CN108796459B

CN108796459B - 薄膜沉积方法

Info

Publication number: CN108796459B
Application number: CN201710298706.4A
Authority: CN
Inventors: 张同文; 耿波; 高攀; 罗建恒; 武学伟; 王厚工
Original assignee: Beijing Naura Microelectronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Beijing Naura Microelectronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2017-04-27
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2021-01-08
Anticipated expiration: 2037-04-27
Also published as: CN108796459A

Abstract

本发明提供一种薄膜沉积方法，其包括：第一阶段，使基座位于第一工艺位置，向工艺腔室内通入工艺气体，并仅开启射频电源，以在晶片表面沉积形成预设厚度的薄膜；第二阶段，使基座位于第二工艺位置，并开启直流电源，以使该薄膜达到目标厚度；其中，第一工艺位置低于第二工艺位置。本发明提供的薄膜沉积方法，其通过在第一阶段仅加载射频功率，可以避免产生的靶材颗粒的能量过大，造成晶片表面损伤，同时通过使第一工艺位置低于第二工艺位置，可以在仅加载射频功率的条件下，保证溅射速率满足工艺要求。

Description

薄膜沉积方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体地，涉及一种薄膜沉积方法。

背景技术

在LED芯片制造过程中，ITO薄膜作为一种透明导电薄膜与传统的金属薄膜相比具有可见光透过率高、导电性好、抗磨损、耐腐蚀等优点，被广泛的应用于GaN基芯片的电极材料。ITO薄膜的制备方法包括磁控溅射法，其制备的ITO薄膜具有低的电阻率、较高的可见光透过率以及较高的重复性。

图1为现有的磁控溅射设备结构示意图，请参阅图1，该磁控溅射设备包括工艺腔室1，在该工艺腔室1的顶部设置有靶材2，该靶材2与射频电源和直流电源(二者未示出)电连接，并且在工艺腔室1内，且位于靶材2的下方设置有用于承载晶片4的基座3。此外，在工艺腔室1内还设置有压环8，其在基座3处于如图1所示的工艺位置进行沉积工艺时，压住晶片4上表面的边缘区域，从而起到固定晶片4的作用，避免在向晶片4的下表面与基座3的上表面之间输送冷却气体时，晶片4在气压的作用下被吹飞。另外，当基座3下降时，压环8与基座3相分离，并由内衬7的下端支撑。

在现有的薄膜沉积方法包括：

步骤1，使上述基座3处于上述工艺位置，并向工艺腔室1内通入工艺气体，以及向晶片4的下表面与基座3的上表面之间输送冷却气体；

步骤2，开启射频电源，以激发工艺腔室1内的工艺气体形成等离子体；

步骤3，开启直流电源，此时直流功率和射频功率同时加载在靶材2上，以使等离子体轰击靶材2，从而使靶材材料溅射到晶片4上。

上述薄膜沉积方法在实际应用中不可避免地存在以下问题：

当基座3处于如图1所示的工艺位置进行沉积工艺时，若同时向靶材2加载射频功率和直流功率，则会产生能量较大的靶材颗粒，其在溅射到晶片4上时，可能会损伤晶片表面，导致产品的正向电压值升高，发光强度值降低，从而影响产品性能。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种薄膜沉积方法，其可以减少晶片表面损伤，从而可以提高产品性能。

为实现本发明的目的而提供一种薄膜沉积方法，其采用的工艺设备包括工艺腔室，在所述工艺腔室的顶部设置有靶材，所述靶材分别与射频电源和直流电源电连接，并且在所述工艺腔室内、位于所述靶材的下方设置有用于承载晶片的基座，该方法包括：

第一阶段，使基座位于第一工艺位置，向所述工艺腔室内通入工艺气体，并仅开启所述射频电源，以在所述晶片表面沉积形成预设厚度的薄膜；

第二阶段，使基座位于第二工艺位置，并开启所述直流电源，以使所述薄膜达到目标厚度；

其中，所述第一工艺位置低于所述第二工艺位置。

优选的，在所述工艺腔室内还设置有压环，当所述基座位于所述第二工艺位置时，所述压环压住所述晶片上表面的边缘区域；当所述基座位于所述第一工艺位置时，所述压环与所述晶片相分离；

在进行所述第二阶段的过程中，向所述基座的上表面与所述晶片的下表面之间输送冷却气体。

优选的，所述基座在处于所述第一工艺位置时，与所述压环之间的竖直间距为30～50mm。

优选的，所述第一阶段进一步包括以下步骤：

S11，使基座位于第一工艺位置，并向所述工艺腔室内通入工艺气体，且使工艺气体的流量处于预设的第一流量状态，以及使腔室压强处于预设的第一压强状态；

S12，开启所述射频电源，以激发所述工艺腔室内的工艺气体形成等离子体；

S13，降低腔室压强，以使其处于预设的第二压强状态。

S14，降低工艺气体的流量，以使其处于预设的第二流量状态。

优选的，所述第二阶段进一步包括以下步骤：

S21，使工艺气体的流量处于第三流量状态，以及使腔室压强维持在所述第二压强状态，并使基座位于第二工艺位置；

S22，向所述基座的上表面与所述晶片的下表面之间输送冷却气体，并开启所述直流电源；

S23，仅关闭所述射频电源；

S24，降低工艺气体的流量，以使其处于预设的第四流量状态；

S25，停止通入所述工艺气体和所述冷却气体，以使腔室压强降低至真空压强状态。

优选的，所述步骤S21、所述步骤S22和所述步骤S23的工艺时间均为3～10s；所述步骤S24的工艺时间为100～1000s；所述步骤S25的工艺时间为1～5s；

所述冷却气体的流量为10～100sccm；

所述工艺气体在处于所述第三流量状态时的流量为100～200sccm；所述工艺气体在处于所述第四流量状态时的流量为50～80sccm；

所述直流电源的直流功率为200～500W；

所述射频电源的射频功率为100～500W。

优选的，所述步骤S11、所述步骤S12和所述步骤S13的工艺时间均为3～10s；所述步骤S14的工艺时间为30～100s；

所述工艺气体在处于所述第一流量状态时的流量为100～200sccm；所述工艺气体在处于所述第二流量状态时的流量为30～50sccm；

所述射频电源的射频功率为100～500W。

优选的，所述工艺设备还包括用于控制所述反应腔室的排气量的闸阀；

在所述步骤S11中，通过使所述闸阀处于半开状态，而使腔室压强处于所述第一压强状态；

在所述步骤S13中，通过使所述闸阀处于全开状态，而使腔室压强处于所述第二压强状态。

优选的，所述预设厚度为3～5nm。

优选的，所述目标厚度为40～100nm。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的薄膜沉积方法，其分为两个阶段，在第一阶段使基座位于第一工艺位置，并仅向靶材加载射频功率，以在晶片表面沉积预设厚度的薄膜，用于在进行第二阶段时，保护基片表面不会被靶材颗粒损伤；在第二阶段使基座自第一工艺位置上升至第二工艺位置，并同时向靶材加载射频功率和直流功率，以使薄膜达到目标厚度。通过在第一阶段仅加载射频功率，可以避免产生的靶材颗粒的能量过大，造成晶片表面损伤，同时通过使第一工艺位置低于第二工艺位置，可以在仅加载射频功率的条件下，保证溅射速率满足工艺要求。

附图说明

图1为现有的磁控溅射设备结构示意图；

图2为本发明实施例提供的薄膜沉积方法的流程框图；

图3A为本发明实施例中基座在第一工艺位置的示意图；

图3B为本发明实施例中基座在第二工艺位置的示意图；

图4为本发明实施例采用的第一阶段的流程框图；

图5为本发明实施例采用的第二阶段的流程框图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的薄膜沉积方法进行详细描述。

本发明实施例提供的薄膜沉积方法采用的工艺设备如图1所示，包括工艺腔室1，在该工艺腔室1的顶部设置有靶材2，该靶材2分别与射频电源和直流电源(二者未示出)电连接，即，靶材2具有两个接入点，二者分别与射频电源和直流电源连接，并且在工艺腔室1内，且位于靶材2的下方设置有用于承载晶片4的基座3。

图2为本发明实施例提供的薄膜沉积方法的流程框图。请参阅图2，薄膜沉积方法包括：

第一阶段S1，使基座3位于第一工艺位置，向工艺腔室1内通入工艺气体，并仅开启射频电源，以在晶片表面沉积形成预设厚度的薄膜；

第二阶段S2，使基座3位于第二工艺位置，并开启直流电源，以使该薄膜达到目标厚度。

其中，第一工艺位置低于第二工艺位置。

通过在第一阶段S1仅通过开启射频电源，向靶材2加载射频功率，可以避免产生的靶材颗粒的能量过大，造成晶片表面损伤。而且，在晶片表面形成的一定厚度的薄膜可以在进行第二阶段S2时，保护基片表面不会被靶材颗粒损伤。同时，由于基座3与靶材2之间的竖直间距(以下称为靶基间距)影响溅射速率，即，靶基间距越小，则溅射速率越低；反之，靶基间距越大，则溅射速率越高。因此，通过使第一工艺位置低于第二工艺位置，即，在进行第一阶段S1时，采用相对较大的靶基间距，可以弥补因仅开启射频电源而造成的溅射速率降低，保证第一阶段S1的溅射速率满足工艺要求。

容易理解，上述第一工艺位置即为进行传统的薄膜沉积方法时，基座所在的工艺位置，即，进行第二阶段S2所采用的靶基间距与进行传统的薄膜沉积方法所采用的靶基间距相同。

在本实施例中，在工艺腔室1内还设置有压环8，如图3A所示，当基座3位于第一工艺位置A时，压环8位于晶片5上方，二者相互分离。如图3B所示，当基座3位于第二工艺位置B时，压环8压住晶片上表面的边缘区域，从而将晶片4固定在基座3上。而且，在进行第二阶段S2的过程中，向基座3的上表面与晶片4的下表面之间输送冷却气体。借助压环8，可以避免在向晶片4的下表面与基座3的上表面之间输送冷却气体时，晶片4在气压的作用下被吹飞。另外，当基座3下降时，压环8由内衬7的下端支撑。优选的，基座3在处于上述第一工艺位置A时，与压环8之间的竖直间距为30～50mm。在该范围内，可以获得较佳的溅射速率，能够满足工艺要求。

请参阅图4，第一阶段S1进一步包括以下步骤：

S11，使基座3位于第一工艺位置A，并向工艺腔室1内通入工艺气体，且使工艺气体的流量处于预设的第一流量状态，以及使腔室压强处于预设的第一压强状态；

S12，开启射频电源，以激发工艺腔室1内的工艺气体形成等离子体；

S13，降低腔室压强，以使其处于预设的第二压强状态。

上述步骤S11采用的第一压强状态高于上述步骤S13采用的第二压强状态。上述步骤S11和步骤S12通过采用相对较高的腔室压强，可以使工艺气体更容易启辉，形成等离子体。上述步骤S13通过降低腔室压强，可以提高薄膜的致密性，降低薄膜的方块电阻值，从而可以提高产品性能。

上述步骤S11采用的第一流量状态高于上述步骤S14采用的第二流量状态。上述步骤S14通过降低工艺气体的流量，可以提高薄膜的致密性，从而可以提高产品性能。

优选的，上述工艺设备还包括用于控制反应腔室1的排气量的闸阀。在步骤S11中，通过使闸阀处于半开状态，可以减少腔室的排气量，从而可以提高腔室压强，以使其处于较高的第一压强状态；在步骤S13中，通过使闸阀处于全开状态，可以增大腔室的排气量，从而可以降低腔室压强，以使其处于较低的第二压强状态。在实际应用中，腔室压强的具体数值可以根据实际工艺而设定。

优选的，上述步骤S11、步骤S12和步骤S13的工艺时间均为3～10s，优选为4s、5s或6s；上述步骤S14的工艺时间为30～100s，优选为40s、50s或60s；工艺气体在处于上述第一流量状态时的流量为100～200sccm，优选为120sccm、150sccm或180sccm；工艺气体在处于上述第二流量状态时的流量为30～50sccm，优选为35sccm、40sccm或45sccm；射频电源的射频功率为100～500W，优选为250W、300W或400W。

请参阅图5，第二阶段S2进一步包括以下步骤：

S21，使工艺气体的流量处于第三流量状态，以及使腔室压强维持在上述第二压强状态，并使基座位于第二工艺位置B；

S22，向基座的上表面与晶片的下表面之间输送冷却气体，并开启直流电源；

S23，仅关闭射频电源；

S25，停止通入工艺气体和冷却气体，以使腔室压强降低至真空压强状态。

在上述步骤S23中，通过关闭射频电源，而仅向靶材2加载直流功率，可以提高薄膜的致密性，从而可以提高产品性能。

上述步骤S21采用的第三流量状态高于上述步骤S24采用的第四流量状态。上述步骤S24通过降低工艺气体的流量，可以提高薄膜的致密性，从而可以提高产品性能。

上述步骤S21、步骤S22和步骤S23的工艺时间均为3～10s，优选为4s、5s或6s；步骤S24的工艺时间为100～1000s，优选为200s、300s或400s；步骤S25的工艺时间为1～5s，优选为2s、3s或4s；冷却气体的流量为10～100sccm，优选为20sccm、30sccm或40sccm；工艺气体在处于上述第三流量状态时的流量为100～200sccm，优选为120sccm、200sccm或300sccm；工艺气体在处于上述第四流量状态时的流量为50～80sccm，优选为55sccm、60sccm或70sccm；直流电源的直流功率为200～500W，优选为250W、300W或400W；射频电源的射频功率为100～500W，优选为150W、300W或400W。

下面为本实施例提供的薄膜沉积方法采用的具体工艺配方。

表1，为本实施例提供的薄膜沉积方法采用的工艺配方表。

由上述表1可知，在第一阶段S1中，基座3在整个阶段均处于第一工艺位置A；在整个阶段未加载直流功率；步骤S11、步骤S12和步骤S13的工艺时间均为5s；步骤S14的工艺时间为50s；工艺气体例如可以为氩气，其在步骤S11～步骤S13中处于上述第一流量状态，且在该第一流量状态下工艺气体的流量为150sccm；工艺气体在步骤S14处于上述第二流量状态，且在该第二流量状态下工艺气体的流量为35sccm；射频电源在整个阶段均处于开启状态，其射频功率为250W。在整个阶段未通入冷却气体；在步骤S11和步骤S12中，闸阀处于半开状态，以使腔室压强处于上述第一压强状态；在步骤S13和步骤S14中，闸阀处于全开状态，以使腔室压强处于上述第二压强状态。

在第二阶段S2中，基座3在整个阶段均处于第二工艺位置B；在整个阶段闸阀均处于全开状态，以使腔室压强处于上述第二压强状态；步骤S21、步骤S22和步骤S23的工艺时间均为5s；步骤S24的工艺时间为300s；步骤S25的工艺时间为3s；冷却气体例如为氩气，其流量为20sccm；工艺气体在处于上述第三流量状态时的流量为130sccm；工艺气体在处于上述第四流量状态时的流量为60sccm；步骤S22～步骤S24均加载直流功率，且该直流功率为260W；步骤S21和步骤S22加载射频功率，且该射频功率为250W。

对应上述表1，现有技术所采用的工艺配方与本申请相比，其区别在于：基座3在整个阶段均处于第二工艺位置B。并且，在上述步骤S12、步骤S13、步骤S14和步骤S21中，直流电源处于开启状态，且直流功率为260W。

表2为采用本实施例提供的薄膜沉积方法获得的产品与采用现有的薄膜沉积方法获得的产品的性能对比表。

在上述表2中，VF为正向电压值，即，额定正向电流条件下，器件两端的电压降，单位为伏特(V)。Iv为发光强度值，即，在给定方向上的单位立体角发出的光通量，单位为坎德拉(cd)。

由上述表2可知，采用本实施例提供的薄膜沉积方法获得的产品的VF的平均值为3.38V；Iv的平均值为82.9cd。采用现有的薄膜沉积方法获得的产品的VF的平均值为3.49V；Iv的平均值为82.88cd。通过对比可知，采用本实施例提供的薄膜沉积方法获得的产品的VF的平均值更低，而Iv的平均值更高，因此，采用本实施例提供的薄膜沉积方法获得的产品的性能更优。

在实际应用中，上述第一阶段沉积获得的薄膜5的厚度可以为3～5nm，在该厚度范围内的薄膜5能够起到保护晶片表面的作用。另外，上述第二阶段获得的薄膜的目标厚度为40～100nm，以满足工艺需要。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种薄膜沉积方法，其采用的工艺设备包括工艺腔室，在所述工艺腔室的顶部设置有靶材，所述靶材分别与射频电源和直流电源电连接，并且在所述工艺腔室内、位于所述靶材的下方设置有用于承载晶片的基座，其特征在于，包括：

其中，所述第一工艺位置低于所述第二工艺位置；并且，

在所述工艺腔室内还设置有压环，当所述基座位于所述第二工艺位置时，所述压环压住所述晶片上表面的边缘区域；当所述基座位于所述第一工艺位置时，所述压环与所述晶片相分离；

2.根据权利要求1所述的薄膜沉积方法，其特征在于，所述基座在处于所述第一工艺位置时，与所述压环之间的竖直间距为30～50mm。

3.根据权利要求1所述的薄膜沉积方法，其特征在于，所述第一阶段进一步包括以下步骤：

S13，降低腔室压强，以使其处于预设的第二压强状态；

4.根据权利要求3所述的薄膜沉积方法，其特征在于，所述第二阶段进一步包括以下步骤：

S23，仅关闭所述射频电源；

5.根据权利要求4所述的薄膜沉积方法，其特征在于，所述步骤S21、所述步骤S22和所述步骤S23的工艺时间均为3～10s；所述步骤S24的工艺时间为100～1000s；所述步骤S25的工艺时间为1～5s；

所述冷却气体的流量为10～100sccm；

所述直流电源的直流功率为200～500W；

所述射频电源的射频功率为100～500W。

6.根据权利要求3所述的薄膜沉积方法，其特征在于，所述步骤S11、所述步骤S12和所述步骤S13的工艺时间均为3～10s；所述步骤S14的工艺时间为30～100s；

所述射频电源的射频功率为100～500W。

7.根据权利要求3所述的薄膜沉积方法，其特征在于，所述工艺设备还包括用于控制所述工艺腔室的排气量的闸阀；

8.根据权利要求1所述的薄膜沉积方法，其特征在于，所述预设厚度为3～5nm。

9.根据权利要求1所述的薄膜沉积方法，其特征在于，所述目标厚度为40～100nm。