TW201925506A - 用於介電膜之高功率脈衝磁控濺射物理氣相沉積的脈衝直流電源及應用方法 - Google Patents

用於介電膜之高功率脈衝磁控濺射物理氣相沉積的脈衝直流電源及應用方法 Download PDF

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Abstract

使用物理氣相沉積處理形成介電膜層的設備和方法包括將濺射氣體輸送到位於處理室的處理區域中的基板，該處理室具有包含介電質的濺射靶，輸送能量脈衝到濺射氣體產生濺射電漿，濺射電漿由能量脈衝形成，其平均電壓在約800伏特和約2000伏特之間，平均電流在約50安培和約300安培之間，頻率小於50kHz並且大於5kHz並且將濺射電漿導向含介電質的濺射靶以形成包含從含介電質的濺射靶濺射的介電質材料的電離物質，電離物質在基板上形成含介電質的膜。

Description

用於介電膜之高功率脈衝磁控濺射物理氣相沉積的脈衝直流電源及應用方法
本原理的實施例一般涉及用於沉積膜的方法和設備，更具體地涉及用於沉積介電脈衝高功率脈衝磁控濺射（HIPIMS）物理氣相沉積（PVD）膜的HiPIMS源及其方法。
隨著半導體工業引入具有更高效能和更大功能的新一代積體電路（IC），形成這些IC的元件的密度增加，而各個部件或元件之間的尺寸、大小和間隔減小。雖然過去這種減少僅受限於使用光刻法定義結構的能力，但是具有以微米或奈米測量的尺寸的元件幾何形狀產生了新的限制因素，例如導電互連的導電性、互連之間使用的絕緣材料的介電常數、在3D的NAND或DRAM形式處理中蝕刻小結構或其他挑戰。這些限制可能受益於更耐用、更高密度和更高硬度的硬遮罩。
厚的介電硬遮罩，例如碳硬遮罩，是眾所周知的並且通常用作POR膜。然而，當前的介電硬遮罩如石墨、Sp2型，或其他碳硬遮罩組合物預期會不足，因為DRAM和NAND繼續縮小至低於約10nm的範圍。這種縮小將需要甚至更高縱橫比的深接觸孔或溝槽蝕刻。高縱橫比蝕刻問題包括堵塞、孔形變形和圖案變形，在這些應用中通常會觀察到頂部臨界尺寸爆炸、線彎曲、輪廓彎曲。許多蝕刻挑戰取決於硬遮罩材料特性。深接觸孔變形可能與較低的硬遮罩密度和較高的顆粒數有關。狹縫圖案變形或線彎曲是由於硬遮罩材料較低的選擇性和應力。因此，發明人認為需要具有更高密度、更高蝕刻選擇性、更低應力和更高反射率指數的蝕刻硬遮罩。
本文提供了使用物理氣相沉積處理形成介電膜層的設備和方法的實施例。
在一些實施例中，使用物理氣相沉積處理形成介電膜層的方法包括將濺射氣體輸送到位於處理腔室的處理區域中的基板，該處理腔室具有包含介電質的濺射靶，輸送能量脈衝到濺射氣體以產生濺射電漿，濺射電漿由平均電壓在約800伏特和約2000伏特之間、並且平均電流在約50安培和約300安培之間、頻率小於50kHz和大於5kHz的能量脈衝形成，並且將濺射電漿引向含介電質的濺射靶以形成包含從含介電質的濺射靶濺射的介電質材料的電離物質，電離物質在基板上形成含介電質的膜。
在一些實施例中，用於使用物理氣相沉積處理提供用於形成介電膜層的能量脈衝的元件包括用於提供電力的電源、用於累積電力以提供高功率的充電電路，以及用於提供能量脈衝的放電電路。在至少一個實施例中，該元件被配置為向位於處理室的處理區域中的基板附近的濺射氣體提供能量脈衝，該處理室具有包含介電質的濺射靶以產生濺射電漿，能量脈衝在小於50kHz且大於5kHz的頻率下、平均電壓在約800伏特和約2000伏特之間，平均電流在約50安培和約300安培之間。
在一些實施例中，使用物理氣相沉積處理形成碳膜層的方法包括將濺射氣體輸送到位於處理室的處理區域中的基板，該處理室具有含碳濺射靶，傳遞能量脈衝至濺射氣體以產生濺射電漿，濺射電漿由平均電壓在約800伏特和約2000伏特之間、平均電流在約50安培和約300安培之間、頻率小於50kHz且大於5kHz的能量脈衝形成，並形成電離物質，其包括從含碳濺射靶濺射的碳材料，其中電離物質在基板上形成含碳膜層。
下面描述本原理的其他和進一步的實施例。
在以下詳細描述中，闡述了許多具體細節以便提供對本文描述的示例性實施例或其他示例的透徹理解。然而，可以在沒有具體細節的情況下實踐這些實施例和示例。在其他情況下，沒有詳細描述習知的方法、處理、組件和/或電路，以免模糊以下描述。此外，所公開的實施例僅用於示例性目的，並且可以採用其他實施例來代替所公開的實施例或與所公開的實施例組合。
圖1示出了根據本發明實施例的適用於使用高功率脈衝磁控濺射（HIPIMS）處理濺射沉積材料的示例性物理氣相沉積（PVD）處理腔室100（例如，濺射處理腔室）。可以適於形成根據本發明原理的介電膜的處理室的一個例子是PVD處理室，可從位於加利福尼亞州聖克拉拉市的應用材料公司獲得。其他濺射處理室(包括來自其他製造商的那些)可以適於實施本原理。
處理腔室100包括腔室主體108，腔室主體108具有限定在其中的處理容積118。腔室主體108具有側壁110和底部146。腔室主體108和處理腔室100的相關部件的尺寸不受限制，並且通常成比例地大於待處理的基板190的尺寸。可以處理任何合適的基板尺寸。合適的基板尺寸的實例包括直徑為200mm、直徑為300mm、直徑為450mm或更大的基板。
腔室蓋組件104安裝在腔室主體108的頂部上。腔室主體108可以由鋁或其他合適的材料製成。基板進入端口130穿過腔室主體108的側壁110而形成，以便於基板190進出處理腔室100。進入端口130可以耦合到傳送室和/或基板處理系統的其他室。
氣體源128連接到腔室主體108，以將處理氣體供應到處理容積118中。在一個實施例中，如果需要，處理氣體可包括惰性氣體、非反應性氣體和反應性氣體。可由氣體源128提供的處理氣體的實例包括但不限於氬氣（Ar）、氦氣（He）、氖氣（Ne）、氪（Kr）、氙（Xe）、氮氣（N2 ）、氧氣（O2 ）、氫氣（H2 ）、合成氣體（N2 +H2 ）、氨氣（NH3 ）、甲烷（CH4 ）、一氧化碳（CO）和/或二氧化碳（CO2 ）等。
穿過腔室主體108的底部146而形成泵送端口150。泵送元件152連接到處理容積118以抽空和控制其中的壓力。泵送系統和腔室冷卻設計可在適合熱預算需求的高溫（例如，攝氏-25度至攝氏+650度）下實現高基礎真空（例如，1E-8托或更低）和低升高率（例如，1,000毫托/分鐘）。泵送系統旨在提供處理壓力的精確控制，這是晶體結構（例如，Sp3含量）、應力控制和調整的關鍵參數。處理壓力可以保持在約1毫托至約500毫托之間的範圍內，例如在約2毫托至約20毫托之間。
蓋組件104通常包括靶120和與其連接的接地屏蔽組件126。靶120提供可在PVD處理期間濺射並沉積到基板190的表面上的材料源。靶120在例如DC濺射期間用作電漿電路的陰極。
靶120或靶板可以由用於沉積層的材料或要在腔室中形成的沉積層的元件（例如介電材料）製成。諸如電源132的高壓電源連接到靶120，以促進來自靶120的濺射材料。在一個實施例中，靶120可以由碳或含碳材料製成，例如包括石墨、無定形碳、其組合等的材料。靶也可以是石墨的和/或包含Sp2型碳材料結構。沉積處理可受益於使用含有沉積靶的Sp2材料來沉積Sp3層，因為Sp2碳材料在結構上比其他結構較少的碳靶更接近Sp3。在一個實施方案中，靶是石墨靶。電源132或電源可以以脈衝（而不是恆定）的方式向靶提供電力。也就是說，電源可以透過向靶提供多個脈衝來向靶提供電力。
靶120通常包括周邊部分124和中心部分116。周邊部分124設置在腔室的側壁110上方。靶120的中心部分116可以具有曲率表面而朝向設置在基板支撐件138上的基板190的表面稍微延伸。在一些實施例中，靶120和基板支撐件138之間的間隔保持在約50mm和約250mm之間。靶120的尺寸、形狀、材料、構造和直徑可以針對特定處理或基板要求而變化。在一個實施例中，靶120還可包括背板，該背板具有中心部分，中心部分由期望被濺射到基板表面上的材料黏合和/或製造。
蓋組件104還可包括安裝在靶120上方的全面腐蝕磁控管陰極102，其在處理期間增強來自靶120的有效濺射材料。全面腐蝕磁控管陰極102允許簡單快速的處理控制和定制的薄膜特性，同時確保一致的靶腐蝕和整個晶片上的均勻沉積。磁控管組件的實例包括不同形狀中的線性磁控管、蛇形磁控管、螺旋磁控管、雙數字磁控管、矩形化螺旋磁控管，以在靶表面上形成所需的侵蝕圖案，並且在該過程的脈衝或DC電漿階段期間能夠形成所需的鞘。在一些配置中，磁控管可以包括永久磁體，所述永久磁體以期望的圖案定位在靶的表面上，例如上述圖案之一（例如，線性、蛇形、螺旋、雙數字等）。在其他配置中，具有期望圖案的可變磁場型磁控管可以替代地或者甚至除了永久磁體之外，還可以用於在HIPMS處理的一個或多個部分中調整電漿的形狀和/或密度。
蓋組件104的接地屏蔽組件126包括接地框架106和接地屏蔽112。接地屏蔽組件126還可以包括其他腔室屏蔽構件、靶屏蔽構件、暗區屏蔽和暗區屏蔽框架。接地屏蔽112透過接地框架106耦合到周邊部分124，接地框架106將上部處理區域154限定在處理容積118中的靶120的中心部分下方。接地框架106使接地屏蔽112與靶120電絕緣，同時提供穿過側壁110而到處理室100的腔室主體108的接地路徑。接地屏蔽112約束在上部處理區域154內處理期間產生的電漿並且將靶源材料從靶120的受限中心部分116移出，從而允許移位的靶源材料主要沉積在基板表面而不是腔室側壁110上。
延伸穿過腔室主體108的底部146的軸140耦接到提昇機構144。提昇機構144配置成使基板支撐件138在下轉移位置和上加工位置之間移動。波紋管142圍繞軸140並且耦接到基板支撐件138以在其間提供柔性密封，從而保持腔室處理容積118的真空完整性。
基板支撐件138可以是靜電卡盤並且具有電極180。當使用靜電卡盤（ESC）實施例時，基板支撐件138使用相反電荷的吸引力來保持絕緣和導電型基板190，並且由DC電源181供電。基板支撐件138可包括嵌入介電質體內的電極。DC電源181可以向電極提供大約200到大約2000伏的DC吸附電壓。DC電源181還可以包括系統控制器，其用於透過將DC電流引導到電極來控制電極180的操作，以用於夾持和去除基板190。
PVD處理的溫度可以保持低於沉積膜效能可能變得不合需要的溫度。例如，溫度可以小於約攝氏250度並且具有約攝氏50度的餘量以幫助沉積介電層。基板支撐138在元件整合要求的熱預算所需的溫度範圍內執行。例如，基板支撐件138可以是用於攝氏零下25度到攝氏100度的溫度範圍的可拆卸靜電卡盤（ESC）、用於攝氏100度到攝氏200度的溫度範圍的中溫ESC，用於溫度範圍為攝氏200度至攝氏500度而可確保快速均勻地加熱晶圓的高溫或高溫可偏壓或高溫高均勻性ESC。
在將處理氣體引入處理室100之後，使氣體通電以形成電漿，從而可以執行HIPIMS型PVD處理。下面進一步描述HIPIMS型PVD處理的示例。
陰影框架122設置在基板支撐件138的外圍區域上，並且被配置為將從靶120濺射的源材料的沉積限制在基板表面的期望部分。腔室屏蔽136可以設置在腔室主體108的內壁上並且具有向內延伸到處理容積118的唇緣156，該唇緣156配置成支撐設置在基板支撐件138周圍的陰影框架122。當基板支撐件138升高到上部位置以進行處理時，設置在基板支撐件138上的基板190的外邊緣被陰影框架122接合，並且陰影框架122被抬起並與腔室屏蔽136間隔開。當基板支撐件138下降到鄰近基板傳送進入端口130的轉移位置時，陰影框架122被放回到腔室屏蔽件136上。提升銷（未示出）選擇性地移動通過基板支撐件138，以在基板支撐件138上方列出基板190，以便於透過傳送機器人或其他合適的傳送機構接近基板190。
控制器148耦合到處理室100。控制器148包括中央處理單元（CPU）160、記憶體158和支援電路162。控制器148用於控制處理順序，調節從氣體源128進入處理室100的氣流並控制靶120的離子轟擊。CPU 160可以是可以在工業環境中使用的任何形式的通用電腦處理器。軟體程序可以存儲在記憶體158中，例如隨機存取記憶體、唯讀記憶體，軟碟或硬碟驅動器，或其他形式的數位記憶體。支援電路162通常耦合到CPU 160，並且可以包括快取、時脈電路、輸入/輸出子系統、電源等。當由CPU 160執行時，軟體例程將CPU變換為控制處理室100的專用電腦（控制器）148，使得根據本原理執行處理。軟體程序還可以由遠離處理室100的第二控制器（未示出）存儲和/或執行。
在處理期間，材料從靶120濺射並沉積在基板190的表面上。在一些配置中，靶120透過電源132相對於地或基板支撐件偏壓，以產生和維持由氣體源128提供的處理氣體形成的電漿。電漿中產生的離子朝向靶120加速並撞擊靶120，導致靶材料從靶120移出。脫落的靶材料在基板190上形成具有所需晶體結構和/或組成的層。RF、DC或快速切換脈衝DC電源或其組合提供可調靶偏壓，用於精確控制濺射組合物和介電材料的沉積速率。
在一些實施例中，還期望在介電層沉積處理的不同階段期間分別向基板施加偏壓。因此，可以從源185（例如，DC和/或RF源）向基板支撐138中的偏壓電極186（或卡盤電極180）提供偏壓，以便在沉積過程的一個或多個階段期間，基板190將被電漿中形成的離子轟擊。在一些處理實例中，在執行介電膜沉積處理之後將偏壓施加到基板。或者，在一些處理實例中，在介電膜沉積處理期間施加偏壓。較大的負基板偏壓將傾向於將電漿中產生的正離子驅向基板，反之亦然，使得當它們撞擊基板表面時它們具有更大量的能量。
返回參考圖1的實施例，圖1的實施例的電源132是由發明人開發的混合HIPIMS電源。根據本原理的混合HIPIMS電源132被配置為以高電流輸送功率脈衝，例如，在大約50安培和大約300安培之間、電壓範圍從短時間約800V到約2000V、在約5μs和約100μs之間、頻率在約5kHz和約50kHz之間。也就是說，發明人已經決定，為了製造具有期望的均勻性和非晶特性的高密度介電膜，根據本原理的實施例可以透過相應的電源提供在上述範圍內具有高電壓、高頻率、更短持續時間的功率脈衝的信號。
與本原理的混合HIPIMS電源相比，傳統的HiPIMS發電機在50Hz和5kHz之間的頻率範圍內工作，並且通常輸出4000A和超過2000V的電壓。本發明人已經決定在這樣的低頻下提供高壓脈衝不足以實現使用PVD處理生產的介電材料膜（例如碳膜）的粗糙度/形態要求。也就是說，以低頻率提供高壓脈衝導致電弧並且在使用PVD處理生產的介電材料膜中引起高粒子數。
與本原理的混合HIPIMS電源相比，與PVD室一起使用的傳統脈衝DC發電機在50kHz和300kHz之間的頻率範圍內工作，並產生40A的電流和800V。由發明人決定由常規脈衝DC發電機提供的頻率範圍太快而不能達到使用PVD處理生產的介電材料膜的適當沉積速率。此外，發明人已經決定，傳統脈衝DC發電機提供的功率不足以產生處理諸如碳的介電材料所需的高密度電漿。
圖2描繪了根據本原理的實施例的混合HIPIMS電源132的高級示意圖。圖2的實施例的混合HIPMS說明性地包括AC/DC整流器電路210、降壓-升壓電路220和脈衝電路230。
說明性地，在AC/DC整流器電路210中，整流二極體（統稱為二極體202）將AC轉換為DC並將電容器C1充電至Vdc位準。降壓-升壓電路透過調節開關S1的佔空比將Vdc轉換為負HV dc信號。也就是說，當開關S1閉合時，Vdc對電感器L1和二極體D1充電，阻止電流流入電容器C2。當S1打開時，電感器L1對電容器C2充電，產生負電壓（HVdc）。在圖2的混合HIPIMS電源132中，開關的佔空比S1定義了HVdc相對於Vdc的大小。
圖2的脈衝電路230產生HV脈衝DC信號。在脈衝電路230中，當開關S2閉合且開關S3打開時，HVdc被施加到負載，例如電漿。當開關S2打開並且開關S3關閉時，負載接地。二極體D2確保當開關S3對負載接地時負載電壓不會變為正值。
根據本原理，圖2的混合HIPIMS電源132被配置為輸送功率脈衝，其具有高電流（例如在大約50A和大約300A之間）、高功率（例如在大約5kW和大約40kW之間）、短時間內的電壓範圍從800V至約2000V，及在約5μs至約100μs之間而在約5kHz至50kHz之間的頻率下。
在一個實驗中，腔室壓力設定為8mT，並且由本原理的混合HIPIMS電源（例如圖1和2的HIPIMS電源132）提供的HV脈衝DC信號設定為1500V。在該實驗中，HV脈衝DC信號以大約40kHz的頻率提供。在這樣的頻率下，需要大約僅5μs的導通時間來點燃電漿。在大約40kHz的頻率和大約5μs的導通持續時間內，電流達到大約80安培。
相反，在另一個實驗中，類似的腔室壓力設定為8mT，並且再次在1500V提供HV脈衝DC信號，然而HV脈衝DC信號以略低於5kHz的頻率提供。在這樣的頻率下，需要大約25μs的導通時間來點燃電漿。在不到5kHz的頻率和大約25μs的導通持續時間內，電流達到大約150安培。
如上述實驗示例所示，透過以比常規HIPIMS電源可用的頻率更高的頻率提供HV脈衝DC信號，根據本原理的混合HIPIMS電源能夠使用更短的接通時間來點燃電漿，其導致較低的峰值電流。較低的峰值電流導致所產生的介電膜中的顆粒數量較低，這是由於例如較少的電弧放電所致，並導致介電膜具有降低的沉積速率、改善的折射率（RI）和形態。
例如，圖3描繪了根據本發明的一個實施例的粒子計數作為由高功率脈衝磁控濺射（HIPIMS）PVD處理產生的頻率增加的函數的曲線圖。如圖3所示，當根據本原理的來自混合HIPIMS電源的HV脈衝DC信號的頻率（具有上述功率範圍和接通時間範圍）示例性地從16kHz增加到35kHz，介電質膜層（例如6000埃的碳膜）的粒子數（例如，增額）會顯著減少。也就是說，如在圖3的實施例中可以看到的，當來自根據本原理的混合HIPIMS源的HV脈衝DC信號以16kHz的頻率傳送時，在生成的碳膜層中偵測到2821個增額。如圖3中進一步所示，在20kHz的頻率下，偵測到2184個增額；在25kHz的頻率下，偵測到1615個增額；在30kHz的頻率下，偵測到1602個增額；並且在35kHz的頻率下，在根據本發明的一個實施例的高功率脈衝磁控濺射（HIPIMS）PVD處理產生的基板上產生的碳膜層中僅偵測到1324個增額。通常，如圖3所示，在保持處理條件相同並且持續在固定的工作循環下，隨著頻率的增加，顆粒數量會減少。發明人進一步指出，隨著頻率增加，沉積速率降低並且RI（或密度）基本保持恆定。
如上所述，對根據本原理使用較高頻率時粒子計數進行改善的一種解釋是：具有較低峰值電流的較短導通時間的脈衝會導致靶的表面上的弧/微弧減小，其導致所產生的介電膜中的顆粒數量更高。另外，另一種解釋可以是：具有較低峰值電流的較短導通時間的脈衝還使靶的表面加熱最小化，這可導致由於熱應力所致的粒子從靶中機械偏轉。
應該注意的是，當脈衝持續時間由於例如頻率的增加而減小時，峰值電流幾乎線性地減小。因此，降低了根據本原理的來自混合HIPIMS源的HV脈衝DC信號所傳遞的總功率。為了補償這種影響，可以增加所提供的電壓，同時增加頻率並提供更短的導通時間脈衝。也就是說，由電源提供的電壓/總功率仍然需要足夠高以點燃電漿並產生高密度電漿，該高密度電漿是根據本原理用以更高頻率和更短脈衝時間處理介電材料所需的，且達到所需的下降速率並滿足介電材料薄膜的粗糙度/形態要求。
圖4描繪了根據本發明原理使用兩種不同頻率產生的碳膜形態的圖示。具體地，圖4描繪了使用5～10kHz之間的頻率和30～40kHz之間的頻率所產生的6000埃的碳膜的形態的比較。如圖4所示，在30～40kHz之間的較高頻率下，碳膜的沉積更加無定形。也就是說，發明人已經決定，使用根據本原理在此描述的功率範圍中的以及根據本原理在此描述的範圍中的更高頻率的脈衝，會改善介電質沉積的形態，例如碳，因為沈積速率略微降低。更具體地，至少部分地由於在根據本原理的用於PVD處理的上述範圍中的HV脈衝DC信號的較高頻率和較短導通時間脈衝，脈衝的電流上升是有限的，其導致沉積速率降低和顆粒沉積減少，這改善了形態並降低了表面粗糙度。儘管在較高頻率下，介電膜的應力可能略微增加，但是與上述使用較高頻率的特性相比，在較高頻率下，在上述範圍內的應力增加被認為是可忽略不計的，特別是減少的顆粒數和改進的薄膜形態和粗糙度。
圖5描繪了根據本發明實施例的使用物理氣相沉積處理形成介電膜層的方法500的流程圖。方法500可以在520開始，在此期間濺射氣體被輸送到例如具有如上參照圖1所述的基板的處理室的處理容積。在一些實施例中，處理室具有含介電質的靶，例如碳靶。濺射氣體可以是對基板或濺射靶呈惰性的氣體。在一個實施例中，濺射氣體可以是氬氣。然後，方法500可以進行到504。
在504處，將至少一個能量脈衝（通常是一系列能量脈衝）輸送到濺射氣體以產生濺射電漿。通常，在504期間提供的能量脈衝包括至少以下各者：靶偏壓電壓、脈衝寬度和脈衝頻率，其形成電漿，該電漿將賦予期望量的能量以實現期望的電漿能量和電漿密度以實現高電離速率和對濺射原子的電離度達到理想的HIPIMS濺射沉積速率、薄膜晶體結構和薄膜密度。在一個實施例中並且如上所述，用於形成濺射電漿的能量脈衝可以各自具有在大約800伏特和大約2000伏特之間的平均電壓、在大約50安培和大約300安培之間的平均電流、脈衝寬度小於100微秒且大於5微秒（在小於50kHz且大於5kHz的頻率下）。然後，方法500可以進行到506。
在506處，一旦形成電漿，就將電離的濺射氣體物質（濺射電漿）加速（引導）朝向含有介電質的靶材料並與其碰撞。這些碰撞移除了形成電離物質的靶原子，該電離物質包括從含有介電質的靶所濺射的介電質材料。靶原子沉積在基板的表面上並在基板上形成固體的含介電質的膜。然後可以退出方法500。在關於包含碳的介電材料的替代實施例中，506可包括將濺射電漿輸送到濺射靶以形成包含從含碳濺射靶濺射的碳的電離物質，其中電離物質在基板上形成含碳膜層。
如上所述並根據本原理，能量脈衝功率、頻率和脈衝持續時間允許在基板上形成具有增加的密度和無定形特性以及減少的顆粒數的介電膜層。
如上所述，根據本原理的混合HIPIMS電源可以在比常規HIPIMS發電機更高頻率的短持續時間內以比常規脈衝DC發電機更高的電壓輸送功率脈衝，以在HIPIMS PVD處理期間產生非晶的、高密度的介電膜。更具體地，根據本原理的混合HIPIMS電源能夠提供例如在約50A和約300A之間的高電流、例如短持續時間內在約800V和約2000V之間的高電壓、在約5μs和約100μs之間而具在約5KHz和50KHz之間的頻率。
在脈衝週期時間內傳遞的功率或能量在接通持續時間期間可以具有非方波形狀，因此與在較低頻率下傳遞的類似脈衝相比，該持續時間內的平均功率減小。在一些實施例中，提供給靶的每個功率脈衝可以具有相等的功率量和/或相等的持續時間。然而，本公開的實施例不限於此。例如，提供給靶的每個脈衝可以具有不同的功率量和/或不同的持續時間。所引用的值純粹作為示例被理解，並且可以在寬範圍內變化。高功率施加到靶（陰極）的時間通常受到電源的額定值和電源在中間期間再充電的再充電時間的限制。
如上所述，與典型的HIPIMS源相比，脈衝頻率增加到本文所述的範圍，並且與典型的DC脈衝發電機相比，脈衝電壓增加到根據本原理的實施例的本文所述的範圍，會降低沉積速率、顆粒缺陷和表面粗糙度，並改善使用根據本原理的HIPIMS PVD處理生產的介電膜中的形態。
雖然前述內容針對本原理的實施例，但是可以設計其他和進一步的實施例而不脫離其基本範圍。
100‧‧‧處理腔室
108‧‧‧腔室主體
118‧‧‧處理容積
110‧‧‧側壁
146‧‧‧底部
190‧‧‧基板
104‧‧‧腔室蓋組件
130‧‧‧基板進入端口
128‧‧‧氣體源
150‧‧‧泵送端口
152‧‧‧泵送元件
120‧‧‧靶
126‧‧‧接地屏蔽組件
132‧‧‧電源
124‧‧‧周邊部分
116‧‧‧中心部分
138‧‧‧基板支撐件
102‧‧‧全面腐蝕磁控管陰極
106‧‧‧接地框架
154‧‧‧上部處理區域
106‧‧‧接地框架
112‧‧‧接地屏蔽
146‧‧‧底部
140‧‧‧軸
144‧‧‧提昇機構
142‧‧‧波紋管
190‧‧‧基板
181‧‧‧DC電源
158‧‧‧記憶體
160‧‧‧中央處理單元（CPU）
148‧‧‧控制器
162‧‧‧支援電路
128‧‧‧氣體源
132‧‧‧電源
202‧‧‧二極體
122‧‧‧陰影框架
210‧‧‧AC/DC整流器電路
220‧‧‧降壓-升壓電路
230‧‧‧脈衝電路
156‧‧‧唇緣
500‧‧‧方法
506‧‧‧（步驟）
504‧‧‧（步驟）
透過參考附圖中描繪的本公開的說明性實施例，可以理解以上簡要概述以及下面更詳細討論的本公開的實施例。然而，附圖僅示出了本原理的典型實施例，因此不應視為對範圍的限制，因為本原理可允許其他同等有效的實施例。
圖1描繪了根據本發明的實施例的物理氣相沉積（PVD）處理腔室的示意性剖視圖。
圖2描繪了根據本原理的實施例的混合高功率脈衝磁控濺射（HIPIMS）電源的高級示意圖。
圖3描繪了根據本原理的實施例的粒子計數作為由HIPIMS PVD處理產生的頻率增加的函數的曲線圖。
圖4描繪了根據本發明原理使用兩種不同頻率產生的碳膜形態的圖示。
圖5描繪了根據本原理的實施例的使用PVD處理形成介電膜層的方法的流程圖。
為了便於理解，在可能的情況下，使用相同的附圖標記來表示附圖中共有的相同元件。附圖未按比例繪製，並且為了清楚起見可以簡化。一個實施例的元件和特徵可以有利地併入其他實施例中而無需進一步敘述。
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國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

Claims (20)

  1. 一種使用一物理氣相沉積處理形成一介電膜層的方法，包括以下步驟： 將一濺射氣體輸送到位於一處理室的一處理區域中的一基板，該處理室具有一含介電質的濺射靶； 向該濺射氣體輸送一能量脈衝以產生一濺射電漿，該濺射電漿由平均電壓在約800伏特和約2000伏特之間，且平均電流在約50安培和約300安培之間，且頻率為小於50kHz且大於5kHz的能量脈衝所形成，；和 將該濺射電漿導向該含介電質的濺射靶以形成一電離物質，該電離物質包含從該含介電質的濺射靶濺射的介電質材料，該電離物質在該基板上形成一含介電質的膜。
  2. 如請求項1所述的方法，其中該介電材料包括碳。
  3. 如請求項2所述的方法，其中，該能量脈衝以30至40kHz之間的一頻率傳遞。
  4. 如請求項2所述的方法，其中該能量脈衝在5到10微秒之間。
  5. 如請求項1所述的方法，其中該基板保持在約2毫托至約20毫托的一壓力下。
  6. 如請求項1所述的方法，其中該濺射靶是一石墨靶。
  7. 如請求項1所述的方法，其中該能量脈衝的一寬度小於100微秒且大於5微秒。
  8. 如請求項1所述的方法，其中該濺射氣體包括對該基板或該濺射靶中的至少一者呈惰性的一氣體。
  9. 如請求項8所述的方法，其中該濺射氣體包括氬氣。
  10. 一種發電機，其用於使用一物理氣相沉積處理提供形成一介電膜層的能量脈衝，包括： 一整流電路以提供一能量電荷； 一反相電路以反轉該能量電荷；和 一脈衝電路以將經反向的該能量電荷轉換為能量脈衝； 其中，該發電機被配置為： 向位於一處理室的一處理區域中的一基板附近的一濺射氣體提供能量脈衝，該處理室具有一包含介電質的濺射靶以產生一濺射電漿，該等能量脈衝具有在約800伏特和約2000伏特之間的一平均電壓、在小於50kHz且大於5kHz的一頻率下而在約50安培和約300安培之間的一平均電流。
  11. 如請求項10所述的發電機，其中由該整流電路提供的該等能量電荷包括DC電力。
  12. 如請求項10所述的發電機，其中該濺射電漿朝向該含介電質的濺射靶加速，以形成一電離物質，該電離物質包含從該含介電質的濺射靶濺射的介電質材料，該電離物質在該基板上形成一含介電質的膜。
  13. 如請求項10所述的發電機，其中，該發電機產生寬度小於100微秒且大於5微秒的能量脈衝。
  14. 一種使用一物理氣相沉積處理形成一碳膜層的方法，包括以下步驟： 將一濺射氣體輸送到位於一處理室的一處理區域中的一基板，該處理室具有一含碳濺射靶； 向該濺射氣體輸送一能量脈衝以產生一濺射電漿，該濺射電漿由具有在約800伏特和約2000伏特之間的一平均電壓，且在約50安培和約300安培之間的一平均電流，且小於50kHz且大於5kHz的一頻率的能量脈衝所形成；和 形成一電離物質，該電離物質包含從該含碳濺射靶濺射的一碳材料，其中該電離物質在該基板上形成一含碳層。
  15. 如請求項14所述的方法，其中該基板保持在約2毫托至約20毫托的一壓力下。
  16. 如請求項14所述的方法，其中該濺射靶是一石墨靶。
  17. 如請求項14所述的方法，其中該能量脈衝的一寬度小於100微秒且大於5微秒。
  18. 如請求項14所述的方法，其中該濺射氣體包括對該基板或該濺射靶中的至少一者呈惰性的一氣體。
  19. 如請求項18所述的方法，其中該濺射氣體包括氬氣。
  20. 如請求項14所述的方法，其中，該能量脈衝以30至40kHz之間的一頻率傳遞。
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