CN114107939A - 金属薄膜沉积方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种金属薄膜沉积方法，包括步骤：提供待沉积的基底，对基底进行清洁后置于真空腔体内；待真空腔体内升温至预设温度后，于基底表面沉积金属薄膜；在同一真空腔体中于金属薄膜表面沉积硅薄膜，硅薄膜用于防止金属薄膜被氧化；其中，预设温度与硅薄膜沉积过程中的温度相同。本发明创造性地将金属薄膜的沉积过程置于硅薄膜的沉积温度下进行，在沉积金属薄膜之后连续性地于金属薄膜表面生成硅薄膜以对金属薄膜进行保护，在确保金属薄膜的性能的同时，可以防止金属薄膜在基底转移过程中被氧化污染，避免后续对金属薄膜的成分表征分析造成不良影响而影响到后续制程。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种金属薄膜沉积方法。
背景技术
金属薄膜沉积是薄膜沉积工艺中的一大类，除了物理气相沉积（Physical VaporDeposition，PVD）外，化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition ，CVD）和原子层沉积（Atomic Layer Deposition ，ALD）也常用来沉积金属薄膜。原子层沉积包括高温原子层沉积（Thermal ALD，THALD）和等离子体增强原子层沉积（Plasma Enhanced ALD ，PEALD）。化学气相沉积和原子层沉积过程中，金属化合物前驱体作为金属薄膜的反应源参与沉积，且沉积过程中均需要加热基底。即便是在相对低温的PEALD过程中也需要加热基底，只是温度相对会比化学气相沉积时的温度低一些。当金属薄膜沉积结束后，晶圆被从反应腔中取出并转移至下一处理腔体的过程中，不可避免地会裸露在空气中。这个过程中，晶圆11上的余热会导致金属薄膜12的表面在冷却过程中形成一层金属氧化物薄膜13（参考图1所示），晶圆的余温越高，生成金属氧化物薄膜的速度越快。为解决此类问题，一些半导体设备会设置冷却腔，经过冷却腔的冷却，金属薄膜的温度下降，晶圆余热会大大降低。但众所周知，金属薄膜温度降低到100℃后，需要经过较长的时间才能降低到室温。因此，实际工业生产中，为缩短工艺过程的整体时长，往往不会完全冷却到室温再取片，因此经冷却后，金属薄膜表面形成的金属氧化层的厚度虽然会降低，但依然无法完全避免。而且，对于一些非常活泼的金属，如铝，铜，镍，钛，钼等，即便在常温环境下，金属薄膜的表面依然会形成金属氧化物层。
金属薄膜表征过程中需要确定金属薄膜的纯度，即确定金属元素含量的百分比。由于金属化合物前驱体中含有大量的非金属元素，诸如氧（O），氯（Cl），氮（N），氟（F）等，工艺开发阶段，需要不断调试工艺参数，金属薄膜沉积的效果还不稳定，金属化合物前驱体中的部分非金属元素会作为杂质残留在金属薄膜中，影响薄膜的电学性能（例如导致金属薄膜的电阻增大），工艺开发的各阶段需要不断地对金属薄膜中的各种成分进行分析，而金属氧化层的存在会大大增加成分分析的难度，导致工艺参数开发的难度增大，具体表现在：
1）沉积时温度越高，冷却过程中金属表面形成的金属氧化层越厚，后续对金属薄膜厚度的量测精度影响越大；
2）金属薄膜中含有金属前驱体的非金属元素，表面金属氧化层中的元素会和这些元素发生交互反应或相互扩散，影响对金属薄膜杂质成分的分析；
3)金属化合物前驱体中含有氧元素，当沉积反应不充分，导致这些氧元素残留在金属薄膜中时，很难区分出是表面氧化层区域的氧元素还是金属薄膜区域的氧杂质。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种金属薄膜沉积方法，用于解决现有技术中完成金属薄膜沉积的晶圆因金属活性和/或晶圆的余热，导致晶圆裸露在空气中时，容易在金属薄膜表面生成金属氧化物薄膜，导致薄膜性能下降，且给后续的薄膜分析带来诸多不便，影响工艺参数开发等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种金属薄膜沉积方法，所述金属薄膜沉积方法包括步骤：
提供待沉积的基底，对所述基底进行清洁后置于真空腔体内；
待真空腔体内升温至预设温度后，于所述基底表面沉积金属薄膜；
在同一真空腔体中于金属薄膜表面沉积硅薄膜，所述硅薄膜用于防止所述金属薄膜被氧化；
其中，所述预设温度与硅薄膜沉积过程中的温度相同。
可选地，形成所述金属薄膜和/或形成所述硅薄膜后，还包括采用惰性气体对得到的结构进行吹扫的步骤。
可选地，所述惰性气体包括氩气，惰性气体的流量为500sccm-8000sccm。
可选地，对基底进行清洁的过程包括采用去离子水，无水酒精，丙酮，无水酒精和去离子水依次对基底清洗5分钟，然后烘干的步骤。
可选地，所述基底包括硅晶圆，所述金属薄膜包括钼薄膜。
可选地，所述钼薄膜的沉积方法为，待真空腔体内升温至硅薄膜的沉积温度后，向真空腔体内通入反应物MoO2Cl2的饱和蒸汽，MoO2Cl2的存储装置加热温度为80℃，饱和蒸汽压力为0.45torr；沉积过程中，通入1000sccm-5000sccm的氩气和500sccm-4000sccm的氢气，射频功率为200W-700W，真空腔体内的压力设置为1torr-10torr，氩气作为载气将MoO2Cl2带入到真空腔体中进行沉积反应，沉积反应时间为30s-60s。
可选地，金属薄膜沉积和硅薄膜沉积过程中的温度大于等于400℃。
可选地，形成的硅薄膜的厚度为1nm-10nm。
可选地，所述真空腔体为化学气相沉积腔体。
可选地，沉积所述硅薄膜的方法为：于真空腔体内通入100sccm-600sccm的硅烷和1000sccm-5000sccm的氦气，真空腔体内的压力为1torr-10torr，射频功率为200W-700W，沉积时间为5s-30s。
如上所述，本发明的金属薄膜沉积方法，具有以下有益效果：本发明创造性地将金属薄膜的沉积过程置于硅薄膜的沉积温度下进行，在沉积金属薄膜之后连续性地于金属薄膜表面生成硅薄膜以对金属薄膜进行保护，在确保金属薄膜的性能的同时，可以防止金属薄膜在基底转移过程中被氧化污染，避免后续对金属薄膜的成分表征分析造成不良影响而影响到后续制程，有助于加快工艺参数的开发进程。
附图说明
图1显示为现有技术中的金属薄膜表面生成金属氧化物层的示意图。
图2显示为本发明提供的金属薄膜沉积方法制备的结构示意图。
图3显示为500℃下仅沉积金属钼薄膜的XPS薄膜元素厚度分布图。
图4显示为采用本发明提供的方法在500℃下沉积硅薄膜和金属钼薄膜的XPS薄膜元素厚度分布图。
图5显示为600℃下仅沉积金属钼薄膜的XPS薄膜元素厚度分布图。
图6显示为采用本发明提供的方法在600℃下沉积硅薄膜和金属钼薄膜的XPS薄膜元素厚度分布图。
元件标号说明
11-晶圆；12-金属薄膜；13-金属氧化物薄膜；21-基底；22-金属薄膜；23-硅薄膜。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。为使图示尽量简洁，各附图中并未对所有的结构全部标示。
本发明提供一种金属薄膜沉积方法，所述金属薄膜沉积方法包括步骤：
提供待沉积的基底21，对所述基底21进行清洁后置于真空腔体内，例如，将清洁后的基底21放置于腔体的载台上，然后对腔体抽真空，以使腔体成为真空腔体；
待真空腔体内升温至预设温度后，于所述基底21表面沉积金属薄膜22，例如通过对载台进行加热，以将基板温度及真空腔体内的温度加热到预设温度；
在同一真空腔体中于金属薄膜22表面沉积硅薄膜23，所述硅薄膜23用于防止所述金属薄膜22被氧化；
其中，所述预设温度与硅薄膜沉积过程中的温度相同。
本领域技术人员普遍知晓的是，金属薄膜沉积的温度普遍低于硅薄膜的沉积温度，例如铜薄膜的物理气相沉积温度通常在200℃以内，铜薄膜的化学气相沉积时的温度也通常在300℃以内，而硅薄膜的沉积温度通常在400℃以上。即本申请中，沉积金属薄膜的过程不是在其常规的沉积温度（常规的沉积温度指业内在采用相应沉积工艺沉积相应薄膜时普遍采用的温度，通常是采用的金属沉积源的气化温度）下进行，而是采用大于其常规的沉积温度进行，沉积金属薄膜时的温度达到了硅薄膜的沉积温度，而非仅仅满足沉积金属薄膜所需的温度。这样设置的原因在于，如果金属薄膜沉积的温度大于金属沉积源气化的温度但小于硅薄膜的沉积温度，例如小于400℃，则在沉积硅薄膜之前，还需要再把真空腔体内的温度提高到400℃以上才能进行硅薄膜的沉积，增加升温的过程一是增加了沉积工艺的整体时长，降低了沉积的整体速率和效率，二是发明人经大量实验发现，升温的过程会导致已经沉积好的金属薄膜中的杂质成分因升温发生结构裂变析出等情况，改变了金属薄膜的性能，导致金属薄膜性能下降，且给后续工艺带来诸多不便。因此本申请的发明人创造性地在沉积金属薄膜的过程中根据沉积金属的类别和沉积硅膜的反应条件，严格控制加热机台升温至硅反应所需的温度。本申请创造性地将金属薄膜的沉积过程置于硅薄膜的沉积温度下进行，在沉积金属薄膜之后连续性地于金属薄膜表面生成硅薄膜以用于对金属薄膜的保护，在确保金属薄膜的性能的同时，可以避免后续对金属薄膜的成分表征分析造成不良影响；形成的硅薄膜作为与氧原子结合的前道关卡，可以防止金属薄膜在基底转移过程中被氧化污染。如果按照现有技术中的常规的金属薄膜沉积温度进行金属薄膜沉积，之后再升温至硅薄膜的沉积温度沉积硅薄膜，金属薄膜的性能可能发生改变，生成的硅薄膜和金属薄膜的界面处可能发生相互反应或扩散，导致金属薄膜性能下降。另外，本申请选择单质元素硅薄膜而不是氧化物或者氮化物薄膜，是因为发明人经大量研究发现，在沉积氧化物或氮化物薄膜时，需要用到诸如氧气（O2），臭氧（O3），水蒸气（H2O）等氧化物气体或氨气（NH3），氮气（N2）等氮化物气体，容易在已经沉积完成的金属薄膜表面形成金属氧化膜或金属氮化薄膜，不但不能起到保护金属薄膜的作用，反而会影响金属薄膜的纯度，会对后续表征产生不利影响；而其他金属薄膜虽然也可以作为保护层，但金属前驱体的价格比较昂贵，且在工艺过程中控制比较困难。相较之下，硅薄膜的沉积工艺相对成熟，前驱体价格也相对便宜。因而从成本和操作上等方面综合考量，发明人选择了硅薄膜作为金属薄膜的保护层。
作为示例，形成所述金属薄膜和/或形成所述硅薄膜后，还包括采用惰性气体对得到的结构进行吹扫的步骤，以去除未在基底表面反应沉积的反应物和形成的副产物气体，有助于进一步提高薄膜沉积质量。所述惰性气体包括但不限于氩气，惰性气体的流量较佳地为500sccm-8000sccm（包括端点值，本说明书中在涉及数值范围的描述时，如无特殊说明，均包括端点值），更佳地为2000sccm-5000sccm。
较佳地，对基底进行清洁的过程包括采用去离子水，无水酒精，丙酮，无水酒精和去离子水依次对基底清洗5分钟，然后烘干的步骤。即，将基底先用去离子水清洁5分钟，然后用无水酒精清洁5分钟，之后用丙酮清洁5分钟，接下来依次用无水酒精清洁5分钟和用去离子水清洁5分钟，最后将基底烘干。烘干的方法例如为加热烘干、气体吹扫和旋转甩干等方法中的一种或多种的结合。
本申请的方法适用于各种类型基底表面的金属薄膜沉积，例如所述基底可以是硅晶圆，锗晶圆，SOI晶圆等，而沉积的金属薄膜也可以根据工艺需要灵活设置，尤其是在制备的金属薄膜的金属原子比较活泼时，尤其适用于采用本发明的方法。例如，所述金属薄膜可以为钼薄膜，但并不仅限于此，还可以是诸如铝薄膜、铜薄膜、镍薄膜、钛薄膜等，不仅可以是单一金属元素的薄膜，还可以是多种金属元素的复合薄膜，不仅可以是单层薄膜，而且可以是多层金属薄膜。
当所述金属薄膜为钼薄膜，在较佳的示例中，所述钼薄膜的沉积方法为，待真空腔体内升温至硅薄膜的沉积温度后，例如升温至400℃-600℃并稳定后，向真空腔体内通入反应物MoO2Cl2的饱和蒸汽，MoO2Cl2的存储装置加热温度为80℃，饱和蒸汽压力为0.45torr；且沉积过程中，通入1000sccm-5000sccm的氩气（例如通入至存储装置中）和500sccm-4000sccm的氢气（例如通入真空腔体内），射频功率为200W-700W，真空腔体内的压力设置为1torr-10torr，氩气作为载气将MoO2Cl2带入到真空腔体中进行沉积反应，沉积反应时间设为30s-60s。MoO2Cl2常温下为固体粉末，在存储装置中需加热至80℃而升华为气态，再通过氩气把MoO2Cl2的反应蒸汽带入到真空腔体中进行气相沉积。该加热温度必须为80℃的原因在于，发明人经大量实验发现，只有在MoO2Cl2加热到80℃的情况下，产生的反应物的量才是足够的（即不能低于该值），但如果存储加热到更高温度，虽然饱和蒸汽压提高，反应物的量会变大，但是高温也会导致MoO2Cl2的分解速率加快，尤其是高于80℃后分解速率急剧加快，因此加热温度最佳地为80℃且饱和蒸气压力为0.45torr才能确保沉积效率最佳。。
虽然硅薄膜的沉积方法有多种，但在较佳的示例中，沉积所述硅薄膜和金属薄膜的方法均优选化学气相沉积方法（但不仅限于此），故而采用的真空腔体相应为化学气相沉积腔体，更具体地，例如为采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）腔体进行的等离子体增强化学气相沉积工艺。且金属薄膜沉积和硅薄膜沉积过程中的温度大于等于400℃，但也不宜过高，例如不高于700℃，通常在400℃-600℃。
本申请中，形成的硅薄膜的厚度需精心设置，如果太薄，可能难以起到较好的保护作用，如果太厚，不仅形成硅薄膜所需的时间太长，导致生产效率下降，可能对后续制程造成不良影响。发明人经大量实验发现，形成的硅薄膜的厚度较佳地为1nm-10nm，例如为1nm，2nm，3nm，……10nm或这区间的任意值，更佳地为4nm-6nm，例如为5nm。
沉积硅薄膜的方法是本发明的又一个核心。在较佳的示例中，本申请中在沉积所述硅薄膜的方法为：于真空腔体内通入100sccm-600sccm的硅烷和1000sccm-5000sccm的氦气，真空腔体内的压力为1torr-10torr，射频功率为200W-700W，沉积时间为5s-30s。设定这样的沉积参数的原因在于，发明人经过大量的实验分析发现，其他的常见硅源如SiCl4，SiCl6，(SiH3)3N等，反应沉积后会在薄膜内形成氯和氮的部分残留，即便是反复调试参数和严格控制工艺流程均无法避免。因此，选择硅烷（SiH4）而不是其他常见的硅前驱体可以减少引入其他的非金属元素造成的金属薄膜的污染。在硅烷沉积过程中，反应物只有硅烷和氦气，对金属薄膜表面不会产生影响，这样沉积的硅薄膜可以很好地作为保护位于其下方的金属薄膜的保护层。另外，硅烷是目前市场上成熟的气态前驱体工业品，体量大，采购容易、相对成本低、工艺控制容易，是一种容易获得并使用的CVD/ALD硅膜前驱体，而腔体压力和射频功率等参数也是发明人针对本申请要解决的问题，经大量实验分析确定出的最优参数值范围，这些参数的设置范围如果设置不当会产生不利影响。具体地，腔体压力的大小决定了薄膜沉积质量，而射频功率的大小则决定了沉积速率和加热基座的温度高低。如果压力或功率过低会造成以下影响：硅薄膜粘附力不够，无法正常沉积到金属薄膜之上，导致沉积过程中出现一边在金属薄膜表面沉积，一边从金属薄膜表面剥落的现象；其次会形成硅颗粒而不是硅薄膜，无法对金属薄膜表面进行完整的保护。如果腔体压力或射频功率过高会造成以下影响：其一，沉积速度过快，导致硅薄膜沉积精度无法准确控制；其二，沉积的硅薄膜会变得非常粗糙，增加薄膜的应力，进而影响金属薄膜的形貌特征和/或性能。而氩气作为载气，其流量不仅影响前驱物的分散均匀性，影响薄膜沉积均匀性，同时影响腔体压力。本申请通过前述这些参数的紧密配合，确保沉积出的硅薄膜具有良好性能的同时具有较高的沉积效率。
本实施例中将以PECVD沉积金属钼（Molybdenum，Mo）薄膜和硅保护薄膜的沉积工艺为一具体实施例进行说明，与仅沉积金属钼薄膜而未沉积作为保护层的硅薄膜的沉积工艺进行对比。具体地，本实施例中沉积钼金属薄膜和硅薄膜的过程包括以下步骤：
1、清洁硅基片：
将硅片用去离子水清洁5分钟；
将硅片用无水酒精清洁5分钟；
将硅片用丙酮清洁5分钟；
将硅片用无水酒精清洁5分钟；
将硅片用去离子水清洁5分钟；
将硅片烘干。
2、沉积金属钼（Mo）薄膜：
将清洁后的硅基片放入反应腔中，对反应腔进行抽真空并加热机台；
当加热机台升温到400℃-600℃并保持稳定时，通入反应物MoO2Cl2的饱和蒸汽，氩气和氢气；
足量MoO2Cl2在前驱体瓶中加热至80℃并保持稳定加热直至产生足够的饱和蒸汽（其蒸汽压力设置为0.45torr），1000sccm-5000sccm的氩气作为载气通入MoO2Cl2前驱体瓶中，把MoO2Cl2饱和蒸汽带入到反应腔中；
真空腔体内通入500sccm-4000sccm的氢气，射频功率设置为200W-700W，腔体压力设置为1torr-10torr，进行沉积反应，沉积时间设置为30s-60s；
3、钼薄膜沉积结束后通入500sccm-8000sccm的氩气吹扫未在基底反应沉积的反应物和形成的副产物气体；
4、沉积硅薄膜：
通入100sccm-600sccm的硅烷SiH4和1000sccm-5000sccm的氩气，射频功率设置为200W-700W，腔体压力为1torr-10torr，进行沉积反应，沉积时间设置为5s-30s；
这个沉积过程中，主反应物为硅烷，硅薄膜的沉积原理主要是靠硅烷的裂解再沉积，氩气主要作为载气并维持适当的腔体压力，射频功率的大小决定沉积速率和基底加热底座的温度高低，而腔体压力的大小决定沉积的质量，包括：1）硅颗粒沉积还是硅薄膜沉积；2）薄膜粘附力的大小。在其他参数不变的情况下，硅薄膜的厚度由沉积时间决定。
5、硅薄膜沉积结束后通入500sccm-8000sccm的氩气吹扫未在基底反应沉积的反应物和形成的副产物气体。
需要特别说明的是，上述沉积实验进行了多次，例如在保持其他参数不变（例如气体流量、腔体压力和射频功率不变）而仅改变沉积温度（比如分别在500℃，600℃的温度下进行沉积）进行沉积的比较试验就进行了多次，仅沉积钼薄膜而未沉积硅薄膜的对比实验也相应在不同的温度下进行了多次。
在真空腔体内完成薄膜沉积的基底之后需要转移至表征仪器中进行表征分析，转移过程中会接触到大气环境而导致氧化污染，这正是完成金属薄膜沉积的晶圆在实际的生产过程中面临的问题，而本申请研究的正是如何将这种氧化污染的影响最小化。
6、表征分析：
表征方法：采用XPS（X-ray photoelectron microscopy，X射线电子能谱）进行薄膜表征分析。
500℃的温度下仅沉积金属钼薄膜的XPS薄膜元素厚度分布图如图3所示，可以看到，钼薄膜中含有氧杂质残留，这是由于沉积温度没有达到最优温度。但是由于钼薄膜表面氧化膜的原因，氧元素的分布在表面氧化层和金属薄膜层中并没有非常明显的界面。采用本发明的方法于500℃的温度下沉积硅薄膜和金属钼薄膜的XPS薄膜元素厚度分布图如图4所示，可以看到，由于硅薄膜的保护作用，钼薄膜中的氧杂质分布从0开始，与无硅薄膜作为保护层的情况完全不同，表明采用本发明的方法，可以有效降低金属薄膜中的氧含量。
600℃的温度下仅沉积金属钼薄膜的XPS薄膜元素厚度分布图如图5所示，在600℃的沉积温度下，金属钼薄膜中基本没有杂质的存在。但是，因为钼薄膜表面形成了大约为2nm左右厚的金属氧化层，使得本应为10nm厚的金属钼薄膜的实际厚度只有8nm。这个厚度的误差会影响到后续薄膜电阻率的计算（同时影响后续制程中其他结构层的尺寸控制）。采用本发明的方法于600℃的温度下沉积硅薄膜和金属钼薄膜的XPS薄膜元素厚度分布图如图6所示，在此样品中，硅薄膜的厚度为5nm左右，氧化膜层仅存在硅薄膜的表面，而没有形成在金属钼薄膜的表面。硅薄膜的氧化层有效避免了氧元素继续扩散至钼金属薄膜的区域。可以看到，钼薄膜的实际厚度也和目标值一致，为10nm。
上述实验表明，采用本发明的金属薄膜沉积方法，可以有效保护金属薄膜。
当然，本发明的方法并不仅限于硅基底，也不限于钼金属薄膜沉积。发明人经大量实验证实，本申请提供的金属薄膜沉积方法，在沉积铜薄膜、铝薄膜等其他金属薄膜时，同样可以起到防止金属薄膜氧化的效果。
本发明提供的金属薄膜沉积方法尤其适用于在开发CVD/ALD金属薄膜工艺的过程中，通过保护金属薄膜不被污染，以使金属薄膜本身的各项参数能被准确表征，有助于提高工艺开发进程。
综上所述，本发明提供一种金属薄膜沉积方法，包括步骤：提供待沉积的基底，对所述基底进行清洁后置于真空腔体内；待真空腔体内升温至预设温度后，于所述基底表面沉积金属薄膜；在同一真空腔体中于金属薄膜表面沉积硅薄膜，所述硅薄膜用于防止所述金属薄膜被氧化；其中，所述预设温度与硅薄膜沉积过程中的温度相同。本发明创造性地将金属薄膜的沉积过程置于硅薄膜的沉积温度下进行，在沉积金属薄膜之后连续性地于金属薄膜表面生成硅薄膜以对金属薄膜进行保护，在确保金属薄膜的性能的同时，可以防止金属薄膜在基底转移过程中被氧化污染，避免后续对金属薄膜的成分表征分析造成不良影响而影响到后续制程。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种金属薄膜沉积方法，其特征在于，所述金属薄膜沉积方法包括步骤：
提供待沉积的基底，对所述基底进行清洁后置于真空腔体内；
待真空腔体内升温至预设温度后，于所述基底表面沉积金属薄膜；
在同一真空腔体中于金属薄膜表面沉积硅薄膜，所述硅薄膜用于防止所述金属薄膜被氧化；
其中，所述预设温度与硅薄膜沉积过程中的温度相同。
2.根据权利要求1所述的金属薄膜沉积方法，其特征在于，形成所述金属薄膜和/或形成所述硅薄膜后，还包括采用惰性气体对得到的结构进行吹扫的步骤。
3.根据权利要求2所述的金属薄膜沉积方法，其特征在于，所述惰性气体包括氩气，惰性气体的流量为500sccm-8000sccm。
4.根据权利要求1所述的金属薄膜沉积方法，其特征在于，对基底进行清洁的过程包括采用去离子水，无水酒精，丙酮，无水酒精和去离子水依次对基底清洗5分钟，然后烘干的步骤。
5.根据权利要求1所述的金属薄膜沉积方法，其特征在于，所述基底包括硅晶圆，所述金属薄膜包括钼薄膜。
6.根据权利要求5所述的金属薄膜沉积方法，其特征在于，所述钼薄膜的沉积方法为，待真空腔体内升温至硅薄膜的沉积温度后，向真空腔体内通入反应物MoO2Cl2的饱和蒸汽，MoO2Cl2的存储装置加热温度为80℃，饱和蒸汽压力为0.45torr；沉积过程中，通入1000sccm-5000sccm的氩气和500sccm-4000sccm的氢气，射频功率为200W-700W，真空腔体内的压力设置为1torr-10torr，氩气作为载气将MoO2Cl2带入到真空腔体中进行沉积反应，沉积反应时间为30s-60s。
7.根据权利要求1所述的金属薄膜沉积方法，其特征在于，金属薄膜沉积和硅薄膜沉积过程中的温度大于等于400℃。
8.根据权利要求1所述的金属薄膜沉积方法，其特征在于，形成的硅薄膜的厚度为1nm-10nm。
9.根据权利要求1所述的金属薄膜沉积方法，其特征在于，所述真空腔体为化学气相沉积腔体。
10.根据权利要求1-9任一项所述的金属薄膜沉积方法，其特征在于，沉积所述硅薄膜的方法为：于真空腔体内通入100sccm-600sccm的硅烷和1000sccm-5000sccm的氦气，真空腔体内的压力为1torr-10torr，射频功率为200W-700W，沉积时间为5s-30s。
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|---|---|---|---|---|
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101397694A (zh) * | 2007-09-27 | 2009-04-01 | 李德杰 | 一种结晶硅薄膜的制备方法 |
| US20150014823A1 (en) * | 2012-03-09 | 2015-01-15 | Air Products And Chemicals, Inc. | Compositions and methods for making silicon containing films |
| CN104600222A (zh) * | 2015-02-04 | 2015-05-06 | 京东方科技集团股份有限公司 | 封装方法、显示面板及显示装置 |
| CN107783214A (zh) * | 2017-10-13 | 2018-03-09 | 苏州领锐源奕光电科技有限公司 | 一种中阶梯光栅用铝薄膜的制备方法 |
| US9947582B1 (en) * | 2017-06-02 | 2018-04-17 | Asm Ip Holding B.V. | Processes for preventing oxidation of metal thin films |
| CN110699663A (zh) * | 2019-09-09 | 2020-01-17 | 长江存储科技有限责任公司 | 金属薄膜沉积方法 |
| CN112513323A (zh) * | 2018-07-26 | 2021-03-16 | 朗姆研究公司 | 纯金属膜的沉积 |
-
2022
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101397694A (zh) * | 2007-09-27 | 2009-04-01 | 李德杰 | 一种结晶硅薄膜的制备方法 |
| US20150014823A1 (en) * | 2012-03-09 | 2015-01-15 | Air Products And Chemicals, Inc. | Compositions and methods for making silicon containing films |
| CN104600222A (zh) * | 2015-02-04 | 2015-05-06 | 京东方科技集团股份有限公司 | 封装方法、显示面板及显示装置 |
| US9947582B1 (en) * | 2017-06-02 | 2018-04-17 | Asm Ip Holding B.V. | Processes for preventing oxidation of metal thin films |
| CN107783214A (zh) * | 2017-10-13 | 2018-03-09 | 苏州领锐源奕光电科技有限公司 | 一种中阶梯光栅用铝薄膜的制备方法 |
| CN112513323A (zh) * | 2018-07-26 | 2021-03-16 | 朗姆研究公司 | 纯金属膜的沉积 |
| CN110699663A (zh) * | 2019-09-09 | 2020-01-17 | 长江存储科技有限责任公司 | 金属薄膜沉积方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117904593A (zh) * | 2024-03-15 | 2024-04-19 | 上海谱俊科技有限公司 | 金属工件、金属表面复合涂层及其制备方法 |
| CN117904593B (zh) * | 2024-03-15 | 2024-05-17 | 上海谱俊科技有限公司 | 金属工件、金属表面复合涂层及其制备方法 |
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