沉积方法及衬底处理设备与流程

本发明涉及半导体薄膜沉积，特别涉及一种沉积方法及衬底处理设备。

背景技术：

1、薄膜沉积(thin film deposition)可应用于各种物品或组件，例如半导体组件等的表面处理。它是一种在各种材料(例如金属、超硬合金、陶瓷及氧化硅、硅)表面上生成一层或多层同质或异质材料薄膜的工艺。

2、依据沉积过程是否含有化学反应，薄膜沉积可区分为物理气相沉积(physicalvapor deposition简称pvd)以及化学气相沉积(chemical vapor deposition简称cvd)。原子层沉积(atomic layer deposition简称ald)是cvd的另一种形式。随着沉积技术及沉积参数差异，所沉积薄膜的结构可以是多晶的，非晶的或外延的。

3、在沉积工艺制程中，工艺产物同时也无法避免地沉积在沉积室的室壁、沉积室内的各个工艺部件上形成薄膜。所述工艺部件是在沉积过程中接触沉积气体的可移除部件。例如，沉积室喷头、衬套、衬底支撑座、预热环等。随着时间的累积，各工艺部件上沉积的薄膜厚度也逐渐增加。随着同种薄膜应力的累积，当超过膜层结构所能承受的极限时，薄膜逐渐从工艺部件上剥落，并在沉积室内产生颗粒污染，造成衬底的缺陷。

4、为避免颗粒污染，需要经常停止沉积室内的工艺，并打开沉积室进行清洁和维护。例如当工艺部件上沉积的薄膜达到一定厚度时，更换各工艺部件；或者通过新的清洁气体源或rps(remote plasma sources远程等离子体源)发生器对沉积室进行清洁处理。打开沉积腔室会引入重新恢复真空的时间，会影响沉积室的可用时间，降低衬底生产效率，rps操作则需要对设备的改进。

5、如何增加工艺部件的使用寿命、增加mwbc(mean wafers between cleans清洁间的平均晶圆)的数量以提高衬底生产效率，是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种沉积方法及衬底处理设备，能够调节形成在沉积室壁、沉积室内各工艺部件上的沉积薄膜的应力，使得调节后的沉积薄膜不易从沉积室壁、工艺部件上脱落，进而降低沉积室的清洁频率并提高工艺部件的使用寿命。

2、为了达到上述目的，本发明提供一种沉积方法，用于在沉积室中处理衬底，所述沉积室包含室壁，所述沉积室内设置有一工艺部件，所述方法包含如下步骤：

3、在沉积室中执行第一沉积工艺，所述第一沉积工艺在所述工艺部件的表面和/或所述室壁的表面形成第一沉积膜；

4、在沉积室中执行第二沉积工艺，所述第二沉积工艺在所述第一沉积膜上形成第二沉积膜；

5、执行一次或多次所述第一沉积工艺后执行所述第二沉积工艺，使所述第一沉积膜、第二沉积膜相互堆叠形成堆叠结构；

6、其中，相邻的所述第一沉积膜与所述第二沉积膜具有不同的应力类型；以及，

7、所述第一沉积工艺用于在衬底上形成沉积层。

8、可选的，所述沉积方法还包含：

9、监测所述堆叠结构的厚度，若所述工艺部件或室壁堆叠结构的厚度超过设定的阈值，更换所述工艺部件或清除沉积室室壁以及工艺部件上的所述堆叠结构。

10、可选的，相邻的所述第一沉积膜与所述第二沉积膜具有不同的应力类型包含：第一沉积膜具有拉应力且第二沉积膜具有压应力，或第一沉积膜具有压应力且第二沉积膜具有拉应力。

11、可选的，所述第一沉积膜为钨膜；所述第二沉积膜为钨膜。

12、可选的，所述第二沉积工艺具有与所述第一沉积工艺不同的工艺参数，所述工艺参数包含工艺温度、气体流量、沉积膜的厚度中的一种或多种。

13、可选的，所述第一沉积工艺的温度为400℃～450℃，第二沉积工艺的温度为450℃～500℃。

14、可选的，第一沉积工艺的气体流量为50sccm～90sccm，第二沉积工艺的气体流量为15sccm～60sccm。

15、可选的，第一沉积膜的厚度为50埃～9000埃，第二沉积膜的厚度为300埃～8000埃。

16、可选的，所述第一沉积膜为钽膜或氮化钽膜；所述第二沉积膜为钨膜或氮化钽膜。

17、可选的，所述第二沉积工艺具有与所述第一沉积工艺不同的工艺参数，所述工艺参数包含：电离线圈射频功率、沉积室内气压、溅射靶直流电源功率中的一种或多种。

18、可选的，第一沉积工艺的电离线圈射频功率为1kw～2kw，第二沉积工艺的电离线圈射频功率为2kw～3kw。

19、可选的，第一沉积工艺的沉积室内气压为35mt～60mt，第二沉积工艺的沉积室内气压为10mt～35mt。

20、可选的，第一沉积工艺的溅射靶直流电源功率为1kw～2kw，第二沉积工艺的溅射靶直流电源功率为2kw～3kw。

21、可选的，所述第一沉积膜为氮化钛膜；所述第二沉积膜为氮化钛膜。

22、可选的，所述沉积方法还包含：在第一沉积工艺或第二沉积工艺完成后执行高温退火工艺。

23、可选的，两次相邻的高温退火工艺之间包含多次第一沉积工艺和第二沉积工艺。

24、可选的，退火温度的范围为400℃～1200℃。

25、可选的，退火的时间范围为4秒～10秒。

26、本发明还提供一种衬底处理装置，其包含一沉积室，所述沉积室用于执行本发明所述的沉积方法。

27、可选的，所述衬底处理装置还包含：通讯连接的存储单元和控制单元；

28、所述存储单元存储有第一时间阈值和/或第一厚度，以及第一沉积工艺的第一工艺参数、第二沉积工艺的第二工艺参数；

29、所述控制单元根据所述第一工艺参数、第二工艺参数，控制执行第一沉积工艺或第二沉积工艺；当执行的第一沉积工艺、第二沉积工艺的总时长达到所述第一时间阈值，或堆叠结构的厚度超过所述第一厚度时，控制单元控制停止执行第一沉积工艺及第二沉积工艺。

30、可选的，存储单元还存储有第二时间阈值和高温退火工艺的第三工艺参数；控制单元根据所述第三工艺参数在第一工艺或第二工艺结束后控制执行高温退火工艺，且两次相邻的高温退火工艺之间的间隔时长不小于第二时间阈值。

31、可选的，所述衬底处理装置还包含：

32、报警单元，其信号连接控制单元；当执行的第一沉积工艺、第二沉积工艺的总时长达到所述第一时间阈值，或堆叠结构的厚度超过所述第一厚度时，控制单元驱动所述报警单元进行声、光报警。

33、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

34、1)本发明的沉积方法及衬底处理设备能够调节形成在沉积室壁、沉积室内各工艺部件上的沉积堆叠结构的应力，这是因为堆叠结构中的第一沉积膜与第二沉积膜的应力类型相反，两者可以相互抵消，因此，堆叠结构的应力较小，则所述堆叠结构不易从沉积室壁、工艺部件上脱落；通过本发明能够降低沉积室内的颗粒污染物，大大提高了衬底的成品率；

35、2)本发明的沉积方法大大降低了沉积室的清洁频率、工艺部件的更换频率，提高了衬底加工效率；

36、3)本发明大大提高了工艺部件的使用寿命，显著降低了衬底加工成本；

37、4)本发明通过改变工艺参数调整沉积薄膜的应力，本发明的沉积方法不需要在沉积室内引入不同的反应气体，因此不会在沉积室内引入杂质，保证衬底处理的可控性。