CN116162911B - 一种用于调试磁控溅射法制备的薄膜均匀性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供调试磁控溅射法制备的薄膜均匀性的方法，包括：S1、准备基底；S2、在基底表面溅射镀薄膜；S3、测试薄膜电阻均匀性；S4、根据电阻分布图改变靶基距；S5、更换新基底，重复S2，测试薄膜电阻均匀性；S6、根据S3和S5得的电阻均匀性、目标电阻均匀性及S4靶基距的调节值计算出下一次靶基距调节值并调节；S7、重复S5，若测试电阻均匀性达到目标范围，则终止调节靶基距；若测试电阻均匀性无法达到目标范围，继续重复S6和S5，直至确认制备的薄膜电阻均匀达到目标范围，确定适合的靶基距。该方法简单易行，可在大规模生产薄膜材料前进行调试，在大规模生产时可大幅提高产品均匀性、良率和生产效率，降低难度和成本。
Description
技术领域
本发明属于半导体生产制造技术领域，具体涉及一种用于调试磁控溅射法制备的薄膜均匀性的方法。
背景技术
金属薄膜如Ti、Ta、Al、Ag、Au、Cu等及金属化合物如TiN、TaN、VOx、Al2O3等由于性能优异而被广泛应用于不同的领域。在集成电路及MEMS制造领域，分别被用作黏附层、导线、阻挡层、热敏电阻层及吸收层材料。根据不同的产品结构，薄膜的厚度要求在几纳米到几微米之间。
磁控溅射法制备的薄膜比较均匀，结合力高，适合连续生产，因此常被用来生产以上金属薄膜及金属化合物薄膜。
在日常生产过程中，通常是通过改变工艺时间来制备不同厚度的薄膜，通过四探针法来监控薄膜的均匀性。均匀性反应了一片晶圆内薄膜的厚度分布情况，一般要求在3%（1sigma）以下。
利用磁控溅射方法制备不同厚度的薄膜时，均匀性也不相同，并且厚度相差越大，均匀性也相差越大，甚至达不到生产要求。
因此，需要提出一种薄膜均匀性的调试方法，可以保证在大规模生产过程中不同厚度的薄膜均具有较高的均匀性，从而提高产品品质的稳定性。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供一种用于调试磁控溅射法制备的薄膜均匀性的方法。
针对上述技术问题，提出如下解决方案：
一种用于调试磁控溅射法制备的薄膜均匀性的方法，包括：
S1、准备基底；
S2、采用磁控溅射法在基底表面溅射镀所需厚度的薄膜；
S3、测试所制备的薄膜电阻均匀性，制备电阻分布图；
S4、根据电阻分布图改变靶基距，若电阻分布为中间低、四周高时，则降低靶基距,电阻分布为中间高、四周低时，则增大靶基距；
S5、更换新的基底，重复步骤S2，并测试制备的所需厚度的薄膜的电阻均匀性；
S6、根据步骤S3和S5得到的电阻均匀性、目标电阻均匀性及步骤S4靶基距的调节值计算出下一次靶基距的调节值并调节靶基距；
S7、重复步骤S5，若所测试的电阻均匀性达到目标电阻均匀性范围，则对应的靶基距即可用于后续磁控溅射法生产薄膜；若所测试的电阻均匀性仍无法达到目标电阻均匀性范围要求，则继续重复步骤S6和S5，直至确认所制备的所需厚度薄膜的电阻均匀达到目标电阻均匀性范围，从而确定采用磁控溅射法生产薄膜的靶基距。
作为优选，步骤S4中，第一次靶基距的调节值为1-5mm。
步骤S6中，设靶基距的调节的次数为第n次，其中n≥2，则
第n次靶基距的调节值=[（Rsn-1-Rs）/(Rsn-2-Rsn-1)]*第n-1次靶基距的调节值
其中，Rs为目标电阻均匀性，Rsn-1、Rsn-2分别为第n-1次、第n-2次测量的电阻均匀性，其中第n-1次测量的电阻均匀性对应步骤S5的电阻均匀性，第n-2次测量的电阻均匀性对应步骤S3中的电阻均匀性，Rs0为第一次调节靶基距前制备的薄膜电阻均匀性。
作为优选，所述所需厚度的薄膜的厚度为5.0nm-1.0μm。
作为优选，步骤S1中，所述基底准备包括：准备洁净的基底材料，并在所述基底材料表面镀衬底层。
作为优选，通过PECVD的方式镀衬底层；所述衬底层为氧化硅衬底层、氮化硅衬底中的至少一种；所述基底材料为硅片、玻璃、陶瓷或塑料材质。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种采用磁控溅射法大规模生产薄膜材料的方法，在进行大规模生产薄膜材料前，还包括采用前述的方法来确定合适的靶基距。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明的调试方法简单易行，可在采用磁控溅射法大规模生产薄膜材料前，根据所需产品厚度进行调试，得到最佳靶基距，应用于后续大规模生产时，可以大幅提高产品均匀性，提高产品均一性和良率，并可大幅降低后续大规模生产过程中薄膜制备的难度，提高生产效率，降低成本。
附图说明
图1为实施例1中磁控溅射法制备的薄膜薄膜均匀性调试工艺流程图。
图2为实施例1中首次制备的不同厚度TiN薄膜电阻分布图，（a）为10nmTiN薄膜的电阻分布图，（b）为100nmTiN薄膜的电阻分布图。
图3为实施例1中制备不同厚度TiN薄膜的靶基距与电阻均匀性关系图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
以TiN薄膜的电阻均匀性调试为例，工艺流程图如图1所示，包括：
（1）准备待镀膜的干净空硅片；
（2）采用PECVD方式在空硅片表面上镀氧化硅衬底层，厚度为0.3um-1.0um。
（3）采用磁控溅射技术制备氮化钛薄膜，工艺参数为：溅射功率2000W；溅射时间：15s；溅射温度：室温；氩气流量：30sccm；氮气流量：90sccm；沉积压力：7mTorr；薄膜厚度为10nm。
（4）在步骤（3）的基础上，将溅射时间改为150s,其他参数不变，测得薄膜厚度为100nm。
（5）对不同厚度的氮化钛薄膜进行电阻测试，确认其电阻分布图。使用四探针电阻测试仪，测出49点以上的电阻分布图，如图2。测试薄膜的电阻均匀性是指通过电阻测试仪测试薄膜各处的电阻，待电阻测试完成后，电阻测试仪自动运算显示电阻均匀性和各处电阻，然后根据各处电阻值制备电阻分布图。
（6）根据电阻分布改变靶基距。如果电阻分布是中间高四周低，则增大靶基距；如果电阻分布是中间低四周高，则减小靶基距。每次靶基距更改2.5mm。
（7）重复1-5步，测试靶基距调整后的电阻均匀性；
（8）逐步调整靶基距，得到均匀性与靶基距的关系图，整体调试过程中，针对10nm的TiN薄膜和100nm的TiN薄膜的靶基距-电阻均匀性的关系图如图3所示。
如生产时要求均匀性小于3%，则TiN10nm适用的靶基距为5.35-6.6cm，最优靶基距为5.6cm；TiN100nm适用的靶基距为6.05-6.6cm，最优靶基距为6.6cm。可见，当靶基距为6.05-6.6cm时，两者的均匀性均满足小于3%的要求；当靶基距为6.3 cm时，两者均具有较好的均匀性。
经过发明人的多次研究和反复验证发现，步骤（8）中，对于靶基距的调节有一个更优的调节方式，通过该方式，可以降低调试的次数，提高调试的精度，该经验公式如下：
设靶基距的调节的次数为第n次，其中n≥2，则：
第n次靶基距的调节值=[（Rsn-1-Rs）/(Rsn-2-Rsn-1)]*第n-1次靶基距的调节值
其中，Rs为目标电阻均匀性，Rsn-1、Rsn-2分别为第n-1次、第n-2次测量的电阻均匀性，其中第n-1次测量的电阻均匀性对应步骤S5的电阻均匀性，第n-2次测量的电阻均匀性对应步骤S3中的电阻均匀性，Rs0为第一次调节靶基距前制备的薄膜电阻均匀性。
其中第一次靶基距的调节值范围为1-5mm。
实施例2
以Al薄膜的电阻均匀性调试为例，包括：
（1）准备待镀膜的干净空硅片；
(2)采用PECVD方式在空硅片表面上镀氧化硅衬底层，厚度为0.3um-1.0um。
（3）采用磁控溅射技术制备氮化钛薄膜，工艺参数为：溅射功率3000W；溅射时间：60s；溅射温度：200℃；氩气流量：30sccm；沉积压力：4mTorr；薄膜厚度为300nm。
（4）对Al薄膜进行电阻测试，确认其电阻分布图。使用四探针电阻测试仪，测出49点以上的电阻分布图，电阻分布为中间高四周低。电阻均匀性为2.62%。
（5）根据电阻分布需要增加靶基距。第一次靶基距增加1mm。
（6）重复1-4步，测试靶基距调整后的电阻均匀性为2.33%。
(7)由此可见，靶基距增加1mm，均匀性降低0.29%。如生产时要求均匀性小于2%，同时考虑到机台性能波动或其他异常可能导致均匀性升高，所以在正常量产过程中，目标均匀性设定在1.5%。此时利用公式计算此时需要增加的靶基距：设靶基距的调节的次数为第n次，其中n≥2，则：
第n次靶基距的调节值=[（Rsn-1-Rs）/(Rsn-2-Rsn-1)]*第n-1次靶基距的调节值。
需要增加的靶基距为：[（2.33%-1.5%）/0.29%]*1mm=2.86mm。
(8)重复1-4步，测试靶基距调整后的电阻均匀性。均匀性数值为1.46%，达到了目标值1.5%以下，可以终止靶基距的调节，进行下一步的大规模生产。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于调试磁控溅射法制备的薄膜均匀性的方法，其特征在于，包括：
S1、准备基底；
S2、采用磁控溅射法在基底表面溅射镀所需厚度的薄膜；
S3、测试所制备的薄膜电阻均匀性，制备电阻分布图；
S4、根据电阻分布图改变靶基距，若电阻分布为中间低、四周高时，则降低靶基距,电阻分布为中间高、四周低时，则增大靶基距；
S5、更换新的基底，重复步骤S2，并测试制备的所需厚度的薄膜的电阻均匀性；
S6、根据步骤S3和S5得到的电阻均匀性、目标电阻均匀性及步骤S4靶基距的调节值计算出下一次靶基距的调节值并调节靶基距；设靶基距的调节的次数为第n次，其中n≥2，则第n次靶基距的调节值=[（Rsn-1-Rs）/(Rsn-2-Rsn-1)]*第n-1次靶基距的调节值，其中，Rs为目标电阻均匀性，Rsn-1、Rsn-2分别为第n-1次、第n-2次测量的电阻均匀性，其中Rs0为第一次调节靶基距前制备的薄膜电阻均匀性；
S7、重复步骤S5，若所测试的电阻均匀性达到目标电阻均匀性范围，则对应的靶基距即可用于后续磁控溅射法生产薄膜；若所测试的电阻均匀性仍无法达到目标电阻均匀性范围要求，则继续重复步骤S6和S5，直至确认所制备的所需厚度薄膜的电阻均匀达到目标电阻均匀性范围，从而确定采用磁控溅射法生产薄膜的靶基距。
2.如权利要求1所述的用于调试磁控溅射法制备的薄膜均匀性的方法，其特征在于，步骤S4中，第一次靶基距的调节值为1-5mm。
3.如权利要求1或2所述的用于调试磁控溅射法制备的薄膜均匀性的方法，其特征在于，所述所需厚度的薄膜的厚度为5.0nm-1.0μm。
4.如权利要求1或2所述的用于调试磁控溅射法制备的薄膜均匀性的方法，其特征在于，步骤S1中，所述准备基底包括：准备洁净的基底材料，并在所述基底材料表面镀衬底层。
5.如权利要求4所述的用于调试磁控溅射法制备的薄膜均匀性的方法，其特征在于，通过PECVD的方式镀衬底层；所述衬底层为氧化硅衬底层、氮化硅衬底中的至少一种；所述基底材料为硅片、玻璃、陶瓷或塑料材质。
6.一种采用磁控溅射法大规模生产薄膜材料的方法，其特征在于，在进行大规模生产薄膜材料前，还包括采用如权利要求1-5任意一项所述的方法来确定合适的靶基距。
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