CN108728809A - 控制脉冲直流pvd形成的材料层中应力变化的方法及设备 - Google Patents

控制脉冲直流pvd形成的材料层中应力变化的方法及设备 Download PDF

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史蒂夫·伯吉斯
I·蒙克里夫
克莱夫·韦迪克斯
斯科特·海莫尔
R·辛德曼
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Abstract

本发明公开了一种控制脉冲直流物理气相沉积(PVD)形成的材料层中应力变化的方法及设备。该方法包以下步骤：设置一腔室，其包括形成材料层的靶和在其上能够形成材料层的衬底；以及向腔室内引入气体。该方法还包括在腔室内生成等离子体并且将第一磁场施加到靶附近以将所述等离子体基本上定位成邻近该靶。RF偏压被施加到衬底上以将来自等离子体的气体离子吸引到衬底上，并且第二磁场被施加在衬底附近以将来自等离子体的气体离子引导到形成在衬底上的材料层上的选择性区域。

Description

控制脉冲直流PVD形成的材料层中应力变化的方法及设备
技术领域
本发明涉及一种控制脉冲直流物理气相沉积(PVD)形成的材料层中应力变化的方法及设备。
背景技术
微机电系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)包括经常利用诸如氮化铝和双金属氮化物(如氮化铝-钪)之类的材料的压电特性的器件。通常使用物理气相沉积技术将这种材料沉积在诸如晶片之类的衬底上，并且发现该材料内的应力分布是影响器件的操作特性的关键因素。晶片上的材料沉积可以显著变化，并且因此，形成在同一晶片上的器件常常具有不同的操作特性。
在试图获得形成在晶片上的器件的均匀特性时，跨腔室的等离子分布被布置成在晶片上均匀地生成溅射材料以获得厚度均匀的沉积材料。还优选地产生朝向[002]晶面的层的织构生长(textured growth)，并且用于生成织构生长的关键要求包括高真空(＜1×10-7Torr)和高晶片温度(例如＞300℃)。
在使用物理气相沉积形成的层上的应力分布主要取决于两个因素：晶片温度和层上的离子轰击。可以发现晶片温度过高会在晶片冷却和收缩时在层内产生大的拉应力。而且，由于晶片温度在沉积期间基本上是均匀的，所以在没有任何偏压时，该沉积在晶片上是均匀的(这是由于材料在晶片表面上均匀凝结)。然而，如图1所示，可以发现当晶片冷却且收缩时，材料层内的应力由于该层裂开且松弛而在晶片的中心骤减(collapse)。
当给晶片施加适当的电压差时，等离子体内的离子被吸引到晶片并撞击沉积在该晶片上的材料，将沉积层挤压成更加压实的状态，这有助于控制层内的平均应力。该电压差可以通过增加对层的离子轰击来减小氮化铝层内的拉应力变化(例如从900MPa到100MPa)。然而，如图2所示，当电压差增大时，可以发现应力分布由于跨腔室的等离子分布变得不均匀。
腔室内的等离子体通常通过旋转磁场被限制在腔室内的局部区域，并且该场优选地在晶片的环形区域附近生成离子。邻近环形区域的离子密度的增加导致在邻近这些环形区域的层上产生更大的离子轰击。特别地，可以发现该层在其外围附近比在中心处受到更多的离子轰击，这随后导致该层具有更加拉伸的中心区域和更加压缩的外围，从而导致当晶片收缩时该层裂开。
发明内容
目前我们已经设计了解决上述问题中的至少一些的方法和设备。
根据本发明，由第一方面可见，提供了一种控制脉冲直流物理气相沉积形成的材料层中应力变化的方法，该方法包括以下步骤：
设置一腔室，其包括形成材料层的靶和在其上能够形成材料层的衬底；
将气体引入腔室内；
在腔室内生成等离子体；
在靶附近施加第一磁场以将所述等离子体基本上定位成邻近该靶；
给衬底施加RF偏压；
在衬底附近施加第二磁场以将来自等离子体的气体离子引导到在衬底上形成的材料层上的选择性区域，
其中，由第二磁场引导的气体离子基本上不受第一磁场影响。
由于洛伦兹力，在衬底上的各个点处生成并且以各种相互作用的图案的磁场可以用来在层表面处创建离子通量增加的局部区域。该洛伦兹力由靶和衬底之间施加的电场和晶片附近的第二磁场的叉乘(cross-product)产生。虽然发现第一磁场会影响晶片厚度均匀性和靶的使用寿命，但是可以独立地调整第二磁场以在衬底上提供最佳的应力均匀性。
在一实施例中，第二磁场施加在衬底的中心部分。例如，衬底可以包括具有平面圆盘形状的硅晶片并且第二磁场可以施加在晶片的中心。由于沉积层的应力状态与温度和离子轰击有关，所以离子轰击的增加会导致垂直于电场(该电场通常垂直于晶片表面)的具有最大磁通量的区域中的拉应力减小。为了减小晶片内的应力变化，第二磁场的理想位置将是衬底的中心，以增加晶片中心的离子轰击，从而减少中心区域的相对拉应力。
在一实施例中，该方法还包括使第二磁场相对于衬底旋转。该旋转可以绕基本上垂直于衬底延伸的轴线进行。
在一实施例中，该方法包括当所述材料层被形成时使第二磁场相对于衬底旋转。该方法还包括用于形成材料层的多个沉积步骤，并且在开始每个步骤之前，相对于台板旋转衬底。
在一实施例中，在各个沉积步骤之间，衬底相对于台板旋转了360°/n的角范围，其中，n为沉积步骤的数量。
在一实施例中，该方法包括将氮气和/或氩气引入腔室中。在一实施例中，衬底包括硅晶片，并且靶包括铝。
根据本发明，由第二方面可见，提供了一种控制脉冲直流物理气相沉积形成的材料层中应力变化的设备，该设备包括：
腔室，其用于容置形成材料层的靶和其上能够形成材料层的衬底，该腔室包括用于将气体引入腔室中的入口；
等离子体生成装置，其用于在腔室中生成等离子体；以及
电压源，其用于在使用中给衬底施加RF偏压；
其中，该设备还包括第一磁场生成装置和第二磁场生成装置，第一磁场生成装置被配置成在使用中在靶附近生成第一磁场以将所述等离子体定位成邻近该靶，第二磁场生成装置在使用中在衬底附近生成第二磁场以将来自等离子体的气体离子控制到在衬底上形成的材料层的选择性区域，并且其中，由第二磁场控制的气体离子基本上不受第一磁场影响。
在一实施例中，第一磁场生成装置包括磁控管组件。
在一实施例中，第二磁场生成装置包括被配置成阵列的多个磁体。第二磁场生成装置被放置在衬底的一侧，该侧与面向等离子体的一侧相对。优选地，在使用中，阵列的中心被配置成邻近衬底的中心延伸。
在一实施例中，该装置还包括用于使第二磁场生成装置相对于衬底旋转的装置。
在一实施例中，多个磁体被放置在盒体内。使盒体旋转并且因此第二磁场生成装置使沉积过程对第二磁场中的例如归因于磁体位置的小的变化不灵敏。
在一实施例中，用于使第二磁场旋转的装置包括与盒体旋转耦接的主轴。主轴和盒体通过马达被旋转驱动。
在一实施例中，阵列磁体的南北轴基本上平行于彼此延伸。在一实施例中，该南北轴基本上垂直于衬底延伸。
在一实施例中，对每个磁体而言，邻近衬底放置的磁极是相同的。在一替选实施例中，对阵列的相邻磁体而言，邻近衬底放置的磁极是不同的磁极。因此，在该后一实施例中，邻近衬底放置的磁极优选地在北磁极和南磁极之间绕阵列交替。
第一磁场和第二磁场基本上不交互，因此，等离子体基本上不受第二磁场影响，并且被吸引到衬底上的离子基本上不受第一磁场影响。实验表明，在距衬底15mm处，第二磁场强度减少了90％以上，并且在距衬底与靶的位置对应的间隔处，第二磁场强度减少到背景水平。
虽然上文中描述了本发明，但是本发明可以扩展到上文或下文中提出的特征的任意创造性组合。尽管本文中参照附图详细描述了本发明的说明性实施例，但是需要理解的是，本发明不限于这些精确的实施例。
此外，还可以设想的是，对单独或者作为实施例的一部分描述的特定特征而言，即使其他特征和实施例没有提到该特定特征，它也可以与其他单独描述的特征或其他实施例的部分相结合。因此，本发明可以扩展到尚未描述的具体组合。
附图说明
本发明可以以多种方式来执行，现在将仅通过实例参照附图来描述本发明的实施例，在附图中：
图1为沉积在硅晶片上的氮化铝层上的应力的典型变化的图形表示；
图2为在不同的RF偏压条件下沉积在硅晶片上的氮化铝层上的应力变化的图形表示；
图3为根据本发明的实施例用于对通过物理气相沉积形成的材料层中的应力变化进行控制的设备的图形表示；
图4为示出了与根据本发明的第一实施例对通过物理气相沉积形成的材料层中的应力变化进行控制的方法相关联的步骤的流程图；
图5a为具有布置成第一配置的磁体的台板的平面视图；
图5b为示出了形成在具有布置成第一配置的磁体的晶片上的氮化铝层的相对厚度的等高线图；
图6为(a)在磁体的第一配置的情况下、(b)在没有磁场影响时沉积在硅晶片上的氮化铝层上的应力变化的图形表示；
图7a为具有布置成第二配置的磁体的台板的平面视图；
图7b为示出了形成在具有布置成第二配置的磁体的晶片上的层的相对厚度的等高线图；
图8为在磁体的第二配置的情况下沉积在硅晶片上的氮化铝层上的应力变化的图形表示；
图9为随着阵列内的磁体的间隔增加沉积在硅晶片上的氮化铝层上的应力变化的图形表示；
图10为沉积在具有磁阵列的不同磁场强度的硅晶片上的氮化铝层上的应力变化的图形表示；
图11为靶和衬底之间的磁场强度的变化的图形表示；
图12为示出了具有布置成下降配置的中心晶片升降件(central wafer lift)的驱动组件的通过台板的横截面视图；
图13为示出了具有布置成上升配置的中心晶片升降件的驱动组件的通过台板的横截面视图；
图14为盒体(cassette)的透视图；
图15为示出了磁体在盒体内的布置方式的盒体的平面视图；
图16为示出了与根据本发明的第二实施例的对通过物理气相沉积形成的材料层中的应力变化进行控制的方法相关联的步骤的流程图；
图17为由盒体内的磁体沿图15中的线A-A、B-B和C-C生成的磁场的切向分量(B切向)的图形表示；
图18为由盒体内的磁体沿图15中的线A-A、B-B和C-C生成的磁场的法向分量(B法向)的图形表示；
图19为由盒体内的磁体在其旋转期间生成的磁场的平均法向分量和平均切向分量的图形表示。
具体实施方式
参照图3，其示出了根据本发明的实施例的用于对通过物理气相沉积在衬底上形成的材料层(未示出)中的应力变化进行控制的设备10的示意图。设备10包括电接地的处理腔室11，物理气相沉积过程在该腔室11内发生。腔室11被布置成容置诸如硅晶片12之类的衬底、以及源或靶材料13，靶材料可以包括诸如铝盘之类用来在晶片12上形成溅射层的金属平面层。腔室11还包括用于与气体源(未示出)耦接的入口14，诸如例如与惰性气体氪气、氖气或氩气耦接以及与诸如氮气或氧气之类的反应气体耦接以形成氮化膜或氧化膜。设备10还包括台板15，在台板15上，晶片12位于腔室11内。台板15被放置在腔室11内以使得晶片12可放置成与平面靶13基本上平行的方向，并且使得通过晶片的中心延伸、基本上垂直于平面靶13的晶片轴线与基本上垂直于靶13的平面延伸的靶轴线基本上对齐。
设备10还包括等离子体生成装置16，其用于在腔室11内生成等离子体，并且在所示出的实施例中，该等离子体通过在位于腔室11内的靶13和阳极环16a之间施加来自DC电源18a的脉冲DC(直流)电来生成。来自RF电源18b的射频(RF)电也被施加到台板15上以通过台板15给晶片12提供RF偏压。典型地，虽然本发明在这方面不受限制，但是台板15还是以常规的13.56MHz来驱动。电源的操作采用具有合适的图形用户界面(未示出)的控制器17来控制。
该设备还包括第一磁场生成装置19和第二磁场生成装置20，第一磁场生成装置19被配置成在靶13附近生成用于定位靶13周围的等离子体的磁场，第二磁场生成装置20用于在晶片12附近生成磁场。第一磁场生成装置19可以例如包括磁控管组件19a，该磁控管组件19a被放置在腔室11外侧，即，在靶13的与面向衬底12的一侧相对的一侧，并且被布置成绕基本上横向于靶13延伸的轴线旋转。第二磁场生成装置20可以包括永久盘磁体21的平面阵列。然而，需要理解的是，永磁体21可以用电磁体(未示出)代替。
在所需阵列中磁体21被放置在台板15上，以使得磁体21的南-北轴基本上平行于彼此延伸，并且在第一配置中，该阵列的磁体21被配置成使得阵列周围的交替磁体包括布置在最上面的交替磁极。在这方面，磁体21的最上面的磁极可以围绕该阵列在南北之间交替。然而，在第二配置中，磁体21可以布置成使得每个磁体21的相同磁极(即北磁极)布置在最上面。
参照图4，其示出了与根据本发明的第一实施例对通过脉冲DC物理气相沉积形成的材料层中的应力变化进行控制的方法100相关联的步骤的流程图。当希望在衬底(诸如硅晶片12)上形成诸如氮化铝或氮化铝-钪之类的材料层时，在步骤101中，将磁阵列20放置在台板15上，并且在步骤102中，将晶片12放置在阵列20上。台板15可以例如包括用于容纳磁阵列20的凹部15a，以使得晶片12在台板表面15b上延伸穿过阵列20。在步骤103中，将铝靶13也放置在腔室11内，并且在步骤104中，通过入口14将可以包括氮气、氩气或氮气/氩气混合物的气体(未示出)引入腔室11中。
在步骤105中，通过以减小的压力在阳极环16a和靶13之间施加脉冲DC电势同时旋转磁控管组件19a，从而在腔室11中生成等离子体。磁控管组件19a在靶13附近生成磁场，用于定位等离子体并因此定位靶13周围的气体离子。该定位促使气体离子在靶13内相互作用，并因此促进了铝原子从靶13中释放出来。
在步骤106中，通过RF电源18b给晶片12施加RF偏压。该偏压导致产生被定向成基本上垂直于晶片表面的电场，并且导致带正电的气体离子(在RF电压波形的一个半周期期间)被吸向晶片12。这些离子撞击晶片12的表面，并且因此压实铝原子的沉积层，从而导致更加压缩的层。撞击晶片12的离子密度由于在等离子体内生成的离子的变化而在晶片12内变化。等离子体分布取决于来自磁控管19a的磁场，并且磁场高的区域会产生等离子体的集中区域，斌因此产生气体离子。可以发现，在物理气相沉积过程中所使用的磁控管在靶13的外围区域附近生成高离子密度区域，因此相比较中心区域而言，这导致靶材料从靶13的外围区域的释放(即侵蚀)增加。此外，相比较中心区域而言，该增加的离子密度导致在靶13的外围区域周围对晶片12更集中的离子轰击。
然而，RF偏压与阵列20的磁场的相互作用在移动的气体离子上生成力(即，洛伦兹力)。该力取决于由RF偏压生成的电场和来自阵列20的磁场的叉乘。当来自阵列20的磁场和电场互相垂直时，最大的力被施加到气体离子上。因此该力优选地将离子重新定向或引导到晶片12的电场和磁场方向垂直的区域上，导致层上的这些区域中的气体离子密度增加。
阵列20被布置成在与晶片12的平面基本上平行的平面中延伸，因此，由阵列20生成的被配置成第一配置的磁场对介于阵列20的相邻磁体之间的位置处、并且在阵列的径向内侧的位置处气体离子提供了最大的力。参照图5a，其示出了根据第一配置来配置的被放置在台板15上的磁体21的平面视图，并且图5b示出了形成在晶片12上的层的相对厚度。层厚度减小的区域用“-”表示，而层厚度增大的区域用“+”表示。除了位于磁体21之间的区域之外，气体离子被引导到晶片12的中心区域，因此起到压实该层的中心区域的作用，从而导致晶片12在中心区域处的层厚度减小。此外，参照图6，显然，相比较图6b中示出的在沉积过程期间没有磁阵列存在的应力变化而言，晶片12的中心区域上的应力变化大大减小。
参照图7a，其示出了以第二配置来配置的被放置在台板15上的磁体21的平面视图，并且图7b示出了形成在晶片12上的层的相对厚度。由阵列20生成的磁场对在阵列20的径向向内和向外的位置处的气体离子提供了最大的力。类似地，层厚度减小的区域用“-”表示，而层厚度增大的区域用“+”表示。气体离子被引导到晶片12的中心区域，因此起到压实该层的中心区域的作用，从而导致晶片12在中心区域处的层厚度减小。此外，参照图8，显然，在晶片12的中心区域上的应力变化大大减小。
参照图9，其示出了在磁阵列20分别包括直径为36.5mm、80mm和125mm的中心区域的情况下，通过在直径为200mm的晶片上进行脉冲DC物理气相沉积形成的AIN层中的应力变化的图形表示。可以看到，不管中心区域的直径(即磁体21的间距)如何，中心区域中的应力变化保持基本均匀。
参照图10，显然，由阵列20生成的磁场的强度不需要特别强以适当地将气体离子引导到晶片12上。例如，晶片表面上方5mm处50G的水平场强度使得该层的中心区域上的应力分布变平坦。例如，当该磁场强度增加到100G时，可以看到平坦度明显变平。可以设想的是，将阵列20的磁场强度增大到阈值场强可以在层上提供水平降低的应力变化，但是如果该磁场增大到超过阈值，则可以设想该磁场会干扰磁控管19a的磁场。
在以上描述的实施例中，晶片12与靶13间隔＞25mm，因此由磁控管19a生成的磁场在到达晶片表面之前减小到背景水平。类似地，由阵列20生成的磁场在到达靶13之前减小到背景水平。这导致磁控管19a和阵列20之间相互作用最小，并且参照图11，显然，在晶片12与靶13相距＞25mm的间隔(即靠近晶片)处，主导磁场是由阵列20产生的磁场。
在晶片12上形成层后，在步骤107中，关闭脉冲DC电源18a和RF偏置电源18b。然后，在步骤108中，可以通过出口(未示出)抽空腔室，并且在步骤109中，去除其上形成有层的晶片12以例如用于进一步处理。
为了进一步减小晶片12中的应力变化，需要将沉积过程分成离散的沉积步骤，由此在每个步骤后，相对于台板15旋转晶片12。可以发现，该旋转虽然减小了磁场中的任何局部变化，然而可能会导致溅射膜的厚度和晶片应力的局部变化。为了达到令人满意的磁场平均值，需要大量的离散的沉积步骤。然而，由于该过程需要相当长的时间来生成溅射膜并因此使产量降低，所以这不是一个实际的解决方案。此外，可以发现即使当使用大量的离散步骤时，该膜也会呈现出与非均匀静磁场相关的深度不均匀性。
因此，为了提供来自阵列20的更均匀的磁场，图3中的设备10还包括用于使磁阵列20相对于晶片12旋转的驱动组件22，并且该方法可以进一步包括使用驱动组件22来使磁阵列20相对于晶片12旋转。该旋转可以包括连续旋转或步进旋转，其中，在预定时间段内磁场和晶片相对于彼此保持静止。可以发现在磁场和晶片12之间的相对旋转减小了层在晶片表面上的压实，并因此提供了更均匀的压实层。此外，这种均匀压实还减小了层内的拉应力，由此减小了层中的应力变化。
参照图12和图13，它们示出了用于使磁阵列20相对于晶片12旋转的驱动组件22。组件22被放置在台板15内，组件22本身可以包括用于控制台板15的温度的装置23。如图14中所示，阵列20被容置在环形盒201内，位于台板15的凹部15a内，并且磁体21位于形成在盒体201的上表面中的细长通道202内。通道202以基本上平行的配置在盒体201中横跨延伸并且被分成第一组通道部分202a和第二组通道部分202b，第一组通道部分202a延伸到盒体201的中心轴线的第一外侧，而第二组通道部分202b延伸到中心轴线的第二外侧。
参照图15，第一组通道部分202a与第二组通道部分202b对齐，并且第一组通道部分202a和第二组通道部分202b中的每一个分别填充有大小适合各自的通道部分202a、202b的磁体21。每组通道部分内的磁体21被定向成使得布置在最上面的磁极沿每组通道部分在北磁极21a和南磁极21b之间交替。类似地，每个通道202的在中心轴线的任一侧的部分202a、202b包括具有被布置在最上面的相反磁极的磁体21。然而，本领域技术人员将认识到也可以使用磁体21在阵列20内的其他布置方式。因此，盒体201和磁体21被配置成通过驱动组件22在凹部15a内旋转，该驱动组件22包括驱动轴或主轴221，主轴221沿台板15的中心轴线延伸并且在台板15的近端处被耦接到马达(未示出)或类似的放置在腔室11外侧的用于使主轴221旋转的部件。在这方面，主轴221可通过一个或多个波纹管223密封到腔室11，以使腔室11的内部和周围环境之间的气体交换最小。主轴221的近端区域通过形成在盒体201内的通路(passage)203延伸并且以通路203的旋转轴线为中心。通路203从盒体201的下侧延伸并终止于在盒体201的中心区域处形成的凹部204的底部。主轴221的近端终止于中心晶片升降件222，在正常操作中，该中心晶片升降件222嵌套在凹部204内。
主轴221和盒体201被旋转耦接在一起以使得主轴221的旋转引起盒体201的旋转。该旋转耦接可以通过利用分别包括多边形形状横截面的主轴和通路来实现。可替选地。主轴221和盒体201可以通过在主轴221和通路203的侧壁内形成的键槽内延伸的键(未示出)旋转耦接。然而，在任一实施例中，主轴221和中心晶片升降件222因此被配置成通过一个或多个驱动件(未示出)沿盒体201的旋转轴纵向运动，使得中心晶片升降件22可以上升到台板15的上表面以上以升起位于台板15的上表面上方的中心晶片升降件222上的晶片12，随后下降到凹部204内。
中心晶片升降件222被成形为以上升配置适当地支撑晶片12并且被配置成当处于下降配置时在台板15的上表面15b下方延伸以避免接触晶片12。用于中心晶片升降件22的凹部204可以形成在盒体201的位于通道202之间的区域内，以避免干扰由磁阵列20生成的磁场图案。可替选地，在凹部204占据盒体201的延伸到通道202中的区域的情况下，中心晶片升降件222还可以包括一个或多个磁体21以保持由阵列20生成的磁场的均匀性。
参照图16，其示出了概括与根据本发明的第二实施例的对通过脉冲DC物理气相沉积形成的材料层中的应力变化进行控制的方法300相关联的步骤的流程图。当使用第二实施例的方法300来利用磁阵列20和驱动组件22时，在步骤301中，首先将晶片12放置到腔室11内在盒体201上方的台板15的上表面15b上。在步骤302中，将铝靶13也放置在腔室11内，并且在步骤303中，通过入口14将所需的气体/气体混合物引入腔室11中。然后在步骤304中，选择对厚度不均匀性的径向分量进行平均所需的离散沉积步骤的数量n。例如，可以是四个或五个离散步骤，由此每个沉积过程步骤被允许持续预定的时间段。
随后，方法300包括在步骤305中使盒体201相对于晶片12旋转以提供穿过晶片12的表面的均匀的磁场(B)。然后，在步骤306中，通过在阳极环16a和靶13之间施加脉冲DC电势来生成等离子体，并且在步骤307中，使用RF偏置电源18b给晶片12施加RF偏压。
然后，第一沉积步骤持续预定的时间段。在第一沉积步骤后，在步骤308中旋转停止，在步骤309中等离子体熄灭，并且在步骤310中去除RF偏压。随后在步骤311中，使用驱动器(未示出)使中心晶片升降件222上升以将晶片12从台板15上升起，随后在步骤312中，使用马达(未示出)使中心晶片升降件222相对于台板15旋转360°/n的角度范围。然后，在步骤313中，使晶片12下降以替换台板15的上表面15b上的晶片12用于随后的沉积过程步骤。例如，n＝4时，晶片在沉积步骤期间相对于台板旋转90°。
参照图17和图18，其示出了当盒体201相对于晶片12静止时由阵列20生成的磁场的切向分量(B切向)和法向分量(B法向)的图形表示。每个曲线图示出了在盒体201的三个横向位置处，即从晶片的中心轴线到其第一侧和第二侧(用线AA和BB表示)、以及还沿着中心轴线(用CC线表示)的25mm处的场强(毫特斯拉，mT)的变化。显然，在每个横向位置处晶片上的场分量存在很大的变化。
图19提供了由盒体201生成的磁场在其旋转期间的平均法向分量和平均切向分量的图形表示。可以看出，高均匀密度的磁场被生成，这相应地导致沉积具有高均匀属性的膜。
一旦沉积过程的每个步骤完成，则在步骤314中，通过出口(未示出)抽空腔室11，并且在步骤315中，去除其上形成有层的晶片12以例如用于进一步处理。

Claims (25)

1.一种控制脉冲直流物理气相沉积PVD形成的材料层中应力变化的方法，所述方法包括以下步骤：
设置一腔室，所述腔室包括形成所述材料层的靶和其上能够形成所述材料层的衬底；
将气体引入所述腔室内；
在所述腔室内生成等离子体；
在所述靶附近施加第一磁场以将所述等离子体基本上定位成邻近所述靶；
给所述衬底施加RF偏压；
在所述衬底附近施加第二磁场以将来自所述等离子体的气体离子引导到在所述衬底上形成的所述材料层上的选择性区域，
其中，由所述第二磁场引导的气体离子基本上不受所述第一磁场影响。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二磁场被施加在所述衬底的中心部分。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括使所述第二磁场相对于所述衬底旋转。
4.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括当所述材料层被形成时使所述第二磁场相对于所述衬底旋转。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述旋转绕基本上垂直于所述衬底延伸的轴线进行。
6.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括用于形成所述材料层的多个沉积步骤，其中，在开始每个沉积步骤之前，相对于台板旋转所述衬底。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在各个沉积步骤之间，所述衬底相对于所述台板旋转360°/n的角范围，其中，n为沉积步骤的数量。
8.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，将气体引入所述腔室内包括向所述腔室内引入反应气体。
9.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，将气体引入所述腔室内还包括向所述腔室内引入惰性气体。
10.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述衬底包括硅晶片并且所述靶包括铝。
11.一种控制脉冲直流物理气相沉积PVD形成的材料层中应力变化的设备，所述设备包括：
腔室，所述腔室用于容置形成所述材料层的靶和其上能够形成所述材料层的衬底，所述腔室包括用于将气体引入所述腔室中的入口；
等离子体生成装置，所述等离子体生成装置用于在所述腔室内生成等离子体；以及
电压源，所述电压源用于给所述衬底施加RF偏压；
其中，所述设备还包括第一磁场生成装置和第二磁场生成装置，所述第一磁场生成装置被配置成在使用中在所述靶附近生成第一磁场以将所述等离子体定位成邻近所述靶，所述第二磁场生成装置在使用中在所述衬底附近生成第二磁场以将来自所述等离子体的气体离子引导到在所述衬底上形成的材料层的选择性区域，并且其中，由所述第二磁场引导的气体离子基本上不受所述第一磁场影响。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述第一磁场生成装置包括磁控管组件。
13.根据权利要求11或12所述的设备，其中，所述第二磁场生成装置被放置在所述衬底的一侧，该侧与面向所述等离子体的一侧相对。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的设备，其中，所述第二磁场生成装置包括被配置成阵列的多个磁体。
15.根据权利要求14所述的设备，还包括用于使所述第二磁场生成装置相对于所述衬底旋转的装置。
16.根据权利要求14或15所述的设备，其中，所述多个磁体被放置在盒体内。
17.根据从属于权利要求14的权利要求16所述的设备，其中，用于使所述第二磁场旋转的该装置包括与所述盒体旋转耦接的主轴。
18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述主轴和所述盒体通过马达被旋转驱动。
19.根据权利要求14所述的设备，其中，所述多个磁体被布置成具有旋转对称性的阵列。
20.根据权利要求19所述的设备，其中，在使用中所述阵列的中心被配置成邻近所述衬底的中心延伸。
21.根据权利要求19或20所述的设备，其中，所述阵列的磁体的南北轴基本上平行于彼此延伸。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的设备，其中，所述南北轴基本上垂直于所述衬底延伸。
23.根据权利要求14所述的设备，其中，对每个磁体而言，邻近所述衬底放置的磁极是相同的。
24.根据权利要求14所述的设备，其中，对所述阵列的相邻磁体而言，邻近所述衬底放置的磁极是不同的磁极。
25.根据权利要求11至24中任一项所述的设备，其中，所述靶基本上是平面的并且所述衬底基本上是平面的，并且所述靶和所述衬底沿基本上平行的方向被定位在所述腔室内。
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