[发明专利]使用HIPIMS的反应溅射

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年12月7日提交的美国临时申请No.61/012,103的优先权，通过引用将其整体并入本文。

技术领域

本发明一般涉及反应溅射方法及设备，并且更具体地涉及用于建立合适的溅射速率并且使在靶与阳极或者设备的其他部分之间所经历的电孤放电最少的方法及设备。

背景技术

反应磁控溅射通常被用于从金属靶制造氮化物或者氧化物层。其中反应电磁管溅射可以被采用的应用的例子包括：用于磨损保护目的的硬涂层的制造；用于滤波的光涂层和减反射涂层的制造；以及电子产业中的扩散势垒层及绝缘层的制造。然而，根据常规的溅射沉积工艺所产生的这样的层常常包括对于在其中所述层要被采用的特定应用不是最优的特性，诸如硬度、密度、气孔含量。

脉冲溅射工艺已经被建议作为用于改进这些层的这样的特性的一种尝试。根据最近的发展，具有非常高的功率的且以非常短的脉冲形式的的脉冲等离子体已经产生大于90％的高金属蒸汽离子化，所述脉冲举例来说诸如具有0.5与10％之间的低占空比以及高达若干兆瓦的功率水平的脉冲。这样的沉积工艺通常被称作高功率脉冲磁控溅射(High Power Impulse Magnetron Sputtering)(“HIPIMS”)(通常也被称作高功率脉冲磁控溅射(High Power Pulsed Magnetron Sputtering)，或者“HPPMS”)。除了改进的层特性以外，由于离子化的金属可以通过电场被加速的事实，HIPIMS也允许进入三维部件(3-dimensional feature)中的定向溅射(directional sputtering)。这个特征对于半导体应用通常是最有利的。

半导体芯片使持续不变的开发面向提高的性能，同时还针对减小它们的尺寸。这些更小的芯片所强加的物理限制限制了形成在单个层上的集成电路(IC)中的功率耗散，并且用于产生这样的芯片的工艺技术正在逼近形成小而合适的电路的能力上的极限。因此，由于在进一步增加单个层上的横向的器件密度方面潜在的加工问题(例如，线搭接技术)，未来的IC可以在多个层叠的衬底上形成，产生层叠的IC而不是进一步增加横向的器件密度。这种3D集成可以被应用于计算机可读存储器、光电应用、MEMS、传感器、IC上的成像器(above IC imager)、显示器以及其他应用。

层叠的IC包括被提供给多个衬底的电路系统，该多个衬底在它们的平坦表面上垂直地被层叠。硅通孔(″TSV″)在层叠的衬底上被形成以在被提供给被层叠的衬底中的每一个的电路系统之间建立电连接。当前的技术通过例如激光钻孔或者干蚀刻槽或者列(column)而在衬底中形成这些TSV。所述槽接着在随后的金属化之前被涂布以绝缘层。在用金属填充所述槽或者列之后，衬底被接地使得金属连接被暴露在所述衬底的平坦表面处，该平坦表面与至少部分地被去除以形成所述槽或者列的平坦表面相对。接着将被暴露在衬底的一个或者两个平坦表面处的所产生的TSV接触部与被提供给将形成层叠的IC的多个衬底中的另一衬底的对应的接触部对齐以在所述层叠的衬底被耦合在一起时在它们之间建立电连接。然而，为了提供小而合适的接触部使对于所述IC所述衬底的可用面积最大，TSV理想地具有至少10∶1或者至少20∶1的深宽比以适应未来的器件。

反应溅射方法已经被用于溅射沉积金属。然而，在氮化物的沉积期间，在某些金属的溅射期间添加氮化物可能导致导电层的形成，像例如TiN或者TaN。纯金属的溅射(没有反应气体或者没有微量的反应气体存在)常常被描述为在“金属模式”中进行溅射沉积，与所谓的“反应模式”相反，所述“反应模式”包括反应气体。滞后(hysteresis)，即在其他方面一致的工艺特性下取决于从金属模式还是从反应模式进入特定的溅射状态沉积速率(以及靶电压)的差别，其在添加氮气时通常较小。不导电的氧化物以及诸如Si3N4的不导电的氮化物的沉积通常提出更大的挑战，由于在添加氧气或者氮气时靶和屏蔽体以明显的滞后一起充电。在用氧气作为反应气体的反应模式中，SiO2或者Al₂O₃的沉积速率惊人地更低，通常比在金属模式中被沉积时低不止五倍。相似的但是不那么明显的速率减小在用氮气作为反应气体的反应模式中也可看到，诸如举例来说当沉积Si3N4时。