CN102443777A - 金属层淀积方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种金属层淀积方法，该方法包括：将半导体晶片放入淀积腔中的淀积初始位置；在半导体晶片上淀积部分厚度的金属层；暂停淀积操作，将半导体晶片移动到与加热器不直接接触的位置冷却，并保持设定的时长；将半导体晶片移动到初始位置并再次淀积部分厚度的金属层；重复执行上述冷却和淀积过程，直至形成要求厚度的金属层。本发明提供的技术方案，在淀积过程中能够降低半导体晶片的温度，在减少柱状突起缺陷的同时，实现在一个淀积腔中完成全部淀积步骤，提高生产效率。

Description

金属层淀积方法

技术领域：

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种金属层淀积方法。

背景技术：

在集成电路制造中，对于很多需要承受高压或大电流的器件，需要横截面积较大的金属连线，因此需要在金属层淀积制程中淀积较厚的金属层。但现有的淀积工艺中，如果直接淀积较厚的金属层往往存在较大的技术问题。以金属层是铝为例，高压或大电流的器件的铝层的厚度要求一般会超过25K埃，要淀积如此厚度的铝层，需要进行长时间的溅射淀积，在淀积过程中，由于氩离子对靶材的轰击而产生的能量会随着离子到达硅片表面，导致淀积腔的温度过高，使硅片的温度升高，造成铝的异常生长，产生过大的铝晶粒。过高温度会造成在铝晶粒的边界产生应力释放，形成铝的柱状突起结构，导致随后的铝层光刻制程中，光刻胶会渗入铝层中，造成铝层的部分氧化，形成氧化膜，在光刻时形成掩膜，这样就会导致在铝刻蚀制程中，出现柱状突起缺陷(Crown defect)，导致后续制程中会出现金属布线短路，严重影响产品的良品率和可靠性。

为此，现有技术中采用如下技术方案解决顶点缺陷的问题：将金属层淀积步骤由一个淀积腔中进行改为由两个淀积腔中分别进行，在每个淀积腔的淀积制程中，淀积厚度为要求厚度一半厚度的金属层，在第一次淀积结束后，将半导体晶片传出淀积腔，并传入另一个淀积腔进行再次淀积要求厚度的一半厚度的金属层。每个淀积腔在金属层淀积步骤结束后，需要进行氩的空转净化(idle purge)以实现对该淀积腔进行降温。

然而现有的技术方案中存在以下缺陷：淀积过程中需要两个淀积腔，因此如果其中的一个淀积腔出现故障，就会导致整个流程无法进行，影响生产效率。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种金属层淀积方法，在减少柱状突起缺陷的同时，实现在一个淀积腔中完成全部淀积步骤，提高生产效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种金属层淀积方法，在将半导体晶片放入淀积腔中的淀积初始位置之后，包括：

在半导体晶片上淀积部分厚度的金属层；

暂停淀积操作，将半导体晶片移动到与加热器不直接接触的位置冷却，并保持设定的时长；

将半导体晶片移动到初始位置并再次淀积部分厚度的金属层；

重复执行上述冷却和淀积过程，直至形成要求厚度的金属层。

优选的，

所述部分厚度为金属层淀积要求厚度的一半。

优选的，所述金属层为铝层。

优选的，

所述设定的时长为不超过45秒。

优选的，

所述将半导体晶片移动到离开加热器的位置，具体为：

通过加热器中设置的起升顶杆将所述半导体晶片从加热器向上升起到预设位置，使半导体晶片与加热器不直接接触。

本发明还提供的金属层淀积方法，在将半导体晶片放入淀积腔中的淀积初始位置之后，包括：

在半导体晶片上淀积要求厚度的一半厚度的金属层；

暂停淀积操作，将半导体晶片移动到与加热器不直接接触的位置，并保持设定的时长；

将半导体晶片移动到初始位置并再次淀积要求厚度的一半厚度的金属层。

本发明实施例所提供的技术方案，将金属层的淀积过程分为多个淀积步骤在一个淀积腔中进行，在每步淀积结束之后，将半导体晶片移动到与加热器不直接接触的位置，从而使高温的加热器暂停向半导体晶片传递热量，实现降低半导体晶片温度的作用，以减少柱状突起缺陷，同时，该方案，与现有技术相比，将由两个淀积腔完成改进为由一个淀积腔完成，能够减少故障的发生，提高生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的半导体晶片与加热器的淀积初始位置图；

图2为本发明实施例提供的金属层淀积方法流程示意图；

图3为本发明实施例提供的半导体晶片与加热器不直接接触的位置示意图；

图4a为本发明实施例提供的淀积有要求厚度一半的金属层的半导体晶片示意图；

图4b为本发明实施例提供的两次淀积步骤之后的金属层和半导体晶片示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

正如背景技术中所述，现有的金属层淀积工艺中，如果要淀积较厚的金属层，并减少柱状突起缺陷，则在淀积过程中需要两个淀积腔，在每个淀积腔的淀积制程中，淀积厚度为要求厚度一半厚度的金属层，在第一次淀积结束后，将半导体晶片传出淀积腔，并传入另一个淀积腔进行再次淀积要求厚度的一半厚度的金属层。因此如果其中的一个淀积腔出现故障，就会导致整个流程无法进行，影响生产效率。

如图1所示，为常用的淀积腔的中部分结构的示意图，其中，半导体晶片102与加热器101处于淀积过程中的初始位置。在金属层淀积过程中，通过加热台上设置的静电卡盘模块(图中未示出)产生静电引力，将半导体晶片102固定在加热器101上；加热器101用于产生加热作用使半导体晶片102保持在一个稳定的温度状态。通过发明人的研究发现：在金属层淀积过程中，加热台会产生热量并对半导体晶片起到加热作用，提高半导体晶片的温度，增加了柱状突起缺陷的生成。

为此，本发明具体实施例提供了一种金属层淀积方法，具体包括：在半导体晶片上淀积部分厚度的金属层；暂停淀积操作，将半导体晶片移动到与加热器不直接接触的位置，并保持设定的时长；将半导体晶片移动到初始位置并再次淀积部分厚度的金属层；重复上述过程，直至形成要求厚度的金属层。

以上是本申请的核心思想，下面结合附图详细说明本发明提供的金属层淀积方法的具体实施例。

实施例一：

如图2所示，为本实施例提供的金属层淀积方法的流程示意图，该方法具体包括以下步骤：

步骤S201，将半导体晶片放入淀积腔中的淀积初始位置；本步骤中，可以通过传送装置将半导体晶片移动到淀积腔中，并放置在加热器上方的预设位置，加热器上设置的静电卡盘通过静电引力固定半导体晶片，此时半导体晶片即位于淀积初始位置。

步骤S202，在半导体晶片上淀积部分厚度的金属层；本步骤中，通过溅射淀积法在半导体晶片淀积金属层。具体的，在高真空腔中产生正氩离子，并向具有负电势的靶材料加速，在加速过程中，离子获得动能，并轰击靶。离子通过物理过程从靶上撞击出溅射原子，靶具有需要淀积的金属层材料。被撞击出的溅射原子迁徙到半导体晶片表面，凝聚并形成金属层。

其中，本实施例中，所述金属层可以为铝层(通常为掺杂有少量铜的铝铜合金)，也可以为其它可能因高温产生缺陷的金属层。

步骤S203，暂停淀积操作，将半导体晶片移动到与加热器不直接接触的位置冷却，并保持设定的时长；

由于在厚金属层淀积过程中，加热器的温度一般较高(约300℃)，因此加热器会对半导体晶片起到加热作用，提高半导体晶片的温度，增加了柱状突起缺陷的生成。因此，本发明实施例中，将淀积分为多步进行，在一次淀积之后，暂停淀积过程，此时将半导体晶片移动到与加热器不直接接触的位置，这样可以达到为半导体晶片降温的目的，减少柱状突起缺陷。

如图3所示，为本实施例提供的将半导体晶片102移动到与加热器101不直接接触的位置的状态示意图。本实施例具体的可以通过加热器中设置的起升顶杆(lift pin)103将所述半导体晶片从加热器表面上升到预设位置，使半导体晶片与加热器不直接接触，并保持在该预设位置一段时间，实现为半导体晶片降温。具体的，可以使半导体晶片保持在预设位置的时间为不小于45秒，当然，在实际生产中，可以根据需要调整半导体晶片与加热器不直接接触状态的保持时间。

步骤S204，将半导体晶片移动到初始位置并再次淀积部分厚度的金属层；在半导体晶片与加热器不直接接触状态保持一段时间后，半导体晶片的温度下降，此时再将半导体晶片移动到淀积的初始位置，并继续淀积操作。

如果步骤S204后即可得到要求厚度的金属层，则结束淀积操作，否则返回并重复执行上述步骤S203和步骤S204，直至形成要求厚度的金属层。本发明实施例提供的方法，可以将淀积制程分为2个淀积步骤或更多个淀积步骤。

以将淀积制程分为2个淀积步骤为例，本实施例提供的金属层淀积方法，在将半导体晶片放入淀积腔中的淀积初始位置之后，包括：

在半导体晶片上淀积要求厚度的一半厚度的金属层；

暂停淀积操作，将半导体晶片移动到与加热器不直接接触的位置，并保持设定的时长；

将半导体晶片移动到初始位置并再次淀积要求厚度的一半厚度的金属层。

如图4a所示，为半导体晶片第一次淀积后形成的结构示意图，其中401为半导体晶片，402a为第一次淀积形成的所要求厚度一半厚度的金属层，如图4b所示，为半导体晶片第二次后淀积形成的结构示意图，其中401为半导体晶片，402a为第一次淀积形成的所要求厚度一半厚度的金属层，402b为第二次淀积形成的所要求厚度一半厚度的金属层，金属层402a和402b最终构成的所需的金属层厚度。

以最终所需金属层的厚度为25K埃为例，可以将淀积制程分为2个淀积步骤，在第一淀积步骤中，淀积厚度为12.5K埃的金属层，之后暂停淀积，并将半导体晶片移动到与加热器不直接接触的位置并保持45秒，待半导体晶片的温度降低后，在将半导体晶片移动到淀积初始位置，并再次淀积12.5K埃的金属层。通过两次淀积，最终得到厚度为25K埃的金属层，并能够降低柱状突起缺陷的发生。

当然，在实际的应用中，可以将淀积制程分为3个或更多的淀积步骤，以最终所需金属层的厚度为30K埃为例，可以将淀积制程分为3个淀积步骤，每个淀积步骤中淀积厚度为10K埃的金属层，并在第一次和第二次淀积步骤之后，将半导体晶片移动到与加热器不直接接触的位置并保持45秒。其它分为更多的淀积步骤可参见上述分为2个或3个淀积步骤所述，在此不再赘述。

本发明实施例提供的金属层淀积方法，将金属层的淀积过程分为多个淀积步骤在一个淀积腔中进行，在每步淀积结束之后，将半导体晶片移动到与加热器不直接接触的位置，从而使高温的加热器暂停向半导体晶片传递热量，实现降低半导体晶片温度的作用，以减少柱状突起缺陷，同时，该方案，与现有技术相比，将由两个淀积腔完成改进为由一个淀积腔完成，能够减少故障的发生，提高生产效率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种金属层淀积方法，其特征在于，在将半导体晶片放入淀积腔中的淀积初始位置之后，包括：

在半导体晶片上淀积部分厚度的金属层；

暂停淀积操作，将半导体晶片移动到与加热器不直接接触的位置冷却，并保持设定的时长；

将半导体晶片移动到初始位置并再次淀积部分厚度的金属层；

重复执行上述冷却和淀积过程，直至形成要求厚度的金属层。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述部分厚度为金属层淀积要求厚度的一半。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述金属层为铝层。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述设定的时长为不超过45秒。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述将半导体晶片移动到离开加热器的位置，具体为：

通过加热器中设置的起升顶杆将所述半导体晶片从加热器向上升到预设位置，使半导体晶片与加热器不直接接触。

6.一种金属层淀积方法，其特征在于，在将半导体晶片放入淀积腔中的淀积初始位置之后，包括：

在半导体晶片上淀积要求厚度的一半厚度的金属层；

暂停淀积操作，将半导体晶片移动到与加热器不直接接触的位置，并保持设定的时长；

将半导体晶片移动到初始位置并再次淀积要求厚度的一半厚度的金属层。

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