用于填充通孔的方法及基板通孔填充真空处理系统技术方案

基板中的具有至少大约1:1的深宽比的通孔用呈现热驱动非晶\结晶相变的材料填充。这在真空制程室（50a）内执行。在第一时间跨度期间，通过DC溅射由材料靶材（60）溅射沉积材料。在后续的时间跨度中，在通过提出的溅射进行材料覆盖时可保持在通孔中的空洞借助于蚀刻以及将Rf偏压施加于具有所述通孔的基板（52）而打开，所述蚀刻在通过Rf驱动电线圈（40）产生的电感耦合电浆的帮助下执行。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及填充基板中的具有至少大约1:1的深宽比（aspectratio）的通孔的技术。所述通孔可以具有处于小的次微米范围的深度，如小于40nm。
技术介绍
从US2007/0074968已知通过使用离子化物理气相沉积（iPVD）及蚀刻将薄膜沉积至高深宽比次微米特征化的半导体晶圆上。类似地，US5800688提出使用iPVD在超大型积体半导体装置上填充次微米高深宽比特征。US20035178739提出将材料均匀地沉积至高深宽比的孔或沟槽中。US2003/0034244提出使用循序施加的沉积及蚀刻步骤在半导体晶圆上进行通孔及沟槽结构的金属化。US6719886提出离子化物理气相沉积为在填充及加衬硅晶圆上的高深宽比结构时具有特殊效用的过程。解释iPVD的原理。亦关注EP0782172、US6287435和US6417626。在一般以如上文提出的材料填充具有高深宽比的高深宽比次微米通孔的一般技术中，本专利技术更具体而言涉及以硫系玻璃材料填充具有大约1:1的深宽比的这类通孔，硫系玻璃材料呈现热驱动的非晶\\结晶相变。此技术具体是在W.C.Ren等于AppliedPhysics,Springer发表的文章DOI10.1007/500399-012-7463-8的标题为“Nanoscalegap-fillingforphasechangematerialbypulseddepositionandinductivelycoupledplasmaetching”中提出。该文章偏离随着装置持续按比例缩小至45nm及更小，相变材料的间隙填充已成为相变随机存取存储器（PCRAM）中的关键性模块的认识。该文章发表已实现通过两循环的沉积/蚀刻/沉积制程（DED）以相变材料在具有1:1的深宽比的30nm通孔上进行无空洞间隙填充。作为呈现热驱动的非晶/结晶相变的硫系玻璃材料的特定示例，施加Ge2Sb2Te5（GST）。针对材料沉积施加直流（DC）磁控溅射，DC实际上为脉冲DC。为了蚀刻，在电感耦合电浆（ICP）的帮助下施加软蚀刻。在沉积及蚀刻制程步骤之间无真空破坏的情况下执行PVD材料沉积步骤及蚀刻步骤。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于改善W.C.Ren等的文章所提出的方法，并提供操作这类改善方法的基板通孔填充真空处理系统。此目的通过如下方法来实现，所述方法填充位于基板内的具有至少大约1:1的深宽比的通孔，从而制造包括以材料填充的通孔的基板。所述材料为呈现热驱动的非晶/结晶相变的硫系玻璃材料，其出自下列材料群组：GeSbTe、AgInSbTe、InSe、SbSe、SbTe、InSbTe、GeSbSe、GeSbTeSe、AgInSbSeTe。因此，所述材料特别是GeSbTe（GST）。限定：当讨论或主张在所提出的通孔中进行材料沉积时，重要的是阐明所提出的是通孔及个别覆盖物的哪一个特定区域。通孔及个别覆盖物的这些区域在上下文中当参照图1予以限定。此限定符合本领域技术人员惯用及W.C.Ren等所提出的文章中亦加以应用的限定。图1示意性地示出了通过具有大约1:1的深宽比的通孔的剖面，该通孔已覆盖材料，但尚未填充。在基板1中，通孔3包括通孔底部5及通孔顶部7。实际上，通孔顶部7为通孔3在其中起作用的基板1的表面部分。通孔侧壁9连结通孔底部5至通孔顶部7。通孔覆盖物11可细分为顶部覆盖物13，其过渡到侧壁覆盖物17的侧壁顶部覆盖物15中。顶部覆盖物13通过其过渡到侧壁覆盖物17中的侧壁顶部覆盖物15接近图1中的虚线所提出的。侧壁覆盖物17将通孔底部侧壁覆盖物19过渡到通孔底部覆盖物20中。通孔侧壁覆盖物17通过其过渡为通孔底部覆盖物20的通孔底部侧壁覆盖物19也通过图1中的虚线来定性地示出。回到通过其解决上文提出的目的的所述方法，这类方法包括：a）通过DC溅射（连续DC溅射或脉冲DC溅射）在包括至少一个通孔的至少一个基板的区域上由靶材布置溅射沉积该材料。从而在该通孔顶部、该通孔侧壁及该通孔底部建立该提出材料的覆盖物。该覆盖物包括通孔顶部覆盖物。进一步执行该提出的溅射沉积至一定程度，以在该覆盖后的通孔中留下空洞，借此该提出的空洞朝向该通孔顶部覆盖物的周围打开。在后续步骤b）中，该提出的空洞通过以电感耦合电浆帮助的蚀刻来朝向该通孔顶部覆盖物的周围扩大。因此，在步骤a）之后保持的该空洞如图1朝向该通孔顶部覆盖物13的表面楔状地打开及扩大。继提出的步骤b）之后，执行步骤c），在其中通过在该提出的区域的上进行DC溅射来溅射沉积该提出的材料。此执行至一定程度，以便通过该提出的材料至少从该通孔底部至该通孔顶部完成该通孔的填充，或再次于该覆盖后的通孔中留下空洞，该空洞朝向该通孔顶部覆盖物的周围打开。在通过该提出的步骤c）于该覆盖后的通孔中留下朝向该通孔顶部覆盖物的周围打开的空洞的情况下，重复步骤b），即蚀刻步骤；以及步骤c），即溅射沉积步骤。在一个共用真空制程室中执行步骤a）至步骤c），使得不仅没有真空破坏发生，而且此外仅需要一个处理室，而不需在真空中从一处理室将基板运送至另一处理室。从沉积室将基板运送至蚀刻室再回到沉积室若干次具有运送布置复杂的明显缺点，可能还有负载锁定，且特别是要承受粒子污染基板的风险。此外，这类往返运送明显减缓生产速率，即产量。在可与后续提出的方法实施例中的任何一个结合的根据本专利技术的方法的一个优良实施例中，除非相抵触，否则在未通过于操作上连接至该基板的可设置的偏压源施加偏压信号至该基板的情况下，于该提出的步骤a）及步骤c）中执行DC溅射，DC溅射可包括连续或脉冲DC溅射，且实际上为磁控溅射。此意指无外部偏压源经由基板保持器在操作上连接至该基板。在可与先前提出及后续提出的方法实施例中的任何一个结合的根据本专利技术的方法的一优良实施例中，除非相抵触，否则点燃步骤b）中所用的电感耦合电浆会通过步骤a）和/或步骤b）中所用的溅射沉积电浆来执行。反之，步骤b）的电感耦合电浆点燃步骤c）中的溅射电浆。因此，必须强调的是，对本领域技术人员而言，完全清楚溅射需要电浆。因此，不仅该提出的制程步骤是在不需运送的情况下于一个共用真空制程室中执行，且除此的之外，在该提出的真空制程室中，于该提出的步骤期间，持续维持电浆，这是因为一个步骤的一个电浆点燃后续步骤的电浆。在可与先前提出的方法实施例及待提出的这类实施例中的任何一个结合的根据本专利技术的方法的一个优良实施例中，除非相抵触，否则该基板为硅晶圆。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种材料填充基板内的具有至少大约1:1的深宽比的通孔并且由此制造包括用所述材料填充的通孔的基板的方法，所述材料为出自下列材料群组的呈现热驱动非晶/结晶相变的硫系玻璃材料，即：GeSbTe、AgInSbTe、InSe、SbSe、SbTe、InSbTe、GeSbSe、GeSbTeSe、AgInSbSeTe，从而特别是出自GeSbTe（GST），所述方法包括：步骤a）：通过DC溅射在所述基板中的至少一个的包括至少一个通孔的区域上由靶材布置溅射沉积所述材料，从而用所述材料的覆盖物覆盖通孔顶部、通孔侧壁及通孔底部，并且包括通孔顶部覆盖物，所述溅射沉积执行至一定程度以在所述覆盖的通孔中留下空洞，所述空洞朝向所述通孔顶部覆盖物的周围打开；继步骤a）之后为步骤b）：在电感耦合电浆及Rf偏压的基板的帮助下，通过蚀刻朝向所述周围扩大所述空洞；继步骤b）之后为步骤c）：通过DC溅射在所述区域上溅射沉积所述材料至一定程度，以便：i）通过所述材料至少从所述通孔底部至所述通孔顶部完成所述通孔的填充；或者ii）在所述覆盖的通孔中留下空洞，所述空洞朝向所述通孔顶部覆盖物的周围打开；在ii）的情况下，重复步骤b）和步骤c），从而在一个共用真空制程室中执行步骤a）至步骤c）。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.05.23 US 61/8265921.一种材料填充基板内的具有至少大约1:1的深宽比的通孔并且由此制造包括用所述
材料填充的通孔的基板的方法，所述材料为出自下列材料群组的呈现热驱动非晶/结晶相
变的硫系玻璃材料，即：
GeSbTe、AgInSbTe、InSe、SbSe、SbTe、InSbTe、GeSbSe、GeSbTeSe、AgInSbSeTe，
从而特别是出自GeSbTe（GST），
所述方法包括：
步骤a）：
通过DC溅射在所述基板中的至少一个的包括至少一个通孔的区域上由靶材布置溅射
沉积所述材料，从而用所述材料的覆盖物覆盖通孔顶部、通孔侧壁及通孔底部，并且包括通
孔顶部覆盖物，所述溅射沉积执行至一定程度以在所述覆盖的通孔中留下空洞，所述空洞
朝向所述通孔顶部覆盖物的周围打开；
继步骤a）之后为步骤b）：
在电感耦合电浆及Rf偏压的基板的帮助下，通过蚀刻朝向所述周围扩大所述空洞；
继步骤b）之后为步骤c）：
通过DC溅射在所述区域上溅射沉积所述材料至一定程度，以便：
i）通过所述材料至少从所述通孔底部至所述通孔顶部完成所述通孔的填充；
或者
ii）在所述覆盖的通孔中留下空洞，所述空洞朝向所述通孔顶部覆盖物的周围打开；
在ii）的情况下，重复步骤b）和步骤c），从而在一个共用真空制程室中执行步骤a）至步
骤c）。
2.如权利要求1所述的方法，包括在所述步骤a）和步骤c）中执行所述DC溅射，而不通过
在操作上连接至所述基板的可设置的偏压源施加偏压信号至所述基板。
3.如权利要求1所述的方法，还包括通过所述溅射沉积的电浆来点燃所述电感耦合电
浆。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述基板是硅晶圆。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，还包括：
在所述一个共用真空制程室中沿基板平面提供所述基板；
沿所述一个共用真空制程室的基本上平面或圆顶形的覆盖部分提供所述靶材布置，所
述靶材布置面对所述基板；
所述覆盖部分沿围绕中心轴线的基本上圆形的区域过渡到所述共用真空制程室的侧
壁中，并且限定了内半径Ri和外半径Ra，所述圆形的区域至少基本上驻留在至少基本上平行
于所述基板平面的过渡平面中；
相对于所述基本上圆形的区域的所述内半径Ri，将所述基板平面和所述过渡平面之间
的间距d选择为：
优选选择为：
。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，由此将步骤a）和步骤c）期间的所述共用真空
制程室中的总压力选择为步骤b）期间在所述一个共用真空制程室中所选择的总压力的至
少2至30倍，优选为至少10倍。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，包括提供具有多于一个靶材的所述靶材布
置。
8.如权利要求7所述的方法，包括提供具有不同材料的所述多于一个靶材，并且通过控
制所述多于一个靶材的溅射速率来控制所述溅射沉积材料的化学计量。
9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，还包括相对于基板平面倾斜所述靶材布置的
至少一个靶材，所述至少一个基板沿所述基板平面驻留。
10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，包括在所述一个共用真空制程室中以如下
总压力pb执行步骤b），即：
或
或
。
11.如权利要求1至9中任一项所述的方法，还包括在所述共用真空制程室中以如下总
压力pa、pc执行步骤a）和步骤c），即：
，
或
，
。
12.如权利要求1至11中任一项所述的方法，还包括借助于具有至少一个电线圈的电线
圈布置产生所述电感耦合电浆，所述至少一个电线圈缠绕所述一个共用真空制程室的内部
容积的至少一部分，并且优选在如下频率fi下以电流操作所述线圈，即：
，
优选为：
。
13.如权利要求1至12中任一项所述的方法，还包括借助于具有至少一个电线圈的电线
圈布置产生所述电感耦合电浆，所述至少一个电线圈缠绕所述一个共用真空制程室的内部
容积的至少一部分，并且在步骤a）和步骤c）中的至少一个期间操作所述电线圈，用于控制
所述覆盖物的厚度分布。
14.如权利要求1至13中任一项所述的方法，包括以如下电压ubias施加所述Rf偏压，即：
。
15.如权利要求1至14中任一项所述的方法，包括在执行所述步骤a）之前于所述通孔
中施加种晶层，从而优选地将所述种晶层的厚度选择为介于0.5nm和5nm之间，包括两个
界限值。
16.如权利要求15所述的方法，包括施加具有W或Ta2O5的所述种晶层，从而优选地通过
溅射来施加W以及通过反应溅射来施加所述Ta2O5，优选为与为GeSbTe的所述材料结合。
17.如权利要求15或16所述的方法，还包括在所述一个共用真空制程室内或在分开的
真空制程...

【专利技术属性】
技术研发人员：M埃格哈扎里，J维查特，
申请(专利权)人：欧瑞康先进科技股份公司，
类型：发明
国别省市：列支敦士登;LI