CN107782573B - 物理气相沉积机台对沟槽或孔的填充稳定性的模拟检测方法 - Google Patents

物理气相沉积机台对沟槽或孔的填充稳定性的模拟检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种物理气相沉积机台对沟槽或孔的填充稳定性的模拟检测方法，包括：每间隔一段时间取得一次物理气相沉积机台在固定沉积条件下分别在偏压为P1～Pn时m个检测点的各自基片沉积厚度或方块电阻和分别在偏压为P1～Pn时m个检测点的各自消减比，n为大于1的自然数，m为自然数；将获取的相同沉积条件和偏压下的同一检测点的多个基片沉积厚度数值进行对比，并将获取的相同沉积条件偏压下的同一检测点的多个消减比进行对比，根据对比结果判断机台受偏压影响的稳定性。本发明为PVD机台填充能力的测试增加了新的模拟手段，改变了目前模拟手段单一，影响变量多的现状。

Description

物理气相沉积机台对沟槽或孔的填充稳定性的模拟检测方法
技术领域
本发明涉及半导体的制造工艺领域，特别涉及一种物理气相沉积机台对沟槽或孔的填充稳定性的模拟检测方法。
背景技术
随着半导体技术的不断发展，目前存储器制造技术已经逐步从简单的平面结构过渡到较为复杂的三维结构，三维存储器的技术研发是国际研发的主流之一。
在三维存储器中，用于连线的金属层沉积结构通常采用化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)工艺和化学电镀(ECP)工艺实现。其中物理气相沉积工艺为，在真空条件下，采用物理方法，将材料源表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。此项技术通过物理气相沉积机台(PVD机台)实现。
伴随半导体工艺尺寸的不断降低，用于连线的金属层沉积结构也越来越复杂，在沟槽或孔结构的填充中，对种子层PVD工艺的要求越来越大。PVD机台中，铜离子的沉积受到偏压的影响，偏压越小，沉积效果越明显，对结构顶部，底部，平面区域的沉积效果越好，越有利于沉积厚膜，以便电镀工艺。偏压越大，轰击效应越明显，对沟槽或孔深处侧壁或底部的溅镀效果越好，越利于沟槽或孔深处侧壁或底部的填充。
在实际生产过程中，特别是对20nm～30nm线宽的铜金属填充工艺中，机台偏压产生影响能力直接影响填充性能，从而影响产品质量，因此如何去模拟PVD机台的填充能力，也就是偏压影响的稳定性，是产品质量把握的重点。
目前卡控PVD机台和工艺稳定性的参数包括铜薄膜的方块电阻和厚度等的模拟，而由于薄膜沉积厚度和方块电阻受到多种因素影响，变量太多，无法准确表征偏压影响；故目前的检测模拟方式对机台偏压产生的影响方面却没有任何卡控。
发明内容
本发明的目的是为解决以上问题的至少一个，本发明提供一种物理气相沉积机台对沟槽或孔的填充能力的稳定性的模拟检测方法。
一种物理气相沉积机台对沟槽或孔的填充稳定性的模拟检测方法，包括以下步骤：
每间隔一段时间取得一次物理气相沉积机台在固定沉积条件下分别在偏压为P1～Pn时m个检测点的各自基片沉积厚度或方块电阻和分别在偏压为P1～Pn时m个检测点的各自消减比，n为大于1的自然数，m为自然数。
将获取的相同沉积条件和偏压下的同一检测点的多个基片沉积厚度数值进行对比，并将获取的相同沉积条件偏压下的同一检测点的多个消减比进行对比，根据对比结果判断机台受偏压影响的稳定性。
其中，取得基片沉积厚度或方块电阻和消减比的步骤包括：
设定固定沉积条件，不施加偏压，使用物理气相沉积机台在基板上进行铜沉积，形成基准铜薄膜。
随机选取m个测量点，测量基准铜薄膜的厚度或者方块电阻确定基准沉积厚度THKD11～THK D1m，m为自然数。
更换基板。
保持固定沉积条件不变，使用物理气相机台在新基板上先不加偏压进行铜沉积，当沉积形成的薄膜厚度等于基准沉积厚度时，施加偏压P1继续进行铜沉积，形成铜薄膜。
随机选取m个测量点，测量铜薄膜的厚度或者方块电阻确定基片沉积厚度THK ET11～THK ET1m。
根据公式EDRx＝(THK Dx-THK ETx)/THK Dx，计算消减比EDR11～EDR1m。
循环重复更换基板、形成铜薄膜、测量基片沉积厚度以及计算消减比的步骤，分别计算出各偏压P2～Pn下物理气相沉积机台的消减比EDR21～EDR2m，……，EDRn1～EDRnm。
其中，偏压P1～Pn均位于0～1200W之间。
其中，沟槽或孔的线宽为20～30nm。
本发明具有以下有益效果：
本发明为PVD机台对20～30nm线宽的沟槽或孔的填充能力的测试增加了新的测试手段，改变了目前模拟测试手段单一，影响变量多的现状。同时为机台的填充能力的统计增加了新的分析数据，为进一步找出异常、分析原因、维持工艺的稳定性做出贡献。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了根据本发明实施方式的物理气相沉积机台的铜填充能力的模拟检测方法的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
PVD机台中，铜离子在偏压的作用下，会不断沉积在基板表面，与此同时也会有铜离子轰击基板表面的薄膜，并将附着在基板表面的原子向不同方向溅射出去，这种现象叫做铜的自离化特性。本发明正是利用这种铜的自离化特性，来检测物理气相沉积机台的填充能力特别是对线宽为20～30nm的沟槽或孔的填充能力受偏压影响的稳定性。
如图1所示，本发明提供一种物理气相沉积机台对沟槽或孔的填充稳定性的检测方法，包括以下步骤：
取得物理气相沉积机台在固定沉积条件下分别在偏压为P1～Pn时的基片沉积厚度和分别在偏压为P1～Pn时的消减比，n为大于1的自然数。
将取得的基片沉积厚度数据分别与相同沉积条件和相同偏压下的标准基片沉积厚度对比，将取得的消减比分别与相同沉积条件和相同偏压下的标准消减比对比，根据对比结果判定物理气相沉积机台受偏压影响的稳定性。
取得基片沉积厚度和消减比的步骤包括：
设定固定沉积条件，不施加偏压，使用物理气相沉积机台在基板上进行铜沉积，形成基准铜薄膜。
随机选取m个测量点，测量基准铜薄膜的厚度或者方块电阻确定基准沉积厚度THKD11～THK D1m，m为自然数。
更换基板。保持固定沉积条件不变，使用物理气相机台在新基板上先不加偏压进行铜沉积，当沉积形成的薄膜厚度等于基准沉积厚度时，施加偏压P1继续进行铜沉积，形成铜薄膜。
随机选取m个测量点，测量铜薄膜的厚度或者方块电阻确定基片沉积厚度THK ET11～THK ET1m。
根据公式EDRx＝(THK Dx-THK ETx)/THK Dx，计算消减比EDR11～EDR1m。
循环重复更换基板、形成铜薄膜、测量基片沉积厚度以及计算消减比的步骤，分别计算出各偏压P2～Pn下物理气相沉积机台的消减比EDR21～EDR2m，……，EDRn1～EDRnm。
采用多个测量点的方式，是取得的数据更全面，最终实现对物理气相沉积机台受偏压影响的稳定性更精确的测定。
当偏压P的范围为0～1200W之间时，有助于薄膜测量的可操作性和测量结果的准确性。
在优选的实施例中，前后两次测量机台在不同偏压下的沉积厚度和消减比。每次测量均采用固定沉积条件，并在基板上随机选取49个测量点，不加偏压的时间定为开始沉积后的第13秒，加偏压继续沉积的时间定为沉积基础铜薄膜后的第13秒，对49个测量点在不同偏压下的沉积厚度和消减比进行测量，后一次测得部分数据和结果如下表所示：
取得数据后，将后一次测得的机台在偏压为400W的条件下的49个测量点的薄膜厚度分别与前一次的同一机台在偏压为400W的条件下49个测量点的薄膜厚度进行一一对比，并将后一次测得的机台在偏压为400W的条件下的49个测量点的消减比分别与前一次的同一机台在偏压为400W的条件下49个测量点的消减比进行一一对比，得出在测试机台受400W偏压影响的稳定性。
同理，将后一次测得的机台在偏压为600W的条件下的49个测量点的薄膜厚度与前一次测得的机台在偏压为600W的条件下49个测量点的薄膜厚度进行一一对比，并将后一次测得的机台在偏压为600W的条件下的49个测量点的消减比与前一次测得的机台在偏压为600W的条件下49个测量点的消减比进行一一对比，得出测试机台受600W偏压影响的稳定性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.物理气相沉积机台对沟槽或孔的填充稳定性的模拟检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
每间隔一段时间取得一次物理气相沉积机台在固定沉积条件下分别在偏压为P1～Pn时m个检测点的各自基片沉积厚度或方块电阻和分别在偏压为P1～Pn时m个检测点的各自消减比，n为大于1的自然数，m为自然数；
将获取的相同沉积条件和偏压下的同一检测点的多个基片沉积厚度数值进行对比，并将获取的相同沉积条件偏压下的同一检测点的多个消减比进行对比，根据对比结果判断机台受偏压影响的稳定性；
取得基片沉积厚度或方块电阻和消减比的步骤包括：
设定固定沉积条件，不施加偏压，使用物理气相沉积机台在基板上进行铜沉积，形成基准铜薄膜；
随机选取m个测量点，测量基准铜薄膜的厚度或者方块电阻确定基准沉积厚度THK D11～THK D1m，m为自然数；
更换基板；
保持固定沉积条件不变，使用物理气相机台在新基板上先不加偏压进行铜沉积，当沉积形成的薄膜厚度等于基准沉积厚度时，施加偏压P1继续进行铜沉积，形成铜薄膜；
随机选取m个测量点，测量铜薄膜的厚度或者方块电阻确定基片沉积厚度THK ET11～THK ET1m；
根据公式EDRx＝(THK Dx-THK ETx)/THK Dx，计算消减比EDR11～EDR1m；
循环重复更换基板、形成铜薄膜、测量基片沉积厚度以及计算消减比的步骤，分别计算出各偏压P2～Pn下物理气相沉积机台的消减比EDR21～EDR2m，……，EDRn1～EDRnm。
2.如权利要求1所述的模拟检测方法，其特征在于，
偏压P1～Pn均位于0～1200W之间。
3.如权利要求1～2的任一所述的模拟检测方法，其特征在于，
所述沟槽或孔的线宽为20～30nm。
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