CN102443770A

CN102443770A - 预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法

Info

Publication number: CN102443770A
Application number: CN2011102726635A
Authority: CN
Inventors: 杨奕; 韩晓刚; 陈建维
Original assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Current assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Priority date: 2011-09-15
Filing date: 2011-09-15
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2031-09-15
Also published as: CN102443770B

Abstract

本发明公开了一种预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法，基于溅射镀膜装置完成，包括下列步骤：靶一端加负电压，基底接地；实时跟踪物理气相沉积金属溅射工艺过程中电压V与电流I的数据，计算R=V/I，设定R数值代表靶材的虚拟厚度数值，设定上下限值，若R超过限值，启动报警机制；确定靶材厚度与机台的靶寿命之间的关联性，在整个靶材使用寿命周期内，让靶材厚度与机台的靶寿命之间，在数值上拟合成特定的计算关系，通过计算关系引出关联因子，并在系统中设定此关联因子的上下限值，若该关联因子数值超过限值，启动报警机制。本发明对靶材的厚度进行实时监控，能有效防止靶材品质不良、靶材更换失误、靶材过度使用等异常状况发生，可以避免许多不必要的损失。

Description

预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法。

背景技术

物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，PVD）技术在半导体制造领域被广泛应用，方法包括真空蒸镀、溅射镀膜、分子束外延等，其中溅射镀膜被最广泛应用于金属薄膜制程。溅射镀膜基本原理是在充氩气(Ar)的真空条件下，使氩气进行辉光放电，这时氩原子(Ar)电离成氩离子(Ar+)，在电场力的作用下，加速轰击以镀料制作的阴极靶材，靶材粒子被溅射出来而沉积到晶圆表面。

实际生产中，靶材不断被消耗，厚度不断减薄，如果过度使用或不当操作，将发生靶材击穿的事故，导致产品失效，晶圆报废。利用超声波或射线探测使用中的靶材剩余厚度的方法不实用，也无法进行实时监控，常规做法是设置系统参数，即靶寿命（target life）的上限，只要靶寿命在设定范围以内，就认为靶材是安全的。靶寿命上限为经验值（比如诺发INOVA系统的铝靶的上限为4000KWH），具体是通过做靶材剖面切片验证得出的。但是，由于各种操作失误，半导体厂时有发生靶材击穿的事故，比如碰到本身就异常的靶材，或者靶寿命在日常维护中被人为错改了的情况。常见操作失误还有：1、更换新的靶材，忘了把靶寿命清零；2、靶材没换，将靶寿命清零；3、其它任何有意无意错改到靶寿命。因此完全依靠靶寿命来管控靶材使用量存在较大风险。

当过程错误侦测和分类系统（FDC，Fault Detection and Classification）工具被运用到制造过程中时，实时监控得以实现。FDC首先捕捉到机台端任何想要的子系统厂商识别码（SVID，Subsystem Vendor ID）所对应的参数，然后不间断获取这些参数的实时数据并存放到数据库中，所有参数都是作为FDC的侦测器（sensor），而对FDC编程也可产生一些所谓虚拟侦测器（virtual sensor），它们由基本侦测器或其它虚拟侦测器通过运算和逻辑关系做成。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法，通过实时监控靶材使用量，预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法，基于溅射镀膜装置完成，溅射镀膜装置包括真空腔体，设置在真空腔体内的阴极靶材、镀膜产品和供气系统，供气系统包括进气口和将外部气源与进气口连通的供气通道，其中，包括下列步骤：

靶一端加负电压，基底接地，靶材、等离子体以及置于基底上的晶圆形成通路；

实时跟踪物理气相沉积金属溅射工艺过程中电压与电流的数据，计算出R=V/I，其中V为加在靶上的电压，I为回路的电流，设定R数值代表靶材的虚拟厚度数值，并在系统中设定其大小的上下限值，若R超过限值，启动报警机制；

确定靶材厚度与机台的靶寿命之间的关联性，在整个靶材使用寿命周期内，让靶材厚度与机台的靶寿命之间，在数值上拟合成特定的计算关系，通过计算关系引出关联因子，并在系统中设定此关联因子的上下限值，若该关联因子数值超过限值，启动报警机制。

上述预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法，其中，所述靶为铝靶。

上述预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法，其中，所述靶寿命的上限值为4000KWH。

上述预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法，其中，所述供气系统提供的是氩气。

上述预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法，其中，所述R的数值范围为7.8~10.2，所述代表靶材厚度与机台的靶寿命之间的线性关系的斜率值的数值范围-为-0.04~0.1。

与已有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明对靶材的厚度进行实时监控，能有效防止靶材品质不良、靶材更换失误、靶材过度使用等异常状况发生，对高成本的半导体制造企业来说，可以避免许多不必要的损失。

附图说明

图1是本发明预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法所使用的溅射镀膜装置的结构示意图；

图2是本发明预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法的流程示意图；

图3A、图3B和图3C分别是本发明预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法中加在靶上的电压与靶寿命之间、回路的电流与靶寿命之间、以及它们的比值与靶寿命之间的关系图；

图4A是本发明预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法的最优实施例中的靶材虚拟厚度与靶寿命之间的关系图；

图4B是本发明预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法的最优实施例中的靶材虚拟厚度与靶寿命之间的关联性与靶寿命之间的关系图。

具体实施方式

下面结合原理图和具体操作实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法基于溅射镀膜装置完成，溅射镀膜装置包括真空腔体1，设置在真空腔体1内的阳极2和阴极靶材3、镀膜产品和供气系统，供气系统包括进气口7和将外部气源与进气口7连通的供气通道，靶3、等离子体4以及置于基底5上的晶圆（未在图中标出）与电源6一起形成通路，靶3一端加负电压，基底5接地，另外，靶3上设有接地屏蔽31，图上的8出口接外部抽气机。在电场力的作用下，加速轰击以镀料制作的阴极靶3，靶材粒子9被溅射出来，从而沉积到晶圆表面。

如图2所示，在本最优实施例中，以诺发INOVA系统的物理气相沉积铝工艺为例，靶3为铝靶，供气系统提供的是氩气（Ar），氩气（Ar）通过进气口7进入真空腔体1内，靶寿命上限设定值为4000KWH。

先从FDC数据库里获得靶材从使用初期到末期，在正常情况下的工艺参数I、V、R三者之间的关系为R=V/I，其中V为加在靶上的电压，I为回路的电流，R为电阻，实际生产中，在靶材使用寿命周期内，电流I总是不断升高，电压V总是按反比关系不断降低，于是R数值不断变小，R数值的变化与靶材厚度的变化趋势一致，做成趋势线分别如图3A、图3B和图3C所示。此处直接将电阻R数值代表成靶材厚度数值，单位厘米，利用FDC软件建立一个virtual sensor，叫做TGTHK，编程如下：

if step name = DEP

set value = Dcvoltage

divide sensor DCcurrent

TGTHK是由现成的直接通过机台SVID抓获的两个侦测器：DCvoltage和DCcurrent相除所得。

找出TGTHK和靶寿命（TargetLifeTime）之间的近似关联，通常只需要得出线性方程式（无需使用多次项甚至对数等复杂的运算来建模），如图4A所示：

TGTHK=?0.0006xTargetLifeTime+10.117，建立虚拟侦测器（virtual sensor），名称为RELATION：RELATION= TGTHK+0.0006xTargetLifeTime?10.117，编程如下：

If step name = DEP

set value = TargetLifeTime

multiply value 0.0006

add sensor TGTHK

substract value 10,117

最后，给两个virtual sensor设置上下限值：TGTHK为7.8~10.2；RELATION为?0.04~0.1， RELATION经过了两个侦测器：TGTHK和TargetLifeTime的运算，成为一个围绕某常数值上下做小范围波动的数据，RELATION与靶寿命间关系如图4B所示。对TGTHK和TargetLifeTime进行实时监控，若超过上下限值范围，启动报警机制，报警机制可以具体设置为：机台停止同时中止产品生产过程，至此，建立完成了一套预防靶材击穿的内部联结机制（interlock），达到实时监控的效果。

综上所述，本发明对靶材的厚度进行实时监控，能有效防止靶材品质不良、靶材更换失误、靶材过度使用等异常状况发生，对高成本的半导体制造企业来说，可以避免许多不必要的损失。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但本发明并不限制于以上描述的具体实施例，其只是作为范例。对于本领域技术人员而言，任何对该预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作出的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims

1.一种预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法，基于溅射镀膜装置完成，溅射镀膜装置包括真空腔体，设置在真空腔体内的阴极靶材、镀膜产品和供气系统，供气系统包括进气口和将外部气源与进气口连通的供气通道，其特征在于，包括下列步骤：

2.根据权利要求1所述的预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法，其特征在于，所述靶为铝靶。

3.根据权利要求2所述的预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法，其特征在于，所述靶寿命的上限值为4000KWH。

4.根据权利要求1所述的预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法，其特征在于，所述供气系统提供的是氩气。

5.根据权利要求1所述的预防物理气相沉积溅射工艺过程中金属靶材被击穿的方法，其特征在于，所述R的数值范围为7.8~10.2，所述代表靶材厚度与机台的靶寿命之间的线性关系的斜率值的数值范围-为-0.04~0.1。