TW202100785A - 用於沉積具有超導膜的多層器件的方法及裝置 - Google Patents

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Abstract

一種物理氣相沉積系統包括：腔室；三個用於靶的靶支撐件；可動屏蔽物，定位為具有通過該可動屏蔽物的開口；工件支撐件，用來將工件固持在該腔室中；氣體供應器，用來向該腔室遞送氮氣及惰性氣體；電源；及控制器。該控制器被配置為：移動該屏蔽物以輪流將該開口定位在每個靶附近，及在每個靶處，使該電源施加足以在該腔室中點燃電漿的電力，以分別造成沉積緩衝層、該緩衝層上的第一材料的器件層、及蓋頂層，該第一材料是在超過8ºK的溫度下適合用作超導體的金屬氮化物。

Description

用於沉積具有超導膜的多層器件的方法及裝置
本揭示內容涉及用於處理工件以沉積金屬氮化物（特別是適合作為超導材料的金屬氮化物）的反應器。
在超導電性的背景脈絡下，臨界溫度（TC ）指的是一種溫度，低於該溫度，材料變得超導。氮化鈮（NbN）是可以用於超導應用（例如用於量子資訊處理、CMOS中的缺陷分析、LIDAR等等的超導奈米線單光子偵測器（SNSPD））的材料。氮化鈮的臨界溫度取決於材料的結晶結構及原子比。例如，參照圖1，立方δ相的NbN由於其相對「高」的臨界溫度（例如9.7-16.5 ºK）而具有一些優點。
可以藉由物理氣相沉積（PVD）將氮化鈮沉積於工件上。例如，可以在存在氮氣的情況下使用鈮靶來執行濺射操作。可以藉由在容納靶及工件的反應器腔室中感應電漿來執行濺射。
在一個態樣中，一種在工件上形成包括金屬氮化物層的結構的方法包括以下步驟：在將該工件安置在包括金屬靶的腔室中之前，藉由將氮氣及惰性氣體用第一流速比流動到該腔室中，及在該腔室中點燃電漿，來預調節該腔室；在該預調節步驟之後將該腔室排氣；在該預調節步驟之後將該工件安置在該腔室中的工件支撐件上；及藉由將氮氣及該惰性氣體用第二流速比流動到該腔室中，及在該腔室中點燃電漿，來在該腔室中的該工件上執行金屬氮化物層的物理氣相沉積。該第二流速比小於該第一流速比。
在另一個態樣中，一種物理氣相沉積系統包括：腔室壁，形成腔室；支撐件，用來將工件固持在該腔室中；真空泵，用來將該腔室排氣；氣體供應器，用來向該腔室遞送氮氣及惰性氣體；電極，用來支撐金屬靶；電源，用來向該電極施加電力；及控制器。該控制器被配置為：在將上面要沉積金屬氮化物層的工件安置在該腔室中之前，使該氣體源將氮氣及該惰性氣體用第一流速比流動到該腔室中，及使該電源施加足以在該腔室中點燃電漿的電力，以預調節該腔室；及在將該工件安置在該腔室中之後，使該氣體源將氮氣及該惰性氣體用第二流速比流動到該腔室中，及使該電源施加足以在該腔室中點燃電漿的電力，以藉由物理氣相沉積在該工件上沉積金屬氮化物層。該第二流速比小於該第一流速比。
在另一個態樣中，一種用於製造具有金屬氮化物層的器件的群集工具包括：裝載鎖氣閘室，用來接收固持工件的輸送盒；中央真空腔室；複數個沉積腔室，用群集陣式圍繞該中央真空腔室佈置且耦接到該中央真空腔室；機器人，用來在該真空腔室與該裝載鎖氣閘室與複數個沉積腔室之間搬運工件；及控制器。該複數個沉積腔室包括具有第一靶的第一沉積腔室、具有第二靶的第二沉積腔室、及具有第三靶的第三沉積腔室。該控制器被配置為：使該機器人將該基板搬運到該第一沉積腔室，及使該第一沉積腔室在該工件上沉積緩衝層；使該機器人將該基板從該第一沉積腔室搬運到該第二沉積腔室，及使該第二沉積腔室在該緩衝層上沉積在超過8ºK的溫度下適合用作超導體的金屬氮化物層；及使該機器人將該基板從該第二沉積腔室搬運到該第三沉積腔室，及使該第三沉積腔室在該金屬氮化物層上沉積蓋頂層。
在另一個態樣中，一種物理氣相沉積系統包括：腔室壁，形成腔室；第一靶支撐件，用來固持第一靶；第二靶支撐件，用來固持第二靶；及第三靶支撐件，用來固持第三靶；可動屏蔽物，定位在該腔室中且具有通過該可動屏蔽物的開口；致動器，用來移動該屏蔽物；工件支撐件，用來將工件固持在該腔室的下部中；真空泵，用來將該腔室排氣；氣體供應器，用來向該腔室遞送氮氣及惰性氣體；電源，用來選擇性地向該第一靶、該第二靶、或該第三靶施加電力；及控制器。該控制器被配置為：使該致動器移動該屏蔽物以將該開口定位在該第一靶附近；使該氣體源將第一氣體流動到該腔室中；及使該電源施加足以在該腔室中點燃電漿的電力，以造成在該工件支撐件上的該工件上沉積第一材料的緩衝層；使該致動器移動該屏蔽物以將該開口定位在該第二靶附近；使該氣體源將第二氣體流動到該腔室中；及使該電源施加足以在該腔室中點燃電漿的電力以造成在該緩衝層上沉積第一材料的器件層，該第一材料是在超過8ºK的溫度下適合用作超導體的金屬氮化物，該第一材料的組成與該第二材料不同；使該致動器移動該屏蔽物以將該開口定位在該第三靶附近；使該氣體源將第三氣體流動到該腔室中；及使該電源施加足以在該腔室中點燃電漿的電力以造成在該器件層上沉積第三材料的蓋頂層，該第三材料的組成與該第一材料及該第二材料不同。
該等態樣可以包括以下特徵中的一或更多者。
金屬靶可以包括鈮或鈮合金。金屬氮化物層可以包括氮化鈮或鈮合金氮化物。金屬靶可以實質上是純的鈮，且金屬氮化物層可以實質上是純的氮化鈮。金屬氮化物層可以是δ相NbN。電漿可以濺射金屬靶的金屬。
第二流量比可以比第一流速量比少2-30%。第一流速比可以是4:100到1:1，而第二流速比可以是3:100到48:52。可以將腔室排氣到低於10-8 托的壓力。
預調節可以包括以下步驟：將快門碟安置在基板支撐件上。機器人被配置為將快門碟定位到腔室中以用於腔室的預調節。預調節可以包括以下步驟：將快門碟加熱到一定溫度，而執行物理氣相沉積可以包括以下步驟：將工件加熱到相同的溫度。該溫度可以是200-500℃。在預調節時點燃電漿的步驟及在沉積時點燃電漿的步驟可以使用相同的功率水平。
可以用光學感測器來量測電漿中的氮離子濃度。可以響應於由感測器所量測到的氮離子濃度，調整氮氣及/或惰性氣體的流速，以使氮離子濃度達到所需的濃度。感測器定位在腔室外部，且其中腔室壁包括窗口以為感測器提供通往腔室的光學通路。
濺射屏蔽物可以定位在腔室中。濺射屏蔽物可以具有開口以為感測器提供對電漿的清晰視線。
可以在形成金屬氮化物層之前將緩衝層形成於工件上。可以將金屬氮化物層直接沉積在緩衝層上。緩衝層可以是與靶的金屬不同的金屬的金屬氮化物。緩衝層可以是氮化鋁。
可以將蓋頂層形成於金屬氮化物層上。蓋頂層可以包括碳、矽、與靶的金屬不同的金屬、或與靶的金屬不同的材料的氮化物。蓋頂層可以是碳、氮化矽、或氮化鈦。
第一靶可以是第二靶的金屬以外的金屬。第一氣體可以包括氮氣。第二靶可以包括鈮。第二氣體可以包括氮氣。第三靶可以包括碳、矽、或第二靶的金屬以外的金屬。
屏蔽物可以是可旋轉的，且可以將致動器配置為旋轉屏蔽物。
一些實施方式可以提供以下優點中的一或更多者。工序容許可靠地或穩定地沉積具有高臨界溫度的高品質NbN。這容許製造在較高溫度下操作的器件（例如SNSPD），因此使得此類器件更實用。器件可以被製造為具有較高的量子效率及低的暗電流。器件也可以被製造為具有減少的定時抖動及較快的偵測響應。可以藉由單個工具來沉積緩衝層、超導膜、及蓋頂層而不需從真空移除工件。這可以顯著改善工序穩定性及可製造性，及減少污染（例如氧化）的風險，這也有助於保留高的臨界溫度。
一或更多個實施方式的細節被闡述在附圖及以下的說明中。藉由說明書、附圖、及請求項，將理解其他可能的特徵、態樣、及優點。
如上所述，氮化鈮（特別是δ相NbN）作為超導材料具有一些優點。然而，可能難以用令人滿意的品質沉積δ相NbN。例如，可能需要高度真空（10-9 托或更低）以及高遷移率的物種（高溫、高尖峰功率、及脈衝式DC中的低佔空比）。雖然半導體級沉積工具可以提供良好的均勻性，但它們一般被配置為用於最低為約10-8 托的真空。然而，增加泵容量及用於較小原子量的氣體（例如水蒸氣）的額外捕集器可以改善真空性能。
另一個問題是，（超）導電層下方的緩衝層（例如氮化鋁（AlN）層）可以幫助改善金屬氮化物層的臨界溫度。類似地，（超）導電層上方的蓋頂層（例如碳層或氮化矽層）可以幫助保護金屬氮化物層，例如以防止氧化。蓋頂層及緩衝層一般會由單獨的沉積工具所提供。不幸地，從用於沉積金屬氮化物的工具移除工件可能造成污染或氧化，因此減少了臨界溫度。然而，可以將群集工具配置為具有多個腔室，該等腔室中的每一者均可以沉積一個層而不需從真空環境移除工件，或可以將單個腔室配置為沉積層中的每一者，藉此避免移除工件的需要。
又另一個問題是，即使在良好的沉積條件下，可靠地沉積具有盡可能高的臨界溫度的膜也可能是困難的。然而，已經發現，為氮含量的函數的氮化鈮的臨界溫度展現了滯後效應；取決於氮含量是否升高或降低，可以獲得不同的臨界溫度。藉由在工件上沉積層之前使用氮氣來執行腔室的預調節，工序可以遵循此滯後效應的更有利的曲線。其結果是，可以更可靠地獲得較高的臨界溫度。
沉積系統
現參照圖2，物理氣相沉積（PVD）反應器100包括真空腔室110。腔室110由腔室壁所包封，該等腔室壁包括側壁112、底板114、及頂壁116。工件支撐件120（例如托座或承載器）可以定位在腔室110內部。工件支撐件120具有頂面120a以將工件10支撐在腔室110內部。支撐件120可以升高到底板114上方。
在一些實施方式中，溫度控制系統可以控制支撐件120的溫度。例如，溫度控制系統可以包括電阻式加熱器及電源，該電阻式加熱器嵌入在工件支撐件120的表面120a中或安置在該表面上，該電源電耦接到該加熱器。替代性或附加性地，可以將冷卻劑通道形成於工件支撐件120中，且來自冷卻劑供應器的冷卻劑可以流動（例如泵送）通過該等通道。
在一些實施方式中，工件支撐件120的垂直位置是可調整的，例如藉由垂直致動器而可調整。
開口118（例如縫閥）可以形成於腔室110的壁中。末端執行器（未示出）可以延伸通過開口118以將基板10安置到升降銷（未示出）上以將基板降下到工件支撐件120的支撐面120a上。
在一些實施方式中，支撐件120或支撐件內的導電電極121（參照圖8）接地。或者，可以使用外部電源136（參照圖8）（例如DC或RF電源）來向支撐件120或支撐件120內的導電電極121施加偏壓電壓或RF電力，且因此向工件10施加偏壓電壓或RF電力。可選地，電源136可以藉由RF匹配網路137耦接到電極121（參照圖8）。
可以將濺射屏蔽物126定位在腔室110內部以防材料濺射到腔室側壁112上。
電極130形成頂壁116的一部分，且可以從電極130支撐靶140。電極130電耦接到電源132。可以將電源132配置為施加脈衝式DC電壓。電源132可以藉由RF匹配網路133耦接到電極10。所施加的功率可以是500W到20kW，電壓可以是200V到600V，頻率可以是50kHz到250kHz，而佔空比可以是60-100%。
靶140是由金屬所形成的主體（例如碟），要從該主體沉積金屬氮化物。在安裝時，靶可以實質上是純的金屬，例如實質純鈮的主體。然而，在處理期間，氮可以與靶的表面起反應，從而形成金屬氮化物的表面層。
真空泵150耦接到腔室110，例如藉由通路與工件支撐件120下方的區域中（例如底板112中）的開口耦接，以將腔室110排氣。真空泵的示例包括具有節流閥或隔離閥的排氣泵、由機械泵支援的低溫泵及渦輪泵。雖然圖2繪示單個真空泵，但在一些實施方式中，也可以使用多個泵來增加真空水平。一或更多個真空泵150的組件可以使腔室降低到小於8x10-9 托的真空。真空泵150可以在升高的沉積溫度下維持小於50奈托/分鐘的上升速率。
冷凝板152可以位於將腔室110連接到真空泵150的通路中。冷凝板152提供了通路的表面或定位在通路中的表面，該表面冷卻到足以使得水冷凝在板152上。因此，冷凝板152用來捕捉捕集的水蒸氣以及可以冷凝的其他較低重量的分子，因此防止此類氣體形成電漿的一部分且減少金屬氮化物膜中的不純物。
氣體源160流體耦接到腔室110。氣體源160包括氮氣（N2 ）的來源162及惰性氣體（例如氬氣或氦氣）的來源164。可以藉由可獨立控制的閥門166及質量流量控制器來控制氮氣及惰性氣體的流速，且因此控制流速的比率。雖然圖2繪示進入腔室的單獨通路，但氣體也可以在進入腔室110之前混合，且也可以使用更複雜的氣體分佈裝置（例如氣體分佈板或淋噴頭、通過側壁的徑向通路的陣列等等）來將氣體分佈到腔室110中。
藉由電源132用適當的頻率及功率向電極130施加電力可以在腔室110中點燃電漿111。詳細而言，可以經由電極130向濺射靶140施加脈衝式DC偏壓，而工件支撐件120可以電浮動。腔室110中的生成電場離子化濺射氣體以形成濺射靶140的濺射電漿111，從而造成將材料沉積在工件10上。電漿111一般藉由施加100瓦特與20千瓦之間（例如1-5千瓦）的DC功率水平來產生。電源132可以用50kHz到250KHz（例如200 kHz）的頻率供應DC脈波。脈波的佔空比可以是50-100%，例如50-70%或60-100%。
在一些實施方式中，磁鐵組件170定位在腔室110外部，例如頂壁116上方。磁鐵組件170可以幫助將離子約束在電漿中及增加基板10上的離子能量。
控制器190（例如具有處理器、記憶體、及用來儲存電腦程式的非暫時性儲存媒體的程式化的通用電腦）可以耦接到各種元件以控制處理系統100。
可以使用光學發射感測器180來在沉積期間監測電漿濃度及/或監測氣體組成。感測器180可以定位在腔室110外部，但安置在通過腔室的壁（例如側壁112）的窗口182附近，以查看電漿111。如果必要的話，可以將孔184形成於屏蔽物126中以將對電漿111的清晰視線提供給感測器180。光學發射感測器180可以量測電漿111中的氮離子濃度。在一些實施方式中，光學發射感測器180也可以量測電漿111中的惰性氣體離子濃度。光學發射感測器180可以向控制器190提供該等量測值。
可以將控制器190配置為控制氣體源160以響應於量測到的離子濃度而調整氮氣及/或惰性氣體的流速。例如，控制器190可以用反饋迴路操作以控制氣體流速，以使氮離子分壓達到所需的分壓，或使氮離子濃度達到所需的濃度。也可以將控制器190配置為控制氣體源160的氣體流速以在靶140的表面上維持穩定的電漿及/或實現所需的條件。
氮化鈮的沉積
可以採用工件處理工具100來執行工件上的氮化鈮（特別是δ相NbN）的沉積。在一個示例中，工件110包括緩衝層（例如氮化鋁），氮化鈮要沉積到該緩衝層上。
圖3繪示靶上的電壓與氮氣流量的關係。向靶施加固定的脈衝式DC電源。相對於接地量測靶的電勢。取決於靶的濺射產率及電漿中的離子濃度，此電勢將改變。一般而言，靶電壓可以是臨界溫度的模擬值（stand-in value），雖然不是線性關係。
一般而言，較高品質的膜將也展現較高的臨界溫度。如上所述，已經發現，為氮含量的函數的氮化鈮的臨界溫度展現滯後效應。仍參照圖3，若為連續的工件增加了氮氣流速，則靶電壓遵循曲線202。據信，在腔室中存在充足的N2 而在靶表面上形成NbN的薄層時，鈮靶的表面從金屬模式變成「毒化」模式。相比之下，若為連續的工件減少氮氣流速，則靶電壓遵循曲線204。再次地，據信，隨著N2 分壓減少，靶開始變得「去毒化」且切換回金屬模式。
對於兩條曲線202、204而言，靶電壓剛好在突然下降之前具有最大值。據信，這是因為富鈮的氮化鈮（NbN）膜一般在靶處於金屬模式時形成，而具有良好計量比及所需立方相的NbN膜一般在靶處於毒化模式時形成。
然而，若流速連續減少（曲線204），則靶電壓的下降發生在較低的氮氣流速下。這可能指示，鈮靶去毒化時的分壓比鈮靶變得毒化時的分壓低。
此外，若流速連續減少，則與流速連續增加（曲線202）時相比，靶電壓實際上達到了較高的值（指示於206處）。並且，在該等流速下沉積的氮化鈮的臨界溫度的量測值確認，若與先前的工序相比，氮氣流速減少而不是增加，則可以實現較高的臨界溫度。
可以利用此滯後效應。詳細而言，藉由在工件上沉積層之前使用氮氣來執行腔室的預調節，工序可以遵循此滯後效應的更有利的曲線。其結果是，可以更可靠地獲得較高的臨界溫度。
參照圖2及4，用於製造金屬氮化物層的工序260開始於預調節腔室110（步驟262）。將腔室110排氣。可以將快門碟（例如相較於工件具有大約相同的直徑但較厚的金屬碟）安置在支撐件120上（上面要沉積層的工件不存在於腔室110中）。氣體分佈組件160向腔室110供應氮氣。
氣體分佈組件160也可以向腔室100供應惰性氣體（例如氬氣或氦氣）。惰性氣體可以用來稀釋氮氣；這可以增加電漿密度。氣體分佈組件146可以建立2到20毫托的總壓力（氮氣及惰性氣體）。在此預調節步驟中，用第一流速（例如15到40 sccm，例如20 sccm）供應氮氣。可以用氮氣與惰性氣體的第一比率（4:100到1:4，例如4:100到1:1，例如2:1到1:1）（該比率可以是用sccm為單位的流速的比率）供應氮氣及惰性氣體。例如如上所述地向電極130施加電力，以感應電漿111。
可以在例如200-500℃的溫度下用快門碟實現此調節工序。預調節工序可以進行例如60-300秒。
在預調節之後，再次將曲面排氣（例如抽空到10-9 托），移除虛設基板，且將工件安置到腔室110中及安置到支撐件120上。
現在，可以藉由物理氣相沉積工序將金屬氮化物形成於工件上（步驟264）。氣體分佈組件160向腔室110供應氮氣，且例如如上所述地向電極130施加電力以感應電漿111。電源132可以在沉積期間施加與預調節相同的RF電力、頻率、及佔空比。
在沉積步驟中，用比第一流速低的第二流速供應氮氣，而惰性氣體的流速保持與預調節步驟相同。例如，氮氣的第二流速可以低至少2%，例如低至少10%。例如，第二流速可以低2-30%，例如低10-30%。例如，第二流速可以為15-18 sccm。
或者，氮氣的流速可以保持恆定，但惰性氣體的流速可以增加。
在沉積步驟中，可以用氮氣與惰性氣體的第二比率（例如3:100到1:6，例如3:100到45:52，例如1.5:1到1:3）（該比率可以是用sccm為單位的流速的比率）供應氮氣及惰性氣體。第二比率可以比第二比率低，例如低至少2%，例如低至少10%。例如，第二比率可以低2-30%，例如低10-30%。
可以在例如200-500℃的溫度下用工件實現此物理氣相沉積工序。可以用與預調節工件中的快門碟相同的溫度處理工件。沉積工序可以進行例如10-600秒。
用適當的頻率及佔空比向電極130施加電力將在腔室110中點燃電漿。電漿將造成將材料從靶130濺射到工件10上。由於電漿中存在氮氣，氮與金屬的組合（例如氮化鈮）沉積到工件上。預調節工序可以允許從沉積工序的開始到結束沉積正確的化學計量及晶體品質的NbN。
供物理氣相沉積形成δ相NbN的適當處理條件應大約是在上文所論述的範圍中，然而工序腔室配置等等的差異可能造成變化。如果必要的話，可以憑經驗決定適當的工序條件。
最後，再次將腔室110排氣，及移除工件。
雖然以上論述聚焦於氮化鈮，但該等技術也可以適用於其他的金屬氮化物，例如鈮與另一種金屬的混合物的氮化物，例如NbTiN。
多層器件
圖5是器件220中的一些層的示意說明，該器件包括用作超導材料的金屬氮化物層226。器件220可以是超導奈米線單光子偵測器（SNSPD）、超導量子干涉器件（SQUID）、量子電腦中的電路等等。圖6是製造層的方法的流程圖。
起初，可以將緩衝層224沉積於基板222上（步驟250）。基板可以例如是矽晶圓。雖然繪示為單個塊體，但基板222也可以包括多個下伏層。
緩衝層224可以是用來幫助改善金屬氮化物的臨界溫度（特別是在金屬氮化物層是薄的時候）的材料。替代性或附加性地，緩衝層224可以改善金屬氮化物層226與基板222之間的黏著。在器件200的操作溫度下，緩衝層224可以是介電或導電的但不是超導的。在一些實施方式中，緩衝層224由與用於層226的金屬氮化物不同的金屬氮化物所形成。例如，緩衝層224可以由氮化鋁（AlN）、氮化鉿（HfN）、氮化鎵（GaN）、或氮化銦（InN）所形成。或者，緩衝層224可以由碳化物（例如碳化矽）所形成。緩衝層可以具有(002)c軸晶體定向。可以藉由標準的化學氣相沉積或物理氣相沉積工序來沉積緩衝層224。
接下來，將金屬氮化物層226沉積於緩衝層上（步驟260）。可以使用兩步驟工序260及上文所論述的系統100來沉積金屬氮化物層226。
在沉積金屬氮化物層226之後，可以將蓋頂層228沉積在金屬氮化物層226上（步驟270）。蓋頂層228充當保護層，例如以防止金屬氮化物層226氧化或其他類型的污染或損傷。在器件200的操作溫度下，蓋頂層228可以是介電或導電的但不是超導的。在一些實施方式中，蓋頂層228是與用於層226的金屬氮化物的金屬不同的材料的氮化物。在一些實施方式中，蓋頂層228是與用於層226的金屬氮化物的金屬不同的金屬。用於蓋頂層228的材料的示例包括碳、矽、氮化鈦（TiN）、及氮化矽（SiN）。可以藉由標準的化學氣相沉積或物理氣相沉積工序來沉積緩衝層224。
可以使用蝕刻術來形成至少通過金屬氮化物層226的溝槽230，以形成導線或器件所需的其他結構（步驟280）。雖然圖4將溝槽繪示為延伸通過緩衝層224、金屬氮化物層226、及蓋頂層228，但其他的配置也是可能的。例如，若緩衝層224及蓋頂層228都是介電的，則蝕刻可以僅延伸通過金屬氮化物層226。在此情況下，可以在沉積蓋頂層的步驟270之前執行蝕刻步驟280。其結果是，蓋頂層228可以直接接觸金屬氮化物島狀物之間的區域中的緩衝層224。例如，若緩衝層224及蓋頂層228都是介電的，則蝕刻可以僅延伸通過金屬氮化物層226。舉另一個例子，蝕刻可以延伸通過金屬氮化物層226及緩衝層224或蓋頂層228（但非兩者）。
用於多層製造的工具
如上所述，從用於沉積的工具移除工件可能造成污染或氧化，因此減少了臨界溫度。
避免此問題的一個技術是使用具有多個腔室的群集工具，該等腔室中的每一者均可以沉積一個層而不需要從真空環境移除工件。圖7是用來沉積緩衝層、金屬氮化物層、及蓋頂層的群集工具300的示意俯視圖。群集工具300包括一或更多個中央真空腔室310、用來接收工件的輸送盒的一或工廠介面單元315、及一或更多個機器人320，該一或更多個機器人用來從工廠介面單元315向其他處理腔室傳輸工件、在處理腔室之間傳輸工件、及從處理腔室將工件傳輸回工廠介面單元315。
群集工具300的處理腔室包括用於沉積緩衝層（例如用於沉積氮化鋁（AlN））的一或更多個物理氣相沉積腔室325、用於沉積金屬氮化物層的一或更多個物理氣相沉積腔室（例如如上所述的物理氣相沉積腔室100）、及用於沉積蓋頂層（例如用於沉積碳層）的一或更多個物理氣相沉積腔室330。可以由適當的縫閥分離腔室。可以由控制器350（例如通用可程式化電腦）控制群集工具300。
避免需要從真空移除工件的另一個技術是在單個腔室中沉積層中的每一者。圖8是用來沉積不同組成的多個層的物理氣相沉積反應器400的示意側視圖。例如，可以使用物理氣相沉積反應器400來沉積緩衝層、金屬氮化物層、及蓋頂層。圖9是物理氣相沉積反應器400的俯視圖（可以將圖8視為沿著圖9中的截線8-8）。
物理氣相沉積反應器400用與物理氣相沉積反應器100類似的方式建構，但包括三個單獨的靶140a、140b、140c（若其他的層需要，則可以存在額外的靶）。可以將靶支撐在反應器400的腔室110的頂壁116上。每個靶均被支撐在相應的電極130a-130c上。不同的電極130a-130c可以耦接到共同的電源132、或耦接到不同的電源132。
可旋轉屏蔽物410定位在腔室110內部，且由所有電極130共用。屏蔽物410可以藉由軸桿420從頂壁116懸掛，而該軸桿可以藉由致動器422圍繞垂直軸線426旋轉（由箭頭A所示）。在一些實施方式中，致動器422也可以垂直移動屏蔽物410（由箭頭B所示）。
可旋轉屏蔽物410可旋轉孔洞412以暴露對應的靶。屏蔽物410有利地限制或消除了複數個靶140a-140c之間的交叉污染。可旋轉屏蔽物410也可以具有用於不正在濺射的每個靶的袋部414。例如，在一些實施例中，若提供三個電極130，則屏蔽物410可以包括孔洞412及兩個袋部414，該孔洞用來一次暴露一個靶，該等袋部用來收容不正在濺射的靶。藉由旋轉屏蔽物410，可以暴露及操作不同的靶。
在一些實施例中，物理氣相沉積反應器400包括複數個接地環430以提供屏蔽物116對頂壁116的改善的接地（例如在屏蔽物410處於回縮位置時）。
三個靶140a、140b、140c由不同的材料（例如要濺射以分別形成緩衝層、金屬氮化物層、及蓋頂層的材料）所形成。例如，第一靶140a可以由用於緩衝層的元素或化合物的非氮成分（例如金屬）組成。例如，若緩衝層要由氮化鋁所形成，則第一靶140a可以是鋁。第二靶140b可以是用於超導層的化合物的非氮成分（例如金屬）。例如，若超導層要由氮化鈮所形成，則第二靶140a可以是鈮。第三靶140b可以是蓋頂層中所使用的元素或化合物的非氮成分，例如碳、矽、或鈦。
操作時，致動器422旋轉屏蔽物410，使得孔412與第一靶140a對準，且其他靶被覆蓋。真空泵150將腔室110排氣，氣體源160向腔室110供應濺射氣體，而電源132向電極130a施加電力以在腔室中產生電漿。電漿可以使得第一靶140a的材料濺射，造成將緩衝層物理氣相沉積到基板10上。若適當，則氣體源可以供應氮氣或將與第一靶140a的材料形成化合物的另一種氣體。例如，若要沉積氮化鋁，則第一靶140a可以是鋁，而氣體源可以供應惰性氣體（例如氬氣）及氮氣。若第一靶140a的材料要沉積為實質純粹的元素，則氣體可以僅包括惰性元素，例如氬或氙。
在緩衝層的沉積完成時，將腔室110排氣，而致動器422旋轉屏蔽物410，使得開口412與第二靶140b對準，且另兩個靶被覆蓋。可以依據上述方法來沉積金屬氮化物層的材料（例如氮化鈮）。
在金屬氮化物層的沉積完成時，將腔室110排氣，而致動器422旋轉屏蔽物410，使得開口412與第三靶140c對準。可以用與上文針對緩衝層所描述的方式類似的方式來沉積蓋頂層的材料。可以再次將腔室110排氣，及例如藉由機器人來移除工件。
控制器
控制器（例如控制器190及/或控制器150）可以用數位電子電路系統、或用電腦軟體、韌體、或硬體、或用上述項目的組合來實施。控制器可以包括一或更多個處理器，例如控制器可以是分佈式系統。一或更多個電腦程式產品（即有形地實施在機器可讀取儲存媒體中的一或更多個電腦程式）可以由控制器（例如可程式化處理器、電腦、或多個處理器或電腦）所執行或控制該控制器的操作。可以用任何形式的程式語言（包括編譯的或解譯的語言）撰寫電腦程式（也稱為程式、軟體、軟體應用程式、或代碼），且可以用任何形式部署該電腦程式（包括部署為獨立程式、或部署為模組、元件、子常式、或適於用在計算環境中的其他單元）。電腦程式不一定與檔案對應。可以將程式儲存在檔案的容納其他程式或資料的一部分中、儲存在專用於所討論的程式的單個檔案中、或儲存在多個協同檔案（例如儲存一或更多個模組、子程式、或代碼部分的檔案）中。可以將電腦程式部署為在一個電腦上執行、或在一個場所處或跨多個場所分佈且由通訊網路互連的多個電腦上執行。
可以藉由執行一或更多個電腦程式以藉由對輸入資料進行運算及產生輸出來執行功能的一或更多個可程式化處理器，來執行此說明書中所述的控制器的操作。也可以藉由以下項目來執行控制器的操作，且也可以將裝置實施為以下項目：特殊用途邏輯電路系統（例如FPGA（現場可程式化邏輯閘陣列）或ASIC（應用特定積體電路））。
雖然已經描述了特定的實施方式，但也可以在不脫離此揭示內容的基本範圍的情況下設計其他及另外的實施方式。可以預期，可以有益地將一個實施例的構件及特徵併入其他實施例而不需另外詳述。然而，要注意，附圖僅繪示示例性實施例。本發明的範圍是由隨後的請求項所決定的。
10:基板 100:物理氣相沉積腔室 110:腔室 111:電漿 112:側壁 114:底板 116:頂壁 118:開口 120:工件支撐件 121:電極 126:濺射屏蔽物 130:電極 132:電源 133:RF匹配網路 136:電源 137:RF匹配網路 140:靶 150:真空泵 152:冷凝板 160:氣體源 162:來源 164:來源 166:閥門 170:磁鐵組件 180:光學發射感測器 182:窗口 184:孔 190:控制器 202:曲線 204:曲線 206:值 220:器件 222:基板 224:緩衝層 226:金屬氮化物層 228:蓋頂層 230:溝槽 250:步驟 260:步驟 262:步驟 264:步驟 270:步驟 280:步驟 300:群集工具 310:中央真空腔室 315:工廠介面單元 320:機器人 325:物理氣相沉積腔室 330:物理氣相沉積腔室 350:控制器 400:物理氣相沉積反應器 410:屏蔽物 412:孔洞 414:袋部 420:軸桿 422:致動器 426:垂直軸線 430:接地環 120a:頂面 130a:電極 130c:電極 140a:靶 140b:靶 140c:靶
圖1繪示氮化鈮的相位與處理溫度及原子百分比氮的關係圖。
圖2是用來沉積金屬氮化物的反應器的示意橫截側視圖。
圖3是繪示靶上的電壓與氮氣流量及針對各種氮氣流量值所量測到的臨界溫度的關係圖。
圖4是用於沉積金屬氮化物的工序的流程圖。
圖5是器件的示意橫截面圖，該器件包括在操作期間用作超導材料的金屬氮化物層。
圖6是製造包括金屬氮化物層的器件中的層的方法的流程圖。
圖7是用來沉積種子層、金屬氮化物、及蓋頂層的群集工具的示意俯視圖。
圖8是用來沉積不同沉積物的多個層的處理腔室的示意側視圖。
圖9是圖8的處理腔室的示意俯視圖。
各種附圖中的類似的參考標號及符號指示類似的構件。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100:物理氣相沉積腔室
300:群集工具
310:中央真空腔室
315:工廠介面單元
320:機器人
325:物理氣相沉積腔室
330:物理氣相沉積腔室
350:控制器

Claims (20)

  1. 一種用於製造具有一金屬氮化物層的一器件的群集工具，該群集工具包括： 一裝載鎖氣閘室，用來接收固持工件的一輸送盒； 一中央真空腔室； 複數個沉積腔室，用一群集陣式圍繞該中央真空腔室佈置且耦接到該中央真空腔室，該複數個沉積腔室包括具有一第一靶的一第一沉積腔室、具有一第二靶的一第二沉積腔室、及具有一第三靶的一第三沉積腔室； 一機器人，用來在該真空腔室與該裝載鎖氣閘室與複數個沉積腔室之間搬運一工件； 一控制器，被配置為：使該機器人將該基板搬運到該第一沉積腔室，及使該第一沉積腔室在該工件上沉積緩衝層；使該機器人將該基板從該第一沉積腔室搬運到該第二沉積腔室，及使該第二沉積腔室在該緩衝層上沉積在超過8ºK的溫度下適合用作一超導體的一金屬氮化物層；及使該機器人將該基板從該第二沉積腔室搬運到該第三沉積腔室，及使該第三沉積腔室在該金屬氮化物層上沉積一蓋頂層。
  2. 如請求項1所述之工具，其中一第二沉積腔室包括：用來將該工件固持在該第二沉積腔室中的一支撐件及用來支撐一金屬靶的電極，且其中該工件包括：一真空泵，用來將該第二沉積腔室排氣；一氣體供應器，用來向該第二沉積腔室遞送氮氣及一惰性氣體；及一電源，用來向該電極施加電力。
  3. 如請求項2所述之工具，其中該控制器被配置為： 在將上面要沉積一金屬氮化物層的一工件安置在該第二沉積腔室中之前，使該氣體源將氮氣及該惰性氣體用一第一流速比流動到該第二沉積腔室中，及使該電源施加足以在該腔室中點燃一電漿的電力，以預調節該第二沉積；及 在將該工件安置在該腔室中之後，使該氣體源將氮氣及該惰性氣體用一第二流速比流動到該第二沉積腔室中，及使該電源施加足以在該第二沉積腔室中點燃一電漿的電力，以藉由物理氣相沉積在該工件上沉積該金屬氮化物層，其中該第二流速比小於該第一流速比。
  4. 如請求項2所述之工具，其中該真空泵被配置為使該腔室達到小於10-8 托的一壓力。
  5. 一種物理氣相沉積系統，包括： 腔室壁，形成一腔室； 用來在該腔室的一上部中，固持一第一靶的一第一靶支撐件、固持一第二靶的一第二靶支撐件、及固持一第三靶的一第三靶支撐件； 一可動屏蔽物，定位在該腔室中且具有通過該可動屏蔽物的一開口； 一致動器，用來移動該屏蔽物； 一工件支撐件，用來將一工件固持在該腔室的一下部中； 一真空泵，用來將該腔室排氣； 一氣體供應器，用來向該腔室遞送氮氣及一惰性氣體； 一電源，用來選擇性地向該第一靶、該第二靶、或該第三靶施加電力；及 一控制器，被配置為： 使該致動器移動該屏蔽物以將該開口定位在該第一靶附近；使該氣體源將第一氣體流動到該腔室中；及使該電源施加足以在該腔室中點燃一電漿的電力，以造成在該工件支撐件上的該工件上沉積一第一材料的一緩衝層； 使該致動器移動該屏蔽物以將該開口定位在該第二靶附近；使該氣體源將一第二氣體流動到該腔室中；及使該電源施加足以在該腔室中點燃一電漿的電力以造成在該緩衝層上沉積一第一材料的一器件層，該第一材料是在超過8ºK的溫度下適合用作一超導體的一金屬氮化物，該第一材料的組成與該第二材料不同； 使該致動器移動該屏蔽物以將該開口定位在該第三靶附近；使該氣體源將一第三氣體流動到該腔室中；及使該電源施加足以在該腔室中點燃一電漿的電力以造成在該器件層上沉積一第三材料的一蓋頂層，該第三材料的組成與該第一材料及該第二材料不同。
  6. 如請求項5所述之系統，包括該第一靶、該第二靶、及該第三靶。
  7. 如請求項6所述之系統，其中該第一靶包括該第二靶的一金屬以外的一金屬，該第一氣體包括氮氣，該第二靶包括鈮，該第二氣體包括氮氣，且該第三靶包括碳、矽、或該第二靶的一金屬以外的一金屬。
  8. 如請求項5所述之系統，其中該屏蔽物可旋轉，且該致動器被配置為旋轉該屏蔽物。
  9. 如請求項5所述之系統，其中該控制器被配置為： 在沉積該第一材料的該器件層之前，使該氣體源將氮氣及該惰性氣體用一第一流速比流動到該腔室中，及使該電源施加足以在該腔室中點燃一電漿的電力，以預調節該腔室； 為了沉積該第一材料的該器件層，使該氣體源將氮氣及該惰性氣體用一第二流速比流動，其中該第二流速比小於該第一流速比。
  10. 如請求項5所述之系統，其中該真空泵被配置為使該腔室達到小於10-8 托的一壓力。
  11. 一種在一工件上形成一器件的方法，該方法包括以下步驟： 用一機器人將該工件從一裝載鎖氣閘室通過一中央真空腔室搬運到一第一沉積腔室中； 在該第一沉積腔室中在該工件上沉積一緩衝層； 用該機器人將該工件從該第一沉積腔室通過該中央真空腔室搬運到一第二沉積腔室； 在該第二沉積腔室中在該緩衝層上沉積在超過8ºK的溫度下適合用作一超導體的一金屬氮化物層； 用該機器人將該工件從該第二沉積腔室通過該中央真空腔室搬運到第三沉積腔室； 在該第三沉積腔室中在該金屬氮化物層上沉積一蓋頂層。
  12. 如請求項11所述之方法，其中該金屬氮化物層包括氮化鈮或一鈮合金氮化物。
  13. 如請求項11所述之方法，其中該緩衝層包括與該金屬氮化物層的該金屬不同的一金屬的一氮化物。
  14. 如請求項11所述之方法，其中該蓋頂層包括碳、矽、與該靶的該金屬不同的一金屬、或與該靶的該金屬不同的一材料的一氮化物。
  15. 如請求項11所述之方法，包括以下步驟：將該中央腔室及該第二沉積腔室排氣到小於10-8 托的一壓力。
  16. 如請求項11所述之方法，其中沉積該緩衝層的步驟、沉積該金屬氮化物層的步驟、及沉積該蓋頂層的步驟中的每一者均包括物理氣相沉積，該物理氣相沉積包括以下步驟：產生一電漿以濺射一靶。
  17. 一種在一工件上形成一器件的方法，該方法包括以下步驟： 將該工件支撐在一腔室中，該腔室具有一第一靶、一第二靶、及一第三靶、及一可動屏蔽物，該可動屏蔽物具有通過該可動屏蔽物的一開口； 將該腔室排氣； 旋轉該屏蔽物以將該開口定位在該第一靶附近； 將一第一氣體流動到該腔室中，及施加足以在該腔室中點燃一電漿的電力，以造成在該工件上沉積一緩衝層； 旋轉該屏蔽物以將該開口定位在該第二靶附近； 將一第二氣體流動到該腔室中，及施加足以在該腔室中點燃一電漿的電力，以造成在該緩衝層上沉積在超過8ºK的溫度下適合用作一超導體的一金屬氮化物層； 旋轉該屏蔽物以將該開口定位在該第三靶附近； 將一第三氣體流動到該腔室中，及施加足以在該腔室中點燃一電漿的電力，以造成在該金屬氮化物層上沉積一蓋頂層。
  18. 如請求項17所述之方法，其中該金屬氮化物層包括氮化鈮或一鈮合金氮化物。
  19. 如請求項17所述之方法，其中該緩衝層包括與該金屬氮化物層的該金屬不同的一金屬的一氮化物。
  20. 如請求項17所述之方法，其中該蓋頂層包括碳、矽、與該金屬氮化物的該金屬不同的一金屬、或與該靶的該金屬不同的一材料的一氮化物。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113614274A (zh) 2019-03-22 2021-11-05 应用材料公司 用于沉积具有超导膜的多层器件的方法及装置
EP3942088A4 (en) 2019-03-22 2022-12-21 Applied Materials, Inc. METHOD AND APPARATUS FOR DEPOSITING METAL NITRIDES
JP2022013386A (ja) * 2020-07-03 2022-01-18 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 スパッタ装置およびスパッタ方法
CN116377407B (zh) * 2023-04-03 2023-08-29 之江实验室 一种低应力NbN超导薄膜及其制备方法和应用
CN117070892A (zh) * 2023-08-10 2023-11-17 之江实验室 一种两步控制N2分压降低NbN薄膜内应力和提高超导转变温度的方法

Family Cites Families (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4172020A (en) 1978-05-24 1979-10-23 Gould Inc. Method and apparatus for monitoring and controlling sputter deposition processes
JPS5661452U (zh) 1979-10-16 1981-05-25
US4726890A (en) 1985-08-12 1988-02-23 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Method of producing high Tc superconducting NbN films
JPS6411379A (en) * 1987-07-06 1989-01-13 Oki Electric Ind Co Ltd Superconducting film structure
JPH01135080A (ja) * 1987-11-20 1989-05-26 Hitachi Ltd 超電導トランジスタ
US4997719A (en) 1988-10-25 1991-03-05 Ube Industries, Ltd. Niobium-containing superconductor-laminated aromatic polyimide material
JPH0428871A (ja) * 1990-05-24 1992-01-31 Seiko Instr Inc 多層膜製造装置
JPH0711438A (ja) 1993-06-29 1995-01-13 Nec Corp 基板温度を制御する成膜方法及びその装置
JP3727693B2 (ja) * 1995-08-29 2005-12-14 株式会社アルバック ＴｉＮ膜製造方法
EP0799903A3 (en) 1996-04-05 1999-11-17 Applied Materials, Inc. Methods of sputtering a metal onto a substrate and semiconductor processing apparatus
US6071811A (en) 1997-02-26 2000-06-06 Applied Materials, Inc. Deposition of titanium nitride films having improved uniformity
US6328858B1 (en) 1998-10-01 2001-12-11 Nexx Systems Packaging, Llc Multi-layer sputter deposition apparatus
US6475902B1 (en) 2000-03-10 2002-11-05 Applied Materials, Inc. Chemical vapor deposition of niobium barriers for copper metallization
JP4473410B2 (ja) * 2000-05-24 2010-06-02 キヤノンアネルバ株式会社 スパッタリング装置及び成膜方法
US7563715B2 (en) 2005-12-05 2009-07-21 Asm International N.V. Method of producing thin films
US9051641B2 (en) 2001-07-25 2015-06-09 Applied Materials, Inc. Cobalt deposition on barrier surfaces
US7049226B2 (en) 2001-09-26 2006-05-23 Applied Materials, Inc. Integration of ALD tantalum nitride for copper metallization
US6994910B2 (en) * 2003-01-09 2006-02-07 Guardian Industries Corp. Heat treatable coated article with niobium nitride IR reflecting layer
US20040266628A1 (en) * 2003-06-27 2004-12-30 Superpower, Inc. Novel superconducting articles, and methods for forming and using same
KR100618606B1 (ko) * 2004-06-02 2006-09-08 한국전기연구원 금속 산화물 소자를 제조하는 방법
CA2581626C (en) 2004-09-27 2013-08-13 Gallium Enterprises Pty Ltd Method and apparatus for growing a group (iii) metal nitride film and a group (iii) metal nitride film
US7820020B2 (en) 2005-02-03 2010-10-26 Applied Materials, Inc. Apparatus for plasma-enhanced physical vapor deposition of copper with RF source power applied through the workpiece with a lighter-than-copper carrier gas
US7432201B2 (en) 2005-07-19 2008-10-07 Applied Materials, Inc. Hybrid PVD-CVD system
JP4779798B2 (ja) 2006-05-11 2011-09-28 住友金属鉱山株式会社 酸化物焼結体、ターゲット、およびそれを用いて得られる透明導電膜
JP5152549B2 (ja) * 2006-07-20 2013-02-27 独立行政法人科学技術振興機構 ジョセフソン接合及びジョセフソンデバイス
KR101332274B1 (ko) * 2008-09-30 2013-11-22 캐논 아네르바 가부시키가이샤 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법
JP2010126789A (ja) * 2008-11-28 2010-06-10 Shibaura Mechatronics Corp スパッタ成膜装置
CN101978093B (zh) 2008-11-28 2012-02-01 佳能安内华股份有限公司 沉积设备和电子装置制造方法
WO2010116560A1 (ja) 2009-03-30 2010-10-14 キヤノンアネルバ株式会社 半導体装置の製造方法及びスパッタ装置
KR101685061B1 (ko) 2009-07-17 2016-12-09 가부시키가이샤 알박 기판 처리 방법
WO2011067820A1 (ja) 2009-12-04 2011-06-09 キヤノンアネルバ株式会社 スパッタリング装置、及び電子デバイスの製造方法
US8329262B2 (en) 2010-01-05 2012-12-11 Applied Materials, Inc. Dielectric film formation using inert gas excitation
JP5395255B2 (ja) 2010-03-24 2014-01-22 キヤノンアネルバ株式会社 電子デバイスの製造方法およびスパッタリング方法
CN101914753A (zh) * 2010-08-23 2010-12-15 南京大学 一种利用磁控溅射法制备NbTi薄膜的方法
JP5661452B2 (ja) 2010-12-27 2015-01-28 キヤノンアネルバ株式会社 スパッタリング方法
JP5632072B2 (ja) * 2011-04-28 2014-11-26 キヤノンアネルバ株式会社 成膜装置
US9500519B2 (en) 2012-12-03 2016-11-22 Yale University Superconducting single photon detector
CN103165811B (zh) * 2013-02-25 2016-04-20 苏州大学 一种硅基氮化铌薄膜超导材料及其制作方法
CN103500763B (zh) 2013-10-15 2017-03-15 苏州晶湛半导体有限公司 Ⅲ族氮化物半导体器件及其制造方法
US11183375B2 (en) * 2014-03-31 2021-11-23 Applied Materials, Inc. Deposition system with multi-cathode and method of manufacture thereof
JP2016072454A (ja) 2014-09-30 2016-05-09 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
JP6474076B2 (ja) 2015-02-03 2019-02-27 日産自動車株式会社 薄膜製造方法および薄膜製造装置
CN107488828B (zh) 2016-06-12 2020-01-03 北京北方华创微电子装备有限公司 形成薄膜的方法以及形成氮化铝薄膜的方法
US11459651B2 (en) * 2017-02-07 2022-10-04 Applied Materials, Inc. Paste method to reduce defects in dielectric sputtering
US11683997B2 (en) * 2017-12-12 2023-06-20 Quantum Designed Materials Ltd. Superconducting compounds and methods for making the same
EP3942088A4 (en) 2019-03-22 2022-12-21 Applied Materials, Inc. METHOD AND APPARATUS FOR DEPOSITING METAL NITRIDES
CN113614274A (zh) 2019-03-22 2021-11-05 应用材料公司 用于沉积具有超导膜的多层器件的方法及装置

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