[發明專利]調節TiW薄膜應力的PVD制備工藝

有效

• 申請號: 201310752241.7
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN104746006A
• 公開（公告）日: 2015-07-01
• 發明（設計）人: 田立飛;夏威
• 申請（專利權）人: 北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司
• 主分類號: C23C14/18
• 分類號: C23C14/18;C23C14/35
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 陳振

技術領域

本發明涉及半導體領域，特別是涉及一種調節TiW薄膜應力的PVD制備工藝。

背景技術

TiW（titanium?tungsten，鎢鈦）是一種半導體制造行業中重要的合金材料，主要應用于半導體IC（integrated?circuit，集成電路）器件，例如TiW和Pt（platinum，鉑）的金屬化堆積層適用于集成MEMS（microelectromechanical?system，微機電系統）器件，TiW硅化物特別適用于電熱轉換器中的加熱元件。光學用MEMS和生物用MEMS要求金屬不活潑，抗腐蝕，并且要求薄膜應力盡量小，與Cu和Al電極相比，TiW金屬很好地滿足了這一需求。

TiW薄膜的應力性能對于半導體器件的穩定性和使用壽命有著重要的影響。如果TiW薄膜應力不合適，那么就容易在半導體器件中產生微裂紋，導致器件性能不穩定甚至損壞，例如電壓過載。

通過PVD（physical?vapor?deposition，物理氣相沉積法）的方法可以制備TiW薄膜，應用磁控濺射原理。相比熱蒸發方法而言，PVD濺射方法能提高薄膜的粘附性，并且臺階覆蓋界面形狀的可選擇性比較強。PVD沉積TiW薄膜的主要工藝參數包括DC（direct?current，直流）功率、氬氣流量和沉積氣壓等。一般通過調整沉積氣壓可以實現TiW薄膜的應力從張應力到壓應力的調整，但是調整沉積氣壓會導致TiW薄膜的致密度等性質發生較大變化。

發明內容

基于上述問題，本發明提供了一種調節TiW薄膜應力的PVD制備工藝，利用該工藝可以將TiW薄膜的應力調整到從張應力到壓應力的較寬范圍內，且TiW薄膜的沉積速率和致密度保持基本不變。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種調節TiW薄膜應力的PVD制備工藝，包括如下步驟：

S100：將待加工的基片置于基座上；

S200：通入第一流量的氬氣；

S300：沉積步驟；對直流電源施加第一功率并保持第一預設時間；

S400：冷卻步驟；停止對直流電源施加功率并保持第二預設時間；

S500：重復步驟S300和S400直至達到所需的薄膜厚度。

較優的，所述第一預設時間為5s至30s，所述第二預設時間為60s至360s。

較優的，在步驟S300之前還包括步驟S310：

S310：所述直流電源點火起輝。

較優的，所述氬氣的第一流量在整個制備工藝中保持不變。

較優的，所述氬氣的第一流量為40至200sccm。

較優的，沉積氣壓在整個制備工藝中保持不變，所述沉積氣壓為2.0-7.3mT。

較優的，所述直流電源的功率在整個制備過程中保持不變，所述直流電源的第一功率為100W至2000W。

較優的，所制得的薄膜厚度為4000埃。

本發明提供的調節TiW薄膜應力的PVD制備工藝，通過在制備過程中設置了冷卻步驟來調節TiW薄膜的應力，通過調整沉積的第一預設時間和冷卻的第二預設時間調節薄膜的應力，這樣制得的TiW薄膜的應力可控，并且TiW薄膜的沉積速率和致密度保持基本不變，能夠滿足半導體集成電路器件的應力需求，提高半導體集成電路的穩定性和使用壽命。

附圖說明

圖1為常用的TiW薄膜制備使用的PVD工藝腔室的基本結構示意圖；

圖2為本發明的不同實施例的應力對比曲線示意圖；

圖3為本發明的調節TiW薄膜應力的PVD制備工藝的流程示意圖。

具體實施方式

下面將結合實施例來詳細說明本發明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

參見圖1和圖3，本發明提供了一種調節TiW薄膜應力的PVD制備工藝，包括如下步驟：

S100：將待加工的基片3置于基座4上；

S200：通入第一流量的氬氣；

S300：沉積步驟；對直流電源5施加第一功率并保持第一預設時間；

S400：冷卻步驟；停止對直流電源5施加功率并保持第二預設時間；

S500：重復步驟S300和S400直至達到所需的薄膜厚度。