CN117987775A - 一种金属氮化物薄膜的物理气相沉积方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属氮化物薄膜的物理气相沉积方法和装置，该方法包括将基板置于反应腔室中，使氮气和轰击气体的第一混合气体形成等离子体并轰击靶材，以在基板上形成第一厚度金属氮化物薄膜；随后向反应腔室仅通入轰击气体，使轰击气体形成等离子体并轰击靶材，从而去除靶材上残留的金属氮化物；最后再次通入第一混合气体，使第一混合气体形成等离子体并轰击靶材，以在基板上形成第二厚度金属氮化物薄膜。通过先在靶材的表面形成金属氮化物，再进行轰击，提高了基板上沉积金属氮化物薄膜的均匀度。
Description
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种金属氮化物薄膜的物理气相沉积方法和物理气相沉积控制装置。
背景技术
氮化钛(TiN)薄膜是目前工业研究和应用最为广泛的薄膜材料之一，它具有熔点高、热稳定好、抗蚀性好和低电阻率等优点，日益受到人们广泛的关注。
在先进半导体制作工艺中，采用物理气相沉积法(physical vapor deposiTion，PVD)所形成的氮化钛被广泛地运用在各种场合，例如运用在高K介质层表面上以作为帽盖层，运用在功函数金属层上以作为扩散阻挡层，运用在介质层上以作为硬掩膜层，运用在电容介质极板层等等。
半导体集成电路制造技术中，均匀性在芯片制程的每一个工序中都需要考虑到，均匀性是衡量工艺在晶圆上一致性的关键指标，包括薄膜沉积工艺中薄膜的厚度，刻蚀工艺中被刻蚀材料宽度、角度等，较高的均匀性才能保证芯片的产品与性能。
半导体工艺步骤需要在整个晶圆上都有相似的效果，以确保每个芯片都达到相同的规格和性能。因为芯片通常具有上千个工艺步骤，如果不对均匀性进行卡控，越往后，制程的良率越低，造成的影响也就越大。过高的不均匀性可能导致晶体管的性能不一致，会影响到整个芯片的性能。例如，一个区域内的晶体管比另一个区域内运行得更快或更慢，可能导致整个电路的不稳定。
在后段PVD工艺中，需要尽可能确保沉积在基底薄膜的方阻均匀性，这样才能保证切割出来的每一个芯片的一致性，提高芯片的良率。在PVD工艺沉积氮化钛薄膜时，通常通过氮气毒化靶材，从而在靶材的表面形成氮化钛，此时将靶材表面的氮化钛轰击出来并沉积在基板上形成氮化钛薄膜，但是，由于氮气毒化靶材的毒化速度小于氮化钛轰击出来的速度，导致靶材上的钛还未被毒化就被轰击出来，从而导致沉积在基板上的氮化钛均匀度不高。
发明内容
本发明实施例的目的在于：提供一种金属氮化物薄膜的物理气相沉积方法，其能够有效提高金属氮化物薄膜在物理气相沉积方法中的沉积均匀性。
为达上述目的，本申请采用以下技术方案：
本发明提出一种金属氮化物薄膜的物理气相沉积方法，包括：
S1：将基板置于反应腔室中；
S2：向所述反应腔室通入包括氮气和轰击气体的第一混合气体，对靶材施加直流功率，使所述第一混合气体形成等离子体并轰击所述靶材，以在所述基板上形成第一厚度金属氮化物薄膜；
S3：停止对所述靶材施加直流功率，停止向所述反应腔室通入所述第一混合气体，向所述反应腔室通入所述轰击气体，对所述靶材施加直流功率，使所述轰击气体形成等离子体并轰击所述靶材；
S4：停止对所述靶材施加直流功率，停止向所述反应腔室通入所述轰击气体，向所述反应腔室通入所述第一混合气体，对所述靶材施加直流功率，使所述第一混合气体形成等离子体并轰击所述靶材，以在所述基板上形成第二厚度金属氮化物薄膜。
可选的，在所述S2之后，在所述S3之前还包括：
在所述停止向所述反应腔室通入所述第一混合气体之后，将所述基板从所述反应腔室中取出，将挡片置于所述反应腔室中；
在所述轰击气体形成等离子体并轰击所述靶材之后，将所述靶材上的金属氮化物成分打出并沉积于所述挡片；
将所述挡片从所述反应腔室中取出，将所述基板放回所述反应腔室中。
可选的，在所述S3中：
对所述靶材施加直流功率，使所述轰击气体形成等离子体并轰击所述靶材之后，在所述第一厚度金属氮化物薄膜上沉积金属薄膜。
可选的，所述S3还包括：所述停止向所述反应腔室通入所述第一混合气体的步骤之后，抽出所述反应腔室内的所述第一混合气体。
可选的，所述S2包括：
向所述反应腔室中通入氮气和氩气的第一混合气体；
将第一直流功率施加至所述靶材，使所述反应腔室发生辉光放电；
将第二直流功率施加至所述靶材，在所述基板表面沉积第一厚度金属氮化物薄膜，所述第二直流功率大于所述第一直流功率。
可选的，所述S3包括：
停止对所述靶材施加直流功率；
停止向所述反应腔室通入所述第一混合气体；
向所述反应腔室中通入氩气；
将第三直流功率施加至所述靶材，使所述反应腔室发生辉光放电；
将第四直流功率施加至所述靶材，以轰击出所述靶材上的金属氮化物，所述第四直流功率大于所述第三直流功率。
可选的，所述S4包括：
停止对所述靶材施加直流功率，停止向所述反应腔室通入所述轰击气体；
向所述反应腔室中通入氩气和氮气的第一混合气体；
将第五直流功率施加至所述靶材，使所述反应腔室发生辉光放电；
将第六直流功率施加至所述靶材，在所述金属薄膜的表面沉积第二厚度金属氮化物薄膜，所述第六直流功率大于所述第五直流功率。
可选的，在所述S1之前，还包括：
将所述基板置于真空环境腔室中进行干燥处理。
可选的，所述干燥处理包括：
将所述基板置于真空环境腔室中加热到200℃-300℃并持续预设时长。
另一方面，本发明还提出一种物理气相沉积控制装置，包括：
第一控制模块，用于向反应腔室通入包括氮气和轰击气体的第一混合气体，对靶材施加直流功率，使所述第一混合气体形成等离子体并轰击所述靶材，以在置于所述反应腔室内的基板上形成第一厚度金属氮化物薄膜；
第二控制模块，用于停止对所述靶材施加直流功率，停止向所述反应腔室通入所述第一混合气体，向所述反应腔室通入所述轰击气体，对所述靶材施加直流功率，使所述轰击气体形成等离子体并轰击所述靶材；
第三控制模块，用于停止对所述靶材施加直流功率，停止向所述反应腔室通入所述轰击气体，向所述反应腔室通入所述第一混合气体，对所述靶材施加直流功率，使所述第一混合气体形成等离子体并轰击所述靶材，以在所述基板上形成第二厚度金属氮化物薄膜。
本申请的有益效果为：本申请通过向反应腔室通入氮气和轰击气体，直至反应腔室内的气压达到预设气压值时，反应腔室内的气压稳定，此时对靶材施加直流功率，使反应腔室发生辉光放电，靶材上形成金属氮化物，则第一混合气体形成等离子体轰击靶材，从而在基板上沉积形成第一厚度金属氮化物薄膜。随后，停止对靶材施加直流功率，并停止通入第一混合气体，仅向反应腔室通入轰击气体，直至反应腔室达到预设气压值，气压稳定，由轰击气体形成等离子体轰击靶材，从而去除靶材上残留的金属氮化物。如此，在后续步骤中，可在纯净的靶材上重新形成金属氮化物，所形成的金属氮化物更均匀。最后，在基板上沉积第二厚度金属氮化物薄膜。将靶材上的金属氮化物分成两次沉积，以降低因氮气毒化靶材的毒化速度小于靶材上金属氮化物轰击出来的速度导致的不均匀性，即先在靶材的表面先毒化形成金属氮化物，再进行轰击，提高了基板上沉积金属氮化物薄膜的均匀度。
附图说明
下面根据附图和实施例对本申请作进一步详细说明。
图1为本发明的金属氮化物薄膜的物理气相沉积方法的流程图；
图2为本发明的金属氮化物薄膜以氮化钛为例的薄膜堆栈示意图；
图3为本发明的金属氮化物薄膜的物理气相沉积方法的溅射原理示意图；
图4为本发明的金属氮化物薄膜改善前的厚度均匀性示意图；
图5为本发明的金属氮化物薄膜改善后的厚度均匀性示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本申请具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作（或步骤）描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在PVD工艺沉积氮化钛薄膜时，在一定条件下，氮气可毒化钛靶材，毒化也可称为氮化，氮气与靶材毒化指的是氮气与靶材发生反应，靶材被毒化指的是氮气与靶材发生反应在靶材表面形成金属氮化物。具体的，在靶材的表面形成氮化钛，此时将靶材表面的氮化钛轰击出来并沉积在基板上形成氮化钛薄膜。但是，由于氮气毒化靶材的毒化速度小于氮化钛轰击出来的速度，导致靶材上的一部分钛还未被毒化就被轰击出来，被轰击出来的钛在沉积至基板的过程中，有一部分钛被氮气毒化形成氮化钛。需要说明的是，由于电场的作用，靶材上被轰击的位置为圆环状，而被轰击出来的钛沉积至基板上各个位置的距离不同，例如靶材上被轰击出来的钛距离基板的边缘较近，而距离基板的中心位置较远。钛飞行距离较远时，即被轰击出来的钛飞向基板的中心，钛具有更多的时间被氮气毒化形成氮化钛，则沉积在基板边缘的钛更多的是还未被氮气毒化，从而导致基板边缘的氮化钛和基板中心的氮化钛均匀度不高。
基于上述问题，如图1和图2所示，本实施例提出一种金属氮化物薄膜的物理气相沉积方法，不仅针对氮化钛，还可针对氮化钽等其他金属氮化物，该方法中S2至S4基于磁控溅射技术进行，该方法包括：
S1：将基板置于反应腔室中。
可选的，在S1之前，还包括将基板置于真空环境腔室中进行干燥处理，以在真空环境腔室中去除基板表面的水汽，可选的，干燥处理包括将基板置于真空环境腔室中加热到200℃-300℃并持续预设时长。具体的，将基板置于1E-4T至1E-9T的真空环境腔室中，并加热到200℃-300℃持续预设时长，预设时长能够使得基板表面的水汽蒸发掉，从而使得基板能够进行下一步工序，将基板置于反应腔室中，用于沉积金属氮化物薄膜。其中，1E-4T至1E-9T中的T指的是真空度，T为单位托。
S2：向反应腔室通入包括氮气和轰击气体的第一混合气体，对靶材施加直流功率，使第一混合气体形成等离子体并轰击靶材，以在基板上形成第一厚度金属氮化物薄膜。
本实施例中，氮气用于氮化靶材上的金属形成金属氮化物，轰击气体用于提供正离子，以轰击靶材，将靶材上的金属氮化物轰击下来。轰击气体为稀有气体，具体可以是氪气、氩气等，在此以氩气为例。
图3中，直流功率，即DC power。钛靶材/钽靶材，即Ti(Ta) target。氩气+氮气的气体等离子体，即Ar+N2 gas plasma。氮化钛/氮化钽毒化层，即Ti(Ta)N“poisoned” layer。晶片表面反应，即reaction on wafer surface。如图3所示，需要说明的是，磁控溅射的反应原理如下：
电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar+和新的电子，新电子飞向基板，Ar+在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面使靶材发生溅射。
在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜，而产生的二次电子会受到电场和磁场作用，产生E(电场)×B(磁场)所指的方向漂移，简称E×B漂移，其运动轨迹近似于磁控溅射一条摆线。若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶材表面做圆周运动，它们的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，并且在该区域中电离出大量的Ar+来轰击靶材从而实现了高的沉积速率。随着碰撞次数的增加，二次电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶材表面，并在电场E的作用下最终沉积在基板上。由于该电子的能量很低，传递给基板的能量很小，致使基板温升较低。
在该实施例中，S2包括：向反应腔室中通入氮气和氩气的第一混合气体；将第一直流功率施加至靶材，使反应腔室发生辉光放电；将第二直流功率施加至靶材，在基板表面沉积第一厚度金属氮化物薄膜，第二直流功率大于第一直流功率。在此，靶材作为阴极。
可以理解的，向反应腔室中通入氮气和氩气的第一混合气体，直至反应腔室内的气压稳定，即可向靶材施加第一直流功率。具体的，在反应腔室内设有压力传感器，压力传感器达到预设压力值且数值稳定，即判断反应腔室内气压稳定。由于反应腔室不完全密封，存在漏气情况，则持续向反应腔室通气，具体压力数值与流气量有关，并不固定，直至压力值稳定在某一数值区间。
需要说明的是，参照气体放电的伏安特性曲线，沉积第一厚度金属氮化物薄膜的原理如下：
电压小时，由宇宙射线或空间残留的少量离子和电子的存在只有很小的电流。增带电粒子能量增加，碰撞中性气体原子，产生更多带电粒子，电流密度随电压增加而平稳增加，进入“汤森放电区”；
电流增加到一定程度，发生“雪崩”现象，离子轰击阴极，即氩离子轰击靶材，释放二次电子，二次电子与中性气体原子碰撞，产生更多离子，这些离子再轰击阴极，又产生更多的二次电子，如此循环，当产生的电子数正好产生足够多离子，这些离子能够再生出同样数量的电子时，进入自持状态，气体开始起辉，电压突然降低，电流密度升高,此为“正常辉光放电区”。也就是说，此时靶材施加了第一直流功率。
放电自动调整阴极轰击面积，最初轰击是不均匀的，随着电源功率增大，轰击面积增大，直到阴极面上电流密度几乎均匀为止。当轰击区域覆盖整个阴极面后，再进一步增加功率，即给靶材加大第一直流功率直至施加第二直流功率，会使放电区内的电压和电流密度同时升高，进入溅射工艺工作区域，即“异常辉光放电区”，从而得以在基板表面沉积第一厚度金属氮化物薄膜。
S3：停止对靶材施加直流功率，停止向反应腔室通入第一混合气体，向反应腔室通入轰击气体，对靶材施加直流功率，使轰击气体形成等离子体并轰击靶材。
发明人发现，在S2中沉积了一段时间的氮化钛薄膜后，可能会由于氮气毒化靶材的毒化速度小于氮化钛轰击出来的速度，导致靶材上的钛还未被毒化就被轰击出来，从而导致沉积在基板上的氮化钛均匀度不高，影响氮化钛层的方阻均匀性。在本实施例中，在S2之后执行S3，通过停止对靶材施加直流功率，停止向反应腔室通入第一混合气体，从而停止沉积第一厚度金属氮化物薄膜，随后，向反应腔室仅通入轰击气体，仅由轰击气体形成等离子体并轰击靶材，从而将在S2后，在靶材上表层金属氮化物（如氮化钛）和金属（如未被毒化的钛）都轰击下来，使得靶材表层均为未氮化的金属，以在S2之后的后续工艺中，能够重新通过氮毒化靶材表层生成金属氮化物，让靶材表面所生成的金属氮化物更均匀。例如，靶材为钛靶材，钛靶材的表面氮化形成氮化钛，氮化钛被轰击下来露出未被氮化的钛，导致氮化钛和钛一起被轰击下来。若轰击的全都是氮化钛，则能够提高沉积在基板上氮化钛薄膜的均匀性。
在该实施例中，S3包括停止对靶材施加直流功率，停止向反应腔室通入第一混合气体，向反应腔室中通入氩气，将第三直流功率施加至靶材，使反应腔室发生辉光放电，将第四直流功率施加至靶材，以轰击出靶材上的金属氮化物，第四直流功率大于第三直流功率。
在一实施例中，S3还包括：在停止向反应腔室通入第一混合气体之后，将基板从反应腔室中取出，将挡片置于反应腔室中；在轰击气体形成等离子体并轰击靶材之后，将靶材上的金属氮化物成分打出并沉积于挡片；将挡片从反应腔室中取出，将基板放回反应腔室中。可以理解的，在基板沉积完第一厚度金属氮化物薄膜后，将基板从反应腔室中取出，通过挡片承载靶材上轰击出来的残余的金属氮化物，避免其沉积在基板上导致的不均匀性。可选的，挡片可以是硅片、不锈钢片等，在此不做限定。在一实施例中，挡片也可以在反应腔室内的基座上升起，在承载完轰击出来的金属氮化物后收起。
在一实施例中，在S3中，还包括对靶材施加直流功率，使轰击气体形成等离子体并轰击靶材，以在第一厚度金属氮化物薄膜上沉积金属薄膜。也就是说，在第一厚度金属氮化物薄膜和第二厚度金属氮化物薄膜之间沉积有金属薄膜，有利于降低薄膜整体的内应力，提高产品良率。
具体的，以金属氮化物薄膜为氮化钛薄膜为例，也就是说，在第一厚度氮化钛薄膜和第二厚度氮化钛薄膜之间沉积有钛薄膜，由于氮化钛的热膨胀系数较大，热胀冷缩较明显，而钛的热膨胀系数较小，中间的钛薄膜可作为形变的缓冲层，以降低整体的形变，有利于降低薄膜整体的内应力，提高产品良率。
在一实施例中，S3还包括：停止向反应腔室通入第一混合气体的步骤之后，抽出反应腔室内的第一混合气体。也就是说，在通过轰击气体形成等离子体并轰击所述靶材时，抽出反应腔室内的氮气，使轰击气体形成等离子体并轰击所述靶材，将靶材上残留的金属氮化物轰击下来，并且，由于此时反应腔室内没有第一混合气体，即没有氮气，靶材上无法形成金属氮化物，能够有效将靶材上的金属氮化物去除干净。如此，在靶材上重新生成的金属氮化物更均匀。
S4：停止对靶材施加直流功率，停止向反应腔室通入轰击气体，向反应腔室通入第一混合气体，对靶材施加直流功率，使第一混合气体形成等离子体并轰击靶材，以在基板上形成第二厚度金属氮化物薄膜。
本实施例中，第二厚度金属氮化物薄膜可沉积在第一厚度金属氮化物薄膜上，以达到所需的金属氮化物薄膜厚度。当然，为了降低整体的应力，可在第一厚度金属氮化物薄膜和第二厚度金属氮化物薄膜之间沉积一层金属薄膜，也就是说，第二厚度金属氮化物薄膜沉积在金属薄膜上。如此，由金属薄膜充当缓冲层，降低整体形变。
在该实施例中，S4包括停止对靶材施加直流功率，停止向反应腔室通入轰击气体，从而停止轰击靶材；向反应腔室中通入氩气和氮气的第一混合气体；将第五直流功率施加至靶材，使反应腔室发生辉光放电；将第六直流功率施加至靶材，在金属薄膜的表面沉积第二厚度金属氮化物薄膜，第六直流功率大于第五直流功率。
另一方面，本发明还提出一种物理气相沉积控制装置，包括：
第一控制模块，用于向反应腔室通入包括氮气和轰击气体的第一混合气体，对靶材施加直流功率，使第一混合气体形成等离子体并轰击靶材，以在置于反应腔室内的基板上形成第一厚度金属氮化物薄膜；
第二控制模块，用于停止对靶材施加直流功率，停止向反应腔室通入第一混合气体，向反应腔室通入轰击气体，对靶材施加直流功率，使轰击气体形成等离子体并轰击靶材；
第三控制模块，用于停止对靶材施加直流功率，停止向反应腔室通入轰击气体，向反应腔室通入第一混合气体，对靶材施加直流功率，使第一混合气体形成等离子体并轰击靶材，以在基板上形成第二厚度金属氮化物薄膜。
需要说明的是，若是在沉积氮化钛时，先在靶材上毒化形成氮化钛，再将氮化钛轰击出来，减少未被毒化的钛轰击出来的量，有利于提高氮化钛薄膜沉积在基板的均匀度，即提高基板上氮化钛薄膜的厚度均匀度和方阻均匀性。此外，由于氮气毒化靶材的毒化速度小于氮化钛轰击出来的速度，导致在靶材上生成的氮化钛均匀度不高，在沉积一段时间的氮化钛薄膜后，去除靶材上生成的不均匀的氮化钛，再在靶材上重新毒化形成氮化钛，所形成的氮化钛均匀度较高。
如图4和图5所示，综上，本申请通过向反应腔室通入氮气和轰击气体，直至反应腔室内的气压达到预设气压值时，反应腔室内的气压稳定，此时对靶材施加直流功率，使反应腔室发生辉光放电，靶材上形成金属氮化物，则第一混合气体形成等离子体轰击靶材，从而在基板上沉积形成第一厚度金属氮化物薄膜。随后，停止对靶材施加直流功率，并停止通入第一混合气体，仅向反应腔室通入轰击气体，直至反应腔室达到预设气压值，气压稳定，由轰击气体形成等离子体轰击靶材，从而去除靶材上残留的金属氮化物。如此，在后续步骤中，可在纯净的靶材上重新形成金属氮化物，所形成的金属氮化物更均匀。最后，在基板上沉积第二厚度金属氮化物薄膜。将靶材上的金属氮化物分成两次沉积，以降低因氮气毒化靶材的毒化速度小于靶材上金属氮化物轰击出来的速度导致的不均匀性，即先在靶材的表面先毒化形成金属氮化物，再进行轰击，提高了基板上沉积金属氮化物薄膜的均匀度。
下面提供三种具体的实施例。
具体实施例一：
S001：将基板置于1E-4至1E-9T的真空环境腔室中，加热到200℃-300℃并持续一定时间直至去除基板表面水汽。
S002：薄膜沉积。
S003：冷却基片。
步骤S002包括依序执行的步骤S1、步骤S2、步骤S3、步骤S4。
步骤S1：将干燥的基板置于具有Ti靶材的PVD腔室中。
步骤S2为第一沉积步骤，步骤S2包括S21、S22、S23。
S21：PVD腔室中通入氮气与氩气，直至压力稳定。
S22：将一定的DC功率施加至Ti靶，使PVD腔室发生辉光放电。其中，辉光放电是指低压气体中显示辉光的气体放电现象，即是稀薄气体中的自持放电（自激导电）现象。其中DC功率指的是由DC/DC设备施加的电压功率，DC/DC设备又称直流斩波器，是实现电气系统电能变换和传输的电气设备。
S23：加大DC功率施加至Ti靶，在基板表面沉积第一厚度TiN薄膜。
步骤S3为第二沉积步骤，步骤S3包括S31、S32、S33。
S31：关闭DC功率和氮气，仅通入氩气，直至压力稳定。
S32：将一定的功率施加至Ti靶，使PVD腔室发生辉光放电。
S33：加大DC功率施加至Ti靶，在基板表面沉积第一厚度Ti薄膜。
步骤S4为第三沉积步骤，步骤S4包括S41、S42、S43。
S41：关闭DC功率，通入氩气和氮气，直至压力稳定。
S42：将一定的DC功率施加至Ti靶，使PVD腔室发生辉光放电。
S43：加大DC功率施加至Ti靶，在基板表面沉积第二厚度TiN薄膜。
具体实施例二：
在具体实施例一的基础上，在步骤S2之后、在步骤S3之前增加步骤S5，步骤S5包括S51、S52、S53。
S51：将基板从PVD腔室中取出，把挡片置于PVD腔室中。
S52：将一定的DC功率施加至Ti靶，使PVD腔室发生辉光放电。
S53：加大DC功率施加至Ti靶，将Ti靶表面的TiN成分打出并沉积于挡片。
并且，具体实施例二中的步骤S31与具体实施例一中的步骤S31略有不同，具体实施例二中的步骤S32、S33与具体实施例一中相同。并且，具体实施例二中的步骤S4与具体实施例一中相同。
具体实施例二中的步骤S31：将挡片取出PVD腔室，将基板置于具有Ti靶材的PVD腔室中，向PVD腔室中通入氩气，直至压力稳定。
具体实施例三：
除了步骤S3以及步骤S41与具体实施例一不同，其他步骤与具体实施例一相同。
其中，具体实施例三中的步骤S3包括S31、S32、S33、S34。
S31：关闭DC功率和氮气；将基板取出PVD腔室，将挡片放入PVD腔室，通入氩气，直至压力稳定。
S32：将一定的功率施加至Ti靶，使PVD腔室发生辉光放电。
S33：加大DC功率施加至Ti靶，在挡片表面沉积第一厚度Ti薄膜。
S34：关闭DC功率，将挡片取出PVD腔室。
S41：将S31中取出的基板放回PVD腔室，通入氩气和氮气，直至压力稳定。
换言之，具体实施例三与具体实施例一的区别在于：具体实施例一中，在步骤S3中氩气轰击靶材后，直接在基板的第一厚度TiN薄膜上沉积第一厚度的Ti薄膜；具体实施例三中，在步骤S3中，不在基板上沉积Ti薄膜。可以理解的是，具体实施例一相对于具体实施例三，通过步骤S3，不仅可以让第二层第二厚度的TiN薄膜沉积得更加均匀，提高薄膜整体的方阻均匀性，还可以在两层TiN薄膜之间沉积一层Ti薄膜，有利于降低薄膜整体的内应力。薄膜整体指的是，完成本申请整个物理气相沉积方法后，通过多层厚度的薄膜组成的整体结构。
于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
以上结合具体实施例描述了本申请的技术原理。这些描述只是为了解释本申请的原理，而不能以任何方式解释为对本申请保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本申请的其它具体实施方式，这些方式都将落入本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种金属氮化物薄膜的物理气相沉积方法，其特征在于，包括：
S1：将基板置于反应腔室中；
S2：向所述反应腔室通入包括氮气和轰击气体的第一混合气体，对靶材施加直流功率，使所述第一混合气体形成等离子体并轰击所述靶材，以在所述基板上形成第一厚度金属氮化物薄膜；
S3：停止对所述靶材施加直流功率，停止向所述反应腔室通入所述第一混合气体，向所述反应腔室通入所述轰击气体，对所述靶材施加直流功率，使所述轰击气体形成等离子体并轰击所述靶材；
S4：停止对所述靶材施加直流功率，停止向所述反应腔室通入所述轰击气体，向所述反应腔室通入所述第一混合气体，对所述靶材施加直流功率，使所述第一混合气体形成等离子体并轰击所述靶材，以在所述基板上形成第二厚度金属氮化物薄膜。
2.根据权利要求1所述的金属氮化物薄膜的物理气相沉积方法，其特征在于，在所述S2之后，在所述S3之前还包括：
在所述停止向所述反应腔室通入所述第一混合气体之后，将所述基板从所述反应腔室中取出，将挡片置于所述反应腔室中；
在所述轰击气体形成等离子体并轰击所述靶材之后，将所述靶材上的金属氮化物成分打出并沉积于所述挡片；
将所述挡片从所述反应腔室中取出，将所述基板放回所述反应腔室中。
3.根据权利要求1所述的金属氮化物薄膜的物理气相沉积方法，其特征在于，在所述S3中：
对所述靶材施加直流功率，使所述轰击气体形成等离子体并轰击所述靶材之后，在所述第一厚度金属氮化物薄膜上沉积金属薄膜。
4.根据权利要求1所述的金属氮化物薄膜的物理气相沉积方法，其特征在于，所述S3还包括：所述停止向所述反应腔室通入所述第一混合气体的步骤之后，抽出所述反应腔室内的所述第一混合气体。
5.根据权利要求1所述的金属氮化物薄膜的物理气相沉积方法，其特征在于，所述S2包括：
向所述反应腔室中通入氮气和氩气的第一混合气体；
将第一直流功率施加至所述靶材，使所述反应腔室发生辉光放电；
将第二直流功率施加至所述靶材，在所述基板表面沉积第一厚度金属氮化物薄膜，所述第二直流功率大于所述第一直流功率。
6.根据权利要求1所述的金属氮化物薄膜的物理气相沉积方法，其特征在于，所述S3包括：
停止对所述靶材施加直流功率；
停止向所述反应腔室通入所述第一混合气体；
向所述反应腔室中通入氩气；
将第三直流功率施加至所述靶材，使所述反应腔室发生辉光放电；
将第四直流功率施加至所述靶材，以轰击出所述靶材上的金属氮化物，所述第四直流功率大于所述第三直流功率。
7.根据权利要求3所述的金属氮化物薄膜的物理气相沉积方法，其特征在于，所述S4包括：
停止对所述靶材施加直流功率，停止向所述反应腔室通入所述轰击气体；
向所述反应腔室中通入氩气和氮气的第一混合气体；
将第五直流功率施加至所述靶材，使所述反应腔室发生辉光放电；
将第六直流功率施加至所述靶材，在所述金属薄膜的表面沉积第二厚度金属氮化物薄膜，所述第六直流功率大于所述第五直流功率。
8.根据权利要求1所述的金属氮化物薄膜的物理气相沉积方法，其特征在于，在所述S1之前，还包括：
将所述基板置于真空环境腔室中进行干燥处理。
9.根据权利要求8所述的金属氮化物薄膜的物理气相沉积方法，其特征在于，所述干燥处理包括：
将所述基板置于真空环境腔室中加热到200℃-300℃并持续预设时长。
10.一种物理气相沉积控制装置，其特征在于，包括：
第一控制模块，用于向反应腔室通入包括氮气和轰击气体的第一混合气体，对靶材施加直流功率，使所述第一混合气体形成等离子体并轰击所述靶材，以在置于所述反应腔室内的基板上形成第一厚度金属氮化物薄膜；
第二控制模块，用于停止对所述靶材施加直流功率，停止向所述反应腔室通入所述第一混合气体，向所述反应腔室通入所述轰击气体，对所述靶材施加直流功率，使所述轰击气体形成等离子体并轰击所述靶材；
第三控制模块，用于停止对所述靶材施加直流功率，停止向所述反应腔室通入所述轰击气体，向所述反应腔室通入所述第一混合气体，对所述靶材施加直流功率，使所述第一混合气体形成等离子体并轰击所述靶材，以在所述基板上形成第二厚度金属氮化物薄膜。
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