电源，用于将电能供给所述真空室；
真空泵，用于在所述真空室内产生真空状态；以及
控制器，用于可变化地控制供给所述真空室的电能的大小。
11.如权利要求10所述的装置，其中，所述控制器包括键入部分，用于输入包括偏置电压、气体量、电弧电源和溅射电源的设置条件以及包括用于开始所述薄膜沉积的指令的用户指令。
12.如权利要求11所述的装置，其中，所述控制器还包括存储部分，用于存储通过所述键入部分输入的数据。
13.如权利要求11所述的装置，其中，所述控制器还包括显示部分，用于外部显示通过所述键入部分输入的所述设置条件和所述薄膜沉积的进行程度。
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