CN104746006B - 可调节TiW薄膜应力的TiW薄膜的磁控溅射制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可调节TiW薄膜应力的TiW薄膜的磁控溅射制备工艺，包括如下步骤：将待加工的基片置于基座上；通入第一流量的氩气；沉积步骤；对直流电源施加第一功率并保持第一预设时间；冷却步骤；停止对直流电源施加第一功率并保持第二预设时间；重复沉积步骤和冷却步骤直至达到所需的薄膜厚度。本发明提供的可调节TiW薄膜应力的TiW薄膜的磁控溅射制备工艺，通过在制备过程中设置了冷却步骤来调节TiW薄膜的应力，通过调整沉积的第一预设时间和冷却的第二预设时间调节薄膜的应力，这样制得的TiW薄膜的应力可控，并且TiW薄膜的沉积速率和致密度保持基本不变，能够满足半导体集成电路器件的应力需求，提高半导体集成电路的稳定性和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种可调节TiW薄膜应力的TiW薄膜的磁控溅射制备工艺。
背景技术
TiW(titanium tungsten，钨钛)是一种半导体制造行业中重要的合金材料，主要应用于半导体IC(integrated circuit，集成电路)器件，例如TiW和Pt(platinum，铂)的金属化堆积层适用于集成MEMS(microelectromechanical system，微机电系统)器件，TiW硅化物特别适用于电热转换器中的加热元件。光学用MEMS和生物用MEMS要求金属不活泼，抗腐蚀，并且要求薄膜应力尽量小，与Cu和Al电极相比，TiW金属很好地满足了这一需求。
TiW薄膜的应力性能对于半导体器件的稳定性和使用寿命有着重要的影响。如果TiW薄膜应力不合适，那么就容易在半导体器件中产生微裂纹，导致器件性能不稳定甚至损坏，例如电压过载。
通过PVD(physical vapor deposition，物理气相沉积法)的方法可以制备TiW薄膜，应用磁控溅射原理。相比热蒸发方法而言，PVD溅射方法能提高薄膜的粘附性，并且台阶覆盖界面形状的可选择性比较强。PVD沉积TiW薄膜的主要工艺参数包括DC(directcurrent，直流)功率、氩气流量和沉积气压等。一般通过调整沉积气压可以实现TiW薄膜的应力从张应力到压应力的调整，但是调整沉积气压会导致TiW薄膜的致密度等性质发生较大变化。
发明内容
基于上述问题，本发明提供了一种可调节TiW薄膜应力的TiW薄膜的磁控溅射制备工艺，利用该工艺可以将TiW薄膜的应力调整到从张应力到压应力的较宽范围内，且TiW薄膜的沉积速率和致密度保持基本不变。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种可调节TiW薄膜应力的TiW薄膜的磁控溅射制备工艺，包括如下步骤：
S100：将待加工的基片置于基座上；
S200：通入第一流量的氩气；
S300：沉积步骤；对直流电源施加第一功率并保持第一预设时间；
S400：冷却步骤；停止对直流电源施加功率并保持第二预设时间；
S500：重复步骤S300和S400直至达到所需的薄膜厚度。
较优的，所述第一预设时间为5s至30s，所述第二预设时间为60s至360s。
较优的，在步骤S300之前还包括步骤S310：
S310：所述直流电源点火起辉。
较优的，所述氩气的第一流量在整个制备工艺中保持不变。
较优的，所述氩气的第一流量为40至200sccm。
较优的，沉积气压在整个制备工艺中保持不变，所述沉积气压为2.0-7.3mT。
较优的，所述直流电源的功率在整个制备过程中保持不变，所述直流电源的第一功率为100W至2000W。
较优的，所制得的薄膜厚度为4000埃。
本发明提供的可调节TiW薄膜应力的TiW薄膜的磁控溅射制备工艺，通过在制备过程中设置了冷却步骤来调节TiW薄膜的应力，通过调整沉积的第一预设时间和冷却的第二预设时间调节薄膜的应力，这样制得的TiW薄膜的应力可控，并且TiW薄膜的沉积速率和致密度保持基本不变，能够满足半导体集成电路器件的应力需求，提高半导体集成电路的稳定性和使用寿命。
附图说明
图1为常用的TiW薄膜制备使用的PVD工艺腔室的基本结构示意图；
图2为本发明的不同实施例的应力对比曲线示意图；
图3为本发明的可调节TiW薄膜应力的TiW薄膜的磁控溅射制备工艺的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
参见图1和图3，本发明提供了一种可调节TiW薄膜应力的TiW薄膜的磁控溅射制备工艺，包括如下步骤：
S100：将待加工的基片3置于基座4上；
S200：通入第一流量的氩气；
S300：沉积步骤；对直流电源5施加第一功率并保持第一预设时间；
S400：冷却步骤；停止对直流电源5施加功率并保持第二预设时间；
S500：重复步骤S300和S400直至达到所需的薄膜厚度。
参见图1，图1是TiW薄膜PVD制备中常用的工艺腔室的基本结构示意图。其基本过程是：在高真空度(气压为1E-8Torr量级)的条件下，将基片3置于基座4的正上方，通入一定量的气体氩气(通过氩气流量控制器6控制氩气的流量)，并使磁控管1以一定的转速旋转；此时对直流电源5施加一定的功率，产生氩等离子体，氩正离子轰击TiW靶材2，将TiW原子轰击出来并沉积在基片上形成TiW薄膜。本实施例中在沉积TiW薄膜的沉积步骤后增加了冷却步骤，所谓的冷却步骤是停止对直流电源施加功率并保持一定时间，本实施例中第一预设时间为沉积时间，第二预设时间为冷却时间。TiW薄膜的沉积和冷却交替循环进行，直至达到TiW薄膜所需的厚度，停止工艺。
本发明的制备工艺中关键工艺参数是沉积时间和冷却时间，即第一预设时间和第二预设时间。一般的，第一预设时间为为5s至30s，所述第二预设时间为60s至360s。通过设定不同的沉积时间和冷却时间能够调节TiW薄膜的应力，使其满足不同的应力需要。
应当注意的是，在对直流电源施加功率之前还包括直流电源点火起辉的步骤。一般的，直流电源点火起辉的时间为2s。
较佳的，作为一种可实施方式，在整个制备工艺中，以下工艺参数如氩气的流量、沉积气压和直流电源的功率在整个制备工艺中均保持不变。这样能够保证所制得的TiW薄膜的沉积速率和致密度保持基本不变，从而在满足半导体集成电路器件的应力需求的同时提高半导体器件的稳定性和使用寿命。一般的，所述氩气的第一流量为40至200sccm，所述沉积气压为2.0-7.3mT；所述直流电源的第一功率为100W至2000W。
较佳的，本发明的可调节TiW薄膜应力的TiW薄膜的磁控溅射制备工艺所制得的TiW薄膜的厚度可以是4000埃。
以下以一个具体实施例来说明本发明。
本实施例中采用直流电源功率为1000W，氩气流量为120sccm(其中背吹氩气流量为20sccm)，沉积气压为4.9mT，具体工艺参数见表1。
表1
其中DC为direct current，直流电源。其中在点火起辉步骤中，直流电源功率为300W，点火起辉时间为2秒，一般通氩气需5秒以保证气体充满整个工艺腔室。采用以上相同的工艺参数，同时采用不同的沉积时间和冷却时间来制备相同厚度的TiW薄膜，其应力数值见表2和图2。
表2 TiW薄膜工艺条件和结果
通过表2和图2可以发现，沉积时间越长，TiW薄膜的应力越负，冷却时间越长，TiW薄膜的应力越负。因此，调节沉积时间和冷却时间，能够得到从张应力到压应力的较宽范围内的TiW薄膜。其主要是因为沉积时间越长，TiW靶材原子对基片产生的作用力越大，形成的TiW薄膜的应力越负；冷却时间越长，先后沉积的两层TiW薄膜之间的连续性越弱，最后形成的TiW薄膜的应力越负。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种可调节TiW薄膜应力的TiW薄膜的磁控溅射制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S100：将待加工的基片置于基座上；
S200：通入第一流量的氩气；
S300：沉积步骤；对直流电源施加第一功率并保持第一预设时间，所述第一预设时间为5s至30s；
S400：冷却步骤；停止对直流电源施加功率并保持第二预设时间，所述第二预设时间为60s至360s；
S500：重复步骤S300和S400直至达到所需的薄膜厚度。
2.根据权利要求1所述的可调节TiW薄膜应力的TiW薄膜的磁控溅射制备工艺，其特征在于，在步骤S300之前还包括步骤S310：
S310：所述直流电源点火起辉。
3.根据权利要求1所述的可调节TiW薄膜应力的TiW薄膜的磁控溅射制备工艺，其特征在于，所述氩气的第一流量在整个制备工艺中保持不变。
4.根据权利要求3所述的可调节TiW薄膜应力的TiW薄膜的磁控溅射制备工艺，其特征在于，所述氩气的第一流量为40至200sccm。
5.根据权利要求1所述的可调节TiW薄膜应力的TiW薄膜的磁控溅射制备工艺，其特征在于，沉积气压在整个制备工艺中保持不变，所述沉积气压为2.0至7.3mT。
6.根据权利要求1所述的可调节TiW薄膜应力的TiW薄膜的磁控溅射制备工艺，其特征在于，所述直流电源的第一功率在整个制备过程中保持不变，所述直流电源的第一功率为100W至2000W。
7.根据权利要求1所述的可调节TiW薄膜应力的TiW薄膜的磁控溅射制备工艺，其特征在于，所制得的薄膜厚度为4000埃。
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