金属薄膜沉积方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。析造成不良影响而影响到后续制程。析造成不良影响而影响到后续制程。

【技术实现步骤摘要】
金属薄膜沉积方法


[0001]本专利技术涉及半导体制造
，特别是涉及一种金属薄膜沉积方法。

技术介绍

[0002]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 Vapor Deposition，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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术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。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术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。
[0006]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。
[0007]可选地，所述惰性气体包括氩气，惰性气体的流量为500sccm
‑
8000sccm。
[0008]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。
[0009]可选地，所述基底包括硅晶圆，所述金属薄膜包括钼薄膜。
[0010]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
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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。
[0011]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℃。
[0012]可选地，形成的硅薄膜的厚度为1nm
‑
10nm。
[0013]可选地，所述真空腔体为化学气相沉积腔体。
[0014]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
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700W，沉积时间为5s
‑
30s。
[0015]如上所述，本专利技术的金属薄膜沉积方法，具有以下有益效果：本专利技术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
[0016]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。
[0017]图2显示为本专利技术提供的金属薄膜沉积方法制备的结构示意图。
[0018]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。
[0019]图4显示为采用本专利技术提供的方法在500℃下沉积硅薄膜和金属钼薄膜的XPS薄膜元素厚度分布图。
[0020]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。
[0021]图6显示为采用本专利技术提供的方法在600℃下沉积硅薄膜和金属钼薄膜的XPS薄膜
元素厚度分布图。
[0022]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
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金属薄膜；23
‑
硅薄膜。
具体实施方式
[0023]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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

【专利技术属性】
技术研发人员：高政宁，宋文聪，
申请(专利权)人：上海陛通半导体能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：