一种PVD系统工艺参数的优化方法技术方案

本发明专利技术提供一种PVD系统工艺参数的优化方法，所述方法包括：根据预沉积薄膜的厚度，得到预沉积所述薄膜所需的总沉积时间；将所述总沉积时间分为若干步，每步沉积后有冷却步骤，组成了若干个沉积/冷却循环；根据所述薄膜沉积过程中的沉积温度的上升趋势，在所述沉积温度上升慢的步骤中设定较短的冷却时间，在所述沉积温度上升较快的步骤中设定较长的冷却时间。根据本发明专利技术的PVD系统工艺参数的优化方法，改善冷却效果，控制沉积薄膜由于温度高而引起的晶粒长大问题，改善WTW厚度控制，进而提高产品性能和良品率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造工艺，尤其涉及一种PVD系统工艺参数的优化方法。
技术介绍
物理气相沉积(Physical Vapor Deposit1n,PVD)系统广泛用于当今的半导体产品的制作工艺中。现有一种特殊的旋转式PVD系统，可以实现高产量和多层薄膜在同一个PVD腔室内沉积。但是我们发现，在这种旋转式PVD系统内，沉积厚的金属薄膜的时候，由于受到设备本身冷却系统和容积的限制，造成同一批次晶片表面温度不同，导致晶粒尺寸和薄膜性质的改变，引起不同晶片间WTW (wafer to rafer)厚度范围变大，而良好的WTW厚度控制是制造基于HKMG技术的高性能逻辑芯片的关键。以沉积A130K为例，六片晶片组成一个批次，WTW厚度变化很大，约为4000埃。如果工艺过程中，设置沉积台的旋转速度为20rpm，则晶片间的一致性比常规转速的PVD要好。实际上，金属晶粒尺寸不同会引起RS/Thickness值波动很大，进而影响后段制成中的湿法刻蚀速率。如图1所示，晶片温度高会导致沉积金属的晶粒尺寸变大，晶界减少，而晶界减少又会相应的降低金属的电阻，也即电阻越小意味着厚度越大。基于这种旋转式PVD系统，导致金属厚度波动大的根源是系统固有设计中对于不同位置沉积台的冷却效果是不同的，这导致晶片表面温度的不同，温度越高晶粒尺寸越大，测量到的厚度值也就越大。图2A示出了执行现有六次循环工艺制备的厚度较大的薄膜的SEM图，由图可以看出，晶粒尺寸大，且晶界少。图2B示出了执行现有六次循环工艺制备的厚度正常的薄膜的SEM图，由图可以看出，晶粒尺寸小，且晶界多。如何解决晶片间厚度不均匀的问题，通常由两种解决方案:一、重新设计冷却系统来增强冷却效果，这种方案能从根本上解决存在的问题，但是成本太高耗时久。二、修改过程参数，增加更多的循环，减少每次循环的沉积时间，这种方法相对第一种更容易实现，但是增加循环冷却时间，会导致总的工艺时间增长，降低生产量。如图3A和图3B所示，图3A为6次循环的工艺参数，图3B为18次循环的工艺参数，对比两组数据发现，6次沉积和冷却循环总耗时2676s，每小时流片数(WPH)为8.07pcs/hr ;而当循环增大到18次时，沉积和冷却循环总耗时达到4116s，WPH降低到5.24pcs/hr，WTW厚度变化从4000埃减小到小于1000埃。虽然改善了 WTW厚度分布，但是却降低了产量。如图4所示，当执行6次循环的工艺参数时，在工艺运行过程中，温度上升超过了180°C,而且随着时间的增长,温度上升的速率也在变大。因此，急需一种新的工艺优化方法，以克服现有技术中的不足。
技术实现思路
在
技术实现思路
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在【具体实施方式】部分中进一步详细说明。本专利技术的
技术实现思路
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提出了一种PVD系统工艺参数的优化方法，包括下列步骤:根据预沉积薄膜的厚度，得到预沉积所述薄膜所需的总沉积时间；将所述总沉积时间分为若干步，每步沉积后有冷却步骤，组成了若干个沉积/冷却循环；根据所述薄膜沉积过程中的沉积温度的上升趋势，在所述沉积温度上升慢的步骤中设定较短的冷却时间，在所述沉积温度上升较快的步骤中设定较长的冷却时间。进一步，可用于任何PVD法沉积的薄膜。进一步，所述薄膜为金属铝，预定厚度为25000?35000埃。进一步，将沉积所述金属铝膜的总沉积时间分为24步，对应24个沉积/冷却循环。进一步，将所述24个沉积冷却循环分为三个部分。进一步，所述三部分的划分方式为:第一部分为1-8循环，第二部分为9-16循环，第三部分为17-24循环。进一步，所述第一部分每步循环冷却时间为10-20S，所述第二部分每步循环冷却时间为25-35S，所述第三部分每步循环冷却时间为40-50S，每步沉积时间为73_80s。综上所示，根据本专利技术的PVD系统工艺参数的优化方法，改善冷却效果，控制沉积薄膜由于温度高而引起的晶粒长大问题，改善WTW厚度控制，进而提高产品性能和良品率。【附图说明】本专利技术的下列附图在此作为本专利技术的一部分用于理解本专利技术。附图中示出了本专利技术的实施例及其描述，用来解释本专利技术的原理。附图中:图1其为执行现有的六次循环工艺参数时，沉积薄膜厚度与位置关系图；图2A对应为图1中标记为I的薄膜的SEM图；图2B对应为图1中标记为2的薄膜的SEM图；图3A为执行6次循环的工艺参数列表图；图3B为执行18次循环的工艺参数列表图；图4为执行现有的六次循环工艺参数时，温度与沉积时间的关系图；图5为本专利技术示例性实施例的工艺参数列表图；图6为根据执行本专利技术示例性实施例的方法薄膜沉积过程中温度随沉积时间变化曲线与现有六次循环工艺的曲线的对比图；图7为根据本专利技术示例性实施例的方法所制备薄膜厚度与位置关系曲线与现有六次循环工艺的曲线的对比图。【具体实施方式】在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本专利技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本专利技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本专利技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。为了彻底理解本专利技术，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本专利技术提出的一种PVD系统工艺参数的优化方法。显然，本专利技术的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本专利技术的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本专利技术还可以具有其他实施当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种PVD系统工艺参数的优化方法，包括：根据预沉积薄膜的厚度，得到预沉积所述薄膜所需的总沉积时间；将所述总沉积时间分为若干步，每步沉积后有冷却步骤，组成了若干个沉积/冷却循环；根据所述薄膜沉积过程中的沉积温度的上升趋势，在所述沉积温度上升慢的步骤中设定较短的冷却时间，在所述沉积温度上升较快的步骤中设定较长的冷却时间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈怡骏，华宇，游宽结，吴秉寰，胡凯，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31