CN105755436B - 薄膜沉积方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在基片表面沉积导电层的薄膜沉积方法，其中，所述方法包括：S1、在基片的上表面形成第一导电层；和S2、利用压环将所述基片固定在工艺腔的基座上，所述压环包括多个压爪，所述第一导电层位于所述基片和所述压爪之间，在所述基片上沉积形成第二导电层。在步骤S2中，压环的压爪与基片之间具有在步骤S1中形成的第一导电层，因此，压爪与第一导电层之间的接触为面接触，与现有技术中的线接触相比，显然本发明所提供的方法中，压爪与第一导电层之间的电阻更小，从而可以在基片与压环之间形成更好的等电位，避免打火现象。

Description

薄膜沉积方法

技术领域

本发明涉及半导体加工领域，具体地，涉及一种在基片表面沉积导电层的薄膜沉积方法。

背景技术

磁控溅射是集成电路制造过程中沉积金属层和相关材料广泛采用的方法。目前磁控溅射技术主要采用静电卡盘对硅片进行支撑，与集成电路铜互连工艺不同的是，硅通孔中的沉积的薄膜厚度较大，薄膜应力过大会导致静电卡盘无法对晶片进行静电吸附；并且硅通孔薄膜沉积多出现在后道封装工艺中，晶片一般被减薄后需要采用玻璃粘结对晶片进行支撑，静电卡盘同样无法对玻璃基底进行静电吸附。且静电卡盘存在的成本较高，不易维护等因素。因此在硅通孔的磁控溅射中，需要采用机械卡盘对硅片进行固定。

典型的磁控溅射设备如图1所示，该磁控溅射设备具有圆环型反应腔体1、用于承载基片的卡盘9、密封在真空腔体中的靶材4、设置在真空腔体中的磁控溅射管5和用于驱动磁控溅射管5的电机6。围成所述真空腔体的侧壁2由绝缘材料(例如G10)制成，所述真空墙体中充满了去离子水3。进行溅射工艺时，DC电源会施加偏压至靶材4，使其相对于接地的腔体成为负压，以致氩气放电而产生等离子体，将带正电的氩离子吸引至负偏压的靶材4。当氩离子的能量足够高时，会使金属原子逸出靶材表面并沉积在基片10上。使用具有一定重量的金属制成的压环8将基片10以机械的方式压在机械卡盘9上进行溅射工艺，反应腔体内还设置有用于支撑压环8且保护工艺腔体侧壁的工艺组件7，该工艺组件7通过接地导线11接地。

图2中所示的是常用的压环8的结构，为了使基片10下方能保持一定的高的压力进行传热，压环8上会分布一定数量的压爪13。压爪的结构如图3所示，为了防止打火，基座9、压环8和基片10三者需要等电位，进行溅射工艺时，通过射频电源12在基座9上施加射频偏压，压环8和基座9之间通过诱电线圈形成电接触，因此压环8和基座9是等电位；为了实现压环8和晶片10之间的等电位，压环的压爪13与基片10直接接触，在溅射艺过程中，金属薄膜的沉积将晶片10和压爪13连接起来，形成晶片和压环的等电位，防止打火，如图4所示。

在TSV应用中，压环上压爪的数量越小越好，以让镀膜的有效面积增大，损失的区域越小越好。但是，压爪仅通过一层线接触的薄膜形成导电层，如图4所示，由于接触面积小，导致电阻过大，很容易造成基片过热，易发生打火。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在基片表面沉积导电层的薄膜沉积方法，利用该薄膜沉积方法在所述基片表面沉积导电层时不容易发生打火。

为了实现上述目的，本发明提供一种薄膜沉积方法，其中，所述薄膜沉积方法包括：

S1、在基片的上表面形成第一导电层；和

S2、利用压环将所述基片固定在工艺腔的基座上，所述压环包括多个压爪，所述第一导电层位于所述基片和所述压爪之间，在所述基片上沉积形成第二导电层。

优选地，所述步骤S1包括：

S11、利用压环将所述基片固定在工艺腔内的基座上，所述压环包括多个压爪，所述压爪与所述基片的边缘相接触；

S12、沉积第一导电层；

所述步骤S2包括：

S21、将所述基片旋转预定角度，以使所述基片在步骤S1中与所述压爪相接触的部分暴露出来；

S22、利用压环将所述基片固定在工艺腔内的基座上，所述第一导电层位于所述基片和所述压爪之间；

S23、沉积第二导电层。

优选地，所述第一导电层与所述第二导电层材质相同。

优选地，所述第一导电层和所述第二导电层均由Ta、Cu、Al、NiV、TiW中的任意一种制成。

优选地，所述预定角度小于相邻两个所述压爪之间的角度。

优选地，所述预定角度等于相邻两个所述压爪之间的角度的一半。

优选地，所述步骤21在工艺腔外进行。

优选地，所述步骤S21包括：

S211、将所述基片从所述工艺腔内传输至所述晶片位置校准装置；

S212、将所述基片旋转预定角度，以使所述基片在步骤S 1中与所述压爪相接处的部分暴露出来；

S213、将所述基片从所述晶片位置校准装置传输至所述工艺腔内。

优选地，所述步骤21在工艺腔内进行。

优选地，所述步骤S21包括：

S211、所述基座下降至传输位置；

S212、所述基座带动所述基片旋转预定角度，以使所述基片在步骤S1中与所述压爪相接处的部分暴露出来；

S213、所述基座上升至工艺位置。

优选地，所述第一导电层的厚度为50～100nm。

在步骤S2中，压环的压爪与基片之间具有在步骤S1中形成的第一导电层，因此，压爪与第一导电层之间的接触为面接触，与现有技术中的线接触相比，显然本发明所提供的方法中，压爪与第一导电层之间的电阻更小，从而可以在基片与压环之间形成更好的等电位，避免打火现象。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是进行磁控溅射时用到的设备的示意图；

图2是压环的立体结构示意图；

图3是现有技术中，在进行磁控溅射工艺之前压环直接接触基片的示意图；

图4是现有技术中，沉积形成导电膜后压环与基片相接触的示意图；

图5是本发明所提供的方法的流程示意图；

图6是在本发明所提供的方法中，旋转基片后，压环与基片的俯视图

图7是图6中的A-A剖视图；

图8是本发明所提供的方法结束后基片上沉积有第一导电层和第二导电层的示意图。

附图标记说明

1：反应腔体 2：侧壁

3：去离子水 4：靶材

5：磁控管 6：电机

7：工艺组件 8：压环

9：卡盘 10：基片

11：接地导线 12：射频电源

13：压爪 14：导电层

14a：第一导电层 14b：第二导电层

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图5至图8中所示，本发明提供一种在基片表面沉积导电层的薄膜沉积方法，其中，所述薄膜沉积方法包括：

S1、在基片10的上表面形成第一导电层14a；和

S2、利用压环8将基片10固定在工艺腔的基座上，其中，压环8包括多个压爪13，第一导电层14a位于基片10和压爪13之间，在基片10上沉积形成第二导电层14b。

需要指出的是，在本发明中，步骤S2为主沉积步骤，主要通过步骤S2在基片上形成具有所需厚度的导电层。如图7和图8中所示，由于在步骤S2中，压环8的压爪13与基片10之间具有在步骤S1中形成的第一导电层14a，因此，压爪13与第一导电层14a之间的接触为面接触，与现有技术中的线接触相比，显然本发明所提供的方法中，压爪13与第一导电层14a之间的电阻更小，从而可以在基片10与压环8之间形成更好的等电位，避免打火现象。

优选地，第一导电层14a与第二导电层14b由相同的材料形成，因此，第一导电层14a和第二导电层14b最终形成为一体。进一步地，在本发明中，第一导电层14a和第二导电层14b均由Ta、Cu、Al、NiV、TiW中的任意一种制成。

在本发明中，对形成第一导电层14a的具体方法并不做限定，只要第一导电层14a和第二导电层14b形成为一体之后符合工艺要求即可。作为本发明的一种优选实施方式，可以利用与沉积形成第二导电层14b相同的方法形成第一导电层14a。

具体地，所述步骤S1可以包括：

S11、利用压环8将基片10固定在工艺腔内的基座上，所述压环包括多个压爪13，该多个压爪13与基片10的边缘相接触；

S12、沉积第一导电层14a。

在步骤S2中，利用溅射的方法形成第二导电层14b，因此，在所述步骤S1中，也可以使用溅射的方法在基片10上沉积形成第一导电层14a。

步骤S1结束后，第一导电层14a覆盖了基片10上除了压爪13下方的部分之外的其他部分。即，在步骤S1结束后、步骤S2开始之前，基片10上位于所述压环的压爪下方的部分并没有沉积有导电膜，因此，步骤S2可以包括：

S21、将基片10旋转预定角度，以使基片10上在步骤S1中与压爪13相接触的部分暴露出来；

S22、利用压环8将基片10固定在工艺腔内的基座上，第一导电层14a位于基片10和压爪13之间；

S23、沉积第二导电层14b。

可以对基片进行旋转，然后再次利用压环将基片固定在卡盘上，这样，在进行步骤S2时，压爪与基片之间便具有了所述第一导电层。如图6所示，进行了旋转之后，未沉积有导电膜的区域I与压爪13错开，从而不会影响压爪13与第一导电层14a之间的导电接触。在本发明中，对所述预定角度的大小并没有特殊限制，只要所述预定角度小于相邻两个压爪13之间的夹角，并能够使得旋转后压爪13下方为第一导电层14a即可。

优选地，所述预定角度等于相邻两个所述压爪之间的角度的一半。通常，相邻两个压爪13之间的圆心角为45°，因此，所述预定角度可以为22.5°。

在旋转沉积有所述第一导电层的基片时，所述压环并没有随之旋转。因此，需要将压环松开。

作为本发明的一种具体实施方式，可以在工艺腔外进行所述步骤S21。具体地，所述步骤S21可以包括：

S211、将所述基片从所述工艺腔内传输至所述晶片位置校准装置；

S212、将所述基片旋转预定角度，以使所述基片在步骤S 1中与所述压爪相接处的部分暴露出来；

S213、将所述基片从所述晶片位置校准装置传输至所述工艺腔内。

在步骤S211中，可以利用机械手将沉积有第一导电层的基片从工艺腔中取出，然后通过基片位置校准装置(aligner)将所述基片旋转过所述预定角度。

作为本发明的另一种优选实施方式，可以在工艺腔内进行所述步骤S21。具体地，所述步骤S21可以包括：

S211、所述基座下降至传输位置；

S212、所述基座带动所述基片旋转预定角度，以使所述基片在步骤S1中与所述压爪相接处的部分暴露出来；

S213、所述基座上升至工艺位置。

在步骤S1中，通过溅射的方式形成第一导电层14a，同样地，在步骤S2中，通过溅射的方式形成第二导电层14b。如上文中所述，第一导电层14a和第二导电层14b均由Ta、Cu、Al、NiV、TiW中的任意一种制成，因此，在进行步骤S1和步骤S2的靶材均可以选自Ta、Cu、Al、NiV、TiW中的任意一种。

如上文中所述，在步骤S1中，通过溅射的方法在基片上形成所述第一导电层，步骤S1持续的时间应该小于步骤S2持续的时间，从而可以避免在步骤S1中发生打火现象。通常，在步骤S1中，使得所述第一导电层具有50～100nm的厚度即可有效增加步骤S2中压爪和基片之间的导电性。在步骤S1中，对台阶覆盖率并没有要求，只要在基片的表面形成一层导电膜即可。因此，为了节约能源、便于控制，在所述步骤S1中，施加在所述卡盘上的偏压可以为0。

作为本发明的一种具体实施方式，所述步骤S12可以包括：

S121、通入工艺气体和背吹气体，以使工艺腔内的气压达到预定压力；

S122、持续通入所述工艺气体和所述背吹气体，并利用直流功率进行起辉，以使所述工艺气体形成等离子体；

S123、提高直流功率，并持续通入所述工艺气体，以在所述基片表面形成导电膜；

S124、保持步骤S123中的直流功率，持续通入所述工艺气体，并通入背吹气体；

S125、停止直流功率，并持续通入所述工艺气体和所述背吹气体。

优选地，在所述步骤S121中，所述工艺气体的流量为8～12sccm，所述背吹气体的流量为6～10sccm，持续时间为8～12s；

在所述步骤S122中，所述工艺气体的流量为3～7sccm，所述背吹气体的流量为3～7sccm，直流功率为800～1200W，持续时间为3～5s；

在所述步骤S123中，直流功率为15000～20000W，持续时间为2s，所述工艺气体的流量为3～7sccm；

在所述步骤S124中，所述工艺气体的流量为15～20sccm，所述背吹气体流量为6～10sccm，持续时间为15～25s；

在所述步骤S125中，所述工艺气体流量为15～20sccm，所述背吹气体流量为6～10sccm，持续时间为25～35s。

此处，工艺气体和背吹气体均可以为Ar。本领域技术人员容易理解的是，工艺气体的作用是对进行物理气相沉积的靶材进行轰击，背吹气体的作用是对基片进行冷却。在步骤S121中通入工艺气体的主要作用是使得工艺腔中维持预定的气压，通常，工艺腔中的气压可以维持在5～10mTorr之间。步骤S123中开始在基片上沉积形成到导电膜，在步骤S14中，在基片上进一步沉积导电膜。步骤S125的目的主要是对基片进行冷却。

步骤S125结束后，基本上即可在基片上形成厚度在50～100nm之间的所述第一导电层。在步骤S125结束后5s即可将所述基片从所述工艺腔中取出。

步骤S2也是溅射沉积工艺，优选地，所述步骤S23包括：

S231、利用所述压环将所述基片固定在所述卡盘上，并通入工艺气体和背吹气体，以使工艺腔内的气压达到预定压力；

S232、持续通入所述工艺气体和所述背吹气体，并利用直流功率进行起辉，以使所述工艺气体形成等离子体；

S233、提高直流功率，并持续通入所述工艺气体，以在所述基片表面形成导电膜；

S234、保持步骤S233中的直流功率，持续通入所述工艺气体，并通入背吹气体；

S235、停止直流功率，并持续通入所述工艺气体和所述背吹气体；

S236、重复步骤S233至步骤S255，直至所述基片上形成具有预定厚度的所述第二导电层为止。

如上文中所述，步骤S123至步骤S125结束后，可以在基片上形成厚度在50nm至100nm之间的第一导电层，因此，在步骤S233至步骤S235结束后，可以在所述基片上形成50nm至100nm之间的导电膜。在本发明中，第二导电层的厚度大于第一导电层的厚度。因此，需要重复步骤S233至步骤S235的重复多次数，以形成具有预定厚度的第二导电层。可以根据所述基片最终的应用场合确定第二导电层的最终厚度。

优选地，在所述步骤S231中，所述工艺气体的流量为8～12sccm，所述背吹气体的流量为6～10sccm，持续时间为8～12s；

在所述步骤S232中，所述工艺气体的流量为3～7sccm，所述背吹气体的流量为3～7sccm，直流功率为800～1200W，持续时间为3～5s；

在所述步骤S233中，直流功率为15000～20000W，持续时间为2s，所述工艺气体的流量为3～7sccm；

在所述步骤S234中，所述工艺气体的流量为15～20sccm，所述背吹气体流量为6～10sccm，持续时间为15～25s，施加在所述卡盘上的射频偏压为120V；

在所述步骤S235中，所述工艺气体流量为15～20sccm，所述背吹气体流量为6～10sccm，持续时间为25～35s。

在所述步骤S236中，所述基片表面的射频偏压为120V，从而可以提高步骤S2中的台阶覆盖率。

下面介绍本发明所提供的方法的一种具体实施方式。

表1中所示的是步骤S12的工艺参数，表2所示的是步骤S23的工艺参数，在步骤S1和步骤S2之间，将基片转过22.5°。表1中步骤S16表示，在步骤S15结束5s后将基片从工艺腔中取出。表2中，步骤S26的[S23-S25；3]表示步骤S23至步骤S25重复3次；步骤S27表示，在步骤S26结束5s后将基片从工艺腔中取出。并且，在步骤S1和步骤S2中，靶材均为：Ti。

表1

步骤	S121	S122	S123	S124	S125	S126
							持续时间(s)	10	3	2	20	30	5
直流功率(W)	0	1000	19000	19000	0	0
							Source DC Ramp	0	0	0	0	0	0
射频偏压	0	0	0	0	0	0
							Bias RF Ramp	0	0	0	0	0	0
偏压匹配	Auto	Auto	Auto	Auto	Auto	Auto
							工艺气体Ar(sccm)	10	5	5	0	20	0
背吹气体Ar(sccm)	8	5	5	5	8	0
							工艺位置	Pos1	Pos1	Pos1	Pos1	Pos1	Pos1

表2

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种薄膜沉积方法，其特征在于，所述薄膜沉积方法包括：

S1、在基片的上表面形成第一导电层；其中，步骤S1包括：

S11、利用压环将所述基片固定在工艺腔内的基座上，所述压环包括多个压爪，所述压爪与所述基片的边缘相接触；

S12、沉积第一导电层；

S2、利用压环将所述基片固定在工艺腔的基座上，所述压环包括多个压爪，所述第一导电层位于所述基片和所述压爪之间，在所述基片上沉积形成第二导电层；其中，步骤S2包括：

S21、将所述基片旋转预定角度，以使所述基片在步骤S1中与所述压爪相接触的部分暴露出来；

S22、利用压环将所述基片固定在工艺腔内的基座上，所述第一导电层位于所述基片和所述压爪之间；

S23、沉积第二导电层。

2.根据权利要求1所述的薄膜沉积方法，其特征在于，所述第一导电层与所述第二导电层材质相同。

3.根据权利要求2所述的薄膜沉积方法，其特征在于，所述第一导电层和所述第二导电层均由Ta、Cu、Al、NiV、TiW中的任意一种制成。

4.根据权利要求1所述的薄膜沉积方法，其特征在于，所述预定角度小于相邻两个所述压爪之间的角度。

5.根据权利要求1所述的薄膜沉积方法，其特征在于，所述预定角度等于相邻两个所述压爪之间的角度的一半。

6.根据权利要求1所述的薄膜沉积方法，其特征在于，所述步骤S21在工艺腔外进行。

7.根据权利要求6所述的薄膜沉积方法，其特征在于，所述步骤S21包括：

S211、将所述基片从所述工艺腔内传输至晶片位置校准装置；

S212、将所述基片旋转预定角度，以使所述基片在步骤S1中与所述压爪相接处的部分暴露出来；

S213、将所述基片从所述晶片位置校准装置传输至所述工艺腔内。

8.根据权利要求1所述的薄膜沉积方法，其特征在于，所述步骤S21在工艺腔内进行。

9.根据权利要求8所述的薄膜沉积方法，其特征在于，所述步骤S21包括：

S211、所述基座下降至传输位置；

S212、所述基座带动所述基片旋转预定角度，以使所述基片在步骤S1中与所述压爪相接处的部分暴露出来；

S213、所述基座上升至工艺位置。

10.根据权利要求1所述的薄膜沉积方法，其特征在于，所述第一导电层的厚度为50～100nm。