用於介電材料的沉積速率提高和生長動力學增強的多頻濺射的製作方法

2023-04-30 23:26:36

用於介電材料的沉積速率提高和生長動力學增強的多頻濺射的製作方法
【專利摘要】一種濺射沉積介電薄膜的方法，可包含：在處理腔室中的基板基座上提供基板，所述基板被定位成面向濺射靶材；將來自第一電源的第一射頻頻率和來自第二電源的第二射頻頻率同時施加到濺射靶材；和在基板與濺射靶材之間的處理腔室中形成等離子體，用於濺射所述靶材；其中第一射頻頻率小於第二射頻頻率，第一射頻頻率被選擇以控制等離子體的離子能量並且第二射頻頻率被選擇以控制等離子體的離子密度。可選擇在所述處理腔室之內的表面的自偏壓；這是通過在基板基座與地面之間連接阻塞電容器來實現的。
【專利說明】用於介電材料的沉積速率提高和生長動力學增強的多頻濺射
[0001]相關串請的交叉引用
[0002]本申請請求於2011年9月9日提出申請的美國臨時申請第61/533，074號的權益，通過引用將所述申請全部併入本文。
【技術領域】
[0003]本發明的實施方式大體涉及用於介電薄膜沉積的設備，並且本發明的實施方式更具體地說涉及用於介電薄膜的濺射設備，所述設備包括用於濺射靶材的多頻電源。
【背景技術】
[0004]通常諸如Li3PO4之類的介電材料用於形成LiPON (磷鋰氮氧化物)，主要由於所述介電材料的極低導電性，需要高頻電源(射頻，RF)以實現對於薄膜沉積的介電靶材的(PVD)濺射。此外，這些介電材料通常具有低的導熱性，所述導熱性限制在高頻下對較低功率密度狀況的濺射處理，以避免濺射靶材中的諸如熱梯度誘發的應力之類的問題，所述問題可能導致開裂和產生顆粒(particle)。對低功率密度狀況的限制導致相對低的沉積速率，所述低的沉積速率轉而導致對於具有較高生產能力的製造系統的高資本支出需求。儘管存在這些限制，並且慣於得到更好的解決方案，傳統射頻PVD技術正被用於在對於電化學裝置(諸如薄膜電池(thin film batteries, TFB)和電致變色(electrochromic, EC)裝置)的大批量製造工藝中沉積介電材料。
[0005]顯而易見，存在對於改進用於在高產量電化學裝置製造中降低介電沉積成本的設備和方法的需要。此外，存在對於改進介電薄膜的沉積方法的需要，所述介電薄膜通常包括氧化物薄膜、氮化物薄膜、氮氧化物薄膜、磷酸鹽(phosphate)薄膜、硫化物薄膜、硒化物薄膜等等。然而，此外，存在對於改進介電膜的結晶度、形態、晶粒(grain)結構等等的控制的需要。

【發明內容】

[0006]本發明大體涉及用於改進介電薄膜的沉積的系統和方法，所述系統和方法包括利用雙頻靶材電源，所述雙頻靶材電源用於在靶材中提高濺射速率、改進薄膜質量和降低熱應力。雙射頻頻率通過分別利用較高頻率和較低頻率射頻靶材電源對等離子體離子密度和離子能量提供單獨控制。本發明通常適用於對於介電材料的PVD濺射沉積工具。具體實例為含鋰的電解質材料，所述電解質材料例如通常在氮氣環境中通過濺射磷酸鋰(和磷酸鋰的一些變體)形成的磷鋰氮氧化物(LiPON)。這些材料被用於電化學裝置中，所述裝置諸如薄膜電池和電致變色裝置。本發明適用的其他介電薄膜的實例包括氧化物薄膜、氮化物薄膜、氮氧化物薄膜、磷酸鹽薄膜、硫化物薄膜和硒化物薄膜。本發明可提供對沉積的介電薄膜的結晶度、形態、晶粒結構的改進控制。
[0007]根據本發明的一些實施方式，濺射沉積介電薄膜的方法可包含:在處理腔室中的基板基座上提供基板，基板被定位成面向濺射靶材；將來自第一電源的第一射頻頻率和來自第二電源的第二射頻頻率同時施加至濺射靶材；和在基板與濺射靶材之間的處理腔室中形成等離子體，用於濺射靶材；其中第一射頻頻率小於第二射頻頻率，第一射頻頻率被選擇以控制等離子體的離子能量並且第二射頻頻率被選擇以控制等離子體的離子密度。可選擇在所述處理腔室之內的表面的自偏壓；這是通過在基板基座與地面之間連接阻塞電容器(blocking capacitor)來實現的。此外，包括直流電源、脈衝直流電源、交流電源和/或射頻電源的其他電源可結合雙射頻電源的一個電源或代替雙射頻電源的一個電源施加到靶材、等離子體和/或基板。
[0008]本文描述了用於雙射頻介電薄膜濺射沉積的沉積設備的一些實施方式。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]在結合附圖查看本發明的【具體實施方式】的以下描述之後，本發明的這些及其他方面和特徵對本領域的那些技術人員將是顯而易見的，在所述附圖中:
[0010]圖1是根據本發明的一些實施方式的具有雙頻濺射靶材電源的處理腔室的示意圖；
[0011]圖2是根據本發明的一些實施方式的具有多個電源的處理腔室的示意圖；
[0012]圖3是根據本發明的一些實施方式的具有多個電源和旋轉圓柱形靶材的處理腔室的代表圖；
[0013]圖4是根據本發明的一些實施方式的雙頻濺射靶材電源的的局部剖視圖；
[0014]圖5是現有技術的濺射靶材電源的局部剖視圖；
[0015]圖6是由Werbaneth等人得出的離子能量和離子密度相對於濺射靶材電源頻率的曲線圖；
[0016]圖7是根據本發明的一些實施方式的濺射沉積系統的濺射率相對於離子能量的曲線圖；
[0017]圖8是根據本發明的一些實施方式的濺射沉積系統的濺射率相對於離子入射角的曲線圖；
[0018]圖9是圖示被吸附原子(adatom)放置的各種可能性的動畫；
[0019]圖10是根據本發明的一些實施方式的薄膜沉積群集工具的示意圖；
[0020]圖11是根據本發明的一些實施方式的具有多個串聯(in-line)工具的薄膜沉積系統的代表圖；和
[0021]圖12是根據本發明的一些實施方式的串聯濺射沉積工具的代表圖。
【具體實施方式】
[0022]現將參照附圖詳細描述本發明的實施方式，所述實施方式提供作為本發明的說明性實例以便使本領域技術人員能夠實踐本發明。顯著地，下文的附圖和實例並不意味著將本發明的範圍限於單個實施方式，而是其他實施方式通過互換一些或所有所描述或圖示的元件也是可能的。此外，在本發明的某些元件可使用已知部件部分地或完全地實施的情況下，將僅對所述已知部件的為理解本發明所需的那些部分進行描述，並且將省略所述已知部件的其他部分的詳細描述以免模糊本發明。在本說明書中，圖示單個部件的實施方式不應被視為限制性；更確切些，本發明意在涵蓋包括多個相同部件的其他實施方式，並且反之亦然，除非在本文中另外明確說明。此外， 申請人:不希望本說明書或要求保護的範圍中的任何術語被歸於罕見的或特殊的含義，除非明確地如此闡述。進一步，本發明涵蓋通過舉例說明在本文中提及的已知部件的現在和將來的已知的等同物。
[0023]圖1示意性地圖示具有真空腔室102並且具有雙頻射頻靶材電源的濺射沉積工具100，所述雙頻射頻靶材電源中的一個電源110處於較低射頻頻率下，並且另一個電源112處於較高射頻頻率下。射頻電源通過匹配網絡114與靶材背板132電氣連接。基板120安放在基座122上，所述基座122能夠調節基板溫度並且能夠將來自電源124的偏壓功率施加至基板。靶材130附接至背板132並且圖示靶材130為具有可移動磁體(magnet) 134的磁控管濺射靶材；然而，本發明的方法對於濺射靶材的具體配置是不可知的。圖1圖示可用於提供對等離子體性質的更好控制的靶材電源配置，允許具有不良導電性和較高質量沉積薄膜的介電靶材的較高產量，如下文更詳細地描述。此外，電源124可被阻塞電容器所替代一所述阻塞電容器被連接在基板基座與地面之間。
[0024]圖2和圖3圖示根據本發明的濺射沉積系統的更詳細的實例——這些系統是等離子系統，可將各種不同電源的組合用於所述系統，所述不同電源的組合諸如如上文參照圖1所述的低頻射頻電源和高頻射頻電源的組合。圖2圖示被配置用於根據本發明的沉積方法的沉積工具200的實例的示意圖。沉積工具200包括真空腔室201、濺射靶材202和用於保持基板204的基板基座203。(對於LiPON沉積，靶材202可以是Li3P04並且適當的基板204可以是娃、Si上氮化娃、玻璃、聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneterephthalate, PET)、雲母、金屬箔等等,其中集電器層和陰極層已被沉積並且圖案化。)腔室201具有真空泵系統205和處理氣體輸送系統206，所述真空泵系統205用於控制腔室中的壓力。多個電源可被連接到靶材。每一個靶材電源具有用於處理射頻(RF)電源的匹配網絡。濾波器用於使連接到相同靶材/基板的在不同頻率下操作的兩個電源能夠使用，其中濾波器起作用以保護在較低頻率下操作的靶材/基板電源免於由於較高頻率功率而損壞。類似地，多個電源可被連接到基板。連接到基板的每一個電源具有用於處理射頻(RF)電源的匹配網絡。此外，如上參照圖1所述，可將阻塞電容器連接到基板基座203以誘發不同的基座/腔室阻抗來調節在處理腔室之內的表面(包括靶材和基板)的自偏壓，並且從而誘發不同的:(1)靶材上的濺射率和(2)用於調節生長動力學的被吸附原子的動能。阻塞電容器的電容可被調整以改變在處理腔室之內的不同表面處的自偏壓，重要的是改變基板表面和革El材表面的自偏壓。
[0025]雖然圖2圖示具有水平平面靶材和基板的腔室配置，但是靶材和基板可被保持在垂直平面中一如果靶材自身產生顆粒，那麼此配置可幫助緩和顆粒問題。此外，靶材和基板的位置可交換，以便基板被保持在靶材之上。然而，此外，基板可具有柔性並且被卷到卷(reel to reel)系統移動到靶材前面，靶材可以是旋轉或擺動的圓柱形靶材，所述靶材可以是非平面的，和/或所述基板可以是非平面的。此處，術語擺動是用於指在任何一個方向上的有限旋轉運動，以使得與適合於發射射頻功率的靶材的固體電氣連接可被容納。此外，對於每一個電源，匹配箱和濾波器可被結合成單個單元。這些變化中的一個或更多個變化可被用於根據本發明的一些實施方式的沉積工具中。
[0026]圖3圖示具有單個可旋轉或擺動的圓柱形靶材302的沉積工具300的實例。也可使用雙可旋轉圓柱形靶材。此外，圖3圖示保持在靶材之上的基板。而且，圖3圖示附加電源307，可將所述附加電源連接到基板或靶材中的任一個、連接在靶材與基板之間、或使用電極308將所述附加電源直接耦接到腔室中的等離子體。後一情況的實例是作為微波電源的電源307，所述電源使用天線(電極308)直接耦接到等離子體；然而，微波能可以許多其他方式提供到等離子體，諸如以遠程等離子體源。用於與等離子體直接耦接的微波源可包括電子迴旋共振(electron cyclotron resonance, ECR)源。
[0027]根據本發明的各方面，不同組合的電源可通過將適當的電源耦接至基板、靶材和/或等離子體來使用。取決於所使用的等離子體沉積技術的類型，基板和靶材電源可以從直流電源、脈衝直流(pulsed DC, pDC)電源、交流電源(具有低於射頻的頻率，通常低於1MHz)、射頻電源等中選擇電源的任何組合。附加電源可從脈衝直流電源、交流電源、射頻電源、微波電源、遠程等離子體源等等中選擇。射頻功率可以連續波(continuous wave, Cff)或脈衝串(burst)模式供應。此外,祀材可被配置為高功率脈衝磁控管(high-power pulsedmagnetron, HPPM)。例如,組合可包括祀材處的雙射頻電源,祀材處的脈衝直流和射頻等等。(靶材處的雙射頻可非常適合於絕緣介電靶材材料，而靶材處的脈衝直流和射頻或直流和射頻可用於導電靶材材料。此外，基板偏壓電源的類型可基於基板基座可承受的程度以及所需效應而選擇。)
[0028]提供電源組合的一些實例以使用Li3PO4靶材(絕緣靶材材料)在氮或氬環境中(氬環境需要隨後的氮等離子體處理以提供必要的氮)沉積TFB的LiPON電解質層。(I)在靶材處的雙射頻電源(不同頻率)和在基板處的射頻偏壓，其中射頻偏壓的頻率不同於在靶材處使用的頻率。(2)在靶材處的雙射頻加上微波等離子體增強。(3)在靶材處的雙射頻加上微波等離子體加上射頻基板偏壓，其中射頻偏壓的頻率可不同於在靶材處使用的頻率。此夕卜，直流偏壓或脈衝直流偏壓為基板的選擇。
[0029]對於EC裝置的氧化鎢陰極層沉積，通常可使用鎢(導電靶材材料)的脈衝直流濺射；然而，沉積工藝可通過使用靶材處的脈衝直流和射頻來增強。
[0030]圖4圖示本發明的雙頻射頻濺射靶材電源的一些實施方式的硬體配置400的剖視圖。(為了比較，圖5圖示傳統射頻濺射腔室的電源硬體配置500的剖視圖。)在圖4中，電源通過沉積腔室蓋406被連接，所述沉積腔室蓋406還支撐濺射靶材407 (見圖5)。使用傳統的射頻功率饋送403,以及射頻饋送延伸棒(extension rod)410和411。雙頻匹配箱401通過匹配箱連接器402附接至垂直延伸棒410的端部。結構支撐是通過適配器412和安裝架(mounting bracket) 405提供。在低頻射頻電源側(例如,沿著水平延伸棒411)上提供低通濾波器，所述低通濾波器為阻斷來自高頻射頻電源的功率以避免所述功率沿著波導傳輸並且損壞低頻射頻電源所必需的。低頻射頻電源還將具有匹配箱；儘管匹配箱和濾波器的功能可被組合在單個單元中。例如，棒403、棒410和棒411可以是鍍銀銅射頻棒，並且所述棒使用例如聚四氟乙烯(Teflon)絕緣體404與外殼(housing)絕緣。提供操作頻率的一些實例:(I)較低頻率射頻電源可在500KHz至2MHz的頻率下操作，而較高頻率射頻電源可在13.56MHz及13.56MHz以上的頻率下操作；或(2)較低頻率可在大於2MHz (或許
13.65MHz)的頻率下操作，而較高頻率可在60MHz或更高的頻率下操作。存在非傳導靶材所需的最小低頻以通過靶材誘發功率傳輸以便形成等離子體——計算建議對於典型介電濺射靶材，最小低頻接近500kHz至IMHz。較高頻率的上限可能受限於產生的雜散(stray)等離子體，所述雜散等離子體以較高頻率出現在腔室之內的角落和窄間隙中一實際限制將取決於腔室設計。
[0031]為了提高低導電性靶材材料的濺射沉積速率，本發明的一些實施方式使用電源，所述電源與使用傳統的單頻射頻電源實現的控制相比，可提供對等離子體的離子密度和離子能量(自偏壓)的更加獨立的控制。高離子密度和高離子能量兩者對於隨著降低的靶材加熱的高沉積速率是所需的，如下文所述；然而，隨著射頻頻率增加，離子密度增加並且離子能量降低。圖6圖示依賴於由傳統單頻射頻電源產生的射頻等離子體的離子密度和離子能量(自偏壓)的頻率——分別為曲線601和602。(圖2來自Werbaneth, P.，Hasan, Z.，Rajora, P.和Rousey-Seidel, M.,在高密度等離子體蝕刻反應器中的GaAs基板上的Au的反應性離子蝕刻，1999年St Louis (聖路易斯)市的關於化合物半導體製造技術的國際會議)由本發明提供的解決方案是具有雙頻射頻電源的濺射靶材，其中較低頻率控制離子能量並且較高頻率用於確定離子密度。在雙射頻電源中的較高頻率與較低頻率的比率被用於將離子能量和等離子體密度最佳化，以提供提高的濺射速率，超過用單個射頻電源可獲得的濺射速率。
[0032]使用TFB材料為例來更詳細地考慮高電氣電阻性介電材料的射頻濺射的主要限制和經驗限制。首先，為了從Li3PO4靶材沉積LiPON電解質，使用射頻濺射PVD工藝，因為所述材料是高電阻性的——大約2X1014ohm-cm。這樣產生具有相對低離子能量(與較低頻率下的濺射相比——見圖6)的濺射物種，產生低濺射速率(見圖7)。可增加電源以補償此限制一增加電源將增加離子能量(或自偏壓)和離子密度兩者。然而，這些介電材料的典型的低導熱性可導致通過距濺射表面的靶材深度的高溫度梯度，並且因此導致當操作在較高功率下時靶材中的高熱應力。此情況產生可施加在指定頻率下的功率上限(標準化到靶材區域)，所述功率上限由靶材強度和導熱性控制，在所述功率上限以上，濺射靶材將不穩定。事實上，如果偏壓或離子能量可獨立於此限制而增加(射頻通常在13.56MHz的頻率下僅產生50V至150V的自偏壓一見圖6)，那麼實驗表明濺射速率隨著離子能量或自偏壓大致呈線性增加。實驗還發現，這些濺射離子的入射角在確定濺射率時起作用。在圖7和圖8中圖示這兩個觀測結果，其中分別相對於進入物種的偏壓(離子能量)和入射角繪製濺射率。圖7和圖8包括以下靶材材料和等離子體物種的數據=Li3PO4和N+、LiCo02和Ar+，和LiCoO2和O2+系統。另一方面，如果允許一些高密度離子及其他高能顆粒將能量傳遞給生長膜，那麼較高頻率等離子體的較高離子密度從更廣的角度來看可能是有益的，尤其在增強生長動力學方面,如下文參照圖9更詳細地論述。雙頻電源將通過分別使用低頻(low frequency, LF)和高頻(high frequency, HF)射頻電源來獨立調節離子能量和離子密度。在這種情況下，當與單頻射頻電源相比時，預計雙頻電源在給定總電源下實現較高濺射率並且提供增強的被吸附原子表面遷移率和改進的生長動力學。
[0033]本發明的一些實施方式提供增強介電薄膜沉積的生長動力學的工具和方法，以便所需微觀結構和相位(Phase)(晶粒大小、結晶度等等)的形成(尤其在較高沉積速率下)更容易地發生，所述沉積速率是通過具有雙頻射頻靶材電源的濺射沉積源來實現的。對生長動力學的控制可允許對大量沉積的薄膜特性的控制，所述特性包括結晶度、晶粒結構等等。例如，對生長動力學的控制可用以減少沉積的薄膜中的小孔(pinhole)密度。
[0034]濺射介電物種通常具有低表面遷移率，導致在這些電介質的薄膜中形成小孔的高傾向。電化學裝置中的小孔可導致裝置損傷甚至故障。在表面遷移率中的這種增強將努力幫助實現市場可行的電化學裝置和技術，因為實現無小孔的共形電解質層並且對於較低厚度的薄膜這樣做將導致(I)較高產率的產品，(2)較高產量/容量工具和(3)較低阻抗並且因此較高的執行裝置。現將更詳細地考慮生長動力學。
[0035]在描述介電薄膜中的沉積現象和小孔形成時,可根據Ehrlich-Schwoebel勢魚能量表示被吸附原子的表面遷移率。參照圖9中的情況C, Ehrlich-Schwoebel勢魚是誘發「箭頭」從較高表面平面移動到較低表面平面所必需的活化能，如從情況B轉移到C中。所述移動的效應是平面化、降低的小孔密度和較好的保形性(conformality)。據估計，對於LiPON薄膜，此勢壘能量是在5eV至25eV的範圍內。再次參照圖9，其中圖示了進入的被吸附原子901的最終位置902的可能方案的動畫，進入的被吸附原子901的各種可能方案包括:(A)所需沉積，其中被吸附原子的最終位置902正在填充間隙；(B)可產生如小孔的不希望的沉積，因為在第一層中的所有間隙被填充之前，最終被吸附原子的位置902處於第二層中；(C)所需沉積，其中碰撞的被吸附原子901具有用於克服(或被誘發以克服)Erlich-Schwoebel勢魚的足夠能量，以便即使被吸附原子首先位於位置903處的第二層中，被吸附原子也存在足夠能量在停留在第一層的間隙中的最終位置902中之前移動通過位置904和905;並且(D)以高能再濺射由進入的被吸附原子901產生的被吸附原子，在位置906將原子濺射離開。目標是增加足夠的能量至生長膜以免影響情況(A)(此情況是所需結果)，為情況(B)誘發(C)，但不增加過多能量以誘發情況(D)(此情況為再濺射工藝)。是否需要額外的能量被添加到生長膜以實現所需結果將取決於沉積速率和進入的被吸附原子能量。額外的能量可通過直接加熱基板和/或產生基板等離子體來增加。關於產生基板等離子體，耦接到基板/基座的第三電源可用於實現以下情況:(I)形成等離子體，所述等離子體增強基板上的雙濺射源等離子體的離子密度效應，和(2)在基板上形成自偏壓以使進入的、帶電的被吸附原子/等離子體物種加速。
[0036]圖10是根據本發明的一些實施方式的用於製造諸如TFB或EC裝置之類的電化學裝置的處理系統600的示意圖。處理系統600包括連接到群集工具的標準機械接口(standard mechanical interface, SMIF),所述群集工具裝備有反應等離子體清潔(reactive plasma clean, RPC)腔室和/或派射預清潔(pre-clean, PC)腔室和處理腔室C1-C4，所述處理腔室C1-C4可包括如上所述的介電薄膜濺射沉積腔室。也可將手套箱附接到群集工具。手套箱可將基板存儲在惰性環境(例如，在諸如He、Ne或Ar的惰性氣體下)中，這在鹼金屬/鹼土金屬沉積之後很有用。如果需要，也可使用連接到手套箱的前腔室——前腔室是氣體交換腔室(惰性氣體交換為空氣，反之亦然)，所述腔室允許基板被傳遞進出手套箱，而不汙染手套箱中的惰性環境。(應注意，手套箱也可被具有足夠低露點的乾燥室環境替代，所述足夠低露點同樣地由鋰箔製造商使用。)腔室C1-C4可被配置用於製造薄膜電池裝置的工藝步驟，所述工藝步驟例如可包括:在雙射頻電源沉積腔室中沉積電解質層(例如，通過在N2中射頻濺射Li3PO4靶材得到的LiPON)，如上所述。應當理解，雖然已針對處理系統600圖示了群集布置，但是可利用其中處理腔室布置成一行而無傳遞腔室的線性系統，以便基板連續地從一個腔室移動到下一個腔室。
[0037]圖11圖示根據本發明的一些實施方式的具有多個串聯工具1110、1120、1130、1140等的串聯製造系統1100的代表圖。串聯工具可包括用於沉積電化學裝置的所有層的工具——包括TFB和電致變色裝置兩者。此外，串聯工具可包括預調節和後調節腔室。例如,工具1110可以是在基板移動通過真空氣閘物(vacuum airlock) 1115到沉積工具1120中之前用於建立真空的排空(pump down)腔室。一些或所有串聯工具可以是被真空氣閘物1115分離的真空工具。應注意，工藝管線中的處理工具和具體處理工具的順序將由被使用的指定電化學裝置製造方法確定。例如，一個或更多個串聯工具可用於根據本發明的一些實施方式的薄膜電介質的濺射沉積，在所述濺射沉積中使用雙射頻頻率靶材源，如上所述。此外，基板可移動通過水平定向或垂直定向的串聯製造系統。
[0038]為了圖不基板通過諸如圖11所不的串聯製造系統的移動，在圖12中圖不僅具有一個原位串聯工具1110的基板傳送帶1150。含有基板1210的基板保持器1155 (圖示基板保持器被部分地切去以便基板可見)被安裝在傳送帶1150上，或傳送帶1150的等效裝置上，用於將保持器和基板移動通過串聯工具1110，如圖所示。用於具有垂直基板配置的處理工具1110的適當串聯平臺是Applied Material (應用材料公司)的New Aristo?。用於具有水平基板配置的處理工具1110的適當串聯平臺是Applied Material的Aton?。
[0039]本發明通常適用於用於沉積介電薄膜的濺射沉積工具和方法。雖然工藝的具體實例是提供用於在氮環境中PVD射頻濺射Li3PO4靶材以形成LiPON薄膜，但是本發明的工藝還適用於沉積其他介電薄膜，諸如SiO2薄膜、Al2O3薄膜、ZrO2薄膜、Si3N4薄膜、SiON薄膜、TiO2薄膜等，並且本發明的工藝通常還適用於沉積氧化物薄膜、氮化物薄膜、氮氧化物薄膜、磷酸鹽薄膜、硫化物薄膜、硒化物薄膜等等。
[0040]雖然本發明已參照本發明的某些實施方式特定地描述，但是對於本領域的技術人員應當顯而易見的是，可在不背離本發明的精神和範圍的情況下進行形式和細節方面的修改和變化。
【權利要求】
1.一種濺射沉積介電薄膜的方法，包含: 在處理腔室中的基板基座上提供基板，所述基板被定位成面向濺射靶材； 將來自第一電源的第一射頻頻率和來自第二電源的第二射頻頻率同時施加至所述濺射靶材；和 在所述基板與所述濺射靶材之間的所述處理腔室中形成等離子體，用於濺射所述靶材； 其中所述第一射頻頻率小於所述第二射頻頻率，所述第一射頻頻率被選擇以控制所述等離子體的離子能量並且所述第二射頻頻率被選擇以控制所述等離子體的離子密度。
2.如權利要求1所述的方法,其中所述濺射靶材由絕緣材料組成。
3.如權利要求2所述的方法，其中所述絕緣材料是磷酸鋰。
4.如權利要求2所述的方法，其中所述第一射頻頻率大於500kHz。
5.如權利要求1所述的方法，其中所述第一射頻頻率在500kHz至2MHz的範圍內，並且所述第二射頻頻率大於或等於13.56MHz ο
6.如權利要求1所述的方法，其中所述第一射頻頻率大於2MHz，並且所述第二射頻頻率大於或等於60 MHz。
7.如權利要求1所述的方法，進一步包含:在所述濺射沉積期間，將來自第三電源的射頻偏壓施加至所述基板基座，所述射頻偏壓的頻率不同於所述第一射頻頻率和所述第二射頻頻率。
8.如權利要求1所述的方法，進一步包含:選擇在所述處理腔室之內的表面的自偏壓。
9.如權利要求8所述的方法，其中所述自偏壓是通過調整阻塞電容器的電容來選擇的，所述阻塞電容器連接在所述基板基座與地面之間。
10.如權利要求8所述的方法，其中選擇所述基板的表面的自偏壓。
11.一種用於濺射沉積介電薄膜的處理系統，包含: 處理腔室； 濺射靶材，所述濺射靶材在所述處理腔室中； 基板基座，所述基板基座在所述處理腔室中，所述基板基座被配置以保持基板面向所述濺射靶材； 第一電源和第二電源，所述第一電源用於將第一射頻頻率提供到所述濺射靶材，所述第二電源用於將第二射頻頻率提供到所述濺射靶材，其中所述第一射頻頻率小於所述第二射頻頻率，所述第一射頻頻率被選擇以控制在所述靶材與所述基板之間的所述處理腔室中的等離子體的離子能量，並且所述第二射頻頻率被選擇以控制所述等離子體的離子密度；和 濾波器，所述濾波器連接在所述第一電源與所述第二電源之間並且連接在所述第一電源和所述第二電源之一與所述靶材之間，所述濾波器被配置以使所述第一射頻頻率和所述第二射頻頻率能夠不同。
12.如權利要求11所述的處理系統，進一步包含可調阻塞電容器，所述可調阻塞電容器連接在所述基板基座與地面之間，所述可調阻塞電容器用於使得所述處理腔室之內的表面的自偏壓能夠選擇。
13.如權利要求11所述的處理系統，進一步包含附加電源，所述附加電源耦接到所述等離子體。
14.如權利要求13所述的處理系統，其中所述附加電源是微波電源並且所述微波電源通過天線耦接到所述等離子體。
15.如權利要求11所述的處理系統，進一步包含第三電源，所述第三電源用於將射頻偏壓提供到所述基板基座，所述射頻偏壓的頻率不同於所述第一射頻頻率和所述第二射頻頻率。
【文檔編號】H01L21/31GK103814431SQ201280043595
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年9月10日 優先權日:2011年9月9日
【發明者】衝·蔣, 秉·聖·利奧·郭, 麥可·斯託厄爾, 卡爾·阿姆斯特朗 申請人:應用材料公司