一种制膜方法技术

本发明专利技术属于半导体加工技术领域，具体涉及一种制膜方法。该制膜方法，用于在晶圆上溅射形成薄膜，包括溅射步骤：所述溅射步骤包括循环的第一溅射阶段和第二溅射阶段，从而调节所述薄膜的密度和应力，直至所述薄膜的厚度满足设定要求。该制膜方法通过向靶材施加脉冲直流溅射方式，并调节所述脉冲直流功率的占空比和/或功率值，来控制薄膜的沉积速率，实现在高功率下，增加溅射能量但并不增加薄膜的沉积速率，平衡沉积速率和溅射能量的关系，达到增加薄膜的致密性，并适当降低薄膜的沉积速率，延长薄膜工艺时间，增加生产稳定性，获得应力更大的薄膜。

A method of film making

The invention belongs to the field of semiconductor processing technology, in particular to a film making method. The film making method is used for sputtering the thin film on the wafer, including sputtering steps: the sputtering step includes the first sputtering stage and the second sputtering stage, thereby adjusting the density and stress of the thin film until the thickness of the film meets the requirement of setting. The method for preparing the membrane by applying pulsed DC sputtering to target, and to adjust the DC pulse duty ratio of power and / or power value, the deposition rate to control the film, in the realization of high power, increase the sputtering energy but did not increase the deposition rate, deposition rate and sputtering energy balance relationship, achieve increase the film density, and properly reduce the deposition rate, prolong the film processing time, increase production stability, gain greater film stress.

【技术实现步骤摘要】
一种制膜方法
本专利技术属于半导体加工
，具体涉及一种制膜方法。
技术介绍
近年来，随着集成电路的大规模发展，芯片关键尺寸不断缩小，铜互连制造工艺面临的挑战越来越多。为了保证16nm以下及更小的铜互连结构的紧凑以及结构的完整性，需要更加先进的硬掩膜技术。在更加先进的工艺制造流程中，硬掩膜技术(Hardmask)主要作用是保持较软的超低k电介质材料中的铜线和通孔的图形完整性。然而随着芯片制程尺寸的不断缩小，传统的硬掩膜层(如TiN层)存在多种问题无法适用于更先进的集成电路工艺制程。一方面，传统的硬掩膜薄膜密度较低，在制备薄膜时需要沉积较厚的厚度，这就大大增加了蚀刻深孔(Via)的深宽比，且增加了后续金属导电层在深孔中的填充等一系列工艺的难度，因此急需增加硬掩膜薄膜的密度，以减小薄膜沉积厚度，尽量缩小蚀刻深孔的深宽比；另一方面，传统的硬掩膜工艺薄膜沉积后均为压缩应力(Compress，即压应力)可能会导致电介质薄膜中狭窄的铜线图案发生变形或者倒塌。因此，为保持蚀刻的一致性，急需要制备更加致密且应力更大(Tensile，即张应力)的TiN硬掩膜以适应更先进的集成电路制程。在集成电路制造工艺中，物理气相沉积(PVD)方式被广泛用于沉积许多种不同的金属层、硬掩膜等相关材料层。利用上述常规的溅射设备，目前行业内28nm工艺一般采用直流(DC)溅射工艺，未能实现TiN薄膜密度大于5.0g/cc的突破，且无法实现较大应力薄膜的制备。而28nm以下工艺则需要TiN薄膜密度超过5.0g/cc，甚至达到5.2g/cc的薄膜密度，且薄膜应力要求为张应力。在溅射工艺中如要获得高密度薄膜需要具有更大的溅射能量、更快的沉积速率、更高的工艺温度、更低的溅射工艺压力等，然而要获得较大应力的薄膜则需要更高的工艺压力、较小的溅射能量、更低的沉积速率等，这与高密度的需求部分相互冲突，因此找到一种适合的工艺方案同时实现高密度和大应力的需求难度很大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中上述不足，提供一种制膜方法，基于溅射工艺形成高密度张应力的薄膜的制备，以满足更加先进的集成电路工艺。解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是该制膜方法，用于在晶圆上溅射形成薄膜，包括溅射步骤：所述溅射步骤包括循环的第一溅射阶段和第二溅射阶段，从而调节所述薄膜的密度和应力，直至所述薄膜的厚度满足设定要求。优选的是，所述溅射步骤包括：向靶材施加脉冲直流功率，并调节所述脉冲直流功率的占空比和/或功率值，以形成所述循环的第一溅射阶段和第二溅射阶段。一种实施方式中，所述第一溅射阶段的所述脉冲直流功率的占空比为40％～80％，所述第二溅射阶段的所述脉冲直流功率的占空比为0％～20％。优选的是，所述溅射步骤的所述脉冲直流功率的功率值为5kW～10kW。一种实施方式中，在所述溅射步骤前，还包括启辉步骤：向靶材施加射频功率。优选的是，在所述第一溅射阶段，向靶材施加脉冲直流功率同时，向靶材施加射频功率。优选的是，所述第一溅射阶段的所述脉冲直流功率的占空比为0％，所述第二溅射阶段的所述脉冲直流功率的占空比为40％～80％。一种实施方式中，在所述第二溅射阶段，向靶材施加脉冲直流功率同时，向靶材施加射频功率。优选的是，所述第一溅射阶段的所述脉冲直流功率的占空比为0％，所述第二溅射阶段的所述脉冲直流功率的占空比为0％。其中，所述溅射步骤的所述脉冲直流功率的功率值为1kW～6kW。优选的是，所述溅射步骤的所述射频功率的功率值为1kW～3kW。优选的是，所述溅射步骤的所述射频功率的频率为13.56MHz、27MHz、40MHz或60MHz。优选的是，所述第一溅射阶的时间为5s～10s；所述第二溅射阶段的时间为5s～10s。优选的是，在所述溅射步骤，向所述基座施加偏置射频功率，以在所述晶圆上形成负偏压，从而调节所述薄膜的密度和压力。优选的是，所述偏置射频功率的功率值为0kW～2kW。优选的是，在所述溅射步骤前，还包括加热步骤：向所述反应腔室通入第一气体，并控制所述第一气体的气流，使得所述反应腔室内的第一气压保持恒定；同时，对所述晶圆进行加热至设定温度。优选的是，在所述溅射步骤前，还包括加热步骤：所述第一气体为氩气，所述第一气压为1T～2T；所述加热温度为300℃～400℃，所述加热时间为1min。优选的是，在所述溅射步骤前，还包括控压步骤：向所述反应腔室通入第二气体，并控制所述第二气体的气流，使得所述反应腔室内的第二气压保持恒定。优选的是，所述第二气体为氩气和氮气的混合气体，所述第二气压为10mT～200mT。本专利技术的有益效果是：该制膜方法通过向靶材施加脉冲直流溅射方式，并调节所述脉冲直流功率的占空比和/或功率值，来控制薄膜的沉积速率，实现在高功率下，增加溅射能量但并不增加薄膜的沉积速率，平衡沉积速率和溅射能量的关系，达到增加薄膜的致密性，并适当降低薄膜的沉积速率，延长薄膜工艺时间，增加生产稳定性，获得应力更大的薄膜，从而能快速实现高密度、张应力薄膜沉积，且获得更好的工艺稳定性和实用性，以满足先进集成电路工艺对薄膜性能的苛刻需求，同时可降低更先进制程工艺的成本和工艺方案难度，特别适用于14nmHardmask工艺的高密度TiN薄膜的制备。附图说明图1为本专利技术实施例中的制膜方法的流程图；图2为图1中制膜方法的溅射步骤的流程图；图3为本专利技术各实施例中的制膜方法的工艺方案结果对比图。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术制膜方法作进一步详细描述。物理气相沉积(PVD)方式由于薄膜一致性，均匀性更优且工艺窗口更宽，能实现深宽比较高的通孔填充等工艺。本专利技术提供一种制膜方法，该制膜方法通过向靶材施加脉冲直流功率(PulseDc)溅射方式，并调节脉冲直流功率的占空比和/或功率值，来控制薄膜的沉积速率，实现在高功率下，增加溅射能量但并不增加薄膜的沉积速率，平衡沉积速率和溅射能量的关系，达到增加薄膜的致密性，并适当降低薄膜的沉积速率，延长薄膜工艺时间，增加生产稳定性，获得应力更大的薄膜，从而能快速实现高密度、张应力薄膜沉积，且获得更好的工艺稳定性和实用性，以满足先进集成电路工艺对薄膜性能的苛刻需求，同时可降低更先进制程工艺的成本和工艺方案难度，其配套的溅射设备成本更低、稳定性更高，维护成本更低，特别适用于14nmHardmask工艺的高密度氮化钛TiN薄膜、以及其他金属及金属化合物薄膜的制备。如图1所示，本专利技术提供一种制膜方法，用于在晶圆上溅射形成薄膜，所述晶圆位于基座上，所述基座置于反应腔室的底部，所述反应腔室的顶部设有靶材，该制膜方法包括加热、控压和溅射三大步骤，从而调节所述薄膜的密度和应力，直至所述薄膜的厚度满足设定要求骤。其中，溅射步骤包括循环的第一溅射阶段和第二溅射阶段。优选的是，如图2所示，该制膜方法中溅射步骤具体包括：向靶材施加脉冲直流功率，并调节所述脉冲直流功率的占空比和/或功率值，以形成循环的第一溅射阶段和第二溅射阶段。一般情况，相同工艺条件下，沉积速率越快则薄膜应力趋向压应力(负值越大方向)，而沉积速率越低则应力趋向张应力(正值越大方向，0表示没有应力，负值为压应力，正值为张应力)。但并不必须第一溅射阶段沉积速率一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制膜方法，用于在晶圆上溅射形成薄膜，其特征在于，包括溅射步骤：所述溅射步骤包括循环的第一溅射阶段和第二溅射阶段，从而调节所述薄膜的密度和应力，直至所述薄膜的厚度满足设定要求。

【技术特征摘要】
1.一种制膜方法，用于在晶圆上溅射形成薄膜，其特征在于，包括溅射步骤：所述溅射步骤包括循环的第一溅射阶段和第二溅射阶段，从而调节所述薄膜的密度和应力，直至所述薄膜的厚度满足设定要求。2.根据权利要求1所述的制膜方法，其特征在于，所述溅射步骤包括：向靶材施加脉冲直流功率，并调节所述脉冲直流功率的占空比和/或功率值，以形成所述循环的第一溅射阶段和第二溅射阶段。3.根据权利要求2所述的制膜方法，其特征在于，所述第一溅射阶段的所述脉冲直流功率的占空比为40％～80％，所述第二溅射阶段的所述脉冲直流功率的占空比为0％～20％。4.根据权利要求2所述的制膜方法，其特征在于，所述溅射步骤的所述脉冲直流功率的功率值为5kW～10kW。5.根据权利要求2所述的制膜方法，其特征在于，在所述溅射步骤前，还包括启辉步骤：向靶材施加射频功率。6.根据权利要求5所述的制膜方法，其特征在于，在所述第一溅射阶段，向靶材施加脉冲直流功率同时，向靶材施加射频功率。7.根据权利要求6所述的制膜方法，其特征在于，所述第一溅射阶段的所述脉冲直流功率的占空比为0％，所述第二溅射阶段的所述脉冲直流功率的占空比为40％～80％。8.根据权利要求5所述的制膜方法，其特征在于，在所述第二溅射阶段，向靶材施加脉冲直流功率同时，向靶材施加射频功率。9.根据权利要求8所述的制膜方法，其特征在于，所述第一溅射阶段的所述脉冲直流功率的占空比为0％，所述第二溅射阶段的所述脉冲直流功率的占空比为0％。10.根据权利要求5-9任一项所述的制膜方法，其特征在于，所述溅射步骤的所述脉冲直流...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿波，白志民，王厚工，丁培军，赵晋荣，罗建恒，张超，
申请(专利权)人：北京北方华创微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11