CN115424951A - 反溅射率的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种反溅射率的测量方法，在晶圆上通过溅射工艺和反溅射工艺形成第一薄膜层，之后在反应腔中通入气体，在第一薄膜层上形成致密的第一保护层；在第一保护层上形成绝缘层；在绝缘层上，通过溅射工艺形成第二薄膜层，第一薄膜层和第二薄膜层包括相同的材料，之后在反应腔中通入气体，在第二薄膜层上形成致密的第二保护层；通过第一、二薄膜层的第一、二电阻，第一、二薄膜层的电阻率，以及形成第一薄膜层的时间计算得到反溅射率。本发明通过在薄膜淀积后通入气体形成一层保护层，使沉积的薄膜表面活性降低，减少表面氧化以及降低两次薄膜沉积的时间等干扰因素，优化PVD钽腔反溅射率的检测稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种反溅射率的测量方法。
背景技术
PVD(物理气相沉积)钽腔工作原理是利用等离子体中的Ar离子，对被溅镀物(例如钽靶材)进行轰击，使气相等离子体内具有钽粒子，这些钽粒子沉积到硅片上就形成了钽薄膜(如图1所示)。
反溅射工艺就是利用钽粒子直接轰击钽薄膜，对薄膜进行刻蚀(如图2所示)。
反溅射率是体现反溅射工艺中刻蚀速度的参数，相关技术中，反溅射率的测量方法是：通过溅射工艺和反溅射工艺在晶圆上形成厚度为H1的薄膜，通过溅射工艺在晶圆2上沉积形成厚度H2的薄膜，计算得到刻蚀掉的薄膜的厚度，即(H2-H1)，然后除以反溅射的时间即可得出反溅射率。
现有钽薄膜的反溅射率检测计算方法：通过同一片分两次长不同的钽薄膜，通过量测电阻值计算出薄膜厚度差检测反溅射率(如图3所示)。
然而，请参阅图4，由于两层薄膜由于腔体的idle(闲置)时间，两层薄膜生长的间隔时间，存放在FOUP中薄膜氧化等因素等因素造成厚度数值有波动性，计算出薄膜厚度差的稳定性较差(如图4所示)，不能有效检测腔体实际的反溅射率。
为解决上述问题，需要提出一种新型的反溅射率的测量方法。
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反溅射率的测量方法，用于解决现有技术中由于两层薄膜由于腔体的闲置时间，两层薄膜生长的间隔时间，存放在FOUP中薄膜氧化等因素等因素造成厚度数值有波动性，计算出薄膜厚度差的稳定性较差，不能有效检测腔体实际的反溅射率的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种反溅射率的测量方法，包括：
在晶圆上通过溅射工艺和反溅射工艺形成第一薄膜层，之后在所述反应腔中通入气体，在所述第一薄膜层上形成致密的第一保护层；
在所述第一保护层上形成绝缘层；
在所述绝缘层上，通过所述溅射工艺形成第二薄膜层，所述第一薄膜层和所述第二薄膜层包括相同的材料，之后在所述反应腔中通入所述气体，在所述第二薄膜层上形成致密的第二保护层；
通过所述第一、二薄膜层的第一、二电阻，所述第一、二薄膜层的电阻率，以及形成所述第一薄膜层的时间计算得到反溅射率。
优选地，所述第一薄膜层和所述第二薄膜层均为金属薄膜层。
优选地，所述金属薄膜层为钽薄膜层。
优选地，所述通过溅射工艺和反溅射工艺形成第一薄膜层的方法包括：通过氩离子轰击钽靶材，在所述晶圆上形成第一钽层，利用钽离子轰击所述第一钽层，对所述第一钽层进行刻蚀，形成所述第一薄膜层。
优选地，通过所述溅射工艺形成第二薄膜层的方法包括：通过氩离子轰击所述钽靶材，在所述绝缘层上形成所述第二薄膜层。
优选地，所述气体为氮气，所述氮气用于与在所述第一、二薄膜层上形成氮化钛薄膜。
优选地，所述通过所述第一、二薄膜层的第一、二电阻，所述第一、二薄膜层的电阻率，以及形成所述第一薄膜层的时间计算得到反溅射率包括：通过所述第一、二薄膜层的第一、二电阻，所述第一、二薄膜层的电阻率，以及形成所述第一薄膜层的时间，通过一下公式计算得到所述反溅射率：
反溅射率＝反溅射刻蚀膜厚差/反溅射时间，即(ρTa/Rsdeponly-ρTa/Rsdepetch)/t＝(ρTa/Rsdeponly2-2ρTa/Rsdepetch)/t，其中ρTa是钽薄膜的电阻率，t是反溅射的时间，Rsdeponly为所述第二薄膜层的电阻值，Rsdepetch为所述第一薄膜层的电阻值，Rsdeponly2为所述第一、二薄膜层的厚度之和。
优选地，所述在所述第一薄膜层上形成致密的第一保护层后，还包括：量测所述第一薄膜层的电阻值。
优选地，所述在所述第二薄膜层上形成致密的第二保护层后，还包括：量测所述第二薄膜层的电阻值。
如上所述，本发明的反溅射率的测量方法，具有以下有益效果：
本发明通过在薄膜淀积后通入气体形成一层保护层，使沉积的薄膜表面活性降低，减少表面氧化以及降低两次薄膜沉积的时间等干扰因素，优化PVD钽腔反溅射率的检测稳定性。
附图说明
图1显示为现有技术的溅射工艺示意图；
图2显示为现有技术的反溅射工艺示意图；
图3显示为现有技术的反溅射率检测示意图；
图4显示为现有技术的反溅射率趋势示意图；
图5显示为本发明的反溅射率测试方法示意图；
图6显示为本发明的测试结构示意图；
图7显示为本发明的反溅射率趋势示意图；
图8显示为本发明的反溅射率结果与现有技术的对比示意图。
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。
请参阅图5，本发明提供一种反溅射率的测量方法，包括：
步骤一、在晶圆上通过溅射工艺和反溅射工艺形成第一薄膜层01，之后在反应腔中通入气体，在第一薄膜层01上形成致密的第一保护层04；
在本发明的实施方式中，第一薄膜层01为金属薄膜层。
在本发明的实施方式中，金属薄膜层为钽薄膜层，即第一薄膜层01为钽薄膜层。
在本发明的实施方式中，通过溅射工艺和反溅射工艺形成第一薄膜层01的方法包括：通过氩离子轰击钽靶材，在晶圆上形成第一钽层，利用钽离子轰击第一钽层，对第一钽层进行刻蚀，形成第一薄膜层01。
在本发明的实施方式中，气体为氮气，氮气用于与在第一薄膜层01上形成氮化钛薄膜。
在本发明的实施方式中，在第一薄膜层01上形成致密的第一保护层04后，还包括：量测第一薄膜层01的电阻值。
步骤二、在第一保护层04上形成绝缘层02,在测量第一、二薄膜时，第一、二薄膜层可视为串联的两电阻；
在本发明的实施方式中，绝缘层02的材料为二氧化硅，需要说明的是，绝缘层02也可为其他本领域技术人员已知的绝缘材料。
步骤三、在绝缘层02上，通过溅射工艺形成第二薄膜层03，第一薄膜层01和第二薄膜层03包括相同的材料，之后在反应腔中通入气体，在第二薄膜层03上形成致密的第二保护层05，得到如图6所示的结构；
在本发明的实施方式中，第二薄膜层03均为金属薄膜层。
在本发明的实施方式中，金属薄膜层为钽薄膜层，即第二薄膜层03为钽薄膜层。
在本发明的实施方式中，通过溅射工艺形成第二薄膜层03的方法包括：通过氩离子轰击钽靶材，在绝缘层02上形成第二薄膜层03。
在本发明的实施方式中，气体为氮气，氮气用于在第二薄膜层03上形成氮化钛薄膜。
在本发明的实施方式中，在第二薄膜层03上形成致密的第二保护层05后，还包括：量测第二薄膜层03的电阻值。
步骤四、通过第一、二薄膜层的第一、二电阻，第一、二薄膜层的电阻率，以及形成第一薄膜层01的时间计算得到反溅射率，由于在第一、二薄膜上分别形成了第一、二保护层，使沉积的薄膜表面活性降低，减少表面氧化以及降低两次薄膜沉积的时间等干扰因素，优化PVD钽腔反溅射率的检测稳定性。
在本发明的实施方式中，通过第一、二薄膜层的第一、二电阻，第一、二薄膜层的电阻率，以及形成第一薄膜层01的时间计算得到反溅射率包括：通过第一、二薄膜层的第一、二电阻，第一、二薄膜层的电阻率，以及形成第一薄膜层01的时间，通过一下公式计算得到反溅射率：
反溅射率＝反溅射刻蚀膜厚差/反溅射时间，即(ρTa/Rsdeponly-ρTa/Rsdepetch)/t＝(ρTa/Rsdeponly2-2ρTa/Rsdepetch)/t，其中ρTa是钽薄膜的电阻率，t是反溅射的时间，Rsdeponly为第二薄膜层03的电阻值，Rsdepetch为第一薄膜层01的电阻值，Rsdeponly2为第一、二薄膜层的厚度之和。
即这两层薄膜的电阻可以看作串联电阻。
所以总薄膜厚度：ρTa/Rsdeponly2＝ρTa/Rsdepetch+ρTa/Rsdeponly公式(2)
公式(2)推导得到ρTa/Rsdeponly＝ρTa/Rsdeponly2-ρTa/Rsdepetch公式(3)
公式(3)代入公式(1)得到优化的反溅射率计算公式：
反溅射刻蚀率＝反溅射刻蚀膜厚差/反溅射时间
＝(ρTa/Rsdeponly-ρTa/Rsdepetch)/t＝(ρTa/Rsdeponly2-2ρTa/Rsdepetch)/t。
在本发明的实施方式中，请参阅图7和图8，其分别为通过本发明的反溅射率测量方法得到的反溅射率趋势图与分析结构，测得的数据很稳定，与现有技术测算的差异更小。
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。
综上所述，本发明通过在薄膜淀积后通入气体形成一层保护层，使沉积的薄膜表面活性降低，减少表面氧化以及降低两次薄膜沉积的时间等干扰因素，优化PVD钽腔反溅射率的检测稳定性。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)
1.一种反溅射率的测量方法，其特征在于，包括：
在晶圆上通过溅射工艺和反溅射工艺形成第一薄膜层，之后在所述反应腔中通入气体，在所述第一薄膜层上形成致密的第一保护层；
在所述第一保护层上形成绝缘层；
在所述绝缘层上，通过所述溅射工艺形成第二薄膜层，所述第一薄膜层和所述第二薄膜层包括相同的材料，之后在所述反应腔中通入所述气体，在所述第二薄膜层上形成致密的第二保护层；
通过所述第一、二薄膜层的第一、二电阻，所述第一、二薄膜层的电阻率，以及形成所述第一薄膜层的时间计算得到反溅射率。
2.根据权利要求1所述的反溅射率的测量方法，其特征在于：所述第一薄膜层和所述第二薄膜层均为金属薄膜层。
3.根据权利要求2所述的反溅射率的测量方法，其特征在于：所述金属薄膜层为钽薄膜层。
4.根据权利要求3所述的反溅射率的测量方法，其特征在于：所述通过溅射工艺和反溅射工艺形成第一薄膜层的方法包括：通过氩离子轰击钽靶材，在所述晶圆上形成第一钽层，利用钽离子轰击所述第一钽层，对所述第一钽层进行刻蚀，形成所述第一薄膜层。
5.根据权利要求4所述的反溅射率的测量方法，其特征在于：通过所述溅射工艺形成第二薄膜层的方法包括：通过氩离子轰击所述钽靶材，在所述绝缘层上形成所述第二薄膜层。
6.根据权利要求1所述的反溅射率的测量方法，其特征在于：所述绝缘层的材料为二氧化硅。
7.根据权利要求5所述的反溅射率的测量方法，其特征在于：所述气体为氮气，所述氮气用于与在所述第一、二薄膜层上形成氮化钛薄膜。
8.根据权利要求1所述的反溅射率的测量方法，其特征在于：所述通过所述第一、二薄膜层的第一、二电阻，所述第一、二薄膜层的电阻率，以及形成所述第一薄膜层的时间计算得到反溅射率包括：通过所述第一、二薄膜层的第一、二电阻，所述第一、二薄膜层的电阻率，以及形成所述第一薄膜层的时间，通过一下公式计算得到所述反溅射率：
反溅射率＝反溅射刻蚀膜厚差/反溅射时间，即(ρTa/Rsdeponly-ρTa/Rsdepetch)/t＝(ρTa/Rsdeponly2-2ρTa/Rsdepetch)/t，其中ρTa是钽薄膜的电阻率，t是反溅射的时间，Rsdeponly为所述第二薄膜层的电阻值，Rsdepetch为所述第一薄膜层的电阻值，Rsdeponly2为所述第一、二薄膜层的厚度之和。
9.根据权利要求8所述的反溅射率的测量方法，其特征在于：所述在所述第一薄膜层上形成致密的第一保护层后，还包括：量测所述第一薄膜层的电阻值。
10.根据权利要求9所述的反溅射率的测量方法，其特征在于：所述在所述第二薄膜层上形成致密的第二保护层后，还包括：量测所述第二薄膜层的电阻值。
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