CN106854756A - 一种物理气相沉积方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种物理气相沉积方法，包括：将基片传送至物理气相沉积机台的下货仓；设定在所述基片表面需要沉积的薄膜的预定厚度；将所述基片传送至所述物理气相沉积机台的反应腔体；在所述反应腔体内的所述基片表面沉积所述预定厚度的薄膜；判断所述基片表面的薄膜的总厚度是否达到规定厚度，如果没有达到所述规定厚度，则将所述基片从所述反应腔体传送至所述下货仓，再次设定预定厚度，将所述基片从所述下货仓传送至所述反应腔体，并沉积再次设定的预定厚度的薄膜，如果达到所述规定厚度，则将所述基片传送出所述机台。根据本申请，避免在沉积较厚的薄膜时的热累积效应，并且，避免机台传送基片的逻辑被打乱。

Description

一种物理气相沉积方法

技术领域

本申请涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种物理气相沉积方法。

背景技术

晶圆级物理气相沉积(PVD)厚金属工艺广泛应用于IC、MEMS以及先进封装结构中。由于PVD金属沉积工艺是采用Plasma(电浆-等离子电子云)轰击机台腔体负极靶材而使金属原子或者离子掉落沉积于基片(例如硅片)上。为了保证沉积的金属晶相符合电子器件要求，通常情况下会在硅片下由机台提供加热，使金属原子或者离子在已经有的温度的硅片上逐步沉积。

随着金属沉积越来越厚，例如当厚度超过1000nm～4000nm时，由于热量累计过高就会导致硅片上金属过热，甚至出现金属和机台部件粘连，导致粘片碎片；亦或者发生金属晶相改变，导致金属层出现粗糙以及金属挤出的形貌；更严重者，由于厚金属层一般用于IC、MEMS以及先进封装等相对靠后的制程中，如果金属过热，也会对前层制程造成影响。

传统方式中为了避免热累积效应，通常将厚金属层的总厚度分成薄厚度，多次沉积。例如，4000nm厚度通常会分为800nm沉积5次，每一次沉积以后，硅片并不移出反应腔体，在5次沉积完成后，将硅片传送出反映腔体，并在硅片传出反应腔体的间歇，向反应腔体内部通入常温气体以进行冷却，从而达到降温的目的。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

本申请的发明人发现，在传统的通过多次沉积薄金属层以得到厚金属层的工艺中，为了达到对反应腔体(chamber)降温的目的，机台操作人员需要人为延长将硅片传送到反应腔体内的时间，而机台在传送硅片时逻辑比较紧凑，因此，人为延长硅片的传送时间会导致机台传送硅片的正常逻辑被打乱，容易在生产中发生错误，并耽误生产时间；并且，由于在多次沉积以后才将硅片传送出反应腔体，因此，在多次沉积的过程中，反应腔体内的热量并不能及时耗散，热累积效应依然非常明显。

本申请提供一种物理气相沉积方法，该方法包括：

将基片传送至物理气相沉积机台的下货仓；

设定在所述基片表面需要沉积的薄膜的预定厚度；

将所述基片传送至所述物理气相沉积机台的反应腔体；

在所述反应腔体内的所述基片表面沉积所述预定厚度的薄膜；

判断所述基片表面的薄膜的总厚度是否达到规定厚度，

如果没有达到所述规定厚度，则将所述基片从所述反应腔体传送至所述下货仓，再次设定预定厚度，将所述基片从所述下货仓传送至所述反应腔体，并沉积再次设定的预定厚度的薄膜，如果达到所述规定厚度，则将所述基片传送出所述机台。

根据本实施例的另一方面，其中，由所述机台内的传送机构将所述基片从所述下货仓传送至所述反应腔体，并从所述反应腔体传送至所述下货仓。

根据本实施例的另一方面，其中，由远程计算机操作系统对所述机台进行控制，以实现所述物理气相沉积方法。

根据本实施例的另一方面，其中，再次设定的预定厚度与前次设定的预定厚度相同或不同。

根据本实施例的另一方面，其中，在设定预定厚度的步骤中，同时在所述机台中建立与设定的厚度对应的控制菜单，在再次设定预定厚度的步骤中，删除所述机台中原有的控制菜单，并建立新的与再次设定的预定厚度对应的控制菜单。

本申请的有益效果在于：避免在沉积较厚的薄膜时的热累积效应，并且，避免机台传送基片的逻辑被打乱。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本实施例物理气相沉积方法的一个流程示意图。

具体实施方式

参照附图，通过下面的说明书，本申请的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本申请的特定实施方式，其表明了其中可以采用本申请的原则的部分实施方式，应了解的是，本申请不限于所描述的实施方式，相反，本申请包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。

在本申请中，基片的可以是半导体制造领域中常用的晶圆，例如硅晶圆、绝缘体上的硅(Silicon-On-Insulator，SOI)晶圆、锗硅晶圆、锗晶圆或氮化镓(GalliumNitride，GaN)晶圆等；并且，该晶圆可以是没有进行过半导体工艺处理的晶圆，也可以是已经进行过处理的晶圆，例如进行过离子注入、蚀刻和/或扩散等工艺处理过的晶圆，本申请对此并不限制。

实施例1

本申请实施例1提供一种物理气相沉积的方法，用于在物理气相沉积机台中对基片表面沉积薄膜。

图1是本申请实施例中物理气相沉积方法的一个流程示意图，如图1所示，该方法包括：

S101、将基片传送至物理气相沉积机台的下货仓；

S102、设定在所述基片表面需要沉积的薄膜的预定厚度；

S103、将所述基片传送至所述物理气相沉积机台的反应腔体；

S104、在所述反应腔体内的所述基片表面沉积所述预定厚度的薄膜；

S105、判断所述基片表面的薄膜的总厚度是否达到规定厚度，如果没有达到所述规定厚度，则将所述基片从所述反应腔体传送至所述下货仓(S101)，再次设定预定厚度(S102)，将所述基片从所述下货仓传送至所述反应腔体(S103)，并沉积再次设定的预定厚度的薄膜(S104)，如果达到所述规定厚度，则计入步骤S106，将所述基片传送出所述机台。

在本实施例中，通过多次在基片上沉积较薄的具有预定厚度的薄膜，在基片表面获得较厚的薄膜，并且在每一次沉积完成较薄的预定厚度的薄膜后，都将基片传送出反映腔体，因此，反应腔体内的热累积是由较薄的薄膜沉积所产生，该热累积的量较少，所以反应腔体能够被快速降温，从而避免在沉积较厚的薄膜时的热累积效应；并且，在将基片从反应腔体传送到下货仓后，再进行预定厚度的再次设定步骤，由此，一方面，能有足够的时间使反应腔体降温，另一方面，不用人为地延长传送基片的时间，所以机台传送基片的逻辑不会被打乱，机台能够以正常的逻辑来传送基片。所以，在本实施例中，通过对多次沉积的方式的改变，能够降低每次沉积过程在反应腔体内所产生的热累积，并且能够在不对基片传送速度进行人为减速的情况下，使反应腔体有更多的空闲时间进行降温，进一步避免反应腔体内的热累积升高。

在本实施例中，可以由远程计算机操作系统对机台进行控制，以实现所述物理气相沉积方法，能够提高控制的准确性。

在本实施例中，步骤S101、S103中，可以由机台内的传送机构将基片从下货仓传送至反应腔体，并从反应腔体传送至下货仓。关于机台内传送机构的详细说明，可以参考现有技术。

在本实施例中，当在步骤S102中设定预定厚度时，可以同时在机台中建立与设定的厚度对应的控制菜单，根据该控制菜单来控制机台各部分的运转，从而在基片表面沉积预定厚度的薄膜；当再次返回步骤S102中以再次设定预定厚度时，可以删除机台中原有的与前一次薄膜沉积对应的控制菜单，并建立新的与再次设定的预定厚度对应的控制菜单，从而根据该新的控制菜单来控制机台各部分的运转，在基片表面沉积再次设定的预定厚度的薄膜。

在本实施例中，每次在步骤S102中设定的预定厚度可以相同，也可以不同，也就是说，再次设定的预定厚度与前次设定的预定厚度相同或不同。由此，可以对机台已有的沉积厚度的制程进行灵活地组合，通过多次沉积，获得规定厚度的薄膜。

在本实施例的步骤S104中，可以采用与现有技术相同的方式对机台进行控制，以在基片上沉积预定厚度的薄膜；并且，每次沉积时薄膜的材料可以相同，也可以不同，当每次沉积的薄膜材料不同时，通过多次循环，可以形成由不同材料层形成的复合薄膜。薄膜沉积的具体实施方式可以参考现有技术，本实施例不再赘述。

在本实施例中，当步骤S105判断出基片表面的薄膜的总厚度没有达到规定厚度时，可以对机台进行控制，以停止机台破真空传出。

下面，以在硅片表面沉积4000nm厚的铝铜金属薄膜为例，来说明本申请的物理气相沉积的方法。

1)按照正常工序，通过传送机构将硅片传送至PVD机台下货仓内，以进行硅片下货，由计算机远程控制或由操作员触发机台按钮开始生产。

2)在将厚金属薄膜4000nm虚拟分为5次800nm铝铜金属厚度的情况下，在机台中设定沉积的预定厚度(此时为800nm)，并建立对应800nm厚度的控制菜单。

3)采用远程计算机操作系统控制将此批硅片传送入反应腔体，并按照800nm铝铜金属薄膜厚度的控制菜单对机台进行控制，以进行800nm铝铜金属薄膜的沉积。

4)单次800nm铝铜金属膜沉积完成后，判断为金属薄膜的总厚度没有达到规定的4000nm厚度，因此硅片被传送回机台下货仓，并通过远程计算机操作系统控制PVD机台，停止机台破真空传出。

5)远程计算机操作系统的控制下，删除机台中的800nm铝铜金属薄膜工艺的控制菜单，新建800nm铝铜金属薄膜工艺的控制菜单，并让已经沉积过一次薄金属的硅片再次被传送进入机台反应腔，进行下一次800nm铝铜金属层的沉积；

6)如此循环5次，在金属薄膜的厚度达到所需的规定厚度4000nm后，远程计算机操作系统控制PVD机台最终使硅片破真空传出机台，完成生产。

以上结合具体的实施方式对本申请进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本申请保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本申请的精神和原理对本申请做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本申请的范围内。

Claims (5)

1.一种物理气相沉积方法，其特征在于，该方法包括：

将基片传送至物理气相沉积机台的下货仓；

设定在所述基片表面需要沉积的薄膜的预定厚度；

将所述基片传送至所述物理气相沉积机台的反应腔体；

在所述反应腔体内的所述基片表面沉积所述预定厚度的薄膜；

判断所述基片表面的薄膜的总厚度是否达到规定厚度，

如果没有达到所述规定厚度，则将所述基片从所述反应腔体传送至所述下货仓，再次设定预定厚度，将所述基片从所述下货仓传送至所述反应腔体，并沉积再次设定的预定厚度的薄膜，如果达到所述规定厚度，则将所述基片传送出所述机台。

2.如权利要求1所述的物理气相沉积方法，其特征在于，

由所述机台内的传送机构将所述基片从所述下货仓传送至所述反应腔体，并从所述反应腔体传送至所述下货仓。

3.如权利要求1所述的物理气相沉积方法，其特征在于，

由远程计算机操作系统对所述机台进行控制，以实现所述物理气相沉积方法。

4.如权利要求1所述的物理气相沉积方法，其特征在于，

再次设定的预定厚度与前次设定的预定厚度相同或不同。

5.如权利要求1所述的物理气相沉积方法，其特征在于，

在设定预定厚度的步骤中，同时在所述机台中建立与设定的厚度对应的控制菜单，

在再次设定预定厚度的步骤中，删除所述机台中原有的控制菜单，并建立新的与再次设定的预定厚度对应的控制菜单。