調(diào)節(jié)TiW薄膜應(yīng)力的PVD制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別是涉及一種調(diào)節(jié)TiW薄膜應(yīng)力的PVD制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] TiW (titanium tungsten,鶴鈦）是一種半導(dǎo)體制造行業(yè)中重要的合金材料，主要 應(yīng)用于半導(dǎo)體IC (integrated circuit,集成電路）器件，例如TiW和Pt (platinum,鉬） 的金屬化堆積層適用于集成MEMS (microelectromechanical system,微機(jī)電系統(tǒng)）器件， TiW硅化物特別適用于電熱轉(zhuǎn)換器中的加熱元件。光學(xué)用MEMS和生物用MEMS要求金屬不 活潑，抗腐蝕，并且要求薄膜應(yīng)力盡量小，與Cu和A1電極相比，TiW金屬很好地滿足了這一 需求。
[0003] TiW薄膜的應(yīng)力性能對于半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性和使用壽命有著重要的影響。如果 TiW薄膜應(yīng)力不合適，那么就容易在半導(dǎo)體器件中產(chǎn)生微裂紋，導(dǎo)致器件性能不穩(wěn)定甚至損 壞，例如電壓過載。
[0004] 通過PVD (physical vapor deposition,物理氣相沉積法）的方法可以制備TiW 薄膜，應(yīng)用磁控濺射原理。相比熱蒸發(fā)方法而言，PVD濺射方法能提高薄膜的粘附性，并且 臺階覆蓋界面形狀的可選擇性比較強(qiáng)。PVD沉積TiW薄膜的主要工藝參數(shù)包括DC (direct current，直流)功率、氬氣流量和沉積氣壓等。一般通過調(diào)整沉積氣壓可以實(shí)現(xiàn)TiW薄膜的 應(yīng)力從張應(yīng)力到壓應(yīng)力的調(diào)整，但是調(diào)整沉積氣壓會(huì)導(dǎo)致TiW薄膜的致密度等性質(zhì)發(fā)生較 大變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 基于上述問題，本發(fā)明提供了一種調(diào)節(jié)TiW薄膜應(yīng)力的PVD制備工藝，利用該工藝 可以將TiW薄膜的應(yīng)力調(diào)整到從張應(yīng)力到壓應(yīng)力的較寬范圍內(nèi)，且TiW薄膜的沉積速率和 致密度保持基本不變。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] 一種調(diào)節(jié)TiW薄膜應(yīng)力的PVD制備工藝，包括如下步驟：
[0008] S100 :將待加工的基片直于基座上；
[0009] S200 :通入第一流量的氬氣；
[0010] S300 :沉積步驟；對直流電源施加第一功率并保持第一預(yù)設(shè)時(shí)間；
[0011] S400 :冷卻步驟；停止對直流電源施加功率并保持第二預(yù)設(shè)時(shí)間；
[0012] S500 :重復(fù)步驟S300和S400直至達(dá)到所需的薄膜厚度。
[0013] 較優(yōu)的，所述第一預(yù)設(shè)時(shí)間為5s至30s，所述第二預(yù)設(shè)時(shí)間為60s至360s。
[0014] 較優(yōu)的，在步驟S300之前還包括步驟S310 :
[0015] S310 :所述直流電源點(diǎn)火起輝。
[0016] 較優(yōu)的，所述氬氣的第一流量在整個(gè)制備工藝中保持不變。
[0017] 較優(yōu)的，所述氬氣的第一流量為40至200sccm。
[0018] 較優(yōu)的，沉積氣壓在整個(gè)制備工藝中保持不變，所述沉積氣壓為2. 0-7. 3mT。
[0019] 較優(yōu)的，所述直流電源的功率在整個(gè)制備過程中保持不變，所述直流電源的第一 功率為100W至2000W。
[0020] 較優(yōu)的，所制得的薄膜厚度為4000埃。
[0021] 本發(fā)明提供的調(diào)節(jié)TiW薄膜應(yīng)力的PVD制備工藝，通過在制備過程中設(shè)置了冷卻 步驟來調(diào)節(jié)TiW薄膜的應(yīng)力，通過調(diào)整沉積的第一預(yù)設(shè)時(shí)間和冷卻的第二預(yù)設(shè)時(shí)間調(diào)節(jié)薄 膜的應(yīng)力，這樣制得的TiW薄膜的應(yīng)力可控，并且TiW薄膜的沉積速率和致密度保持基本不 變，能夠滿足半導(dǎo)體集成電路器件的應(yīng)力需求，提高半導(dǎo)體集成電路的穩(wěn)定性和使用壽命。
【附圖說明】
[0022] 圖1為常用的TiW薄膜制備使用的PVD工藝腔室的基本結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明的不同實(shí)施例的應(yīng)力對比曲線示意圖；
[0024] 圖3為本發(fā)明的調(diào)節(jié)TiW薄膜應(yīng)力的PVD制備工藝的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面將結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明 中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0026] 參見圖1和圖3,本發(fā)明提供了一種調(diào)節(jié)TiW薄膜應(yīng)力的PVD制備工藝，包括如下 步驟：
[0027] S100 :將待加工的基片3置于基座4上；
[0028] S200:通入第一流量的氬氣；
[0029] S300 :沉積步驟；對直流電源5施加第一功率并保持第一預(yù)設(shè)時(shí)間；
[0030] S400 :冷卻步驟；停止對直流電源5施加功率并保持第二預(yù)設(shè)時(shí)間；
[0031] S500 :重復(fù)步驟S300和S400直至達(dá)到所需的薄膜厚度。
[0032] 參見圖1，圖1是TiW薄膜PVD制備中常用的工藝腔室的基本結(jié)構(gòu)示意圖。其基本 過程是：在高真空度(氣壓為lE^Torr量級）的條件下，將基片3置于基座4的正上方，通入 一定量的氣體氬氣（通過氬氣流量控制器6控制氬氣的流量），并使磁控管1以一定的轉(zhuǎn) 速旋轉(zhuǎn)；此時(shí)對直流電源5施加一定的功率，產(chǎn)生氬等離子體，氬正離子轟擊TiW靶材2,將 TiW原子轟擊出來并沉積在基片上形成TiW薄膜。本實(shí)施例中在沉積TiW薄膜的沉積步驟 后增加了冷卻步驟，所謂的冷卻步驟是停止對直流電源施加功率并保持一定時(shí)間，本實(shí)施 例中第一預(yù)設(shè)時(shí)間為沉積時(shí)間，第二預(yù)設(shè)時(shí)間為冷卻時(shí)間。TiW薄膜的沉積和冷卻交替循環(huán) 進(jìn)行，直至達(dá)到TiW薄膜所需的厚度，停止工藝。
[0033] 本發(fā)明的制備工藝中關(guān)鍵工藝參數(shù)是沉積時(shí)間和冷卻時(shí)間，即第一預(yù)設(shè)時(shí)間和第 二預(yù)設(shè)時(shí)間。一般的，第一預(yù)設(shè)時(shí)間為為5s至30s，所述第二預(yù)設(shè)時(shí)間為60s至360s。通 過設(shè)定不同的沉積時(shí)間和冷卻時(shí)間能夠調(diào)節(jié)TiW薄膜的應(yīng)力，使其滿足不同的應(yīng)力需要。 [0034] 應(yīng)當(dāng)注意的是，在對直流電源施加功率之前還包括直流電源點(diǎn)火起輝的步驟。一 般的，直流電源點(diǎn)火起輝的時(shí)間為2s。
[0035] 較佳的，作為一種可實(shí)施方式，在整個(gè)制備工藝中，以下工藝參數(shù)如氬氣的流量、 沉積氣壓和直流電源的功率在整個(gè)制備工藝中均保持不變。這樣能夠保證所制得的TiW薄 膜的沉積速率和致密度保持基本不變，從而在滿足半導(dǎo)體集成電路器件的應(yīng)力需求的同時(shí) 提高半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性和使用壽命。一般的，所述氬氣的第一流量為40至200sCCm，所述 沉積氣壓為2. 0-7. 3mT ;所述直流電源的第一功率為100W至2000W。
[0036] 較佳的，本發(fā)明的調(diào)節(jié)TiW薄膜應(yīng)力的PVD制備工藝所制得的TiW薄膜的厚度可 以是4000埃。
[0037] 以下以一個(gè)具體實(shí)施例來說明本發(fā)明。
[0038] 本實(shí)施例中采用直流電源功率為1000W，氬氣流量為12〇SCCm (其中背吹氬氣流量 為20sccm)，沉積氣壓為4. 9mT，具體工藝參數(shù)見表1。
[0039] 表 1
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種調(diào)節(jié)TiW薄膜應(yīng)力的PVD制備工藝，其特征在于，包括如下步驟： SlOO :將待加工的基片置于基座上； S200 :通入第一流量的氬氣； S300 :沉積步驟；對直流電源施加第一功率并保持第一預(yù)設(shè)時(shí)間； S400 :冷卻步驟；停止對直流電源施加功率并保持第二預(yù)設(shè)時(shí)間； S500 :重復(fù)步驟S300和S400直至達(dá)到所需的薄膜厚度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)TiW薄膜應(yīng)力的PVD制備工藝，其特征在于，所述第一預(yù) 設(shè)時(shí)間為5s至30s，所述第二預(yù)設(shè)時(shí)間為60s至360s。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)節(jié)TiW薄膜應(yīng)力的PVD制備工藝，其特征在于，在步驟S300 之前還包括步驟S310 : S310 :所述直流電源點(diǎn)火起輝。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)節(jié)TiW薄膜應(yīng)力的PVD制備工藝，其特征在于，所述氬氣的 第一流量在整個(gè)制備工藝中保持不變。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的調(diào)節(jié)TiW薄膜應(yīng)力的PVD制備工藝，其特征在于，所述氬氣的 第一流量為40至200sccm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)TiW薄膜應(yīng)力的PVD制備工藝，其特征在于，沉積氣壓在 整個(gè)制備工藝中保持不變，所述沉積氣壓為2. 0至7. 3mT。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)TiW薄膜應(yīng)力的PVD制備工藝，其特征在于，所述直流電 源的第一功率在整個(gè)制備過程中保持不變，所述直流電源的第一功率為100W至2000W。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)TiW薄膜應(yīng)力的PVD制備工藝，其特征在于，所制得的薄 膜厚度為4000埃。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種調(diào)節(jié)TiW薄膜應(yīng)力的PVD制備工藝，包括如下步驟：將待加工的基片置于基座上；通入第一流量的氬氣；沉積步驟；對直流電源施加第一功率并保持第一預(yù)設(shè)時(shí)間；冷卻步驟；停止對直流電源施加第一功率并保持第二預(yù)設(shè)時(shí)間；重復(fù)沉積步驟和冷卻步驟直至達(dá)到所需的薄膜厚度。本發(fā)明提供的調(diào)節(jié)TiW薄膜應(yīng)力的PVD制備工藝，通過在制備過程中設(shè)置了冷卻步驟來調(diào)節(jié)TiW薄膜的應(yīng)力，通過調(diào)整沉積的第一預(yù)設(shè)時(shí)間和冷卻的第二預(yù)設(shè)時(shí)間調(diào)節(jié)薄膜的應(yīng)力，這樣制得的TiW薄膜的應(yīng)力可控，并且TiW薄膜的沉積速率和致密度保持基本不變，能夠滿足半導(dǎo)體集成電路器件的應(yīng)力需求，提高半導(dǎo)體集成電路的穩(wěn)定性和使用壽命。
【IPC分類】C23C14-35, C23C14-18
【公開號】CN104746006
【申請?zhí)枴緾N201310752241
【發(fā)明人】田立飛, 夏威
【申請人】北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2013年12月31日