CN101956156A - 物理气相沉积线圈的处理方法及物理气相沉积线圈结构 - Google Patents

物理气相沉积线圈的处理方法及物理气相沉积线圈结构 Download PDF

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Abstract

一种物理气相沉积线圈的处理方法及物理气相沉积线圈结构，其中物理气相沉积线圈的处理方法包括：提供物理气相沉积线圈；对所述物理气相沉积线圈进行清洗；在所述物理气相沉积线圈内表面形成与所述物理气相沉积线圈材料一致的薄膜。本发明提高物理气相沉积系统的均一性和稳定性。

Description

物理气相沉积线圈的处理方法及物理气相沉积线圈结构
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种物理气相沉积线圈的处理方法及物理气相沉积线圈结构。
背景技术
物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)是一种真空薄膜沉积技术，物理气相沉积采用低电压、大电流的电弧放电技术，在真空条件下，利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在晶圆上形成薄膜，物理气相沉积制备的薄膜具有高硬度、低摩擦系数、很好的耐磨性和化学稳定性等优点，广泛应用于半导体制备领域，在申请号为200410064483.8的中国专利文件中可以发现更多的关于物理气相沉积的相关信息。
为了形成更好均一性的薄膜，包括有线圈的物理气相沉积系统被用于沉积薄膜，所述线圈被应用于改善物理气相沉积系统的等离子体的形状，以形成均一性比较好的薄膜。
所述包括有线圈的物理气相沉积系统在一段较长时间运行之后，会对所述线圈进行更换，更换新线圈的物理气相沉积系统一开始沉积的薄膜均一性会比较差。
发明内容
本发明解决的问题是提高物理气相沉积系统的均一性和稳定性。
为解决上述问题，本发明提供了一种物理气相沉积线圈的处理方法，包括：提供物理气相沉积线圈；对所述物理气相沉积线圈进行清洗；在所述物理气相沉积线圈内表面形成一层与所述物理气相沉积的靶材对应的薄膜。
本发明还提供了一种物理气相沉积线圈结构，包括：物理气相沉积线圈，形成在物理气相沉积线圈内表面的薄膜。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：在所述物理气相沉积线圈内表面形成一层与所述物理气相沉积的靶材对应的薄膜，所述薄膜在物理气相沉积薄膜的时候，易被等离子体轰击出与薄膜对应的粒子，与从靶材上轰击出的靶材粒子一起沉积在衬底上，形成均一性更好的薄膜，提高物理气相沉积系统的均一性和稳定性。
附图说明
图1是本发明物理气相沉积线圈的处理方法的流程示意图；
图2是物理气相沉积线圈示意图；
图3是采用本发明物理气相沉积线圈的处理方法形成的物理气相沉积线圈结构示意图。
具体实施方式
本发明的发明人发现，采用物理气相系统沉积在衬底上的薄膜，在衬底的中间的厚度与衬底边缘位置的厚度会有一定差异，物理气相沉积线圈被应用于改善物理气相系统沉积薄膜的均一性问题。
所述包括有线圈的物理气相沉积系统经过一段时间的使用后，会对所述线圈进行更换，本发明的发明人发现：更换新线圈的物理气相沉积系统一开始沉积的薄膜均一性会比较差。
发明人进一步研究发现，由于新的线圈是铸造工艺形成的，所以新的线圈安装在物理气相沉积系统后，离子比较难把新线圈的元素粒子轰击出来，因此形成的薄膜均一性会比较差。
为此，本发明提供了一种物理气相沉积线圈的处理方法，参考图1，具体流程包括；
步骤S100，提供物理气相沉积线圈；
步骤S101，对所述物理气相沉积线圈进行清洗；
步骤S102，在所述物理气相沉积线圈内表面形成与所述物理气相沉积线圈材料一致的薄膜。
如步骤S100所述，提供物理气相沉积线圈100，所述线圈100通常为圆筒状，所述线圈100可参考图2，所述线圈100包括内表面101，所述线圈的具体尺寸和形状可以根据不同型号的物理气相沉积系统设定，例如200毫米(mm)物理气相沉积系统、300毫米物理气相沉积系统或者450毫米物理气相沉积系统。
所述线圈100还可以与物理气相沉积系统的安装部结合，具体可以根据不同型号的物理气相沉积系统设定。
所述线圈100的材料与所述物理气相沉积系统的靶材材料是一致的，以减少在物理气相沉积过程中金属污染，所述线圈100材料选自铝、钽、钛、钨、镍或者钴，或者选自铝、钽、钛、钨、镍或者钴的合金，或者选自氮化钽或者氮化钛。所述线圈100的制作工艺可以为公知的铸造工艺。
所述线圈100的作用可以参考背景技术，用于改善物理气相沉积系统的等离子体的形状，以形成均一性比较好的薄膜。
经过大量的创造性劳动，发明人发现：所述线圈100可以改善物理气相沉积系统的等离子体的形状，以达到改善沉积薄膜的均一性。此外，在沉积过程中，所述线圈100表面会形成与物理气相沉积系统靶材对应的薄膜，这是因为在物理气相沉积系统沉积薄膜的过程中，离子轰击靶材形成的等离子体除了在衬底表面形成薄膜，也同时会在所述线圈内表面也形成薄膜。
所述形成与靶材对应的薄膜的线圈100在物理气相沉积时，线圈内表面的薄膜会被等离子轰击，在衬底表面形成薄膜，并能够进一步的改善沉积薄膜的均一性。
根据上述机理，本发明人在物理气相沉积系统经过一段时间的使用后，对所述线圈100进行更换时，会如步骤S101和S102所述，对所述物理气相沉积线圈100进行清洗；在所述物理气相沉积线圈100内表面形成一层与所述物理气相沉积的靶材对应的薄膜200，所述薄膜采用物理气相沉积工艺形成，所述薄膜的厚度为0.5微米至2微米，以提高物理气相沉积形成薄膜的均一性。
对所述物理气相沉积线圈进行清洗用于去除所述物理气相沉积线圈表面的颗粒和杂质。
对所述物理气相沉积线圈进行清洗工艺可以为采用清洗剂清洗。对于不同的材料的物理气相沉积线圈，所述清洗剂也不同，对于物理气相沉积线圈选自钽、钛等化学性质稳定的材料，清洗剂可以为去离子水(Di Water)、HF和HNO3的混合物，去除物理气相沉积线圈表面的颗粒和杂质，并可以去除物理气相沉积线圈表面20纳米至100纳米的厚度，以利于后续沉积步骤的执行。
对于物理气相沉积线圈选自铝等化学性质活泼的材料，所述清洗剂可以为去离子水、丙酮等有机溶剂的混合物，以去除理气相沉积线圈表面的颗粒、杂质和油污，以利于后续沉积步骤的执行。
对物理气相沉积线圈进行清洗步骤完成后，可以采用特制的超净间使用的抹布将物理气相沉积线圈表面擦拭干净，或者将物理气相沉积线圈进行烘干，所述烘干步骤可以在烤箱或者恒温箱中进行。
所述烘干步骤具体参数可以为：烘烤温度为60摄氏度至100摄氏度，时间为2小时至12小时。对于物理气相沉积线圈选自性质活泼的金属，所述烘烤环境可以为真空或者有气体保护的环境，所述气体选自氮气或者氩气。
参考图3，将清洗后的物理气相沉积线圈执行步骤S102，在所述物理气相沉积线圈内表面形成一层与所述物理气相沉积系统的靶材对应的薄膜200。
为了进一步提高物理气相沉积系统沉积薄膜的均一性，所述薄膜200形成的工艺与物理气相沉积所要沉积的薄膜工艺一致。所述薄膜200的厚度为0.5微米至2微米。
以物理气相沉积线圈材料选自钽为例，做示范性说明，在所述钽物理气相沉积线圈内表面形成的薄膜的工艺参数为：腔室压力为10毫托至18毫托，直流功率为10000瓦至40000瓦，氩气流量为每分钟2标准立方厘米(Standard-State Cubic Centimeter Per Minute，SCCM)至每分钟20标准立方厘米。
在另一实施例里，物理气相沉积线圈材料还可以选自铝，在所述铝物理气相沉积线圈内表面形成的薄膜的工艺参数为：腔室压力为10毫托至18毫托，直流功率为10000瓦至40000瓦，氩气流量为2SCCM至20SCCM。
在另一实施例里，物理气相沉积线圈材料还可以选自钛，在所述钛物理气相沉积线圈内表面形成的薄膜的工艺参数为：腔室压力为10毫托至18毫托，直流功率为10000瓦至40000瓦，氩气流量为2SCCM至20SCCM。
在另一实施例里，物理气相沉积线圈材料还可以选自钴，在所述钴物理气相沉积线圈内表面形成的薄膜的工艺参数为：腔室压力为10毫托至18毫托，直流功率为10000瓦至40000瓦，氩气流量为2SCCM至20SCCM。
本发明的发明人发现：将所述内表面101形成有薄膜200的物理气相沉积线圈100安装至物理气相沉积系统，能够提高物理气相沉积系统沉积薄膜的均一性，在形成薄膜的过程中，等离子能够比较容易地从所述薄膜200中轰击出粒子，所述粒子会与从物理气相沉积系统的靶材中轰击出来的粒子一同沉积在衬底表面，以获得更好的均一性。
以上述工艺处理后的物理气相沉积线圈结构，包括，物理气相沉积线圈100，形成在物理气相沉积线圈100内表面的薄膜200，所述薄膜200材料与所述物理气相沉积线圈材料一致。
所述薄膜200厚度为0.5微米至2微米，所述薄膜200的形成工艺与与物理气相沉积所要沉积的薄膜工艺一致，当所述物理气相沉积线圈100材料选自钽的时候，形成薄膜200的工艺为：腔室压力为10毫托至18毫托，直流功率为10000瓦至40000瓦，氩气流量为2SCCM至20SCCM。
当所述物理气相沉积线圈100材料选自铝的时候，形成薄膜200的工艺为：腔室压力为10毫托至18毫托，直流功率为10000瓦至40000瓦，氩气流量为2SCCM至20SCCM。
当所述物理气相沉积线圈100材料选自钛的时候，形成薄膜200的工艺为：腔室压力为10毫托至18毫托，直流功率为10000瓦至40000瓦，氩气流量为2SCCM至20SCCM。
当所述物理气相沉积线圈100材料选自钴的时候，形成薄膜200的工艺为：腔室压力为10毫托至18毫托，直流功率为10000瓦至40000瓦，氩气流量为2SCCM至20SCCM。
此外，本发明的发明人发现，在采用与物理气相沉积所要沉积的薄膜工艺一致的工艺在所述物理气相沉积线圈100内表面形成薄膜200的时候，所述物理气相沉积线圈100外表面也会形成薄膜，但是在物理气相沉积线圈100外表面的薄膜不会改善后续的物理气相沉积形成薄膜的均一性。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (13)

1.一种物理气相沉积线圈的处理方法，其特征在于，包括：
提供物理气相沉积线圈；
对所述物理气相沉积线圈进行清洗；
在所述物理气相沉积线圈内表面形成与所述物理气相沉积线圈材料一致的薄膜。
2.如权利要求1所述的物理气相沉积线圈的处理方法，其特征在于，所述物理气相沉积线圈为圆筒状，所述物理气相沉积线圈材料与物理气相沉积系统的靶材对应。
3.如权利要求2所述的物理气相沉积线圈的处理方法，其特征在于，所述物理气相沉积线圈材料选自铝、钽、钛、钨、镍或者钴，或者选自铝、钽、钛、钨、镍或者钴的合金，或者选自氮化钽或者氮化钛。
4.如权利要求1所述的物理气相沉积线圈的处理方法，其特征在于，对于物理气相沉积线圈的清洗剂为去离子水与丙酮的混合物。
5.如权利要求1所述的物理气相沉积线圈的处理方法，其特征在于，对于物理气相沉积线圈的清洗剂为去离子水、HF和HNO3的混合物。
6.如权利要求1所述的物理气相沉积线圈的处理方法，其特征在于，所述薄膜的厚度为0.5微米至2微米。
7.如权利要求1所述的物理气相沉积线圈的处理方法，其特征在于，所述形成薄膜的工艺与物理气相沉积所要沉积的薄膜工艺一致。
8.如权利要求1所述的物理气相沉积线圈的处理方法，其特征在于，物理气相沉积线圈材料选自钽、铝、钛或者钴，形成薄膜的具体工艺参数为：腔室压力为10毫托至18毫托，直流功率为10000瓦至40000瓦，氩气流量为2SCCM至20SCCM。
9.一种物理气相沉积线圈结构，其特征在于，包括：
物理气相沉积线圈，
形成在物理气相沉积线圈内表面的薄膜，所述薄膜材料与所述物理气相沉积线圈材料一致。
10.如权利要求9所述的物理气相沉积线圈结构，其特征在于，所述物理气相沉积线圈为圆筒状，所述物理气相沉积线圈材料与物理气相沉积系统的靶材对应。
11.如权利要求9所述的物理气相沉积线圈结构，其特征在于，所述物理气相沉积线圈材料选自铝、钽、钛、钨、镍或者钴的一种或者几种的合金，所述物理气相沉积线圈材料还选自氮化钽或者氮化钛。
12.如权利要求9所述的物理气相沉积线圈结构，其特征在于，所述薄膜的厚度为0.5微米至2微米。
13.如权利要求9所述的物理气相沉积线圈结构，其特征在于，所述薄膜的形成工艺与物理气相沉积所要沉积的薄膜工艺一致。
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