薄膜沉积方法与流程

1.本申请涉及半导体制造领域，尤其涉及一种薄膜沉积方法。


背景技术：

2.薄膜沉积是半导体制造过程中的一项重要工艺。薄膜沉积一般可以采用化学气相沉积(cvd)或物理气相沉积(pvd)等。
3.物理气相沉积(pvd)技术广泛应用于集成电路(ic)，微机电系统(mems)，先进封装结构的生产制造过程中。物理气相沉积(pvd)技术所沉积的薄膜具有性质稳定、杂质少、厚度精准等特性，对于高熔点或合金材料也具有很好的通用性。物理气相沉积(pvd)用的机台在业界已有大量的标准化配置和使用，对新技术推广有很好的生产基础。
4.通常，对于基片表面沉积的薄膜，需要表征其厚度的均匀性、阻值的均匀性等特性。例如，可以收集基片表面的49个点的数据量测值，计算该49个点的数据量测值的标准方差来表征其厚度或阻值的均匀性。通常的规格要求标准方差小于3％。
5.通常，使用pvd沉积的纯金属薄膜的厚度分布图如图1所示，其中，同一条线上的各点的厚度相同。从图1可知，薄膜的厚度分布为同心圆形状，薄膜的厚度的均匀性通常都在3％以内，能满足一般的集成电路(ic)，微机电系统(mems)等行业规格需求。
6.实际使用中，除了需要沉积纯金属薄膜，有时还需要沉积一些金属氮化物薄膜。使用pvd沉积金属氮化物薄膜的方法是：在金属薄膜沉积过程中，在沉积的腔体内通入氮气(n2)。
7.应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。


技术实现要素：

8.本申请的发明人发现，金属氮化物薄膜的沉积效果通常使用阻值的均匀性来表征。通常，针对金属氮化物薄膜的阻值量测结果分布如图2所示。在图2中，同一条线上的各点的阻值相同。从图2可知，阻值分布通常是偏向某一侧的，例如，图2的右侧的阻值的均匀性较好，但是左侧的阻值的均匀性较差。在图2中，阻值的均匀性一般会大于3％。造成这种阻值分布的原因很多，为了达到3％的生产规格需求，需要在pvd沉积金属氮化物薄膜的过程中，对沉积用的腔体内的气体流量、压力、射频功率等参数进行搭配调整，以达到阻值均匀性3％以内的要求。由于涉及参数较多，调整过程的工作量较大，并且，调整后的稳定性不佳，因而需要经常进行调整。
9.本申请提供一种薄膜沉积方法，将薄膜的沉积过程分为至少两个阶段，在前后相邻的两个阶段之间转动基片的角度，由此，能够提高薄膜的阻值的均匀性。
10.根据本申请实施例的一个方面，提供一种薄膜沉积方法，包括：
11.在基片表面沉积第一厚度的薄膜；
12.调整所述基片的位置，使所述基片围绕垂直于所述基片表面的轴线转动第一角度；以及
13.在所述第一厚度的薄膜的表面沉积第二厚度的薄膜。
14.根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述第一角度不等于360度的整数倍。
15.根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述第一角度等于180度。
16.根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述方法还包括：
17.在基片表面沉积第一厚度的薄膜之前，调整所述基片的位置，使得所述基片的位置标记与参考方向的夹角为预定的初始角度。
18.根据本申请实施例的另一个方面，其中，，所述方法还包括：
19.调整所述基片的位置，使所述基片围绕垂直于所述基片表面的轴转动第二角度；以及
20.在所述第二厚度的薄膜的表面沉积第三厚度的薄膜。
21.根据本申请实施例的另一个方面，其中，在沉积所述薄膜的机台内进行调整所述基片的位置的步骤。
22.根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述薄膜为金属氮化物薄膜。
23.本申请的有益效果在于：将薄膜的沉积过程分为至少两个阶段，在前后相邻的两个阶段之间转动基片的角度，由此，能够提高薄膜的阻值的均匀性。
24.参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。
25.针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
26.应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
27.所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
28.图1是使用pvd沉积的纯金属薄膜的厚度分布的一个示意图；
29.图2是针对金属氮化物薄膜的阻值量测结果分布的一个示意图；
30.图3是本申请实施例1中薄膜沉积方法的一个示意图；
31.图4是根据本实施例1的薄膜沉积方法得到的金属氮化物薄膜的阻值分布的一个示意图；
32.图5是本实施例1的薄膜沉积方法的具体实例的一个示意图。
具体实施方式
33.参照附图，通过下面的说明书，本申请的前述以及其它特征将变得明显。在说明书
和附图中，具体公开了本申请的特定实施方式，其表明了其中可以采用本申请的原则的部分实施方式，应了解的是，本申请不限于所描述的实施方式，相反，本申请包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。
34.实施例1
35.本申请实施例1提供一种薄膜沉积方法。
36.图3是本申请实施例中薄膜沉积方法的一个示意图，如图3所示，该薄膜沉积方法包括：
37.步骤101、在基片表面沉积第一厚度的薄膜；
38.步骤102、调整所述基片的位置，使所述基片围绕垂直于所述基片表面的轴线转动第一角度；以及
39.步骤103、在所述第一厚度的薄膜的表面沉积第二厚度的薄膜。
40.根据本实施例，将一次沉积全部厚度的薄膜的步骤分为至少两个沉积的步骤，在两个沉积的步骤之间转动基片的角度，由此，能够在基片处于不同转动角度的情况下进行每次的沉积，从而提高薄膜的阻值的均匀性，并且，无需对薄膜沉积过程中的气体流量、压力、射频功率等参数进行频繁调整，降低了工艺难度。
41.图4是根据本实施例的薄膜沉积方法得到的金属氮化物薄膜的阻值分布的一个示意图，如图4所示，金属氮化物薄膜的阻值分布为接近同心圆的形状，与图2所示的阻值分布朝向某一侧的情况相比，图4所示的阻值分布更为均匀，具体地，其阻值均匀度小于3％，例如，能够达到1.1％或更低。
42.在本实施例中，基片可以是半导体制造领域中常用的衬底，例如硅晶圆、绝缘体上的硅(silicon-on-insulator，soi)晶圆、锗硅晶圆、锗晶圆或氮化镓(gallium nitride，gan)晶圆等，也可以是玻璃衬底、蓝宝石衬底等，本实施例不限于上述的举例。
43.在本实施例的步骤101和步骤103中，进行沉积的方式可以是物理气相沉积(pvd)。基片表面沉积的薄膜可以是金属氮化物薄膜，例如，钽铝氮化物(taaln)薄膜或氮化钛(tin)薄膜等。此外，该薄膜也可以是其他类型的薄膜。
44.在本实施例的步骤101中，沉积的薄膜厚度为第一厚度，该第一厚度小于需要沉积的薄膜的总厚度，例如，第一厚度等于需要沉积的薄膜的总厚度的50％左右。
45.在本实施例的步骤102中，使基片绕着一轴线转动第一角度，该轴线与基片的表面垂直，此外，该轴线例如可以经过基片的中心。该第一角度不等于360度的整数倍，由此，经过步骤102，基片所处的位置与步骤101中的基片所处的位置之间存在角度偏移。例如，在步骤101中，基片的位置标记位于相对于参考方向为α角的位置，在步骤102中，使得基片绕着轴线转动第一角度α1，从而令基片的位置标记位于相对于参考方向的角度为(α+α1)的位置。
46.在一个具体实施方式中，第一角度可以等于180度。此外，本实施例不限于此，第一角度也可以等于其他的角度。例如，可以根据需要进行薄膜沉积的次数，设置第一角度，比如，在需要进行3次薄膜沉积的情况下，可以将第一角度设置为120度，在需要进行4次薄膜沉积的情况下，可以将第一角度设置为90度等。
47.在本实施例中，步骤102可以在薄膜沉积的机台内进行，由此，能够避免将基片移出到机台外部的情况下破坏机台的真空环境，从而保证薄膜的品质。例如，薄膜沉积的机台
内部可以配置有转平边装置，在步骤102中，基片被从机台的腔体内移动到该转平边装置，该转平边装置能够支撑基片，并使基片绕轴线转动，转动了一定角度后的基片被送入腔体内，进行步骤103。
48.在本实施例的步骤103中，沉积的薄膜厚度为第二厚度，该第二厚度小于需要沉积的薄膜的总厚度，例如，第二厚度等于需要沉积的薄膜的总厚度的50％左右。
49.在本实施例中，在步骤101、步骤103中进行了两次薄膜的沉积。本申请可以不限于此，例如，可以根据需要，在步骤103之后，再进行一次或多次薄膜的沉积，从而得到需要的厚度的薄膜。
50.在本实施例中，如图3所示，该薄膜沉积方法还可以包括：
51.步骤104、调整基片的位置，使基片围绕垂直于基片表面的轴转动第二角度；以及
52.步骤105、在第二厚度的薄膜的表面沉积第三厚度的薄膜。
53.在步骤104中，可以使基片转动第二角度，该第二角度可以与第一角度相同或不同。关于步骤104的实施方式的说明，可以参考对步骤102的说明。
54.在步骤105中，在第二厚度的薄膜的表面沉积第三厚度的薄膜，该第三厚度可以与第二厚度相同或不同。关于步骤105的实施方式的说明，可以参考对步骤103的说明。
55.在本实施例中，如图3所示，该薄膜沉积方法还可以包括：
56.步骤106、在基片表面沉积第一厚度的薄膜之前，调整基片的位置，使得基片的位置标记与参考方向的夹角为预定的初始角度。
57.在步骤106中，可以在薄膜沉积的机台内进行，例如，由薄膜沉积的机台内部配置的转平边装置来支撑并转动基片，从而使基片的位置标记位于相对于参考方向的角度为预定的初始角度α的位置，该预定的初始角度例如是0度。此外，基片的位置标记可以是基片边缘的缺口(notch)等，也可以是基片边缘的平边上的预定位置，例如，平边的中心位置或端部等。
58.此外，步骤104和步骤105可以根据需要反复执行多次，直到沉积的薄膜的厚度为需要的厚度。
59.下面，根据一个具体实例，来说明本申请的薄膜沉积方法。
60.图5是该具体实例的一个示意图。在该具体实例中，薄膜的沉积方法包括如下步骤：
61.1)对基片1进行清洗；
62.2)如图5的(a)所示，在将基片1送入物理气相沉积(pvd)机台的沉积腔体前，使用转平边装置对基片1进行转动，使得基片1边缘的缺口(notch)1a位于相对于参考方向的角度为0
°
的位置，例如，缺口1a朝上；
63.3)如图5的(b)所示，将基片1第一次传送至沉积腔体，在基片1的表面沉积第一厚度的薄膜11，该薄膜例如是钽铝金属氮化物(taaln)薄膜，该第一厚度例如是30nm；
64.4)如图5的(c)所示，将基片1传出沉积腔体，使用转平边装置将基片1转动180
°
，使得基片1边缘的缺口(notch)1a位于相对于参考方向的角度为180
°
的位置，例如，缺口1a朝下；
65.5)如图5的(d)所示，将基片1第二次传送至沉积腔体，在基第一厚度的薄膜11的表面沉积第二厚度的薄膜12，该薄膜例如是钽铝金属氮化物(taaln)薄膜，该第二厚度例如是
30nm；
66.6)将沉积有薄膜11和薄膜12的基片1传出腔体，完成taaln两次沉积60nm薄膜厚度的工艺。
67.通过上述步骤1)至6)，沉积的taaln薄膜阻值均匀性从之前的3.3％左右的水准大幅降低到1.1％左右，达到3％以内的规格要求。此工艺方法对改进金属氮化物阻值均匀性非常有效，除了taaln的应用外，也适用于其它金属氮化物，如金属钛(ti)制备的氮化钛(tin)薄膜。
68.以上结合具体的实施方式对本申请进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本申请保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本申请的精神和原理对本申请做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本申请的范围内。