[发明专利]用于高脉冲磁控溅射的同步控制器

说明书

本文呈现的实施方式涉及用于在半导体处理系统中处理基板的方法和设备。所述方法开始于将耦接在脉冲RF偏压发生器与HiPIMS发生器之间的脉冲同步控制器初始化。通过脉冲同步控制器将第一时序信号发送至脉冲RF偏压发生器和HiPIMS发生器。基于第一时序信号向溅射靶和设置在基板支撑件中的RF电极供电。基于时序信号的结束而使所述靶和电极断电。通过脉冲同步控制器发送第二时序信号至脉冲RF偏压发生器，响应于第二时序信号，在不向靶供电的情况下，电极被供电和断电。

技术领域

本文描述的实施方式大体涉及基板处理系统，且更特定地，涉及用在处理腔室中的脉冲形状系统。

背景技术

随着半导体工业引入具有更高性能和更大功能的新一代集成电路(IC)，形成这些IC的元件的密度增加，同时各个部件或元件之间的尺寸、大小和间距减小。尽管在过去，这种减小仅受限于使用光刻法来限定结构的能力，但是具有以微米或纳米测量的尺寸的器件几何结构引发了新的限制因素，诸如导电互连的导电性、互连之间使用的绝缘材料的介电常数、在3D NAND或DRAM形成过程中蚀刻小结构或其他挑战。这些限制可受益于更耐用、更高热导率和更高硬度的硬模。

HiPIMS是基于磁控溅射沉积的薄膜的物理气相沉积方法。HiPIMS使用在<40％的低占空比(诸如约10％的占空比)及几十微秒的短脉冲(脉冲)的情况下的kW/cm²量级的极高功率密度。在碳膜的高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)沉积期间，可在2-8kHz之间的频率下，向靶施加高达-2kV的25μs脉冲。对于碳靶，基板工艺腔室中的电流可能会上升到150A的峰值。传统的碳膜的HiPIMS沉积导致粗糙的柱状膜。为了使膜更加无定形和致密，可使用RF。RF偏压增大碳离子能量，并且使沉积的膜更加致密。然而，传统的连续波模式中的RF偏压导致高膜应力。减轻膜应力的一种方式是使RF偏压脉冲化，使得RF仅在源HV DC脉冲开启时导通。然而，碳膜形貌没有得到足够的改善，因为当HiPIMS HV脉冲关闭时，没有载流离子(氪)的轰击。

因此，对用于沉积具有改善的碳膜形貌的膜而不增加碳膜应力的改进的基板处理系统存在需求。

发明内容

本文呈现的实施方式涉及用于在半导体处理系统中处理基板的方法和设备。所述方法开始于将耦接在脉冲RF偏压发生器与HiPIMS发生器之间的脉冲同步控制器初始化。通过脉冲同步控制器将第一时序信号发送至脉冲RF偏压发生器和HiPIMS发生器。基于第一时序信号向溅射靶和设置在基板支撑件中的RF电极供电(energize)。基于时序信号的结束而使所述靶和电极断电。通过脉冲同步控制器将第二时序信号发送至脉冲RF偏压发生器，响应于第二时序信号，在不向靶供电的情况下，使电极被供电和断电。

附图说明

为了能够详细理解本公开内容的上述特征，可参照实施方式(某些实施方式描绘于附图中)获得以上简要概述的本公开内容更具体的描述。然而，应当理解的是，附图仅描绘本公开内容的典型实施方式，因此不被视为对本公开内容范围的限制，因为本公开内容可允许其他同等有效的实施方式。

图1绘示了根据一个实施方式的适合于利用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)工艺来溅射沉积材料的物理气相沉积(PVD)工艺腔室。

图2绘示了用于高功率脉冲磁控溅射中的靶脉冲和RF偏压脉冲的功率输送系统的部分示意性方块图。

图3绘示了在使用单同步信号的第一实施方式中，用于靶脉冲和RF偏压脉冲的信号电压。

图4绘示了在使用双同步信号的第二实施方式中，用于靶脉冲和RF偏压脉冲的信号电压。

图5是在高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)期间，使靶脉冲与RF偏压脉冲同步的方法。

为了清楚起见，已在可适用的情况下使用相同的参考数字来标示各图之间共有的相同的元件。另外，一个实施方式的元件可有利地适用于本文描述的其他实施方式中。